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1、有线电视宽带H F C 网络的噪声 四川九州电子科技股份有限公司祁权生 摘要：H C F 网络的上行汇聚噪声的解决是双向网络建设的关键。本文在讨论了H F C 网络的上行回传噪声的基础上。提出了 几种抑制和解决上行回传噪声的方法。 A b s t r a c t ：R e s o l u t i o nf o ru p l i n ec o l l e t i o nn o i s eo fH F Cn e t w o r ki sk e yo ft w o w a yn e t w o r kc o n s t r u c t i o n O nt h eb a s eo fd i s c
2、u s s i o no n u p l i n eb a c k w a r dt r a n s m i s s i o nn o i s eo fH F Cn e t w o r k ，t h i sp a p e rp r o v i d e ss e v e r a lm e t h o do fs u p p r e s s i n ga n dr e s o l v i n gu p l i n eb a c k w a r d t r a m s m i s s i o n 有线电视H F C 网络的上下行传输信道是非对称的，由于其下行信道的传输方式为广播方式，因此具有良 好的
3、传输特性和较高的信噪比，完全可以达到通信传输的技术指标要求。影响H F C 系统传输质量的主要问题 是来自于上行信道的噪声。在双向H F C 系统中，由于H F C 网络中电缆传输部分一般是树枝状的拓扑结构，用 户至光节点信号回传共同使用上行带宽，因此由用户终端和电缆设备引入的噪声在上行系统中产生严重的汇 聚，造成所谓的“漏斗效应”，从而严重影响上行信道的性能。 漏斗效应是由其网络的结构所决定的，在树型网络结构中，从用户和网络内部产生的噪声和入侵干扰在 电缆网络的前端，即网络的树根处汇聚在一起，对于上行通道，各放大器产生的噪声成份全部汇聚在系统的前 端，这种噪声成份正比于系统的规模，即正比于同
4、一树型网络中上行放大器的数量。不仅如此，各个用户终端 产生和拾取的各种噪声成份也要经过上行通道汇聚到系统的前端，这部分噪声成份正比于接入同一树型网络 的用户数。这种噪声的汇聚现象就被称为噪声漏斗效应。 l H F C 网络上行回传通道噪声的来源与分类 噪声的分类分为内部噪声和外部噪声两大类。内部噪声是由不需要的振荡、电源交流声和微音效应引起， 主要是热噪声和散弹噪声干扰，其中以热噪声为主，且无法消除，称为结构噪声。外部噪声，我们称为入侵噪 声，入侵噪声的产生源是脉冲干扰噪声，辐射噪声和感应噪声三种，上行噪声的来源很多，通常可分为四种： 1 1 脉冲干扰噪声 脉冲于扰噪声是叠加在有线电视系统的噪
5、声基底上的一种随机的、不可预测的射频噪声，一般只持续不 到百分之一秒，这种典型的随机干扰是由人造源产生的，如家用电器切换的弧光，火花，家用器械的马达转子， 电锯，汽车点火装置，真空吸尘器，蜂窝电话的瞬间脉冲等，或由电线上不正常的开关装置等产生的电磁能 量。这些干扰都可能发生在低于5 M H z 的次低频段，但它们的谐波将延伸到反向通道的频率范围，由于这些干 扰一般不会同时发生，所以对系统的影响是随机的，影响可能不会太大，一但同时发生时则影响很大。宽带 脉冲噪声，来自于所有能电弧放电或产生电磁场的电气设备以及自然噪声源，随时间快速变化，其影响是使系 统误码率升高。虽然脉冲噪声的频谱不一定在反向通
