一個(gè)有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的好壞,我們通常都用載噪比(C/N)、組合三次差拍比(CTB)、組合二次差拍比(CSO)進(jìn)行衡量。國(guó)家廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(GY/7 106-1999)規(guī)定:有線電視系統(tǒng)的載噪比≥43db、組合三次差拍比≥54db、組合二次差拍比≥54db。那末這三大指標(biāo)的含義是什么?在這里向大家逐一介紹。
一、載噪比
定義:在系統(tǒng)的指定點(diǎn),圖象或伴音載波電平與噪波電平之比(用db表示)。
噪聲是一切干擾信號(hào)的泛指,它的存在影響著有用信號(hào)的清晰度。在有線電視系統(tǒng)中的噪聲主要是熱噪聲。在日常,我們打開電視機(jī),不輸入任何信號(hào),我們會(huì)看到屏幕上布滿了無(wú)規(guī)則的黑白點(diǎn),即所謂的“雪花”點(diǎn),這些“雪花”點(diǎn)就是噪聲在電視屏幕上的反映。
有線電視的噪聲主要是由熱噪聲和散粒噪聲所組成。熱噪聲主要是由導(dǎo)電體內(nèi)部的自由電子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的,噪聲功率的大少和工作頻率、工作帶寬、工作溫度有關(guān),我國(guó)電視制式的視頻帶寬是5.75MHZ,在常溫下所產(chǎn)生的噪聲功率是2.4dbμV。散粒噪聲則是由放大器等有源器件內(nèi)的半導(dǎo)體所產(chǎn)生的。這些噪聲不論有無(wú)信號(hào),它總是存在并具有起伏特性。在圖象上表現(xiàn)為“雪花”干擾,是難以抑制的。圖象的清晰度將隨著噪聲電平的增加而下降,為了衡量CATV系統(tǒng)的接收質(zhì)量,所以用載噪比來定量描述它。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式是:C/N=10*lg(載波功率/噪聲功率),單位是db。
在CATV系統(tǒng)中,用戶端的功率是前端的熱噪聲加網(wǎng)絡(luò)中所有串接的放大器自身所產(chǎn)生的噪聲之和,放大器是一個(gè)有源器件,其內(nèi)部是由晶體管、電阻等電子器件組成,所以每個(gè)放大器自身也必會(huì)產(chǎn)生噪聲,放大器在對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的同時(shí)也將噪聲疊加到輸出端,這樣,輸出端的信號(hào)載噪比必然比輸入端的信號(hào)載噪比低。為此,我們就用輸入載噪比和輸出載噪比的比值來衡量放大器的噪聲指標(biāo),定義為噪聲系數(shù),用F來表示,這個(gè)系數(shù)通常都由生產(chǎn)廠家提供。
根據(jù)以上所述,一條由多個(gè)放大器串接而成的CATV電纜網(wǎng)絡(luò),后一級(jí)放大器的輸入載噪比肯定比前一級(jí)放大器輸入載噪比低,這就是為什么在有些CATV系統(tǒng)中,為保證載噪比的指標(biāo),越后級(jí)的放大器的輸入電平要求就越高的原因。多級(jí)同一型號(hào)放大器串接鏈路載噪比的計(jì)算公式是:
C/N=Vi-F-10lgn-2.4 (db)
Vi為輸入電平;F為放大器的噪聲系數(shù);n是串接的放大器級(jí)數(shù);2.4是常溫下的熱噪聲功率。
二、CATV系統(tǒng)的非線性失真
在整個(gè)CATV網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,使用了大量的有源器件,如電纜放大器、光收發(fā)機(jī)等,這些有源器件都會(huì)產(chǎn)生非線性失真,這些非線性失真的結(jié)果會(huì)在系統(tǒng)上產(chǎn)生很多新的頻率分量,稱之為產(chǎn)物。如果這些產(chǎn)物落在播出頻道帶內(nèi),就會(huì)對(duì)這些頻道的圖象產(chǎn)生干擾,如圖象拉絲、網(wǎng)紋干擾、“雨刷”干擾、“串象”等,根據(jù)對(duì)圖象的干擾表現(xiàn)方式,非線性失真可分為交擾調(diào)制干擾(又稱交調(diào)失真)和相互調(diào)制干擾(又稱互調(diào)失真)兩類。
