通過(guò)損耗測試實(shí)現高性能調制解調器的設計

線(xiàn)纜調制解調器設計中語(yǔ)音、視頻和數據之間的相關(guān)性日益增強，為了實(shí)現三者之間的并行傳輸，設計工程師必須開(kāi)發(fā)出解決網(wǎng)絡(luò )傳輸損耗的測試方法。為了迎接這個(gè)新挑戰，設計工程師正努力開(kāi)發(fā)調制解調器以及利用電纜數據傳輸業(yè)務(wù)接口規范DOCSIS 1.1的前端設備。DOCSIS 1.1標準的優(yōu)點(diǎn)在于可提供一整套的QoS技術(shù)對調制解調器系統設計中的語(yǔ)音、視頻和數據業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級分配。

但僅僅只滿(mǎn)足DOCSIS 1.1標準是不夠的，調制解調器網(wǎng)絡(luò )設備的損耗有可能影響到網(wǎng)絡(luò )上的語(yǔ)音、視頻和數據的傳輸。為解決這個(gè)問(wèn)題，設計工程師必須盡可能按實(shí)際運行環(huán)境進(jìn)行設計。

解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于正確的測試。通過(guò)用強大的測試方案，設計工程師可有效地仿真噪聲和干擾對調制解調器系統及設備產(chǎn)生的影響。這樣，設計工程師可以在系統設計的早期設法消除或減小這些影響。

HFC網(wǎng)絡(luò )

目前多數服務(wù)運營(yíng)商已經(jīng)對電纜網(wǎng)絡(luò )傳輸設備進(jìn)行了升級，這些網(wǎng)絡(luò )能支持高速雙向數據、語(yǔ)音和視頻傳輸。目前已升級的雙向電纜網(wǎng)絡(luò )可在光纖和同軸電纜的混合線(xiàn)纜上傳輸廣播電視、高速數據以及語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

光纖用來(lái)傳輸調制解調器終端系統(CMTS)的數據包。光纖將信息從終端系統傳輸到本地的光接點(diǎn)，而從光節點(diǎn)到目的地之間剩余距離由同軸電纜傳輸。由于同時(shí)使用了光纖和同軸電纜，通常稱(chēng)這類(lèi)網(wǎng)絡(luò )為光纖－同軸(HFC)混合線(xiàn)纜網(wǎng)絡(luò )。

光纖主要用來(lái)傳輸前端和用戶(hù)之間的數據。光纖需要的放大器數目少于同軸電纜，而且光放大器具有比同軸電纜放大器更好的噪聲和失真特性。

調制解調器系統必須排除多種損耗情況，其中最主要的兩種是噪聲和干擾。各種來(lái)源的噪聲和干擾將對HFC網(wǎng)絡(luò )上的數據包傳輸產(chǎn)生失真。包括一般家用電器在內的許多設備，如垃圾處理機和攪拌機都將發(fā)射位于上行頻帶(美國規定為5MHz至42MHz)的信號。

這些信號通過(guò)屏蔽較差的電纜或者通信設備進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )，因而一般稱(chēng)為入口干擾。入口干擾通常具有脈沖特性和窄帶特點(diǎn)，這是因為這類(lèi)干擾信號一般是在很小的頻率范圍，在瞬間具有很高的功率電平。

除了入口干擾，HFC網(wǎng)絡(luò )上的其它傳輸流，如來(lái)自其它調制解調器用戶(hù)的信號和電視信號也能干擾數據包的傳輸。這些信號可能同時(shí)出現在下行和上行信道，并且干擾信號具有與數據信號相同的頻率(這種干擾稱(chēng)為同頻道干擾)或相近的頻率(這種干擾稱(chēng)為鄰頻干擾)。

入口干擾與其它干擾信號相結合能降低信道的載噪比(CNR)，隨著(zhù)前向糾錯(FEC)技術(shù)在傳輸差錯處理中的作用日益突出，較低的CNR同時(shí)也降低了數據的傳輸效率。在一定程度上信號損耗是不可避免的，無(wú)論HFC網(wǎng)絡(luò )設計得如何完備，總會(huì )出現一定的入口干擾和其它干擾信號，并影響調制解調器系統的性能。

