05有線電視系統質量指標的極限裕量分析

1、有線電視系統質量指標的極限裕量分析 零星用戶發(fā)生數字電視“馬賽克”故障的原因，主要是用戶室內分接多臺電視時線路處理不當，導致電平過低、載噪比劣化或阻抗失配引入干擾引起，也有一些是戶內私接低檔放大器劣化了失真指標引起；而成片用戶發(fā)生數字電視“馬賽克”故障的原因，除了前端處理技術上的問題以外，主要是網絡質量波動引起系統失真指標或載噪比指標劣化造成的。雖然數字電視對網絡的失真指標和載噪比指標要求比模擬電視低得多，但也無法承受質量指標大范圍的波動；特別是收視數字電視節(jié)目時一旦出現“馬賽克”，用戶就看不好、甚至看不到電視，必然當即投訴，也不能容忍維修拖延時間。因此，數字電視整體平移轉換以后，對

2、系統質量指標穩(wěn)定性的要求就大大提高了。提高系統質量指標穩(wěn)定性，可以采取綜合性的措施，而設法增加系統“指標裕量”則是其中的一條重要措施。因此作者認為，在當前數字電視整體平移轉換工作在全國各地已經起步或即將起步這個時期，討論 “有線電視系統質量指標的極限裕量”問題是很有必要的，特提出來與有興趣的同仁一起研討。1 有線電視系統質量指標極限裕量的基本概念和標示方法有線電視系統的失真指標劣化到一定程度時，數字電視就會出現“馬賽克”現象，導致無法收看。作者試把有線電視系統的失真指標劣化到剛剛使數字電視出現“馬賽克”現象時的失真指標，稱作“有線電視系統的極限失真指標”；將系統實際失真指標與“極限失真指標”的

3、差距，稱作“有線電視系統失真指標的極限裕量”，簡稱“失真極限裕量”或“上裕量”。由于大多數地方沒有失真指標測量設備，即使有測量設備，使用它準確地測量失真指標也有相當大的難度，因此用失真指標數值來標示系統“上裕量”的大小是困難的、沒有實際推廣應用意義的。那么用什么參數來標示“上裕量”的大小比較簡單而且適用呢？目前，有線電視系統的總前端或分前端都設置有光發(fā)射機，由于提高光發(fā)射機的輸入電平會劣化光鏈路的失真指標，同時會使這臺光發(fā)射機以下的全部光接收機和放大器的輸出電平提高，致使它們的失真指標劣化，結果造成這臺光發(fā)射機以下整個系統的失真指標劣化，劣化程度和光發(fā)射機輸入電平的提高量相關。因此，作者提議采

4、用前端或分前端光發(fā)射機輸入電平的“最大容許提高量”，來標示某總前端系統或分前端系統的“上裕量”；在使用光調制度自動恒定型或電平AGC型光發(fā)射機的地方，可以臨時改成MGC狀態(tài)并調試至光接收機輸出電平為常規(guī)值時測試；也可以用光接收機或（第一臺）放大器的輸出電平“最大容許提高量”來標示其下屬系統的“上裕量”。比如，將某鄉(xiāng)鎮(zhèn)分前端的光發(fā)射機輸入電平，在常規(guī)實際數值上再提高5dB時，系統末端剛出現“馬賽克”現象，則判定該鄉(xiāng)鎮(zhèn)有線電視系統的“上裕量”為5dB；若將另一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分前端的光發(fā)射機輸入電平在常規(guī)實際數值上再提高2dB時，系統末端剛出現“馬賽克”現象，則判定該鄉(xiāng)鎮(zhèn)有線電視系統的“上裕量”為2dB；并

5、可以判定前者的“上裕量”比后者優(yōu)3 dB。有線電視系統的C/N指標劣化到一定程度時，數字電視就會出現“馬賽克”現象，導致無法收看。作者試把有線電視系統的C/N指標劣化到剛剛使數字電視出現“馬賽克”現象時的C/N指標，稱作“有線電視系統的極限C/N指標”；將系統實際C/N指標與“極限C/N指標”的差距，稱作“有線電視系統C/N指標的極限裕量”，簡稱“C/N極限裕量”或“下裕量”。根據前面同樣道理，作者提議采用前端或分前端光發(fā)射機輸入電平的“最大容許降低量”，來標示某總前端系統或分前端系統的“下裕量”，在使用光調制度自動恒定型或電平AGC型光發(fā)射機的地方，可以臨時改成MGC狀態(tài)并調試至光接收機輸出

