DNIS在双向HFC网络中的应用

DNIS在双向HFC网络中的应用一、概述为构建下一代广播电视网络，首先必须将单向城域有线电视网升级成双向光纤同轴混合（HFC）网。但是，这种网络的固有特性使其上行信道存在噪声和干扰的汇聚效应，对网络设备、网络施工工艺、网络调试与维护都有非常严格的要求。庞大的城域有线电视网络工程总难免会出现意外情况而产生各种缺陷，而任何一点缺陷都可能因为回传噪声的汇聚效应影响上行信号的正常回传，殃及双向业务的稳定工作；这已经成为许多双向HFC网络运营商开展各种交付业务的主要障碍。研发性能优异的噪声抑制技术，尽可能的放宽对网络建设的要求、降低网络建设的费用是网络设备供应商与网络运营商的共同期望。二、传统双向HFC网络的回传通道噪声抑制技术传统双向HFC网络中，一般可以从两个方面改善回传通道的载噪比特性：尽可能提高CM的输出电平和电缆中回传信号的电平，从而使相对噪声功率比（NPR）指标得以提高；�以各种方式对反向噪声进行衰减与隔离，尽可能减少反向侵入干扰和噪声的影响，从而提高回传信道的NPR。�提高回传信号电平改善回传通道载噪比的措施受到诸多限制，如放大器的线性度指标、无源分配网络的回传损耗值、设备性能、系统造价等，其改善程度非常有限。传统的反向噪声的衰减与隔离技术有以下三种：1．集线器控制的回传通道静态开关或回传通道带阻滤波器：部分双向HFC网络中采用反向开关，例如利用可寻址集线器进行回传噪声的关断，这对建网初期双向用户不多的网络，能够显著改善回传通道的载噪比指标。假设每个用户端的噪声电平都相同，对同一反向激光发送机所覆盖的用户，载噪比改善度α（dB）与该反向激光发送机所覆盖的用户总数N总与所开通的双向的用户数N开通有关：α（dB）＝10×log（N总/N开通）（1）从（1）式可见，随着开通的双向用户数量N开通的增加改善度将会逐步降低，N总＝N开通时，α＝0dB。所以，这种静态关断式的噪声抑制技术并没有太大的实用价值。采用回传通道全频段带阻滤波器对未开通交付业务的用户进行人工关断，其噪声抑制机理和功用都与集线器电子开关控制方式基本相同，其局限性也基本一样，随着交互业务用户数量的增加载噪比改善度逐步降低，最终完全丧失。2．三态开关：还有一种反向噪声隔离方式是在双向放大器或光工作站内部安装三态开关进行回传通道的噪声控制；但由于这种方式需要依靠完善的网管系统，而HFC网络设备管理系统至今还难于稳定实现回传通道噪声的自动控制，无法有效地起到改善回传通道噪声的作用。3．回传通道高通（或带通）滤波器:路通公司根据国内有线电视网络的应用实际情况，提出利用高通（或带通）滤波器对回传通道的未使用低端频段进行关断的回传通道的噪声隔离技术，以牺牲回传低端通带（5MHz～15MHz或20MHz频段）为代价，可以得到显著的回传载噪比改善度，已经在多个大中型有线电视网络中广泛应用，可以明显改善双向HFC网络的回传通道传输特性。但其改善度会受到CMTS上行RF端口合成光节点数量增加的影响而有所降低。三、回传通道动态噪声抑制技术－动态噪声隔离开关（DNIS）双向HFC网络中回传通道CM与CMTS的通讯一般都采用的是TDMA方式。CM工作在突发模式，仅仅在CMTS分配的特定时隙才发送回传射频信号，并且任一时刻都只有一个CM和CMTS进行通信。动态噪声隔离开关（DNIS－DynamicNoiseIsolationSwitch）就是利用了交付业务通讯信号的这一特性：当CM发射上行回传信号时，与之对应的DNIS开关才立即打开，用户发送的数据经开关传送到前端；当CM发送数结束时，DNIS开关立即关断，该DNIS的关断度达50dB以上。开关的“开启”与“关闭”严格与CM发送信号同步。所以即使未发送回传信号的用户端出现各种干扰噪声，但由于DNIS开关阻断了该用户端对应的上行通道，噪声当然不会形成汇聚。动态噪声隔离开关（DNIS）的简化方框图如下图1所示。图1－动态噪声隔离开关（DNIS）简化方框图图1示出的DNIS开关部件是一个反向通道的全通开关，带通滤波器用于选择用户的上行频段，使带通滤波器频带之外的干扰不能触发反向开关。此外，还可以通过提高基准电平值，进一步调节反向开关的开启阀值，这不仅降低了对取样放大和检波电路的要求，而且使反向噪声的抑制效果会更好。