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有線電視用戶放大器工作狀態設計和調試的幾點經驗

文章來源:五年飛飏之創新之源(上) 發布于:2012-09-13 閱讀:10824次

  有線電視用戶放大器是擔負用戶分配任務的放大器,其輸出電平較高、失真指標的指標占用系數較大,因此在工作狀態的設計和應用調試時必須注意幾個關鍵性的問題,以便獲得最佳的分配效率,同時保證系統的質量指標,現把我們總結的幾點初淺經驗提出來供作參考。
  1.用戶放大器要采取高輸出電平工作方式以提高分配效率
  許多業界同仁贊同用戶放大器的輸出電平可以在100±5dB范圍選取,實際上這是一種出于無奈的選擇(http://www.ccbn.com.cn/catvbbs/viewthread.php?tid=17435&extra=page%3D4)。大家都知道,用戶放大器的輸出電平每提高4dB,捎帶用戶的理論數量就可以提高1倍,用戶放大器輸出電平103dB時所帶的用戶的理論數量就是95dB時的4倍(圖1)!所以大家都巴不得用戶放大器能有一個高的輸出電平!


   圖1 用戶放大器不同輸出電平時分配效率比較
   為什么大家會贊同用戶放大器的輸出電平要在高低很大的范圍里選取,而不是定在一個比較高的數值上?
  有線電視網興建初期,網絡中只有用戶放大器,那時,無論電纜網絡有多長,用戶放大器都得一級一級地串聯下去。用戶放大器的串聯級數n多了,其輸出電平必然要降低,這很容易從當時的放大器輸出電平計算公式[1]中可以看出來:
  So=Somax-10lgn-7.5lg(N-1)……..(1)
  那個時候,各條電纜線路中用戶放大器的實際輸出電平,的確是設計、調試在95dB至105dB之間的某一個數值。雖然時過境遷,那種放大器的設置、設計和調試的觀念已經過時,但是利用近期適用的放大器輸出電平計算公式計算得出的結果,在某些地方也有可能是那么寬的電平范圍。因為電纜分配部分失真指標和載噪比指標的指標占用系數,是全系統的指標占用系數減去前端和各級光鏈路以后的剩余值,網絡規模愈大、光纜級數愈多,電纜分配網絡的指標占用系數愈少,而電纜分配網絡里往往還有若干級延伸干線放大器要占用指標,因此各地區、各條線路用戶分配放大器的失真指標和載噪比指標的指標占用系數相差很大,即指標(分配)值相差很大,其中尤其是決定放大器最高輸出電平的失真指標CTB差距更大。
  近期適用的、傳統的放大器輸出電平設計算式和CTB指標值計算式是:
  So=Sa+(1/2)(CTBa-CTB分配值)……..(2)
  CTB指標值=CTBa+2(Sa-So)…………..(3)
  為了便于和下面提到的算式比較,將其變換成改進型的算式[1]則是:
  So=104+(1/2)(CTB104-CTB分配值)……..(4)
  CTB指標值=CTB104+2(104-So)…………..(5)
  從算式(2)至(5)中可以看出,用戶放大器CTB指標的分配值決定用戶放大器的輸出電平值,CTB指標的分配值差距大,設計出來的輸出電平差距也大;要使用戶放大器的CTB指標值符合設計要求值,只有通過改變放大器的輸出電平So才能達到!最終就造成了用戶放大器的輸出電平設計選取范圍高低相差很大的結果。在沒有進行用戶放大器指標設計的地方,則反映在某些地方用戶放大器的輸出電平較高時,圖像(失真)質量能達標;而另外一些地方要達到這樣的圖像質量,用戶放大器的輸出電平要低得很多才行。
  如何縮小用戶放大器輸出電平設計容許選擇范圍,將用戶放大器的輸出電平固定在較高數值上?我們可以從近年提出的當前放大器輸出電平和質量指標適用計算式的改進型計算式中找找辦法:
  So=104+(1/2)(CTB104-CTB分配值)+f/2.……..(6)
  CTB指標值=CTB104+2(104-So)+f..…………..(7)
  從算式(6)、(7)中可以看出,用戶放大器的輸出電平,不僅由它的CTB指標分配值來決定,同時也由放大器的輸出斜率f來決定;要調整用戶放大器的實際CTB指標值,既可以通過改變放大器的輸出電平So來實現,又可以通過改變放大器的輸出斜率f來實現。
  另外,從算式(5)、(6)中可以看出,對于干線放大器和光接收機末級電放大器,同樣也可以用設置適當的輸出斜率來提高它們的CTB指標,降低CTB指標的占用系數,就有可能騰出一些CTB指標占用系數轉讓給用戶放大器,為用戶放大器固定在高輸出電平的設計方法提供一點便利。
  這樣,我們就找到將用戶放大器的輸出電平固定在較高數值的方法。
  當前各地采用的用戶分配放大器的“標稱輸出電平Sa”通常是102dB,在做網絡指標設計的時候,可以先將用戶放大器輸出電平定于其標稱輸出電平值102dB(或略高1、2個dB),然后再通過改變放大器的輸出斜率的方法來調整和改善它的失真指標,使之這符合用戶放大器的容許值。然后核算出用戶放大器的質量指標和指標占用系數,算出電纜網絡剩余指標占用系數,分配給干線放大器和光接收機末級放大器,并設計它們的工作狀態。
