湖北黄冈师范学院 李育林
摘 要：讨论双向CATV系统的3种传输方式和该系统回传噪声的3种主要来源，并介绍了抑制对回传噪声的6种有效的办法。
关键词：载噪比；前端；干线；支线
1 前言
我国的第一套CATV系统于1974年在北京饭店建成，自那时起，CATV系统规模越来越大，功能越来越齐全，发展速度非常迅猛，特别是广播电视“村村通”工程的实施，更加快了CATV系统的发展，据最近中央电视台报道，我国有线电视的用户数已超过1亿户。目前的大多数用户还是单向接收有线电视台事先安排好的电视节目，但是，随着通信技术、网络技术、多媒体技术的发展，以及人们对交互式业务的需要，单向传输的CATV系统已不能满足要求，因此，本文就双向CATV系统的回传噪声的来源与抑制等问题展开讨论。
2 双向CATV系统及回传噪声
2.1 双向CATV系统
双向CATV系统是在单向CATV系统的基础上发展起来的，它可以满足用户双向通信服务的要求，实现有线电视节目与用户之间的交互，即用户可以通过开关部件来选择由控制中心发来的业务，也可以把用户自己连接到双向CATV系统上，将信息传送到前端或其他用户。
双向CATV系统的组成形式有3种，即环型、星型和树型。在大中型主干线传输系统中常采用环型结构；一般城域网络采用星型结构；光缆与电缆混合网络（HFC）中的电缆分配部分一般为树型结构。
双向CATV系统的传输方式有3种，即频率分割方式（FDM）、时间分割方式（TDM）和空间分割方式（SDM）。一般情况下，双向CATV系统电缆分配部分的传输方式采用频率分割方式，即采用不同的频率段来分别传送上、下行信号。按频率分割的范围不同又可分为3种方式，即低分割、中分割和高分割方式，低分割：上行信号频率范围是5～30 MHz，下行信号频率范围是50～860 MHz；中分割：上行信号频率范围是5～108 MHz，下行信号频率范围是150～860 MHz；高分割：上行信号频率范围是5～186 MHz，下行信号频率范围是222～860 MHz。HFC双向传输系统中光缆传输部分采用空间分割方式，即用一根光纤传输下行信号，用另一根光纤传输上行信号，若光缆的光纤数超过两根，其余光纤留作备用。时间分割方式的双向CATV系统存在反射带来的时间延迟干扰，并且需要很高的取样频率（在CATV系统VHF频段中实现时间分割方式就需要约1 GHz的取样频率）和复杂的取样、传输设备，技术上相当复杂，因此目前还难以实现。
2.2 双向CATV系统的回传噪声
噪声是CATV系统中对正常信号有干扰的各种无用信号。单向CATV系统中的噪声（实际上是下行噪声）目前已基本解决。双向CATV系统中的噪声包括下行噪声和上行噪声（即回传噪声）两个方面，下行噪声与单向CATV系统的噪声一样，而上行噪声是指干扰信号从用户到回传系统而形成的噪声，由于这种噪声具有“漏斗效应”，对双向CATV系统的正常工作影响极大，所以，下面就回传噪声的来源与抑制展开讨论。
3 回传噪声的来源
双向CATV系统的回传通道中，其噪声来源主要有3个：一是由系统的有源器件（如放大器、调制器、接收设备等）产生的热噪声；二是由主干传输线（光缆）上的回传激光器、光纤以及前端接收机等产生的光纤链路噪声；三是由终端用户或周围环境进入双向系统的外界侵入噪声。
3.1 热噪声
双向CATV系统回传通道中的热噪声与有源器件有关，譬如放大器的噪声是由于电子的往复运动而产生的，通常用噪声系数NF来表示，噪声系数是指信号经过放大器后载噪比变坏的程度，即：噪声系数=输入信号载噪比/输出信号载噪比。如果一个没有噪声的载波信号经放大器放大，这时的载噪比（C/N）=输入信号电平-噪声系数-噪声本底，其中，噪声本底是在相应的噪声带宽下的理想热噪声功率，单位是dBmV或dBμV，输入信号电平单位也应一致，单位dBmV与单位dBμV之间的换算关系是：0 dBmV=60 dBμV。影响载噪比的因素很多，其大小不一样，如回传放大器的集成电路（IC）的噪声系数约为5 dB；节点和分配放大器通常配置为多路放大输出，多路回传信号在放大前要进行混合，这将使放大器的输入降低约3.5 dB。另外，双向滤波器和测试点还有近2 dB的输入损耗，4路输出的放大器的等效NF约为14 dB，两路输出（分配放大器）约为14 dB，一路输出（线路延长放大器）约为7 dB。放大器在传输线路上常常是级联在一起的，当回传信号通过级联放大器向前端传输时，每经过一个放大器噪声都要累加，若有N个相同放大器级联，则总的载噪比（C/N）0为 ：（C/N）0=（C/N）I-lg N。
