如何解決噪聲對CATV系統的干擾與影響

　　隨著社會經濟的發展，各種電子、電氣設備不斷地增多，同時信息的載體——各種無線和有線網絡系統也在迅速地擴張發展。因此，形形色色的噪聲信號對CATV系統的干擾也日趨嚴重，不同程度地影響了系統的傳輸質量。網絡工作者必須予以充分地重視，采取行之有效的措施，消除噪聲干擾。

 

　　排除干擾先要分析干擾的原因，而分析干擾的原因最好能抓住CATV系統具有頻率高、頻帶寬、頻道多的特點，結合各有線電視網絡的實際，進行綜合分析。目前的有線電視網絡大部分采用HFC結構550MHz傳輸系統，有的已經升級到750MHz。有的網絡已建設A／B兩個平臺，通過A平臺傳送調頻立體聲廣播和電視信號，通過B平臺傳送交互式數據信號。對網絡的拓撲結構和特點了解以后，要進一步了解網絡設備中最容易出現干擾的環節和原因，從理論上進行定性分析和定量計算，再結合干擾現象逐一分析，歸納起來可概括為兩大方面：一要弄清噪聲的產生根源，尋本而清源；二要明確噪聲干擾CATV系統的方式、原理和途徑，辨癥而施治。
   
   　　1　尋本清源 

   　　眾所周知，噪聲源來自系統內和系統外。系統外的所有電子、電器和機電設備，只要存在開放的電磁輻射源，達到一定的電場強度，都有可能對CATV系統形成不同程度的干擾。其中影響較大的干擾源主要有通訊、導航、無線探測、遙控、廣播電視、無線接入網等各種載波發射，各種工業高頻設備、高頻醫療設備，還有自然界中雷電所產生的強磁電脈沖、太陽黑子的強磁暴射電、宇宙射線等。日常生活中經常遇到的諸如日光燈、霓虹燈、高壓鈉燈的電子鎮流器的電磁輻射，電車導軌打火、汽車火花塞點火、各種帶刷電機的運行、交流接觸器、繼電器的開合切換……，也都是產生干擾的噪聲源。這種噪聲源主要是同頻干擾，特點是時斷時續（少數例外），由于前端、節點、傳輸、終端各部分設備的屏蔽、接地不良或參數的設置不當而使這種干擾侵入。最為常見的干擾故障是由于調制器、混合器、光站、延放、樓放、電源插入器、耦合器、分支分配器等設備、器件的接插件接觸不良或損壞所引起。第二，由于設備的通風散熱不良使參數畸變、野外長期放置而受潮介電系數等指標變劣、設備與交流電源線的隔離不夠（交流電源線在一定條件下，即可看作是無線電波的接收“天線”，又可看作是無線電波因“反射”而輻射的“無線”）、設備中空置未用的輸出端口未接假負載、設備中高頻回路賦形器件變形而產生了新的波導……。各種射頻噪聲干擾對光纜傳輸系統是不會產生影響的，但它一旦由光發射機的激光調制電路以前的電路部分侵入，那么這種噪聲干擾也是不可幸免的了。
   
   　　如何確定干擾是出在系統內還是系統外？一般來說，要看AV信號被干擾的現象、持續時間、被干擾的頻道綜合分析判斷。有一種較為快捷的辦法，即先斷開CATV系統信號，用電視圖像發生器或智能型數字字符信號源，調制至受干擾的頻道，再輸入電視等終端設備，若此時干擾消失，即可確定干擾出自系統內，可借助彩監、電視信號發射器等儀器由此逐級向前測試，找出故障點，如能再借助可調試帶通濾波器，則能更準確地判斷故障出自哪一級和干擾的頻譜范圍，否則就是系統外干擾。對外界干擾侵入可先從尋找屏蔽、接地、電源插入及電纜接插件等處入手排查。如無法解決干擾源的噪聲干擾，通過加強屏蔽或在設備中改善加裝濾波器消噪電路等辦法也可解決干擾的侵入。 
   
　　來自系統內的干擾可分為以下幾種情況：

　?。?）是設備固有的噪聲源，由于設備中各種電子器件的帶電粒子（電子或空穴）不規則地運動，在電路中就產生了不規則的端電壓和回路電流，產生噪聲信號，如經電子電路的耦合放大或形成正反饋，必導致對正常信號的干擾，甚至淹沒了信號電壓。一般網絡中的設備除了選用低噪音系數的器件外并在電子電路中設計了各種溫度補償、負反饋、差動、平衡等抑制電路，減少噪聲的幅度使設備正常工作。當設備的這部分器件或電路失效，噪聲即會對信號造成嚴重的干擾。所以過分相信依賴設備的“先進性”、“可靠性”，忽視設備方面可能出現的問題，在排查故障時會走不少彎路。 
   
