有线电视系统质量指标的极限裕量分析

1、有线电视系统质量指标的极限 裕量分析有线电视系统质量指标的极限裕量分析林挺逵 浙江省台州市路桥区乡镇广电站退休职工零星用户发生数字电视 “马赛克” 故障的原 因，主要是用户室内分接多台电视时线路处理不 当，导致电平过低、 載噪比劣化或阻抗失配引入 干扰引起，也有一些是户内私接低档放大器劣化 了失真指标引起； 而成片用户发生数字电视 “马 赛克”故障的原因， 除了前端处理技术上的问题 以外，主要是网络质量波动引起系统失真指标或 載噪比指标劣化造成的。 虽然数字电视对网络的 失真指标和載噪比指标要求比模拟电视低得多， 但也无法承受质量指标大范围的波动； 特别是收 视数字电视节目时一旦出现“马赛克”

2、 ，用户就 看不好、甚至看不到电视，必然当即投诉，也不 能容忍维修拖延时间。 因此，数字电视整体平移 转换以后，对系统质量指标稳定性的要求就大大 提高了。 提高系统质量指标稳定性， 可以采取综 合性的措施，而设法增加系统“指标裕量”则是 其中的一条重要措施。 因此作者认为， 在当前数 字电视整体平移转换工作在全国各地已经起步 或即将起步这个时期，讨论 “有线电视系统质 量指标的极限裕量” 问题是很有必要的， 特提出 来与有兴趣的同仁一起研讨。1 有线电视系统质量指标极限裕量的基本 概念和标示方法有线电视系统的失真指标劣化到一定程度 时，数字电视就会出现“马赛克”现象，导致无 法收看。作者试把有

3、线电视系统的失真指标劣化 到刚刚使数字电视出现 “马赛克” 现象时的失真 指标，称作“有线电视系统的极限失真指标” ； 将系统实际失真指标与 “极限失真指标” 的差距， 称作“有线电视系统失真指标的极限裕量” ，简 称“失真极限裕量”或“上裕量” 。 由于大多数地方没有失真指标测量设备， 即 使有测量设备， 使用它准确地测量失真指标也有 相当大的难度， 因此用失真指标数值来标示系统 “上裕量” 的大小是困难的、 没有实际推广应用 意义的。那么用什么参数来标示“上裕量”的大 小比较简单而且适用呢？ 目前，有线电视系统的总前端或分前端都设 置有光发射机，由于提高光发射机的输入电平会 劣化光链路的失

4、真指标， 同时会使这台光发射机 以下的全部光接收机和放大器的输出电平提高， 致使它们的失真指标劣化， 结果造成这台光发射 机以下整个系统的失真指标劣化， 劣化程度和光 发射机输入电平的提高量相关。 因此，作者提议 采用前端或分前端光发射机输入电平的 “最大容 许提高量”，来标示某总前端系统或分前端系统 的“上裕量”；在使用光调制度自动恒定型或电 平 AGC 型光发射机的地方， 可以临时改成 MGC 状态并调试至光接收机输出电平为常规值时测 试；也可以用光接收机或（第一台）放大器的输 出电平“最大容许提高量” 来标示其下属系统的 “上裕量”。比如，将某乡镇分前端的光发射机 输入电平，在常规实际数

5、值上再提高 5dB 时， 系统末端刚出现“马赛克”现象，则判定该乡镇 有线电视系统的“上裕量”为5dB;若将另一个 乡镇分前端的光发射机输入电平在常规实际数 值上再提高 2dB 时，系统末端刚出现“马赛克” 现象，则判定该乡镇有线电视系统的“上裕量” 为2dB;并可以判定前者的“上裕量”比后者优 3 dB。有线电视系统的 C/N 指标劣化到一定程度 时，数字电视就会出现“马赛克”现象，导致无 法收看。作者试把有线电视系统的C/N指标劣化 到刚刚使数字电视出现“马赛克”现象时的 C/N 指标，称作“有线电视系统的极限 C/N 指标”； 将系统实际C/N指标与“极限C/N指标”的差距， 称作“有线

