美国Arcom公司滤波器.doc

美国Arcom公司滤波器/反向衰减器：-解决HFC双向数据网络噪声问题的最佳选择（一）北京时代佳源网络技术公司 有线电视如要实现网络数据化的各种应用，HFC网络的双向改造是必然的。就其网络特性而言，HFC上行信道存在噪声汇聚干扰和回传信号均衡等技术瓶颈。作为世界上最大的专业滤波器及衰减器厂商，美国ARCOM公司也是最早关注有线电视HFC网络回传通道噪声解决方案的业界领导者。ARCOM不仅提供高品质的各种滤波及反向步进衰减器产品，还根据HFC双向网络的最新应用，提供各种网络噪声问题的解决方案。一、如何解决上行信道汇聚噪声干扰的问题双向HFC网改造，首先要克服噪声的漏斗效应。调整光接收机高电平输出，实现无源分配到用户；将光节点的用户减少到最少及采用高品质四层屏蔽电缆入户等建议肯定会使系统性能改善，但却不是一蹴而就可以全面解决的方案。汇聚噪声是由各用户室内端口或电缆接头处引入的各种干扰和传输电缆受环境中的电磁干扰侵入，并经上行信道传输汇聚而形成的干扰。经实际工程测量可知，漏斗效应产生的汇聚噪声绝对不简单是热噪声汇集，其量值比热噪声大近百万倍。所以一般说来，放大器内部热噪声的作用在回传问题上可以忽略不计。从汇聚噪声的形成可以进一步发现，其产生干扰有二个途径，其一是用户室内的电视机信号输入端，是产生强干扰的源头。其二是环境电磁干扰侵入电缆而形成，如短波电台信号等，即电缆本身产生了接收天线效应。上述二类干扰中，以电视机输入端口引入的干扰最为严重。解决电视机干扰的办法是在初期尽量采用35MHz以上频段，另外就是对电视机本身和电缆接头处产生的干扰堵住或滤掉。通过前面对外部侵入噪声的分析，环境内的电磁干扰的入侵途径是通过电缆屏蔽层和接头。从电子线路原理看，关于抗干扰的办法：其一是尽量屏蔽；其二是提高信号电平。显然，对于HFC树枝型结构，不可能将全部网络屏蔽，唯一办法是采用四层屏蔽的同轴电缆。但我国有线电视电缆网真正的问题是劣质的接头器件和安装工程。因此，虽然彻底的屏蔽不大可能，但注意选用电磁系数指标高的接头和分支分配器件，并在施工改造中严格控制接头的安装工艺将在很大程度上解决电缆的噪声侵入问题。如果简单用提高电平的办法也不可能，因为树枝形网络结构将不允许所有上行电平都采用高电平。综上所述，噪声不能够完全消除，但是可以尽量减少。要有效地抑制上行信道的噪声，不能单纯采用某一种方法，而必须综合采用多种方法，有关上行信道回传噪声问题的解决，本文结合ARCOM产品展开如下讨论：关于入侵干扰的实际工程技术原因：许多试图运用双向系统的网络都遇到回传通道的噪声问题，一般包括：连接器太差、接头部分受腐蚀；对分配设备屏蔽不够；终接不当及安装工艺要求不严格。这些问题被归为以下三类：（1） 来自线路分配及放大设备入侵干扰的积累超过了回传信号（约占20%的问题）；（2） 来自用户家庭线路聚集的干扰超过了回传信号（70%的问题是用户诱发的）；（3） 由过量噪声、回传信号电平过高或其他来自同轴电缆干线的问题引发的回传激光器调制过载（约占10%）。对于HFC网络回传通道的问题，利用有线电视数据网络用户逐步增加的特点，利用性能优异的高通,窗口滤波器以及结合反向步进衰减器的使用，可以相当程度上解决网络上行通道的入侵干扰问题。ARCOM公司可提供三类显著减少噪声干扰的产品：（1） 小型高通滤波器，安装于非双向用户节点；（2） 窗口式高通滤波器，用于交互式业务用户；（3） 反向分级衰减器，配合使用，可解决大部分噪声问题。1、 迷你小型高通滤波器（MHPF）高通滤波器用于非双向用户的节点，可阻止入侵干扰进入网络的上行通道。