HFC網(wǎng)絡(luò)回傳通道有效抑制噪聲的方法

1、網(wǎng)絡(luò)回傳通道有效抑制噪聲的方法李蔚東陜西電視臺工程師【提要】當(dāng)前，有線網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開展大多依賴于電纜調(diào)制解調(diào)器（CM)技術(shù)，但是很多網(wǎng)絡(luò)運營商在推廣這種技術(shù)的同時，遇到了各種各樣的問題，尤其以噪聲干擾最為突出。本文闡述了噪聲類型、其產(chǎn)生的原因，以及如何抑制噪聲，為各兄弟網(wǎng)絡(luò)運營商提供了一種思路?！娟P(guān)鍵詞】回傳通道噪聲匯聚干擾外部侵入噪聲(即干擾)是由有線電視網(wǎng)所處的電磁環(huán)境所引起的，是疊加在噪聲基底上的一種隨機(jī)的、不可預(yù)見的射頻干擾，它是電磁場在電纜端口和饋線通過不同的方式耦合進(jìn)入電纜網(wǎng)絡(luò)，主要有以下幾種：(1) 脈沖噪聲：脈沖噪聲可能是用戶端的某些突發(fā)脈沖產(chǎn)生的強(qiáng)磁場耦合進(jìn)入電纜的饋線或引入

2、部分，或者通過空間傳播耦合進(jìn)入用戶端的設(shè)備中。絕大多數(shù)脈沖噪聲由人造源產(chǎn)生，如發(fā)動機(jī)點火、電器開關(guān)的通斷等，頻譜范圍在60Hz2MHz之間。雖然它的頻譜范圍不在上行信道的頻譜內(nèi)，但由于脈沖幅度較高，它的各次諧波分量可能達(dá)到更高的頻率從而影響上行信道。另外，計算機(jī)等數(shù)字設(shè)備引起的脈沖噪聲，范圍在540MHz內(nèi)。自然界的脈沖噪聲源包括閃電、天電干擾、來自銀河系的噪聲和靜電泄漏等，典型的頻譜范圍在2kHz100MHz內(nèi)。抑制脈沖噪聲將會降低HFC系統(tǒng)的誤碼率（BER）。抑制脈沖噪聲的方法主要有兩種，采用或者使用濾波器技術(shù)。前向糾錯編碼（FEC）(2) 窄帶短波噪聲：通常可以理解為在大氣層中高頻電磁場

3、產(chǎn)生的電磁波在空氣中傳播，通過電磁耦合進(jìn)入HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道，形成窄帶短波噪聲，導(dǎo)致信道的可用性下降。頻譜范圍在530MHz內(nèi)，它的活動與太陽黑子的活動周期密切相關(guān)。抑制該類噪聲的方法是對上行信道去耦，即選用屏蔽性能良好的電纜以減少窄帶短波噪聲的耦合。為此，建網(wǎng)時，干線采用540或者500電纜，樓梯口間線為-7電纜，入戶線采用高品質(zhì)四層屏蔽電纜，有效減少了窄帶短波噪聲的耦合。(3) 感應(yīng)噪聲：用戶端的電氣設(shè)備與同軸電纜的相對位置靠近，使該類高電平噪聲耦合進(jìn)入HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道，又稱為“接近”，頻譜范圍在540MHz內(nèi)。這類噪聲可以用搜索法來定位噪聲源的位置，然后切斷噪聲源與電纜的連接。另外

4、，對這些可能造成感應(yīng)噪聲的電氣設(shè)備做好接地、屏蔽等防護(hù)措施也可以降低感應(yīng)噪聲的影響。產(chǎn)生噪聲的原因(1) 匯聚噪聲：匯聚噪聲來自眾多用戶和所有路由的電纜侵入噪聲，以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身產(chǎn)生的干擾噪聲，這些干擾噪聲在匯聚點的總和稱為匯聚噪聲。匯聚干擾：主要有3個途徑，一是用戶室內(nèi)的電器，是產(chǎn)生強(qiáng)干擾的源頭；二是環(huán)引言早期的有線電視（CATV）網(wǎng)絡(luò)是為單向廣播設(shè)計的，上行信道被分配在頻譜的較低部分（542MHz），而這部分頻譜（特別是515MHz）常常充滿著各種類型噪聲的入侵干擾。由于“漏斗效應(yīng)” 的影響，基于頻分復(fù)用/時分多址的傳輸系統(tǒng)在窄帶干擾的影響下性能降低，如窄帶噪聲可能導(dǎo)一個或多個業(yè)務(wù)幀發(fā)生丟

