1、HFC 有線電視網(wǎng)絡(luò)的 C/N、CTB 、CSO三大技術(shù)指標(biāo)及其關(guān)系淺析朱思明云南省廣播電視局事業(yè)管理處副處長(zhǎng)高級(jí)工程師有線電視網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)寬頻帶的具有調(diào)制 、變頻 、混合 、放大 、加 解擾 、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換等各種環(huán) 節(jié)的復(fù)雜系統(tǒng) ,電視信號(hào)在傳輸 過(guò) 程 中 各 種 電 參 數(shù) 都 將 產(chǎn) 生 變化 ,影響圖像和伴音質(zhì)量 。因此 , 了解有線電視系統(tǒng)各種電參數(shù)變 化的規(guī)律 ,采取相應(yīng)措施使這些 變化減少到最低程度 , 對(duì)有線電 視工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要 的 問(wèn) 題 。隨 著 光 纖 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ,有線電視網(wǎng)絡(luò)中已普遍采用 了 H FC 結(jié)構(gòu)模式 ,在 H FC 網(wǎng)絡(luò) 中 ,其

2、C/ N 、C TB 、CSO 是三大主 要技術(shù)指標(biāo) ,對(duì)電視信號(hào)傳輸有著重要影響 ,它們與哪些因素有 關(guān) ?相互關(guān)系如何 ?怎樣改善這些 指標(biāo) ?這是有線電視技術(shù)工作者 所共同關(guān)心的問(wèn)題 。信號(hào)在傳輸過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生失真 ,一種是線性失真 ,另一種是 非線性失真 。線性失真的產(chǎn)生有 兩種因素 ,一是網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入信號(hào) 各頻率分量幅度產(chǎn)生不同程度的 衰減或放大 ,致使各頻率分量相 對(duì)幅度產(chǎn)生變化 ,造成幅度失真 ; 二是輸入信號(hào)對(duì)頻率分量產(chǎn)生的 相移不與頻率成正比 ,從而導(dǎo)致 各頻率分量波形的相對(duì)位置產(chǎn)生 變化造成相位失真 。非線性失真 是信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生輸入波形非線性失真的網(wǎng)絡(luò)形 式 有 : 具

3、 有 飽 和 特性的非線性電路(如 干 線 放 大 器 輸 入電平過(guò)高 ) ; 具有不靈敏區(qū)域的非線 性 環(huán) 節(jié) (如 激 光 器 輸 入 電 流2輸 出 光 功率曲線 ) ;具有理 想繼電器特性的非線 性 環(huán) 節(jié) ; 具 有 滯 環(huán)的環(huán)節(jié)等 。是同軸電纜網(wǎng)絡(luò)的噪聲特性 ,可以用下式表示 : C/ N 總 =1HFC 網(wǎng)絡(luò)中的 C/N- 10l g (1 0- C/ N1 / 1 0 +- C/ N2 / 1 0)噪聲對(duì)輸入的電視信號(hào)是很有害的 。有線電視系統(tǒng)的噪聲產(chǎn) 生的原因有外部的 ,也有內(nèi)部的 , 外部噪聲來(lái)自各種電子干擾和天 線熱噪聲 ,內(nèi)部噪聲來(lái)自電阻 、饋 線 、晶體管 、集成電路

4、 ,特別是各 種放大器 、激光器更是內(nèi)部噪聲 的主要來(lái)源 。由于噪聲總是與信號(hào)相對(duì)立 而存在 ,因此在檢測(cè)信號(hào)時(shí)不能 只看信號(hào)的大小 ,而要根據(jù)系統(tǒng)輸出信號(hào)與噪聲的功率比值來(lái)檢 測(cè) ,這就是信噪比 (S/ N )。在技術(shù) 上 ,常常要用射頻信號(hào)和雜波信 號(hào)的比值來(lái)衡量系統(tǒng)的質(zhì)量 ,這 就是載噪比 (C/ N ) 。C/ N 和 S/ N之間因調(diào)制方式或電路特性而有 差異 。在光纖和同軸電纜混合傳 輸?shù)挠芯€電視網(wǎng)絡(luò)中 ,系統(tǒng)的噪 聲特性由兩部分構(gòu)成 ,一部分是 光纖鏈路的噪聲特性 ; 另一部分1 0式 中 : C / N1 為 光 鏈 路 載 噪比 ; C / N2 為 同 軸 電 纜 網(wǎng) 絡(luò)

