有線電視放大器質量指標的分析核算

1、有線電視放大器質量指標的分析核算林挺逵 浙江省臺州市路橋區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣電站退休職工國內有線電視已經歷了“無干線同軸網” 、“有干線同軸網” 、“一級光纜網”和“多級光 纜網” 4 個發(fā)展階段，放大器輸出電平計算公式也隨著有線電視發(fā)展階段的交替而更新，因 此先后產生了 4 個相應階段專用的計算公式， 而且筆者又提出了對適用當前的第 4 個計算公 式進行改進和變通的方案 （詳見 關于有線電視基礎理論更新與發(fā)展的幾個問題 ）。由于放 大器失真指標計算公式是輸出電平計算公式的逆運算式，因此， 有線電視放大器質量指標的核算方法和計算公式也要隨之更新。 本文首先分析推導當前適用的有線電視放大器質量指標 的計算公

2、式，然后介紹用系統(tǒng)指標占用系數(shù)分析法（ “K 法”）分析有線電視放大器質量指標 的具體方法。1 放大器質量指標的計算公式 當前放大器質量指標的計算公式主要是兩個，載噪比 C/N 指標計算公式和三次差拍比CTB指標計算公式。為了避免使用對數(shù)運算和適合“K法”方式，下面都討論單臺放大器的情況，略去了算式末項的一10lg n和一20lg n 。1.1 載噪比 C/N 指標計算公式在傳統(tǒng)的有線電視理論中，有線電視放大器C/N指標計算公式是：C/N= Si NF 2.4式中，Nf是放大器的噪聲系數(shù)。實際上，在一般情況下我們是無法用這個公式直接計算放大器的C/N指標的，因為放大器沒有輸入電平 Si 的測量

3、口，輸入電平 Si 的數(shù)值是無法測量出來的。筆者在書刊的一些文章中發(fā)現(xiàn)， 某些作者采用場強儀測量放大器 “輸入電平測量口” 得 出的讀數(shù)，或者前級放大器輸出電平減去電纜衰減量得出的數(shù)值，作為放大器輸入電平Si的數(shù)值代入上式，來計算放大器的 C/N指標，這種做法是錯誤的！因為他們得到的數(shù)值是放 大器“輸入口電平 Si 口”值，不是放大器“輸入電平Si ”的數(shù)值（詳見有線電視放大器的“輸入電平”與“輸入口電平” ）！由于Si = So G用So G去取代上式中的 Si，那么以上算式就成為：C/N= So G NF2.4再由于當前的放大器普遍要設置輸出斜率f,此時放大器的C/N指標會降低f （dB）

4、,因此上式應改為：C/N= So G Nf f 2.4 （1）算式（1）就是當前適用的有線電視放大器C/N指標計算公式。1.2 三次差拍比CTB指標計算公式適用當前使用的有線電視放大器輸出電平的第So=Sa+? ( CTBa-CTB分配到指標)4個計算公式為:這個算式是利用廠家提供的放大器標稱輸出電平Sa時的失真指標 CTBa來進行計算的，由于國內有相當多廠家提供的CTBa指標值存在失準問題，會造成計算失準；另外，光接收末級電放大器實際上是電纜系統(tǒng)的第一級放大器，但國內廠家都沒有標示其失真指標CTBa就無法采用上式來設計其輸出電平。因此筆者提議用104 dB卩V固定值代替標稱輸出電平Sa,用放

5、大模塊的原始失真指標參數(shù)換算成輸出電平為104dB卩V、59個頻道時的數(shù)據 CTB04(和CSQm)來代替CTBa據此設計出放大器的輸出電平So設計算式為：So= 104+ ? ( CTB04 CTB總分配值)放大器實際輸出電平為 So時的失真指標 CTB計算式為上式的逆運算式：CTB= CTB04+ 2(104 So)由于當前的放大器普遍要設置輸出斜率f ,此時放大器的CTB指標會提高f (dB),因此上式應改為：CTB= CTBm+ 2(104 So) + f (2)算式(1)、(2)就是適合當前使用的有線電視放大器質量指標的改進計算公式。為了配合以上兩個計算式計算使用，筆者把有線電視常用

