有线数字电视网络噪声干扰原因与对策分析

张帆

摘 要：有线数字电视网络噪声干扰原因较多，主要干扰因素有外界电磁波侵入、网络失配、有线数字电视网络的互调、差拍干扰以及HFC系统本身带来的电路噪声干扰。针对引起有线数字电视故障的各种噪声干扰原因的分析，提出相应的解决和预防措施。

关键词：有线数字电视；HFC网络系统；网络失配；差拍干扰；电磁波

伴随信息时代的来临，广播电视技术日新月异，有线数字电视发展进程随之迅速发展。有线数字电视传输网络采用的是HFC网络，同轴电缆分配网与光纤传输系统结合的宽带传输技术，利用混合光纤同轴进行宽带数字通信。我国《有线电视广播系统技术规范》相关规定中明确了双向HFC网络的上行频率带宽为5-65MHz，数字电视的下行频率带宽为110-1000MHz。实际运行环境中，影响有线数字电视传输的因素有很多，例如噪声和反射，对噪声干扰的因素主要有外界电磁波侵入干扰，网络失配，有线数字电视网络的互调、差拍干扰，以及HFC系统本身带来的电路噪声干扰。因此针对噪声干扰因素作出相应的解决对策是一项重要工作任务。

1 外界电磁波侵入与解决措施

有线数字电视传输网络中，HFC光纤传输系统能够对抗电磁波噪声干扰，一般情况下各种电磁波噪声对光纤中传送的数字电视信号无法产生干扰，但HFC同轴电缆分配网对抗电磁波噪声干扰的能力较弱，外来的电磁波一般都是通过同轴电缆分配网对有线数字电视信号造成不同程度的噪声干扰。同一地域环境中存在的电磁波多而杂，有许多不同用途的网络：军用、警用、民用、电力、通信、无线广播电视等等。这些电磁波之间虽然互相干扰，但是功率较小或离有线电视网距离较远的电磁波不会对HFC网造成太大干扰。例如：卫星信号、微波功率小；军用、航空、铁路等一般距离有线数字电视网较远，并且其无线电通信网信号传播区域小；电力传输线路与有线电视网络布线基本平行，电力线频率较低，大多数线间距离较大，因此这些线路对有线电视信号影响较小。有线电视网络的主要干扰源是移动通信发射塔，其360度全向发射且信号功率大，移动通信使用的频率与有线电视传输频率相近，因此对有线电视网络构成较为明显的全方位干扰。另外移动通信的信号具有较强的穿透能力，对有线电视网络产生不间断地干扰，且低质量的屏蔽层较难抵抗电波的穿透。有线网络使用的是550MHz频率带宽系统，国家规定在这个频率范围内只有12个标准频道，增补频道一般在通信使用的频带内，极易受到移动通信业务的干扰。例如使用的363MHz的频点传输的全部数字电视节目会受到移动通信系统很强的干扰。各种干扰会导致部分节目出现马赛克、死机甚至黑屏。

客观存在的外来干扰是很难改变，但是网络材料、工艺、传输频带是内在因素，因此可以提高自身抗干扰能力来解决这一问题。如果传输网络的电缆使用年限较长，产生老化现象，则会导致电气传输特性变差，阻抗特性也会随之发生变化使网络传输电平下降；其次传输网络的电缆被人为损坏或者界面氧化、外皮破裂等情况都会降低其屏蔽干扰的能效，因而抵御外界电磁波的侵入能力弱，从而产生不同程度的噪声干扰。基于此种情况分析，首先我们必须提高传输网络材料的质量，使用屏蔽系数高的电缆能有效防止外界电磁波侵入；第二网络建设时，可以尽量延伸数字电视信号的光纤传输，缩短同轴电缆传输，降低外界电磁波的侵入干扰；第三提高有线数字电视网络施工工艺，合理规划安排有线数字电视的频点，在选择线路以及 线路安装时尽量回避电磁波，在条件允许的情况下新建时可采取暗线加金属套管等方法，以达到有效抑制和克服外界电磁波对数字电视信号的侵入噪声干扰的目的。

2 网络失配造成的相位噪声干扰及对策

有线数字电视信号较多采用的是QAM调制方式，载波的幅度和相位都携带信息，当网络失配产生反射，则会引起多径效应，或者有线数字电视信号附近有同频信号，会对有线数字电视网络的相位特性产生不同程度的影响。

网络失配时产生信号反射，使到达机顶盒的信号不仅仅从直接路径传来，还有从反射路径传来，直接路径和反射路径存在时间差，从载频角度出发当两个信号到达的时间差改变1/f（f指射频载频频率），相位差就会改变2π弧度，时间差即使很小也会引起很大的相位差。相位噪声对模拟电视影响较轻，而对于数字电视的影响较为明显。当两者的相位差为2π时，同相相加合成信号幅度最大；当两者的相位差为π时，反相相减合成信号幅度最小，时间上延时的信号与直接信号到达接收机混合在一起，不但会从幅度上影响，更会从相位上影响数字信号的正确译码。相位噪声会影响数字电视信号的正确译码，引起数字电视部分节目有马赛克或无法接收。

