通過(guò)損耗測試實(shí)現高性能調制解調器的設計

測試系統的要求

深入了解調制解調器網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵信號損耗非常重要，在進(jìn)行調制解調器設計時(shí)要充分考慮這些損耗因素。為實(shí)現這個(gè)目的，設計工程師必須在系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用正確的測試系統來(lái)仿真噪聲、干擾、微反射及其它損耗。

典型的物理層(PHY)調制解調器測試系統包括兩個(gè)主要部分：數據包發(fā)生器/分析器和HFC網(wǎng)絡(luò )損耗仿真器。數據發(fā)生器/分析器在調制解調器和CMTS之間進(jìn)行數據傳輸或處理，并采用丟包率和延時(shí)時(shí)間來(lái)評估系統的性能。丟包率定義為在CMTS和調制解調器之間進(jìn)行數據包傳輸時(shí)，丟失的數據包數目與總的數據包數目之比。電纜網(wǎng)絡(luò )損耗仿真器可產(chǎn)生HFC網(wǎng)絡(luò )中實(shí)際出現的損耗，包括噪聲、干擾、IMD和微反射，所有這些都可控并可重復。

通過(guò)將這些設備組合為綜合測試系統，設計工程師進(jìn)行各種測試，通過(guò)這些測試來(lái)了解各種損耗對調制解調器設計的影響。

附加的損耗測試方法

最常用的一種損耗測量方法是丟包率與載噪比的測試(見(jiàn)圖3)。該測量方法檢查調制解調器系統在噪聲和干擾變化條件下的傳輸性能。各種類(lèi)型的噪聲和干擾，包括寬帶噪聲、窄帶噪聲或調制干擾，均可用來(lái)模擬HFC網(wǎng)絡(luò )出現的各種情況。

寬帶噪聲能很好地反映HFC網(wǎng)絡(luò )中的背景噪聲，這種背景噪聲電平一般保持不變。窄帶噪聲和調制干擾能很好地模擬瞬態(tài)入口干擾的各種情況，在給定的頻率下可以采用多種不同的電平。

圖3描述了CNR與丟包率的測試。在該例中詳細描述了調制解調器系統的上行傳輸性能。通過(guò)設置損耗仿真器使下行信道在調制解調器接收端的信號電平為0dBmV，而上行信道衰減設定為30dB。

在測試的每一步，數據包在90秒時(shí)間內由調制解調器發(fā)送至CMTS，并由數據發(fā)生器/分析器測量丟包率。電纜網(wǎng)絡(luò )損耗仿真器中的上行CNR變化范圍從 25dB到10dB，步長(cháng)為0.5dB，這樣不僅可以模擬高傳輸質(zhì)量的HFC網(wǎng)絡(luò )，還可以模擬低傳輸質(zhì)量的HFC網(wǎng)絡(luò )。3個(gè)DOCSIS 1.0調制解調器分別用DOCSIS 1.0 CMTS進(jìn)行測試。為了方便比較，將3個(gè)調制解調器的測試結果都顯示在圖3中。

根據圖3給出的結果，顯然在調制解調器設計中提高幾個(gè)dB的抗擾度相當重要，或許這幾個(gè)dB正是某些網(wǎng)絡(luò )能實(shí)現無(wú)差錯傳輸而有些網(wǎng)絡(luò )常出現通信失敗的原因。

測試IMD

評估調制解調器性能的另一種測試是IMD與丟包率的測試(見(jiàn)圖4)，該測試檢查不同IMD條件下的系統性能，其中IMD以低于載波信號的電平形式表示。

上面測試的相同調制解調器系統的下行性能還可以用IMD與丟包率的測試進(jìn)行評估。通過(guò)設置網(wǎng)絡(luò )衰減仿真器在下行通道的調制解調器端口產(chǎn)生0dBmV的信號，而上行信號衰減設置為30dB。