某些設備生產(chǎn)商在CMTS中還采用了專(zhuān)有技術(shù)，通過(guò)將入口干擾的影響降至最低來(lái)獲得最佳性能。一個(gè)實(shí)例是CMTS在信道中采用入口干擾信號檢測并改變上行信道的功能。設備生產(chǎn)商和業(yè)務(wù)提供商在考慮干擾問(wèn)題時(shí)都應考慮這類(lèi)先進(jìn)功能。新開(kāi)發(fā)的DOCSIS 1.1測試工具提供了用于測量調制解調器系統性能的各類(lèi)噪聲、入口干擾和干擾信號源。DOCSIS RF-PHY-22上行數據誤包率測試工具詳細描述了幀丟失特性測試，這種測試得到生成目標數據包丟失值的載波信號損耗比。PHY-22規定了在模擬 HFC網(wǎng)絡(luò )的典型情況下出現的各種噪聲和干擾類(lèi)型，包括背景噪聲、QAM16和QPSK(DOCSIS上行調制技術(shù))噪聲、連續波(CW)干擾及AM信號。

信號失真

放大器可用來(lái)補償信號通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)產(chǎn)生的一種稱(chēng)為互調失真(IMD)的損耗。圖1顯示了調制解調器無(wú)損耗信號的星座圖。星座圖在二維空間上顯示了信號的幅度和相位分量，這里每個(gè)點(diǎn)表示多位數據。

圖2的星座圖表示了IMD存在時(shí)的信號壓縮，IMD引發(fā)的調制解調器失真信號的星座圖顯示了被壓縮的外部星座點(diǎn)。

這些點(diǎn)的壓縮(這里傳輸功率達到最大值)將導致調制解調器將一個(gè)星座點(diǎn)錯譯為另一個(gè)星座點(diǎn)。因此在HFC網(wǎng)絡(luò )傳輸中，隨著(zhù)星座點(diǎn)表示的信息發(fā)生變化，調制解調器出現的誤碼率也將不斷增大。

每個(gè)放大器還有一個(gè)雙工濾波器，在放大器之前和之后濾除帶外信號。當多個(gè)放大器用在電纜網(wǎng)絡(luò )時(shí)，雙工濾波器的群延時(shí)與幅度失真響應產(chǎn)生總的群延時(shí)和幅度失真。這種情況主要出現在上行傳輸方向，在上行方向的低通濾波器的最高頻率為42MHz。

多個(gè)濾波器的組合響應將使濾波器通頻帶邊緣附近的群延時(shí)和幅度失真增加。數據在線(xiàn)纜中傳輸時(shí)，上行信道中出現的嚴重群延時(shí)和幅度失真特性將導致誤碼率顯著(zhù)增加。HFC網(wǎng)絡(luò )結構可包含的放大器數量在5個(gè)到20個(gè)之間，這意味著(zhù)調制解調器系統必須設計成能夠在較大群延時(shí)和幅度失真環(huán)境下工作。

微反射

同軸電纜設備，如放大器、耦合器和同軸電纜之間出現的阻抗失配將產(chǎn)生另一種稱(chēng)為微反射的干擾。當出現微反射時(shí)，反射信號經(jīng)過(guò)延時(shí)和損耗到達接收端。多個(gè)反射信號將在接收端產(chǎn)生碼間干擾(ISI)，ISI可能導致接收器檢測到錯誤的輸入信號幅度和相位。

DOCSIS 1.1調制解調器系統的設計中還加入了抵消這種反射的預均衡功能。CMTS通過(guò)在HFC網(wǎng)絡(luò )出現的微反射來(lái)確定預均衡系數，然后將該系數發(fā)送到調制解調器，該調制解調器將在以后的傳輸中采用這個(gè)系數來(lái)調整信號傳輸。

CMTS 和調制解調器必須正確地進(jìn)行預均衡處理，正確的均衡處理可以保證微反射條件下數據包的可靠傳輸。DOCSIS RF-PHY-20預均衡器測試可提供7種不同的微反射測試情況，通過(guò)這些情況的測試能對調制解調器/CMTS的性能進(jìn)行分析。模擬不同的微反射情況對于系統設計工程師理解調制解調器系統在各種條件下的性能至關(guān)重要。