6、電平為常規(guī)值時測試；也可以用光接收機或（第一臺）放大器的輸出電平“最大容許降低量”來標示其下屬系統的“下裕量”。比如，將某鄉(xiāng)鎮(zhèn)分前端的光發(fā)射機輸入電平，在常規(guī)實際數值上調低10dB時，系統末端剛出現“馬賽克”現象，則判定該鄉(xiāng)鎮(zhèn)有線電視系統的“下裕量”為10dB；若將另一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分前端的光發(fā)射機輸入電平，在常規(guī)實際數值上調低6dB時，系統末端剛出現“馬賽克”現象，則判定該鄉(xiāng)鎮(zhèn)有線電視系統的“下裕量”為6dB；并可以判定前者的“下裕量”比后者優(yōu)4 dB。用以上方法測量標示 “上裕量” 和“下裕量” 的 dB數值愈大，分別表示系統的失真指標和C/N指標愈好、系統質量指標的穩(wěn)定性愈好。因此也是一種鑒定系

7、統質量指標優(yōu)劣的方法，既簡單方便，又有實用意義。2 系統指標“上裕量” 和“下裕量”的測量方法現場觀察人員從光接收機以下最末級用戶放大器輸出口線路中取出有線電視信號，接到如圖1所示的測量線路中的可調衰減器AT的信號輸入口；先調節(jié)可調均衡器EQ，使場強儀（最好用高、低端雙顯示者）高、低端的讀數基本相等；然后調節(jié)可調衰減器AT，使電平讀數為60 dB左右，并在整個測量過程中保持電平讀數不低于50 dB、不高于70 dB，以防止機頂盒因輸入電平過高或過低而出現意外的“馬賽克”而影響測量結果；再開通機頂盒和電視機電源，密切觀察數字電視畫面質量，并打開手機與前端實驗操作人員隨時保圖1 有線電視指標極限裕

8、量測量器件連接圖持聯系，一旦發(fā)現電視畫面剛出現“馬賽克”現象時立即報告，以便讓前端操作人員及時紀錄此時光發(fā)射機輸入的電平數值。在測試前可以預先將各級放大器的輸出電平按常規(guī)值調準，也可以不調，只需進行測量比較的各個地方做法統一，便于比較。前端操作人員首先測量紀錄常規(guī)運行時光發(fā)射機輸入電平的實際數值，然后緩慢調高發(fā)射機輸入電平，當接到現場觀察人員報告電視畫面剛出現“馬賽克”現象時立即停止，測量、紀錄此時光發(fā)射機的輸入電平，算出電平的提高量即“上裕量”值。再重新試驗測量，從光發(fā)射機輸入電平的常規(guī)實際運行數值開始緩慢調低發(fā)射機輸入電平，當接到現場觀察人員報告電視畫面出現“馬賽克”現象時立即停止，測量、

9、紀錄此時光發(fā)射機的輸入電平，算出電平的降低量即“下裕量”值。3 系統指標“上裕量”降低原因分析作者從長期的有線電視系統設計、調試和管理維護實踐中體會到，在現實中，造成有線電視系統失真指標劣化的原因有兩個大方面：其一是在線性區(qū)內正常運行的各個器件失真產物的累積，即“累積失真”；其二是個別運行在非線性區(qū)（或附近）器件的失真產物“爆發(fā)”形成的“爆發(fā)失真”。（1）關于累積失真現以三次差拍比CTB指標來說明系統累積失真問題。三次差拍比CTB指標的原始計算公式是：CTB指標值=20lg（指定頻道圖像載波電壓 / 落入該頻道CTB產物加權電壓）=20lg圖像電壓-20lg CTB產物電壓=圖像電平- CTB