一般情况下，产生网络失配，造成位噪声干扰时，我们应当检查电缆是否有物理损伤、接头是否氧化进水、干线空闲端口是否接假负载、分配器是否有空口未接假负载等，检查完毕后，针对相应的问题进行维护和修理，降低网络失配带来的相位噪声干扰。

3 HFC系统本身带来的电路噪声干扰

HFC网络系统本身会带来电路噪声干扰，有线数字电视前端是综合性大规模现代通信系统，集成了广播电视、计算机通信和网络传输设备等，不同设备的固有噪声源对系统噪声产生的影响不同，其产生的电磁干扰（EMI）程度不同，存在一定的差异。前端系统由众多子系统构成（编码、复用、加扰、调制、CA、EPG、NVOD、SMS、数据广播等），传输网络中（光发射机、光接收机、光纤、光连接器、分光器、放大器、分支分配器等）设备组成复杂。都会产生随机噪声。

另外，晶体振荡器和时钟分频电路、开关电源、无端接电路、快速时间转换电路A/D变换器等设备也是系统内部固有噪声源，这些设备所产生的噪声会使视频、音频信噪比下降。通过不同途径的累加引发时基抖动、漂移，使系统出口节目时钟（PCR）指标严重超标，从而导致PSI/SI表格发送错误、发送间隔时间产生时延、PCR抖动及时延等数字电视故障。同时，数字电视前端机房安装了各种模拟设备、数字设备、数据设备，因此前端的电磁环境特别复杂。endprint

输出信号的非线性失真受HFC网络的光发射机/光接收机的输入信号大小的影响。因此必须控制输入光发射机的RF电平，使工作频带内的总RF功率不会导致激光器的削波失真，同时控制输入光接收机的光功率，使光检测器不致产生饱和失真。另外光纤的色散对长距离传输的信号将产生波形失真、组合二次差拍失真，这将导致数字电视信号的信噪比和MER降低，因此需要精心设计长距离光纤传输系统，必要时对光纤色散进行补偿。

此外，光节点后的放大器级数是设备产生热噪声和载噪比累积的主要原因，应最大限度地控制它的级数。有线电视网络的光节点后尽量不设放大器，并且应将光节点向小区延伸，尽量只设1-2级放大器，选择宽带放大器以噪声指标最低、稳定性高为标准，尽量为光节点降低噪声把好第一关。

4 有线数字电视抗失真产物的组合互调噪声干扰

有线数字电视网络采取QAM调制方式，正交幅相调制对载波的振幅和相位进行调制。平衡调幅使其能量均匀分布在整个带宽内。在传输频带存储器在非线性失真的情况下，所产生的互调、交调产物就不是呈离散性的，而是呈白噪声的性质，在被干扰的频道内弥散分布，这等于在被干扰的频道里增加了噪声，成为组合互调噪声C/N，使数字电视出现频繁的静帧或马赛克现象，但这时的信号电平却没有降低。多频道传输的系统中相关设备存在一定程度的非线性传输，由此会产生大量的非线性失真产物落在传输频道内，在载频附近聚集成“簇”，对频道造成综合“差拍”干扰。由二次失真产物聚集而成的综合互调干扰为CSO，三次失真产物聚集而成的综合差拍干扰为CTB，其中CSO，CTB是有线电视网络中的两项重要指标，数字电视对系统CTB、CSO指标的要求是54≥dB，当数字载波电平低于非线性失真电平40dB时数字信号将出现静帧或严重的马赛克现象。当数字载波电平高出非线性失真电平40～46dB时，数字信号在非常好和马赛克之间，高出50dB时，信号质量不会受其影响。网络的失真指标劣化时图像质量看不出逐渐劣化，由于“悬崖效应”当失真指标一旦降低4个dB以下，电视画面将立刻变为静帧或严重的马赛克，同时由于系统电平升高1dB，失真指标将劣化2dB，这样不到4dB的失真指标裕量意味着系统电平波动上限不到2dB，因此光发射机输入电平过高、光接收机和放大器输出电平过高，会使失真指标下降，从而很容易导致成片有线数字电视用户出现收视画面静帧、马赛克甚至黑屏现象。

合理设计CATV系统整体和分配指标，提高设备和部件的设计线性是降低系统中的CSO和CTB非线性失真的主要途径。具体措施如下：有线传输尽量使用光纤替代电缆，对较长距离的超干线或干线采用特殊技术，以提高整个系统的CTB和CSO非线性失真指标；选择合适的干线放大器工作点，提高其线性动态范围；合理选择频道，增加并联路数；适当降低放大器的工作电平，以提高C/CTB和C/CSO；正确设计、选用放大器，滤除或抵消系统已有的非线性失真；用新技术改进频道设置，从主客观上降低CSO和CTB。

5 结语

有线数字电视网络是一个庞大而复杂的系统，整个网络就像一面巨大的接收天线，空中各种复杂的电磁波的覆盖，各种窄带连续波、宽带冲击波和无线电波的干扰极易导致各种各样的收视故障。有线数字电视网络系统设计和建设、维护要严格遵守相关标准，减少系统故障，为双向HFC网络的发展打下坚实基础，为用户提供高质量的数字电视服务。

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