混合光纖同軸電纜系統噪聲故障處理探討

李文彬，陳永明

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司 南京分公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

混合光纖同軸電纜（Hybrid Fiber Coax，HFC）系統在運行中或多或少會出現一些問題，主要是噪聲故障問題，影響人們的收視體驗，給用戶造成了一定的困擾[1,2]。基于此，對HFC系統的噪聲問題進行探討，分析噪聲出現的原因就顯得至關重要。

1 HFC網絡

HFC網絡是綜合了同軸電纜和光纖技術的一種接入網，是一種雙向的網絡[3]。HFC網絡分為單向和雙向兩種，其中單向HFC網絡一般只能支持有線電視業務。雙向HFC網絡在單向網絡的基礎上進行了優化和改造，不僅可以提供有線電視業務，而且還能夠提供其他交互類型的業務，實現了三網合一[4]。HFC網絡結構如圖1所示。

圖1 HFC網絡結構

大體上將構成雙向HFC網絡分為5個部分，即網關、光纖饋線網、光節點、同軸電纜傳輸和分配網以及綜合業務單元，每個部分都有著各自的功能。其中，網關實現與各個業務節點的設備連接、將業務信號調制到載波上、光電轉換以及監控接口的功能。光纖饋線網是雙向HFC網絡的主干傳輸網[5]。光節點主要實現光電轉換、信號的復用解復用以及調制解調。同軸電纜傳輸和分配網則是用戶端的分配網。

HFC網絡有著自身的優勢：一是傳輸的速率比較高；二是傳輸頻帶寬能夠很好地滿足數據傳輸的要求；三是具有較好的靈活性，能夠很好地向光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）過渡；四是有良好的擴展性，不僅支持電話、模擬視頻業務，而且還支持數字視頻和一些其他的交互業務[6]。

2 HFC網絡噪聲來源

噪聲一般指對圖像和語音信號產生一定影響，但與傳輸信號無關的干擾。噪聲具有隨機性，影響著信號傳輸的質量，對HFC網絡有一定的危害。噪聲可以分為外部噪聲和內部噪聲。外部噪聲主要是受到系統之外的影響，例如其他電磁波的干擾或雷電的干擾等，大體上可以分為脈沖干擾噪聲、輻射噪聲以及感應噪聲[7]。內部噪聲則是系統自身內部在運行過程中產生的干擾，如果是固有的噪聲，則無法被去除。需要注意的是，熱噪聲是內部噪聲的主要形式。

2.1 脈沖干擾噪聲

脈沖干擾噪聲是一種隨機的噪聲，一般持續的時間極短。這類干擾大部分是由人造源所引起的，例如開關轉換時產生的電弧、一些機械的馬達或者吸塵器等。由于上述干擾一起出現的可能性極低，因此這些因素對系統產生的影響是隨機且時間很短的，通常造成的影響很小。但是，如果這些干擾同時發生，那么將會對系統產生很大的影響，對傳輸的信號產生嚴重的干擾[8]。脈沖噪聲主要增加了系統信號傳輸的誤碼率，其諧波可能對反向通道產生干擾。

2.2 輻射干擾噪聲

輻射干擾噪聲是回傳通道噪聲的主要表現形式，大體上可以分為人為的和非人為的。電臺以及各種交互通信的干擾，在傳播過程中對上行信道產生影響，隨著時間越來越長，最終會使信道的容量減小。此外，短波干擾是5～40 MHz頻段干擾主要的來源。

2.3 感應干擾噪聲

感應干擾噪聲的范圍為2～50 kHz，這類干擾噪聲的頻譜較窄，一般不會產生很大的影響。目前，感應干擾噪聲一般來自一些放電和電磁干擾，例如閃電和高壓線的干擾[9]。

2.4 內部干擾噪聲

內部干擾噪聲主要是與構成HFC系統的部分有關，例如系統出現了發生故障的設備、接觸不良等。每個用戶在使用過程中的情況多種多樣，很容易就會對HFC系統網絡產生一些影響[10]。內部干擾只要進入反向通道就會對傳輸信號產生一定的影響，同時這類干擾噪聲隨機性極大，難以處理。

3 上行噪聲的主要解決方法

雖然HFC系統中的噪聲問題無法避免，但是可以通過設計和技術來減少噪聲，降低噪聲造成的影響。由于上行噪聲問題關系到交互式業務，因此上行噪聲問題的處理至關重要，主要的解決方法如下文所述。

3.1 合理設置網絡結構

由于上行通道中的噪聲至少有一半是來源于用戶，因此從根本上來講，降低HFC網絡每個光節點的用戶數量是最直接有效的方法。這種方法能夠較好地解決上行通道的噪聲問題，但是會增加整個HFC系統的造價，從理論上來說，每個光節點上的使用用戶最好不要超過500個。

3.2 采用回傳通道濾波器

在回傳通道采用濾波器也是一個比較不錯的處理上行通道噪聲的方法，采用的濾波器主要有高通濾波器、窗孔式高通濾波器以及帶回傳衰減的窗孔式高通濾波器。

高通濾波器能夠防止外部干擾進入回傳通道，低于50 MHz的信號無法通過，只有高于50 MHz的信號才能通過，這樣便可以將交互式業務與非雙向用戶的網絡分隔開。高通濾波器排除了一些非雙向用戶對網絡造成噪聲干擾的可能性，提升了信道的信噪比，這種方法在交互用戶較少的情況下效果較好。但是當用戶的數量比較大時，該方法并不能解決交互式用戶造成的噪聲干擾。高通濾波器中具有分級的衰減器，能夠降低噪聲的電平，平衡回傳信號的電平。高通濾波器電路如圖2所示。

