提高数字电视信号电平的分析与探索.doc

提高数字电视信号电平的分析与探索中广有线绍兴分公司金亚美内容提要：本文结合数模混合传输HFC网络，围绕如何提高用户端数字信号电平话题,开展了模似平台试验探索及理论分析，提出了通过正确把握DFB半导体激光器激励电平的方法，灵活提高数字信号电平的理论观点，并在实际网络上得到应用和证实。关键词：激励电平提高分析实践一、综述现今，各地网络公司都在进行数字电视平移转换，为不影响模拟电视信号质量，在数字电视信号电平与模拟电视信号电平取值上，考虑到数字电视信号能量比模拟电视信号能量大，往往将数字电视信号电平比模拟电视信号电平低710B。我们公司也同样，在数模混传的网络上，将数字电视信号电平比模拟电视信号电平下降了7B。但随着各地网络公司数字传输业务的发展和用户住房条件的改善，用户终端成倍增加，因此，对入户电平的要求也越来越高。图一是二室一厅用户室内有线网络分配图，从图中不难看出，假如以入户模拟电视信号电平为基准（70dBuv），经一只一分支，二只二分配（室内电缆损耗不计）至少损失10dB信号，即到达终端的模拟电视信号电平为60dBuv，因为数字电视信号电平比模拟电视信号电平低7dB，到达终端的数字电视信号电平值仅为53dBuV，（如果是三室一厅的用户，到达用户终端的电平还要低）这种低电平的数字电视信号，经不起室内网络各种噪声源的干扰，特别是对互动电视信号来讲“健壮性”出了问题。因数字信号电平偏低而引发的数字电视故障逐渐增多。因此，提高数字信号入户电平正在被各地网络公司提到议事日程。二 、分析我们认为，要提高系统出口处的数字电视信号电平有二种办法，一是提高放大器输出电平；二是在前端机房混合处提高数字电视信号电平，让模数电视信号电平与数字电视信号电平在前端混合时持平。对于第一种办法是不可能实现的，因为，目前放大器输出模拟信号电平已接近106dBuV，数字信号电平接近100 dBuV，如果将放大器输出数字信号电平也提高到106dB，那么，放大器输出的模拟信号电平就达到112 dBuV，会使放大模块进入非线性状态。对于第二种办法，大多数业内人士会有以下顾虑：1、虽然数字电视信号平均功率不随调制内容的变化而变化，平均功率与最大的响应没有多大关系，但是，对于功率不断变化的RF信号，其峰值功率与平均功率就不同，QAM调制的调制包络是非恒定幅度的，峰值的出现在时间上一般是没有规律的，（QAM调制中的峰值是由一个星座点到另一个星座点的调制偏移引起）这种无规律峰值的出现易使半导体激光器、放大器件进入非线性状态而产生谐波，对其他频道造成干扰。2、64QAM调制的数字电视频道，其频道内峰值电平又比平均功率高约3 dBuV。所以，在数模混传的网络上，如果让数字电视信号与模拟电视信号持平，大家普遍担心网络上的放大模块、半导体激光器会过载从而使其进入非线性状态，容易产生各种互调干扰，使数字、模拟电视信号主要技术指标迅速劣化。带着既要提高系统输出口数字电视信号电平，又要保证模数混传网络各项主要技术指标不受影响这一课题， 2009年3月，我们在模数混传系统中，就如何提高数字电视信号电平进行了分析与探索。我们注意到将数字电视信号电平调高,（与模拟电视信号电平相等）然后送入到HFC网络，可能会对半导体激光器、放大器产生很大的影响。但从目前传输信道数量来看，网络上还没有处于满载荷状态，因此，我们认为，放大模块过载并不是主要矛盾，半导体激光器过载才是产生问题的主要根源。光发射机的性能对光纤有线电视系统的性能起着决定性的影响,它是整个传输网络中的关键设备,而DFB半导体激光器又是关键设备中的关键器件, 提高数字电视信号电平,主要是要控制好激励电平,防止激光器处于过激励状态。我公司所用的光发射机均为光强度直接调制式的，在对光强度直接调制的光纤通信传输系统，过高的激励电平是DFB激光器产生非线性失真的主要根源。特别是在多频道模数信号混传的系统中，过高的激励电平,C/N、C/CSO、C/CTB、MER、BER都会受到严重损伤。如果盲目将输入到半导体激光器的数字信号电平与原模拟信号电平持平，系统的指标必然会劣化。但只要控制好激励电平，不让DFB-LD进入饱和调制状态，半导体激光器就不会有大问题。要是以后网络满负荷运行，还是可以通过降低半导体激光器激励电平的方法解决的。