5、載 噪 比 。在光纖鏈路中 ,噪聲特性由 三部分組成 ,一是激光器的相對(duì)強(qiáng)度噪聲 (C/ NR ) ,二是光接收機(jī) 的量子噪聲 (C/ NQ ) ,三是光接收 機(jī)的電放大器的噪聲 (C/ NA ) ,三者和接收光功率的關(guān)系可以用圖1來(lái)表示 。由圖1可知 ,在接收光功率 +2 - 2dB m 時(shí) ,光功率差1dB m , C / N 也 差 1dB m 。當(dāng) 光 功 率 較 小 時(shí) ,C/ N 就取決于光接收機(jī)的電 放大器了 。光鏈路的 C / N 與輸入到光接 收 機(jī) 的 光 功 率 大 小 有 較 大 關(guān) 系 ,但也不能太大 ,一般不超過(guò) +2dB m ,否則不僅失真會(huì)變大 ,還 容易燒壞光

6、接收機(jī) ,設(shè)計(jì)的最佳頻率分量以外的新 頻 率 分 量 。產(chǎn) 生142Ra dio& TV Bro a dc a st Engine e ring/AU G. 2001Ca bleVoic e有線電視語(yǔ)音查詢/ 報(bào)障系統(tǒng)北京廣知捷信技術(shù)中心電話 :010 - 68042703 、68018291傳真 :010 - 68010693優(yōu)質(zhì)服務(wù) 品質(zhì)保證圖 1 載噪比與接收光功率關(guān)系圖HFC 有線電視網(wǎng)絡(luò)的 C/N、CTB、CSO 三大技術(shù)指標(biāo)及其關(guān)系淺析值為 - 10dB m 。另外 ,有研究表明 ,光發(fā)射機(jī) 的 C / N 與傳輸頻道數(shù)和每頻道 的調(diào)制指數(shù)有關(guān)系 。對(duì)于質(zhì)量較 好的光發(fā)射機(jī) ,當(dāng)傳

7、輸射頻信號(hào) 的頻道數(shù)變化時(shí) ,A GC 電路將使 光發(fā)射機(jī)的 C/ N 相應(yīng)變化 ,一般 來(lái)說(shuō) ,與傳輸頻道數(shù)的平方根成 反比關(guān)系 。當(dāng)總調(diào)制指數(shù)基本恒 定時(shí) ,傳輸頻道數(shù)減少 ,每頻道調(diào) 制 指 數(shù) 則 增 加 , C / N 將 獲 得 改 善 ,其改善量可按下式估算 :C/ N = 10l g (N 1/ N 2 )式 中 , N 1 和 N 2 為 加 載 頻 道 數(shù) 。對(duì)于無(wú) A GC 功能的光發(fā)射機(jī) ,其 C/ N 與信號(hào)電平成正比例 關(guān)系 。當(dāng)某一頻道信號(hào)電平偏低 時(shí) , 該 頻 道 的 C / N 值 將 明 顯 偏 低 。因此 ,前端設(shè)備輸出信號(hào)電平 的平坦度和輸出電平的穩(wěn)定