6、放大模塊的增益G噪聲系數(shù)NF和CTB04指標值列如表1，計算時三項指標全部采用表中的數(shù)值。表1有線電視放大器常用放大模塊主要參數(shù)表型號頻率 范圍MHz標稱增益dB最大 噪聲 系數(shù)dB失 真 指 標參 數(shù)放大模塊原始數(shù)據換算成59頻道104卩V輸出后輸出 電平dBmV工作 頻道 數(shù)目CTB dBCSOdBCTB04 dBCSQm dBBGY587 :40-55022.0 :7.0r 44775754P 59.355.8 1MHW622240-55022.0 :7.04477575459.355.8BGY587B40-55027.06.54477575759.358.8MHW627240-5502

7、7.06.54477575759.358.8BGY588 :40-55034.06.5r 44775759.3BGY588N40-55034.06.04477576259.363.8MHW634240-55034.06.544775759.3BGY78740-75021.56.544110535358.557.1BGE787B40-75029.07.0r 44110505655.560.1 1BGE78840-75034.07.044110495254.556.1BGD70240-75018.58.544110585863.562.1BGD702D40-75018.0 :6.0r 441106

8、262P 67.566.1 ”BGD71240-75018.5 17.0r 4411262631 67.667.2 JBGD70440-75020.08.5r 44110575662.560.1 1BGD71440-75020.37.044112616266.666.2BGY885AD40-86018.56.044110585863.562.1BGY885A40-86018.58.04449616159.459.8BGY885B40-86020.07.54449606058.458.8BGY887 :40-86021.5 :6.5P 4449626158.459.8 彳BGY887B40-86

9、029.06.54449606058.458.8BGY88840-86034.07.04449605558.453.8BGD802 :40-86018.59.0P 44129545660.961.2 十BGD81240-86018.57.544132586065.165.3BGD90240-86018.58.044129585864.963.2BGD902L40-86018.57.544129565962.964.2BGD804 :40-86020.0 :7.544129535459.959.2 BGD81440-86020.07.5'4413257.55964.664.3BGD904

10、40-86020.07.54412957.55864.363.2BGD906 :40-86021.57.544129575463.959.2 彳PHILIPS公司模塊型號字母含義：B硅材料，C砷化鎵材料；Y推挽型,D功率倍增型；E 經濟型；0光器件；R回傳接收器件。2 用戶放大器質量指標的分析和核算現(xiàn)以用戶放大器為例， 來說明放大器質量指標分析和核算的方法。因為無論是多級光纜到村居后再用放大器延伸地方， 還是一級光纜直接進樓棟的縣市城區(qū)，最后都是以用戶放大器來執(zhí)行用戶分配任務， 當然，后者用戶放大器可能與光接收機結合在一起組成“高電平輸出光接收機”或“光工作站”。用戶放大器和干線放大器目前通常

11、都用質量檔次基本相同的放大模塊來制造，它們之間的主要差別在于：用戶放大器擔任著直接向用戶提供電視信號的任務，它的標稱增益（G=3033dB）和標稱輸出電平（Sa= 102105 dB卩V）較高；而干線放大器則擔負信號傳輸任 務，通常不直接向用戶提供電視信號，它的標稱增益（G= 2426dB）和標稱輸出電平（Sa=9698 dB卩V）較低。由于用戶放大器的輸出電平較高， 因此它的失真指標較低， 是系統(tǒng)中失真指標占用量最 大的“大戶”，在系統(tǒng)指標設計和考核中必須將它單獨列項，專門考慮，因此對用戶放大器指標的分析核算即顯得格外的重要。2.1用戶放大器平坦輸出時質量指標和指標占用系數(shù)分析2002年，中

12、國有線電視雜志刊發(fā)了一篇關于用戶放大器設計和應用方面的文章，傳抄引用者頗多，至今仍可見之于多處的網頁，影響面相當大，其中提出用戶放大器輸出電平按（100 + 5） dB來調試，即用戶放大器的輸出電平可以調在100105dBu V之間?，F(xiàn)在就試用算式（1 ）、（2）來分別計算用戶放大器輸出電平So分別為100 dB卩V和105 dB卩V時的質量指標。2.1用戶放大器輸出電平 So= 100 dB卩V時的指標和指標占用系數(shù)550MHz用戶放大器最常用的放大模塊是BGY588N查表1得G= 34dB,NF= 6.0dB, CTB04=59.3dB，把以上相關數(shù)據分別代入算式（1 ）、（2）:C/N=

