有線數(shù)字電視的抗干擾特性和故障原因分析

       從理論上講，數(shù)字電視抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)字電視對系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)的要求比模擬電視要低許多，模擬電視能夠收看的地方，數(shù)字電視應(yīng)該不會(huì)出故障，但是現(xiàn)實(shí)中往往并非完全如此，不少地方常常會(huì)出現(xiàn)模擬電視是好好的、而數(shù)字電視卻出現(xiàn)故障頻發(fā)的現(xiàn)象。為什么公認(rèn)抗干擾強(qiáng)的有線數(shù)字電視還會(huì)頻頻發(fā)生故障呢？本帖就對有線數(shù)字電視和模擬電視抗干擾特性的差異進(jìn)行初淺的探討、分析，并據(jù)此對有線數(shù)字電視故障的預(yù)防和維修提出幾點(diǎn)意見，
1 有線數(shù)字電視和有線模擬電視抗普通噪聲干擾特性的差異
    “聲噪比S/N”、“載噪比C/N”和“每比特信號(hào)能量與噪聲功率密度之比Eb/No”，都是用來表示信號(hào)的“載波”與“噪聲”兩者之間的關(guān)系，它們的是數(shù)值越大，電視圖像和聲音的質(zhì)量越好；相反，信號(hào)質(zhì)量就越差，模擬電視的屏幕上就會(huì)出現(xiàn)“雪花”干擾，數(shù)字電視就會(huì)出現(xiàn)靜像或“馬賽克”。
        由于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的種類繁多，采用頻譜效率不同（從每赫1b/s到每赫10b/s甚至更高）的各種調(diào)制方式調(diào)制出的信號(hào)，自身傳輸?shù)目煽啃圆顒e較大，要達(dá)到相同的傳輸可靠性時(shí)，對系統(tǒng)C/N指標(biāo)的要求就不相同，就無法采用C/N指標(biāo)對它們的可靠性進(jìn)行橫向比較。
折算頻譜效率以后而得出的“載波”與“噪聲”的關(guān)系算式得出的數(shù)值，就是“每比特信號(hào)能量與噪聲功率密度之比Eb/No”，可以橫向比較采用不同調(diào)制技術(shù)系統(tǒng)的可靠性之高低了?？梢姡跀?shù)字通信系統(tǒng)中采用Eb/No參數(shù)的目的，是為了便于對采用不同數(shù)字調(diào)制技術(shù)的系統(tǒng)進(jìn)行傳輸可靠性高低的比較，是為了“橫向比較用的”，并不是“因?yàn)閿?shù)字電視不出現(xiàn)載波，就沒有C/N指標(biāo),所以才采用Eb/No”。實(shí)際上Eb/No參數(shù)是不能直接從系統(tǒng)中測量出來的，還得要首先測量出系統(tǒng)的C/N指標(biāo)，然后才能用算式計(jì)算出Eb/No指標(biāo)值，有線數(shù)字電視（DVB-C）采用64QAM數(shù)字調(diào)制方式，兩者的換算關(guān)系是Eb/No＝C/N－7.2（dB）。因此，僅僅在有線數(shù)字電視領(lǐng)域、無需橫向比較時(shí)，也可以直接用C/N指標(biāo)來衡量信號(hào)在系統(tǒng)中傳輸?shù)目煽啃裕瑳]有必要再換算成Eb/No參數(shù)，所以在許多場合，仍然經(jīng)?？梢砸姷接肅/N指標(biāo)來規(guī)范、評議有線數(shù)字電視的質(zhì)量。
雖然用系統(tǒng)的C/N或Eb/No指標(biāo)可以衡量有線數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)目煽啃愿叩?，但這僅僅是以一個(gè)比較主要的方面來考察，信號(hào)傳輸?shù)目煽啃赃€受到其他多方面的影響，可靠性高低最后的結(jié)果通常以“誤碼率BER”來表達(dá)，
        簡單地說，“誤碼率BER”的定義是：“發(fā)生誤碼的信號(hào)比特?cái)?shù)與傳輸?shù)男盘?hào)總比特?cái)?shù)之比”，有線數(shù)字有線電視采用64QAM調(diào)制，在RS糾錯(cuò)前的“門限”誤碼率BER=1×10-4，即BER=1×10E-04，或10E-04，也就是1/10000，從誤碼率BER和的關(guān)系曲線中可以查得此時(shí)相應(yīng)的Eb/No＝16.5dB，即C/N＝23.7dB，此即為“噪聲門限值”。實(shí)際接收信號(hào)時(shí)候要加上“噪聲裕量”（接收信號(hào)的C/N指標(biāo)值與門限值之差），國家廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 221－2006中規(guī)定要求有線數(shù)字電視實(shí)際系統(tǒng)出口的C/N指標(biāo)達(dá)到26dB以上（準(zhǔn)確地說是“數(shù)字射頻信號(hào)與噪聲功率之比”SD.RF/N≥26dB）。
