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三網融合及測量

世界網絡 www.581895.tw向天明顧問、 林和安創辦人

摘 要:本文對三網融合的認識進行了解讀,并對三網融合的技術參數,測量項目、方法和儀器,進行了探討。其目的是促進三網融合開展,呼吁在網絡建設和維護中重視質量,重視測量,合理選擇儀器。

關鍵詞:三網融合、數字電視、開/關均衡、QAM損傷、Cable Modem、Ping、EPON、EOC、WiFi、單端/環回測試。

三網融合被列為我國十二五規劃的重點項目,它對于我國的國民經濟、國濟民生有著非常大的推動作用。它是一個龐大的工程,涉及到全國各地,方方面面,因此要實現這一龐大的工程需要作大量的工作,其中保證工程質量非常重要。保證質量首先是要有一系列技術標準并有一系列的完整的測量方法和測量儀器。故本文將對三網融合及測量進行探討。

1. 對三網融合的解讀。

這些年世面上對三網融合炒得火熱,但什么叫三網融合認識不是很確切。

1.1 三網融合的技術解讀

隨著電子技術的發展,從通信信息的層面來看,首先出現了電話通信網絡,然后是數字電視網絡,上世紀末迅速出現了寬帶數據網絡,特別當電話網絡和電視網絡也都數字化后,這三個網絡傳輸的都是以數字信號表征的信息,因此將這些信息在一個網絡上進行傳輸已經成熟。

這就是說,三網融合是電話網、數字電視網,寬帶數據網,所傳輸的信息均可融合在一起在任意一個網絡上進行傳輸。

1.2三網融合的營運解讀

三網融合的營運解讀也稱為所謂老板解讀,即是說,目前世面上有電信網絡營運商(顯然有好幾家),廣電網絡營運商和寬帶網絡營運商,他們都在營運著自己業務,如果一個實體網絡可以開展電話、寬帶數據和廣播電視業務,那么就只要一家營運商就可以了,這就是我國上世紀末本世紀初叫得最響的話題——三網合一。其實從現有技術和營運方面來講,即使技術上可以用一個網絡實現三網業務合一,并不能說全國只要一家營運商,僅是電信業務也有幾家,因此人們逐漸認識到三網合一是不現實的,可行的是目前世面上營運的三種網絡都可以利用各自的技術優勢和營運特點,實行三網業務交叉,即是三種營運商均可經營電話、數據和數字電視業務,稱之為三網融合。這樣既可業務互補,也構成競爭機制。

1.3 三網融合的技術及標準

電話網絡從單機電話傳輸到市內電話、長途電話,無線移動電話,從模擬到數字傳輸;廣播電視從話音廣播到黑白電視機,彩色電視,模擬電視到數字電視;寬帶數據網絡更是以強大的信息傳輸優勢獨占鰲頭。這三種網絡在發展中都采用了許多先進的技術,也制定了很多適合它們質量保證的技術標準和測量標準。

我想,電話和電視它們經歷了近百年,最終會因為數據化而逐漸靠近數據的寬帶傳輸,最后是全IP化,放棄自己過去的標準,擬定共同的標準實現技術標準上完全的真正的三網融合。但營運商仍然不止一個而是多個。

1.4三網融合的測量

目前我們討論的三網融合是指三種網絡都實現電話、寬帶、廣電業務,它們是以各自現有網絡為基礎來進入三網融合。本文僅以數字電視網絡進入三網融合業務進行測量探討。

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圖1 三網融合示意圖

圖1中Y是指用戶端,它以機頂盒連接用戶的數字電視、電腦、IP電話、打印機等終端設備。

其中Y——A是數字電視網絡,從前端A所傳送的數字電視信號到用戶端Y。

其中Y——B是數據網絡,Y——C是IP電話網絡,它們都是以IP方式傳輸。

值得說明的是E——Y以前大都是在HFC網絡采用Cable Modem方式,近年來則較多的采用EPON或EPON+EOC方式。

以上這些網絡它們都有著各自的技術標準和技術參數,我們應根據這些技術參數的測試標準采用可行的測量方案,研制、選擇合適的儀器,實現準確可靠的測量。

2. 傳輸網絡的測量

前面講到的數字電視網絡,寬帶數據網絡,IP電話網絡,Cable Modem網絡,EPON及EPON+EOC網絡,它們都是電信號傳輸網絡,即使中間有光傳輸但也是通過光電轉換。無論是整個網絡或是其中某一段網絡,如數字電視前端到用戶端,或是Cable Modem的CMTS前端到用戶端,或者OLT到ONU,或者五類線。它們都要對網絡進行類似的傳輸測量,電平、衰減、頻響,噪聲等。如圖2所示,只有這些參數達到技術指標才能證實這個物理網絡是合格的,才有資格討論數字信號傳輸。

