通过损耗测试实现高性能调制解调器的设计

线缆调制解调器设计中语音、视频和数据之间的相关性日益增强，为了实现三者之间的并行传输，设计工程师必须开发出解决网络传输损耗的测试方法。为了迎接这个新挑战，设计工程师正努力开发调制解调器以及利用电缆数据传输业务接口规范DOCSIS 1.1的前端设备。DOCSIS 1.1标准的优点在于可提供一整套的QoS技术对调制解调器系统设计中的语音、视频和数据业务进行优先级分配。

但仅仅只满足DOCSIS 1.1标准是不够的，调制解调器网络设备的损耗有可能影响到网络上的语音、视频和数据的传输。为解决这个问题，设计工程师必须尽可能按实际运行环境进行设计。

解决这个问题的关键在于正确的测试。通过用强大的测试方案，设计工程师可有效地仿真噪声和干扰对调制解调器系统及设备产生的影响。这样，设计工程师可以在系统设计的早期设法消除或减小这些影响。

HFC网络

目前多数服务运营商已经对电缆网络传输设备进行了升级，这些网络能支持高速双向数据、语音和视频传输。目前已升级的双向电缆网络可在光纤和同轴电缆的混合线缆上传输广播电视、高速数据以及语音业务。

光纤用来传输调制解调器终端系统(CMTS)的数据包。光纤将信息从终端系统传输到本地的光接点，而从光节点到目的地之间剩余距离由同轴电缆传输。由于同时使用了光纤和同轴电缆，通常称这类网络为光纤－同轴(HFC)混合线缆网络。

光纤主要用来传输前端和用户之间的数据。光纤需要的放大器数目少于同轴电缆，而且光放大器具有比同轴电缆放大器更好的噪声和失真特性。

调制解调器系统必须排除多种损耗情况，其中最主要的两种是噪声和干扰。各种来源的噪声和干扰将对HFC网络上的数据包传输产生失真。包括一般家用电器在内的许多设备，如垃圾处理机和搅拌机都将发射位于上行频带(美国规定为5MHz至42MHz)的信号。

这些信号通过屏蔽较差的电缆或者通信设备进入网络，因而一般称为入口干扰。入口干扰通常具有脉冲特性和窄带特点，这是因为这类干扰信号一般是在很小的频率范围，在瞬间具有很高的功率电平。

除了入口干扰，HFC网络上的其它传输流，如来自其它调制解调器用户的信号和电视信号也能干扰数据包的传输。这些信号可能同时出现在下行和上行信道，并且干扰信号具有与数据信号相同的频率(这种干扰称为同频道干扰)或相近的频率(这种干扰称为邻频干扰)。

入口干扰与其它干扰信号相结合能降低信道的载噪比(CNR)，随着前向纠错(FEC)技术在传输差错处理中的作用日益突出，较低的CNR同时也降低了数据的传输效率。在一定程度上信号损耗是不可避免的，无论HFC网络设计得如何完备，总会出现一定的入口干扰和其它干扰信号，并影响调制解调器系统的性能。

某些设备生产商在CMTS中还采用了专有技术，通过将入口干扰的影响降至最低来获得最佳性能。一个实例是CMTS在信道中采用入口干扰信号检测并改变上行信道的功能。设备生产商和业务提供商在考虑干扰问题时都应考虑这类先进功能。新开发的DOCSIS 1.1测试工具提供了用于测量调制解调器系统性能的各类噪声、入口干扰和干扰信号源。DOCSIS RF-PHY-22上行数据误包率测试工具详细描述了帧丢失特性测试，这种测试得到生成目标数据包丢失值的载波信号损耗比。PHY-22规定了在模拟 HFC网络的典型情况下出现的各种噪声和干扰类型，包括背景噪声、QAM16和QPSK(DOCSIS上行调制技术)噪声、连续波(CW)干扰及AM信号。

信号失真

放大器可用来补偿信号通过HFC网络传输时产生的一种称为互调失真(IMD)的损耗。图1显示了调制解调器无损耗信号的星座图。星座图在二维空间上显示了信号的幅度和相位分量，这里每个点表示多位数据。

图2的星座图表示了IMD存在时的信号压缩，IMD引发的调制解调器失真信号的星座图显示了被压缩的外部星座点。

这些点的压缩(这里传输功率达到最大值)将导致调制解调器将一个星座点错译为另一个星座点。因此在HFC网络传输中，随着星座点表示的信息发生变化，调制解调器出现的误码率也将不断增大。

每个放大器还有一个双工滤波器，在放大器之前和之后滤除带外信号。当多个放大器用在电缆网络时，双工滤波器的群延时与幅度失真响应产生总的群延时和幅度失真。这种情况主要出现在上行传输方向，在上行方向的低通滤波器的最高频率为42MHz。

多个滤波器的组合响应将使滤波器通频带边缘附近的群延时和幅度失真增加。数据在线缆中传输时，上行信道中出现的严重群延时和幅度失真特性将导致误码率显著增加。HFC网络结构可包含的放大器数量在5个到20个之间，这意味着调制解调器系统必须设计成能够在较大群延时和幅度失真环境下工作。

微反射

同轴电缆设备，如放大器、耦合器和同轴电缆之间出现的阻抗失配将产生另一种称为微反射的干扰。当出现微反射时，反射信号经过延时和损耗到达接收端。多个反射信号将在接收端产生码间干扰(ISI)，ISI可能导致接收器检测到错误的输入信号幅度和相位。

DOCSIS 1.1调制解调器系统的设计中还加入了抵消这种反射的预均衡功能。CMTS通过在HFC网络出现的微反射来确定预均衡系数，然后将该系数发送到调制解调器，该调制解调器将在以后的传输中采用这个系数来调整信号传输。

CMTS 和调制解调器必须正确地进行预均衡处理，正确的均衡处理可以保证微反射条件下数据包的可靠传输。DOCSIS RF-PHY-20预均衡器测试可提供7种不同的微反射测试情况，通过这些情况的测试能对调制解调器/CMTS的性能进行分析。模拟不同的微反射情况对于系统设计工程师理解调制解调器系统在各种条件下的性能至关重要。