6、电视系统 C/N 指标的极限裕量”，简 称“C/N极限裕量”或“下裕量”。根据前面同样道理， 作者提议采用前端或分 前端光发射机输入电平的“最大容许降低量” ， 来标示某总前端系统或分前端系统的 “下裕量”， 在使用光调制度自动恒定型或电平 AGC 型光发 射机的地方， 可以临时改成 MGC 状态并调试至 光接收机输出电平为常规值时测试； 也可以用光 接收机或（第一台）放大器的输出电平“最大容 许降低量”来标示其下属系统的“下裕量” 。比 如，将某乡镇分前端的光发射机输入电平， 在常 规实际数值上调低 10dB 时，系统末端刚出现“马 赛克”现象，则判定该乡镇有线电视系统的“下 裕量”为10d

7、B;若将另一个乡镇分前端的光发 射机输入电平，在常规实际数值上调低 6dB 时， 系统末端刚出现“马赛克”现象，则判定该乡镇 有线电视系统的“下裕量”为6dB;并可以判定 前者的“下裕量”比后者优 4 dB。用以上方法测量标示 “上裕量” 和“下裕 量” 的 dB 数值愈大，分别表示系统的失真指 标和 C/N 指标愈好、系统质量指标的稳定性愈 好。因此也是一种鉴定系统质量指标优劣的方 法，既简单方便，又有实用意义。2 系统指标“上裕量” 和“下裕量”的测 量方法现场观察人员从光接收机以下最末级用户 放大器输出口线路中取出有线电视信号， 接到如 图 1 所示的测量线路中的可调衰减器 AT 的信号

8、 输入口；先调节可调均衡器 EQ，使场强仪（最 好用高、低端双显示者）高、低端的读数基本相 等；然后调节可调衰减器 AT，使电平读数为60 dB 左右，并在整个测量过程中保持电平读数不低于50 dB、不高于70 dB,以防止机顶盒因输 入电平过高或过低而出现意外的 “马赛克”而影 响测量结果；再开通机顶盒和电视机电源，密切 观察数字电视画面质量，并打开手机与前端实验 操作人员随时保可调均衡器可调衰减器图1有线电视指标极限裕量测量器件连接图 持联系，一旦发现电视画面刚出现“马赛克”现 象时立即报告，以便让前端操作人员及时纪录此 时光发射机输入的电平数值。在测试前可以预先 将各级放大器的输出电平按

9、常规值调准， 也可以 不调，只需进行测量比较的各个地方做法统一， 便于比较。前端操作人员首先测量纪录常规运行时光 发射机输入电平的实际数值，然后缓慢调高发射 机输入电平，当接到现场观察人员报告电视画面 刚出现“马赛克”现象时立即停止，测量、纪录 此时光发射机的输入电平，算出电平的提高量即 “上裕量”值。再重新试验测量，一从光发射机输 入电平的常规实际运行数值开始缓慢调低发射 机输入电平，当接到现场观察人员报告电视画面 出现“马赛克”现象时立即停止，测量、纪录此 时光发射机的输入电平，算出电平的降低量即 “下裕量”值。3系统指标“上裕量”降低原因分析作者从长期的有线电视系统设计、调试和管 理维护

10、实践中体会到，在现实中，造成有线电视 系统失真指标劣化的原因有两个大方面： 其一是 在线性区内正常运行的各个器件失真产物的累 积，即“累积失真”；其二是个别运行在非线性 区(或附近)器件的失真产物 “爆发”形成的“爆 发失真”。(1)关于累积失真 现以三次差拍比 CTB 指标来说明系统累积 失真问题。三次差拍比 CTB 指标的原始计算公式是：CTB指标值=20lg (指定频道图像载波电压/ 落入该频道 CTB 产物加权电压)=20lg 图像电压 -20lg CTB 产物 电压=图像电平 - CTB 产物电平即：CTB指标值=图像电平-CTB产物电平 ( 1)或： CTB 产物电平 =图像电平

