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有线电视用 户放大器工作状态设计和调试的几点经验

文章来源:五年飞飏之创新之源(上) 发布于:2012-09-13 阅读:9573次

  有线电视用 户放大器是担负用户分配任务的放大器,其输出电平较高、失真指标的 指标占用系数较大,因此在工作 状态的设计和应用调试时必须注意几个关键性的问题,以便获得最 佳的分配效率,同时保证系 统的质量指标,现把我们总 结的几点初浅经验提出来供作参考。
  1.用户放大器 要采取高输出电平工作方式以提高分配效率
  许多业界同 仁赞同用户放大器 的输出电平可以在100±5dB范围选取,实际上这是 一种出于无奈的选择()。大家都知道,用户放大器 的输出电平每提高4dB,捎带用户的 理论数量就可以提高1倍,用户放大器输出电平103dB时所带的用 户的理论数量就是95dB时的4倍(图1)!所以大家都 巴不得用户放大器能有一个高的输出电平!


   图1 用户放大器 不同输出电平时分配效率比较
   为什么大家 会赞同用户放大器 的输出电平要在高低很大的范围里选取,而不是定在 一个比较高的数值上?
  有线电视网兴建初期,网络中只有 用户放大器,那时,无论电缆网络有多长,用户放大器 都得一级一级地串联下去。用户放大器 的串联级数n多了,其输出电平 必然要降低,这很容易从 当时的放大器输出电平计算公式[1]中可以看出来:
  So=Somax-10lgn-7.5lg(N-1)……..(1)
  那个时候,各条电缆线 路中用户放大器的实际输出电平,的确是设计、调试在95dB至105dB之间的某一个数值。虽然时过境迁,那种放大器的设置、设计和调试 的观念已经过时,但是利用近 期适用的放大器输出电平计算公式计算得出的结果,在某些地方 也有可能是那么宽的电平范围。因为电缆分 配部分失真指标和载噪比指标的指标占用系数,是全系统的 指标占用系数减去前端和各级光链路以后的剩余值,网络规模愈大、光缆级数愈多,电缆分配网 络的指标占用系数愈少,而电缆分配 网络里往往还有若干级延伸干线放大器要占用指标,因此各地区、各条线路用 户分配放大器的失真指标和载噪比指标的指标占用系数相差很大,即指标(分配)值相差很大,其中尤其是 决定放大器最高输出电平的失真指标CTB差距更大。
  近期适用的、传统的放大 器输出电平设计算式和CTB指标值计算式是:
  So=Sa+(1/2)(CTBa-CTB分配值)……..(2)
  CTB指标值=CTBa+2(Sa-So)…………..(3)
  为了便于和 下面提到的算式比较,将其变换成 改进型的算式[1]则是:
  So=104+(1/2)(CTB104-CTB分配值)……..(4)
  CTB指标值=CTB104+2(104-So)…………..(5)
  从算式(2)至(5)中可以看出,用户放大器CTB指标的分配 值决定用户放大器 的输出电平值,CTB指标的分配值差距大,设计出来的 输出电平差距也大;要使用户放大器的CTB指标值符合 设计要求值,只有通过改 变放大器的输出电平So才能达到!最终就造成 了用户放大器 的输出电平设计选取范围高低相差很大的结果。在没有进行 用户放大器指标设计的地方,则反映在某 些地方用户放大器 的输出电平较高时,图像(失真)质量能达标;而另外一些 地方要达到这样的图像质量,用户放大器 的输出电平要低得很多才行。
  如何缩小用 户放大器输出电平设计容许选择范围,将用户放大 器的输出电平固定在较高数值上?我们可以从 近年提出的当前放大器输出电平和质量指标适用计算式的改进型计算式中找找办法:
  So=104+(1/2)(CTB104-CTB分配值)+f/2.……..(6)
  CTB指标值=CTB104+2(104-So)+f..…………..(7)
  从算式(6)、(7)中可以看出,用户放大器 的输出电平,不仅由它的CTB指标分配值来决定,同时也由放 大器的输出斜率f来决定;要调整用户 放大器的实际CTB指标值,既可以通过 改变放大器的输出电平So来实现,又可以通过 改变放大器的输出斜率f来实现。
  另外,从算式(5)、(6)中可以看出,对于干线放 大器和光接收机末级电放大器,同样也可以 用设置适当的输出斜率来提高它们的CTB指标,降低CTB指标的占用系数,就有可能腾出一些CTB指标占用系 数转让给用户放大器,为用户放大 器固定在高输出电平的设计方法提供一点便利。
  这样,我们就找到将用户放大器 的输出电平固定在较高数值的方法。
  当前各地采 用的用户分配放大器的“标称输出电平Sa”通常是102dB,在做网络指 标设计的时候,可以先将用 户放大器输出电平定于其标称输出电平值102dB(或略高1、2个dB),然后再通过 改变放大器的输出斜率的方法来调整和改善它的失真指标,使之这符合 用户放大器的容许值。然后核算出 用户放大器的质量指标和指标占用系数,算出电缆网 络剩余指标占用系数,分配给干线 放大器和光接收机末级放大器,并设计它们 的工作状态。