所謂交擾調(diào)制干擾是當(dāng)CATV系統(tǒng)同時(shí)傳送兩個(gè)載頻不同的調(diào)幅波時(shí),通過系統(tǒng)的有源器件會(huì)使這兩個(gè)射頻信號(hào)相互作用而使電視機(jī)通帶內(nèi)的有用信號(hào)受到通帶外的干擾信號(hào)的調(diào)制而形成的干擾。其特點(diǎn)是:1、當(dāng)收到有用信號(hào)時(shí),才出現(xiàn)干擾,有用信號(hào)消失則干擾信號(hào)也消失。2、干擾信號(hào)遠(yuǎn)大于有用信號(hào)時(shí),會(huì)造成“阻塞”(此時(shí)電視機(jī)看不到任何圖象)。3、干擾頻率與信號(hào)頻率的間隔可以是任意的。4、只有調(diào)幅信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾。5、當(dāng)兩個(gè)以上的輸入信號(hào)之一的幅度大到足以使放大器工作到飽和狀態(tài)時(shí)就可能產(chǎn)生交調(diào)干擾。所以,交調(diào)干擾的大小,反映了放大器處理信號(hào)的線性能力(即放大器的動(dòng)態(tài)范圍)。
所謂相互干擾或相互調(diào)制,是由兩個(gè)以上的頻率成分差拍(加或減)后產(chǎn)生新的頻率分量,這些新的頻率分量和任一輸入信號(hào)的頻率都不同,但當(dāng)它落在某一輸入信號(hào)的頻帶中間就會(huì)形成相互干擾。相互干擾在圖象上表現(xiàn)為一種網(wǎng)紋干擾?;フ{(diào)干擾和交調(diào)干擾一般是同時(shí)發(fā)生的。
任何一個(gè)有非線性失真的設(shè)備(如放大器),在正常的使用情況下,它的輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系可用下式近似表示:
U0=K1Ui+K2Ui2+K3Ui3 其中K2Ui2稱為二階項(xiàng),K3Ui3稱為三次項(xiàng)。
上式中U0是輸出電壓,Ui是輸入電壓?,F(xiàn)在假設(shè)有兩個(gè)信號(hào)A和B同時(shí)輸入,那末輸入信號(hào)的表達(dá)式:Ui=ACOSω1t+BCOSω2t
輸出電壓:U0=K1(ACOSω1t+BCOSω2t)+k2(ACOSω1t+BCOSω2t)2+K3(ACOSω1t+BCOSω2t)3
上式的第一項(xiàng)是我們需要的信號(hào),它將輸入信號(hào)Ui放大了K1倍。第三項(xiàng)(叫三階項(xiàng))K3(ACOSω1t+BCOSω2t)3展開如下:
=K3(A3COS3ω1t+B3COS3ω2t+3AB2COS2ω2tCOSω1t+3A2BCOS2ω1tCOSω2t)
=K3[3/4A3COSω1t+3/4B3COSω2t
+A3/4COS3ω1t+B3/4COS3ω2t
+3/4A2BCOS(2ω1±ω2)t+3/4AB2COS(2ω2±ω1)t
+3/2AB2COSω1t+3/2A2BCOSω2t]
在上式中,含有COS3ω1t和COS3ω2t的項(xiàng)是三次諧波項(xiàng),稱為三次諧波產(chǎn)物。含有(2ω1±ω2)和(2ω2±ω1)的項(xiàng)是差拍項(xiàng),稱為三次差拍產(chǎn)物。這些項(xiàng)都有可能落入正常頻道之中形成互調(diào)干擾,所以,我們將式中的這些諧波項(xiàng)和差拍項(xiàng)所產(chǎn)生的頻率分量落入到正常頻道中的那部分產(chǎn)物稱為三階互調(diào)產(chǎn)物,這三種產(chǎn)物之和我們稱為組合三次差拍,簡(jiǎn)稱CTB。
式中的最后兩項(xiàng)的頻率仍然是基本頻率,而不是新產(chǎn)生的頻率,所以不屬于互調(diào),但是它們的幅度上不但有本頻道的電視信號(hào),而且有其它頻道的電視信號(hào)。如K3*3/2AB2COSω1t項(xiàng),它是A頻道的基本頻率ω1,所以在收看A頻道時(shí)肯定能收到這一項(xiàng)的產(chǎn)物。但是它的幅度上存在B2項(xiàng),因此出現(xiàn)了B頻道信號(hào),造成兩個(gè)圖象同時(shí)出現(xiàn)在屏幕上的串象現(xiàn)象。所以這兩項(xiàng)為交擾調(diào)制干擾項(xiàng)。
CTB產(chǎn)物的分布是這樣的,落入工作頻道內(nèi)的CTB產(chǎn)物中的大部分,一般群集在某一兩個(gè)特定的頻率上,在這兩個(gè)頻率上可以群集幾十、幾百甚至上千個(gè)失真產(chǎn)物。這個(gè)特定的頻率我們稱為CTB的主要群集點(diǎn)頻率。在相鄰等間隔的那些頻道(如DS6—DS12、Z1—Z37)中,圖像載頻就是這些頻道CTB產(chǎn)物的主要群集點(diǎn)頻率,在圖像載頻上群集的CTB數(shù)量,中間頻道最多,隨著頻道的升高或降低,都逐漸減少,呈對(duì)稱或接近對(duì)稱。
