有线电视网络技术-02第二章性能参数

第二章：CATV性能分析和性能参数评价系统的方法性能参数（客观、定量地评价）主观评价（主观、定性地评价）

靠观众的主观意识来评价电视信号的质量，是最直接、最科学的方法。但其具有一定的主观性（性别、年龄、当时的情绪等因素均会影响到评价的结果）。主观评价的定性好，但定量差。

评价一个系统，有一系列的性能参数（分别反映各种因素对信号的影响程度）。

使信号产生损伤的因素不同，则产生的结果不同，在屏幕上的表现也就不同。如：雪花、重影、网纹状干扰等，都是由不同的原因而引起的。

(1)、信号的失真程度

——

线性、非线性失真等

(2)、噪声的含量评价一个CATV系统的质量主要是从这两个方面来进行评价的。

信号在系统中传输（处理），其质量会受到两个基本因素的制约：噪声噪声在屏幕上的表现第一节：系统的噪声是使图像遭受损害的各种形式的与信号无关的寄生干扰的总和。雪花、噪点，严重时会将图像淹没

内部噪声振荡：如电源交流声，微音效应等。是因为连接、接地不好等造成的，不是必然的，可通过简单措施避免。外部噪声——系统外部的各种形式的杂波干扰。如：雷达、雷电、汽车打火、其它电磁波和射频泄漏等。随机噪声导体热噪声半导体器件的散弹噪声一、系统噪声产生的原因和分类

对于外部的噪声，可采用合理的装配、屏蔽、滤波、避开等措施。

对于内部的噪声，主要从器件的选择、器件工作状态的确定以及采用滤波措施等可使噪声减之最小。减小噪声影响的措施：

根据理论研究可知，任何一个无源网络，不管多么复杂，不管结构如何，它都会产生一个恒定的热噪声功率。这个功率我们称之为基础热噪声功率（或基础热噪声）。它是固定存在的，与外部的信号无关。二、热噪声（基础热噪声）根据我国的电视制式，图像的噪声等效宽度为：

6MHz(5.75MH)，

NTSC：4MHz(3.95MHz)基础热噪声功率：波兹曼常数，1.3810-23(J/K)噪声的频带宽度绝对温度，常温时为293oK在常温下，PAL制的基础热噪声功率：

有线电视系统的阻抗为75，则其基础热噪声电压为：用分贝表示，则基础热噪声电平为：1、载噪比C/N

在CATV系统中衡量射频系统噪声大小通常用载波、噪声功率比这个性能参数，简称载噪比。定义式为：C/N=载波功率噪声功率(C/N)dB=10lg载波功率噪声功率(dB)三、衡量系统噪声的性能参数：

由于CATV的连接阻抗均为75欧姆，所以(C/N)dB还可表示为：(C/N)dB=20lg载波电压噪声电压(dB)

我国国家标准规定CATV系统的载噪比指标为大于等于43dB。即(C/N)dB>=

43dBGB：

信噪比是表示视频系统噪声大小的一个性能参数。它定义为：2、信噪比S/N(S/N)dB=20lg图像信号电压峰峰值噪声电压有效值(dB)(S/N)dB=10lg图像信号峰值功率噪声有效功率(dB)或：

载噪比(C/N)和信噪比(S/N)都是用于衡量CATV系统噪声大小的性能参数。这两个性能参数有一定的内在关系：

(C/N)dB–

(S/N)dB=6.4dB因为：

(C/N)dB=43dB，则

(S/N)dB=36.6dB衡量射频信号噪声大小的性能参数衡量视频信号噪声大小的性能参数四级图像质量的信噪比3、噪声系数

噪声系数F是衡量设备噪声大小的一个性能参数。

对于有源设备来说，噪声除了基础热噪声外，还有晶体管等器件产生的噪声。

F反映了设备产生的总的噪声大小。一般情况下，F>1当设备无噪声时，F=1。

噪声系数F

的定义：有源设备PSIPNIPSOPNO噪声系数F

的物理意义：信号经过有源设备后，载噪比下降的分贝数，即信号经过有源设备后，载噪比下降了FdB个分贝。噪声系数F

的分贝值:FdB=10lgF因为：所以：PNO

=FGPNI放大器G、FPSIPNIPSO=GPSIPNOF对有源设备的噪声影响：放大器G、FPSIPNIPSO=GPSIPNO=FGPNI放大器G、F=1PSIPNIPSO=GPSIPNO=GPNI（无噪声设备）