圖2 高通濾波器電路圖

窗孔式高通濾波器具有選擇性，能夠對回傳信道中的信號進行選擇，過濾掉信道之外其他無關的信號。與高通濾波器大體類似，其也具有分級的衰減器，能夠使噪聲的電平降低，防止噪聲過量或回傳信號的電平過高引起過載。

帶回傳衰減的窗孔式高通濾波器能夠防止回傳信號電平過高引起激光器的過載，降低了回傳的功率，對回傳激光器起到了較好的保護作用。

3.3 采用合理的編碼和調制方式

采用合理的編碼和抗干擾能力強的調制技術能夠很好地降低噪聲帶來的影響，降低信道的誤碼率，提高信號傳輸的正確率。

正 交 相 移 鍵 控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）具有較好的抗干擾能力。信道的載噪比越高，通過QPSK調制后，信道的誤碼率就越低，差錯率就越小。碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技術可以擴大信道容量，提高信噪比，能夠很好地降低噪聲，減少噪聲帶來的影響。CDMA技術主要是擴大頻寬，用一個比原信號帶寬大很多的偽隨機碼進行調制，使得原信號的帶寬增加。發射前對所需要傳輸的信號編碼，調制時先將偽隨機碼進行擴頻再調制射頻。接收機將接收到的信號進行相應的解調，從而得到發射端所發出的信號。

同步碼分多址（Synchronous-Code Division Multiple Access，S-CDMA）技術能夠提升系統的抗噪聲能力，降低噪聲干擾對信號傳輸的影響。與碼分多址技術類似，同步碼分多址技術也是擴大頻寬，用一個比原信號帶寬大很多的偽隨機碼進行調制，使得原信號的帶寬增加。同步碼分多址技術能夠同時處理多個用戶的數據，多個調制解調器發送數據的時間是同步的。與CDMA技術不同的是，S-CDMA技術使得每個數據都被擴寬了，每個數據的抗噪聲能力都得到了提升，從而整個系統網絡的抗噪聲性能就得到了大大提升。

3.4 采用糾錯技術

前向糾錯技術能夠較好地消除脈沖噪聲造成的影響。因為脈沖噪聲干擾發生的時間極短，所以一般只會導致一小段信號的誤碼率突然增加。通常采用索羅門編碼，這種編碼方式能夠及時發現誤碼，且擁有著糾正錯碼的能力。隨著交錯深度的提高，抗噪聲的能力也得到了一定的加強，但是與此同時回傳信息的反應時間也隨之增加了。因此，對交錯深度進行科學合理地調整，從而降低噪聲干擾對傳輸的數據信息的影響。

3.5 采用優良的終端設備

采用優良的終端設備能夠在一定程度上避免設備產生的噪聲并減少信號通過設備后產生的偏差，可以降低誤碼率，提高信息傳輸的質量。在選用設備時，應當選擇噪聲低且穩定性好的設備，從而減少設備自身運行對信號傳輸產生的影響。

4 噪聲故障分析處理

放大器輸出電平過低會導致載噪比不符合要求，從而出現雪花狀的干擾。而引起輸出電平過低的原因有很多，可能是線路發生了開路或短路，可能是某些插件接觸不良，也可能是設計或調試時出現了問題。放大器輸出電平過高則可能導致載波交流聲不符合要求，載波的互調比不符合要求。由于噪聲會不斷累加，而且會逐級不斷放大，因此第一級放大器必須使用低級噪聲放大器，否則噪聲故障會對信號有很大的干擾，使傳輸數據的誤碼率大大增加。除此之外，電纜的彎曲角度過大也會引起干擾。

技術人員應該從實際出發，根據噪聲的特點運用相應的方案，科學正確地處理，提高工作效率。當HFC系統出現噪聲故障問題時，要及時進行處理，避免給用戶造成嚴重的不良影響。解決噪聲問題時，必須對噪聲的特點進行全面了解，例如噪聲的強弱與噪聲持續的時間等。當出現了持續超過5 min的噪聲時，必須立即安排技術人員進行排查解決。當噪聲的持續時間小于5 min時，應當用相應監測噪聲的儀器測出噪聲的波形，分析噪聲產生的原因，通過適當調節工作頻點或其他手段來有效解決噪聲故障問題。若附近區域出現相似的故障，應及時對該區域進行檢查并作出相應的調整，同時嚴謹準確地做好記錄，為以后的工作保留依據。

為了提高噪聲故障處理的效率，維護人員應該提高個人素養，提高自身根據實際情況分析問題的能力。除此之外，培養技術人員的責任感，使技術人員認識到高效處理HFC系統噪聲故障是保障信號正常傳輸、提升用戶體驗的重要工作。相關部門在培養技術人員相關技術能力的同時，也要注重定期進行思想培訓，幫助維護人員認識到自身工作的意義，提高故障處理效率。

5 結 論

采用科學合理的技術方法，對HFC系統噪聲故障進行排查控制，給出相應的解決方案，提高信號傳輸和接收的質量，保證用戶擁有良好的使用體驗，不斷穩固和發展用戶資源，為行業的發展奠定良好的用戶基礎。在實際工作中，相關人員必須抓基礎、重細節、腳踏實地且認真嚴謹地做好相應的工作。根據用戶和網絡的實際情況，使用科學有效的方法提高HFC系統的功能，降低噪聲干擾對數據傳輸的影響。