HFC网络回传通道有效抑制噪声的方法

1、网络回传通道有效抑制噪声的方法李蔚东陕西电视台工程师【提要】当前，有线网数据业务的开展大多依赖于电缆调制解调器（CM)技术，但是很多网络运营商在推广这种技术的同时，遇到了各种各样的问题，尤其以噪声干扰最为突出。本文阐述了噪声类型、其产生的原因，以及如何抑制噪声，为各兄弟网络运营商提供了一种思路。【关键词】回传通道噪声汇聚干扰外部侵入噪声(即干扰)是由有线电视网所处的电磁环境所引起的，是叠加在噪声基底上的一种随机的、不可预见的射频干扰，它是电磁场在电缆端口和馈线通过不同的方式耦合进入电缆网络，主要有以下几种：(1) 脉冲噪声：脉冲噪声可能是用户端的某些突发脉冲产生的强磁场耦合进入电缆的馈线或引入

2、部分，或者通过空间传播耦合进入用户端的设备中。绝大多数脉冲噪声由人造源产生，如发动机点火、电器开关的通断等，频谱范围在60Hz2MHz之间。虽然它的频谱范围不在上行信道的频谱内，但由于脉冲幅度较高，它的各次谐波分量可能达到更高的频率从而影响上行信道。另外，计算机等数字设备引起的脉冲噪声，范围在540MHz内。自然界的脉冲噪声源包括闪电、天电干扰、来自银河系的噪声和静电泄漏等，典型的频谱范围在2kHz100MHz内。抑制脉冲噪声将会降低HFC系统的误码率（BER）。抑制脉冲噪声的方法主要有两种，采用或者使用滤波器技术。前向纠错编码（FEC）(2) 窄带短波噪声：通常可以理解为在大气层中高频电磁场

3、产生的电磁波在空气中传播，通过电磁耦合进入HFC网络的上行信道，形成窄带短波噪声，导致信道的可用性下降。频谱范围在530MHz内，它的活动与太阳黑子的活动周期密切相关。抑制该类噪声的方法是对上行信道去耦，即选用屏蔽性能良好的电缆以减少窄带短波噪声的耦合。为此，建网时，干线采用540或者500电缆，楼梯口间线为-7电缆，入户线采用高品质四层屏蔽电缆，有效减少了窄带短波噪声的耦合。(3) 感应噪声：用户端的电气设备与同轴电缆的相对位置靠近，使该类高电平噪声耦合进入HFC网络的上行信道，又称为“接近”，频谱范围在540MHz内。这类噪声可以用搜索法来定位噪声源的位置，然后切断噪声源与电缆的连接。另外

4、，对这些可能造成感应噪声的电气设备做好接地、屏蔽等防护措施也可以降低感应噪声的影响。产生噪声的原因(1) 汇聚噪声：汇聚噪声来自众多用户和所有路由的电缆侵入噪声，以及网络设备自身产生的干扰噪声，这些干扰噪声在汇聚点的总和称为汇聚噪声。汇聚干扰：主要有3个途径，一是用户室内的电器，是产生强干扰的源头；二是环引言早期的有线电视（CATV）网络是为单向广播设计的，上行信道被分配在频谱的较低部分（542MHz），而这部分频谱（特别是515MHz）常常充满着各种类型噪声的入侵干扰。由于“漏斗效应” 的影响，基于频分复用/时分多址的传输系统在窄带干扰的影响下性能降低，如窄带噪声可能导一个或多个业务帧发生丢

5、失。现在的致时分多址（TDMA）有线电视网络多为HFC网络，基于CATV的HFC双向系统，下行传输比较容易实现，而上行传输由于噪声和不可预测的环境而导致传输比较困难，特别是较低部分频谱在实际应用中比较难以实现。在此提出的一种能有效抵抗窄带噪声的传输方法就能有效利用CATV频谱的低端部分，从而利用HFC双向网络实现交互式数据通讯业务。网络回传通道的噪声类型和产生原因HFC网络的上行信道属于“恒参”调制信道，即传输函数不随时间变化的信道。绝大多数的上行信道噪声都属于加性噪声，也就是在接收到的已调信号上线性叠加了一个干扰信号，一般用载噪比和噪声系数来衡量噪声。上行信道的加性噪声种类是多方面的，但就其

6、来源而言，基本上可以分为内部噪声和外部侵入噪声。内部噪声内部噪声由器件本身产生，主要由两类噪声组成，一类是热噪声；另一类是散粒噪声，它是由有源放大器内电流的不均匀性及不连续性产生。在HFC网络中，内部噪声以热噪声为主，影响主要体现在热噪声的积累上。有线电视反向回路的热噪声源为用户终端设备、反向放大器、反向光发射(接收)机等有源器件。外部侵入噪声境电磁干扰侵入电缆而形成，即电缆本身产生了“接收天线”效应；三是网络有源设备产生的干扰(开关电源干扰、单片机干扰、回传干扰、自激干扰等)。汇聚噪声中70%以上均来自于终端用户，其余30以下的噪声来自于分配网和主干线路。在采用树枝型结构的分配式CATV网中

