HFC網絡中上行信道噪聲干擾的分析與對策

□張宏程 邱 鉉

HFC網在實現雙向傳輸方式后，網絡中存在的各種干擾噪聲不容忽視。對傳輸質量產生最大威脅的就是上行通道中的噪聲瓶頸效應較難克服，HFC網絡中的噪聲干擾是傳輸技術中要克服的難點。

HFC網絡上行信道的噪聲和干擾有兩大類：來源于網絡內部的結構噪聲和來源于網絡外部的侵入噪聲，后者又稱為侵入干擾。結構噪聲分內部噪聲和公共通道干擾。內部噪聲為網絡內上行通道中有源設備和部件所固有，包括電纜放大器的熱噪聲、電源的交流聲調制、光探測器的光電轉換散彈噪聲、激光器的相對強度噪聲和削波噪聲。其中放大器的熱噪聲會因為樹狀電纜網絡的漏斗效應而大大加強，激光器造成的上行信號削波失真會對數字射頻信號的解調產生干擾。公共通道干擾是指同軸連接部件的非線性所產生的下行信號差拍分量對上行信道的干擾。侵入干擾由電纜網所處的外部環境所引起，HFC網的電纜網處在一個復雜的電磁環境中，而其樹型結構又猶如一部龐大的分布天線，收集著各種類型的干擾信號，包括無線電干擾、用戶設備產生的電磁干擾、工業交通電磁波干擾和天電干擾。按其特性，侵入干擾又可分為兩類：窄帶連續波干擾和寬帶沖激干擾。

HFC雙向數據網絡中的噪聲匯聚問題是任何一個網絡建設者都無法回避的，這是由網絡的結構決定的。但是另一方面，雖然我們無法從根本上去除網絡的噪聲匯聚，卻可以采取種種措施來降低網絡噪聲。

一、合理設置網絡結構，減少光節點的用戶。一般認為，來源于用戶家庭的噪聲約占上行通道中噪聲總量的50%或更多，通過同軸電纜進入系統的約占20～30%。因此，減少HFC網絡中每個光節點的服務用戶是較為徹底的解決方法，但會增加系統造價。一般來說，每個光節點的服務用戶不超過500戶為宜。

二、采用回傳通道濾波器。高通濾波器(HPF)用于非雙向用戶的接點，可以阻止入侵干擾進入回傳信道。HPF對回傳信號 5～30MHz完全衰減，對大于50MHz的信號完全通過，其目的是把非雙向用戶與交互式業務用戶網隔離開來。HPF一般裝在定向分支器上，可保證來自家用線路或電纜接點的入侵干擾排除在回傳信道之外，HPF提高了信噪比，消除了一大部分非雙向用戶造成的潛在干擾源。這在網絡建設的初期，交互式用戶不太多的情況下，具有較好的效果，但HPF不能解決交互式用戶自身使用回傳通道而帶來的噪聲干擾。它的最大好處是均衡回傳信號的電平，降低噪聲電平，增加用戶端的隔離，改進用戶入口的阻抗匹配。

窗孔式高通濾波器是為交互式業務的付費用戶安裝的，這些濾波器用于在回傳通道中有選擇性地通過群頻信號。窗孔式高通濾波器將消除回傳通道帶外的其他信號。窗孔式高通濾波器通常也設計成帶衰減的形式，以避免過量的噪聲和回傳信號電平過高引起回傳激光器過載，同時減少回傳總功率，也降低了噪聲電平。

帶回傳衰減的窗孔式高通濾波器由于過量噪聲、回傳信號電平過高，將會引起激光器過載，這種激光器過載也將導致完全破壞一個節點的回傳信號。為此對回傳信號有選擇地引入6或12dB的衰減，會減少回傳總功率，也降低了噪聲電平。

三、采用具有較強的抗干擾能力的調制方式和合適的編碼方式。由于有線電視HFC系統采用的是一種模擬技術，要實現數字信號的傳輸，必須進行寬帶調制，即稱為電纜調制解調器(Cable Modem)的新技術。由于在網絡中數據業務傳輸流量的不對稱性，DOCSISl.0標準中規定：下行信號采用64QAM或256QAM調制方式，并采用RS編碼進行前向糾錯；上行信號采用QPSK調制技術或16QAM調制技術，以提高系統的抗干擾的能力。

CDMA調制技術(碼分多址)的特點是可有效利用有限的頻譜資源，擴大通信容量，更主要的是降低噪聲，提高信噪比。其主要技術特點是利用擴頻技術，將要傳輸的具有一定帶寬的數字信號，用一帶寬遠大于被傳信號的高速偽隨機碼去調制它，使原信號得到大大的擴展即擴頻，再經載波調制后發射出去。接收端則使用完全相同的偽隨機碼與接收的寬帶信號作相關處理，還原成原信息數據(解擴)，實現數字通信。CDMA每一個頻道是由多個數據流組成了總的14Mb／s的數據數率，每一數據數率流均采用格柵編碼，交錯編織并分布在6Mb／s的帶寬內，每一數據流均使用自己的擴展(地址)碼。擴頻信號還使用了前向糾錯和交織技術，使得數據流對脈沖噪聲和窄帶干擾具有極強的抗干擾能力。

四、采用糾錯技術。脈沖干擾的持續時間較短，通常只造成一段碼流的誤碼率增高，所以采用前向糾錯技術可以有效地消除脈沖噪聲帶來的影響。為了加強抗噪聲性能，一般進行數據傳輸時，都要對數據重新進行信道編碼，以適應信道的傳輸。常見的是交叉交織里德一索羅門編碼，它具有理想的誤碼發現以及錯碼糾正能力。通過設置FEC糾錯參數 (交叉交織深度)可以適當地調整網絡的抗噪聲能力。較高的交錯深度在HFC網絡上提供了更多的抗噪聲性能，但同時又提高了回傳信息的反應時間。

五、選用優質的終端設備。在寬帶網絡中，設備的選用是一個相當關鍵的問題。設備產生的電氣噪聲以及信號流經設備時的離散偏移、相位偏移等都不容忽視。在設備的選用上應首先選用低噪聲、相位及頻率穩定度高、不易漂移的產品。對于線材以及無源器件 (如廣泛使用的分支分配器等)的選用，要選擇那些屏蔽性能好、隔離度高、寬通頻帶的產品。良好的設備方能保證網絡的正常運行。

在有線電視數據傳輸系統中，采用優質的Cable Modem作為系統的終端設備。優質的Cable Modem一方面具有自動跳頻的功能，它可在設定的頻段內自動尋找干擾最小的頻率點來進行信號的回傳。同時還能夠根據線路的狀況，自動適應調整信號的發送速率；另一方面可以自動調整其上行輸出信號的電平，以達到最佳的信噪比。并且在與之相連的計算機設備空閑時，及時關斷上行信號的載波，減少系統噪聲的匯聚。

六、提高工程建設的質量設備。網絡工程的設計水平要由施工質量來體現，網絡建設時必須對諸多環節加以考慮。網絡首先要注意到的是信號的屏蔽性能。實踐證明，網絡中的噪聲侵入，有很大一部分是由那些非屏蔽的端口引入的。在有線臺的機房中，各種低頻段的噪聲本來就相當高，一旦未對設備的接入端口進行處理，則此部分噪聲便能夠輕易進入到系統中來。在對未用的端口進行屏蔽的同時，也要對線纜接頭的制作質量進行校驗，網絡中不合格的接頭極易引起線路噪聲的產生。