有线电视传输系统设计新算式汇编培训课件.docx
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有线电视传输系统设计新算式汇编培训课件
有线电视传输系统设计新算式汇编
林挺逵台州市广电总台路桥广电中心
自1996年起至今,笔者在《中国有线电视》和《有线电视技术》、浙江省广电学会会刊《视听纵横》(技术版)上,发表了70多篇有线电视技术论文,其中提出一些有线电视基础理论的更新意见,和一系列新的有线电视质量指标计算式和器件工作状态设计算式、调试方法。
由于这些更新理论和算式散布在10余年的各期杂志中,不便读者查找和运用,现特地将主要的一些算式汇编在一起,并作简要的理论分析和说明,做个总结,供读者参考。
1、有线电视放大器载噪比C/N计算式
①单台放大器(C/N)单
(C/N)单=So-G-NF-f-2.4(dB)
式中:
So为放大器的输出电平,G为放大器的增益,NF为噪声系数,f为放大器的输出斜率。
②多台相同放大器级联总载噪比(C/N)总
先按单台放大器(C/N)单指标计算式算出各台放大器的C/N指标值,查“KC/N表”(附件1)得出单台放电器的C/N指标占用系数KC/N单,再用乘法算出n台放大器总的C/N占用系数KC/N总:
KC/N总=n﹡KC/N单
然后查“KC/N表”得出n台放电器的C/N指标(C/N)总。
③多台不同放大器级联总载噪比(C/N)总
先按单台放大器(C/N)单指标计算式算出各台放大器的载噪比指标值,查“KC/N表”得出各台放电器的C/N指标占用系数KC/N单1、KC/N单2、KC/N单3、……、KC/N单n,再用加法算出n台放大器总的C/N占用系数KC/N总:
KC/N总=KC/N单1+KC/N单2+KC/N单3+……+KC/N单n
然后查“KC/N表”得出n台放电器的C/N指标(C/N)总。
附件1KC/N表C/N—K值速查表(按C/N=44-10lgK推算)(局部)
C/N
44
44.1
44.2
44.3
44.4
44.5
44.6
44.7
44.8
44.9
K
1.00
0.977
0.955
0.933
0.912
0.891
0.871
0.851
0.832
0.813
C/N
45
45.1
45.2
45.3
45.4
45.5
45.6
45.7
45.8
45.9
K
0.794
0.776
0.759
0.741
0.724
0.708
0.692
0.676
0.661
0.646
C/N
46
46.1
46.2
46.3
46.4
46.5
46.6
46.7
46.8
46.9
K
0.631
0.617
0.603
0.589
0.575
0.562
0.550
0.537
0.525
0.513
(注:
全文可见参考文献[2])
说明:
改进算法的理由:
第一,传统的载噪比计算式是:
C/N=Si-NF-2.4,由于算式中放大器的“输入电平Si”数值是不能通过测量直接得到的,只有通过先测出放大器的输出电平So,再用算式Si=So-G计算才能得出!
因此改进算式如前,免得引起误解、避免分两步计算。
我们平时用场强仪在放大器“输入电平测量口”测出的电平叫做“输入口电平Si口”,不是放大器的“输入电平Si”,因此不能用来计算放大器的C/N指标值。
第二,放大器设置输出斜率fdB,它的C/N指标约降低fdB,这点必须计算进去。
第三,避免使用对数和指数幂计算式。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[1]~[4]
2、复合三次差拍比CTB计算式
①单台放大器CTB单
CTB单=CTB104+2(104-So)+f
式中:
CTB104为放大器在59个频道104dBμV输出时的CTB指标值(因为绝大部分放大模块原始参数标示的测试条件是输出电平为44dBmV,即104dBμV),是根据放大模块原始参数推算出来的(附件3),So为放大器的实际输出电平,f为放大器的输出斜率。
②多台相同放大器级联后CTB总指标值CTB总
先按单台放大器CTB单指标计算式算出各台放大器的CTB指标值,查“KCTB表”(附件2)得出单台放电器的CTB指标占用系数KCTB单,再用乘法算出n台放大器总的CTB占用系数KCTB总:
KCTB总=n﹡KCTB单
然后查“KCTB表”得出n台放电器的CTB总指标CTB总。
③多台不同放大器级联后CTB总指标值CTB总