　?。?）是由于網絡中各種設備的局部損壞，常見的有各級放大器中放大模塊、增益鈕、微調電阻、電容等器件損壞失效，性能變差；或是信號傳輸線路的屏蔽、接地、耦合分配等環節出現故障……等等原因而導致設備和傳輸回路中某項或多項參數“變異”，由于參數的變異而產生了各種干擾信號，我們稱之為“變異干擾”。對上述兩種情況，經用儀器檢查，只要更換相關器件或設備，問題都能解決。 
   
　?。?）這種干擾雖不多見，卻時有發生，也是由于某項或某幾項參數不符合標準導致產生干擾或收視質量變差。其原因可能是節目制作過程中出現了技術問題，信號調制過程中出現了技術問題，傳輸系統的增益和均衡等參數調整不規范等。這時應該利用彩監，場強儀等儀器測試系統設備的參數，調整到規定值。 
   
　?。?）是出自終端接收設備的干擾回傳。它分為兩種情況，一種是電視用戶機內本機振蕩高頻輻射由同軸電纜或空間竄入附近用戶機內，對相關頻道產生的干擾?；蚴怯脩羰褂肰CD、錄像機或游戲機等的RF輻射侵入附近用戶，干擾這些用戶的正常收視。如果干擾是由電纜侵入，一般只對同一分支器或分配器的用戶影響較大?？梢来螖嚅_同一分支或分配器上其他用戶的接線端子逐一排查。在斷開接線端子的同時最好接上專用的75Ω負載器件（防止再引入其他干擾）。如果是因用戶使用放像設備泄漏的RF信號所干擾，有些從疊加的干擾畫面的內容即可判斷出。關于電視機的本振干擾，電視機本振產生的干擾電平在60～70dB左右就能對附近電視機產生干擾。其特點是本振幅射隨調諧頻道的增高而增大，只能是低頻道的本振幅射干擾高頻道的信號，其基波干擾與它相隔四個標準頻道的頻道信號，如DS－6頻道的本振幅射可干擾DS－10頻道，Z1頻道可干擾Z5頻道等。另一種是上網用戶在進行交互信息傳送時，將噪聲通過網絡的上行通道逐級回傳至前端，由于對噪聲干擾的拾取會共同匯集到前端，產生所謂的“噪聲漏斗效應”，而網上用戶的發展又極為迅速，如措施不當必將妨礙網絡回傳系統的正常工作。

　　解決這個問題方法是：首先應防止用戶對干擾信號的拾取。這可采取加強上行回路各個環節的電磁屏蔽，改善接地系統，選用屏蔽良好的，具有5～65MHz帶寬特點，采用上／下行，輸入／輸出端口相互隔離大于等于35dB的專用用戶終端盒等措施。但這只能解決部分干擾問題。想從根本上解決問題應該采取先進的數字抗干擾技術，由前端集中處理（理由是N個用戶對噪聲即使是只有百分之一的拾取率，可匯集到前端時，這N／100個噪聲源疊加和調制而成的噪聲信號其能量譜和頻率譜遠遠大于和寬于終端侵入的噪聲信號了，足以造成對信息序列的嚴重干擾。但回傳系統傳輸的是數字信息?，F有的濾除噪聲干擾技術對數字信號的處理比對模擬信號的處理要簡單得多，有效得多）。1在編碼方式中選用高抗干擾的編碼方式，在分址制式中CDMA（碼分多址）的容量大，抗干擾能力最強，技術也趨于成熟可優先或重點選用。2在調制方式方面，諸如QPSK（4相相移鍵控）／4－QPSK、最少移頻鍵控（MSK）、高斯濾波MSK（GMSK）、O－QPSK（參差QPSK）等各具特點。其中O－QPSK（OFFSET－QPSK）方式的相位變化較小，對帶外干擾的抑制性也非常好，而高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）調制的信號頻譜主瓣寬于QPSK，但帶外高頻滾降要快，所以既對相鄰波道的干擾較小，又對鄰頻的干擾抑制較高，選用那種或那幾種調制方式，也是提高抗干擾性能的一種措施。3使用擴頻調制的方式，我們認為是解決前端噪聲漏斗效應的一種非常有效的方法。根據香農（SHANNON）公式的定義：C=Blog2（1＋S/N）＊（bit／s）其中C為信道容量，B為占用帶寬，S/N為信噪比。由此可知，當信號數據速率C不變時，如B↑（擴頻〕，則收信號所需的功率下降。相對而言，發信功率可大大下降，亦可看成是降低了所需的信噪比，等同于提高了抗干擾的能力，同時自然對其他信號傳輸的干擾減少，甚至能做到和其他信號共用一段無線頻譜（該技術以前主要用于保密或軍事通信領域）。這種抗干擾的基本原理可作如下的簡單理解：噪音序列{PK}的速率高而信息序列{MK}的速率較低。{MK}經擴頻、數字調制處理后變成寬帶信號，其中心頻率為fc。在接收設備的輸入信號中混入的干擾信號其中心頻率也在fc（假設在干擾最強的情況下），經過擴頻解調（解擴）后信息序列信號變成窄帶信號，而干擾信號經擴頻變成寬帶信號，再經過窄帶濾波器，濾除有用信號帶外的干擾信號，大大降低了干擾信號的強度，改善了信噪比。4采取在前端集中設置由帶通濾波、限幅抗噪、施密特電路、積分電路等組成的抗干擾設備，或是由門陣列、編程器等組成的單元抗噪部件接入前端設備的通道入口，或采取由微機運行防噪抗干擾軟件等等……，都是行之有效的辦法。 
   