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圖2 傳輸網絡測量

在數字電視網絡中還應該有C/N、CSO、CTB的測量,這對數字電視來說也應于物理網絡測量,這里不詳細討論。

這里要說明的是對頻譜分析儀除了需要測量的頻率范圍外,其它指標相差甚遠,還要求靈敏度、動態范圍、分辨率帶寬,視頻帶寬等。

3. 數字電視測量

關于數字電視測量是按DVB標準中的測試標準TR101290,作者曾有詳細論述,這里只有幾點說明。

3.1 數字電視參數的測量

數字電視參數主要有數字平均功率電平、誤碼率BER、調制誤差率MER、星座圖。

數字電平當然是最重要的,BER小于107~10-8就可以了。星座圖是對信號質量的分析,它和MER是同一性質的參數,MER是衡量數字電視信號質量最重要的指標,在前端MER應大于39~40dB,用戶端應在大于30dB~32dB,數字電視營運是在亞誤碼狀態下工作,是應該遠遠離開誤碼狀態,MER在大于28dB以上就不會誤碼,為什么要MER在30dB以上是為了網絡能正常營運、如果網絡真的達到MER28dB以下,也許這個網絡應進行改造了!因此,我認為數字電視除平均功率電平外,最重要的是MER的測量。然而MER卻是最難測準,也是最有爭議的一個指標,請看作者參考文獻。

3.2關于QAM損傷分析

數字電視信號在傳輸過程中受到廣義噪聲干擾,將會影響信號質量,甚至造成誤碼,上述MER是表征廣義噪聲影響的數字表達式,而星座圖則是表征廣義噪聲影響的圖形表達式,前者是廣義噪聲的綜合反應式,而后者雖然可以用不同的星座圖形狀表征廣義噪聲的各項來源(即各種干擾信號)但它只是用圖形作定性的反映,當我們要對數字電視信號進行深層次的分析,確切的尋找這些具體噪聲時,則需要一個一個地測量出來,這就是信號損傷分析。這就便于我們排除故障、提高數字電視信號質量。信號損傷分析的參數有:群延時、最大電平變化、相位抖動、符號率錯誤、載波偏移、I/Q增益差異、I/Q相位差異、頻響、HUM(哼聲)、MER、EVM、載噪比等。

3.3 開/關均衡測試

在傳輸網絡中,大都有放大器、分支器、光發射機、光接收機、光纖、電纜等,它們作為一個獨立的部件相互連接,都具有增益或衰減、頻響、反射、相移、相位抖動、群延時特性等。在數字傳輸中,往往都用自適應均衡器進行修正。在終端設備和儀器都采用自適應均衡器,從某種意義來講這是可以反映數字電視網絡狀況。但這已是將信號在傳輸中的真實損傷進行了補償,如果要進一步深層次的分析時,則需要關掉儀器均衡,如實反映無自適應均衡的廣義噪聲狀態。

目前能關掉均衡的儀器較少。有AT2500、CX380、CX350、CX180等。

4. 以太網的測量

從圖1可知,數字電視信號傳輸是經過A——Y通路,而B——Y和C——Y都是經過以太網傳輸,因此三網融合測試中除數字電視網絡測量以外,以太網的測量是非常重要的。無論你采用什么形式的網絡,無論是采用Cable Modem網絡或是EPON或EPON+EOC網絡,只要實現Ping的功能,并對網絡進行Ping測試,實現網頁瀏覽,便可肯定網絡是否正常。

4.1 Ping的功能

儀器接在用戶端,可采用用戶地址或儀器默認地址,從用戶端到接通前端DHCP服務器,獲得相關地址,DHCP通過(或失。,IP連接成功(或失。,Cateway網關通過(或失。,DNS服務器連接(或失。,即可驗證以太網已正常連通。

4.2 Ping功能測試

Ping是在用戶端向目標主機發送一個“請求響應”查看是否有“請求響應”回復。從而認證Ping是否通過或失敗,并獲得目標地址,發送Ping個數,接收Ping個數。同時獲得往返時間,即Ping當前請求時間、請求記錄最大時間,最小時間,平均時間等。

4.3跟蹤路由測試(Trace Route)

這是查找目標地址或URL路由器的一種方法。以求得至目標地址的跳數,生存時間和目標地址。

4.4 地址協議分析(ARP)

是用來驗證用戶可選IP范圍內的每一個地址的狀態,在已知主機網絡層地址情況下,查找主機硬件地址的方法。

4.5 吞吐量測試(FTP)

是通過發送或接收已知大小文件,檢測上行或下行的數據實際吞吐量。當完成相應設置即可得出結果:PASS測試完成,登錄至RX服務器時間,根據傳輸速率,總傳輸時間,上行或下行相應的平均吞吐量。

