参考有线电视络工的程技术设计中的几个问题.doc

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1、有线电视网络工程技术设计中的几个问题电缆电视 1997章第 r 期f7¨有线电视网络工程技术设计中的几个问题专张金平肖麓滨用弦工怼_.一|;众所周知 ,有线电视工程技术设计应包括 ; 前端设计 ,传输系统的设计和用户分配网络的 设计三大部分 +一般设计都是这么做的 ,这也 是初学者的必经之路 .在经过了长时间的探索 与实践之后 ,特别是随着国际及我国有线电视 设备器材工业的迅速发展 ,前端设备无论是邻 频的或是其它类型的 ,产品都已定型 ,并大量 生产 .设备指标都已给定 ,特别是大系统的设 备指标都较高 ,设计者只需认真选用就可以了 而无需再进行严格的指标计算 .因为只要按标 准分

2、配好各部分的指标 ,无须计算 ,前端设备般都能满足要求 .至于用户分配网络 ,也基 本上都有固定模式 ,分配网络一般把用户放大 器放在支干线中进行计算 ,所以对分配网只按 无源网络对待 ,它不影响指标 ,也不需要计算 因此问题就集中在传输系统了 j ,工程技术设计方案中要计 算哪些指标 ?根据传输媒介的不同 ,传输系统可分为电 缆传输 ,光纤传输和微波传输三种方式 .本文 只讨论电缆传输方式 .国标 GB65108630MHz IGHz 声音和 电视信号的电缆分配系统中已规定了电缆分 配系统的技术指标主要包括 :系统输出口电平 , 信号质量和辐射干扰三个方面的参数 .具体说 在系统设计时主要考

3、虑的是 :系统的载噪比 ,载 波互调比 ,交扰调制比 .对传输频道多的邻频 系统(频道 3O 个时),在考虑系统载噪比 (Cl N 43dB),交扰调制比 (CM 46dB),载波互 调比(IM 57dB)的同时 ,还要考虑复合三次 差拍比 (CTB54riB).而且要根据 GBJI20-88 工业企业共用天线电视系统设计规范并结合 实际经验把这些指标分配到前端 ,传输系统及 分配系统中去 .系统的设计过程实际上就是确 定各个放大器输出电平的过程 ,其它指标可通 过对设备的选择来保证 .至于微分增益 ,微分相位及色 /亮时延差等 指标 ,均为视频指标 .由于传输系统是宽带系 统,对视频指标的影

4、响不大 ,因此 ,设计中毋 需考虑 .事实上 ,经过多年实践之后 ,有经验的设 计者都知道 ,对于干线放大站 ,厂家都给出了 工作增益 ,满增益及最佳输入电平和输出电平 及 ASC 的控制范围 , 而无需设计者再从头去计 算最佳输入和输出电平 ,这时放大站的动态范 围处于最佳段 .例如;Jerrold 公司生产的 EsJ一1SS/450B及 5F30PSA放大站及 Lindsay 公司的 980 系列放大站技术说明中均已给出各种指 标.（见表一 ,二）根据广电都要求 ,有线电视工程技术方案 的主要内容包括 :概述 ,系统的基本功能 ,规 模大小及规划设计原则等 . 本地自然概况 :主要包括地理

5、位置 ,区 域面积,方案设计覆盖面积 ,人口数量 ,气候 状况及能转播的卫星节目及自办和本地开路电 视情况. 方案制定依据 . 系统规模及模式 :包括网络形式 ,干线 走向,频段划分 （采用什么分割形式 ）及下行 频道的设置 ,对干线及干线放大站的要求等 系统网络图 :包括干线分布路由图 ,前 端机房配置图主干线传输系统干线布局图 . 系统指标的设计和分配 :这是设计方案 中一项主要内容 ,也是设计工程技术方案时要 7电缆电视 1997年第 1 期表一 JERROLD 产品系统设计技术规范型号 5F30PSA5F27PSAESJlSS/450BESJaSS/450B 参数功率倍增功率倍增 TK