10、產物電平即：CTB指標值=圖像電平- CTB產物電平 （1）或：CTB產物電平=圖像電平- CTB指標值 （2）550MHz推挽放大模塊的輸出電平在104 dB（查表得出圖像載波電壓為158.5mV）、59個頻道時的CTB指標值CTB104=59.3 dB，根據算式（2）計算得出此時的CTB產物電平為44.7 dB（104-59.3），查表得出CTB產物加權電壓為177V。當上述放大模塊的輸出電平在96 dB時（查表得出圖像載波電壓為63.1mV），CTB指標值為75.3 dB59.3+2×（104-96），根據算式（2）計算得出此時的CTB產物電平為20.7 dB（96-75.3）

11、，查表得出CTB產物加權電壓為11V。光鏈路的CTB指標值通常為65 dB，如果光接收機的輸出電平為95 dB（查表得出圖像載波電壓為56.23mV），那么根據算式（2）計算得出此時的CTB產物電平為30 dB（95-65），查表得出CTB產物加權電壓為31.62V。以上例子中的放大器和光發(fā)射機，都是工作在通常所說的“線性區(qū)”范圍內，前面已經計算出它們所產生出的失真產物具體數量值，證明工作在線性區(qū)的范圍內的各個有線電視器件也都會產生少量的失真產物（因為實際上放大器不可能有絕對不產生失真的純粹線性區(qū)），這些失真產物最終會匯聚累積在系統的輸出口，即本文所說的“累積失真”。如果系統的指標設計和調試都

12、搞得很好，系統的輸出口的CTB指標能夠達到設計值55 dB，當系統出口電平為65 dB（查表得出圖像載波電壓為1.778mV）時，根據算式（2）計算得出此時累積的CTB產物電平為10 dB（65-55），查表得出CTB產物加權電壓為3.162V。此時由于圖像電平遠遠高于CTB產物的電平，圖像信號掩蓋了CTB產物的干擾信號，因此從電視機屏幕上一般看不出明顯的失真；但是，如果在總前端將加在調制器上的電視視頻信號撤除，那么從電視機屏幕上就可以清晰地看出各類失真產物的干擾信號，這些干擾信號就是系統中各個器件累積的失真產物。系統的“累積失真”愈嚴重，“上裕量”數值必然降低得愈多?，F實中“累積失真”超過設

13、計指標要求的情況，在多級光纜系統中是比較普遍的，其人為方面的原因，主要是由于業(yè)界有一些同仁誤以為“有線電視器件工作在線性區(qū)內是不會產生失真的”，因而放松了指標設計和器件選擇的要求、忽視了指標的具體落實和核算。比如在前端、分前端使用30 dB增益的放大器，采用高電平輸出光接收機實行區(qū)域有線電視聯網，高電平輸出的用戶放大器多級串聯使用，光發(fā)射機的輸入電平超過規(guī)定標準等等。（2）關于“爆發(fā)失真”當放大器和光發(fā)射機工作在線性區(qū)的范圍內時，雖然也會產生少量的失真產物，此時CTB指標的量值符合工作電平變化1 dB、CTB指標變化2 dB的規(guī)律，可應用相應的計算公式來計算出具體的數值。但是當這些器件的工作電

14、平提高到某種程度而進入非線性區(qū)時，失真產物就會“爆發(fā)性”地增加，其量值的變化遠遠超過“工作電平變化1 dB、CTB指標變化2 dB的規(guī)律”，因此作者試把此時的失真稱為“爆發(fā)失真”。在有線電視系統中，只要有一個器件進入“爆發(fā)失真”的非線性工作區(qū)，那么其下面的整個系統的失真指標都被毀壞，“上裕量”就有可能被“擠光”。造成這種“爆發(fā)失真”的原因，作者親身接觸過或在實際工作中了解到的主要有以下幾類： 第1，沒有施工圖紙安裝電纜網絡引起。早些年，通常都在沒有施工圖紙的情況下安裝電纜網絡，干線放大器的間距通常由技術人員根據（放大器增益÷電纜衰減量）估算出一個長度數值交代施工人員去實施，如果一臺干