4.6 網頁瀏覽

網頁瀏覽是將儀器作為一個用戶端的電腦直接上網查看,并測出響應時間、傳輸時間、數據傳輸平均吞吐量。

5. WiFi測試

WiFi測試實際上是利用WiFi通道對WiFi特性及以太網進行測試,即當測試完成即WiFi信道暢通,同時以WiFi接口的信道對以太網進行測試。

WiFi測試均按IEEE802.11b和802.11g網絡標準。當接入WiFi適配器(接收器),儀器首先對所在空間進行掃描(SIDD),并確定被測點,測出相關參數,如得知密碼可解密完成Ping功能測試并瀏覽網頁。WiFi測量還有兩個重要指標,信號強度和鏈路質量。

5.1 信號強度(RSSI)

這是測量WiFi射頻信號2.4GHz的射頻強度,它可以定量測試,即以電平或功率值表示dBuV、dBmV、dBw、dBm等。但在IEEE802.11標準中未規定WiFi的具體數值,而是由WiFi廠家自己確定其最大值,即RSSIMAX為100,那么強度顯示最大為100%,一般使用場合在60%以上電平就合格了。

5.2.信號質量(CRC)

這是指保證數據或語言無錯誤比特時為100%,即為信號的信噪比好的狀態,如信號質量降低時百分比下降,當60%以上可以正常工作。

其實在測量中這兩項指標都是定性的測試,因為WiFi適配器生產廠家不同差異很大,而且更重要的是與WiFi發射器距離有關,關鍵是它是要達到60%,然后實現Ping功能,并實現上述的以太網項目的測量,Ping功能、Ping測試、路由測試、吞吐量測試、地址協議分析、并可瀏覽網頁。這是很實際的測試。

6. Cable Modem測量

在CATV數字電視傳輸中采用HFC網絡,如圖3所示前端連接CMTS,用戶端CM(Cable Modem)機頂盒,信號上行和下行均在HFC網絡中進行。前端有一個CMTS,儀器在用戶端,它首先是一個仿真的CM作為用戶與前端CMTS連接,在下行又預置一個專用頻道,CM在用戶端發送DOCSIS信號到前端CMTS,連接上后發送相關信息到CM,從而在儀器上獲得上行和下行信號的參數,頻率、電平、調制方式、SNR等。這都是按每個步驟進行的,如某一步連接失敗即可直接顯示。有關連接步驟及相關規定,我國采用歐洲標準DOCSIS2.0和DOSIS3.0版本。通過以上步驟驗證DOCSIS網絡接通可工作,便可以進行以太網項目測量,Ping功能、Ping測試、路由測試、吞吐量測試、地址協議分析,并可瀏覽網頁。

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圖3 Cable Modem 網絡

7. EPON+EOC測量

EPON是CATV數字電視網絡三網融合,或者說雙向網絡的方案之一,它較Cable Modem網絡各有特點,這里不作討論,筆者認為兩種方案都可滿足三網融合傳輸業務的要求,關鍵是要嚴格重視設備、安裝和維護的質量。有人說EPON方案好,沒有問題,這是錯的,任何一個網絡或電子工程都有技術問題,都有質量和可靠性的問題,都需要嚴格控制質量。EPON的技術是電信方面較為成熟的技術,但對于長期從事廣播電視的人來說,需要增加一些新的概念,那就是數據傳輸的概念和測量方法。

在EPON網絡中又加入EOC,而且目前EOC的技術方案尚不成熟,難以統一,因此對于質量的控制更應嚴格。

對于EPON和EPON+EOC網絡最重要的是要進行一般傳輸網絡的測試,即前敘的電平、衰減、頻響、噪聲等參數的測量,如果說傳輸網絡沒問題,基本可以判斷這個物理網絡是好的。在EPON網絡OLT到ONU這段應進行相應的測試,那么整個網絡可以進入前述的以太網參數的測試分析并瀏覽網頁,對于網絡中的EOC段的前端和用戶端也可以用此方法,也就很容易判斷好壞。

7.1 數據網絡的測量

數據網絡的測量一般是綜合反映數據鏈路層、網絡層、傳輸層的質量,是千兆以太網測試標準,即RFC2544。盡管有些場合會表述不完全一致,但大都有四項指標。

1)吞吐量(Throughout)

這是指單位時間從源發送方到目的接收方可傳輸的最大數據量,常指被測網絡在不丟包條件下每秒轉發的數據率的極限,單位Mbps。

2)延時(Latency)

這是指網絡在吞吐率范圍內從收到包到轉發出該包的時間間隔。一般取20次重復測量的平均值,單位mS。

3)丟包率(Packet loss rate)

這是指網絡在吞吐率范圍內丟失數據包數量占發送數據包的比率,用%表示。

4)背靠背幀數(Back to back frame)