3.2 光纤链路噪声
光纤链路噪声的来源主要是回传激光器及光纤等，激光器噪声（RIN）是激光器内在的固有特性，它是由激光腔内不稳定性所引起的；光纤噪声主要为干涉强度噪声，它是由光在光纤中的二次反射所引起的。回传通道激光器的性能受干涉强度噪声影响较小，而受杂散辐射以及模式分割噪声（MPN）的影响较大。杂散辐射是光在光纤与激光器之间反射的相互作用的结果，模式分割噪声（MPN）是由于光纤是一种色散媒质而引起的，MPN随光纤长度加长而增加，也与射频（RF）频率的高低成正比。
3.3 侵入噪声
双向CATV系统正常传输信号以外的干扰信号称为侵入噪声。侵入噪声的来源大致分为3种：脉冲噪声、感应噪声和辐射噪声。
来自双向CATV系统回传通道不同部位的侵入噪声对系统的影响程度是不一样的，经实验测定：双向CATV系统回传通道侵入噪声的75%来自于用户端，20%来自同轴电缆分配网，只有5%来自传输干线，由此可见，大部分的入侵噪声是来自用户终端。与用户终端连接的电视机的背面接插口处，常常是噪声侵入的入口，由于接插口处的设计不能完全抑制回传频段中任意的干扰信号，这些干扰信号还可通过未接终端负载电阻的分支、分配器和室内电缆连接不良的地方进入，又因为一些家电产品的反射损耗很差，这样室内电缆中就会产生多个反射信号。电视机的调谐器和机顶盒只有在所调谐的频道上有足够的反射损耗，这样就会在所有其他频道的频率上产生反射，这些反射信号会向上进入用户电缆，在那里与有用的回传信号混合，形成叠加信号干扰。另外，侵入噪声还包括用户家中的冲击波干扰，如电视机开关时瞬间产生的脉冲，家用电器（如电脑、空调、音响等）工作时产生的干扰等。
4 回传噪声的抑制办法
回传噪声与上传信号质量关系很大，必须引起高度重视。针对回传噪声的不同来源，在具体抑制回传噪声时要采用不同的抑制方法。热噪声和光纤链路噪声属于系统固有噪声，主要由双向CATV系统的双向放大器、光发射机、光接收机、光缆等设备和器件产生，随着高新技术的应用和生产工艺水平的提高，热噪声和光纤链路噪声已明显减少，且已不是影响回传通道的主要因素。从外界和环境中来的侵入噪声极大地影响了双向系统回传信号质量，轻则降低回传信号的载噪比，使回传图像噪波点大，重则无法正常回传信号，使双向CATV系统不能实现双向功能，因此，有效地抑制外界侵入噪声是保障实现双向CATV系统功能的关键。抑制的办法很多，这里介绍6种：一是加强双向CATV系统的屏蔽，尽量采用高屏蔽性能的同轴电缆、器件和接头，注意有的用户为了使一个用户终端供两台电视机收看而增加的劣质电缆和器件，注意设备和器件的规范连接；二是增加双向CATV系统前端出来的主干线数量，以减少每根主干线的上行汇聚噪声，譬如，前端若有N根主干线，则每根主干线的上行汇聚噪声大小仅为单根主干线的1/N；二是减少光节点同轴电缆部分所覆盖的用户数，实际上就是减小了回传噪声累加的数量，每个光节点以覆盖500户为宜，若覆盖用户数更少则更好，至于光纤到用户，尽管方案可行，但是电缆部分采用集中分配方式，减少分配器件和电缆接头数量，从而减少了回传放大器的级联数量，也就减少了有源器件所带来的有源噪声，通常回传放大器的级联数量以不超过3个为宜；五是合理利用上行频段，为了减少或避开低频段的噪声干扰，提高回传信号的载噪比，选用中分割或高分割双向CATV系统比较合适；六是采用高通滤波器和窗口式滤波器，高通滤波器是为接收交互式业务的付费用户安装的，用于在回传频段中选择性地通过群频信号，并消除回传通道带外的所频率万分。
5 结论
双向交互业务的拓宽与回传通道的开通极大地满足了广大用户的需求，同时也促进了双向CATV系统的发展。对于回传通道中的噪声问题，关键是要知道回传通道噪声的产生原因和相应的防范措施，从而减少或抑制噪声的干扰。同时，还应注意处于双向CATV系统不同位置的侵入干扰的大小是不一样的，譬如：从主干传输线路侵入的噪声干扰信号对系统的影响要大于分支线路，同一主干线路中距离双向放大器近的干扰信号对双向CATV系统的影响大于距离放大器远的干扰信号。（全文完）
摘自 中国有线电视导航
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