《双向网改造技术概论》适市出版

                                               助力三网融合，给力双向改造

近年来随着三网融合步伐的加快，电信与广电行业在业务上的竞争也更加激烈。广电网络究竟如何发展？在激烈的竞争中广电网络如何生存下去，已经成为许多广电网络的经营者和工作者都在深入思考的问题。广电总局在十二五规划中将“三网融合”、“数字化”、“双向化改造”列为工作重点，推动有线电视数字化整体转换，促进有线电视网向下一代网络演进。

各地双向化改造如火如荼，但作为理论指导的三网背景下的双向改造学习资料却没有跟上，为此，《三网融合背景下的双向网改造技术概论》培训教材适世出版，希望能对参与和领导改造的朋友们一点借鉴。

     双向网改造专家唐明光教授亲自为本书作序。该书在编写过程中尽量做到以事实为依据，贴近实际，撇空洞之论述，采实例之精华，但愿能对大家的工作有所帮助！同时为“三网融合背景下的双向网改造（工程概预算）、物联网技术”培训班指定教材。

 

本教材由时代中广传媒读书网（www.book3000.com.cn）全国总发行

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目   录

 

第一章 广电网络双向化改造概述…………………………………………………………1

1.1、广电网络改造的必然性和紧迫性…………………………………………………1

  1.1.1、政策支持………………………………………………………………………1

  1.1.2、市场需求………………………………………………………………………1

  1.1.3、技术发展需要…………………………………………………………………1

  1.1.4、三网融合的需要………………………………………………………………2

1.2、广电网络双向化改造的原则………………………………………………………2

  1.2.1、当前HFC网络的优缺点……………………………………………………2

  1.2.2、HFC网络升级改造应遵循的原则…………………………………………3

  1.2.3、广电网络双向化改造的设计原则……………………………………………3

  1.2.4、网络双向化改造的发展方向——全光网络…………………………………4

1.3、双向数字电视网络的实现方法……………………………………………………5

1.4、名词解释……………………………………………………………………………6

  1.4.1、下一代网络的定义……………………………………………………………6

  1.4.2、接入网…………………………………………………………………………7

  1.4.3、核心网…………………………………………………………………………7

1.5、HFC双向网络上行通道的设计考虑………………………………………………8

  1.5.1、回传通道的设计依据…………………………………………………………8

  1.5.2、上行通道的技术要求及规范…………………………………………………8

1.6、上行通道与下行通道的区别……………………………………………………12

1.7、回传通道设计与调试中常用的几个参数………………………………………14

  1.7.1、噪声功率比（NPR）………………………………………………………14

  1.7.2、反向激光发射机激光器的动态范围………………………………………15

1.7.3、组合互调噪声（CIN）……………………………………………………17

1.8、双向网络的拓扑结构……………………………………………………………18

1.9、光节点覆盖户数的确定…………………………………………………………19

1.10、网络中开展的业务及频率分配…………………………………………………19

第二章 混合光纤/同轴电缆（HFC）有线电视系统反向通道分析………………………21

2.1、回传通道中的噪声与干扰………………………………………………………21

  2.1.1、回传通道里的噪声…………………………………………………………21

    2.1.1.1、热噪声…………………………………………………………………22

    2.1.1.2、光纤链路噪声…………………………………………………………27

    2.1.1.3、侵入噪声………………………………………………………………29

    2.1.1.4、削波失真………………………………………………………………30

  2.1.2、公共路径失真（CPD）……………………………………………………33

  2.1.3、哼声与电源干扰……………………………………………………………35

2.2、回传系统设计需考虑的问题……………………………………………………35

  2.2.1、回传通路损耗的差异………………………………………………………35

    2.2.1.1、用户室内布线及分支分配损耗…………………………………………35

    2.2.1.2、接入电缆的差异…………………………………………………………37

    2.2.1.3、分配系统的差别…………………………………………………………37

  2.2.2、回传通道电平的平坦度……………………………………………………38

  2.2.3、温度的影响…………………………………………………………………38

  2.2.4、光纤链路损耗………………………………………………………………40

  2.2.5、回传接收机的测量精度……………………………………………………40

2.3、回传通道的均衡…………………………………………………………………40

  2.3.1、减少侵入噪声………………………………………………………………40

  2.3.2、回传的均衡…………………………………………………………………40

2.4、回传均衡的一些变通……………………………………………………………41

  2.4.1、反向阻断滤波器……………………………………………………………41

  2.4.2、可寻址的分支分配器………………………………………………………41

2.5、反向回路扩容的方法……………………………………………………………41

  2.5.1、光节点的分割………………………………………………………………42

  2.5.2、网络结构如何调整…………………………………………………………42

  2.5.3、频率搬移技术………………………………………………………………43