  雖然設置斜率以后會降低載噪比指標,但是由于用戶放大器輸出電平高,失真指標占用系數大份額大,失真指標常常會達不到設計要求;而載噪比指標占用系數與低電平輸出的放大器相同,占用量小,通常都有富裕,通常容許設置斜率。
  在通常只要一級光纜就可到達用戶分配區域的縣市城區,失真指標也相當寬松,因此設計用戶放大器輸出電平的時候,不做調整處理,可以直接將用戶放大器的輸出電平設定在它的“標稱輸出電平”值102dB(或略高1、2個dB)。
  2.采用高增益的放大器作為用戶放大器
  用戶放大器的高輸出電平,不能以提高放大器輸入電平的方法取得,而是要以采用高增益放大器的方法取得。采用高增益的放大器作為用戶放大器,可以使其輸入電平保持在合適的低電平上,以提高前級干線放大器的負載能力、增加放大器的間距。
  現在,放大器增益種類很多,要獲得不同輸出的電平,可以采用不同增益的放大器,用戶放大器要高的輸出電平,就得采用高增益的放大器。單個放大模塊最大增益通常是34dB,如常用的BGY588、BGE788、BGY888等,做成的放大器的“標稱增益G”通常為30dB,550MHZ的BGY588有些廠家可以做出33dB凈增益的放大器。因此這些放大器的“標稱輸出電平Sa”就達到102至105dB,放大器的“標稱輸入電平Sia”都是72dB。就是說,用戶放大器要獲得102dB左右的輸出電平,其輸入電平只要72dB左右就足夠了,加上“調節貯備電平LAT”[3]4dB,那么到達放大器輸入端口的電平“輸入口電平Si口”為76dB左右就夠了。
  一些書刊和網頁文章中,通常都將用戶放大器的輸入電平設定在一個相當寬的范圍里,甚至達到80±5dB。顯然這種做法已經“過時了”,沒有必要了;實際上即使在以前,這種做法也是不妥當的,因為這樣的設置方法,不說別的問題,就是提供信號的干線放大器的效率和放大器的間距設置就很成問題!比如說,上級干線放大器的輸出電平是96dB,下級放大器的輸入電平如果是85dB,此時:
  放大器的間距=(96-85)/電纜百米衰減值(百米)
  顯然,采用常規電纜時,前級干線放大器僅僅只給下面一臺用戶放大器供應信號時,放大器的間距也僅僅只能是100多米!
  現在應當采用不同增益的放大器來獲得不同的放大器輸出電平的辦法,就是采用的放大器的“標稱輸出電平Sa”與實際需要的“放大器的輸出電平So”相同或相近,那么放大器的輸入電平就與放大器的“標稱輸入電平Sia”相等或相近,就是與72dB相等或相近。這樣,在設計放大器的間距時,可以利用下面的算式:
  放大器的間距=(干線電纜入口電平-Sia-LAT)/電纜百米衰減值(百米)
  取調節貯備電平LAT為4dB時,即:
  放大器的間距=(干線電纜入口電平-76)/電纜百米衰減值(百米)
  如果一臺干線放大器要給多臺用戶放大器提供信號,各臺用戶放大器到干線放大器的距離不相等,那么送入各條電纜的入口電平可按下式計算:
  某條電纜入口電平=(到該用戶放大器的距離百米數/電纜百米衰減值)+76(dB)
  在前級干線放大器輸出口設置合適的分支器、分配器,使分送各用戶放大器信號的電纜的入口電平符合上式計算出的數值即可。
  3.用戶放大器要設置比較大的輸出斜率
  用戶放大器由于輸出電平So高,它的失真指標低,失真指標的占用份額大。比如550MHz的用戶放大器在輸出電平=102dB、輸出斜率f=0dB時的CTB指標可用算式(5)計算出來:
  CTB=CTB104+2(104-So)+f=59.3+2(104-102)+0=63.3dB
  其指標占用系數KCTB用=0.385,也就是占用全系統38.5%的CTB指標!如果設置輸出斜率f=6dB,那么CTB指標就提高6dB,達到69.3dB,其指標占用系數KCTB用=0.193,也就是僅僅占用全系統19.3%的CTB指標,CTB指標的占用量降低為0斜率時的一半!系統失真指標改善就會很顯著。
  可見,用戶放大器設置比較大的斜率,可以使其失真指標得到較大的提高,這是使用戶放大器在失真指標占用系數較少的情況下仍然可以實現高電平輸出的關鍵性措施。
  另外,用戶放大器設置輸出斜率還可以減少遠程用戶分配時高低端的電平差。
  因此,用戶放大器通常設置輸出斜率f為6至10dB,在居民住宅大樓近距離分配時取其低值,農村遠距離用戶分配時可取高值。
  當然,設置放大器輸出斜率會降低放大器的載噪比指標,由于放大器的輸入電平等于或接近“標稱輸入電平”時C/N指標還相當高,在整個系統中僅僅只有用戶放大器設置大的斜率,通常是容許的,詳見表1。
  表1550MHz放大器各種工作方式的質量指標
 

