HFC有线电视网络的C_N_CTB_CSO三大技术指标及其关系浅析

1、HFC 有线电视网络的 C/N、CTB 、CSO三大技术指标及其关系浅析朱思明云南省广播电视局事业管理处副处长高级工程师有线电视网络是一个宽频带的具有调制 、变频 、混合 、放大 、加 解扰 、数模和模数转换等各种环 节的复杂系统 ,电视信号在传输 过 程 中 各 种 电 参 数 都 将 产 生 变化 ,影响图像和伴音质量 。因此 , 了解有线电视系统各种电参数变 化的规律 ,采取相应措施使这些 变化减少到最低程度 , 对有线电 视工程技术人员来说是一个很重要 的 问 题 。随 着 光 纤 技 术 的 发 展 ,有线电视网络中已普遍采用 了 H FC 结构模式 ,在 H FC 网络 中 ,其

2、C/ N 、C TB 、CSO 是三大主 要技术指标 ,对电视信号传输有着重要影响 ,它们与哪些因素有 关 ?相互关系如何 ?怎样改善这些 指标 ?这是有线电视技术工作者 所共同关心的问题 。信号在传输过程中总会产生失真 ,一种是线性失真 ,另一种是 非线性失真 。线性失真的产生有 两种因素 ,一是网络对输入信号 各频率分量幅度产生不同程度的 衰减或放大 ,致使各频率分量相 对幅度产生变化 ,造成幅度失真 ; 二是输入信号对频率分量产生的 相移不与频率成正比 ,从而导致 各频率分量波形的相对位置产生 变化造成相位失真 。非线性失真 是信号传输过程中产生输入波形非线性失真的网络形 式 有 : 具

3、 有 饱 和 特性的非线性电路(如 干 线 放 大 器 输 入电平过高 ) ; 具有不灵敏区域的非线 性 环 节 (如 激 光 器 输 入 电 流2输 出 光 功率曲线 ) ;具有理 想继电器特性的非线 性 环 节 ; 具 有 滞 环的环节等 。是同轴电缆网络的噪声特性 ,可以用下式表示 : C/ N 总 =1HFC 网络中的 C/N- 10l g (1 0- C/ N1 / 1 0 +- C/ N2 / 1 0)噪声对输入的电视信号是很有害的 。有线电视系统的噪声产 生的原因有外部的 ,也有内部的 , 外部噪声来自各种电子干扰和天 线热噪声 ,内部噪声来自电阻 、馈 线 、晶体管 、集成电路

4、 ,特别是各 种放大器 、激光器更是内部噪声 的主要来源 。由于噪声总是与信号相对立 而存在 ,因此在检测信号时不能 只看信号的大小 ,而要根据系统输出信号与噪声的功率比值来检 测 ,这就是信噪比 (S/ N )。在技术 上 ,常常要用射频信号和杂波信 号的比值来衡量系统的质量 ,这 就是载噪比 (C/ N ) 。C/ N 和 S/ N之间因调制方式或电路特性而有 差异 。在光纤和同轴电缆混合传 输的有线电视网络中 ,系统的噪 声特性由两部分构成 ,一部分是 光纤链路的噪声特性 ; 另一部分1 0式 中 : C / N1 为 光 链 路 载 噪比 ; C / N2 为 同 轴 电 缆 网 络

5、载 噪 比 。在光纤链路中 ,噪声特性由 三部分组成 ,一是激光器的相对强度噪声 (C/ NR ) ,二是光接收机 的量子噪声 (C/ NQ ) ,三是光接收 机的电放大器的噪声 (C/ NA ) ,三者和接收光功率的关系可以用图1来表示 。由图1可知 ,在接收光功率 +2 - 2dB m 时 ,光功率差1dB m , C / N 也 差 1dB m 。当 光 功 率 较 小 时 ,C/ N 就取决于光接收机的电 放大器了 。光链路的 C / N 与输入到光接 收 机 的 光 功 率 大 小 有 较 大 关 系 ,但也不能太大 ,一般不超过 +2dB m ,否则不仅失真会变大 ,还 容易烧坏光

6、接收机 ,设计的最佳频率分量以外的新 频 率 分 量 。产 生142Ra dio& TV Bro a dc a st Engine e ring/AU G. 2001Ca bleVoic e有线电视语音查询/ 报障系统北京广知捷信技术中心电话 :010 - 68042703 、68018291传真 :010 - 68010693优质服务 品质保证图 1 载噪比与接收光功率关系图HFC 有线电视网络的 C/N、CTB、CSO 三大技术指标及其关系浅析值为 - 10dB m 。另外 ,有研究表明 ,光发射机 的 C / N 与传输频道数和每频道 的调制指数有关系 。对于质量较 好的光发射机 ,当传