比较以上两种情况可看出，设备产生的噪声大小为：

FGPNI

–GPNI

=(F

–

1)GPNI

但是，设备产生的噪声大小应该与输入信号无关。事实上，在F

的定义式中PNI为Pno（基础热噪声），则设备产生的噪声功率大小为：(F-1)GPno(F-1)GPno

当放大器前无有源网络时（如放大器前接天线）,则PNI=Pno

。输出信号载噪比为：或：

在输入噪声为基础热噪声时，利用等效原理，可以将设备产生的噪声等效到输入端去，设备则可等效为一个无噪声设备。有噪声的放大器可等效为无噪声的放大器目的：

在分析复杂系统时，可以简化噪声的计算。放大器G、FPSIPnoGPSIFGPno=GPno+G(F-1)Pno

将设备产生的噪声G(F-1)Pno折合到输入端去为(F-1)Pno放大器G、F=1PSIPno+

(F-1)PnoGPSIFGPno将设备产生的噪声折合到输入端,此时设备可看作无噪声的设备多个设备级联时的等效噪声系数（Ft

）：

将各设备产生的噪声折合到其输入端，则每一个设备都可等效为无噪声的设备，N个设备组成的级联系统PSIPNG2,F2Gn,FnG1,F1G3,F3(Fn-1)Pno(F3-1)Pno(F2-1)Pno(F1-1)PnoPSIPNG1G1G2G3GnPSIPN将各设备产生的噪声等效到级联系统的最前端：G2G3Gn

设备产生的噪声折合到级联系统输入端的等效总噪声为:N个设备级联的等效噪声系数为:单个设备产生的噪声等效到输入端为(F-1)PnoFt

设备产生的噪声折合到级联系统输入端的等效总噪声为:N个设备级联的等效噪声系数为:复习

噪声温度是设备噪声性能的另一种表示方法，它与噪声系数的关系为：

TN=（F-1）T0

F——

噪声系数，T0——

绝对温度噪声温度TN：在常温时为2930C

噪声温度适合于表示低噪声设备的噪声性能。在有线电视系统中，放大器采用噪声系数，C波段卫星接收机则采用噪声温度来表示其噪声性能。

放大器是高噪声设备，是有线电视系统中噪声的主要来源，C波段卫星接收机为低噪声设备。卫星接收机：

C波段高频TN=17~25K(0.24~0.36dB)Ku波段FdB=0.5~0.8dB(36.75~59.26K)放大器：天线放大器

FdB=2.5~3dB

干线放大器

FdB=7~10dB一些设备的噪声指标

非线性失真是由于信号所经过的设备输出与输入的非线性关系所造成的。ViVo0线性非线性第二节：系统的非线性失真0ViVo

非线性时：

线性时：当设备为线性设备时，若输入信号为：则输出信号为：直线方程曲线方程没有出现新的频率分量设备的数学模型：放大倍数直流分量当设备为非线性设备时，若输入信号：

则信号经过设备后，会产生许多在输入信号中没有的新的频率分量，如：2次谐波输入频率的线性组合3次谐波三角公式输入频率的线性组合

信号经过非线性设备后，会产生一些新的频率分量，即产生了非线性失真。结论：非线性失真的特点产生了新的频率分量

在CATV传输系统中，进入放大器的输入信号是所有频道的信号的叠加，主要输入频率分量为各频道的载波频率，如：fv1、fv2、fv3、……，这些频率分量经过设备的非线性作用后，会产生许许多多的新的频率分量，如：三次差拍fv1f(MHz)fv2fv3fv4

由于设备的非线性，在其输出端会产生一些新的频率分量，当这些新的频率分量落在了有用频道之内，就会对这些频道的图像产生干扰，我们把这种干扰叫做互调干扰，产生的新的频率分量叫做互调产物。1、互调干扰互调干扰

在画面上出现固定的垂直、水平或倾斜的网纹状干扰。干扰频率越接近载波频率，网纹越粗，反之，网纹越细。

由二次失真项引起的新的频率分量称为二次互调产物，由此而产生的干扰称为二次互调干扰；由三次失真项引起的新的频率分量称为三次互调产物，由此而产生的干扰称为三次互调干扰。互调干扰在屏幕上的表现：非线性失真产物数量与频道数的关系:

频道数N3122847

二次谐波N3122847

二次互调N(N-1)61327562162

三次谐波N3122847

三次互调2N(N-1)1226415124324

三次差拍2/3N(N-1)(N-2)48801310464860——单频道设备产生的失真如：天线放大器、频道放大器等。单频道放大器的结构：带宽为8MHz频道内的互调干扰情况：BPFBPF频带内的互调产物

