混合光纤同轴电缆系统噪声故障处理探讨

李文彬，陈永明

（江苏省广电有线信息网络股份有限公司 南京分公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

混合光纤同轴电缆（Hybrid Fiber Coax，HFC）系统在运行中或多或少会出现一些问题，主要是噪声故障问题，影响人们的收视体验，给用户造成了一定的困扰[1,2]。基于此，对HFC系统的噪声问题进行探讨，分析噪声出现的原因就显得至关重要。

1 HFC网络

HFC网络是综合了同轴电缆和光纤技术的一种接入网，是一种双向的网络[3]。HFC网络分为单向和双向两种，其中单向HFC网络一般只能支持有线电视业务。双向HFC网络在单向网络的基础上进行了优化和改造，不仅可以提供有线电视业务，而且还能够提供其他交互类型的业务，实现了三网合一[4]。HFC网络结构如图1所示。

图1 HFC网络结构

大体上将构成双向HFC网络分为5个部分，即网关、光纤馈线网、光节点、同轴电缆传输和分配网以及综合业务单元，每个部分都有着各自的功能。其中，网关实现与各个业务节点的设备连接、将业务信号调制到载波上、光电转换以及监控接口的功能。光纤馈线网是双向HFC网络的主干传输网[5]。光节点主要实现光电转换、信号的复用解复用以及调制解调。同轴电缆传输和分配网则是用户端的分配网。

HFC网络有着自身的优势：一是传输的速率比较高；二是传输频带宽能够很好地满足数据传输的要求；三是具有较好的灵活性，能够很好地向光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）过渡；四是有良好的扩展性，不仅支持电话、模拟视频业务，而且还支持数字视频和一些其他的交互业务[6]。

2 HFC网络噪声来源

噪声一般指对图像和语音信号产生一定影响，但与传输信号无关的干扰。噪声具有随机性，影响着信号传输的质量，对HFC网络有一定的危害。噪声可以分为外部噪声和内部噪声。外部噪声主要是受到系统之外的影响，例如其他电磁波的干扰或雷电的干扰等，大体上可以分为脉冲干扰噪声、辐射噪声以及感应噪声[7]。内部噪声则是系统自身内部在运行过程中产生的干扰，如果是固有的噪声，则无法被去除。需要注意的是，热噪声是内部噪声的主要形式。

2.1 脉冲干扰噪声

脉冲干扰噪声是一种随机的噪声，一般持续的时间极短。这类干扰大部分是由人造源所引起的，例如开关转换时产生的电弧、一些机械的马达或者吸尘器等。由于上述干扰一起出现的可能性极低，因此这些因素对系统产生的影响是随机且时间很短的，通常造成的影响很小。但是，如果这些干扰同时发生，那么将会对系统产生很大的影响，对传输的信号产生严重的干扰[8]。脉冲噪声主要增加了系统信号传输的误码率，其谐波可能对反向通道产生干扰。

2.2 辐射干扰噪声

辐射干扰噪声是回传通道噪声的主要表现形式，大体上可以分为人为的和非人为的。电台以及各种交互通信的干扰，在传播过程中对上行信道产生影响，随着时间越来越长，最终会使信道的容量减小。此外，短波干扰是5～40 MHz频段干扰主要的来源。

2.3 感应干扰噪声

感应干扰噪声的范围为2～50 kHz，这类干扰噪声的频谱较窄，一般不会产生很大的影响。目前，感应干扰噪声一般来自一些放电和电磁干扰，例如闪电和高压线的干扰[9]。

2.4 内部干扰噪声

内部干扰噪声主要是与构成HFC系统的部分有关，例如系统出现了发生故障的设备、接触不良等。每个用户在使用过程中的情况多种多样，很容易就会对HFC系统网络产生一些影响[10]。内部干扰只要进入反向通道就会对传输信号产生一定的影响，同时这类干扰噪声随机性极大，难以处理。

3 上行噪声的主要解决方法

虽然HFC系统中的噪声问题无法避免，但是可以通过设计和技术来减少噪声，降低噪声造成的影响。由于上行噪声问题关系到交互式业务，因此上行噪声问题的处理至关重要，主要的解决方法如下文所述。

3.1 合理设置网络结构

由于上行通道中的噪声至少有一半是来源于用户，因此从根本上来讲，降低HFC网络每个光节点的用户数量是最直接有效的方法。这种方法能够较好地解决上行通道的噪声问题，但是会增加整个HFC系统的造价，从理论上来说，每个光节点上的使用用户最好不要超过500个。

3.2 采用回传通道滤波器

在回传通道采用滤波器也是一个比较不错的处理上行通道噪声的方法，采用的滤波器主要有高通滤波器、窗孔式高通滤波器以及带回传衰减的窗孔式高通滤波器。

高通滤波器能够防止外部干扰进入回传通道，低于50 MHz的信号无法通过，只有高于50 MHz的信号才能通过，这样便可以将交互式业务与非双向用户的网络分隔开。高通滤波器排除了一些非双向用户对网络造成噪声干扰的可能性，提升了信道的信噪比，这种方法在交互用户较少的情况下效果较好。但是当用户的数量比较大时，该方法并不能解决交互式用户造成的噪声干扰。高通滤波器中具有分级的衰减器，能够降低噪声的电平，平衡回传信号的电平。高通滤波器电路如图2所示。