8、度也 是至關(guān)重要的 。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還需要注意的 一個(gè)問(wèn)題是 :在光鏈路中 ,光信號(hào) 在光纖中傳輸時(shí) ,由于瑞利散射 的影響 ,C/ N 將劣化 ,光纖越長(zhǎng) , C / N 劣化越大 。因此 , 在進(jìn)行光 鏈路級(jí)聯(lián)時(shí) ,級(jí)聯(lián)后的 C/ N 要按 下式估算 :C/ N 總 =器是產(chǎn)生噪聲的主要原因 ,在單級(jí)放大器電路中 ,放大器輸出載 噪比與放大器噪聲系數(shù)成反比 , 與輸入載噪比成正比 ,可用下式 表示 :C/ Nu = C/ Ni / NF式中 : C / Nu 為輸出載噪比 ; C / Ni 為輸入載噪比 ; NF 為放大器噪聲系數(shù) 。當(dāng)多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí) ,總的 輸出 C/ N 可用下式表示

9、:C/ N 總 = C/ N 單 10l gn式 中 C / N 單 為 單 級(jí) 放 大 器 的載噪比 ,n 為放大器級(jí)聯(lián)數(shù) 。多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí)的總載噪 比還可用下式表示 :C/ N 總 = U 入 - 10l gn - NF -2 . 4式 中 , U 入 為 輸 入 電 平 , 2 . 4 為常溫下基礎(chǔ)熱噪聲電平 。分析 上面的式子可以看出 ,要提高同 軸電纜網(wǎng)絡(luò)的載噪比 ,一是要提 高放大器的輸入電平 ,二是要降 低放大器的噪聲系數(shù) ,提高前級(jí) 輸入載噪比 ,減少級(jí)聯(lián)數(shù) ,但是放 大器輸入電平過(guò)高容易使放大器 工作在非線性狀態(tài)而引起非線性 失真 。考慮到新裝放大器增益還 會(huì)有所下降 ,調(diào)

10、試時(shí) ,要留適當(dāng)裕 量 ,一般比最大增益時(shí)降低2dB 。 因此 ,提高同軸電纜系統(tǒng) C/ N 和 降低非線性失真彼此矛盾 ,互相 關(guān)聯(lián) ,調(diào)試時(shí)要兩者兼顧 。量 則 比 較 小 , 因 此 在 H FC 網(wǎng) 絡(luò)中非線性失真 C TB 和 CSO 主要 是由光鏈路產(chǎn)生的 。光 鏈 路 的 C TB 和 CSO , 主 要受光發(fā)射機(jī)激光器和光接收機(jī) 電放大器的影響 ,而光發(fā)射機(jī)失真度大小主要受調(diào)制度大小的影 響 。對(duì) 于 質(zhì) 量 較 好 的 激 光 器 , C TB 值都較好 ,即使不加預(yù)失真 校 正 , 也 不 會(huì) 低 于 65dB 。所 謂 預(yù)失真校正 ,就是一種使激光器線 性化的技術(shù) ,即通

11、過(guò)產(chǎn)生與射頻 輸入信號(hào)等幅 、反向的信號(hào)抵消 激光器引入的失真 ,使具有復(fù)雜 失 真 特 性 的 激 光 器 線 性 化 。而CSO 指標(biāo)一般不會(huì)太高 ,不加預(yù) 失 真 校 正 時(shí) , 可 達(dá) 60dB , 加 預(yù) 失 真 校 正 后 , CSO 也 只 有 62dB 左 右 。有研究表明 ,光發(fā)射機(jī) C TB和 CSO 與輸入電平和調(diào)制度存 在以下關(guān)系 : 當(dāng)射頻輸入電平增 大 1dB , 即 調(diào) 制 度 增 大 12 . 2 % , C TB 就會(huì)變差2dB , CSO 要變差1dB ,但 C/ N 會(huì)變好1dB ,光接收機(jī) 輸 出 電 平 也 將 增 大1dB , 反 之 亦然 。關(guān)于光