        國家廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T106－1999中規(guī)定有線模擬電視系統(tǒng)出口的C/N指標(biāo)要求≥43dB，當(dāng)前有線電視系統(tǒng)的C/N指標(biāo)是按這個(gè)要求設(shè)計(jì)的，當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)際指標(biāo)達(dá)到這個(gè)要求時(shí)，由于有線數(shù)字電視信號(hào)的電平通常比模擬電視低10個(gè)dB，因此有線數(shù)字電視信號(hào)的實(shí)際C/N指標(biāo)比系統(tǒng)實(shí)際C/N指標(biāo)也低10個(gè)dB，即為33dB，但比要求的26dB還高7個(gè)dB，顯然還有相當(dāng)多的裕量。從這個(gè)角度看，有線數(shù)字電視抗普通噪聲的能力比有線模擬電視要強(qiáng)得多，系統(tǒng)指標(biāo)的“下裕量” （指網(wǎng)絡(luò)C/N指標(biāo)的實(shí)際值與極限值之間的差距）比較大，比“上裕量”要大得多,因此，由于系統(tǒng)載噪比太低而導(dǎo)致有線數(shù)字電視發(fā)生靜像或“馬賽克”的情況比較少見。
2 有線數(shù)字電視和有線模擬電視抗失真產(chǎn)物的組合互調(diào)噪聲干擾特性的差異
        數(shù)字信號(hào)頻道的能量均勻分布在限定的頻帶內(nèi)，由于這個(gè)特點(diǎn)，在傳輸頻帶內(nèi)存在非線性失真的情況下，所產(chǎn)生的互調(diào)、交調(diào)產(chǎn)物就不是呈離散性的分布，而是呈白噪聲的性質(zhì)，在被干擾的頻道內(nèi)彌散分布，這等于在被干擾頻道里增加了噪聲，成為組合互調(diào)噪聲CIN，使數(shù)字電視出現(xiàn)頻繁的靜像或“馬賽克”。有資料介紹，當(dāng)數(shù)字載波電平高出非線性失真電平50dB時(shí)，信號(hào)質(zhì)量將不受影響；當(dāng)高出40～46dB時(shí)，數(shù)字信號(hào)在非常好和“馬賽克”之間；而當(dāng)這個(gè)比值低于40dB時(shí)，數(shù)字信號(hào)將變?yōu)殪o像或嚴(yán)重的“馬賽克”。
因此，有線數(shù)字電視信號(hào)的失真指標(biāo)應(yīng)≥44dB，由于有線數(shù)字電視信號(hào)的電平比模擬電視低10個(gè)dB，所以要求有線電視系統(tǒng)的實(shí)際失真指標(biāo)≥54dB，國家廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 221－2006中規(guī)定數(shù)字電視對系統(tǒng)CTB、CSO指標(biāo)的要求，和模擬電視一樣，都是≥54dB。
可見，當(dāng)有線電視系統(tǒng)的失真指標(biāo)達(dá)到要求時(shí)，無論模擬電視還是數(shù)字電視，都能正常收看，但網(wǎng)絡(luò)的失真指標(biāo)劣化以后，兩者的出現(xiàn)的故障現(xiàn)象就大不一樣了。
        當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的失真指標(biāo)逐步劣化以后，模擬電視畫面的質(zhì)量隨之逐步降低，有一個(gè)漸變的過程。即使指失真指標(biāo)比54dB低很多，電視畫面還存在，往往還可以勉強(qiáng)收看。