7、，从信号上行传输方向看,网络的众用户端是上行信号传输的始端,信号群经众多用户端及电缆引入各种干扰并汇聚成强大的干扰源,造成上行信号的C/N值严重低下，即各支路产生的噪声将在光节点和前端产生汇聚作用,形成所谓的噪声“漏斗效应”。(2) 汇聚均衡:由于各条上行路由传输增益不同,每个用户以及每条上行路由的噪声贡献在汇聚点也不同(在一般规律下,应认为其产生机制是相同的),部分高增益路由的噪声远大于平均正常值,其结果表现为总汇聚噪声远高于正常值。缆弯曲时，屏蔽层裂缝的大小都将对屏蔽衰减产生较大影响，如果一根电缆来回弯曲几次，经检测屏蔽衰减系数下降较多，高端信号衰减更明显。因此，安装、维护线路时，尽量满足

8、电缆的弯曲半径，不影响电缆的屏蔽性能，达到抵御各种干扰信号入侵的目的。实际上，屏蔽衰减是表征电缆电磁泄漏程度的物理量，由于生产制造和使用超年限，老化后的电缆均会在外导体上形成裂缝，电缆内的信号就会从裂缝处辐射泄漏掉，造成电视信号大量减弱。当外来干扰噪声信号较强时，就非常容易从该点进入系统。为此，在施工规范中规定，电缆弯曲半径要大于15cm。电平汇聚均衡由于各用户上行信号经由不同的路由，其传输增益不同，造成各用户上行信号回传汇聚后呈现电平值严重不一致，这就是HFC网络上行通道的电平汇聚均衡问题。因为同轴电缆传送最高频率仅65MHz的上行数据信号，传输损耗非常小，各上行信号电缆路由虽然在工程中有长

9、度误差，但造成的信号电平损耗差也很小，这是上行回传设计极其有利的条件。另外，经实际测量可知，漏斗效应产生的汇聚噪声绝对不单是热噪声汇集，其量值比热噪声大近百万倍，而且由于上行频带窄，可能在极限条件下传输的群信号总合成功率比下行群信号的总合成功率小很多。这就意味着在同样放大器件条件下，上行信号的平均单路信号电平比下行信号的单路信号电平高许多，这也意味着抗干扰能力大幅度提高。所以，一般说来，放大器内部热噪声的作用在回传问题上可以忽略不计。对于抑制载波方式的不论QPSK方式或QAM方式的频谱结构呈奈奎斯特曲线，产生的失真成分分布均匀，意味着网络中的有源设备的有效动态范围也比传输多路电视信号时的动态范

10、围大，为此调整光接收机采用高电平输出。热噪声网络有源设备产生的干扰即热噪声，根据回传通道通信理论，一般回传输入电平大于50dBV时，热噪声可忽略不计。因此，在回传网络设计时，输入电平必须远大于50dBV，我们选择的输入电平一般大于90dBV，有效地抑制了回传通道中的热噪声。网络回传通道的规划及问题的解决网络规划是网络设计工作的依据。网络规划主要针对回传通道自身的特点，找到可行性方案来解决回传通道的中存在的问题，才能建成真正义意的双向HFC网络。总结为以下四点：室内干扰在汇聚干扰中，室内干扰主要是电视机输入端口及室内电视分配网引入的(1) 解决电视机干扰的办法是在初期尽量采用30MHz以上频段，

11、用场强仪的频谱分析功能分析565MHz的回传通道频谱，在515MHz低频段反向通道噪声很大，一般在7080dBV左右；这是短波发射机的工作频段，短波是电磁波传播，基本不随距离而衰减。随着用户数的增多，汇聚噪声累积明显，影响到数据交互业务。在20MHz以上的频段，除有稳定的本底噪声外，最主要的是一种随机窄带脉冲噪声，无法使用，大于30MHz时较为总体上25MHz以下噪声太高，平坦，约为50dBV左右。在网络设计时，回传输入电平在90dBV左右，为此，选定33MHz作为电缆调制解调器终端系统（CMTS）头端回传通道的中心频率。(2) 室内电视分配网采用“堵”或“滤”。利用频段分路器分离双向网的上下行，使电视端的回传噪声不能进入回传通道；对于用户的电视终端盒，使用带屏蔽的终端盒。环境电磁干扰环境电磁干扰是基带数字传输造成误码的主要原因，而对射频传输影响极小。环境电磁干扰是电缆本身产生了“接收天线”效应。由于同轴电缆的外导体既是发射天线又是接收天线，整个同轴分配网相当于一个大天线，所以对电缆和无源器件的屏蔽衰减和抗干扰性能又有很高的要求。除了采用高品质电缆外，电缆的弯曲半径也不能太小，否则会形成回传噪声。因为电总