先按单台放大器CTB单指标计算式算出各台放大器的CTB指标值,查“KCTB表”得出各台放电器的CTB指标占用系数KCTB单1、KCTB单2、KCTB单3、……、KCTB单n,再用加法算出
n台放大器总的CTB占用系数KCTB总:
KCTB总=KCTB单1+KCTB单2+KCTB单3+……+KCTB单n
然后查“KCTB表”得出n台放电器的CTB指标CTB总。
附件2K20表CTB—K值速查表(按CTB=5-20lgK推算)(局部)
CTB
55
55.1
55.2
55.3
55.4
55.5
55.6
55.7
55.8
55.9
K
1.00
0.988
0.977
0.966
0.955
0.944
0.933
0.923
0.912
0.901
CTB
56
56.1
56.2
56.3
56.4
56.5
56.6
56.7
56.8
56.9
K
0.891
0.881
0.870
0.860
0.851
0.841
0.831
0.822
0.812
0.803
CTB
57
57.1
57.2
57.3
57.4
57.5
57.6
57.7
57.8
57.9
K
0.794
0.785
0.776
0.767
0.759
0.750
0.741
0.733
0.724
0.716
(注:
全文可见参考文献[2])
附件3常用PHILIPS放大模块参数
型
号
工作频率
范围
MHz
标称
增益
dB
最大
噪声
系数
dB
失真指标参数
放大模块原始数据
换算成59频道
104μV输出后
输出
电平
dBmV
工作
频道
数目
CTB
dB
CSO
dB
CTB104
dB
CSO104
dB
BGY587B
40-550
27.0
6.5
44
77
57
57
59.3
58.8
BGY588N
40-550
34.0
6.0
44
77
57
62
59.3
63.8
BGE787B
40-750
29.0
7.0
44
110
50
56
55.5
60.1
BGE788
40-750
34.0
7.0
44
110
49
52
54.5
56.1
BGD702
40-750
18.5
8.5
44
110
58
58
63.5
62.1
BGD702D
40-750
18.0
6.0
44
110
62
62
67.5
66.1
BGD702N
40-750
18.5
8.5
44
110
58
58
63.5
62.1
BGD712
40-750
18.5
7.0
44
112
62
63
67.6
67.2
BGD704
40-750
20.0
8.5
44
110
57
56
62.5
60.1
BGD714
40-750
20.3
7.0
44
112
61
62
66.6
66.2
BGY887B
40-860
29.0
6.5
44
49
60
60
58.4
58.8
BGY888
40-860
34
7.0
44
49
60
55
58.4
53.8
BGD802
40-860
18.5
9.0
44
129
54
56
60.9
61.2
BGD812
40-860
18.5
7.5
44
132
58
60
65.1
65.3
BGD902
40-860
18.5
8.0
44
129
58
58
64.9
63.2
BGD804
40-860
20.0
7.5
44
129
53
54
59.9
59.2
BGD814
40-860
20.0
7.5
44
132
57.5
59
64.6
64.3
BGD904
40-860
20.0
7.5
44
129
57.5
58
64.3
63.2
说明:
改进算法的理由:
第一,传统的CTB指标计算公式,通常采用厂家在放大器说明书中标示的CTB指标值来计算,而厂家标示的CTB指标值常存在失准(偏高)或不标示的情况,会导致计算失准或无法计算的问题,因此改用放大模块原始参数换算出来的CTB104来计算。
第二,放大器设置输出斜率fdB,它的CTB指标约提高fdB,这点必须计算进去。
第三,避免使用对数和指数幂计算式。
第四,目前应当实行系统指标“满载设计”,不宜再搞“非满载设计”,因此删除常规算式末项“+20lg[(N满载-1)/(N实际-1)]”。
当某些村村通工程中的确需要实行“非满载设计”时,可以根据20lg[(N满载-1)/(N实际-1)]算出CTB指标的提高量,相应降低设计要求指标值就可以了,不必改变设计算式,以简化设计运算。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[1]、[2]、[4]。