15、線放大器帶一條干線一般不會出問題，倘若向左、向右、向前共帶三條干線，施工人員往往也按規(guī)定長度定間距，結果這臺放大器必須提高輸出電平才能滿足信號供應。無圖紙施工時，用戶放大器的安放位置由施工人員在現場確定，在農村用戶高度分散而且遠距離分配的條件下，施工過程中就可能出現信號不夠分配的情況，只能以提高放大器的輸出電平來解決。無圖紙施工時，不可能留下穿插發(fā)展有線電視用戶的余地，早年有線電視初裝入戶率很低，當地只有40%左右，沿海、山區(qū)更低，經過幾年的穿插發(fā)展用戶以后，插入點以下用戶電平必然降低，只有采取提高放大器輸出電平來解決。以上幾種情況都有可能使放大器進入“爆發(fā)失真”的臨界狀態(tài)，一旦網絡電平稍有波

16、動，就可能發(fā)生“爆發(fā)失真”。第2，光發(fā)射機輸入電平過高。具有AGC功能或失真指標恒定功能的光發(fā)射機，廠家都標明（比較大的）輸入電平的容許范圍，只要開通這些功能，使用時一般不會出問題；沒有上述兩種功能的普通型光發(fā)射機，如果廠家采用規(guī)范的方法標示輸入電平，定出系統滿載時的輸入電平值、非滿載時輸入電平的計算方法，使用時也不會出問題；但是有一些普通型光發(fā)射機的生產廠家，標示輸入電平的方法不規(guī)范，標示出比較大的輸入電平的容許范圍 、又不說明取值的方法，使用時容易發(fā)生輸入電平過高而進入“爆發(fā)失真”的臨界狀態(tài)。第3，光接收機輸出電平過高。由于國產光接收機的技術說明書中通常都沒有標示其末級電放大器的指標參數，

17、致使不少業(yè)界同仁誤以為光接收機無論輸出電平有多高，它的指標都已經包含在光鏈路指標值之中，因此認為光接收機的輸出電平調得愈高愈好，就有可能使末級放大器進入“爆發(fā)失真”的臨界狀態(tài)。第4，雙模塊放大器調試不當。多數雙模塊放大器的前級模塊之前沒有衰減器，在電纜干線中使用時，由于電纜的衰減以后到達放大器入口的電平不高，一般不會引發(fā)問題。但在前端、分前端使用時，由于混合器或光接收機輸出的電平較高，直接送入雙模塊放大器以后，雖然兩模塊中間的衰減量調至最大值以后可以使放大器的輸出電平達到要求值，但由于前級模塊已經過載，因此發(fā)生過“爆發(fā)失真”的實際事例。第5，線路故障處理不當。電纜接頭和過流分支器進水會引起高端

18、電平下跌，導致下一級放大器輸出電平調不到要求值。維修人員查不出原因或為了貪圖省事，往往以提高前級放大器的輸出電平來解決問題，此時就可能使該放大器進入“爆發(fā)失真”的臨界狀態(tài)。第6，放大器自激故障。當地使用三種品牌的用戶放大器，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)普遍反映其中一種放大器在系統電平稍一波動時就出現失真指標急劇劣化現象，致使電視無法收看、引起用戶投訴。起初以為其中所用放大模塊有問題，作者用模塊代換的方法試驗，排除模塊質量問題。最后初步判斷為放大器結構設計不合理引發(fā)自激故障引起。該用戶放大器電源部分和放大部分安放在同一側鋁外殼中，而外殼體積比同法安裝的要小得多，器件十分擁擠，電源變壓器不能平臥、只能側放，其輸入、輸出

19、引線無法緊貼底板而懸在半空，可能成為高頻信號回串通道；加上信號輸入接口設在左端中間位置（其他品牌則設在左端上方，遠離電源引線），與下方的電源部分引線緊靠，更易引起信號回串。4 系統指標“下裕量”降低原因分析造成系統指標“下裕量”降低的原因，作者親身接觸過或在實際工作中了解到的主要有以下幾類：第1，在沒有施工圖紙的情況下安裝電纜網絡，在干線多分支的情況下容易造成放大器高端輸出電平調不到設計值，雖然有些點可以將前級放大器的輸出電平調得特高來解決，但是有些點前級放大器的輸出電平本身就調不到設計值，這就造成一批放大器高端輸出電平過低，即高端輸入電平過低，引起C/N指標劣化。第2，放大器接頭和過流分支器

