通过损耗测试实现高性能调制解调器的设计

测试系统的要求

深入了解调制解调器网络的关键信号损耗非常重要，在进行调制解调器设计时要充分考虑这些损耗因素。为实现这个目的，设计工程师必须在系统开发过程中采用正确的测试系统来仿真噪声、干扰、微反射及其它损耗。

典型的物理层(PHY)调制解调器测试系统包括两个主要部分：数据包发生器/分析器和HFC网络损耗仿真器。数据发生器/分析器在调制解调器和CMTS之间进行数据传输或处理，并采用丢包率和延时时间来评估系统的性能。丢包率定义为在CMTS和调制解调器之间进行数据包传输时，丢失的数据包数目与总的数据包数目之比。电缆网络损耗仿真器可产生HFC网络中实际出现的损耗，包括噪声、干扰、IMD和微反射，所有这些都可控并可重复。

通过将这些设备组合为综合测试系统，设计工程师进行各种测试，通过这些测试来了解各种损耗对调制解调器设计的影响。

附加的损耗测试方法

最常用的一种损耗测量方法是丢包率与载噪比的测试(见图3)。该测量方法检查调制解调器系统在噪声和干扰变化条件下的传输性能。各种类型的噪声和干扰，包括宽带噪声、窄带噪声或调制干扰，均可用来模拟HFC网络出现的各种情况。

宽带噪声能很好地反映HFC网络中的背景噪声，这种背景噪声电平一般保持不变。窄带噪声和调制干扰能很好地模拟瞬态入口干扰的各种情况，在给定的频率下可以采用多种不同的电平。

图3描述了CNR与丢包率的测试。在该例中详细描述了调制解调器系统的上行传输性能。通过设置损耗仿真器使下行信道在调制解调器接收端的信号电平为0dBmV，而上行信道衰减设定为30dB。

在测试的每一步，数据包在90秒时间内由调制解调器发送至CMTS，并由数据发生器/分析器测量丢包率。电缆网络损耗仿真器中的上行CNR变化范围从 25dB到10dB，步长为0.5dB，这样不仅可以模拟高传输质量的HFC网络，还可以模拟低传输质量的HFC网络。3个DOCSIS 1.0调制解调器分别用DOCSIS 1.0 CMTS进行测试。为了方便比较，将3个调制解调器的测试结果都显示在图3中。

根据图3给出的结果，显然在调制解调器设计中提高几个dB的抗扰度相当重要，或许这几个dB正是某些网络能实现无差错传输而有些网络常出现通信失败的原因。

测试IMD

评估调制解调器性能的另一种测试是IMD与丢包率的测试(见图4)，该测试检查不同IMD条件下的系统性能，其中IMD以低于载波信号的电平形式表示。

上面测试的相同调制解调器系统的下行性能还可以用IMD与丢包率的测试进行评估。通过设置网络衰减仿真器在下行通道的调制解调器端口产生0dBmV的信号，而上行信号衰减设置为30dB。

在每个测试步骤中，数据包从CMTS发送到调制解调器，持续时间为90秒，并由数据发生器/分析器测量丢包率。电缆网络损耗仿真器下行IMD比率的变化范围从-50至-30dBc，步长为1dBc，由此模拟HFC网络上的各种典型IMD状态。

图4 显示了IMD与丢包率的测试结果，其中y轴表示丢包率百分比，x轴表示载波IMD比率。如图所示，线缆网络中IMD使调制解调器的性能具有很大的不一致性。由于在设计特定运营商的网络时，选取的放大器数目不同，因此导致存在不同的IMD。开发出在更高IMD电平条件下数据能可靠传输的调制解调器可降低运营商的维护负担。

解决微反射问题

调制解调器系统的上行传输性能可用微反射与调制误码率(MER)的测试来表征，MER是信号星座上总的测量值。数据发生器/分析器将数据包从调制解调器发送至CMTS。这种测试方法不再将数据包的丢失数目作为性能量度，而是测量上行传输脉冲串的MER。

在前述的DOCSIS PHY-20测试中，测试了不带微反射和7种不同微反射配置的基本情况。每种测试条件具有单个不带延时和衰减的路径，还有1至3条带延时和衰减的路径。

在这一系列测试中，调制解调器系统允许在实现了测试条件的60秒后，通过预均衡算法调节预均衡系数。PHY-20规定了7种测试条件下的每个测量结果，并与27dB MER的合格标准进行比较。

每条反射路径的延时和损耗值均可修正，由此增加或减小微反射的模拟配置。一般而言，较小的损耗和延时设定将使性能进一步降低。

表征数据包丢失

丢包特性的测试可用来衡量调制解调器系统的上行和下行通道性能。当执行该测试时，测试条件规定为一种损耗，如宽带噪声、窄带噪声、调制干扰或IMD。CNR 与丢包率的测试中，需要将损耗从一个固定的初始值变化到另一个固定的终止值，这里的丢包特性测试是为了找到产生预定义的合格/不合格的临界损耗值水平。

在丢包特性测试中，损耗条件等级将持续增加，直到丢失的数据包超过了合格标准，将这个损耗值略微降低即得到要求的值。该测试的目标丢包率通常为1%。

本文给出了在一般的HFC网络损耗条件下调制解调器性能的测试结果，根据分析这些结果可以作出一些结论。其中最重要一点是并非所有的调制解调器系统的性能一样。尽管调制解调器或CMTS可能通过了DOCSIS验证，但现实中这些设备的性能仍然可能有很大变化。这一点也强调了性能测试对设备运营商和生产商都非常重要。

许多开发商正致力于开发调制解调器，期望充分利用用户对高速接入通信网络的需求。由于在该领域中诸多开发商竞争激烈，开发商在实际的HFC网络条件下提高产品性能就显得尤为重要。通过制订出综合了本文所描述的测试方法的测试计划，开发商可以设计出性能更佳的调制解调器，为用户提供可靠的高速接入功能。而如果等到调制解调器设计完成后到现场进行性能测试，再根据测试结果进行反复设计，必将导致设计时间延误，增加设计成本。