HFC網(wǎng)絡(luò)中上行信道噪聲干擾的分析與對策

□張宏程 邱 鉉

HFC網(wǎng)在實現(xiàn)雙向傳輸方式后，網(wǎng)絡(luò)中存在的各種干擾噪聲不容忽視。對傳輸質(zhì)量產(chǎn)生最大威脅的就是上行通道中的噪聲瓶頸效應(yīng)較難克服，HFC網(wǎng)絡(luò)中的噪聲干擾是傳輸技術(shù)中要克服的難點。

HFC網(wǎng)絡(luò)上行信道的噪聲和干擾有兩大類：來源于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)噪聲和來源于網(wǎng)絡(luò)外部的侵入噪聲，后者又稱為侵入干擾。結(jié)構(gòu)噪聲分內(nèi)部噪聲和公共通道干擾。內(nèi)部噪聲為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)上行通道中有源設(shè)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(diào)制、光探測器的光電轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)的漏斗效應(yīng)而大大加強，激光器造成的上行信號削波失真會對數(shù)字射頻信號的解調(diào)產(chǎn)生干擾。公共通道干擾是指同軸連接部件的非線性所產(chǎn)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(wǎng)所處的外部環(huán)境所引起，HFC網(wǎng)的電纜網(wǎng)處在一個復(fù)雜的電磁環(huán)境中，而其樹型結(jié)構(gòu)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(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾、工業(yè)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(xù)波干擾和寬帶沖激干擾。

HFC雙向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的噪聲匯聚問題是任何一個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者都無法回避的，這是由網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)決定的。但是另一方面，雖然我們無法從根本上去除網(wǎng)絡(luò)的噪聲匯聚，卻可以采取種種措施來降低網(wǎng)絡(luò)噪聲。

一、合理設(shè)置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少光節(jié)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(tǒng)的約占20～30%。因此，減少HFC網(wǎng)絡(luò)中每個光節(jié)點的服務(wù)用戶是較為徹底的解決方法，但會增加系統(tǒng)造價。一般來說，每個光節(jié)點的服務(wù)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(yè)務(wù)用戶網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(yè)務(wù)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(shè)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(dǎo)致完全破壞一個節(jié)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(diào)制方式和合適的編碼方式。由于有線電視HFC系統(tǒng)采用的是一種模擬技術(shù)，要實現(xiàn)數(shù)字信號的傳輸，必須進行寬帶調(diào)制，即稱為電纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem)的新技術(shù)。由于在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸流量的不對稱性，DOCSISl.0標準中規(guī)定：下行信號采用64QAM或256QAM調(diào)制方式，并采用RS編碼進行前向糾錯；上行信號采用QPSK調(diào)制技術(shù)或16QAM調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的抗干擾的能力。

CDMA調(diào)制技術(shù)(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(shù)特點是利用擴頻技術(shù)，將要傳輸?shù)木哂幸欢◣挼臄?shù)字信號，用一帶寬遠大于被傳信號的高速偽隨機碼去調(diào)制它，使原信號得到大大的擴展即擴頻，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)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(guān)處理，還原成原信息數(shù)據(jù)(解擴)，實現(xiàn)數(shù)字通信。CDMA每一個頻道是由多個數(shù)據(jù)流組成了總的14Mb／s的數(shù)據(jù)數(shù)率，每一數(shù)據(jù)數(shù)率流均采用格柵編碼，交錯編織并分布在6Mb／s的帶寬內(nèi)，每一數(shù)據(jù)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(shù)，使得數(shù)據(jù)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(shù)。脈沖干擾的持續(xù)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(shù)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(shù)據(jù)傳輸時，都要對數(shù)據(jù)重新進行信道編碼，以適應(yīng)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(fā)現(xiàn)以及錯碼糾正能力。通過設(shè)置FEC糾錯參數(shù) (交叉交織深度)可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整網(wǎng)絡(luò)的抗噪聲能力。較高的交錯深度在HFC網(wǎng)絡(luò)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(yīng)時間。

五、選用優(yōu)質(zhì)的終端設(shè)備。在寬帶網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備的選用是一個相當(dāng)關(guān)鍵的問題。設(shè)備產(chǎn)生的電氣噪聲以及信號流經(jīng)設(shè)備時的離散偏移、相位偏移等都不容忽視。在設(shè)備的選用上應(yīng)首先選用低噪聲、相位及頻率穩(wěn)定度高、不易漂移的產(chǎn)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(chǎn)品。良好的設(shè)備方能保證網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

在有線電視數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，采用優(yōu)質(zhì)的Cable Modem作為系統(tǒng)的終端設(shè)備。優(yōu)質(zhì)的Cable Modem一方面具有自動跳頻的功能，它可在設(shè)定的頻段內(nèi)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(jù)線路的狀況，自動適應(yīng)調(diào)整信號的發(fā)送速率；另一方面可以自動調(diào)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(shè)備空閑時，及時關(guān)斷上行信號的載波，減少系統(tǒng)噪聲的匯聚。

六、提高工程建設(shè)的質(zhì)量設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)工程的設(shè)計水平要由施工質(zhì)量來體現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時必須對諸多環(huán)節(jié)加以考慮。網(wǎng)絡(luò)首先要注意到的是信號的屏蔽性能。實踐證明，網(wǎng)絡(luò)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(dāng)高，一旦未對設(shè)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(tǒng)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(zhì)量進行校驗，網(wǎng)絡(luò)中不合格的接頭極易引起線路噪聲的產(chǎn)生。