一个普通HPF可通过所有大于45/50/65/70/85MHz的频率，但以大于45dB的返回损耗使低端频谱的整个回传信号完全衰减。HPF的目标的把非双向用户从交互式业务用户网中隔离开来。HPF一般装在定向分支器上，可保证来自家用线路或电缆接头处的入侵干扰完全排除在回传通道之外。HPF的优点在于：提高了信噪比，消除了一大部分来自非双向用户家庭而造成的潜在干扰源，并且提供了消除已知故障区域的有效途径。但HPF不能解决因交互式业务用户自己使用回传业务而带来的问题，因此就需要窗口式HPF。这两张图显示了AHP-50 和 MHP-68的频谱和滤波特性： 、 窗口式高通滤波器 窗口式高通滤波器为交互式业务的付费用户安装。这些滤波器用于在回传频段中有选择性地通过回传信号。例如，包含脉冲按次付费电话信号的回传频段以及使用电缆调制解调器，机顶盒等使用的回传频段。窗口式高通滤波器将清除回传通道中通带外的所有其它部分噪声。系统安装后，该类滤波器将使电缆系统为传送数据和电话作好准备。3、 带回传衰减的窗口式高通滤波器利用带固定衰减量的特种窗口式WHPF，能解决回传激光器过由于回传信号电平过高或不一致而过载造成的噪声问题。在众多工程技术人员印象中，只要信号到达光传输系统，就不会再产生噪声问题；而实际情况是，由于大量回传信号经各条不同路由到达回传光发射模块时，电平不一致或个别频率电平过高会使激光器调制系统产生啁啾效应，而产生不可忽略的噪声。这将不仅导致个别频段，而实际会使整个回传通道受影响。 大量失控群延迟会使这一问题更加混杂，这是由回传频谱中陡峭的过渡带所造成的。对回传信号有选择性地引入6或12dB衰减，会减少回传总功率。另外，用带回传衰减的窗口式HPF降低了噪声的底电平。以下两图显示了窗口滤波器的频谱和滤波特性！4、 反向分级衰减器（RSA）分级衰减器提供一个通用的、非专业规定的解决入侵干扰的方法，它3dB分级。分级衰减器的每一级可看作为固定衰减量的HFP。分级衰减器是清除回传通道噪声问题的最完善和最通用的方法，是为用户能接收所有回传业务而设计的。因为回传通道仅限于一个相对小的频率范围（565MHz），须由网络运营商使这些频段得到最大的利用，并在引入最有吸引力的业务前要再三思考。此外，对经营者来说，也许预计不到今后许多交互式应用。分级衰减器的灵活性，可使经营者免于过早地设计出限定包含某些特定导频的滤波器，何况将来的频率指配可能随今后不同的或额外的应用而变化。分级衰减器的最大好处是：均衡回传信号电平；降低噪声底电平。在要求的截止频率以下有不同的固定衰减电平可供应用，而在截止频率以上插入损耗极小。这些单元通常装在多分支输出端与用户入口之间，它对全部回传频率提供出宽带的噪声抑制。分级衰减器值的选择用来补正多分支值的系统设计，均衡回传通路衰减，使达到预定值。这种宽带方法减小了总的噪声电平，明显地改进用户入口的阻抗匹配。具有正向/逆向频率以及功率传送能力的不同类型器件可供应用。因为用在正向通道中的定向分支的值不同，并考虑到不同的回传电平，所以每一个用户分级衰减器值是不同的，它与叠加的系统损耗有关，而它不必是固定值。衰减器的分级值通常可近似于定向分支值。（如果设计者希望更精确，就需计算每个分支的损耗。）分级衰减器主要的优点是提供通用的和持久的入侵干扰消除方法，使用过程中无需切换滤波器。频道指配/频率指配均可改变，并与滤波器使用无关。这极有利于高速线缆调制解调器的应用。分级衰减器的其他优点是：（1） 改进正向/逆向损耗；（2） 增加用户之间的隔离；（3） 防止脉冲按次付费收看回传模块的过载。