动态噪声隔离开关的主要性能参数如下：非线性失真：输入RF电平为110dBμV时NPR≧50dB；�开关导通状态下的插入损耗：≦1dB，�开关关断状态下的衰减：≧50dB；�动态范围：反向信号能在75～110dBμV范围内触发开关闭合；�四、DNIS的应用介绍基于DNIS噪声隔离开关原理的降噪应用模式，可以根据双向HFC网络拓扑架构、设备状况的不同，分别插入到不同的ＨＦＣ设备中（反向光接收机，光工作站等），灵活构成各种应用模式。也可以它为基础开发独立的反向降噪设备，如反向噪声集中控制器等。1．DNIS（动态噪声隔离开关）反向光接收机将DNIS开关插入反向光接收机,使得反向光接收机的RF输出信号具有反向噪声隔离功能，显著改善交付业务前端设备RF回传端口处的噪声特性。因为任何一台光接收机都仅仅只在出现某个CM的回传信号时才开启，其它时间都处于关断状态；所以，不管交付业务前端设备RF回传端口处合成的回传光链路数量是多少，任何时候都仅仅只有一条回传光链路与该端口进行通讯，因而该RF回传端口处的噪声特性会得到显著改善。具有DNIS插件的反向接收机简化方框图如下图2所示。图2配置了DNIS插件的反向接收机简化方框图配置了DNIS插件的反向光接收机系统应用示例如图3所示。在图3所示的网络中，由于每个反向光接收机中都插入了DNIS动态噪声隔离开关，在通讯过程中，任一时刻都只有一台反向光接收机与ＣＭＴＳ通信，其余的反向光接收机的传输通道都被关断，从而有效地隔离了来自远地光节点的汇聚噪声。如果是４个DNIS反向光接收机混合到一个ＣＭＴＳ上行口并且每条回传链路的噪声电平都相同，则采用DNIS接收机将使汇聚噪声降低到原来的四分之一；如果有Ｎ台DNIS反向光接收合成后送至一个ＣＭＴＳ上行口，则理论上汇聚噪声应降低到就是原来的１／Ｎ，即噪声降低10×Log（N）dB。图3DNIS反向接收机应用拓扑示意图2．DNIS光工作站：将DNIS反向噪声隔离开关插入到光工作站的各个反向输入端口，能够更好地隔离回传通道的侵入噪声，这种DNIS光工作站的简化方框图如图4所示。图4DNIS光工作站简化方框图在图4所示的DNIS光工作站中，如果每个回传端口都插入DNIS动态噪声隔离开关，则4个端口任何时刻都只能有一个端口的DNIS开关被开启，其余3个必然处于关闭状态，所以前端反向接收机即使不安装DNIS，其RF输出端口处的回传噪声也没有汇聚效应。故回传通道的噪声特性会非常优异。带DNIS光节点应用网络拓扑示意如图5所示。图5DNIS光工作站应用拓扑示例在图5所示的网络中，如果前端是将四个四端口光工作站的回传光链路混合后加到到一个CMTS的RF回传端口，假设光工作站的每个RF回传端口噪声特性相同，与传统光工作站相比较，采用DNIS光工作站的回传光链路的汇聚噪声理论上等于使用传统光工作站的回传光链路噪声的十六分之一，即噪声特性的改善度α（dB）＝10×log（16）＝12dB；如果是将Ｎ个光工作站对应的回传光链路混合后送至一个CMTS上行端口，则与采用传统光工作站的回传光链路比较汇聚噪声的改善度＝10×Log（4N）dB。3．动态噪声开关集中控制器：利用DNIS动态噪声隔离开关，可以开发出独立的动态噪声开关集中控制器。这种动态噪声集中控制器直接利用CM的高电平突发式数据回传信号，触发每个用户终端对应的上行通道动态噪声隔离开关的闭合；当CM停止发送信号时，断开对应反向通道的动态噪声隔离开关，切断该回传链路。这种动态噪声开关集中控制器可由前端CMTS分别控制某个用户端反向通道的开启与关断。一个动态噪声开关集中控制器可控制4－32个用户终端。在网管国标的基础上进行完善和补充，可将本系统作为网管系统的子系统，纳入网管系统统一管理，并能够独立工作。集中反向噪声控制器系统应用示意拓扑架构如图6所示。图6动态噪声开关集中控制器应用拓扑示例根据不同情况，集中反向噪声控制器可以插入网络中的不同位置，控制器插入的位置越接近用户，下面在所带的用户数越少，噪声改善度越大。DNIS噪声抑制开关还可以根据不同的网络拓扑架构，开发处不同的产品系列以适应不同的应用需求。五、结论DNIS噪声隔离开关利用CMTS的时分复用原理，以“突发”的工作模式与CM回传信号同步地“开启”或“关断”回传链路，从本质上改善了HFC双向网络的汇聚噪声特性，应该成为架构双向HFC网络回传通道的优选技术。把DNIS技术与RFPON技术相结合，对已经完成双向HFC双向改造网络灵活应用DNIS技术，在设备或网络的适当位置加入DNIS部件；对新建双向HFC网络采用RFPON技术，能够非常方便的架构性能优异的双向HFC网络回传通道，应该成为构建下一代广播电视网络接入网的优选技术。