這是指網絡在接收到以最小包間隔傳輸時、不丟包條件下所能處理的最大包數。

在EPON網絡中各部分都具有光口和電口,當網絡開通時,我們可以對網絡在其任一端口對上述指標進行測量,其中包括EOC端,如圖4所示,稱之為單端測試。用儀器A(光口或電口)在測試點2、3、4、5、6測試

當EPON網絡安裝、驗收和監測,要進行所謂數據網絡分析,即環回測試,如圖4所示,這需要兩臺儀器進行,儀器B(光口或電口)在前端發射信號,儀器A在各測試點(光口或電口)進行測試,其結果是上述四項參數。這時,兩臺儀器實際上就是一臺數據網絡分析儀。

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圖4 EPON、EOC單端環回測試

7.2 數字電視與數據信號傳輸干擾測試

在基于EPON的三網融合的光網絡中,一般數字電視信號是1550nm波長,數據信號是1490nm波長,回傳信號是1310nm波長,在光纖傳輸中,盡管有光分波器,但仍然有相互干擾,因此我們需注意設置保證信號傳輸的合適的電平,并進行數字電視信號與數據電視信號相互干擾的測試。

1)首先是將數字電視信號在網絡中設置到足夠的電平,如前端設置到100dBuV,那么我們在EPON網絡中用環回的測試法設置一個數據信號電平,測量其前述的數據質量指標,并達到要求,然后并增加或減少數字信號電平、觀察數據信號質量變化。

2)反之EPON在回環測試中預置一個數據信號電平,設置數字電視信號在可正常工作的指標,并查看數字電視指標是否符合要求(其中特別是MER值),然后改變數據信號電平大小,觀察數字電視信號是否具有達到要求的數字電視指標。

這樣我們可以確定在兩種信號互不干擾的情況下獲得較大電平,以獲得好的信噪比,穩定可靠的環境。

8. 三網融合測量與儀器

8.1 三網融合測量

以CATV數字電視為基礎的三網融合測試,除數字電視參數測量外還有Cable Modem、EPON、EOC、WiFi、以太網等測試。這對于安裝、驗收和監測是必不可少的。并應配置相應功能的儀器。

對于一般網絡維護來說這應該具有數字電視參數和以太網參數測量就夠了,因以太網參數通過,那么 Cable Modem網絡、EPON網絡、EPON+EOC網絡、WiFi網絡也已經正常了。

8.2 數字電視測量

關于數字電視測量的儀器很多功能,測量范圍、精度、質量相差較大。目前世界上最高水準的儀器應是美國韋克斯生產的AT2500。能夠滿足關掉均衡測量,QAM損傷分析的儀器較少,有韋克斯CX系列的儀器。

8.3 三網融合分析儀

由于三網融合業務開展不久,很多是用數字電視儀器,數據網絡部分大都用數據網絡分析儀,但那樣成本較高,而且不太方便,F在美國韋克斯的CX系列儀器(CX350、CX380、CX180)、它是將三網融合測試的多方面組合起來。即儀器的基本功能是數字電視和以太網分析,其他均作選項。詳細功能指標請看其有關資料及說明書。

8.4 關于儀器的測試接口

由于三網融合測試項目繁多,又相互有關聯,因此測試時連接口也較多,最典型的是美國韋克斯CX系列,它是三網融合綜合分析儀,以CX350為例,如圖5所示。

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圖5 CX350接口示意圖

1)RF射頻電視接口——頻譜分析、數字電視測量

2)Rj45水晶接口——以太網測試、瀏覽網頁

3)RF射頻Cable Modem接口——仿真Cable Modem測量和參數,以太網測量,網頁瀏覽

4)USB接口——接入WiFi適配器進行WiFi測試、以太網測量、網頁瀏覽

5)光口——EPON、EOC測量,數據網絡分析,單端,環回測試

6)電口——EPON、EOC測量,數據網絡分析,單端,環回測試

7)反向信號源口——可提供反向頻段的CW、QPSK-16、QAM-64、QAM-128信號

8)電纜故障測試口——測量電纜故障

結束語

本文只對三網融合測量作一個粗略的介紹,而且是以電視網絡為基礎,如果是電信網絡為基礎那么接入方式和重點也就不同了。即使如此,因篇幅有限,很多問題都只是點到為止,我想有機會將一一剖析。

關于IP電視、IP電話也屬三網融合測量范圍,因篇幅有限也只有另行討論。

本文是作者與從事三網融合測試工作的朋友們平時常探討的問題作一個小結,僅供大家參考、討論。其目的是推動我國廣電網絡三網融合,呼吁大家重視廣電三網融合質量,重視三網融合測量。恕我坦言,在目前廣電系統比較重視網絡開通建設,對其質量和測量重視非常不夠,如果是這樣下去,要與電信競爭很難。但愿是杞人憂天吧!

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