上面几张图显示了HFC网络通道上下行的损耗特性和分级衰减器的频率和损耗特性。因为会产生入侵干扰的普通有源及无源器件的增长，以及在网上任意一点都可能有的劣质施工工艺，在反向通道中，随时都会发生有害信号（EMI/RFI）的入侵，作为整个回传通道噪声混乱状况的集合。高通滤波器、窗口式HPF和分级衰减器都是消除入侵干扰的最有效方法。每种部件都各有重要功能。HPF将非双向业务的用户与回传通路分隔开。窗口式HPF允许双向用户接入交互业务。分级衰减器是通用的方法，它为经营者业务的频率指配和在未来增加新业务提供了灵活性。值得指出的是，目前，有些国产的滤波器产品也已经开始在网络上应用，但如果由于生产工艺和材料控制不严，这些电磁系数指标差的产品反而会给网络带来大量预想不到的噪声。国内有些大网的实际使用经验能很大程度上说明这些问题，所以，选用性能指标优异的产品会为网络改造带来真正的方便和实用。二、HFC上行通道信号电平汇聚均衡问题当许多用户上行信号回传时，由于各路由的上行传输增益各不相同，必然出现用户信号上行到各级汇集点的电平不一致。如果其电平差异过大，即使CMTS发出电平调整指令，试图使各Cable Modem受控并同步地调整上行输出电平，也难以达到各用户电平上传到中心一致的效果。这就是汇聚均衡问题，其要点是应保证各用户上行路由的传输增益差小于5dB，否则，必然会出现某些用户上行信号CNR值过低，而另一些用户上行信号产生过载失真，甚至还会干扰其它频段的信号。调试过HFC网络上行通道的工程技术人员都有体会，汇聚电平失衡会严重影响系统的稳定性。因为在有线电视HFC网络的交互式数据业务中，每个用户都是前端又是末端，要将所有用户上行传输到中心前端或各分前端的电平调试为近似一致，其工程量将大大高于下行传输链路调试工程量。问题产生的主要原因是传输链路的损耗由二种频率特性不同的器材所决定。大家知道，同轴电缆的传输损耗与信号频率的平方根成正比，如果超过450MHz以上，还会另增加介质损耗与信号频率成正比，所以，同轴电缆的传输损耗与信号频率有关。而分支/分配器的传输损耗，本质上是由于信号能量的分配关系，而呈现支路输出信号相对于输入信号的降低值，虽然频率最高端产生的损耗大一点，但可近似地视为损耗与频率无关。传统的下行传输设计和调试都是按下行最高频率段的损耗及工作电平来确定。所以，在实际网络中，工程设计在下行传输时保持链路均衡，而对于信号的最高频率仅为65M的上行数据信号，主干电缆损耗极小，而支路由于存在着大分支量损耗的分支器，必然造成主干与支路的上行传输增益严重不一致。这就是我们称之为上行信号电平的汇聚均衡问题。如何解决这个问题？在实际工程中，建议根据实际网络状况，将大分支量的分支器换成小分支量的分支器，则上行电平的均衡问题就可适当解决。如果放大器输入端口的电平高于标称值时，可以用内置下行信号衰减器将之衰减，保证下行电平输出值为正常。所谓放大器的工作电平均应依据内部放大模块的工作电平值。另外，任何双向放大器在内部都是将上、下行放大分别调试的，实际工程调试中比较方便。由此，在实际工程设计和调试中，我们应该放弃过去单纯按下行传输链路设计的思维方式，改为按下行链路传输原则确定放大器间距，按上行传输进行回传电平增益的设计，而调试按下行传输调试。实际工程设计中，可考虑以下几种方式：、 在网络设计时，尽量少使用分支损耗过大的分支器；而采用分配器作分路器材，以保证各支路上行路由的总损耗之和，即电缆及分路器材传输损耗之和近似相等。可考虑在线路上安装Arcom公司的反向步进衰减器RSA，用