  2.5.4、更高的带宽效率……………………………………………………………44

  2.5.5、增加回传频谱应注意的事项………………………………………………44

2.6、回传应用的具体要求……………………………………………………………45

2.7、回传系统的光纤链路……………………………………………………………46

  2.7.1、回传激光器的类型…………………………………………………………46

  2.7.2、影响光纤链路性能的因素…………………………………………………46

2.7.2.1、回传路径光链路的载噪比……………………………………………46

2.7.2.2、激光器的噪声（RIN）…………………………………………………47

2.7.2.3、光纤噪声………………………………………………………………51

2.7.2.4、模式分隔噪声（MPN）………………………………………………52

2.7.2.5、杂散辐射………………………………………………………………52

2.7.2.6、干涉强度噪声（Interferometric Intensity Noise，IIN）……………53

2.7.2.7、检波噪声………………………………………………………………53

      2.7.3、温度的影响…………………………………………………………………54

2.8、回传激光器的选择………………………………………………………………55

  2.8.1、回传激光器的选择…………………………………………………………58

  2.8.2、回传信号的混合……………………………………………………………60

2.9、回传通道射频功率的分配………………………………………………………60

  2.9.1、对于传输的信号应根据其性质来确定电平的计算方法…………………60

  2.9.2、每Hz功率法示例…………………………………………………………66

第三章 反向通道的调试………………………………………………………………69

3.1、反向激光器的RF激励功率与噪声功率比……………………………………69

  3.1.1、激光器的工作点……………………………………………………………69

  3.1.2、反向电平的设置……………………………………………………………73

  3.1.3、峰值因子……………………………………………………………………74

  3.1.4、反向电平的计算……………………………………………………………75

3.1.4.1、每频道电平的计算……………………………………………………75

3.1.4.2、求反向发射机总功率…………………………………………………75

3.2、双向电缆分配网络的设计考虑…………………………………………………76

3.3、反向通道调试应注意的问题……………………………………………………79

3.4、反向通道调试中基准值的设定…………………………………………………79

  3.4.1、回传光链路的基准值………………………………………………………79

  3.4.2、校准调节……………………………………………………………………80

  3.4.3、回传通道调试应遵循的原则………………………………………………81

3.4.4、调试的步骤…………………………………………………………………82

3.5、反向回路的调整方法……………………………………………………………82

3.6、光纤链路工作电平的选择………………………………………………………85

3.7、前端信号的分配与混合的方式…………………………………………………85

3.8、回传光链路的调试………………………………………………………………88

  3.8.1、光链路的校准调节…………………………………………………………88

    3.8.1.1、调准反向激光器的激励功率…………………………………………88

    3.8.1.2、前端回传接收机的RF输出电平（总功率）…………………………90

3.9、回传电缆链路的调整实例………………………………………………………92

3.10、回传通道的RF放大器中的衰减器放在何处合适…………………………95

第四章 光复用技术………………………………………………………………………97

    4.1、光复用技术………………………………………………………………………97

4.1.1、光波分复用（OWDM）……………………………………………………97

  4.1.2、波分复用系统的分类………………………………………………………97

  4.1.3、光时分复用技术（OTDM）………………………………………………100

  4.1.4、光码分复用技术（OCDM）………………………………………………101

  4.1.5、光频分复用技术（OFDM）………………………………………………101

  4.1.6、光空分复用技术（OSDM）………………………………………………101

4.2、对波分复用系统的要求…………………………………………………………101

  4.2.1、光纤…………………………………………………………………………101

  4.2.2、光发射机和光接收机的技术性能…………………………………………102

  4.2.3、光放大器的要求……………………………………………………………102

4.2.4、复用和解复用技术…………………………………………………………102

  4.2.5、监控和管理技术……………………………………………………………102

4.3、波分复用器（WDM）的结构和原理……………………………………………103

  4.3.1、熔融光纤耦合型（熔锥型）WDM器件…………………………………103

  4.3.2、多层介质膜干涉型WDM器件…………………………………………105

  4.3.3、棱镜型WDM器件…………………………………………………………107

  4.3.4、反射光栅型WDM器件……………………………………………………108

  4.3.5、光纤光栅型WDM器件……………………………………………………110

  4.3.6、阵列波导光栅型波分复用器………………………………………………111

4.4、DWDM器件的几个主要参数的定义…………………………………………113

  4.4.1、表示光纤耦合器（WDM器件）的几个常用参数…………………………113