6、 PPTKPP 桥接器桥接器 BR PP只有 TK 通带 MHz485508550拍 45048450 响应平坦度 TK 土 BR 士 ldB0.707075 一满增益 'IXdB32,5302727BRdB333330一工作增益 dB295272323增益控制范围 'IXdB0 6060808BRdB040408斜率范围 'IXdB+3/一 d上 3/4上 2/ 3+2/一 3倾斜范围 BRdB一 1/51/ 5 3/一 10噪声系数 BRdB770 一工作电十 TK 精g1OggTK 输出 dBraV39/3337/313232BR 岛出 dBraV46/3646/

7、3647/38 一表=980 系列干线放大器一 300/450/550兆赫98lA981A986A986ATg0126Tg0126PT90130Tg0130PT90627T90627PT粤 0632T90632P最小满增益 (dB)2222262623232727工作增益 (dB)450MHz18l8222220202424550MHz20202424工作电平 (dBmV)300MHz3232323232323232450MH23030303030303030550MHz30303030斜率(dB)300MHz44444444450MHz44444444550MHz4444电缆电视 1997年

8、第 l 期 做的一项极为重要而复杂的工作 ,下面将单独 述及.系统主要设备的选型 :实际上这项工作 在进行上一步前已作好 ,这里只是进行一下汇 总.系统可靠性和可维护性的保证 :这里包 括两方面 .即:a.质量控制 ,其中有优化设计 , 优选设备 ,严格选择器件质量 ,慎重选择合作 对象 ,强化施工过程管理 ,制定可靠的供电 ,避 雷和安全措施等 .b.运行维护 . 技术方案实施的计划和主要措施 . 现就设计方案中第项作单独说明 .目前 采用的设计方法中最好的一种是 :"动态设计体 系"方法.其设计计算应使对温度敏感的非线 性失真 ,载噪比,用户电平等指标 ,在常年极 限温

9、度范围内都能符合有线电视广播系统技 术规范的要求 .设计这些指标时一般事先都 已选定了电缆和放大站 .这样电缆的衰减量 ,主 放大器的输入 ,输出电平 ,工作增益 ,桥接放 大器的输入 ,输出电平 ,工作增益等均已给出 （见表一 ,二）.其它各项指标均可在这一前提 下进行计算 ,这时对系统的 C/N,CM,IM 及 CTB 均可进行计算 . 这里要强调的是传输系统技术指标的计算 般并不包括均衡及倾斜的计算 .因为它不是 系统的技术指标 ,而只是为保证达到技术指标 而采取的具体技术措施 .另一方面 ,当放大器 选定后 ,其工作状态已经给出 ,没有任何必要 再去对它的工作状态进行计算 ,因而也就没

10、有 必要去计算它的均衡和倾斜了 .而具体的均衡 和倾斜量大小 ,是在实际调试中根据系统规模 大小 ,传输距离远近 ,传输频道的多少及实际 电缆的衰减量和我们选用哪种倾斜方式来确定 的 .实际工作中由于器件设备的不一致性 .电 缆衰减的差异 ,其均衡量大小是不同的 .在调 试中 ,需视具体情况而定 ,完全没有必要事先 选取均衡方式 ,再计算均衡量 .然后再去计算 放大器在高 ,低频道下的工作状态 .当然有时 在设计时 ,设计者常根据自己的经验在设计图 上标出每级的均衡量作为调试时参考 .实际调 试时仍要根据具体的线路情况选定均衡量大 小.二,干线传输究竟采用什么样 的输出方式 ?1）电缆衰耗的补