20、進水，會造成高端電平下跌，如果處理不當，會造成與前例相似的后果，引起C/N指標劣化。第3，高增益放大器低輸出電平運用，造成C/N指標劣化。有不少地方因種種原因，采用的干線放大器和用戶放大器的增益都是30dB，當作干線放大器使用時調輸出電平為96 dB，其C/N指標比常規(guī)采用24 dB增益的放大器要劣化6 dB。第4，光接收機接收光功率過低，造成C/N指標劣化，尤其是選用低輸出電平光接收組件的光接收機時，C/N指標劣化更為嚴重。5 提高系統指標“上裕量” 和“下裕量”的方法和幾條工作原則提高有線電視系指標的“上裕量”和“下裕量”，實際上就提高了系統質量指標和質量指標的穩(wěn)定性，這樣，當系統電平發(fā)生

21、上下波動時數字電視都不容易出現“馬賽克”現象。要達到這個目標，除了針對上兩節(jié)中指出的造成“上裕量”和“下裕量”降低的幾條具體原因采取應對措施（另有相關文章專題講述）外，在有線電視系統的設計、調試和管理維護工作中應當注意遵循以下幾條工作原則。 第1，盡量多留裕量原則。在有線電視系統指標設計和器件調試工作中，要遵循多留指標裕量原則，盡量留下系統設計裕量和系統發(fā)展裕量，不要挖潛力去提高放大器的輸出電平、光發(fā)射機的輸入電平，要堅決實行指標滿載設計，不要搞非滿載設計。第2，力求0偏差原則。這里提出“力求0偏差原則”，并不是不允許系統里存在偏差，而是不設“人為偏差”，將不可避免的偏差留給大氣溫度的變化。

22、“0偏差原則”也叫“中庸原則”或“折中原則”,就是在設計結果的可取值范圍里，一般取中間值為最終的設計結果，不人為留出上、下偏差值；只定出一個數值，不給出一個數值的范圍。打個比方說，如果我們按常規(guī)方法設計出來的放大器的輸出電平范圍是94dB98dB，通?？蓸耸緸?6dB±2dB。顯然，我們在調試放大器的時候無論調成94dB或98dB，都在設計值范圍內，因此都是允許的。但是，調在94dB時，可以增加上裕量，不能增加下裕量；調在98dB時，可以增加下裕量，不能增加上裕量。在上述條件下，如果我們在設計文書中定放大器的輸出電平為固定的一個數值96dB，不標示上、下偏差，放大器按96dB調試，那

23、么上、下裕量的增量就相等，系統的穩(wěn)定性就提高了。所以在設計和調試中力求0偏差原則的主要目的，就是為了使系統留好基本相等的上、下裕量，或者按設計指定的方向留裕量。另外，執(zhí)行“0偏差原則”還可以提高設計和調試的“精度”。在機械設備的設計文書和圖紙中，任何設計尺寸都必須標示出上、下偏差，以便于制造和裝配。有線電視放大器輸出電平等設計參數標示上、下偏差，一般情況下沒有特別的需要。需要說明的是，通常說“減少偏差，可以提高精度”，“減少誤差，可以提高精確度”。所以，“偏差”和“誤差”，“精度”和“精確度”是兩個不同的概念，請讀者注意區(qū)分。這里所說的“偏差量”是人為設置的，只要不設置，就是“0偏差”，因此是可以做到的。有線電視的多數指標參數的計算和測量結果本身就是近似數值，要做到“0誤差”是不可能的，即使是提出“力求0誤差”的要求也是不現實的。第3，失真指標優(yōu)先原則。在有線電視指標設計、調試和網絡質量維護工作中，當發(fā)生失真指標和C/N指標不能同時兼顧的情況下，一般應當遵循“失真指標優(yōu)