　　2　辨癥施治
　　CATV系統之所以會受到干擾，要具備幾個充分而必要的條件。 
   
　　（1）首先要有干擾源，如前文所述干擾源來自系統內、外兩個部分，可由網絡的許多環節閉路或開路饋入。

　?。?）噪聲源需達到一定的場強能級。據我們試驗，在一般情況下系統外的干擾能對CATV傳輸系統形成干擾的最低能量級約在35dB以上。

　?。?）噪聲信號在空間輻射而侵入CATV系統是通過傳導、電容耦合、電感耦合或由這三種方式的組合。

　?。?）來自系統內的干擾，即前文所謂的“變異干擾”。由于設備性能變異產生了非線性失真，使系統內各頻道載波主要以交調干擾、互調干擾和載波交流聲干擾的方式由傳輸系統的各通道波及相關的各終端用戶。正是由于系統內設備和器件的非線性，使輸出信號中除了含有與輸入信號同頻、不等幅的有用基波分量外，產生很多新的頻率分量，它可分為兩類：一類是輸入各頻率的諧波和各頻率的組合頻率，這些新產物的幅度與輸入的頻率的幅度既相關（指互調），又不相關（指諧波）。他們落在接收頻道內就造成對圖像的干擾，使畫面上出現固定的、垂直的、水平的或傾斜的網紋。干擾的頻率越接近圖像載波頻，網紋越粗、越濃，反之越細越淡。對這種干擾如在電路設計上采取推挽式放大或具有濾波功能的波段放大器就可使二次失真產物減至最小。這時系統中三次失真產物就成為主要的干擾源。傳輸頻道越多，三次失真產物的數量比二次失真產物增長迅速，造成的干擾也越大。另一類是輸出信號與輸入信號頻率相同，但由于設備或器件的非線性使輸入輸出信號的幅度不成比例，這種失真使輸入信號頻譜分量間的相對電平發生變化，結果會在收某一頻道電視信號時，同時出現其他頻道的電視信號，這就是交擾調制干擾。當兩個頻道間產生交調時如他們的行同步脈沖不同步（由兩個同步機產生的），屏幕上會出現向左或向右的水平移動的豎直白條。在交調不太嚴重時，兩信號的同步脈沖互相對圖像載波調制，出現同步脈沖極性反轉，畫面上看到豎直白條的干擾即雨刷干擾。當交調嚴重時，會有橫條干擾并且背景出現另一畫面在緩慢的移動。當有多個頻道彼此交調時，畫面會出現多條紋的“雨刷干擾”?；フ{產物的干擾在屏幕上表現為條紋狀，常稱“網紋干擾”，其實質是落入電視頻道中的互調頻率產物再次轉化為視頻的干擾，如果它距離圖像載頻1MHz，經過視頻檢波后，視頻信號會變成一個疊加1MHz干擾信號的視頻信號（干擾信號與圖像載頻差拍1MHz），如果這個1MHz的干擾信號與接收頻道的平行同步脈沖完全同步，畫面上會有1000/fH（行頻）=1000／15625=64（條）垂直的條紋。實際中，干擾信號不會與行頻同步，因而畫面上就會出現左傾或右傾的斜條紋。干擾頻率距圖像載頻越近，視頻檢波后的干擾頻率就越低，條紋也就越疏。反之，干擾條紋就越密。在系統中是通過行業標準制定并執行各項技術指標來保證設備的正常運行，抑制各種干擾的侵入和產生。在眾多的指標中，對抑制干擾保證圖像質量關系最大的三項系統指標是C／N（載噪比）、IM（載波互調比）、CM（交擾調制比）。對系統的非線性失真，首先應嚴格滿足C／CTB（載波復合三次差拍比）指標，因為只要CTB指標滿足了系統要求，其他的非線性失真指標如CM、CSO也就能滿足要求了。CATV系統所遭遇的干擾以互調和交調最為普遍。通過彩監顯示的現象不難區分這兩種干擾，試舉幾例說明如下： 
   