  4.4.2、WDM/deWDM评价中的几个名词的解释………………………………114

4.5、波分复用系统的光源……………………………………………………………116

  4.5.1、多波长光源…………………………………………………………………116

  4.5.2、绝对波长光源………………………………………………………………116

  4.5.3、波长可变光源………………………………………………………………117

4.6、在波分复用系统中减小波道间隔的限制因素………………………………118

  4.6.1、色散问题…………………………………………………………………118

  4.6.2、降低色散斜率……………………………………………………………118

4.7、DWDM系统使用的光纤………………………………………………………119

4.8、光纤耦合器的其它几个参数的表示…………………………………………120

4.9、光纤耦合器的特性……………………………………………………………122

4.10、关于光栅………………………………………………………………………124

4.11、波分复用系统的技术规范……………………………………………………126

  4.11.1、光接口代码………………………………………………………………126

  4.11.2、工作波长要求……………………………………………………………127

  4.11.3、光通道的衰减……………………………………………………………131

  4.11.4、光通道的色散……………………………………………………………132

4.11.5、光监控通路………………………………………………………………132

4.12、波分复用系统的构成…………………………………………………………133

第五章 无源光网络技术…………………………………………………………………137

5.1、光纤接入网的基本配置………………………………………………………137

5.2、无源光网络……………………………………………………………………139

  5.2.1、无源光网络的优势………………………………………………………139

5.2.2、PON的基本概念…………………………………………………………140

  5.2.3、APON技术…………………………………………………………………141

5.2.3.1、APON的优点…………………………………………………………144

5.2.3.2、APON的提出…………………………………………………………144

5.2.3.3、APON的系统结构……………………………………………………144

5.3、以太网无源光网络技术——EPON……………………………………………146

  5.3.1、EPON的工作原理…………………………………………………………147

  5.3.2、EPON技术对于安全性的考虑……………………………………………149

  5.3.3、EPON的优点………………………………………………………………150

  5.3.4、EPON系统的构成…………………………………………………………150

5.4、EPON的关键技术………………………………………………………………152

5.5、EPON的技术优势………………………………………………………………154

5.6、EPON网络各部分的功能………………………………………………………155

5.7、EPON采用TDMA方式时的关键技术………………………………………156

5.8、EPON的发展前景——10G-EPON……………………………………………160

5.9、EPON与APON的比较………………………………………………………161

5.10、GPON技术……………………………………………………………………162

  5.10.1、GPON的系统构成………………………………………………………162

  5.10.2、GPON的总体目标………………………………………………………164

  5.10.3、TDM协议设计时主要考虑的问题………………………………………165

  5.10.4、GPON的关键技术………………………………………………………165

  5.10.5、GPON的协议栈…………………………………………………………167

  5.10.6、GPON的优点……………………………………………………………168

  5.10.7、GPON的光学特性………………………………………………………169

5.11、GPON与EPON的比较………………………………………………………170

5.12、GPON对各种业务的支持……………………………………………………171

5.13、XG-PON的特点与关键技术…………………………………………………174

5.14、无源光网络使用的光纤和光缆………………………………………………174

  5.14.1、光纤………………………………………………………………………174

  5.14.2、光缆………………………………………………………………………176

第六章 EOC和DOCSIS技术简介………………………………………………………177

6.1、标准EOC………………………………………………………………………177

  6.1.1、基带EOC技术简介………………………………………………………177

  6.1.2、Home PNA（Home Phoneline NetWorking Alliance，家庭电话线联盟）技术简介（组网技术）………………………………………………………180

  6.1.3、Home Plug AV（Home Plug Powerline Alliance，家庭电力线联盟）……181

6.1.4、MoCA（Multimedia Over Coax，同轴电缆多媒体联盟）技术简介…183

6.1.5、WLAN（Wi-Fi Alliance，无线保真联盟）技术简介………………………185

  6.1.5.1、WLAN标准概述………………………………………………………185

  6.1.5.2、WLAN技术应用………………………………………………………187

6.2、非标准的EOC技术……………………………………………………………189

  6.2.1、HiNOC（High Performance Network Over Coax，基于同轴电缆的高性能网络）简介……………………………………………………………………189