13、 So G NFf 2.4 = 100 34 6 02.4 = 57.6 （dB）查Kc/n表得，Kc/n= 0.0437，即占用全系統(tǒng) 4.37%的C/N指標。CTB= CTB04+ 2(104 So) + f = 59.3 + 2(104 100) + 0= 67.3 (dB)查&tb表得，心=0.243，即占用全系統(tǒng) 24.3%的CTB指標。 當系統(tǒng)中既沒有光纜、也沒有干線放大器 (獨立前端)時，全系統(tǒng)的指標都由放大器占用，按照國標要求(C/N設計值44dB,CTB設計值55dB)來設計系統(tǒng)，那么按CTB指標計算， 全系統(tǒng)總共可以串聯(lián) 100dBy V平坦輸出的放大器 4級(1/

14、0.243 );按C/N指標計算，全系 統(tǒng)總共可以串聯(lián)這種放大器 23 級( 1/0.0437 )(見筆者最近發(fā)的帖子用 K 法計算干線放 大器的最大可串聯(lián)級數(shù) )。2.1.1當用戶放大器輸出電平 So= 105 dB卩V時的指標和指標占用系數(shù)把相關數(shù)據分別代入算式( 1 )、( 2)：C/N= So G NFf 2.4 = 105 34 6 02.4 = 62.6 (dB)查Kc/n表得，Kc/n= 0.0138，即占用全系統(tǒng)1.38%的C/N指標。CTB=CTB1042(104So)f=59.32(104105)0=57.3(dB)查Kctb表得，Kctb= 0.767，即占用全系統(tǒng) 76

15、.7%的CTB指標。 當系統(tǒng)中既沒有光纜、也沒有干線放大器 (獨立前端)時，全系統(tǒng)的指標都由放大器占用，按照國標來設計系統(tǒng)，那么按 CTB指標計算，全系統(tǒng)總共可以串聯(lián) 105dBy V平坦輸出 的放大器 1.3 級( 1/0.767 ) ; 按 C/N 指標計算，全系統(tǒng)總共可以串聯(lián)這種放大器 72 級(1/0.0138 )。在書刊上常見的HFC系統(tǒng)指標設計文書的“指標分配表”中，多級光纜網中分配給電纜 分配網絡的CTB指標Kctb通常為0.40 ,根本不夠給105dB V輸出的1級用戶放大器(需0.767 ) 用，不夠100dBy V輸出2級用戶放大器串聯(lián)(需 0.486 )使用。只有在1級光

16、纜直接到樓棟進行用戶分配的地方，用戶放大器輸出電平為105dBy V,Kctb= 0.767，即占用全系統(tǒng)76.7%的CTB指標時，系統(tǒng)的質量指標還有可能達到國標的設計 值。在 2 級或 3 級光纜直接到樓棟進行用戶分配的地方， 或者下面有干線放大器繼續(xù)延伸信 號的地方，由于用戶放大器不容許占有76.7%的CTB指標，用戶放大器輸出電平也就不可能調為105Db平坦輸出(指按國標設計值設計時)。通過以上計算可知， 在放大器平坦輸出的情況下，用戶放大器的輸出電平在100105dB卩V之間，是用戶放大器輸出電平可取值的“總范圍”，或者說是“極限范圍”，不是所有地方的用戶放大器輸出電平可以任意選取其間