  虽然设置斜 率以后会降低载噪比指标,但是由于用 户放大器输出电平高,失真指标占 用系数大份额大,失真指标常 常会达不到设计要求;而载噪比指 标占用系数与低电平输出的放大器相同,占用量小,通常都有富裕,通常容许设置斜率。
  在通常只要 一级光缆就可到达用户分配区域的县市城区,失真指标也相当宽松,因此设计用 户放大器输出电平的时候,不做调整处理,可以直接将用户放大器 的输出电平设定在它的“标称输出电平”值102dB(或略高1、2个dB)。
  2.采用高增益 的放大器作为用户放大器
  用户放大器 的高输出电平,不能以提高 放大器输入电平的方法取得,而是要以采 用高增益放大器的方法取得。采用高增益 的放大器作为用户放大器,可以使其输 入电平保持在合适的低电平上,以提高前级 干线放大器的负载能力、增加放大器的间距。
  现在,放大器增益种类很多,要获得不同 输出的电平,可以采用不 同增益的放大器,用户放大器 要高的输出电平,就得采用高 增益的放大器。单个放大模 块最大增益通常是34dB,如常用的BGY588、BGE788、BGY888等,做成的放大器的“标称增益G”通常为30dB,550MHZ的BGY588有些厂家可以做出33dB净增益的放大器。因此这些放大器的“标称输出电平Sa”就达到102至105dB,放大器的“标称输入电平Sia”都是72dB。就是说,用户放大器要获得102dB左右的输出电平,其输入电平只要72dB左右就足够了,加上“调节贮备电平LAT”[3]4dB,那么到达放 大器输入端口的电平“输入口电平Si口”为76dB左右就够了。
  一些书刊和 网页文章中,通常都将用 户放大器的输入电平设定在一个相当宽的范围里,甚至达到80±5dB。显然这种做法已经“过时了”,没有必要了;实际上即使在以前,这种做法也 是不妥当的,因为这样的设置方法,不说别的问题,就是提供信 号的干线放大器的效率和放大器的间距设置就很成问题!比如说,上级干线放 大器的输出电平是96dB,下级放大器 的输入电平如果是85dB,此时:
  放大器的间距=(96-85)/电缆百米衰减值(百米)
  显然,采用常规电缆时,前级干线放 大器仅仅只给下面一台用户放大器供应信号时,放大器的间 距也仅仅只能是100多米!
  现在应当采 用不同增益的放大器来获得不同的放大器输出电平的办法,就是采用的放大器的“标称输出电平Sa”与实际需要的“放大器的输出电平So”相同或相近,那么放大器 的输入电平就与放大器的“标称输入电平Sia”相等或相近,就是与72dB相等或相近。这样,在设计放大 器的间距时,可以利用下面的算式:
  放大器的间距=(干线电缆入口电平-Sia-LAT)/电缆百米衰减值(百米)
  取调节贮备电平LAT为4dB时,即:
  放大器的间距=(干线电缆入口电平-76)/电缆百米衰减值(百米)
  如果一台干 线放大器要给多台用户放大器提供信号,各台用户放 大器到干线放大器的距离不相等,那么送入各 条电缆的入口电平可按下式计算:
  某条电缆入口电平=(到该用户放 大器的距离百米数/电缆百米衰减值)+76(dB)
  在前级干线 放大器输出口设置合适的分支器、分配器,使分送各用 户放大器信号的电缆的入口电平符合上式计算出的数值即可。
  3.用户放大器 要设置比较大的输出斜率
  用户放大器 由于输出电平So高,它的失真指标低,失真指标的 占用份额大。比如550MHz的用户放大 器在输出电平=102dB、输出斜率f=0dB时的CTB指标可用算式(5)计算出来:
  CTB=CTB104+2(104-So)+f=59.3+2(104-102)+0=63.3dB
  其指标占用系数KCTB用=0.385,也就是占用全系统38.5%的CTB指标!如果设置输出斜率f=6dB,那么CTB指标就提高6dB,达到69.3dB,其指标占用系数KCTB用=0.193,也就是仅仅 占用全系统19.3%的CTB指标,CTB指标的占用量降低为0斜率时的一半!系统失真指 标改善就会很显著。
  可见,用户放大器 设置比较大的斜率,可以使其失 真指标得到较大的提高,这是使用户 放大器在失真指标占用系数较少的情况下仍然可以实现高电平输出的关键性措施。
  另外,用户放大器 设置输出斜率还可以减少远程用户分配时高低端的电平差。
  因此,用户放大器 通常设置输出斜率f为6至10dB,在居民住宅 大楼近距离分配时取其低值,农村远距离 用户分配时可取高值。
  当然,设置放大器 输出斜率会降低放大器的载噪比指标,由于放大器 的输入电平等于或接近“标称输入电平”时C/N指标还相当高,在整个系统 中仅仅只有用户放大器设置大的斜率,通常是容许的,详见表1。
  表1550MHz放大器各种 工作方式的质量指标
 