11、偿方式 众所周知 ,电缆的衰减量与频率的平方根 成正比,所在传输系统中用来补偿电缆损耗 的放大器的幅频特性必须具有与之相反的特 性 ,即具有电缆损耗的倾斜特性 .一般补偿方 式有两种 :一种方法是使放大器的增益与电缆 的衰减特性成反向倾斜 ;另一种方法是采用平 坦幅频特性的放大器再加均衡器 .第一种方法 省去了均衡器 ,降低了成本 ,但实际使用中不 但不方便 ,而且增加了放大器的复杂性 ,给设 计制造带来一定困难 .而另一种平坦增益的放 大器 ,则便于设计制作 ,其增益和均衡器的均 衡量都可作成标准的 ,且使用灵活 ,便于搭 配 ,在实际中被普遍采用 . 放大器除了补偿电缆的衰减外 ,还有控制

12、 系统电平和斜率变化的功能 ,由于电缆的衰减 是随环境温度变化而变化的 ,所以系统信号电 平是波动的 ,其波动量随传输距离增加而增加 当渡动增加到一定程度时 ,必然影响图像质量 这就限制了系统传输的电长度 .为此 .设计了 各种放大器以控制系统的电平 .干线放大器的 种类很多 ,按其功能大致分为 :手动增益控制 型 ,自动增益控制型 ,自动电平控制型 . 手动增益控制 (MGC) 放大器 ,可在常温 下对电缆衰减进行补偿 ,但随着温度变化 ,这 种补偿将失去平稳 .这种放大器造价低 ,常在 小系统中使用 .自动增益控制 (AGC) 干线放大器 ,采用单 导频信号控制放大器的增益 ,以补偿电缆衰

13、减 量随温度的变化 ,可以在一定范围内控制电平 的波动量 ,增加传输距离 .但 AGC 特性是平坦 的 ,不能控制均衡偏差 ,而这种偏差会逐级积 累 ,又将限制系统传输长度的延伸 ,一般这种 放大器用在干放不超过五级的系统中 . g电缆电视 1997年第 1 期自动电平控制 (ALC)干线放大器 ,采用双 导频信号控制放大器的增益 ,能对电缆的衰减 特性进行完善的补偿 ,是目前最好的放大器 ,这 也是大规模 CA'VV 系统中主要采用的干线放大 器 .系统传输长度不再受电平波动的影响 ,而 只取决于放大器的性能 . 在一个大的系统中需要采用 AGC 或 ALC 放大器,但也并不是越多越

14、好 ,使用过多 ,一 方面会使成本增加 ,更重要的是会使系统的稳 定性下降.因此,要尽量减少 AGC或ALC 放大 器的使用数量 .一般把 ALC（或 AGC）与MGC 放大器间隔配置 ,这样除了能获得良好的质价 以外 ,也可以使放大器的数量减少到最少 .如 图一:MGCALCMGCALC圈一 在四季温度变化不太大的地区 ,也可以如 图二配置 :MGCMGCALCMGCMGcALC图:由于放大器的间隔配置 ,使传输信号经过 MGC 放大器前后这两段电缆时 ,由于受温度影 响造成的电平波动 ,经 ALC 放大器后 ,可以得 到完全补偿 ,所以在进行设计计算时 ,一级 MGC 加一级 ALC 放大

15、器（或两级 MGC 加一级 ALC） 可以称作一个基本计算单元 ,来进行整体 指标的计算 .2）干线放大器电平的输出方式 前边已经讲过 ,由于电缆的衰减特性与频 率的平方根成正比 ,所以用来补偿电缆损耗的 干线放大器的幅频特性必须具有与之相反的特 性,即具有补偿电缆损耗的倾斜特性为了说 明问题 ,不妨回顾一下输出信号的方式 ,作为 】0 干线放大器信号输出的方式有三种可供选择 , 即:a垒倾斜输出方式 ,见图三 (a). 这种方式实际上是平坦输入 .在放大器的 输入端低频道与高频道的电平相等 ,而放大器 的输出电平呈最大倾斜 ,即高频道抬高 b)平坦输出方式 .这种施工使放大器输入信号电平与电

