HFC网络中噪声干扰的分析

易维善　攀钢有线电视台
　　摘要：本文介绍了HFC传输网络中的电磁波噪声干扰，设备本身产生的噪声，HFC网络上行通道噪声，传输线路上从外界入侵的噪声以及终端用户噪声干扰产生的原因分析

　　HFC网在实现双向传输方式后，网络中存在的各种干扰噪声不容忽视。对传输质量产生最大威胁的就是上行通道中的噪声瓶颈效应较难克服，HFC网络中的噪波干扰是传输技术中要克服的难点。

　　从目前我国广电网频率的规划可知，上行频率规定为5-65MHz，65-750MHz为下行频率带宽，原有的CH1-CH5频率弃用，改作上行频率资源，在5-65MHz中，把短波窄带干扰及工业干扰最严重的5-15MHz丢掉不网，这样可以最大限度地排除电缆网络中形成的最大汇集噪声干扰，对排除上行通道中的干扰起到了积极作用。

　　在HFC上、下行传输过程中会出现这样和那样的噪声干扰，它们都是影响优质信号传输的最根本原因，下面我们对HFC网络中的各种噪声干扰产生的原因进行初探。

　　1　电磁波噪声干扰

　　有线电视HFC网的光纤电缆因有抗电磁波噪声干扰的特点，所以空中的各种电磁波噪声无法干扰光纤中传送的电视信号和各种数字信息。而HFC中的同轴电缆分配网由于抗干扰能力低，所以空中传播的电磁波噪声非常容易从各个渠道进入有线电视系统，给系统中传输的电视信号、数字信息造成了不同程度的干扰，空中存在的电磁波多而复杂，但大多电磁波因功率微弱离网络距离远，不会给CATV系统的HFC网造成危害。如微波和卫星的信号功率很小，对网络造成的干扰可能性不大；短波广播，虽然发射功率比较大，但由它它的发射有方向性且对地仰角，加上又是远地覆盖，如果有线电视网离它较远，完全可避免这种干扰；本地电视和调频广播的发射功率很大，达数十千瓦以上，它容易产生对电视信号的干扰，如果有线网设置的频道与它们避开，也可能把它们产生的干扰降到最低限度。利用高频段电波的直线传播特性和一般材料对高频段吸收较强的特点，可比较容易解决造成的干扰。

　　空中电磁波产生的干扰噪声，对有线电视系统危害最大的就是波广播，它全方位发射，且功率大，它产生的电磁波有较强的绕射能力，能对有线网信号产生较大的干扰。攀枝花是高山地区，各生活区建设在高低不等的海拔高度，由于高山、地形的不一样，所造成的干扰影响程度也是不一样的。因此，同一网而不同生活区所受干扰的轻重程度就有明显的区别。对某一受干扰的同一频道而言，有的干扰严重，有的干扰轻，还有的无干扰，这一点完全说明了电磁波噪声干扰在实际传播路线中，受地面参数和其它因素的影响，场强的大小有较大差别。

　　另外，网络使用电缆所具有的抗外来干扰的能力也非常关键。如本系统的同轴电缆，使用年限长的，老化较快的，由于人为损坏、接口氧化，外波破裂都会使屏蔽系数下降以使电缆不能抵御外来干扰噪声的入侵造成网络受干扰的程度加大。电缆的老化还会造成电气传输特性变差，例如在网络改造时曾发现部分用户电视信号差，满屏杂乱噪波干扰，无法收看，用仪器测其电平，均能达到标准要求电平，频道间、频段间、高低端频道间电平均未超过规定范围内的电平，但用户就是满屏蔽噪波干扰。经检查发现电缆外导体屏蔽层氧化断开，推动屏蔽作用；另一种原因是同轴电缆的电气传输特性、阻抗特性发生变化，导致了噪声干扰的侵入，将这段电缆换新后，噪声干扰现象全部排除。有的网络传输电平下降，当电平降到一定程度，外来电磁波噪声就更容易进入有线电视传输系统，在网络改造时我们细心观察过，将老化严重的同轴电缆更换成铝管或多层屏蔽电缆后，其传输质量明显改善。原干扰较重的变成了轻微干扰，原轻微的变成无任何干扰。因此，外来干扰是客观存在的，只要提高网络材料的传输质量，就有可能克服部分空中各种电磁波产生的噪声干扰。

　　在有线电视使用的频带内，同轴电缆的屏蔽特性在低、中频段要好一些，而在高频段则有所下降。如果空中的电磁波场强较高，就有较大的噪声进入网络中，对高端电视频道进行干扰。为了克服空间的电磁波噪声干扰，应尽量地延长光缆长度，缩短同轴电缆的长度。在电缆的选择上应选屏蔽系数大于120的多层屏蔽电缆，它能有效地抑制和克服外来干扰噪波对电视信号的影响。线路安装时也要注意回避电磁波，如新建房走暗线加金属套管等方法来避免干扰噪声。