*注:嘉兴长江公司生产的550MHz放大器中,干线放大器 标称增益有24dB和26dB两种;用户放大器 有标称增益30dB和33dB两种。
  4.当用户放大 器负担用户数量较少时,输出电平不能降低
  当用户放大 器实际担负的有线电视用户数较少,送给用户分配总线电缆的入口电平远低于用户放大器 的输出电平时,用户放大器 不能降低电平运用,仍然应该调 在原定数值上,可以在放大 器端口设置适当的分支器或分配器,为各条用户 分配总线电缆提供合适的入口电平,再在分支器 或分配器的空置端口接上75欧代负载电阻,图2是某用户放 大器仅仅担负两条94dB入口电平用 户分配主线电缆时的配接示意。这样做可以 使网络中全部用户放大器


  图2用户放大器 负担用户数量较少时代负荷电阻接法的输出电平保持一致,便于调试;另外用户放大器 的输出电平不降低,它的载噪比 指标也不会劣化。因为:
  C/N=So-G-NF-2.4-f...………………..(8)
  显然对于同 一台放大器来说,它的输出电平降低了,载噪比C/N指标必然随之降低。
  下面试算一下550MHz的用户放大 器输出电平So分别为95dB和102dB、输出斜率f=6dB时的C/N指标:
  So=102dB时:
  C/N=So-G-NF-2.4-f=102-34-6.0-2.4-6=53.6dB
  KC/N=0.0589,即占用全系统5.89%的C/N指标。
  So=95dB时:
  C/N=So-G-NF-2.4-f=95-34-6.0-2.4-6=46.6dB
  KC/N=0.550,即95dB低电平输出时,一级用户放 大器就占用了全系统55%的C/N指标,占用量太大,系统的C/N指标必然会 受到明显的劣化。
  可见,从C/N指标的角度分析,用户放大器 的输出电平也不宜在大范围里选取,不能让“标称输出电平”较高的用户 放大器在低电平下运用。
  5.用户放大器 不允许多级串联设置
  在当前多级 光缆串联的大系统中,留给电缆分 配部分的失真指标占用系数小;而用户放大器 的输出电平So高,它的失真指标低,失真指标的 占用份额大。因此通常不 容许用户放大器多级串联,只能在末端 需要用户分配的地方设置一级用户分配放大器,尤其在多级 光缆网之下的农村地区!
  有些农村的 有线电视网络中,不分干线放 大器和用户放大器,系统里只有 一种标称输出电平为102dB的放大器,既作干线放大器、又作用户放大器;有些地方作 干线放大器时调输出电平为96dB左右,作用户放大 器时调输出电平为102dB左右;也有些地方在用途上不分干线放 大器和用户放大器,放大器的输 出信号分出一部分用于用户分配,另一部分输 给下级放大器,电缆网络的 起端调各级放大器的输出电平为102dB左右,由于放大器 间距过大的原因(无法调高)、或者由于失 真指标劣化严重的原因(不容许调高),以后各级放 大器的输出电平逐级降低,到末端的输 出电平甚至只能调到90多dB。根据前面的分析可知,这些做法都 会造成质量指标劣化,是不妥当的。
  6.光工作站下 面需要用放大器延伸分配用户,得采用低增 益低电平输出的放大器
  光工作站通常配置4路高电平输 出的双模块放大器,其标称输出 电平比普通用户放大器要高4dB左右。因此,采用光工作 站分配用户信号的地方,就相当于在 系统中设置了一级用户放大器!由于用户放 大器不能串联设置,所以光工作 站下面需要继续用放大器延伸用户分配信号,那就得采用低增益、低标称输出 电平的放大起来承担,通常可以采 用和干线放大器标称输出电平相近的放大器。这种做法,相当于干线 放大器和用户放大器交换位置使用。
  参考文献:
  [1]林挺逵.重视有线电 视基础理论知识的更新与发展[J].中国有线电视.2005,(24):P2387
  [2]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
  [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
  (发表于《中国有线电视》2009年1期)

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