3、关于交扰调制比CM指标的问题
系统频道数在20个以下时,交扰调制是系统中最重要、最严重的失真,因此当时采用交调比CM指标(和放大器的最大输出电平Somax)作为放大器输出电平的设计依据。
近年系统中的频道数远远超过20个,复合三次差拍上升为系统中最重要、最严重的失真,因此改为采用复合三次差拍比CTB指标作为放大器输出电平的设计依据,不再采用交调比CM指标(和放大器的最大输出电平Somax),所以已经没有必要再来探讨交扰调制比CM指标的算式问题。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[5]。
4、复合二次差拍比CSO设计算式
①单台放大器CSO单
CSO单=CSO104+2(104-So)+f
其他和前面复合三次差拍比CTB计算式基本相同,而且不常用,这里从略。
5、放大器最大可串联级数计算式
系统的总指标占用系数1,减去前端所占用的指标K前,再减去1级光缆链路所占用的指标K光1,2级光缆链路所占用的指标K光2,……,再减去末级用户放大器所占用的指标K用,剩下的就是电缆干线可占用的系统指标总量K干总,将其除以单只干线放大器系统指标占用量K干单,就得出了干线放大器可串联级数n。
所以,干线放大器可串联级数n的计算公式是:
n=(1-K前-K光1-K光2-……-K用)/K干单……
(1)
目前有线电视的节目套数通常超过20套,在系统设计时通常只要满足载噪比C/N和三次差拍比CTB两项指标就可以了,为此需将上式变成下述两个式子:
n1=(1-KC/N前-KC/N光1-KC/N光2-……-KC/N用)/KC/N干单……
(2)
n2=(1-KCTB前-KCTB光1-KCTB光2-……-KCTB用)/KCTB干单……(3)
n1为满足载噪比指标要求时最大可串联级数,n2为满足三次差拍比要求时最大可串联级数。
实际可选定的最大可串联级数n必须同时满足上述两项要求,因此就有:
n1≥n≤n2…………(4)
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[1]、[6]。
6、放大器输出电平设计算式
笔者提出的有线电视放大器第三套输出电平设计算式共有6个计算式。
其中的中间算式有3个:
放大器的最低输出电平:
So低=C/N分配值+G+NF+2.4(dBμV)
放大器的最高输出电平:
So高=104+(1/2)(CTB104-CTB分配值)(dBμV)
放大器输出斜率最大可取值:
f最大=2(So高-So低)(dB)
选择算式有一个:
放大器实际选用的输出斜率:
f≤f最大(dB)
最终算式有一个:
最终得出放大器的输出电平:
So=So高+f/2(dBμV)
指标余量算式有一个:
放大器C/N指标的设计余量:
C/N富余=(1/2)(f最大-f)(dB)
说明:
改进算法的理由:
第一,传统的放大器工作状态设计算式,是根据放大器的C/N指标设计它的输入电平Si,又根据它的失真指标设计它的输出电平So。
由于单模块放大器的输出电平So和输入电平Si由算式“Si=So-G”“捆成”一个整体,输出电平一旦调定,输入电平的数值也就固定了,对放大器的输入电平Si不可能进行单独的调试,而且放大器的输入电平通常是无法直接测量的。
因此分别设计出来的输出电平So和输入电平Si两项数据,在实际调试中是无法同时落实的,所以,对这种传统的设计方法必须改进。
用新法设计计算出放大器的输出电平So和斜率f以后,在现场调试放大器的时候,先调“输入衰减器”使放大器的输出电平So等于设计值,再调“均衡器”,使放大器的输出斜率f等于设计值即可。
无需顾及放大器的输入电平Si,放大器的载噪比指标和失真指标都会符合设计要求。
第二,传统的放大器输出电平设计算式通常采用厂家提供的CTB指标值来计算,而厂家提供的CTB指标值常存在失准(偏高)或不标示的情况,因此笔者改用放大模块原始参数换算出来的CTB104来计算。
第三,放大器设置输出斜率fdB,它的CTB指标约提高fdB,C/N指标约降低fdB,这点必须计算进去。
而传统的放大器工作状态的设计算式没有考虑这一点。
第四,避免使用对数和指数幂计算式。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[1]、[7]。
7、放大器调试参数计算式
详见图1。
图1放大器调试参数分析图
①放大器输入衰减器的衰减量LAT计算式:
LAT=So前-So-L分-(L百米S百米)+G(dB)
②放大器输入均衡器的均衡量EQ计算式:
