Шумы ингрессии (внешние наводки), поражающие сети СКТВ, могут создавать там множество проблем, таких как перегрузка лазеров обратного канала, искажение сигналов обратного канала и загрузка ценного частотного ресурса.При суммировании шумов ингрессии наблюдается некая фазовая корреляция этих шумов, в силу чего суммирование пораженных ингрессией сигналов, поступающих с двух веток, приводит к ухудшению совокупного отношения С/N более чем на 3 дБ (10 log2). Если бы корреляции между шумами не было, то ингрессия, как и обычный шум, при суммировании добавляла бы в знаменатель 3 дБ (10 log2). В случае 100%-ного совпадения ингрессия складывалась бы как напряжение, и увеличение шума составило бы 6 дБ (20 log2).
Практика показывает, что реальная величина шумовой добавки колеблется в пределах от 13 до 17 log2. C/N при этом снижается на 3,9-5,1 дБ.



Практика и многочисленные измерения показывают, что более 80% шумов ингрессии проникает в сеть через разводку в доме абонента. Большая часть ингрессии появляется в сети в результате применения, усилителей, делителей, разъемов и коаксиальных кабелей, предназначенных для самостоятельной установки абонентом.
Все эти компоненты характеризуются низким уровнем экранирования, который у коаксиального кабеля такого рода обычно составляет от 25 до 40 дБ. IEC разъемы с пластиковой изоляцией, применяемые для подключения телевизоров, также имеют слабое экранирование и являются источником шумов ингрессии.
Превентивные меры борьбы с ингрессией следует строить с учетом изложенного. То есть проблемы с наводками можно радикально решить созданием качественной разводки в доме абонента. Для этого нужен доступ в дом абонента, а это, как правило, имеется только в том случае, когда абонент подписывается на интерактивные услуги. Большинство же квартир и частных домов остаются недоступными. На отводах к таким абонентам можно использовать фильтры, отсекающие полосу обратного канала.
С чисто технической точки зрения это отличное решение, но установка тысяч таких фильтров требует огромных вложений. Более того, по мере подключения абонентов к интерактивным услугам фильтры приходится просто выкидывать. Поэтому предпочтительнее использовать способ борьбы, не требующий периодических замен.

Большинство подписчиков имеет как минимум два телевизора, самостоятельно подключенные ими через сплиттер и коаксиальный кабель (рис. 1). В силу низкого уровня экранирования кабеля и сплиттера, такая конструкция, по существу, представляет собой дипольную антенну для приема шумов ингрессии, которые направляются в обратный канал СКТВ.

Под шумами ингрессии будем понимать все нежелательные радиочастотные сигналы. Среди них можно выделить следующие категории:
- помехи, создаваемые ПЧ сигналами телевизора, радио или видеомагнитофона (10,7/38,9 МГц);
- помехи диапазона гражданской связи (27 МГц);
- радио КВ диапазона;
- бытовые устройства (пылесосы, кухонная аппаратура, фены и т.д.).
Этот список, хотя и не полный, включает наиболее распространенные источники ингрессии. Их общей особенностью является то, что один источник ингрессии поражает одновременно и сплиттер, и разные ветки коаксиального кабеля, то есть шумы, приходящие из разных веток, будут коррелированны по частоте и фазе.
Убедиться в их частотной корреляции легко. Когда сигнал КВ радио в качестве помехи проникает в сеть, то он поражает все абонентские отводы. Это можно наблюдать в тех случаях, когда часть абонентов находится недалеко от передающей антенны.

Так как мы рассматриваем волну, близкую к стоячей, то в точке попадания волны в кабельную сеть ее фронт близок в прямой линии (рис. 2). Расстояние между двумя этажами около 3 метров, а между двумя соседними частными домами – около 10 метров. Поэтому сигнал во все три смежные точки приходит с очень незначительной разницей в одной фазе. А фазовый разнос, дополнительно вносимый за счет разницы в длине абонентских отводов, минимален. В таблице приведены фазовые сдвиги, обусловленные разницей в частоте сигналов и длине кабельных отводов. Данные приведены для кабеля, распространяющего сигнал со скоростью 0.67хс (где с –скорость света).

На рис. 3 показан стандартный разветвитель, применяемый в СКТВ, имеющий один общий порт и два или более портов для ввода/вывода отдельных веток. Они являются выходами для сигналов прямого канала и одновременно входами для обратного канала. То есть сплиттер работает, в частности, как сумматор шумов ингрессии.
На рис. 4 показана работа сплиттера как сумматора помех. Так как помехи на оба входа поступают из одного источника, то их частота, уровень и фаза примерно одинаковы, и их сумма превысит каждый из исходных сигналов примерно на 6 дБ.