7、输射频信号 的频道数变化时 ,A GC 电路将使 光发射机的 C/ N 相应变化 ,一般 来说 ,与传输频道数的平方根成 反比关系 。当总调制指数基本恒 定时 ,传输频道数减少 ,每频道调 制 指 数 则 增 加 , C / N 将 获 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 为 加 载 频 道 数 。对于无 A GC 功能的光发射机 ,其 C/ N 与信号电平成正比例 关系 。当某一频道信号电平偏低 时 , 该 频 道 的 C / N 值 将 明 显 偏 低 。因此 ,前端设备输出信号电平 的平坦度和输出电平的稳定

8、度也 是至关重要的 。在系统设计时还需要注意的 一个问题是 :在光链路中 ,光信号 在光纤中传输时 ,由于瑞利散射 的影响 ,C/ N 将劣化 ,光纤越长 , C / N 劣化越大 。因此 , 在进行光 链路级联时 ,级联后的 C/ N 要按 下式估算 :C/ N 总 =器是产生噪声的主要原因 ,在单级放大器电路中 ,放大器输出载 噪比与放大器噪声系数成反比 , 与输入载噪比成正比 ,可用下式 表示 :C/ Nu = C/ Ni / NF式中 : C / Nu 为输出载噪比 ; C / Ni 为输入载噪比 ; NF 为放大器噪声系数 。当多级放大器级联时 ,总的 输出 C/ N 可用下式表示

9、:C/ N 总 = C/ N 单 10l gn式 中 C / N 单 为 单 级 放 大 器 的载噪比 ,n 为放大器级联数 。多级放大器级联时的总载噪 比还可用下式表示 :C/ N 总 = U 入 - 10l gn - NF -2 . 4式 中 , U 入 为 输 入 电 平 , 2 . 4 为常温下基础热噪声电平 。分析 上面的式子可以看出 ,要提高同 轴电缆网络的载噪比 ,一是要提 高放大器的输入电平 ,二是要降 低放大器的噪声系数 ,提高前级 输入载噪比 ,减少级联数 ,但是放 大器输入电平过高容易使放大器 工作在非线性状态而引起非线性 失真 。考虑到新装放大器增益还 会有所下降 ,调

10、试时 ,要留适当裕 量 ,一般比最大增益时降低2dB 。 因此 ,提高同轴电缆系统 C/ N 和 降低非线性失真彼此矛盾 ,互相 关联 ,调试时要两者兼顾 。量 则 比 较 小 , 因 此 在 H FC 网 络中非线性失真 C TB 和 CSO 主要 是由光链路产生的 。光 链 路 的 C TB 和 CSO , 主 要受光发射机激光器和光接收机 电放大器的影响 ,而光发射机失真度大小主要受调制度大小的影 响 。对 于 质 量 较 好 的 激 光 器 , C TB 值都较好 ,即使不加预失真 校 正 , 也 不 会 低 于 65dB 。所 谓 预失真校正 ,就是一种使激光器线 性化的技术 ,即通

11、过产生与射频 输入信号等幅 、反向的信号抵消 激光器引入的失真 ,使具有复杂 失 真 特 性 的 激 光 器 线 性 化 。而CSO 指标一般不会太高 ,不加预 失 真 校 正 时 , 可 达 60dB , 加 预 失 真 校 正 后 , CSO 也 只 有 62dB 左 右 。有研究表明 ,光发射机 C TB和 CSO 与输入电平和调制度存 在以下关系 : 当射频输入电平增 大 1dB , 即 调 制 度 增 大 12 . 2 % , C TB 就会变差2dB , CSO 要变差1dB ,但 C/ N 会变好1dB ,光接收机 输 出 电 平 也 将 增 大1dB , 反 之 亦然 。关于光

12、发射机的非线性失真 与传输频道数的关系问题 ,专家 们的意见不尽一致 。有专家做过专门实验 ,如果采用有良好 A GC 功能的光发射机 ,其非线性失真 与传输频道数的多少关系不大 。 因此 ,在系统设计时 ,不必按频道 减少的比例来估算 C TB 和 CSO的改善量 ,而应取规范值进行计 算 。但 对 于 无 A GC 功 能 的 光 发(1 0 - C/ N1 / 1 0 + 1 0 - C/ N2 / 1 0 )式中 : C / N1 和 C / N2 分 别 表 示两级光链路的载噪比 。另外 ,需提及的是 ,我们在验 收和测试很多地方的 H FC 有线 电视网络时 ,发现有些地方的前端设

13、备接地和其它电子设备的接 地没分开 ,或者接地不良 ,使得系 统噪声过大 ,C/ N 欠佳 。因此 ,系 统前端设备的接地十分重要 ,一 定要处理好 。同轴电缆网络部分中 ,放大-2HFC 网络中的非线性失真 CTB和 CSO根据国家行业标准市 、县级 有线广播电视网设计规范 的要 求 ,光链路后的同轴电缆部分延 长 放 大 器 的 级 联 数 不 能 超 过 两 级 ,电缆电路产生的非线性失真射 机 , 当传输的频 道数减少时 , 其 组143广播与电视技术 2001 年第 8 期Ca bleMIS有线电视综合管理系统北京广知捷信技术中心电话 :010 - 68042703 、6801829