        當(dāng)有線電視系統(tǒng)的實(shí)際失真指標(biāo)CTB、CSO達(dá)到54dB時(shí)，由于有線數(shù)字電視信號(hào)的電平比模擬電視低10個(gè)dB，因此對于有線數(shù)字電視來說，CTB、CSO指標(biāo)只有44dB，裕量不到4個(gè)dB。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的失真指標(biāo)逐步劣化時(shí)，圖像質(zhì)量沒有逐步劣化過程，一旦失真指標(biāo)降低4個(gè)dB左右，電視畫面即刻變?yōu)殪o像或嚴(yán)重的“馬賽克”，好像一下子跌入懸崖低谷（懸崖效應(yīng)）。由于系統(tǒng)電平升高1dB，失真指標(biāo)通常要劣化2dB，不到4dB的失真指標(biāo)裕量，意味著系統(tǒng)電平波動(dòng)上限不到2dB，系統(tǒng)指標(biāo)的“上裕量”（指網(wǎng)絡(luò)失真指標(biāo)的實(shí)際值與極限值之間的差距）很小，比“下裕量”要小得多?？梢?，有線數(shù)字電視抗失真產(chǎn)物的互調(diào)噪聲能力比模擬電視差得多、比抗普通噪聲的能力要差得多。因此，光發(fā)射機(jī)輸入電平過高、光接收機(jī)和放大器輸出電平過高，會(huì)使失真指標(biāo)下降，是導(dǎo)致成片有線數(shù)字電視用戶出現(xiàn)靜像或“馬賽克”的常見原因。
3有線數(shù)字電視和有線模擬電視抗外界侵入噪聲干擾特性的差異
       當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，比如某處接觸不良或電纜外導(dǎo)體進(jìn)水霉斷以后，外界干擾信號(hào)就會(huì)侵入系統(tǒng)，對于有線數(shù)字電視，其中非同頻的雜散干擾信號(hào)可能會(huì)呈白噪聲的性質(zhì)，在被干擾的頻道內(nèi)彌散分布，這等于在被干擾頻道里增加了噪聲，其結(jié)果，和前節(jié)討論過的失真產(chǎn)物的互調(diào)噪聲相似；而其中的同頻干擾信號(hào)，情況可能就比較復(fù)雜。
當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，有線數(shù)字電視信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)兩種同頻干擾。
（1）、外界竄入的同頻干擾信號(hào)。目前，由于帶寬不足或模擬電視頻道還繼續(xù)存在，數(shù)字電視載頻點(diǎn)往往被安排在增補(bǔ)頻道上，這里通常都是通信使用的頻帶，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生接觸不良、電纜外導(dǎo)體霉斷等問題引起屏蔽能力降低，外界竄入各種干擾信號(hào)，其中就可能有與數(shù)字電視載頻同頻的干擾信號(hào)。
（2）、由自身信號(hào)反射形成的延時(shí)多徑信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)阻抗不配時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的信號(hào)反射現(xiàn)象，產(chǎn)生多次往復(fù)反射延時(shí)的多徑信號(hào)，是和原來的數(shù)字電視信號(hào)之間存在相位差的同頻信號(hào)。
以上兩種同頻干擾信號(hào)，有可能是以白噪聲的形式彌散分布在被干擾的頻道內(nèi)，直接劣化系統(tǒng)的C/N指標(biāo)，使有線數(shù)字電視出現(xiàn)“馬賽克”現(xiàn)象，其結(jié)果，也和前節(jié)討論過的失真產(chǎn)物的互調(diào)噪聲相似，這已經(jīng)分析討論過了。但也有一些文章作者認(rèn)為，數(shù)字電視信號(hào)采用的是“正交幅度調(diào)制（64QAM）”，除了載波的幅度攜帶了信息外，載波的相位也攜帶了信息，網(wǎng)絡(luò)自身產(chǎn)生或者外界竄入的同頻干擾信號(hào)，會(huì)疊加到數(shù)字電視信號(hào)之中，由于干擾信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)之間存在相位差，就會(huì)產(chǎn)生相位噪聲，從相位上影響數(shù)字信號(hào)的正確解碼，導(dǎo)致出現(xiàn)“馬賽克”現(xiàn)象。究竟哪一種可能性最大？筆者還沒有見到權(quán)威人士的帶權(quán)威性的結(jié)論，自己也不能作出準(zhǔn)確的判斷，但覺得兩種說法都有一些道理，因此筆者認(rèn)為得再從后一個(gè)角度來分析討論有線數(shù)字電視和模擬電視抗“相位噪聲”能力的差異。
相位噪聲是指單位赫芝頻譜的一個(gè)噪聲邊帶成分中測得功率與信號(hào)總功率之比。