Уровень РЧ сигнала по напряжению может быть выражен как:

Мы имеем разветвитель с двумя одинаковыми сигналами на входах обратного канала.
Для этих сигналов справедливо:

Вычислим сумму этих сигналов:

оба сигнала будут суммироваться,
оба сигнала добавятся в противофазе, то есть сумма окажется нулевой.

Приведенные вычисления могут быть проиллюстрированы графически, в форме векторного представления РЧ сигнала (рис.6). Вектор одного сигнала ингрессии (синий) имеет фазовый угол 90°, а второй (зеленый) – 45°.
Сумма этих сигналов изображена красным вектором:

На рис. 7 показаны те же сигналы, но синий вектор сдвинут по фазе на 180°, то есть фазовый угол между сигналами ингрессии составляет 270° вместо 90.
Сумма сигналов (красный вектор) при этом существенно меньше:

Таким образом, в данном случае фазовая инверсия сигнала приведет к уменьшению уровня суммарного шума вдвое.
На практике шумы ингрессии на двух соседних входах разветвителя будут также коррелированны по фазе и частоте, но уровни сигналов будут разными.
На рис. 8-11 приведены примеры суммирования сигналов с разными амплитудами (V1=1B V2= 0,5 В) и разными фазовыми разносами. Если фаза одного из сигналов не сдвинута на 180°, то суммарный сигнал всегда больше. Исключение составляет случай, изображенный на рис. 11, где сигналы ингрессии исходно имеют разнос в 180°.

На рис. 12 показана практическая реализация фазовой инверсии.
В одном из портов двухвыходного сплиттера устанавливается широкополосный трансформатор. Если шумы ингрессии, поступающие на оба порта, имеют общий источник, то теоретически фазовая инверсия одного их сигналов должна их взаимно уничтожить. Но если через такой разветвитель суммируются сигналы от двух кабельных модемов или STB, то на них инверсия никак не отразится, так как они не коррелированы ни по фазе, ни по частоте. Не будет сказываться она и на разветвляемых сигналах прямого канала.
Данная технология может быть интегрирована в пассивные устройства любого рода, а в уже имеющиеся инсталляции можно добавлять внешние фазовые инверторы сигнала.
На следующих снимках изображен экран спектроанализатора, измеряющего случайные шумы ингрессии.



Рис. 13. К спектро- анализатору подключен вход обычного разветвителя. К одному из его портов подключен провод, который, работая как антенна, набирает шумы ингрессии.
Рис. 14. К прибору подключен тот же разветвитель, но отрезки кабеля, набирающие ингрессию, подключены к двум портам.
Рис. 15. К прибору подключен разветвитель Ingress Safe®, к одному из портов которого подключен отрезок кабеля.
Рис. 16. Отрезки кабеля, набирающие шумы ингрессии, подключены к двум портам разветвителя Ingress Safe®. Красная кривая снята с одного из портов с подключенным кабелем, а голубая отображает результат суммирования шумов с двух портов.


Сравнение красной кривой на рис. 14 с голубой кривой на рис. 16 показывает, что уровень суммарной ингрессии в последнем случае более чем на 30 дБ ниже, чем при использовании обычного сплиттера.
Конечно, эти измерения производились в ситуации, близкой к идеальной. Обширная статистика реальных измерений показывает, что в среднем применение технологии Ingress Safe ® улучшает уровень С/N примерно на 6 дБ. Подобное повышение C/N наблюдалось в коаксиальном кластере, объединяющем около 1000 абонентских отводов. Так как эффект от фазовой инверсии тем выше, чем больше частотное и фазовое совпадение двух шумовых сигналов, то разветвители с Ingress Safe ® следует устанавливать прямо у абонентов или в максимальной близости от их домов.

с Ingress Safe ® составляют около 0,4 дБ, а потери на внешних фазовых инверторах – около 0,5 дБ. Но потеря 0,5 дБ на 50% отводов компенсируется выигрышем С/N в 6 дБ у 100% абонентских подключений.
На рис. 17 и 18 показана схема двух- и четырехвыводных ответвителей с интегрированной системой Ingress Safe ® .
На фотографиях 19 и 20 изображены, соответственно, сплиттер, интегрированный с Ingress Safe ®, и внешний инвертор фазы.