11、- CTB 指标值( 2 )550MHz 推挽放大模块的输出电平在 104 dB (查表得出图像载波电压为 158.5mV )、59 个频道时的CTB指标值CTBio4=59.3 dB，根据 算式( 2)计算得出此时的 CTB 产物电平为 44.7 dB( 104-59.3)，查表得出 CTB 产物加权电压为 177 卩 V。当上述放大模块的输出电平在 96 dB 时(查 表得出图像载波电压为 63.1mV )， CTB 指标值 为 75.3 dB 59.3+2 X (104-96)，根据算式(2) 计 算得出 此时的 CTB 产 物电平 为 20.7 dB( 96-75.3)，查表得出 CT

12、B 产物加权电压为 11 卩V。光链路的CTB指标值通常为65 dB,如果 光接收机的输出电平为95 dB (查表得出图像载 波电压为 56.23mV )，那么根据算式( 2)计算 得出此时的 CTB 产物电平为 30 dB( 95-65)，查 表得出CTB产物加权电压为31.62卩V。以上例子中的放大器和光发射机， 都是工作 在通常所说的“线性区”范围内，前面已经计算 出它们所产生出的失真产物具体数量值， 证明工 作在线性区的范围内的各个有线电视器件也都 会产生少量的失真产物 (因为实际上放大器不可 能有绝对不产生失真的纯粹线性区) ，这些失真 产物最终会汇聚累积在系统的输出口， 即本文所

13、说的“累积失真”。如果系统的指标设计和调试 都搞得很好，系统的输出口的 CTB 指标能够达 到设计值55 dB,当系统出口电平为65 dB (查 表得出图像载波电压为 1.778mV )时，根据算 式( 2)计算得出此时累积的 CTB 产物电平为 10 dB (65-55),查表得出CTB产物加权电压为 3.162卩V。此时由于图像电平远远高于 CTB产 物的电平,图像信号掩盖了 CTB 产物的干扰信 号,因此从电视机屏幕上一般看不出明显的失 真；但是, 如果在总前端将加在调制器上的电视 视频信号撤除, 那么从电视机屏幕上就可以清晰 地看出各类失真产物的干扰信号, 这些干扰信号 就是系统中各个

14、器件累积的失真产物。系统的“累积失真”愈严重, “上裕量”数 值必然降低得愈多。现实中“累积失真”超过设 计指标要求的情况, 在多级光缆系统中是比较普 遍的,其人为方面的原因, 主要是由于业界有一 些同仁误以为“有线电视器件工作在线性区内是 不会产生失真的” ,因而放松了指标设计和器件 选择的要求、 忽视了指标的具体落实和核算。 比 如在前端、分前端使用 30 dB 增益的放大器, 采 用高电平输出光接收机实行区域有线电视联网, 高电平输出的用户放大器多级串联使用, 光发射 机的输入电平超过规定标准等等。( 2)关于“爆发失真” 当放大器和光发射机工作在线性区的范围 内时,虽然也会产生少量的失

15、真产物, 此时 CTB 指标的量值符合工作电平变化 1 dB、CTB 指标 变化 2 dB 的规律,可应用相应的计算公式来计 算出具体的数值。 但是当这些器件的工作电平提 高到某种程度而进入非线性区时， 失真产物就会 “爆发性”地增加，其量值的变化远远超过“工 作电平变化1 dB、CTB指标变化2 dB的规律”, 因此作者试把此时的失真称为“爆发失真” 。在 有线电视系统中， 只要有一个器件进入 “爆发失 真”的非线性工作区， 那么其下面的整个系统的 失真指标都被毁坏， “上裕量”就有可能被“挤 光”。造成这种“爆发失真”的原因，作者亲身接 触过或在实际工作中了解到的主要有以下几类：第 1 ，

16、没有施工图纸安装电缆网络引起。 早些年，通常都在没有施工图纸的情况下安 装电缆网络， 干线放大器的间距通常由技术人员 根据（放大器增益十电缆衰减量） 估算出一个长 度数值交代施工人员去实施， 如果一台干线放大 器带一条干线一般不会出问题， 倘若向左、向右、 向前共带三条干线， 施工人员往往也按规定长度 定间距，结果这台放大器必须提高输出电平才能 满足信号供应。无图纸施工时， 用户放大器的安放位置由施 工人员在现场确定， 在农村用户高度分散而且远 距离分配的条件下， 施工过程中就可能出现信号 不够分配的情况， 只能以提高放大器的输出电平 来解决。无图纸施工时， 不可能留下穿插发展有线电 视用户的

