有線數字電視網絡噪聲干擾原因與對策分析

張帆

摘 要：有線數字電視網絡噪聲干擾原因較多，主要干擾因素有外界電磁波侵入、網絡失配、有線數字電視網絡的互調、差拍干擾以及HFC系統本身帶來的電路噪聲干擾。針對引起有線數字電視故障的各種噪聲干擾原因的分析，提出相應的解決和預防措施。

關鍵詞：有線數字電視；HFC網絡系統；網絡失配；差拍干擾；電磁波

伴隨信息時代的來臨，廣播電視技術日新月異，有線數字電視發展進程隨之迅速發展。有線數字電視傳輸網絡采用的是HFC網絡，同軸電纜分配網與光纖傳輸系統結合的寬帶傳輸技術，利用混合光纖同軸進行寬帶數字通信。我國《有線電視廣播系統技術規范》相關規定中明確了雙向HFC網絡的上行頻率帶寬為5-65MHz，數字電視的下行頻率帶寬為110-1000MHz。實際運行環境中，影響有線數字電視傳輸的因素有很多，例如噪聲和反射，對噪聲干擾的因素主要有外界電磁波侵入干擾，網絡失配，有線數字電視網絡的互調、差拍干擾，以及HFC系統本身帶來的電路噪聲干擾。因此針對噪聲干擾因素作出相應的解決對策是一項重要工作任務。

1 外界電磁波侵入與解決措施

有線數字電視傳輸網絡中，HFC光纖傳輸系統能夠對抗電磁波噪聲干擾，一般情況下各種電磁波噪聲對光纖中傳送的數字電視信號無法產生干擾，但HFC同軸電纜分配網對抗電磁波噪聲干擾的能力較弱，外來的電磁波一般都是通過同軸電纜分配網對有線數字電視信號造成不同程度的噪聲干擾。同一地域環境中存在的電磁波多而雜，有許多不同用途的網絡：軍用、警用、民用、電力、通信、無線廣播電視等等。這些電磁波之間雖然互相干擾，但是功率較小或離有線電視網距離較遠的電磁波不會對HFC網造成太大干擾。例如：衛星信號、微波功率小；軍用、航空、鐵路等一般距離有線數字電視網較遠，并且其無線電通信網信號傳播區域小；電力傳輸線路與有線電視網絡布線基本平行，電力線頻率較低，大多數線間距離較大，因此這些線路對有線電視信號影響較小。有線電視網絡的主要干擾源是移動通信發射塔，其360度全向發射且信號功率大，移動通信使用的頻率與有線電視傳輸頻率相近，因此對有線電視網絡構成較為明顯的全方位干擾。另外移動通信的信號具有較強的穿透能力，對有線電視網絡產生不間斷地干擾，且低質量的屏蔽層較難抵抗電波的穿透。有線網絡使用的是550MHz頻率帶寬系統，國家規定在這個頻率范圍內只有12個標準頻道，增補頻道一般在通信使用的頻帶內，極易受到移動通信業務的干擾。例如使用的363MHz的頻點傳輸的全部數字電視節目會受到移動通信系統很強的干擾。各種干擾會導致部分節目出現馬賽克、死機甚至黑屏。

客觀存在的外來干擾是很難改變，但是網絡材料、工藝、傳輸頻帶是內在因素，因此可以提高自身抗干擾能力來解決這一問題。如果傳輸網絡的電纜使用年限較長，產生老化現象，則會導致電氣傳輸特性變差，阻抗特性也會隨之發生變化使網絡傳輸電平下降；其次傳輸網絡的電纜被人為損壞或者界面氧化、外皮破裂等情況都會降低其屏蔽干擾的能效，因而抵御外界電磁波的侵入能力弱，從而產生不同程度的噪聲干擾。基于此種情況分析，首先我們必須提高傳輸網絡材料的質量，使用屏蔽系數高的電纜能有效防止外界電磁波侵入；第二網絡建設時，可以盡量延伸數字電視信號的光纖傳輸，縮短同軸電纜傳輸，降低外界電磁波的侵入干擾；第三提高有線數字電視網絡施工工藝，合理規劃安排有線數字電視的頻點，在選擇線路以及 線路安裝時盡量回避電磁波，在條件允許的情況下新建時可采取暗線加金屬套管等方法，以達到有效抑制和克服外界電磁波對數字電視信號的侵入噪聲干擾的目的。

2 網絡失配造成的相位噪聲干擾及對策

有線數字電視信號較多采用的是QAM調制方式，載波的幅度和相位都攜帶信息，當網絡失配產生反射，則會引起多徑效應，或者有線數字電視信號附近有同頻信號，會對有線數字電視網絡的相位特性產生不同程度的影響。

網絡失配時產生信號反射，使到達機頂盒的信號不僅僅從直接路徑傳來，還有從反射路徑傳來，直接路徑和反射路徑存在時間差，從載頻角度出發當兩個信號到達的時間差改變1/f（f指射頻載頻頻率），相位差就會改變2π弧度，時間差即使很小也會引起很大的相位差。相位噪聲對模擬電視影響較輕，而對于數字電視的影響較為明顯。當兩者的相位差為2π時，同相相加合成信號幅度最大；當兩者的相位差為π時，反相相減合成信號幅度最小，時間上延時的信號與直接信號到達接收機混合在一起，不但會從幅度上影響，更會從相位上影響數字信號的正確譯碼。相位噪聲會影響數字電視信號的正確譯碼，引起數字電視部分節目有馬賽克或無法接收。