17、的任一數(shù)值，具體的輸出電平值，還得根據網絡中用戶放大器可占用的指標份額，通過進一步的設計計算之后才能得出。2.2 用戶放大器設置輸出斜率以后的質量指標和指標占用系數(shù)分析通過以上計算可知，放大器在平坦輸出時，CTB指標值低、指標占用系數(shù)特大，C/N指標值高、 指標占用系數(shù)畸小， 這個問題可以通過設置放大器輸出斜率來解決。 現(xiàn)在試計算用 戶放大器輸出電平是 105 dB卩V,分別設斜率為5 dB和10 dB時的質量指標和指標占用系 數(shù)。當用戶放大器輸出電平So= 105 dB卩V斜率為5 dB時的指標和指標占用系數(shù)把以上相關數(shù)據分別代入算式(1)、( 2):C/N= So G NFf 2.4 =

18、105 34 6 52.4 = 57.6 (dB)查KC/N表得，KC/N= 0.0437，即占用全系統(tǒng) 4.37%的C/N指標。CTB= CTB04+ 2(104 So) + f = 59.3 + 2(104 105) + 5= 62.3 (dB)查&tb表得，Kstb= 0.437，即占用全系統(tǒng) 43.7%的CTB指標。當用戶放大器輸出電平So= 105 dBy V、斜率為10 dB時的指標和指標占用系數(shù)把以上相關數(shù)據分別代入算式(1)、( 2):C/N= So G NFf 2.4 = 105 34 6 10 2.4 = 52.6 (dB)查Kc/n表得，Kc/n= 0.138，即

19、占用全系統(tǒng) 13.8%的C/N指標。CTB= CTB04+ 2(104 So) + f = 59.3 + 2(104 105) + 10= 67.3 (dB)查Kstb表得，K：tb= 0.243，即占用全系統(tǒng) 24.3%的CTB指標。C/N指標的占用系數(shù) Kc/n= 0.138 , CTB指標占用系數(shù) 心=0.243，兩者已比較接近。此時，如果按常見的HFC系統(tǒng)指標設計文書的“指標分配表”中，在多級光纜網中分配 給電纜分配網絡的 CTB指標Kctb通常為0.40來設計電纜網絡，留足末級用戶放大器輸出電 平達105 dB卩V、斜率為10dB時占用的0.243以后，干線放大器還可占用0.157，

20、尚可串聯(lián)設置23級干線放大器，這樣設計的結果，系統(tǒng)的質量指標可以達到國標設計值?？梢?，放大器，尤其是用戶放大器設置輸出斜率是多么重要！3常見用戶放大器在各種使用條件下的質量指標和指標占用系數(shù)550MHz用戶放大器通常采用推挽放大模塊BGY588N(或 MHW634)放大模塊，750MHz用戶放大器通常采用推挽放大模塊BGE788放大模塊，860MHz用戶放大器通常采用推挽放大模塊BGY888放大模塊，750MHz光接收機的末級放大模塊通常為功率倍增模塊BGD714,860MHz光接收機的末級放大模塊通常為功率倍增模塊BGD814根據以上放大模塊的參數(shù)，當放大器調試成不同輸出電平和斜率時，質量指

21、標和指標占用系數(shù)的計算結果見表2。表2用戶放大器和光接收機末級放大器各種調試方式時的質量指標頻率范圍模塊型號和基本參數(shù)序號輸出電平和斜率C/N指標CTB指標模塊 電平dB V雙端 口出 電平斜率dB數(shù)值dBKc/n數(shù)值dBK:tb550BGY588N1454.60.08767.30.243MHz放G= 34dB2102652.60.13869.30.193大器Nf= 7.0dB3850.60.21971.30.170器CTB04 = 59.3dB4654.60.08765.30.3055104852.60.13867.30.24361050.60.21969.30.193750 MHz 放 大

22、 器BGE788G= 34dBNF= 7.0dBCTB04 = 54.5dB7102454.60.08762.30.4328652.60.13864.30.3439850.60.21966.30.27210104654.60.08760.30.54311852.60.13862.30.432121050.60.21964.30.343860MHz放 大 器BGY888G= 34dBNF= 7.0dBCTB04 = 58.3dB13102652.60.13868.30.21614850.60.21670.3060.08764.30.34316852.60.13866.30.272171050.60.21668.30.216750 MHzBGD714G= 20dBNF= 7.0dBCTB04 = 66.6dB1810096478.60.0661910298474.60.10520104100672.60.13221874.60.10522106102668.60.20923870.60.166241072.60.13