17、余地，早年有线电视初装入户率很低， 当地只有 40% 左右，沿海、山区更低，经过几 年的穿插发展用户以后， 插入点以下用户电平必 然降低，只有采取提高放大器输出电平来解决。以上几种情况都有可能使放大器进入 “爆发 失真”的临界状态，一旦网络电平稍有波动，就 可能发生“爆发失真” 。第 2，光发射机输入电平过高。具有 AGC 功能或失真指标恒定功能的光发 射机，厂家都标明（比较大的）输入电平的容许 范围，只要开通这些功能， 使用时一般不会出问 题；没有上述两种功能的普通型光发射机， 如果 厂家采用规范的方法标示输入电平， 定出系统满 载时的输入电平值、 非满载时输入电平的计算方 法，使用时也不会

18、出问题； 但是有一些普通型光 发射机的生产厂家，标示输入电平的方法不规 范，标示出比较大的输入电平的容许范围 、又 不说明取值的方法， 使用时容易发生输入电平过 高而进入“爆发失真”的临界状态。第 3 ，光接收机输出电平过高。 由于国产光接收机的技术说明书中通常都 没有标示其末级电放大器的指标参数， 致使不少 业界同仁误以为光接收机无论输出电平有多高， 它的指标都已经包含在光链路指标值之中， 因此 认为光接收机的输出电平调得愈高愈好， 就有可 能使末级放大器进入“爆发失真”的临界状态。第 4 ，双模块放大器调试不当。 多数双模块放大器的前级模块之前没有衰 减器，在电缆干线中使用时， 由于电缆的

19、衰减以 后到达放大器入口的电平不高， 一般不会引发问 题。但在前端、分前端使用时，由于混合器或光 接收机输出的电平较高， 直接送入双模块放大器 以后，虽然两模块中间的衰减量调至最大值以后 可以使放大器的输出电平达到要求值， 但由于前 级模块已经过载，因此发生过“爆发失真”的实 际事例。第 5 ，线路故障处理不当。 电缆接头和过流分支器进水会引起高端电 平下跌，导致下一级放大器输出电平调不到要求 值。维修人员查不出原因或为了贪图省事， 往往 以提高前级放大器的输出电平来解决问题， 此时 就可能使该放大器进入 “爆发失真”的临界状态。第 6， 放大器自激故障。 当地使用三种品牌的用户放大器， 各乡

20、镇普 遍反映其中一种放大器在系统电平稍一波动时 就出现失真指标急剧劣化现象， 致使电视无法收 看、引起用户投诉。 起初以为其中所用放大模块 有问题， 作者用模块代换的方法试验， 排除模块 质量问题。最后初步判断为放大器结构设计不合 理引发自激故障引起。 该用户放大器电源部分和 放大部分安放在同一侧铝外壳中， 而外壳体积比 同法安装的要小得多， 器件十分拥挤， 电源变压 器不能平卧、只能侧放，其输入、输出引线无法 紧贴底板而悬在半空， 可能成为高频信号回串通 道；加上信号输入接口设在左端中间位置 （其他 品牌则设在左端上方，远离电源引线） ，与下方 的电源部分引线紧靠，更易引起信号回串。4 系统

21、指标“下裕量”降低原因分析 造成系统指标“下裕量”降低的原因，作者 亲身接触过或在实际工作中了解到的主要有以 下几类：第 1，在没有施工图纸的情况下安装电缆网 络，在干线多分支的情况下容易造成放大器高端 输出电平调不到设计值， 虽然有些点可以将前级 放大器的输出电平调得特高来解决， 但是有些点 前级放大器的输出电平本身就调不到设计值， 这 就造成一批放大器高端输出电平过低， 即高端输 入电平过低，引起 C/N 指标劣化。第 2， 放大器接头和过流分支器进水，会造 成高端电平下跌， 如果处理不当， 会造成与前例 相似的后果，引起 C/N 指标劣化。第 3， 高增益放大器低输出电平运用，造成 C/

