摘要： 本文討論HFC有線電視系統的指標構成情況，得出不同于通常認為的HFC系統指標緊張的觀點。對于進一步認識光鏈路的指標及其在有線電視中的建設應用有所幫助。
一、引言
由于光纖傳輸具有頻帶寬、損耗低、不受電磁干擾等優點，因此，利用光纜作為超干線、主干線傳送有線電視信號近年來得到了廣泛的應用。由于光纜與光設備價格的大幅度下降，HFC(光/電混合)網的建設成為經濟可行。另一方面，隨著社會對信息服務的需求急劇地增長，有線電視豐富的頻率資源的開發不再限于單向提供廣播電視的基本功能上。HFC網的建設成本低、易于升級改造、頻率資源豐富，將在信息高速公路的建設中占據重要的地位。這也使得HFC網的建設勢在必行。在城市與縣城、鄉鎮與農村的有線電視聯網中，已有很多城市采用兩級星型拓撲的HFC網有線電視系統，效果良好。
目前大部分的有線電視系統傳送的頻道數在30套左右，頻道數較少，所以對鏈路的指標要求不嚴格，光鏈路及同軸網線路調試比較容易，并且能夠聯多級的線路放大器。信號到達用戶終端時，質量令人滿意。有的技術人員擔心，將來隨著系統頻道的增多，比如達到50、60套，光鏈路傳輸質量將下降一倍或者更多，電纜網絡的傳輸質量也將下降，電纜網絡的傳輸距離將受限制。究竟HFC系統的傳輸性能如何，將來是否會遇到這個問題，到時我們應該如何處理，以下我們結合這幾年的HFC網建設實踐，對HFC網的主要指標C/N、CTB、CSO進行具體的分析(為方便起見，本文以CTB、CSO代表C/CTB、C/CSO)。
二、HFC系統的組成
HFC有線電視系統由前端、光鏈路(光發射→光纖→光接收)與電纜網絡三部分組成。如圖1所示
經過幾年的技術改進，有線電視前端設備的性能已大大提高。目前，性能良好的前端系統的信號指標已達到了很高的水平(C/N≥54dB CSO≥70dB CTB≥75dB)。由于光設備的成功運用，使有線電視的發展建設進入了新的時期。在光鏈路方面，特別是1550nm波長設備的開發使用，使中長距離的市縣鄉村有線電視的聯網不難實現。大多數廠家生產的性能良好的1310nm的DFB光鏈路設備在傳送60/59套電視節目時，均能達到如下指標：C/N52dB CTB65dB CSO63dB、0dBm接收光功率。而1550nm的外調制的光鏈路的指標更優良。
了解前端與光鏈路的性能指標之后，以下我們就具體地分析HFC系統的傳輸性能。
三、HFC系統的性能指標分析
以下分別討論具有一級光鏈路和二級光鏈路的HFC有線電視系統的傳輸性能，著重分析廣泛運用的具有兩級光鏈路的HFC系統。
1.具有一級光鏈路的HFC系統
目前城市有線電視的建設、改造常用此系統。如圖1所示。將市區及市郊的有線電視網絡按戶數、地域劃分成若干個小區，分階段由疏而密地建設光節點。前端信號經一級光鏈路送到各個光節點。根據以上列舉的各項指標，以DFB光鏈路為例，我們來討論一級光鏈路的HFC網系統的主要指標。根據GY/Y131-1997標準，DFB光鏈路與射頻部分的C/N的指標的級聯加算系數k為10，CSO、CTB指標的級聯加算系數k為15。這與純電纜網絡有很大的不同。它們的指標與分配比例的關系為：
C/N=44+10lg(1/δ) CTB=55+15lg(1/δ’)
CSO=55+15lg(1/δ”)
根據以上公式，可算出前端及光鏈路占用系統指標的比例，然后把系統指標剩余的部分分配給電纜網絡。結果如下：
可以看出，前端及光鏈路只消耗了系統指標的小部分，系統留給電纜網絡的各項指標還是比較富裕的，這已超過了原來的純電纜網絡的超干線之后的指標。在HFC網建設的前期，光節點分布比較稀疏，未考慮反向傳輸技術要求對覆蓋用戶數的限制時，電纜網絡傳輸較長的距離(可超過8級)還容易達到指標要求。具有電纜網絡傳輸設計經驗的技術人員很容易地看到這一點。這里不做具體的計算。
2.具有兩級光鏈路的HFC系統
在城市與縣城、鄉鎮及農村的聯網中，常用這種系統。如圖2所示，第一級光鏈路距離較遠(個別還需中繼)，通常采用1550nm的外調制方式光設備，第二級光鏈路多采用1330nm的DFB光設備，在第一級接收點通常還加入部分信號。