EQ=fo-fo前+(ΔS百米)(百米)
当前后级放大器输出斜率相同时:
EQ=ΔS百米(dB)
③放大器间距通用计算式:
S百米=(So前-So-L分-LAT+G)/L百米(百米)
④长距离电缆干线(没有分支线路时)中,干线放大器间距计算式:
S百米=(G-LAT)/L百米(百米)
⑤放大器间距简便计算式:
放大器间距通用计算式为:
S百米=(So前-So-L分-LAT+G)/L百米
由于:
So前-L分=电缆入口电平
因此上式可改为:
S百米=(电缆入口电平-So+G-LAT)/L百米
=[电缆入口电平-(So-G+LAT)]/L百米
=[电缆入口电平-(Si+LAT)]/L百米
通常作间距设计时,取放大器的输入电平Si为放大器的“标称输入电平Sia”(Sia=72dB)、取调节贮备电平LAT=4。
上式最终成为如下的放大器间距简便计算式:
S百米=(电缆入口电平-76)/L百米(百米)
这是最常用的放大器间距计算公式,用此式设计计算的放大器间距,不仅可以保证放大器的高端输出电平能达到放大器的“标称输出电平”值,而且留有4dB的调节贮备电平。
以上式子中:
G为放大器的标称(净)增益,So前为前级放大器的输出电平,L分为输出口分支器的损耗、L百米为电缆百米衰减值,S百米为放大器间距(百米),Si口为下一级放大器的输入口电平,Δ为百米电缆高、低端电平衰减差,So为下一级放大器的输出电平,LAT为放大器输入衰减器的衰减量、也叫调节贮备电平。
所有没有特别注明的电平值,均按惯例为高端电平值。
用衰减插片和均衡插片调试放大器时,也可以用调试参数简化计算式来计算衰减插片的衰减量LAT和均衡插片的均衡量EQ,这样计算出来的调试参数更加准确。
此时,首先要测量出到达所调放大器输入端口信号的高端电平值“Si口”、低端电平值“Si低”,并计算出到达放大器输入端口信号的斜率“fi口”,“fi口=Si口-Si低”。
然后用调试参数简化计算式计算出衰减插片的衰减量LAT和均衡插片的均衡量EQ。
放大器调试参数输入衰减量LAT的简化计算式:
LAT=Si口-So+G(dB)
放大器调试参数均衡量EQ的简化计算式:
EQ=fo-fi口(dB)
算式中So为放大器要求达到的输出电平,fo为放大器要求达到的输出斜率。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[8]、[9]。
8、光发射机输入电平的确定
①当说明书标示光发射机的输入电平为一个固定数的值时。
生产厂家说明书标示的光发射机输入电平是一个固定的数值,如:
59个频道75dB(77个频道72dB)、或者59频道85dB(77个频道82dB),通常是没有AGC控制或者没有光调制度自动恒定功能的普通型光发射机,说明书通常还同时还标明非满载时光发射机输入电平的提高量为:
20lg(满载频道数/实际频道数)。
由于现在都必须按照满载设计网络,因此这类机可以直接输入厂家标示的电平数值,无需按网络中的实际频道数计算了。
②当说明书标示光发射机的输入电平为一个范围时。
光发射机厂家在说明书上标示的输入电平为一个范围,绝大多数是具有“AGC”功能或光调制度自动恒定功能的光发射机(一般在说明书中会注明这些功能),输入电平可以在它的标示范围内选取,一般取中间值,一般也无需考虑系统的实际频道数。
少数品牌是属于配置单模块射频激励放大器(低档次的光机)、没有“AGC”功能或光调制度自动恒定功能的光发射机。
实际上它所标输入电平范围不是所有机台都可随意采用的电平范围,而是所有各台光发射机适用输入电平的分布范围,需要逐台确定它们的输入电平值,只能先从最低电平值试起,逐步提高输入电平,凭光接收机的输出电平(达到合适时,或和使用光调制度自动恒定功能光发射机相同时)和经验选定合适的输入电平。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[10]、[11]。
9、光接收机的选用和输出电平的调试
光接收机内部电放大器的指标,实际上不属于光链路,而是属于电缆分配网络,因此它的输出电平和斜率必须和放大器一样设计和调试,也可用“有线电视放大器第三套输出电平设计算式”来设计。
光接收机首先要根据其用途来选择合适的类型和型号,然后是合理调试,当不进行输出电平设计时,一般可按下列方式调试。
前端和分前端的光接收机,要选用标称输出电平不高于96dB的“信号源型光接收机”,调试方法同前端和分前端的“前置放大器”,调输出电平为92dB左右,斜率0~2dB,使之以接近平坦的信号去驱动下面的光发射机。