  6.2.2、EPCN（Ethernet Passive Coax Network，同轴以太网络）技术简介……190

6.2.2.1、EPCN技术简介………………………………………………………191

6.2.2.2、EPCN的工作原理……………………………………………………191

      6.2.3、Uclink技术简介……………………………………………………………193

      6.2.4、Cable Ran技术简介………………………………………………………194

      6.2.5、BIOC（Broadcasting Interactivity Over Cable 广播同轴电缆网络交互技术）简介………………………………………………………………………196

6.3、几种EOC技术的比较…………………………………………………………196

  6.3.1、有源EOC低频技术和高频技术的比较…………………………………196

  6.3.2、有源EOC与无源EOC……………………………………………………198

6.4、两种调制技术…………………………………………………………………204

  6.4.1、FDQAM（Frequency Diverse Quedrature Amplitude Modulation，频率分集正交调幅）…………………………………………………………………204

  6.4.2、OFDM调制技术……………………………………………………………205

6.5、DOCSIS技术简介………………………………………………………………210

  6.5.1、DOCSIS V3.0的主要特点…………………………………………………211

  6.5.2、DOCSIS V3.0/HFC的系统图……………………………………………212

  6.5.3、DOCSIS V3.0的系统结构…………………………………………………213

6.5.4、物理层（接口规范PHY V3.0）——HFC网络的传输特性……………218

6.5.5、上行传输特性参数…………………………………………………………219

  6.5.5.1、HFC网络的上/下行频率范围…………………………………………221

6.6、MAC和上层协议接口规范（MULPI V3.0规范）的主要特点………………221

  6.6.1、MAC协议的管理功能……………………………………………………221

  6.6.2、MULPIV3.0的这要特点…………………………………………………227

第七章 有线电视网络双向改造采用的技术……………………………………………233

7.1、城域网的发展现状………………………………………………………………233

7.2、城域网建设中需要考虑的问题…………………………………………………234

7.3、有线电视网络双向改造采用的技术……………………………………………235

  7.3.1、基于同轴电缆调制的用户接入技术………………………………………236

  7.3.2、基于以太网协议的用户接入技术…………………………………………236

  7.3.3、基于家庭网络的用户接入技术……………………………………………237

7.4、目前同轴双向网改造中的几种接入方案………………………………………237

  7.4.1、EPON+LAN/HFC接入方案………………………………………………237

  7.4.2、EPON+WLAN接入方案…………………………………………………238

  7.4.3、EPON+Home PNA接入方案………………………………………………239

  7.4.4、EPON+MoCA接入方案…………………………………………………240

  7.4.5、EPON+基带EOC接入方案………………………………………………240

  7.4.6、EPON+EPCN接入方案……………………………………………………241

7.5、EPON+EOC方案的优缺点……………………………………………………241

7.6、WDM+PON技术………………………………………………………………244

  7.6.1、WDM+PON的波长分配……………………………………………………245

  7.6.2、WDM+PON的优势…………………………………………………………245

  7.6.3、基于WDM的PON的业务承载能力………………………………………247

  7.6.4、基于WDM的PON网络的特点……………………………………………247

7.7、用MSTP多业务传输平台构建广电城域网……………………………………248

7.7.1、城域网建设中技术方案的选择—MSTP技术在城域网建设中的应用…248

7.7.1.1、MSTP技术的特点……………………………………………………248

    7.7.1.2、MSTP技术的优势……………………………………………………250

  7.7.2、使用MSTP设备的组网方法………………………………………………251

7.8、DOCSIS V3.0/HFC网络技术的应用……………………………………………253

7.8.1、CASA CMTS系统使用实例………………………………………………255

7.9、EPON到户………………………………………………………………………257

7.10、10GEPON+1GEOC方案………………………………………………………257

附录1 EPON宽带接入网中SLA的实现和保证方法………………………………259

附录2 用频谱分析仪测量数字信号…………………………………………………270

附录3 使用几种主流接入技术进行网络双向改造的横向比较………………………275

附录4 单位转换…………………………………………………………………………276

附录5 信噪比与载噪比与 E_b/N₀………………………………………………………279

附录6 WDM系统测试及仪表………………………………………………………282

缩略语………………………………………………………………………………………289

参考文献……………………………………………………………………………………299

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