22、N 指标劣化。 有不少地方因种种原因， 采用的 干线放大器和用户放大器的增益都是30dB,当作干线放大器使用时调输出电平为96 dB,其C/N 指标比常规采用 24 dB 增益的放大器要劣化6 dB。第 4， 光接收机接收光功率过低，造成 C/N 指标劣化，尤其是选用低输出电平光接收组件的 光接收机时， C/N 指标劣化更为严重。5 提高系统指标“上裕量” 和“下裕量” 的方法和几条工作原则提高有线电视系指标的“上裕量”和“下裕 量”，实际上就提高了系统质量指标和质量指标 的稳定性， 这样，当系统电平发生上下波动时数 字电视都不容易出现“马赛克”现象。要达到这 个目标，除了针对上两节中指出的造

23、成 “上裕量” 和“下裕量” 降低的几条具体原因采取应对措施 （另有相关文章专题讲述） 外，在有线电视系统 的设计、调试和管理维护工作中应当注意遵循以 下几条工作原则。第 1 ，尽量多留裕量原则。 在有线电视系统指标设计和器件调试工作 中，要遵循多留指标裕量原则， 尽量留下系统设 计裕量和系统发展裕量， 不要挖潜力去提高放大 器的输出电平、 光发射机的输入电平， 要坚决实 行指标满载设计，不要搞非满载设计。第 2 ，力求 0 偏差原则。这里提出“力求 0 偏差原则”，并不是不允 许系统里存在偏差，而是不设“人为偏差” ，将 不可避免的偏差留给大气温度的变化。“0 偏差原则”也叫“中庸原则”或“

24、折 中原则” ,就是在设计结果的可取值范围里，一 般取中间值为最终的设计结果，不人为留出上、 下偏差值； 只定出一个数值， 不给出一个数值的 范围。打个比方说， 如果我们按常规方法设计出 来的放大器的输出电平范围是 94dB98dB ,通 常可标示为 96dB 2dB 。显然，我们在调试放 大器的时候无论调成 94dB 或 98dB ，都在设计 值范围内，因此都是允许的。但是，调在 94dB 时，可以增加上裕量，不能增加下裕量；调在 98dB 时，可以增加下裕量，不能增加上裕量。 在上述条件下， 如果我们在设计文书中定放大器 的输出电平为固定的一个数值 96dB ，不标示上、 下偏差，放大器按

25、 96dB 调试，那么上、下裕量 的增量就相等，系统的稳定性就提高了。所以在设计和调试中力求 0 偏差原则的主 要目的， 就是为了使系统留好基本相等的上、 下 裕量，或者按设计指定的方向留裕量。另外，执 行“0 偏差原则”还可以提高设计和调试的“精 度”。在机械设备的设计文书和图纸中， 任何设计 尺寸都必须标示出上、 下偏差， 以便于制造和装 配。有线电视放大器输出电平等设计参数标示 上、下偏差，一般情况下没有特别的需要。需要说明的是，通常说“减少偏差，可以提 高精度”，“减少误差，可以提高精确度” 。所以， “偏差”和“误差”，“精度”和“精确度”是两 个不同的概念，请读者注意区分。这里所说的“偏 差量”是人为设置的，只要不设置，就是“ 0 偏 差”，因此是可以做到的。有线电视的多数指标 参数的计算和测量结果本身就是近似数值， 要做 到“0 误差”是不可能的，即使是提出“力求 0 误差”的要求也是不现实的。第 3 ，失真指标优先原则。在有线电视指标设计、 调试和网络质量维护 工作中，当发生失真指标和 C/N 指标不能同时 兼顾的情况下， 一般应当遵循 “失真指标优先原 则”，原因有二条：、由于数字电视对系统 C/N指标的要求 比模拟电视低许多， 但对失真指标的要求相对要 严格一些。、在0输出斜率的情况