        在系統(tǒng)沒有故障的正常條件下，相位噪聲可在發(fā)送端引入，或者在接收端因本振不穩(wěn)定引入。相位噪聲是由于振蕩器中熱噪聲的影響和通過外部供電及控制電路射入的噪聲而引起的振蕩器的相位變化。振蕩器的相位起伏和頻率起伏會(huì)引起載波的相位噪聲[1]。頻率相同、僅僅是相位差異引起的相位噪聲會(huì)影響數(shù)字信號(hào)的正確解碼，引起“馬賽克”或?qū)е聼o法接收信號(hào)。
        相位噪聲對模擬電視影響比較輕，即便相位噪聲指標(biāo)很差，也不過表現(xiàn)為圖象暗場是出現(xiàn)雜亂無章的花紋，不會(huì)出現(xiàn)無法收看電視的后果，因此相位噪聲指標(biāo)在模擬電視里不被考察。而對于數(shù)字電視，這種噪聲則會(huì)影響數(shù)字信號(hào)的正確解碼，引起部分節(jié)目有馬賽克或無法接收。所以數(shù)字電視與模擬電視相比較，數(shù)字電視非常怕相位噪聲干擾、而模擬電視則不怕相位噪聲干擾。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生接觸不良和信號(hào)反射的故障時(shí)，對有線模擬電視的影響往往很輕微，或者低端圖像質(zhì)量略降、其他正常，或者某些頻道有干擾點(diǎn)，用戶室內(nèi)的故障通常也不會(huì)因反射信號(hào)引起重影。而此時(shí)對有線數(shù)字電視來說其后果都是很嚴(yán)重的，無論從外界侵入的干擾是何種方式引起數(shù)字電視故障，都可能使某幾套節(jié)目出現(xiàn)靜像或“馬賽克”。可見，有線數(shù)字電視很怕外界入侵的干擾，外界入侵干擾常常是零星有線數(shù)字電視用戶頻頻發(fā)生故障的最主要原因。
        綜合前面的分析可知，有線數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制處理以后，已經(jīng)不是純粹的數(shù)字信號(hào)，它的抗干擾能力大大降低了，特別在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)某些問題以后，它的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及有線模擬電視，以致會(huì)出現(xiàn)“模擬電視是好好的、而數(shù)字電視卻出現(xiàn)故障頻發(fā)現(xiàn)象”。因此不能再侈談“有線數(shù)字電視抗干擾”，對有線數(shù)字電視抗干擾的性能要有全面、正確的認(rèn)識(shí)，筆者提出幾句話供作參考：
“當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)沒有故障時(shí)，有線數(shù)字電視抗干擾；當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，有線數(shù)字電視怕干擾；當(dāng)有線數(shù)字電視出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必然有故障。”
4 有線數(shù)字電視發(fā)生故障的現(xiàn)象和預(yù)防及處理方法
        如果前端信號(hào)處理不出問題，有線數(shù)字電視發(fā)生的故障通常是局部點(diǎn)片故障或者零星用戶故障，故障現(xiàn)象是靜像或“馬賽克”，以零星用戶的故障占絕大多數(shù)，因此維修和預(yù)防工作的重點(diǎn)是零星用戶的故障。
4.1 零星用戶的故障
        零星用戶發(fā)生有線數(shù)字電視故障的原因，少數(shù)是由于入戶電平太低引起的，或者因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)沒有通過設(shè)計(jì)，入戶電平本來就不足（特別是高端電平不足的問題比較常見），或者分接多臺(tái)電視以后造成電平不足；用戶私接劣質(zhì)信號(hào)放大器劣化信號(hào)質(zhì)量引起故障的現(xiàn)象也有一些;多數(shù)是由于用戶室內(nèi)器件阻抗失配、接觸不良、電纜屏蔽損壞引入外界干擾引起的。由于某些干擾信號(hào)有固定的頻率或頻帶，或者不是整天開通，通常不是整天干擾全部的各套數(shù)字電視，當(dāng)用戶收看被干擾的節(jié)目時(shí)，就報(bào)告數(shù)字電視出了故障，當(dāng)收看沒有被干擾的節(jié)目時(shí)，就說數(shù)字電視沒故障；或者用戶僅僅在晚上看電視、白天不看電視（上班），就報(bào)告晚上數(shù)字電視出故障；加上其他各種原因，有線數(shù)字電視管理部門接到數(shù)字電視故障時(shí)隱、時(shí)現(xiàn)的投訴是很正常的現(xiàn)象。無論數(shù)字電視的故障是不是時(shí)隱、時(shí)現(xiàn)，只要發(fā)生過故障就說明用戶的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)有問題，就得進(jìn)行維修。在維修時(shí)、在安裝數(shù)字電視用戶時(shí)，重點(diǎn)注意以下幾個(gè)容易引發(fā)故障的“細(xì)節(jié)”問題；
