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对广州市HFC网络反向噪声等问题的分析
http://www.ccatv.com/ 2003-05-26 中国有线电视
刘光华
1 HFC网络反向噪声的分类及其现场特征
NCTA（National Cable Telecommunication Association）把上行传输中的噪声与失真产物分为热噪声、脉冲冲激噪声、相位噪声、交调失真、反射、群延时等,其中特征明显且对双向通信有关键影响的反向噪声主要有5大类：RF侵入噪声、脉冲冲激噪声、共用通路互调失真、系统热噪声、激光器削波。
反向噪声的来源广泛，HFC网络的星—树型结构导致前端汇聚噪声的大幅度波动,给网络维护带来困难，如何通过频谱特性来认识各类反向噪声的频谱特征，并对一些诸如不同用户线对接、非标准无源器件的使用、电视机的泄漏、分配网络接头松脱、分配线路弯曲度过大等引起的特征噪声进行分类统计，即可为解决噪声问题积累实际经验。
值得注意的是虽然反向噪声的来源广泛，但是并不是每一个问题都会带来严重的后果，绝大多数的反向噪声都能通过反向链路的规范调试得到较好的抑制。对那些引入过大噪声的故障需要逐级查找源头，虽然工作量偏大，但也是有章可循，除了脉冲冲激噪声引起的问题没有有效的方法抑制外，其余的问题都有一定的办法加以控制。频谱只是一种直观的判断方法，反向噪声对上行信号的影响还必须分析具体指标如S/N，只有这样才能够量化噪声与上行信号的运行关系。
2 结合CMTS接收的上行信号S/N定性分析反向噪声频谱
单纯地通过观察噪声频谱当然不能作为判断数据信号健壮程度的准则，它只能直观地反映趋势，不能作为决策手段,决定RF信号质量的主要是S/N。
EU-DOCSIS标准规定上行信号的S/N≥25 dB，这一数值指的是CM工作在各种数码率或者带宽下都应达到的要求。对CM的上行QPSK调制方式而言，有5种工作带宽：200
kHz（320 kbps）,400 kHz （640 kbps）,800 kHz （1 280 kbps）,1
600 kHz （2 560 kbps）,3 200 kHz （5 120 kbps）,越大的带宽意味着越高的反向带宽分配给用户，同时也意味着更高的带内噪声聚集。在同一个工作频点上，当逐渐增加带宽时，信号的S/N一般下降接近于10
lg(前后带宽之比)。
用HP8591C的ZERO SPAN功能及SDA5000的相应测量方法对CMTS信号的S/N进行了大量的测量，同时与CMTS自身采集到的信号的S/N值作了对比参考，并对汇聚噪声的频谱图进行分析后，认为当反向光接收机输出的汇聚噪声频谱比较平坦（尤其是在CM上行工作频段20~38
MHz内），且幅值不超过55 dBμV时，上行信号的工作S/N及丢包率（PER）性能较好，一般在28
dB以上；若汇聚噪声在工作频段上波动范围较大，幅度值超过55~65 dBμV时，上行信号的S/N在20~25
dB之间波动，此时CM还能正常工作，但对突发的侵入噪声的抵抗能力有所降低，少数CM在受到冲击时还会暂时失去同步；若汇聚噪声在工作频段上幅度值超过65
dBμV以上时，上行信号的S/N将低于20 dB，此时CM较容易受到突发的侵入噪声的干扰，部分CM的同步将会出现困难。
为解决反向噪声问题提供了清晰的判断依据,是否解决噪声问题的直观印象是前端汇聚噪声频谱的平坦度以及工作频段上的幅度值。
目前使用的CISCO前端（UBR7200系列）具有在线测量回传通道SNR的功能，而前端测量的回传通道SNR值大致上能反映通道的反向噪声情况，根据DOCSIS标准建议，Cable
Modem在回传SNR大于25 dB时能正常工作。SNR值与调制方式、带宽及接收功率等参数有直接的关系，因此可以将数据库统计的SNR值作为判断网络噪声情况的一种指标。
(1)网络最低标准
通道设置在QPSK调制、0.8 MHz回传带宽、0 dBmV接收电平,SNR>18 dB作为网络噪声的最低标准,SNR
（2）网络可接受标准
保证上传的数据速率，QPSK调制、1.6 MHz回传带宽、0 dBmV接收电平，18 dB（3）网络正常标准
调制、3.2 MHz回传带宽、0 dBmV接收电平，SNR>20 dB,或QPSK调制、1.6
MHz回传带宽、0 dBmV接收电平，SNR>25 dB，并且SNR3CMTS-CM之间MAC层以下通信机制中的网络数据特性分析上行信号的S/N值不能用来确切地判断网络的问题，因潍S/N的值是通过对10
000个符号进行平均后获得的，它没有考虑到HFC网络中突发、脉冲以及中断类的噪声，而且S/N值超过35
dB或低于25 dB时测量结果不准确,所以需要在CMTS-CM之间MAC层通信机制中寻找与网络特性相关的各种数据进行分析、评估，判断上行信号产生问题的原因，并针对性地设置CMTS的参数,如跳频频点计划、带宽、调制方式等，以提高上行通路的健壮性。
了解CMTS-CM之间通信的过程：当CM通电以后，它开始扫描下行频谱，寻找带有特定Cable Modem信息的QAM调制载波，建立同步后，它就在下行数据中搜索上行工作信道描述信息UCD（Upstream
Channel Descriptor），以确认上行发射频率、符号率、调制方式、FEC等上行频道参数，然后CM在指定的频率上从低到高改变拼接包的发射功率电平，直到CMTS接收到符合其标称功率的上行电平（该过程简称测距），CMTS就会通知CM这一最佳的发射功率电平，在连接过程中CM会一直保持这一最佳的发射功率电平，直到网络分配损耗发生了变化。然后建立IP连接：CM发出DHCP（Dynamic
