有線電視三大技術(shù)指標(biāo)詳解

有線電視三大技術(shù)指標(biāo)詳解

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(kāi)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(lái)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(lái)衡量放大器的噪聲指標(biāo)，定義為噪聲系數(shù)，用F來(lái)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(guò)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。互調(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(kāi)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(kāi)

=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(guò)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(lái)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)。