在每個(gè)測試步驟中，數據包從CMTS發(fā)送到調制解調器，持續時(shí)間為90秒，并由數據發(fā)生器/分析器測量丟包率。電纜網(wǎng)絡(luò )損耗仿真器下行IMD比率的變化范圍從-50至-30dBc，步長(cháng)為1dBc，由此模擬HFC網(wǎng)絡(luò )上的各種典型IMD狀態(tài)。

圖4 顯示了IMD與丟包率的測試結果，其中y軸表示丟包率百分比，x軸表示載波IMD比率。如圖所示，線(xiàn)纜網(wǎng)絡(luò )中IMD使調制解調器的性能具有很大的不一致性。由于在設計特定運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )時(shí)，選取的放大器數目不同，因此導致存在不同的IMD。開(kāi)發(fā)出在更高IMD電平條件下數據能可靠傳輸的調制解調器可降低運營(yíng)商的維護負擔。

解決微反射問(wèn)題

調制解調器系統的上行傳輸性能可用微反射與調制誤碼率(MER)的測試來(lái)表征，MER是信號星座上總的測量值。數據發(fā)生器/分析器將數據包從調制解調器發(fā)送至CMTS。這種測試方法不再將數據包的丟失數目作為性能量度，而是測量上行傳輸脈沖串的MER。

在前述的DOCSIS PHY-20測試中，測試了不帶微反射和7種不同微反射配置的基本情況。每種測試條件具有單個(gè)不帶延時(shí)和衰減的路徑，還有1至3條帶延時(shí)和衰減的路徑。

在這一系列測試中，調制解調器系統允許在實(shí)現了測試條件的60秒后，通過(guò)預均衡算法調節預均衡系數。PHY-20規定了7種測試條件下的每個(gè)測量結果，并與27dB MER的合格標準進(jìn)行比較。

每條反射路徑的延時(shí)和損耗值均可修正，由此增加或減小微反射的模擬配置。一般而言，較小的損耗和延時(shí)設定將使性能進(jìn)一步降低。

表征數據包丟失

丟包特性的測試可用來(lái)衡量調制解調器系統的上行和下行通道性能。當執行該測試時(shí)，測試條件規定為一種損耗，如寬帶噪聲、窄帶噪聲、調制干擾或IMD。CNR 與丟包率的測試中，需要將損耗從一個(gè)固定的初始值變化到另一個(gè)固定的終止值，這里的丟包特性測試是為了找到產(chǎn)生預定義的合格/不合格的臨界損耗值水平。

在丟包特性測試中，損耗條件等級將持續增加，直到丟失的數據包超過(guò)了合格標準，將這個(gè)損耗值略微降低即得到要求的值。該測試的目標丟包率通常為1%。

本文給出了在一般的HFC網(wǎng)絡(luò )損耗條件下調制解調器性能的測試結果，根據分析這些結果可以作出一些結論。其中最重要一點(diǎn)是并非所有的調制解調器系統的性能一樣。盡管調制解調器或CMTS可能通過(guò)了DOCSIS驗證，但現實(shí)中這些設備的性能仍然可能有很大變化。這一點(diǎn)也強調了性能測試對設備運營(yíng)商和生產(chǎn)商都非常重要。

許多開(kāi)發(fā)商正致力于開(kāi)發(fā)調制解調器，期望充分利用用戶(hù)對高速接入通信網(wǎng)絡(luò )的需求。由于在該領(lǐng)域中諸多開(kāi)發(fā)商競爭激烈，開(kāi)發(fā)商在實(shí)際的HFC網(wǎng)絡(luò )條件下提高產(chǎn)品性能就顯得尤為重要。通過(guò)制訂出綜合了本文所描述的測試方法的測試計劃，開(kāi)發(fā)商可以設計出性能更佳的調制解調器，為用戶(hù)提供可靠的高速接入功能。而如果等到調制解調器設計完成后到現場(chǎng)進(jìn)行性能測試，再根據測試結果進(jìn)行反復設計，必將導致設計時(shí)間延誤，增加設計成本。