12、發(fā)射機(jī)的非線性失真 與傳輸頻道數(shù)的關(guān)系問(wèn)題 ,專(zhuān)家 們的意見(jiàn)不盡一致 。有專(zhuān)家做過(guò)專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn) ,如果采用有良好 A GC 功能的光發(fā)射機(jī) ,其非線性失真 與傳輸頻道數(shù)的多少關(guān)系不大 。 因此 ,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) ,不必按頻道 減少的比例來(lái)估算 C TB 和 CSO的改善量 ,而應(yīng)取規(guī)范值進(jìn)行計(jì) 算 。但 對(duì) 于 無(wú) A GC 功 能 的 光 發(fā)(1 0 - C/ N1 / 1 0 + 1 0 - C/ N2 / 1 0 )式中 : C / N1 和 C / N2 分 別 表 示兩級(jí)光鏈路的載噪比 。另外 ,需提及的是 ,我們?cè)隍?yàn) 收和測(cè)試很多地方的 H FC 有線 電視網(wǎng)絡(luò)時(shí) ,發(fā)現(xiàn)有些地方的前端設(shè)

13、備接地和其它電子設(shè)備的接 地沒(méi)分開(kāi) ,或者接地不良 ,使得系 統(tǒng)噪聲過(guò)大 ,C/ N 欠佳 。因此 ,系 統(tǒng)前端設(shè)備的接地十分重要 ,一 定要處理好 。同軸電纜網(wǎng)絡(luò)部分中 ,放大-2HFC 網(wǎng)絡(luò)中的非線性失真 CTB和 CSO根據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)市 、縣級(jí) 有線廣播電視網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范 的要 求 ,光鏈路后的同軸電纜部分延 長(zhǎng) 放 大 器 的 級(jí) 聯(lián) 數(shù) 不 能 超 過(guò) 兩 級(jí) ,電纜電路產(chǎn)生的非線性失真射 機(jī) , 當(dāng)傳輸?shù)念l 道數(shù)減少時(shí) , 其 組143廣播與電視技術(shù) 2001 年第 8 期Ca bleMIS有線電視綜合管理系統(tǒng)北京廣知捷信技術(shù)中心電話 :010 - 68042703 、6801829

14、1傳真 :010 - 68010693優(yōu)質(zhì)服務(wù) 品質(zhì)保證HFC 有線電視網(wǎng)絡(luò)的 C/N、CTB、CSO 三大技術(shù)指標(biāo)及其關(guān)系淺析表 1 玉溪市光纖聯(lián)網(wǎng)二期工程技術(shù)參數(shù)測(cè)試表合三次差拍會(huì)有所改善 ,設(shè)計(jì)時(shí)可按下式計(jì)算 :C TB = 15l g (N1 / N2 )式 中 : N1 與 N2 為 加 載 頻 道 數(shù) 。因此 ,在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) ,一 定要注意光發(fā)射機(jī)的功能和技術(shù)參數(shù) ,不能一概而論 。由于光纖色散的影響 ,光纖 鏈路級(jí)聯(lián)時(shí) ,非線性失真指標(biāo)也 會(huì) 劣 化 , 兩 級(jí) 光 鏈 路 級(jí) 聯(lián) 時(shí) ,C TB 和 CSO 可按下式估算 :C TB 級(jí)聯(lián) =小 2dB 。因 此 , 在 系

15、 統(tǒng) 調(diào) 試 時(shí) , 要注意它們之間的關(guān)系 ,一般來(lái)說(shuō) , 電平提高 , C/ N 改善 ,但 C TB 和 CSO 會(huì)變差 ; 電平下降 ,則反之 。 故在調(diào)試時(shí) ,要注意分析 ,不可厚 此而薄彼 。此外 ,前端對(duì)信號(hào)的處 理過(guò)程也將產(chǎn)生非線性失真 ,這 也是需注意的 。很 多 工 程 實(shí) 例 已 經(jīng) 驗(yàn) 證 , H FC 網(wǎng) 絡(luò) 中 1310n m V SB A M 光 傳 輸 方 式 的 兩 級(jí) 光 鏈 路 級(jí) 聯(lián) 時(shí) ,其 C/ N 、C TB 、CSO 及其相互 關(guān) 系 與 上 面 所 述 相 符 。關(guān) 于1550n m 光 鏈 路 級(jí) 聯(lián) 的 情 況 , 最 近我們對(duì)玉溪市廣電局光