16、缆衰 减特性一致 ,即频道低电平高 ,而高频道电平 低 .而放大器输出端的高低频道电平是一致的 , 如图三 (b).c)半倾斜输出方式 . 是介于前二者之间的一种输出方式 .见图 三(c).电平互 电平互 电平互 干放干放 出 国 3 干线输出电平博斜方式 这三种倾斜方式各有优缺点 : 单就噪声系数而言 ,由于它在低频道低 ,在 高频道高 ,所以为了得到较平坦的噪声系数 ,应 采用半倾斜方式 .由于我们使用的均衡器一般都加在输入 端,为保证高频端与低频端动态范围一致而采 用平坦输出方式 .全倾斜方式使输入信号低频道电平受到衰 减 ,可能会降低低频道的载噪比 ,但就噪声系 数而言,是低频道处低

17、,高频道处高.从非线 性失真与载噪比各方面综合考虑 ,以这种方式 为好. 具体使用中用哪一种方式要田地制宜 .一 般大系统传输距离超过 5 公里的,多采用全烦 电缆电视 1997年第 l 期 斜输出方式平坦输出方式一般只用于一些小 系统,即传输距离在 23 级放大器时才使用 . 对于 450Mt-Iz 邻频系统 ,干线放大器采用 全倾斜输出时 ,其高低频道电平差一般都在 l0dB 以上 ,最大的可达 l5dB,这是正常现象 . 从传输电缆的每百米衰减上也可以看出高低端 电平差 ,见表三.但相邻频道间的电平差不允 许超过 3dB（规范要求 ）.而全系统出口任意频 道问电平差不应超过 l0dB,指

18、的是在用户终端 的测量结果 ,实际上工作中一般用户终端任意 频道间电平差应基本在 8dB 以内,甚至可以做 到基本平坦 .表三我台所用电缆在不同频率时的衰减 /百米 这里需要说明的一点是 ,干线放大站上所 使用均衡器的标称均衡量均比实际值高 4dB, 这 4dB 是留给放大器的斜率调整部分的 ,以求 尽量减少由于均衡器的加入而导致载噪比降低 太多.3）关于设计中指标富余量问题 这里主要指的是载噪比指标 .因为任何大 的系统的工程技术方案中关于 C/N 指标的计 算 ,都是相当紧张的 ,例如国标为 c/N 43dB, 其设计值一般都在 43.3dB43.6dB 之间已相 当不错了 .这是不是太紧

19、张了呢 ? 就拿乌鲁术齐有线电视台的系统为例 ,干 线放大站级数为 20 级(设计数 ),指标计算结 果为 (C/N)干线一 46.41dB.在计算 c/N 时,考 虑到干线放大器的一般性 ,且由于本干线是一 台手动增益控制 ,一台自动增益控制串接方式 需减去修正值 .(n/2)/lO+1=10/O+1 2敬 (C/N)干线 =46.41dB 一 2dB 一 44.41dB 由于我们使用 "动态设计体系 "方法 ,已 考虑了温度因素 ,再者干线所用放大站 ,无论 是 Jerrold 的 5F30PSA,F_SJ ISS/450B,还是 Lindsayg80 系列放大站其主放

20、大模块的两级放 大器之间均加有一个叫做级间调平网络或叫做 电平校正网络的插件 ,用以调整由于传输或放 大,均衡等因素造成的各频道电平高低不一的 情况 ,使放大器的频响可以调得很平坦 ,使各 频道的电平不平度可以差得很小 .由于这种网 络的加入就使留出的 2dB 修正值成为余量 . 对于互调比 ,交调比 ,复合三次差拍比 ,由 于设计计算值的余量很大 ,远远大于国标 ,所 以可以不计算温度的影响 .三 ,工程技术设计是先选设备 , 然后根据设备的技术指标进行设 计?还是先按一般原理设计 ,然后 根据设计去选定设备 ?作为工程技术设计方案 ,我们认为设计方 法是多样的 .设计者可以根据当地的自然状