　　总之，空中的电磁波非常复杂，对网络信号的干扰也显得格外难以处理，尽管产生干扰的原因复杂，只要我们对它深入的研究，就能较好的克服这些来自空中的干扰噪波。

　　2　设备带来的噪声

　　HFC网络的前端设备有调制器、光发射机等。各生活区设有大量的光接收机，它们都是产生随机噪声的主要原因。而随机噪声通常可分为两大类，其一是电路噪声，其二是外部电磁波侵入噪声。对于系统内电路的噪声可以通过设备电路的优化设计、提高设备内部元件的装配水平，走线技术、元器件的筛选和选用好的滤波电路等措施以达到降低噪声指标。

　　而外部进入的噪声可采取设置屏蔽网罩方式来达到阻止噪声的进入，也可以设备壳体，装配等方面采取相应的措施以抑制外来噪声入侵，还可在信号进入设备之前装一只滤波器，以隔离外来噪声的进入。经本网实践，它能有效的滤掉外界进入的各种低频和高频噪声干扰。

　　光节点后的放大器级数应最大限度地控制，它是设备产生热噪声和载噪比累积的主要原因。目前本网的改造除将光节点向小区延伸外，光节点后尽量不设放大器，最多只设1-2级放大器。放大器应选择噪声指标最低，稳定可靠性高的宽带放大器，为光节点以后降低噪声把好第一关。

　　3　HFC网上行通道噪声的分析

　　HFC中的同轴网大多使用物理发泡电缆，它有强度大、损耗小的特点，为了加强对空中和周边环境电磁干扰抑制的能力，应选用二、三、四屏蔽层的优质电缆，其屏蔽系数一般在80、100、120范围内，它能起到较强的屏蔽作用。在接头方面应选择无电磁波泄露的电缆接头，对过去使用的不良接头，氧化松动的F头应逐一换掉，避免噪声从接口进入网络中。电缆的逐渐老化，会使其传输特性变差，不但使缆内的射频信号外泄严重，降低了有用的信号电平，外界干扰也会窜入系统。

　　HFC网的同轴分配系统一般采用树枝型，由于网络分配系统复杂，而且点多、面广、线长，它能延伸到用户的各个部位，可以讲网络的布局是全方位式的，正因为这个特点，整个网络就象一面具大的接收天线一样，由于各种复杂的电磁波覆盖了整个空中环境，网络会受到各种窄带连续波和宽带冲击波以及无线电波的干扰。

　　从HFC网讲，带宽一般从5-750MHz，而短波无线电发射机的工作频段是5-30MHz，刚好处在HFC上行频率的范围之内，因此在回传信号中非常容易受到许多频率固定但幅度起伏的窄带辐射干扰，这就是窄带干扰的特点。

　　另外，在网络中还出现时有、时无、时强、时弱的干扰，这种干扰偶然性很强，幅度大，持续期短、频带宽，它属于宽带冲击干扰，这种干扰起源于用户家中的电器设备，如电吹风、吸尘器、电视机、选台器、机顶盒、冰箱、空调、微波炉、日光灯、微机等家用电器的电磁辐射。其中部分电视设施与有线端口相连时，不但会产生本振辐射，而且对非调谐频道会产生强烈反射，一些分支分配器的隔离度指标较差时，反射后的干扰会更大。网络中还发现一些干扰来自家用电脑产生的脉冲干扰，其干扰频率一般会落在上行通道较低频带范围之内，这类故障寻找特别困难。

　　攀钢有线台属企业大型台网，网络建在企业周围，不免会受到电力机车、高低压输电线路、大型电机启动、大型机械电气设备运行故障、无线调度电话、电台等设施释放出来的辐射干扰波的影响。这些设施辐射出来的电磁波能量的频率在5MHz以下频段，但其谐波频率会延伸到HFC网的上行频率范围中，给回传信号造成干扰。
　　还有一点，大气放电、雷电、闪电、银河系噪声等也会产生感应干扰，由于它们随机性太强，冲击强度大，防范起来也比较困难，它们造成的冲击干扰的频谱较宽，在2K-100MHz范围内，所以对HFC网络的干扰影响更大，特别对数据传输会造成突发性连串误码，使画面信号出现大量马赛克现象。

　　对于窄带和宽带干扰问题的处理，可在HFC网络中应用码分多址（CDMA）方式，窄带干扰对CDMA系统性能的影响非常小。大家都知道系统的干扰主要来自成千上万的终端用户，利用CDMA系统的扩谱特性，可通过加横向滤波器来滤除固定或慢变化的窄带干扰，把用户间的干扰减小到最低程度。