（激励电平下降3 dBuV，相当于输入功率下降50%），激励电平降低2-3 dBuV在理论上讲会影响光调制度,但从多年的实践证明，这种影响仅限在国家标准范围内的微小变化，对C/N、MER和BER的影响很小。但降低激励电平，很自然会导致光站或光收机的输出电平下降，这时我们只要对光站、光收稍作微调，输出电平还是可以保证的。朝着这个思路，我们在前端机房搭建了二级光缆系统（含三级放大器）的模拟平台（见图二），做了提高数字电视信号电平的试验。我们主要做了二个方面的工作：一是合理设置DFB-LD的激励电平；二是放大器模块输出电平控制在103 dBuV左右。三、试验1.试验的原理：我们知道每只激光二极管在限定的频带上有一定总功率，当它在加载信号中过载时会产生大量的谐波，引起载波/组合噪声比指标劣化，当激光二极管处于过载临界点时，在频谱仪上表现出系统的噪声底部迅速抬高。这时测数字电视信号的MER值就会变小，比特误码率（BER）、C/CTB值就会变大。当BER指标严重劣化时， C/CTB指标也跟着迅速劣化。根据这一原理，同时为保证光发射机的非线性指标有一定裕量，我们设定了试验时的指标下限，即： MER37B、BER1*10-9。C/CTB60 dBC，C/CSO-60dBC ，C/N43 dB。在试验时，通过不断加大激光器的激励电平，观察指标变化情况。2.仪器与设备（1）试验仪器频谱仪（胜利公司产AT2500）1台光功率计（OPM4-4C）1台（2）试验设备ANTEC光发射机（LLTIII-8）2台光接收机（ACE(USA).INC）2台宽带放大器（PA860）1台双向放大器（雷华LGF1800）3台四路光分路器2只机顶盒（华为C2300）1台电视机（海尔37T6-T）1台60V供电器1台分支分配器、衰减器若干3.试验过程为接近实际网络状况，我们以公司现用的34个模拟频道、27个数字电视流和8个IPQAM流作为信号源，并以模拟电视信号电平作为基准，逐步提高数字电视信号电平和IPQAM信号电平。下面是我们的试验过程与结果：按图二中各关键点调整电平。在网络末端的分支分配器上，取与用户相同的电平值接STB、TV，看图像听伴音，取86.5dBuv的电平作为测试电平，接到AT2500频谱仪上，测系统的技术指标。试验如下：在保持其它节点电平不变的情况下，依1B递增C2、D3点光发射机的激励电平，（见表一）表一二级光缆系统关键点电平值（数/27+模/34+IPQAM/8）频点电平值节点Z1DS40Z1DS40Z1DS40Z1DS40第一次第二次第三次第四次A（dBuV）72.471.872.471.872.471.872.471.8B（dBuV）100.6100.5100.6100.5100.6100.5100.6100.5C1（dBuV）79.57979.57979.57979.579C2（dBuV）71.571.572.572.573.573.574.574.5C3 (dBm)10.0510.0510.0510.0510.0510.0510.0510.05C4 (dBm)-0.35-0.35-0.35-0.35-0.35-0.35-0.35-0.35D1（dBuV）100.299.8101.3101.2102101.7102.8102.7D2（dBuV）78.578.279.479.278.277.879.178.1D3（dBuV）71571572.572.573.573.5745745E (dBm)9.89.89.89.89.89.89.89.8F (dBm)00000000G（dBuV）102.9103102.8102.9102.9103.1103.1103H（dBuV）7978.179.679.176.67677.576.8I（dBuV）98102.998.5103.397.6102.997.6103.1J（dBuV）7680.477.381.47579.876.180.9K（dBuV）96.910397102.795.8102.696.7103.4L（dBuV）76.5837580.67480.575.181.2M（dBuV）98.5103.297.5103.197.8102.798103.1N（dBuV）80.566.579.56779.865.28066.9且每增加一次激励电平，在网络末端处用AT2500频谱仪测系统指标，模拟电视信号测C/N、C/CSO、C/CTB,数字电视信号测MER、BER(见表二)。