5、失?，F(xiàn)在的致時分多址（TDMA）有線電視網(wǎng)絡(luò)多為HFC網(wǎng)絡(luò)，基于CATV的HFC雙向系統(tǒng)，下行傳輸比較容易實現(xiàn)，而上行傳輸由于噪聲和不可預(yù)測的環(huán)境而導(dǎo)致傳輸比較困難，特別是較低部分頻譜在實際應(yīng)用中比較難以實現(xiàn)。在此提出的一種能有效抵抗窄帶噪聲的傳輸方法就能有效利用CATV頻譜的低端部分，從而利用HFC雙向網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)交互式數(shù)據(jù)通訊業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)回傳通道的噪聲類型和產(chǎn)生原因HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道屬于“恒參”調(diào)制信道，即傳輸函數(shù)不隨時間變化的信道。絕大多數(shù)的上行信道噪聲都屬于加性噪聲，也就是在接收到的已調(diào)信號上線性疊加了一個干擾信號，一般用載噪比和噪聲系數(shù)來衡量噪聲。上行信道的加性噪聲種類是多方面的，但就其

6、來源而言，基本上可以分為內(nèi)部噪聲和外部侵入噪聲。內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲由器件本身產(chǎn)生，主要由兩類噪聲組成，一類是熱噪聲；另一類是散粒噪聲，它是由有源放大器內(nèi)電流的不均勻性及不連續(xù)性產(chǎn)生。在HFC網(wǎng)絡(luò)中，內(nèi)部噪聲以熱噪聲為主，影響主要體現(xiàn)在熱噪聲的積累上。有線電視反向回路的熱噪聲源為用戶終端設(shè)備、反向放大器、反向光發(fā)射(接收)機(jī)等有源器件。外部侵入噪聲境電磁干擾侵入電纜而形成，即電纜本身產(chǎn)生了“接收天線”效應(yīng)；三是網(wǎng)絡(luò)有源設(shè)備產(chǎn)生的干擾(開關(guān)電源干擾、單片機(jī)干擾、回傳干擾、自激干擾等)。匯聚噪聲中70%以上均來自于終端用戶，其余30以下的噪聲來自于分配網(wǎng)和主干線路。在采用樹枝型結(jié)構(gòu)的分配式CATV網(wǎng)中

7、，從信號上行傳輸方向看,網(wǎng)絡(luò)的眾用戶端是上行信號傳輸?shù)氖级?信號群經(jīng)眾多用戶端及電纜引入各種干擾并匯聚成強(qiáng)大的干擾源,造成上行信號的C/N值嚴(yán)重低下，即各支路產(chǎn)生的噪聲將在光節(jié)點和前端產(chǎn)生匯聚作用,形成所謂的噪聲“漏斗效應(yīng)”。(2) 匯聚均衡:由于各條上行路由傳輸增益不同,每個用戶以及每條上行路由的噪聲貢獻(xiàn)在匯聚點也不同(在一般規(guī)律下,應(yīng)認(rèn)為其產(chǎn)生機(jī)制是相同的),部分高增益路由的噪聲遠(yuǎn)大于平均正常值,其結(jié)果表現(xiàn)為總匯聚噪聲遠(yuǎn)高于正常值。纜彎曲時，屏蔽層裂縫的大小都將對屏蔽衰減產(chǎn)生較大影響，如果一根電纜來回彎曲幾次，經(jīng)檢測屏蔽衰減系數(shù)下降較多，高端信號衰減更明顯。因此，安裝、維護(hù)線路時，盡量滿足

8、電纜的彎曲半徑，不影響電纜的屏蔽性能，達(dá)到抵御各種干擾信號入侵的目的。實際上，屏蔽衰減是表征電纜電磁泄漏程度的物理量，由于生產(chǎn)制造和使用超年限，老化后的電纜均會在外導(dǎo)體上形成裂縫，電纜內(nèi)的信號就會從裂縫處輻射泄漏掉，造成電視信號大量減弱。當(dāng)外來干擾噪聲信號較強(qiáng)時，就非常容易從該點進(jìn)入系統(tǒng)。為此，在施工規(guī)范中規(guī)定，電纜彎曲半徑要大于15cm。電平匯聚均衡由于各用戶上行信號經(jīng)由不同的路由，其傳輸增益不同，造成各用戶上行信號回傳匯聚后呈現(xiàn)電平值嚴(yán)重不一致，這就是HFC網(wǎng)絡(luò)上行通道的電平匯聚均衡問題。因為同軸電纜傳送最高頻率僅65MHz的上行數(shù)據(jù)信號，傳輸損耗非常小，各上行信號電纜路由雖然在工程中有長