用于与大片电缆网络联网的光接收机(例如上一级与村居的光缆联网),要选用标称输出电平不高于100dB“干线放大器型光接收机”,和干线放大器一样调试,调输出电平为96dB左右,斜率4dB。
用以驱动下面的干线放大器和用户放大器。
直接用于用户分配的光接收机,要选用标称输出电平为106dB左右的“用户放大器型光接收机”、光工作站,调输出电平为104dB左右,斜率6dB左右。
用于直接进行用户分配。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[12]、[13]
10、没有进行指标设计时放大器的调试方法
放大器的标称输出电平Sa、标称输入电平Sia、标称(净)增益G,是厂家在说明书中标定的参数值,也是放大器的典型运用参数,它们之间有如下的关系:
Sa=Sia+G(dB)
由于通常标称输入电平Sia=72dB,因此:
Sa=72+G(dB)
因此,没有标示标称输出电平值的放大器,可以根据这个算式计算出来。
从这个算式可以看出,放大器的标称输出电平Sa愈高,它的增益愈高,不是质量愈好。
如果不进行有线电视系统的指标设计、不通过设计计算来确定放大器的工作电平,那么在系统中只在电缆分配网络的末端设置1级用户放大器的条件下,干线放大器的输出电平可以调在它的标称输出电平值,并使输出斜率为4dB左右;如果此时还有可能再调高放大器的输出电平约4dB,那么就说明已经留下调节贮备电平4dB左右。
如果要进行放大器工作状态的设计,用户放大器的输出电平应该预先设定为它的标称输出电平或略高1、2个dB,并使输出斜率为6dB左右,可以再通过改变输出斜率的大小来调整其失真指标,使之符合设计指标要求;如果不进行放大器工作状态的设计,用户放大器的输出电平就按照它的标称输出电平或略高1、2个dB来调试,并使输出斜率为6dB左右。
用户放大器的输出电平不允许在大范围内选择,尤其不能低电平运用,以免劣化载噪比指标和降低分配效率。
因此当用户数小于用户放大器的负载能力时,输出电平照样要调为和常规一样高,多余信号用负载电阻吸收。
由于用户放大器输出电平高、失真指标占用系数大,在当前多级光缆联网的系统下,电缆分配部分容许占用的指标很有限,不容许它多级串联设置,通常只能限用一级。
凡是已经设置“用户放大器型光接收机”的地方,其下面就不能再设置用户放大器,如果需要继续用放大器延伸信号,只能设置与干线放大器相当的放大器,按干线放大器的方式调试。
无论是按照“放大器第三套输出电平设计算式”设计出的输出电平、斜率来调试放大器,还是根据放大器的“标称输出电平”来调试放大器,放大器的载噪比指标都能符合系统的要求,所以调试或者设计时没有必要再顾及放大器的输入电平Si,更没有必要为输入电平Si定下具体数值或选择范围!
实际上即使定下也没有多大用处,因为在调试现场无法对输入电平Si进行单独调试和直接检测。
详情可见笔者发表的论文:
参考文献[5]、[14]、[15]。
参考文献:
[1]林挺逵.系统指标占用系数分析法在有线电视网络上的应用(J).中国有线电视.1999,(4):
P9
[2]林挺逵.新“K法表”及使用说明(J).中国有线电视.2005,(5):
P428
[3]林挺逵.有线电视放大器的输入电平和输入口电平(J).中国有线电视.2002,(21):
P15
[4]林挺逵.有线电视放大器各种工作方式的电平曲线和质量指标(J).中国有线电视.2002,(19):
P19
[5]林挺逵.有线电视放大器的最大输出电平和标称输出电平(J).中国有线电视.2007,(14):
P1333
[6]林挺逵.有线电视干线放大器最大可串联级数的设计计算(J).中国有线电视.2000,(11):
P20
[7]林挺逵.有线电视放大器第三套输出电平设计算式(J).中国有线电视.2008,
(1):
P24
[8]林挺逵、周岩.有线电视放大器调试参数和质量指标的计算(J).中国有线电视.2007,
(2):
P138
[9]林挺逵.从前级起算的放大器调试参数计算式的推导和分析(J).中国有线电视.2007,(9/10):
P871
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P115
[14]林挺逵.系统指标占用系数分析法应用和推广的体会(J).中国有线电视.2005,(3/4):
P246
[15]应良根、林挺逵.有线电视用户放大器工作状态
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