与此同时，再看模拟电视图像质量，数字电视机顶盒的信噪比、误码率等指标信息，以信噪比36dB，误码率0.0E-8为试验合格标准。表二二级光缆系统测试指标数值（数/27+模/34+IPQAM/8）频道数值指标Z1(模拟)DS40(数字)Z36(模拟)Z40(模拟)Z16(数字)Z26(数字)Z32(数字)DS31(数字)第1次MER38.83837.838.437.5BER00000C/N43.942.942.8CSO67.666.965.8CTB67.465.763.3第2次MER383837.838.737.5BER00000C/N44.743.343.1CSO68.566.565.8CTB67.664.963.9第3次MER39.23837.538.537.5BER00000C/N44.842.943CSO68.86466.2CTB67.865.363.3第4次MER38.537.637.938.737.5BER00000C/N45.942.541.6CSO6967.665.7CTB6866.662.64、 试验结论在34个模拟频道和27个数字电视信号流加8个IPQAM流的情况下，在前端“混合处”将数字电视、IPQAM、模拟电视信号电平调整到相同值，且第一只光发射机的激励电平（在测试口）调到Z1/72.5dBuv、DS40/72.5dBuv，第二只光发射机的激励电平（在测试口）调到Z1/72.5dBuv、DS40/72.5dBuv，第二只光收机至第三级放大器输出电平均调到103dBuV，这时“系统出口处”主要技术指标如C/N、C/CSO、C/CTB、MER、BER等完全符合国家规定的技术要求。所以，我们把以上两点激励电平和输出电平确定为实际应用值。四、实际应用我们公司现在的有线电视网络，承载的频道数为34个模拟频道，27个数字QAM流，8个IPQAM流。图三是我们公司网络信号传输方块图，我们在中心机房混合处，将混合前的27个数字QAM流和8个IPQAM流的信号电平同时提高了7B，（与模拟信号电平持平）然后，依据原先模拟平台的试验数据，将ANTEC一级、二级光发射机TEST口Z1、DS40二个频道的激励电平调整到72.5 dBuv，光站、光收、放大器的输出电平调整到103dBuv，用试验时的测量仪器，（胜利公司产AT2500）重新测试用户端的网络主要技术指标，测试结果见表三.。 .为检验电平提高后网络运行稳定性， 2009年9月(运行二个月后)我们又到永泰村对用户端C/N、CSO、CTB、MER、BER指标进行了检测，为减少文章篇幅，在这里暂附二幅附图。(见附图一、附图二)。 附图一 附图二从表三及附图一、附图二 指标分析，电平提高后的网络主要技术指标完全达到或超过国家规定标准，用户数字信号电平、信噪比明显提高，且运行稳定，特别是农村数字电视用户图象质量明显改善，用户机顶盒显示信噪比从调整前的3234B提高到调整后的3638B。表三电平提高前后网络主要技术指标（数/27+模/34+IPQAM/8）电平提高前测试点秀水苑杨柳阁13幢一单元3A户频道Z1Z36Z40Z16Z26Z32DS31DS40电平71.373.275.365.265.963.871.770.3MER39.539.539.84040BER00000C/N51.249.352.5CSO7571.875.1CTB73.572.372.2测试点永泰村桥南用户频道DS1Z36Z40Z16Z26Z32DS31DS40电平73.471.572.47269.7MER3837.538BER000C/N40.845.6CSO62.560.9CTB6969.9永泰村桥南用户机顶盒显示信噪比32B电平提高后测试点秀水苑杨柳阁13幢一单元3A户频道Z1Z36Z40Z16Z26Z32DS31DS40电平7173.574.770.371.970.676.675.6MER4040404040BER00000C/N55.854.156.0CSO72.472.175.8CTB72.473.273.9测试点永泰村桥南用户频道DS1Z36Z40Z16Z26Z32DS31DS40电平83.384.28182.483.6MER39.839.539BER000C/N43.243.5CSO63.567.3CTB68.367.2永泰村桥南用户机顶盒显示信噪比36B仪器型号胜利公司产AT2500频谱仪结束语：我们通过实际应用得出，在数模混合传输网络中，即使数字电视、IPQAM 、模