*注:嘉興長江公司生產的550MHz放大器中,干線放大器標稱增益有24dB和26dB兩種;用戶放大器有標稱增益30dB和33dB兩種。
  4.當用戶放大器負擔用戶數量較少時,輸出電平不能降低
  當用戶放大器實際擔負的有線電視用戶數較少,送給用戶分配總線電纜的入口電平遠低于用戶放大器的輸出電平時,用戶放大器不能降低電平運用,仍然應該調在原定數值上,可以在放大器端口設置適當的分支器或分配器,為各條用戶分配總線電纜提供合適的入口電平,再在分支器或分配器的空置端口接上75歐代負載電阻,圖2是某用戶放大器僅僅擔負兩條94dB入口電平用戶分配主線電纜時的配接示意。這樣做可以使網絡中全部用戶放大器


  圖2用戶放大器負擔用戶數量較少時代負荷電阻接法的輸出電平保持一致,便于調試;另外用戶放大器的輸出電平不降低,它的載噪比指標也不會劣化。因為:
  C/N=So-G-NF-2.4-f...………………..(8)
  顯然對于同一臺放大器來說,它的輸出電平降低了,載噪比C/N指標必然隨之降低。
  下面試算一下550MHz的用戶放大器輸出電平So分別為95dB和102dB、輸出斜率f=6dB時的C/N指標:
  So=102dB時:
  C/N=So-G-NF-2.4-f=102-34-6.0-2.4-6=53.6dB
  KC/N=0.0589,即占用全系統5.89%的C/N指標。
  So=95dB時:
  C/N=So-G-NF-2.4-f=95-34-6.0-2.4-6=46.6dB
  KC/N=0.550,即95dB低電平輸出時,一級用戶放大器就占用了全系統55%的C/N指標,占用量太大,系統的C/N指標必然會受到明顯的劣化。
  可見,從C/N指標的角度分析,用戶放大器的輸出電平也不宜在大范圍里選取,不能讓“標稱輸出電平”較高的用戶放大器在低電平下運用。
  5.用戶放大器不允許多級串聯設置
  在當前多級光纜串聯的大系統中,留給電纜分配部分的失真指標占用系數小;而用戶放大器的輸出電平So高,它的失真指標低,失真指標的占用份額大。因此通常不容許用戶放大器多級串聯,只能在末端需要用戶分配的地方設置一級用戶分配放大器,尤其在多級光纜網之下的農村地區!
  有些農村的有線電視網絡中,不分干線放大器和用戶放大器,系統里只有一種標稱輸出電平為102dB的放大器,既作干線放大器、又作用戶放大器;有些地方作干線放大器時調輸出電平為96dB左右,作用戶放大器時調輸出電平為102dB左右;也有些地方在用途上不分干線放大器和用戶放大器,放大器的輸出信號分出一部分用于用戶分配,另一部分輸給下級放大器,電纜網絡的起端調各級放大器的輸出電平為102dB左右,由于放大器間距過大的原因(無法調高)、或者由于失真指標劣化嚴重的原因(不容許調高),以后各級放大器的輸出電平逐級降低,到末端的輸出電平甚至只能調到90多dB。根據前面的分析可知,這些做法都會造成質量指標劣化,是不妥當的。
  6.光工作站下面需要用放大器延伸分配用戶,得采用低增益低電平輸出的放大器
  光工作站通常配置4路高電平輸出的雙模塊放大器,其標稱輸出電平比普通用戶放大器要高4dB左右。因此,采用光工作站分配用戶信號的地方,就相當于在系統中設置了一級用戶放大器!由于用戶放大器不能串聯設置,所以光工作站下面需要繼續用放大器延伸用戶分配信號,那就得采用低增益、低標稱輸出電平的放大起來承擔,通常可以采用和干線放大器標稱輸出電平相近的放大器。這種做法,相當于干線放大器和用戶放大器交換位置使用。
  參考文獻:
  [1]林挺逵.重視有線電視基礎理論知識的更新與發展[J].中國有線電視.2005,(24):P2387
  [2]林挺逵.系統指標占用系數分析法應用和推廣的體會[J].中國有線電視.2005,(3/4):P246
  [3]林挺逵.有線電視放大器的輸入電平和輸入口電平[J].中國有線電視.2002,21:P15
  (發表于《中國有線電視》2009年1期)

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