16、纖網(wǎng)絡(luò) 二期工程進(jìn)行了測(cè)試 ,大致情況 如下 :該工程聯(lián)通玉溪至新平縣 、元江縣和易門(mén)縣 ,光路距離分別9817k m 、 12513k m為和13515k m ; 光 發(fā) 設(shè) 備 采 用 上 海 霍普 公 司 FO T2202XL ; 光 放 大 器 為 FOA22020 、FOA22013 、FOA22014 ; 光 接 收 機(jī) 為 赫 斯 曼O RB 812 型 。玉 溪 至 新 平 為 一 級(jí) 光放大 ,其余兩縣均為二級(jí)光放 大 。測(cè)得的 C/ N 、C TB 、CSO 等技 術(shù)指標(biāo)如表1所列 。從表中可以看出 ,在相同光設(shè)備的條件下 , 光 鏈 路 的 C / N 、 CSO 和 C

17、 TB 隨光接收功率的大 小而變化 ,而且光路距離越大 ,其 劣化度隨之變大 ,基本與本文所 述相符 。(收稿日期 :2001203218 ) -C TB1 / 1 5 + 1 0 C TB2 / 1 5 )- 15l g (1 0CSO級(jí)聯(lián) =- CSO1 / 1 5 +- CSO2 / 1 5 )- 15l g (1 01 0式中 : C TB1 、CSO1 和 C TB2 、CSO2 分 別 為 前 后 兩 級(jí) 光 鏈 路 非 線性失真度指標(biāo) 。在同軸電纜網(wǎng)絡(luò)中 ,多級(jí)放 大 器 級(jí) 聯(lián) 時(shí) , 非 線 性 失 真 C TB 和 CSO 主要因傳輸頻道數(shù)量的增加和放大器輸入電平過(guò)高而引

18、起 ,輸入頻道越多 ,非性失真將越 嚴(yán) 重 。一 般 來(lái) 說(shuō) , 輸 入 電 平 增 加1dB , 非 線 性 失 真 將 增 加2dB , 反 之 ,輸入電平減小1dB ,失真也減數(shù) 字 電 視 技 術(shù) 研 討 暨 設(shè) 備 演 示 會(huì) 日 前 在 成 都 舉 行由四川省電子學(xué)會(huì)主辦 , 四川省電子學(xué)會(huì)廣播電視專(zhuān)業(yè)委員 會(huì)和西部廣播電視編輯部承辦的 “成都數(shù)字電視技術(shù)研討暨設(shè)備演示會(huì) ”于 2001 年 6 月 6 日至 8 日 在 成 都 舉 行 。來(lái) 自 四 川 省 政 府 、廣電總局 、四川省各相關(guān)部門(mén) 以及有關(guān)省市廣電局的領(lǐng)導(dǎo) 、專(zhuān) 家 和 同 行 120 余 名 代 表 參 加 會(huì)議

19、 , 并 就 我 國(guó) 數(shù) 字 電 視 技 術(shù) 現(xiàn) 狀 、發(fā) 展 趨 勢(shì) 和 設(shè) 備 進(jìn) 行 了 交 流 、探討 ; 成都前鋒數(shù)字視聽(tīng)設(shè)備有限公司 、四川數(shù)通科技有限公司等單位就數(shù)字電視傳輸 、發(fā) 射和接收設(shè)備 、有線電視寬帶接 入設(shè)備等進(jìn)行了演示 。會(huì)議收到學(xué)術(shù)論文 30 余篇 , 有 20 篇收入 會(huì)議論文集 。會(huì)議交流水平高 , 設(shè)備展示精 , 達(dá)到了預(yù)期目的 。會(huì)議與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué) 會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)同時(shí)召開(kāi) , 與會(huì)代表聽(tīng)取了國(guó)家廣電總局張海 濤副總局長(zhǎng)等領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家 6 月 6 日大會(huì)主題報(bào)告 。會(huì)議還就四川省 數(shù) 字 和 高 清 電 視 產(chǎn) 業(yè) 化 向 省委 、省政府提出了建議 。