21、况 经济状况做出一般设计 ,设计时可以根据一般 的设备指标进行计算 ,然后再根据设计去选定 所用设备 ,也可以根据自己的经验及当地的经 济状况,首先选定较为合适 （质价比较好 ,经 济能力又能承受的 ）的设备 ,然后根据选定设 备的指标去进行方案的设计计算 .这两种方法 各有优缺点 .前者作为一般性设计 ,适用范围 较广泛 ,用户可以根据设计方案去选择自己满 意的设备 ,选择范围较大 .缺点是 ,当选定了 设备之后 ,尚需进行验算 ,看设备指标是否满 足设计方案的要求 .这一工作较麻烦而后一 种方法是在设计者与用户共同选择较满意的设 备后 .根据已选定的设备指标去进行方案的设 计计算 ,这种方

22、法一步到位 ,较为方便 .因为 目前有线电视事业飞速发展 ,各种设备大量上 市 ,好设备很多 ,各使用单位完全可以通过考 察 ,根据各自的经济状况 ,选定质量好 ,自己 经济上又能承受得了的设备及传输方式 ,然后 再根据所选定设备的指标进行工程计算 ,这不 失为一种简捷方式 .比使用前一种方式省去了 很多麻烦的验算工作 .且前一种方法对于工程 技术力量薄弱的单位或地区就更不适合了 .因 1】电缆电规 1997年第 1 期而第二种方法 ,无论使用者还是设备生产者都 是乐意做的 .特别是在质优价廉的有线电视设 备大量涌现的今天 ,这么做是完全可行的 ,而 没有必要去做泛泛的脱离实际的设计计算 .

23、至于选用什么设备 ,可根据各自的经济承 受能力来选定 .至于几年前选用的设备 ,今天 看来可能是落后了 ,但这不能离开当时的实际 在今天看来是落后了的东西 ,几年前可能还是 先进的 ,质价比在当时也是很好的 ,适合当时 的经济承受能力的所以要用历史的眼光看问 题,不能认为几年前所用的东西就是不合适的 四 ,工程设计中载噪比 (C/N) 指标计算究竟以高端为基准 ,还是 以低端为基准计算合适 ?对放大器来说 ,理论上是频率越高 ,噪声 越大.在工程设计中给出的放大器的输出电平 般都是系统中最高频道的电平或高导频的电 表四平例如:对于 450MHz 系统,设计中一般给出 的应是增补 36 频道的电

24、平 ,因而在计算载噪比 时 ,大多是此输出电平为基准进行计算的 .这 时的载噪比符合国标就行了但实际情况并非 如此.在传输中 ,由于电缆的传输衰减 ,设计时 是以最高频道电平满足要求为基准 .低频道衰 减小 ,为了要使放大器输出满足要求 (无论全 倾斜 ,半倾斜或平坦输出 )都要使用均衡器 ,对 低频道的输出电平进行衰减 .因为要保证高频 道输入电平为 72dB,那么经过均衡后低端电平 应与高端输入电平相等或低于高端输入电平 , 以保证输出电平符合要求 ,即保证输出电平正常 .由于每级都需均衡 ,也就是说对于低端每 级都要进行衰减 ,而高端并没衰减或衰减甚少 , 这就造成低端 c/N 严重劣化

25、 .表四所列为乌鲁木齐有线电视台前端经过级放大器后输出各频道的 c/N 实测值.频道 123Z1Z2Z3Z77891112zBZ9Z10Z11Z12Z13C/NdB频道 Z14Z15Z16Z18Z19Z21Z33Z34Z35Z36Z371314171922C/N【dB从表中看出各频道的 C/N 值基本一致 .经各频道载噪比实测值示于表五 . 过二十四级放大传输 ,传输距离约 18Km,这时 表五频道 23Z1Z2Z3Z77891112zBZ9Z10Z1】 Z12Z13Z11C/NdB频道 Z15Z16Z18Z19Z21Z33Z34Z35Z36Z371314】7】g22C/N表五为用十级 5F3