在DS1—DS3和DS4、DS5中,CTB的數(shù)量較少,分布較為分散。在DS13—DS22中(550MHZ系統(tǒng)),CTB產(chǎn)物主要部分集中在圖像載頻和+1MHZ兩處,這兩個(gè)頻率都是CTB的主要群集點(diǎn)頻率。隨著頻道的升高,圖像載頻上CTB產(chǎn)物數(shù)量是先增加后減少,中間最多,兩頭減少呈對(duì)稱。在+1MHZ處,則是逐漸減少的。
二階項(xiàng):K2(ACOSω1t+BCOSω2t)2將此式展開
=K2[A2/2+B2/2+A2/2COS2ω1t+B2/2COS2ω2t+ABCOS(ω1±ω2)t]
式中A2/2、B2/2是直流項(xiàng)(低頻項(xiàng)),可通過電容去濾除,第三、第四項(xiàng)是二次諧波項(xiàng)(稱二次諧波產(chǎn)物),第五、六項(xiàng)是差拍項(xiàng)(稱差拍產(chǎn)物),總的來看,后面四項(xiàng)都是新產(chǎn)生的頻率項(xiàng),只要它們落入正常頻道之內(nèi)就形成互調(diào)干擾。我們將這些頻率分量稱為二階互調(diào)產(chǎn)物,把這三種產(chǎn)物的總和通稱為組合二階失真,簡(jiǎn)稱CSO。
在550MHZ系統(tǒng)中CSO的分布是:CSO產(chǎn)物只有49.5%落在系統(tǒng)各個(gè)工作頻道內(nèi),比CTB少得多。在相鄰等間隔的那些頻道(DS6—DS12,Z1—Z37)中,CSO主要分布在離圖像載頻-0.25MHZ和+0.25MHZ處;在DS1—DS3中,每個(gè)頻道的CSO總數(shù)較少,且大多分布在離圖像載頻較遠(yuǎn)的頻率上。在DS4和DS5這兩個(gè)頻道中,+2.75MHZ是整個(gè)系統(tǒng)中CSO分布數(shù)量最多的群集點(diǎn)。DS13—DS22中,CSO相當(dāng)集中地分布在+1.25MHZ處,其數(shù)量隨頻道的升高而增加。
現(xiàn)在有線電視系統(tǒng)中采用了推挽式放大器,使得二階失真大大降低,人們的注意力都集中到CTB上。
綜上所述,交調(diào)是由三階失真CTB產(chǎn)生的,互調(diào)在二階CSO和三階CTB失真都能產(chǎn)生。為了定量分析這些失真對(duì)系統(tǒng)的影響,引入了組合三次差拍比C/CTB和組合二次差拍比C/CSO兩個(gè)參數(shù)。
①、組合三次差拍比:它為載波電平和CTB電平的比
C/CTB=20lg(載波電平/CTB電平) 單位是:db
CATV電纜網(wǎng)C/CTB大少與放大器的選料、放大器的輸出電平、放大器串接級(jí)數(shù)及工作頻道數(shù)有關(guān)。
在CATV電纜網(wǎng)中,每個(gè)放大器都要產(chǎn)生CTB失真。隨著信號(hào)往后
逐級(jí)傳輸(即放大器的級(jí)聯(lián)數(shù)增加)CTB將逐步積累,C/CTB則逐步變壞,它與放大器串接級(jí)數(shù)n是20lgn的關(guān)系,即如果串接的放大器為n個(gè),那么C/CTB指標(biāo)將下降20lgn(db)。
C/CTB與所傳輸?shù)念l道數(shù)是20lg(M/m)的關(guān)系,M是系統(tǒng)傳輸?shù)淖畲箢l道數(shù),m是實(shí)際工作的頻道數(shù)。即傳輸?shù)念l道數(shù)越少則C/CTB指標(biāo)越高。
C/CTB與放大器的輸出電平關(guān)系是,放大器的輸出電平(每個(gè)頻道電平)若降低1db,則C/CTB指標(biāo)將改善2db。
在習(xí)慣上,我們常說的CTB就是指C/CTB指標(biāo)。
②、組合二次差拍比:它是載波電平與CSO電平的比
C/CSO=20lg(載波電平/CSO電平)單位為:db
在CATV電纜傳輸網(wǎng)中C/CSO的特點(diǎn)與C/CTB相同。C/CSO與放大器的輸出電平關(guān)系是:每個(gè)頻道電平提高1db,C/CSO指標(biāo)將變壞1db。
C/CSO與放大器串接數(shù)n的關(guān)系是10lgn(db)。
C/CSO與所傳輸?shù)念l道數(shù)是10lg(M/m)的關(guān)系(其中M是系統(tǒng)傳送的最大頻道數(shù),m是實(shí)際傳送的頻道數(shù)),即傳輸?shù)念l道數(shù)越少C/CSO指標(biāo)越高。在習(xí)慣上,我們常說的CSO就是指C/CSO指標(biāo)。