14、1传真 :010 - 68010693优质服务 品质保证HFC 有线电视网络的 C/N、CTB、CSO 三大技术指标及其关系浅析表 1 玉溪市光纤联网二期工程技术参数测试表合三次差拍会有所改善 ,设计时可按下式计算 :C TB = 15l g (N1 / N2 )式 中 : N1 与 N2 为 加 载 频 道 数 。因此 ,在进行系统设计时 ,一 定要注意光发射机的功能和技术参数 ,不能一概而论 。由于光纤色散的影响 ,光纤 链路级联时 ,非线性失真指标也 会 劣 化 , 两 级 光 链 路 级 联 时 ,C TB 和 CSO 可按下式估算 :C TB 级联 =小 2dB 。因 此 , 在 系

15、 统 调 试 时 , 要注意它们之间的关系 ,一般来说 , 电平提高 , C/ N 改善 ,但 C TB 和 CSO 会变差 ; 电平下降 ,则反之 。 故在调试时 ,要注意分析 ,不可厚 此而薄彼 。此外 ,前端对信号的处 理过程也将产生非线性失真 ,这 也是需注意的 。很 多 工 程 实 例 已 经 验 证 , H FC 网 络 中 1310n m V SB A M 光 传 输 方 式 的 两 级 光 链 路 级 联 时 ,其 C/ N 、C TB 、CSO 及其相互 关 系 与 上 面 所 述 相 符 。关 于1550n m 光 链 路 级 联 的 情 况 , 最 近我们对玉溪市广电局光

16、纤网络 二期工程进行了测试 ,大致情况 如下 :该工程联通玉溪至新平县 、元江县和易门县 ,光路距离分别9817k m 、 12513k m为和13515k m ; 光 发 设 备 采 用 上 海 霍普 公 司 FO T2202XL ; 光 放 大 器 为 FOA22020 、FOA22013 、FOA22014 ; 光 接 收 机 为 赫 斯 曼O RB 812 型 。玉 溪 至 新 平 为 一 级 光放大 ,其余两县均为二级光放 大 。测得的 C/ N 、C TB 、CSO 等技 术指标如表1所列 。从表中可以看出 ,在相同光设备的条件下 , 光 链 路 的 C / N 、 CSO 和 C

17、 TB 随光接收功率的大 小而变化 ,而且光路距离越大 ,其 劣化度随之变大 ,基本与本文所 述相符 。(收稿日期 :2001203218 ) -C TB1 / 1 5 + 1 0 C TB2 / 1 5 )- 15l g (1 0CSO级联 =- CSO1 / 1 5 +- CSO2 / 1 5 )- 15l g (1 01 0式中 : C TB1 、CSO1 和 C TB2 、CSO2 分 别 为 前 后 两 级 光 链 路 非 线性失真度指标 。在同轴电缆网络中 ,多级放 大 器 级 联 时 , 非 线 性 失 真 C TB 和 CSO 主要因传输频道数量的增加和放大器输入电平过高而引

18、起 ,输入频道越多 ,非性失真将越 严 重 。一 般 来 说 , 输 入 电 平 增 加1dB , 非 线 性 失 真 将 增 加2dB , 反 之 ,输入电平减小1dB ,失真也减数 字 电 视 技 术 研 讨 暨 设 备 演 示 会 日 前 在 成 都 举 行由四川省电子学会主办 , 四川省电子学会广播电视专业委员 会和西部广播电视编辑部承办的 “成都数字电视技术研讨暨设备演示会 ”于 2001 年 6 月 6 日至 8 日 在 成 都 举 行 。来 自 四 川 省 政 府 、广电总局 、四川省各相关部门 以及有关省市广电局的领导 、专 家 和 同 行 120 余 名 代 表 参 加 会议

19、 , 并 就 我 国 数 字 电 视 技 术 现 状 、发 展 趋 势 和 设 备 进 行 了 交 流 、探讨 ; 成都前锋数字视听设备有限公司 、四川数通科技有限公司等单位就数字电视传输 、发 射和接收设备 、有线电视宽带接 入设备等进行了演示 。会议收到学术论文 30 余篇 , 有 20 篇收入 会议论文集 。会议交流水平高 , 设备展示精 , 达到了预期目的 。会议与中国电影电视技术学 会第八届学术年会同时召开 , 与会代表听取了国家广电总局张海 涛副总局长等领导和专家 6 月 6 日大会主题报告 。会议还就四川省 数 字 和 高 清 电 视 产 业 化 向 省委 、省政府提出了建议 。