图2 高通滤波器电路图

窗孔式高通滤波器具有选择性，能够对回传信道中的信号进行选择，过滤掉信道之外其他无关的信号。与高通滤波器大体类似，其也具有分级的衰减器，能够使噪声的电平降低，防止噪声过量或回传信号的电平过高引起过载。

带回传衰减的窗孔式高通滤波器能够防止回传信号电平过高引起激光器的过载，降低了回传的功率，对回传激光器起到了较好的保护作用。

3.3 采用合理的编码和调制方式

采用合理的编码和抗干扰能力强的调制技术能够很好地降低噪声带来的影响，降低信道的误码率，提高信号传输的正确率。

正 交 相 移 键 控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）具有较好的抗干扰能力。信道的载噪比越高，通过QPSK调制后，信道的误码率就越低，差错率就越小。码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技术可以扩大信道容量，提高信噪比，能够很好地降低噪声，减少噪声带来的影响。CDMA技术主要是扩大频宽，用一个比原信号带宽大很多的伪随机码进行调制，使得原信号的带宽增加。发射前对所需要传输的信号编码，调制时先将伪随机码进行扩频再调制射频。接收机将接收到的信号进行相应的解调，从而得到发射端所发出的信号。

同步码分多址（Synchronous-Code Division Multiple Access，S-CDMA）技术能够提升系统的抗噪声能力，降低噪声干扰对信号传输的影响。与码分多址技术类似，同步码分多址技术也是扩大频宽，用一个比原信号带宽大很多的伪随机码进行调制，使得原信号的带宽增加。同步码分多址技术能够同时处理多个用户的数据，多个调制解调器发送数据的时间是同步的。与CDMA技术不同的是，S-CDMA技术使得每个数据都被扩宽了，每个数据的抗噪声能力都得到了提升，从而整个系统网络的抗噪声性能就得到了大大提升。

3.4 采用纠错技术

前向纠错技术能够较好地消除脉冲噪声造成的影响。因为脉冲噪声干扰发生的时间极短，所以一般只会导致一小段信号的误码率突然增加。通常采用索罗门编码，这种编码方式能够及时发现误码，且拥有着纠正错码的能力。随着交错深度的提高，抗噪声的能力也得到了一定的加强，但是与此同时回传信息的反应时间也随之增加了。因此，对交错深度进行科学合理地调整，从而降低噪声干扰对传输的数据信息的影响。

3.5 采用优良的终端设备

采用优良的终端设备能够在一定程度上避免设备产生的噪声并减少信号通过设备后产生的偏差，可以降低误码率，提高信息传输的质量。在选用设备时，应当选择噪声低且稳定性好的设备，从而减少设备自身运行对信号传输产生的影响。

4 噪声故障分析处理

放大器输出电平过低会导致载噪比不符合要求，从而出现雪花状的干扰。而引起输出电平过低的原因有很多，可能是线路发生了开路或短路，可能是某些插件接触不良，也可能是设计或调试时出现了问题。放大器输出电平过高则可能导致载波交流声不符合要求，载波的互调比不符合要求。由于噪声会不断累加，而且会逐级不断放大，因此第一级放大器必须使用低级噪声放大器，否则噪声故障会对信号有很大的干扰，使传输数据的误码率大大增加。除此之外，电缆的弯曲角度过大也会引起干扰。

技术人员应该从实际出发，根据噪声的特点运用相应的方案，科学正确地处理，提高工作效率。当HFC系统出现噪声故障问题时，要及时进行处理，避免给用户造成严重的不良影响。解决噪声问题时，必须对噪声的特点进行全面了解，例如噪声的强弱与噪声持续的时间等。当出现了持续超过5 min的噪声时，必须立即安排技术人员进行排查解决。当噪声的持续时间小于5 min时，应当用相应监测噪声的仪器测出噪声的波形，分析噪声产生的原因，通过适当调节工作频点或其他手段来有效解决噪声故障问题。若附近区域出现相似的故障，应及时对该区域进行检查并作出相应的调整，同时严谨准确地做好记录，为以后的工作保留依据。

为了提高噪声故障处理的效率，维护人员应该提高个人素养，提高自身根据实际情况分析问题的能力。除此之外，培养技术人员的责任感，使技术人员认识到高效处理HFC系统噪声故障是保障信号正常传输、提升用户体验的重要工作。相关部门在培养技术人员相关技术能力的同时，也要注重定期进行思想培训，帮助维护人员认识到自身工作的意义，提高故障处理效率。

5 结 论

采用科学合理的技术方法，对HFC系统噪声故障进行排查控制，给出相应的解决方案，提高信号传输和接收的质量，保证用户拥有良好的使用体验，不断稳固和发展用户资源，为行业的发展奠定良好的用户基础。在实际工作中，相关人员必须抓基础、重细节、脚踏实地且认真严谨地做好相应的工作。根据用户和网络的实际情况，使用科学有效的方法提高HFC系统的功能，降低噪声干扰对数据传输的影响。