　　对于突发性冲击产生的宽带干扰，只有在CDMA的基础上再采用RS码作前向纠错编码才能予以克服。

　　3.1双向放大器噪声

　　HFC网是以光纤和同轴电缆混合在一起的新型单、双向传输网。同轴网基本采用树枝型结构传输和分配方式，也就是讲它是一点对多点的分配结构。如果在HFC网络中增加回传功能，那么上行通道的噪声总和就是多点对一点，使上行通道的噪声远大于下行通道的噪声，这样使多支路的噪声汇集后全部送到了前端机房。由于上行通道的信息采用数据传送，如噪声指标超标，就会使传输的数据和信息出现较高的误码率，影响其传输质量。针对这一问题，在网络升级改造时应尽量减少双向传输放大器的级连数目，因为级连多的双向放大器产生的回传噪声和整个支路产生的噪声叠加起来就会形成上行通道的漏斗效应，它对上行通道C/N指标影响较大，系统越大，用户越多，线路越长，它们汇集到前端的噪声功率就越大。如使用的双向放大器噪声指标较低，则反向回传到前端的噪声功率就会明显增加。因此，放大器的选择很重要。

　　网络改造时将光节点尽量靠近用户，最大限度地把双向放大器的级数减少到1级或不设放大器，那么就可把同轴网因放大器而汇集的噪声降到最低限度，本网的改造基本达到这一点。

　　3.2用户端口产生的干扰噪声

　　用户噪声来自于用户电视机、计算机、录像机、VCD、音响等设施。如终端用户将收录机、VCD、音响、电视机选择了不合理的连接方式，加上有些家用电器出现故障，在播放时辐射出来的信号会窜入网络，影响其它用户收看。有的甚至不播放，只要电源插头未拔掉，也会因产生的多次谐波干扰本用户电视信号的收看。

　　如果有线电视用户电平低于VCD、游戏机等家用电器的输出电平，那么当它们与有线电视线路连在一起又没有良好的隔离设施时，它们输出的信号会成为有线电视信号的干扰噪声，严重干扰相邻用户收看电视信号。

　　有的家用电器接口产生信号辐射，开机后其辐射干扰噪声从接口进入有线电视网络；有的因终端设施安装、维护不当，使各种噪声干扰进入本网电视频道中，受干扰的主要是低端的1、2频道，而低端其它频道也会有较轻的干扰。如果终端用户电缆外屏蔽层脱落，接触不好，会使阻抗特性发生变化造成失配，在电视画面上出现杂乱多变的干扰波；还有的在屏幕上出现一些白色飞点干扰噪波，影响了画面质量，图像模糊不清，严重时无法收看该频道电视节目。

　　如果用户家中有两台电视机，且选择了反向隔离度差的低劣射频双通等器件来分配信号，同样会造成两台电视机之间的某些频道产生相互干扰噪波，甚至无法收看。

　　3.3用户计算机带来的干扰

　　随着有线电视技术的迅速发展，计算机融入有线网的技术越来越成熟，给网络的多功能综合数据传输带来了机遇。但如计算机与有线网的接口处理不好，它也会给网络带来难以寻找的干扰噪波。自从计算机进入有线电视网络后（如利用某频道逆程信号接收股市实施行情），在本网中出现了较多计算机噪波干扰现象，它产生的交流声调制影响面很大，干扰还会在电缆中逆向传输，通过放大器后，影响数幢楼房几百户用户收看电视信号。要在近几百户中查出有故障的微机，确实难度很大。随着科学技术的快速发展和人们对信息知识的需求，计算机在很短的几年内会大量拥入有线电视网，因此，对计算机产生的干扰应尽快抑制，在其接口安装隔离器件（如在分支分配器出入口、分支口加装1000pF的电容），它能有效的阻止效调干扰进入网络。

　　计算机产生的干扰现象主要是上下移动的黑白横滚道，是由交流电50Hz干扰所致，只要有50Hz交流干扰侵入CATV网络中，终端用户屏幕上就会出现上下水平移动的黑白滚道。如果干扰频率高于电视扫描频率时，横道向上滚动。滚动的速度取决于交流干扰频率与场频之差，频差越大滚动速度越快，反之滚动速度变慢，零频差或整数倍时，水平横道静止不动。如果计算机底壳带有几伏微弱的50H交流电，它会通过电视射频接口进入网络，对于毫伏级的电视信号来讲几伏电压也就算够高了。有的微机接口的漏电电压很高，而且是悬空的，维修人员触摸接口就会被电击倒；有的微机漏电电流较大，烧坏分支分配器的磁芯线圈，中断了电视信号；计算机电源插头一般为三线，若电源插座的零线和接地线接反，会使三相四线制零线的几伏电压带到微机机壳，然后串入CATV网络中，并由用户逆向传输分支分配器、支干线，再经放大器放大后，黑白滚道变得更为严重，甚至使画面场不同步，用户无法收看电视。随着电视技术的高速发展，计算机进入CATV系统后也给网络带来了新的干扰源，因此，网络运营者采用相应的方法来抑制这类特殊的干扰进入网络中，以不断提高高速宽带多媒体数据信息接入网的传输质量。

摘自《有线电视技术》2002.1