6、道内，但由于它的幅度较高，它的各次谐波也对反向通道 产生影响。 1 2 辐射噪声干扰 辐射噪声干扰有人为的和非人为的两种，如短波电台，业余无线电台，出租车的双向通信，各种交互式通 信等频率在5 。3 0 M H z 内的单频连续波的干扰，它们在大气传播时通过用户终端和分配设施耦合到上行信道 中，并随时间呈慢变化，造成信道容量的下降。在5 4 0 M H z 的频段中，短波干扰是主要的干扰源。辐射干扰是 回传通道噪声的主要来源。 2 0 0 0 年中国有线电视论坛 2 7 7 口E 有线电视网络传输技术专题 1 3感应干扰噪声 感应噪声一般在2 k H z 一5 0 k H z 范围。最明显的例
7、子是闪电，还有高压线和配电站产生的电磁干扰和电器 设备不良放电现象。这种干扰频谱窄，虽然可能波及到回传通道，但影响不会很大。 1 4 内部噪声干扰 内部噪声干扰直接来自于有线电视系统组成部分，如用户终端设备，故障设备，不良接头以及电源开关 等。由于各用户的情况千差万别，在使用各种电器时，会有意无意地产生频道在3 0 M H z 以下的干扰信号和噪 声，这些干扰信号和噪声一旦耦合进反向通道，便会产生干扰，这些噪声往往很难控制，且有很大的随机性和 持久性。 在上述噪声中，辐射噪声干扰的影响最大。 2 克服上行噪声的主要方法 H F C 双向数据网络中的噪声汇聚问题是任何一个网络建设者们都无法避免的
8、，这是由网络的结构决定 的。但是另一方面，虽然我们无法从根本上去除网络的噪声汇聚，却可以采取种种措施来降低网络噪声对我们 的影响。 由于交互式业务的开展，解决上行噪声的问题势在必行。从理论上讲，保证系统有足够的信噪比就可以克 服噪声和干扰的影响。但在实际的H F C 系统中，用户终端的回传功率是受限的，因此必须采取其它措施来解决 上行噪声问题。 2 1 合理设置网络结构，减少光节点的用户 一般认为，来源于用户家庭的噪声约占上行通道中噪声总量的5 0 或更多，通过同轴电缆进入系统的约 占2 0 3 0 。因此，减少H F C 网络中每个光节点的服务用户是较为彻底的解决方法，但会增加系统造价。一般
9、 来说，以每个光节点的服务用户不超过5 0 0 户为宜。 2 2采用回传通道滤波器 2 2 1 高通滤波器( H P F ) 高通滤波器用于非双向用户的接点，可以阻止入侵干扰进入回传信道，该H P F 对回传信号5 3 0 M H z 完 全衰减，对大于5 0 M H z 的信号完全通过，其目的是把非双向用户与交互式业务用户网隔离开来。H P F 一般装 在定向分支器上，可保证来自家用线路或电缆接点的入侵干扰排除在回传信道之外，H P F 提高了信噪比，消除 了一大部分非双向用户所造成的潜在于扰源。这对网络建设的初期，交互式用户不太多时，具有较好的效果。 但H P F 不能解决交互式用户自身使
10、用回传通道而带来的噪声干扰。为了方便使用还在H P F 中设有分级的衰 减器，该衰减器是为用户能接收所有回传业务而设计的，它的最大好处是均衡回传信号的电平，降低噪声电 平，增加用户端的隔离，改进用户入口的阻抗匹配。 2 2 2窗孔式高通滤波器 窗孑L 式高通滤波器是为交互式业务的付费用户安装的，这些滤波器用于在回传通道中有选择性地通过群 频信号。窗孑L 式高通滤波器将消除回传通道带外的其它信号。窗孑L 式高通滤波器通常也设计成带衰减的形式， 以避免过量的噪声和回传信号电平过高引起回传激光器过载，同时减少回传总功率，也降低了噪声电平。 2 2 3带回传衰减的窗孔式高通滤波器 由于过量噪声，回传信
11、号电平过高将会引起激光器过载，这种激光器过载也将导致完全破坏一个节点的 回传信号，为此对回传信号有选择地引入6 或1 2 d B 的衰减，会减少回传总功率，也降低了噪声电平。 2 3采用具有较强抗干扰能力的调制方式和合适的编码方式 2 3 1 Q P S K 和Q A M 调制技术 由于有线电视H F C 系统采用的是一种模拟技术，要实现数字信号的传输，必须进行宽带调制，即称为电缆 调制解调器( C a b l eM o d e m ) 的新技术。由于在网络中数据业务传输流量的不对称性，D O C S I S l 0 标准中规定： 下行信号采用6 4 Q A M 或2 5 6 Q A M 调制