26、0放大器 ,十级 1SS放大 器,四级 981放大器 （前两种放大器为 Jerrold 公司产品 ,后一种为林赛公司产品 ）.干线电缆 12 为 QR860型.从表四 ,表五对比可以明显看出 , 对于二十二频道 c/N 只劣化了 2dB 左右,考虑 到测量误差 ,基本上可以认为没有劣化 .而低电缆电视 1997年第 1 期 端载噪比却劣化很多 .因而我们认为在进行系 统设计时 ,对载噪比的设计计算应以低频道为 基准进行设计 ,这样才符合实际 .当然这么做 会给设计计算带来一定困难 ,但这更接近实际 , 所以建议将设计方法加以改进 . 五,工程设计时载噪比的分配 工程设计时 ,前端所分配的载噪比

27、指标一 般都较高 ,特别是对于单频道调制器 .例如 ,美 国 Jerrold 公司的 $550M-C 单频道捷变频调制 器,给定 C/N 值为带内不小于 64dB.一般设计 时分配给前端 60dB 的指标 .这么分配对于固定 频道的调制器是可以接受的 .而对于捷变频调 制器则不一定适合 .因为捷变频调制器一般没 加输出滤波器 ,输出是宽带的 ,即一台调制器 除了输出该频道的有用信号之外 ,还输出包含 整个工作频段的噪声 .这样在前端混合器的输 出端,每个频道除了它自己固有的噪声电平之 外 ,还叠加上了其它频道的噪声 ,所以采用捷 变频调制器的系统的载噪比 ,并不等于单台调 制器标称载噪比 .由

28、它们组成的系统的载噪比 有如下关系 : 系统载噪比一单台捷变频调制器的载噪比10】B(N1)dB N: 系统频道数 . 倒如:乌鲁木齐有线电视台所用 Jerrold 公 司产$550M-c捷变频调制器 ,单台载噪比为 64dB,共用 32 台（即现开设 32 个频道 ）,因而 系统载噪比为 :64一 l01g（321）一 49dB 从而可以看出 :使用捷变频调制器的前端 的载噪比是随频道数的增加而下降的 .系统载 噪比越高 ,意味着传输系统可以传输的频道越 多 ,因为用户终端载噪比是不能低于国标 43dB 的 ,这已经定了 ,若用捷变频调制器 ,当传输 59个频道时 ,其系统载噪比将变为 :

29、64一 l0】B（59一1） =64 一 l01958 64 一 l7.6343 46.3dB 这时前端的载噪比只有 46.3dB,远远低于 60dB.表四所列实测结果与计算值基本相符 .某 些频道实测值略高于计算值 ,是由于几个标准 频道加入了带通滤波器的结果 . 所以 ,我们认为在进行系统设计时 ,前端 指标分配应视使用的调制器而定 .（上接第 25 页） 不够 .怀疑电源零线断路 .循电源线往前查找 , 发现搭火处表面氧化严重 .用力拽零线 ,场强 仪指示摆动范围极大 ,解开零线接头刮净重接 牢靠,故障排除.十 ,机房一只供电器报警 ,另两只接着报警并自动保护 .导致整个系统外线信号中断

30、 . 出现此故障 ,正值节日期间 ,值机员惊慌 失措 .关供电器 l020 秒后 ,再开 ,故障暂时 消失.不到半小时,故障重现.通过观察分析 , 最先报警的供电器是因外线短路引起 ,于是派 值班维修员查找外线故障 .后两只报警为第一 只引起 .当时不假思索更换了两只供电器 ,故 障依然没有排除 .转而于电视墙背面观察 ,发 现供电器报警时其小闸刀电开关跳火 ,打开盖 子 ,发现小闸刀开关保险丝似断非断 .认真思 考其原因 ,恍然大悟 :该供电器有一特点 ,若 先开供电器电源开关 ,再插上插头 ,供电器会 误报警 .第一只供电器因外线短路报警的同时 电流瞬间达到很大致使小闸刀开关保险丝因过 细熔得似断非断而跳火 ,跳火时电接上又断开 断开又接上 ,使得接在此后的两只供电器误报 警并自动保护 ,中断供电 .换保险丝并排除外 线短路故障 ,故障彻底排除 .l3