Host Configuration Protocol）请求获得IP地址，再通过TOD（Time Of
Day）请求取得准确的定时，最后CMTS用TFTP(Trivial File Transfer Protocol)协议下传工作参数给CM，当CM获得工作参数后就完成了登记（Registration）过程。其后，CMTS还要定期（25
s或30 s）向CM发出站点维护指令(Station Maintain)以执行Per-Modem Keeping
Polling过程，CM必须回应以确定网络的通畅。当噪声造成Keep Alive Polling信息丢失率超过一定范围时，必须在2ms内完成一个新的上行工作频率UCD信息的更新，UCD更新执行完毕即意味着跳频(Hop)发生。在上述Request/Grant通信过程中，CMTS即可根据采集到的各种与上行信号有关的信息对网络进行评估，并以此来决策内部参数的变化来对抗网络噪声的冲击。
MAC AddressUpstreamInsHitMissCRCP-AdjFlapTime
0050.f300.1d0cCable3/0/U0 112 10 820 489 0 9 591 9 710
11:17:43
0004.bdc2.49d8 Cable3/0/U0 330 17 673 2 255 0 5 764
6 202 08:48:47
0004.bdc2.65a8 Cable3/0/U0 274 9 191 1 259 0 4 428 4
765 07:35:27
0020.4050.de30 Cable3/0/U0 94 11 218 1 874 0 3 899 4
088 08:48:41
0004.bdc2.670e Cable3/0/U0 239 8 773 1 394 0 3 738 4
044 02:42:31
0004.bdc6.e9cc Cable3/0/U0 184 10 523 1 748 0 3 128
3 401 08:00:0
cISCO公司的CMTS可以提供多种指令来收集所需要的各类相关数据，若对这些大量的统计数据进行综合并加以分析，找到一些能够准确判断网络工作质量尤其是噪声类影响的方法，那么就可为保障双向网络稳定运行建立可靠的前期诊断依据。不是每一种噪声都能够导致系统崩溃，只有那些足以影响上行通路中大多数CM的噪声才是灾难性的，如何利用跳频机制、带宽的伸缩、调制方式的转变等策略提前避免噪声冲击正是要研究的，因而需要在CMTS-CM通信的底层协议中找到与此相关的各类数据加以存储、分类、量化、综合，即可实现基于网络本身的自适应调整。
命令一、cmts-cisco-JF-B>sh contr | in SNR
SNR 25.576 0 dB
SNR 29.542 0 dB
SNR 28.944 0 dB
SNR 27.234 0 dB
SNR 22.922 0 dB
可通过程序连续收集到达每个上行CMTS端口的信号的S/N指标，用数据库的形式存储并加以分析，若S/N值在定义的连续时间内低于25
dB，即需要CMTS实行缩短带宽的指令以判断S/N值是否发生增幅波动，若是则可初步判断网络噪声问题，当然问题的确定以及采取的对策(跳频、改变调制方式、立即进行网络维护)还需要下面的指令综合判断才可完成。
命令二、cmts-cisco-JF-B>sh cable flap
上述命令中的各类数据均有其意义，综合分析会使网络问题的定位准确度大大提高。Ins(Insertion)为CM与CMTS建立一个定期初始化维护的过程。若由于网络中断同步丢失、DHCP配置等问题造成维护过程
（Keep Alive Polling）的时间远低于预定值，意味着CM注册问题，该值与Flap记数增加。Hit为CM成功响应Keep
Alive 信息的次数，Miss为不能响应Keep Alive 信息的次数，两个数字都较大，Miss/Hit之比在8%以内一般是正常的，过高的Miss记数（Miss/Hit之比超过10%）意味着：激光器削波（Laser
Clipper）、共用通路失真（Common-Path Distortion）、脉冲侵入噪声（Impulse
Ingress）、上行通路衰减过大或过小（Much Or Too Little Upstream Attenuation）等网络问题，此时CM可能会频繁掉线无法完成注册过程；若Hit与Miss的次数相当而且CRC计数较低，则噪声问题严重；若连续16个Miss发生，一般认为CM断电或链路中断；若连续6个Miss发生，则Flap计数增加。CRC通常意味着信号中断或网络噪声问题，较低的计数才是正常的，但是激光器削波、共用通路失真、脉冲侵入噪声会造成高的CRC计数值。功率调整P-Adj(Power
Adjustment)表示CM上行发射信号的功率变化超过3 dB的次数，工作稳定的网络中每个CM上行功率波动不大（2~3
dB），过高的P-Adj计数说明网络稳定性出现问题：如放大器性能劣化、坏的连接、通路衰减超过范围（过高、过低）、温度灵敏等，它是网络可能出现中断的一个预警。Flap是按照一定规则对Ins，Hit/Miss，P-Adj次数计数的综合指标。
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