12、方式，并采用R S 编码进行前向纠错，上行信号采用Q P S K 调制技术或 2 7 8 ( 第八届) 全国有线电视综合信息网学术研讨会 垦查垡皇塑婴鱼传输技术专题口 1 6 Q A M 调制技术，以提高系统的抗干扰的能力。 Q P S K 四相相移键控的调制技术具有较强的抗干扰能力。表1 列出了Q P S K 的误码率与信道主要指标一 载噪比的对应关系。 注：表1 给出的是Q P S K 调制方式在1 M b s 时误码率与载噪比对应关系。 表1 载噤比( d B ) 谈码率( B E R ) 蒹错率时间 1 7 l O 。4 1 0 0 黪锗秒 1 9 1 0 6 1 菇 爵，秒 2 0
13、1 0 。8 1 蔗锚，1 0 0 秒 2 1 l O l O l 繁错3 ，j 、H 寸 2 2 1 0 。1 2 I 麓错I i 0 0 天 在宽带数据网络中的下行通道通常采用D V B 标准、6 4 Q A M ( 或2 5 6 Q A M ) 的调制方式，一个8 M H z 带宽的 频道中可传送的数据率为3 1 6 4 M b s 。调制器可调制的状态数1 6 ，3 2 ，6 4 ，1 2 8 ，2 5 6 等可调( 由于3 2 ，1 2 8 的星 座图不对称，功率分配不均匀，故通常不采用这两种调制方式) 。所选的调制状态数越大，能够传输的数据率就 越大，在相同压缩比的情况下可传输的节
14、目数就越多，但系统对噪声等各种恶化因素更敏感。相同接收条件 下，调制状态数越大，所需的C N 门限也相应大一些。 载噪比与调制状态数I n 的关系： C N = E b N o + 1 0 1 9 m E b N o 为每个有用比特能量和两倍噪声功率谱密度的比率，I T I 是每个符号的特率( x , - t6 4 Q A M 来说，n l = 6 ) ，通过计算可得调制状态数与C N 门限的关系，见表2 。 表2 溺制 码率M b s b s H z C 烈门敝 6 4 Q A M 3 74 62 8 l 1 2 8 Q A M 4 3 5 43 l l 2 5 6 Q A M 4 9 6
15、13 4 2 3 2C D M A 调制技术( 码分多址) C D M A 技术是8 0 年代初期开始为移动通信所关注的新技术。它的特点是可有效利用有限的频谱资源，扩 大通信容量，更主要的是降低噪声，提高信噪比。其主要技术特点是利用扩频技术，将要传输的具有一定带宽 的数字信号，用一带宽远大于被传信号的高速伪随机码去调制它，使原信号得到大大的扩展即扩频，再经载波 调制后发射出去，接收端则使用完全相同的伪随机码与接收的宽带信号作相关处理，还原成原信息数据( 解 扩) ，实现数字通信。之所以采用扩频技术即扩展频谱的概念，是基于信道噪声功率与信道带宽成正比，发送时 人为地扩大信息的信息量及其带宽，直到
16、填满信息容量为止。接收时，把人为扩大了的信息量恢复成原信道 量，同时把信道带宽减少到原信道带宽。这一过程被称为扩频信号的解扩，使信息信号的信噪比提高。 C D M A 每一个频道是由多个数据流组成了总的1 4 M b s 的数据率，每一数据率流均采用格栅编码，交错编 织并分布在6 M b s 的带宽内，每一数据流均使用自己的扩展( 地址) 码，扩频信号还使用了前向纠错和交织技 术，使得数据流对脉冲噪声和窄带干扰具有极强的抗干扰能力。 2 3 3 S C D M A ( 同步码分多址) 调制技术 S C D M A 被称为第二代调制技术，由美国国防部首先开发的，用来处理安全和干扰问题，该技术能把信 息扩展到6 M H z 。1 0 M H z ，同时伴有一个编码( 前向改正编码) 和交织过程，并且提供不容易受噪声干扰的传 输。 通过确保用户单元编码在发送上级信息时相互正交并且同步，通过使用6 M H z 的S C D M A 来解决宽频 带的频道干扰，而不影响其它被防护频带隔
