通過損耗測試實現(xiàn)高性能調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計

測試系統(tǒng)的要求

深入了解調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵信號損耗非常重要，在進行調(diào)制解調(diào)器設(shè)計時要充分考慮這些損耗因素。為實現(xiàn)這個目的，設(shè)計工程師必須在系統(tǒng)開發(fā)過程中采用正確的測試系統(tǒng)來仿真噪聲、干擾、微反射及其它損耗。

典型的物理層(PHY)調(diào)制解調(diào)器測試系統(tǒng)包括兩個主要部分：數(shù)據(jù)包發(fā)生器/分析器和HFC網(wǎng)絡(luò)損耗仿真器。數(shù)據(jù)發(fā)生器/分析器在調(diào)制解調(diào)器和CMTS之間進行數(shù)據(jù)傳輸或處理，并采用丟包率和延時時間來評估系統(tǒng)的性能。丟包率定義為在CMTS和調(diào)制解調(diào)器之間進行數(shù)據(jù)包傳輸時，丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)目與總的數(shù)據(jù)包數(shù)目之比。電纜網(wǎng)絡(luò)損耗仿真器可產(chǎn)生HFC網(wǎng)絡(luò)中實際出現(xiàn)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(fù)。

通過將這些設(shè)備組合為綜合測試系統(tǒng)，設(shè)計工程師進行各種測試，通過這些測試來了解各種損耗對調(diào)制解調(diào)器設(shè)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(見圖3)。該測量方法檢查調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)在噪聲和干擾變化條件下的傳輸性能。各種類型的噪聲和干擾，包括寬帶噪聲、窄帶噪聲或調(diào)制干擾，均可用來模擬HFC網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)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(diào)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(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的上行傳輸性能。通過設(shè)置損耗仿真器使下行信道在調(diào)制解調(diào)器接收端的信號電平為0dBmV，而上行信道衰減設(shè)定為30dB。

在測試的每一步，數(shù)據(jù)包在90秒時間內(nèi)由調(diào)制解調(diào)器發(fā)送至CMTS，并由數(shù)據(jù)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DOCSIS 1.0調(diào)制解調(diào)器分別用DOCSIS 1.0 CMTS進行測試。為了方便比較，將3個調(diào)制解調(diào)器的測試結(jié)果都顯示在圖3中。

根據(jù)圖3給出的結(jié)果，顯然在調(diào)制解調(diào)器設(shè)計中提高幾個dB的抗擾度相當(dāng)重要，或許這幾個dB正是某些網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)無差錯傳輸而有些網(wǎng)絡(luò)常出現(xiàn)通信失敗的原因。

測試IMD

評估調(diào)制解調(diào)器性能的另一種測試是IMD與丟包率的測試(見圖4)，該測試檢查不同IMD條件下的系統(tǒng)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(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的下行性能還可以用IMD與丟包率的測試進行評估。通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)衰減仿真器在下行通道的調(diào)制解調(diào)器端口產(chǎn)生0dBmV的信號，而上行信號衰減設(shè)置為30dB。

在每個測試步驟中，數(shù)據(jù)包從CMTS發(fā)送到調(diào)制解調(diào)器，持續(xù)時間為90秒，并由數(shù)據(jù)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(jié)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，線纜網(wǎng)絡(luò)中IMD使調(diào)制解調(diào)器的性能具有很大的不一致性。由于在設(shè)計特定運營商的網(wǎng)絡(luò)時，選取的放大器數(shù)目不同，因此導(dǎo)致存在不同的IMD。開發(fā)出在更高IMD電平條件下數(shù)據(jù)能可靠傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)器可降低運營商的維護負擔(dān)。

解決微反射問題

調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的上行傳輸性能可用微反射與調(diào)制誤碼率(MER)的測試來表征，MER是信號星座上總的測量值。數(shù)據(jù)發(fā)生器/分析器將數(shù)據(jù)包從調(diào)制解調(diào)器發(fā)送至CMTS。這種測試方法不再將數(shù)據(jù)包的丟失數(shù)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不帶延時和衰減的路徑，還有1至3條帶延時和衰減的路徑。

在這一系列測試中，調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)允許在實現(xiàn)了測試條件的60秒后，通過預(yù)均衡算法調(diào)節(jié)預(yù)均衡系數(shù)。PHY-20規(guī)定了7種測試條件下的每個測量結(jié)果，并與27dB MER的合格標(biāo)準(zhǔn)進行比較。

每條反射路徑的延時和損耗值均可修正，由此增加或減小微反射的模擬配置。一般而言，較小的損耗和延時設(shè)定將使性能進一步降低。

表征數(shù)據(jù)包丟失

丟包特性的測試可用來衡量調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的上行和下行通道性能。當(dāng)執(zhí)行該測試時，測試條件規(guī)定為一種損耗，如寬帶噪聲、窄帶噪聲、調(diào)制干擾或IMD。CNR 與丟包率的測試中，需要將損耗從一個固定的初始值變化到另一個固定的終止值，這里的丟包特性測試是為了找到產(chǎn)生預(yù)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(xù)增加，直到丟失的數(shù)據(jù)包超過了合格標(biāo)準(zhǔn)，將這個損耗值略微降低即得到要求的值。該測試的目標(biāo)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(diào)制解調(diào)器性能的測試結(jié)果，根據(jù)分析這些結(jié)果可以作出一些結(jié)論。其中最重要一點是并非所有的調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的性能一樣。盡管調(diào)制解調(diào)器或CMTS可能通過了DOCSIS驗證，但現(xiàn)實中這些設(shè)備的性能仍然可能有很大變化。這一點也強調(diào)了性能測試對設(shè)備運營商和生產(chǎn)商都非常重要。

許多開發(fā)商正致力于開發(fā)調(diào)制解調(diào)器，期望充分利用用戶對高速接入通信網(wǎng)絡(luò)的需求。由于在該領(lǐng)域中諸多開發(fā)商競爭激烈，開發(fā)商在實際的HFC網(wǎng)絡(luò)條件下提高產(chǎn)品性能就顯得尤為重要。通過制訂出綜合了本文所描述的測試方法的測試計劃，開發(fā)商可以設(shè)計出性能更佳的調(diào)制解調(diào)器，為用戶提供可靠的高速接入功能。而如果等到調(diào)制解調(diào)器設(shè)計完成后到現(xiàn)場進行性能測試，再根據(jù)測試結(jié)果進行反復(fù)設(shè)計，必將導(dǎo)致設(shè)計時間延誤，增加設(shè)計成本。