通过单频道设备的主要频率为：

fV、

fA、fS，它们的倍频、线性组合多数落在频带之外，只有fV

–fS+fA落在本频带内。

f(MHz)fVfSfA频带内的互调干扰（伴音载波和色度副载波干扰了图像）fV+2.07fV

–

fS+fA=fV

–(fV+4.43)+(fV+6.5)=fV+2.07(MHz)(1)载波互调比：

通常用分贝值表示（IM）dB=20lgIM

国家标准：IM57dB（频道间）

IM54dB（频道内）2、衡量互调干扰对图像影响的性能参数载波电平有效值互调产物电平有效值定义：IM=IM与电平的关系f(MHz)fV(a)三次组合差拍比：C/CTB

GB：C/CTB54dB（2）载波组合差拍比图像载波电压有效值落入该频道内的组合三次差拍的簇加权迭加电压C/CTB=20lg组合三次差拍CTB与电平的关系(b)二次组合差拍比：C/CSOGB：C/CSO54dB图像载波电压有效值落入该频道内集聚成簇的二次组合差拍产物的复合电压C/CSO=20lgCSO与电平的关系

除了上面讨论的互调产物外，在三次失真展开项中，还有一些特殊项，例：设输入信号为三个频道的信号，载波角频率分别为：幅度分别为：A、B、C，则放大器的输入信号为：虽然没有产生新的频率分量，但A频道的幅度受到了B、C频道的影响。A、B频道干扰了C频道CM与电平的关系——由三次失真项引起的失真。虽然没有产生新的频率分量，但其它频道的信号转移调制到了本频道上，即在收看一个频道的节目时，会有其它频道的信号在背景上缓慢地移动。这种干扰称作交调干扰（或交扰调制）。交调干扰在屏幕上的表现：

竖直白条纹干扰（雨刷干扰）或图像抖动；当交调干扰严重时会有横条干扰或串像。3、交调干扰（交扰调制）负像交扰调制比（简称交调）：CM用分贝表示：(CM)dB=20lgCMGB:CMdB46dB需要的调制信号的电压（峰峰值）其它频道转移过来的调制信号电压（峰峰值）CM=4、衡量交调干扰对图像影响的性能参数：交调干扰fv1f(MHz)fv2fv3fv4

当各频道的电平不同时，电平低的频道容易受到电平高的频道的干扰，即电平高的频道容易串扰到电平低的频道。交扰调制干扰严重。雨刷状干扰或观察到其它频道的串像。交调干扰

干扰频道信号电平降低1dB，CMdB提高2dB

（降低干扰频道的信号电平是克服交调干扰的有效措施。）交扰调制CM与干扰频道电平的关系：CM与频道数的关系：交扰调制干扰是和频道数有关的，频道数越多，则交扰调制干扰越严重。当系统中传输N个频道时，则每一个频道都会受到其它（N-1）个频道的干扰。交调指标与频道数的关系如下式所示：

(CMN)dB=(CM2)dB

–15lg(N–1)

DG和DP是衡量彩色电视信号质量的两项重要指标，是衡量由于设备的非线性而引起的彩色失真的程度。彩色信号在接收机上的恢复决定于两个因素：5、微分增益(DG)与微分相位失真(DP)色度信号的幅度

——

决定颜色的浓淡、深浅

色调色度信号的相位

——

决定颜色的组成

色饱和度DGMAX——

信号在整个动态范围内最大的DG值

微分增益失真的定义微分增益失真

——信号在整个动态范围内最大DG偏差的相对值，即：DG0——

消隐电平上色同步信号的DG值MAX——

信号在整个动态范围内最大的值

微分相位失真的定义微分相位失真

——信号在整个动态范围内微分相位的最大绝对偏差值，即：0——

消隐电平上色同步信号的值DG失真——会引起色饱和度的失真；GB：DG失真10DP失真10o引起颜色浓淡、深浅的变化DP失真——会引起色调的失真。引起颜色的变化

每个有线电视系统都是用市电供电的，它不可避免会带来一些交流声干扰。市电频率为50Hz，干扰频率不仅为50Hz，还有其倍频100Hz

，或更高的频率。六、交流声调制fs

fc

fv

f(MHz)fV+100HzfV+50Hz产生交流声干扰的原因：

电源接地不好，滤波不好、波纹过大，使放大器的放大量受到50Hz市电的控制。

这种干扰在调制器中要重点防范。措施：采用箝位电路，使同步头不受市电频率的影响。衡量交流声干扰的性能参数

——信号交流声比（HM）HM=标准图像调制电压峰峰值交流声调制电压峰峰值定义：通常HM用分贝值表示：HMdB=20lgHMGB：HMdB

46dB在屏幕上的干扰表现：

一条或几条黑色的横道在屏幕上上下滚动。一、产生线性失真的原因：信号通过具有电抗元件的线性电路后产生的波形失真——线性失真。是由于网络的频率特性不好而产生的频率失真。