9、度誤差，但造成的信號電平損耗差也很小，這是上行回傳設(shè)計極其有利的條件。另外，經(jīng)實際測量可知，漏斗效應(yīng)產(chǎn)生的匯聚噪聲絕對不單是熱噪聲匯集，其量值比熱噪聲大近百萬倍，而且由于上行頻帶窄，可能在極限條件下傳輸?shù)娜盒盘柨偤铣晒β时认滦腥盒盘柕目偤铣晒β市『芏?。這就意味著在同樣放大器件條件下，上行信號的平均單路信號電平比下行信號的單路信號電平高許多，這也意味著抗干擾能力大幅度提高。所以，一般說來，放大器內(nèi)部熱噪聲的作用在回傳問題上可以忽略不計。對于抑制載波方式的不論QPSK方式或QAM方式的頻譜結(jié)構(gòu)呈奈奎斯特曲線，產(chǎn)生的失真成分分布均勻，意味著網(wǎng)絡(luò)中的有源設(shè)備的有效動態(tài)范圍也比傳輸多路電視信號時的動態(tài)范

10、圍大，為此調(diào)整光接收機(jī)采用高電平輸出。熱噪聲網(wǎng)絡(luò)有源設(shè)備產(chǎn)生的干擾即熱噪聲，根據(jù)回傳通道通信理論，一般回傳輸入電平大于50dBV時，熱噪聲可忽略不計。因此，在回傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，輸入電平必須遠(yuǎn)大于50dBV，我們選擇的輸入電平一般大于90dBV，有效地抑制了回傳通道中的熱噪聲。網(wǎng)絡(luò)回傳通道的規(guī)劃及問題的解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計工作的依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要針對回傳通道自身的特點，找到可行性方案來解決回傳通道的中存在的問題，才能建成真正義意的雙向HFC網(wǎng)絡(luò)?？偨Y(jié)為以下四點：室內(nèi)干擾在匯聚干擾中，室內(nèi)干擾主要是電視機(jī)輸入端口及室內(nèi)電視分配網(wǎng)引入的(1) 解決電視機(jī)干擾的辦法是在初期盡量采用30MHz以上頻段，

11、用場強(qiáng)儀的頻譜分析功能分析565MHz的回傳通道頻譜，在515MHz低頻段反向通道噪聲很大，一般在7080dBV左右；這是短波發(fā)射機(jī)的工作頻段，短波是電磁波傳播，基本不隨距離而衰減。隨著用戶數(shù)的增多，匯聚噪聲累積明顯，影響到數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)。在20MHz以上的頻段，除有穩(wěn)定的本底噪聲外，最主要的是一種隨機(jī)窄帶脈沖噪聲，無法使用，大于30MHz時較為總體上25MHz以下噪聲太高，平坦，約為50dBV左右。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，回傳輸入電平在90dBV左右，為此，選定33MHz作為電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（CMTS）頭端回傳通道的中心頻率。(2) 室內(nèi)電視分配網(wǎng)采用“堵”或“濾”。利用頻段分路器分離雙向網(wǎng)的上下行，使電視端的回傳噪聲不能進(jìn)入回傳通道；對于用戶的電視終端盒，使用帶屏蔽的終端盒。環(huán)境電磁干擾環(huán)境電磁干擾是基帶數(shù)字傳輸造成誤碼的主要原因，而對射頻傳輸影響極小。環(huán)境電磁干擾是電纜本身產(chǎn)生了“接收天線”效應(yīng)。由于同軸電纜的外導(dǎo)體既是發(fā)射天線又是接收天線，整個同軸分配網(wǎng)相當(dāng)于一個大天線，所以對電纜和無源器件的屏蔽衰減和抗干擾性能又有很高的要求。除了采用高品質(zhì)電纜外，電纜的彎曲半徑也不能太小，否則會形成回傳噪聲。因為電總