一般情況下，產生網絡失配，造成位噪聲干擾時，我們應當檢查電纜是否有物理損傷、接頭是否氧化進水、干線空閑端口是否接假負載、分配器是否有空口未接假負載等，檢查完畢后，針對相應的問題進行維護和修理，降低網絡失配帶來的相位噪聲干擾。

3 HFC系統本身帶來的電路噪聲干擾

HFC網絡系統本身會帶來電路噪聲干擾，有線數字電視前端是綜合性大規模現代通信系統，集成了廣播電視、計算機通信和網絡傳輸設備等，不同設備的固有噪聲源對系統噪聲產生的影響不同，其產生的電磁干擾（EMI）程度不同，存在一定的差異。前端系統由眾多子系統構成（編碼、復用、加擾、調制、CA、EPG、NVOD、SMS、數據廣播等），傳輸網絡中（光發射機、光接收機、光纖、光連接器、分光器、放大器、分支分配器等）設備組成復雜。都會產生隨機噪聲。

另外，晶體振蕩器和時鐘分頻電路、開關電源、無端接電路、快速時間轉換電路A/D變換器等設備也是系統內部固有噪聲源，這些設備所產生的噪聲會使視頻、音頻信噪比下降。通過不同途徑的累加引發時基抖動、漂移，使系統出口節目時鐘（PCR）指標嚴重超標，從而導致PSI/SI表格發送錯誤、發送間隔時間產生時延、PCR抖動及時延等數字電視故障。同時，數字電視前端機房安裝了各種模擬設備、數字設備、數據設備，因此前端的電磁環境特別復雜。endprint

輸出信號的非線性失真受HFC網絡的光發射機/光接收機的輸入信號大小的影響。因此必須控制輸入光發射機的RF電平，使工作頻帶內的總RF功率不會導致激光器的削波失真，同時控制輸入光接收機的光功率，使光檢測器不致產生飽和失真。另外光纖的色散對長距離傳輸的信號將產生波形失真、組合二次差拍失真，這將導致數字電視信號的信噪比和MER降低，因此需要精心設計長距離光纖傳輸系統，必要時對光纖色散進行補償。

此外，光節點后的放大器級數是設備產生熱噪聲和載噪比累積的主要原因，應最大限度地控制它的級數。有線電視網絡的光節點后盡量不設放大器，并且應將光節點向小區延伸，盡量只設1-2級放大器，選擇寬帶放大器以噪聲指標最低、穩定性高為標準，盡量為光節點降低噪聲把好第一關。

4 有線數字電視抗失真產物的組合互調噪聲干擾

有線數字電視網絡采取QAM調制方式，正交幅相調制對載波的振幅和相位進行調制。平衡調幅使其能量均勻分布在整個帶寬內。在傳輸頻帶存儲器在非線性失真的情況下，所產生的互調、交調產物就不是呈離散性的，而是呈白噪聲的性質，在被干擾的頻道內彌散分布，這等于在被干擾的頻道里增加了噪聲，成為組合互調噪聲C/N，使數字電視出現頻繁的靜幀或馬賽克現象，但這時的信號電平卻沒有降低。多頻道傳輸的系統中相關設備存在一定程度的非線性傳輸，由此會產生大量的非線性失真產物落在傳輸頻道內，在載頻附近聚集成“簇”，對頻道造成綜合“差拍”干擾。由二次失真產物聚集而成的綜合互調干擾為CSO，三次失真產物聚集而成的綜合差拍干擾為CTB，其中CSO，CTB是有線電視網絡中的兩項重要指標，數字電視對系統CTB、CSO指標的要求是54≥dB，當數字載波電平低于非線性失真電平40dB時數字信號將出現靜幀或嚴重的馬賽克現象。當數字載波電平高出非線性失真電平40～46dB時，數字信號在非常好和馬賽克之間，高出50dB時，信號質量不會受其影響。網絡的失真指標劣化時圖像質量看不出逐漸劣化，由于“懸崖效應”當失真指標一旦降低4個dB以下，電視畫面將立刻變為靜幀或嚴重的馬賽克，同時由于系統電平升高1dB，失真指標將劣化2dB，這樣不到4dB的失真指標裕量意味著系統電平波動上限不到2dB，因此光發射機輸入電平過高、光接收機和放大器輸出電平過高，會使失真指標下降，從而很容易導致成片有線數字電視用戶出現收視畫面靜幀、馬賽克甚至黑屏現象。

合理設計CATV系統整體和分配指標，提高設備和部件的設計線性是降低系統中的CSO和CTB非線性失真的主要途徑。具體措施如下：有線傳輸盡量使用光纖替代電纜，對較長距離的超干線或干線采用特殊技術，以提高整個系統的CTB和CSO非線性失真指標；選擇合適的干線放大器工作點，提高其線性動態范圍；合理選擇頻道，增加并聯路數；適當降低放大器的工作電平，以提高C/CTB和C/CSO；正確設計、選用放大器，濾除或抵消系統已有的非線性失真；用新技術改進頻道設置，從主客觀上降低CSO和CTB。

5 結語

有線數字電視網絡是一個龐大而復雜的系統，整個網絡就像一面巨大的接收天線，空中各種復雜的電磁波的覆蓋，各種窄帶連續波、寬帶沖擊波和無線電波的干擾極易導致各種各樣的收視故障。有線數字電視網絡系統設計和建設、維護要嚴格遵守相關標準，減少系統故障，為雙向HFC網絡的發展打下堅實基礎，為用戶提供高質量的數字電視服務。

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