由于系统特性产生的失真，与信号本身的幅度无关，输入与输出信号之间保持线性关系。第三节：系统的线性失真特点：无新的频率分量产生。电抗元件的线性电路无源网络二、衡量线性失真的性能参数：1、频道内的幅频特性：

——主要是对单频道设备提出的要求

指在规定的频道内（8MHz），系统设备输出端与输入端之间信号的增益随频率变化的规律。一般用不平坦度来衡量频道内的幅频特性：0dB不平坦平坦

取图像载波处的幅度为基准，其它频率点的幅度变化相对于基准点的值——不平坦度。0dB

若不满足幅度的要求，会引起颜色深浅的变化（色饱和度失真）。2dB（8MHz内）0.5dB（在任何0.5MHz内）GB：频带内的幅频特性：限制在很窄频率范围内的突变0dB0dB

信号在通过线性网络时，若群时延不为常数，设备对每一个频率分量的延时不同，则会产生失真。对人眼所能观察到的失真，主要影响在色度和亮度信号之间的时延。

指标GB：100ns

色/亮时延差若不满足要求，则人眼可观察到彩色镶边现象。2、色/亮时延差：第四节：系统的反射一、产生反射的原因：阻抗不匹配，是由于连接不好引起的。系统中有反射后在屏幕中的表现：重影，有时为多重重影。产生重影的原因：1、系统内部反射（阻抗不匹配）；2、空中反射（附近有障碍物）；3、窜扰（空中强电视信号从系统中某一处窜入）关于重影的讨论对于重影的判断左重影（干扰信号的到达晚于有用信号）

——窜扰重影（屏蔽不好）右重影

——

空中反射（附近有反射物）系统反射（系统匹配不好）1、反射系数：ρU反U入定义：ρ＝ρdB＝20lgU反－20lgU入二、衡量反射的性能参数完全匹配时（无反射），dB=–dB（

=0）完全不匹配（全反射），

=0dB

（

=1）定义：U入U反D＝D=1/，DdB=–20lgU反U入ρ＝完全匹配时，DdB=；全反射时，DdB=0部分反射时，DdB02、反射损耗：D3、电压驻波比：S定义：UmaxU入+U反UminU入–U反S=

=1+

D+1

1–D–1S=

=U反U入ρ=U入U反D＝

无反射时，S=1；有反射时，S0

在发射机中用此指标，表示功率能否完全发射出去。4、回波值：E

为了准确了解系统反射的情况，国标规定必须对有线电视系统的回波值E进行测量。回波值没有具体的物理意义，它是按照规定方法测量得到的测量值。这时测量的结果即考虑了反射波的反射量，又考虑了反射波的延时量，与实际观察到的重影比较符合。GB：E7%与延时量100ns基本相符第五节：系统技术指标的叠加与分配指标叠加在分析系统和测试系统时要用到指标的叠加计算。已知各设备、各部分的指标，求系统的总指标。指标分配在设计系统时要用到指标的分配计算。已知系统的总指标要求（要符合国家标准的要求），求系统各部分、各设备的指标。一、指标的叠加

根据不同指标的特性，指标的叠加规律可分为如下三种：

算术叠加（电压叠加、线性叠加）均方根叠加（功率叠加）减算的算术叠加常用于电压的叠加，所以也称为电压叠加规律。在CATV中，指标C/CTB、IM3、CM

采用算术叠加。如：有n个设备级联，各设备的C/CTB

指标相同，则级联后总指标为：

(C/CTB)dB总=(C/CTB)dB–20lgn

算术叠加总指标分指标（通常为电压）

根均方叠加总指标分指标（通常xi为电压）

当

xi为电压时，则对于功率来说，是直接叠加，因此，均方根叠加也称为功率叠加。在CATV中，指标C/N、HM采用功率叠加。

在CATV的干线传输系统中，若有n级放大器级联，各放大器的(C/N)dB相同且已知，则干线传输系统的(C/N)dB传为：

(C/N)dB传=(C/N)dB–10lgn单个放大器的指标n—放大器的级联个数

减算的算术叠加总指标xi—分指标—加权系数

当各分指标相同时，即x1=x2=…=xn

则总指标为：XdB=X1dB–15lgn减算叠加是介于电压叠加和功率叠加之间的叠加。在CATV中，指标C/CSO、IM2、CM与频道数的关系采用此叠加规律。二、指标的分配在进行系统设计时，要考虑指标的分配。步骤：根据系统总指标的要求要满足国家标准的要求各组成部分所要达到的指标指标分配

选设备（要考虑指标、造价等