（1）、連接機(jī)頂盒的電視信號(hào)線，最好用新電纜做成兩頭電纜接頭的電纜線、不用塑料壓注雙插頭線（通常剪掉一個(gè)插頭重做一個(gè)電纜接頭接機(jī)頂盒、尚留一個(gè)壓注插頭接墻壁插座），因?yàn)樗芰蠅鹤⒉孱^極容易內(nèi)部脫焊而引發(fā)數(shù)字電視故障。
（2）、不要從用戶墻壁的插座板上引接信號(hào)到機(jī)頂盒，因?yàn)椴遄鶚O易發(fā)生接觸不良引發(fā)的數(shù)字電視故障。最好把插座改成電纜對沖接頭（或換用F頭對沖插接板），然后用帶兩個(gè)電纜接頭的電纜線引接信號(hào)至機(jī)頂盒。新房屋裝修時(shí)，禁止再使用電視信號(hào)普通插座板，改用F頭對沖接頭板。
（3）、室內(nèi)分接電視信號(hào)，一定要用合格的高隔離度分配器、分支器和電纜，不可用劣質(zhì)品，分配器、分支器的空端口要接上75歐負(fù)載電阻，絕對禁止將多條電纜直接扭合起來分接信號(hào)。
         遇到用戶室內(nèi)故障難以排除時(shí)，可以用一條兩頭做好電纜接頭-5電纜，直接從室外接信號(hào)到機(jī)頂盒，用以鑒定判別或試用。
4.2局部點(diǎn)片故障
         檢修局部點(diǎn)片故障時(shí)，一定要利用網(wǎng)絡(luò)圖紙，仔細(xì)分析發(fā)生故障的范圍，確定大致的故障點(diǎn)，然后才出門檢修，可以達(dá)到事半功倍的效果。
（1）、如果某條用戶分配主線以下有多數(shù)用戶報(bào)告出故障，其他線路正常。那么這條主線電纜最大可能的問題是：接頭接觸不良、接頭進(jìn)水外導(dǎo)體霉斷、分支器件進(jìn)水或損壞。
（2）、某放大器以下所有各條線路下有多數(shù)用戶報(bào)告出故障，其他放大器之下正常。那么最大可能的問題是：放大器前面干線電纜發(fā)生前例的問題、放大器輸出電平太高、放大模塊損壞導(dǎo)致失真劇增（有些僅僅是高端或低端增益下降3、4個(gè)dB、還可調(diào)出正常輸出電平）或輸出電平降低等。
（3）、某光接收機(jī)之下各放大器、各條線路下有多數(shù)用戶報(bào)告出故障，其他光接收機(jī)之下正常。那么最大可能的問題是：光接收機(jī)輸出電平過高（或過低）、光接收機(jī)損壞、光鏈路問題造成接收光功率下跌等。
（4）、某光發(fā)射機(jī)之下各臺(tái)光接收機(jī)、放大器、各條線路下有多數(shù)用戶報(bào)告出故障，其他光發(fā)射機(jī)之下正常。那么最大可能的問題是：光發(fā)射機(jī)輸入電平過高（或過低）、光發(fā)射機(jī)故障等。
4.3 因載噪比過低引起的故障
由于有線數(shù)字電視抗普通噪聲干擾的能力強(qiáng)，系統(tǒng)指標(biāo)的下裕量很大，按正常程序設(shè)計(jì)安裝的網(wǎng)絡(luò)，很少可能因載噪比過低而引起故障。因載噪比過低引起故障的現(xiàn)象，通常發(fā)生在由“新手”負(fù)責(zé)、放大器間距未經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算而建的網(wǎng)絡(luò)中。比如某網(wǎng)頁上反映，當(dāng)?shù)匦陆ǖ挠芯€電視系統(tǒng)，在第4級放大器下面就無法收看數(shù)字電視。那里到達(dá)第4級放大器輸入端口的信號(hào)電平不到44dB,輸出電平不到74dB(顯然放大器增益G=30dB)。實(shí)際C/N指標(biāo)就在門限值以下，數(shù)字電視自然就無法收看了。
因此，要避免出現(xiàn)因載噪比過低而引起有線數(shù)字電視故障，新建或改造有線電視網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，至少要做到到達(dá)放大器輸入端口的高端電平不低于放大器的“標(biāo)稱輸入電平（72dB）”、放大器的輸出電平要與其“標(biāo)稱輸出電平（72+G）”相等或相近。