　　對互調干擾，如果是細而斜的網狀干擾可能是中波調諧廣播的頻率干擾，應先解決干擾源的問題，在設計時就應考慮到廣播電臺與CATV前端接收天線的位置距離等的合理性，還應檢查CATV各環節的屏蔽情況，或在設備中加接濾波消噪電路。尤其在前端天線入口的保護電路的接地一定要良好可靠。如果是橫向“人字”或S形條紋干擾及不規則的網狀干擾，有可能是調頻電臺的諧波干擾，應從限制FM信號電平，加接帶通濾波器，并從FM信號的頻率配置、頻率穩定性、調制度、增益均衡等各項參數的調整入手解決。如果是由本振輻射引起的互調干擾，只要選用高隔離度的分支器或分配器就能收到很好的抗干擾效果。如果是出現淡而密的斜紋并隨伴音的強弱而晃動，這是下鄰頻道的干擾，應先排除系統內有源器件的非線性失真（如放大模塊的損壞，放大器增益過高等），還應使鄰頻電平差小于或等于2dB使17dB≤V／A≤20dB。另外為了避免出現互調干擾，在網絡設計時就應考慮各級放大器輸入的增益不能因放大器的非線性失真而使各頻道混頻；盡量提高互調比；合理設置頻道，盡量避免互不相容頻道的出現等等。 
   
　　對于交調干擾應重點檢查各級放大器的增益，或是檢測其幅頻特性，排查分析有源器件的非線性失真原因，通過調整設置合理的參數及更換產生非線性失真的器件來解決此類干擾。 
   
　?。?）CATV系統中調制交流聲的干擾也是較為常見的一種干擾。其系統指標即信號交流聲比HM=20lg（基準調制／交流聲調制的峰－峰值）(dB)＊（載波交流聲比）。CATV系統的許多設備供電是由AC轉為DC，如果整流濾波電路出現故障，很容易使信號混入交流聲。一般干線的同軸電纜傳輸大都是將交流電源和高頻信號同纜傳送，如果設計或施工不當，使干線兩端與地端的電位差較大，交流聲就會混入高頻信號中，此交流聲如果僅是與高頻信號疊加在一起，尚不會影響圖像的質量，因為各級放大器都有各自的濾波器和退耦電路，完全可以濾除交流聲信號。如果放大器工作于非線性區，比如放大器模塊的局部故障，負反饋電路失效，放大器超載運行（此類故障經常遇到），高頻信號就會被交流聲調制，這種被調制的高頻信號不可能被低頻濾波器所濾除。這種干擾會使圖像出現上下移動的水平條紋（50Hz的交流聲干擾使畫面出現一條滾動的水平暗帶，100Hz的交流聲干擾則出現兩條水平暗帶）。交流聲的基波（50Hz）與場同步信號頻差大，條紋翻滾就快；頻差小，條紋翻滾就慢。要想提高載頻交流聲比，防止這類干擾，必須在變頻器、調制器等非線性變換電路和其他電路之前，保證直流供電達到允許的紋波系數，對各級放大器要求不超過極限輸出電平，使放大器工作在線性放大區內。凡是設備中不應有交流聲的地方，要采取濾除或屏蔽交流聲的方法，其中保證傳輸線路具有合理的接地系統，是防止交流聲混入的非常有效的措施。 
   
　　每個有線電視網絡都面臨著許許多多對傳輸信號的干擾問題，解決干擾問題是每個網絡技術工作者的重要職責，為此提出以下幾點與同行們商榷： 
   
　?。?）解決噪聲干擾實施網絡保護是一個系統工程，需要協調各部門的工作，互相配合綜合治理。比如前端的設備和技術誠然先進，但若稍有差失，用戶收到的信號便會“謬以千里”了。如何確保前端信號的質量是至關重要的。 
   
　?。?）防止和抑制網絡系統的干擾，技術管理是關鍵。參照廣電行業標準制定的一系列有關網絡結構的技術標準，必須強化管理，強制執行，使網絡的設計、施工、調試、維護以及設備器件的采購、驗收各個環節的工作都得以規范，并有可靠的技術監督措施，比如專設部門負責各項技術指標的測試。 
   
　?。?）來自系統內的干擾遠遠大于來自系統外的干擾，這提示我們：一要重視技術管理，二要重視設備的質量。對入網設備、器材都要進行嚴格檢測驗收，嚴格把關，確保入網設備的質量，并要根據網絡規模配備必要的儀器和測試設備。 
   
　?。?）要采取治理與預防相結合的方針，從網絡組建的始末，都應貫串著一系列抗干擾的對策，防干擾與未然，拒干擾于網外。在網絡的安裝施工以及維護搶修的每一個環節，每一個工作步驟，每一個細節的操作都要嚴格按照操作規程符合質量標準，這對降低網絡的故障率，防止干擾的產生都是非常有效的