以上各部分的指標級聯加算比較復雜。根據GY/Y131-1997標準，射頻部分與外調制光鏈路、外調制光鏈路與DFB光鏈路的C/N、CSO、CTB指標的級聯加算系數k都為10，射頻部分與DFB光鏈路的C/N、CSO、CTB指標的級聯加算系數k分別為10、15、15。為了簡化計算，并且合乎要求，我們先計算兩個光鏈路的合成指標，再計算光鏈路與射頻部分的合成指標。以外調制的光鏈路指(C/N≥52dB CTB≥68dB CSO≥65dB0dBm接收光功率)與上面所列的DFB指標為例，先計算兩個光鏈路的合成指標。根據以下的計算公式
C/N=44+101g(1/δ) CTB=55+101g(1/δ’)
CSO=55+101g(1/δ”)
可得出兩級光鏈路級聯后的合成指標，并把它與電纜系統按C/N、CSO、CTB指標的級聯加算系數k分別為10、15、15進行計算，結果如表2：
以上的計算結果會出乎很多技術人員的意料。這時，信號雖然經過了兩級光鏈路，但信號的指標損失并不太多，系統留給二級電纜網絡的指標比例系數還相當多。這與通常認為的情況相差很大。這是因為光鏈路系統產生的非線性失真與純電纜網絡產生的非線性失真機理不同，而且外調制與DFB光設備產生的非線性失真機理也不同，它們之間級聯后的非線性失真疊加計算法則與純電纜網絡的計算不相同，不能按照原先常用的疊加法則進行。在HFC網建設的早期，很多文章的計算不夠合理，這點應引起我們足夠的重視。這里計算運用的加算方法與實際情況也有所差別，但應在要求以內。
四、應用分析
根據以上對HFC系統指標的分析，我們了解了采用具有兩級光鏈路的HFC網的建設是切實可行的，不存在通常認為的指標緊張的情況。而且，我們還可推算，間隔地使用不同調制方式的光鏈路，避免信號失真成分以電壓相加的形式的累加，建設具有三級光鏈路的HFC網也將是可行的。
在HFC網的建設中，我們應根據實際情況合理分配系統的各部分指標，以使系統各部分有足夠的指標，且便于調試，使系統能夠正常運行。比如，對于市區或戶數密集地區，線路級數較少，電纜網絡的指標分配比例可減少；對于郊外農村地區，戶數稀疏，電纜網絡應有適當的比例。
對光鏈路系統的指標分配、應用調試還需注意兩點：一是光鏈路各項指標與光調制度的關系；二是光鏈路指標與傳輸頻道數的關系。在光傳輸系統中，載噪比與非線性失真的矛盾關系與電纜網絡系統相似。在電纜網絡中，調整放大器的工作電平，可以提高或降低C/N，同時相反地改變CSO、CTB的指標。在光鏈路中，我們同樣也可以通過改變光調制度來調整其C/N、CSO及CTB指標。參見GY/T131-1997，在頻道數不變，調制度變化時，指標變化的關系可估算表達為
ΔC/N=201g(m1/m2) ΔCTB=-301g(m1/m2)
ΔCSO=-201g(m1/m2)
簡單地說，C/N改善1dB,CSO劣化1dB，CTB劣化1.5dB，反之亦然。根據這個關系，在實際應用中，如有必要，我們可對光鏈路指標進行適當的調整，以改善留給電纜網絡的C/N或CSO、CTB指標，更好地發揮HFC系統的傳輸性能。
另外，以上的技術指標都是以59個頻道進行計算的。目前大多數的有線電視系統傳送的頻道數少于59個，故系統的各項指標應比上表富余。電纜網絡應能傳送更多的級數，覆蓋的范圍更廣。隨著將來頻道數的增加，到時光節點的分布也將更密集，所覆蓋的戶數只有幾百戶，范圍將變小，電纜網絡傳輸少于3級即可。只要增設光節點，減少干線級數，不需花大力改造網絡。對于戶數稀疏的郊外農村，可能干線級數較長，干線應給適量的指標。在實際的線路調試中，在滿足載噪比指標的范圍內，可采用工作電平傾斜輸出的方式以降低放大器的非線性失真，達到增加級連數的要求。同時，我們還可以選擇非線性失真性能指標良好的前饋型放大器，用在較長距離的線路中。
以上的分析表明，具有兩級甚至三級光鏈路的HFC有線電視系統的建設應用是可行的。耗了系統指標的小部分，系統留給電纜網絡的各項指標還是比較富裕的，這已超過了原來的純電纜網絡的超干線之后的指標。在HFC網建設的前期，光節點分布比較稀疏，未考慮反向傳輸技術要求對覆蓋用戶數的限制時，電纜網絡傳輸較長的距離(可超過8級)還容易達到指標要求。具有電纜網絡傳輸設計經驗的技術人員很容易地看到這一點。這里不做具體的計算。
