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数字电视更应该注意网络的质量指标
浙江华卫智能建筑技术有限公司 余炳兴
传统的有线电视网络，在经历了一段数字电视传输实践后发现，不能用原来对待模拟电视的理念，机械地去理解有人传说的那样：数字电视对网络的载噪比要求比模拟的要低10多dB，数字电视对网络终端输出口的电平也可低10多dB。一些原来的网络传输模拟电视，用户反映还可以，但用来传输数字电视反而出问题，图像的“马赛克”现象时常出现。为了适应数字电视的推广普及、为了将来多种业务的顺利开展，我市的HFC交互式有线电视网络改造被“逼上梁山” ——全面启动全市网络改造。
新的网络在技术指标、网络结构等各方面，当然以首先满足上行传输指标的要求为主，但对下行网络进一步的研究、探讨，一方面能使下行的数字电视指标得以保证，网络结构更加科学合理，另一方面也能有利于上行信号的指标进一步提高。新网络的特点是：
1、网络的带宽为862MHz，与原来的550MHz相比，下行信号在电缆、分支、分配器中的损耗增加了；
2、由于采用了中心分配式的网络结构，主要考虑尽量地缩小上行信号路由增益差，这势必使下行信号的功率不像传统的广播式网络那样，得到较充分地利用；
3、双向网络要求光节点带的用户数在500户左右，这使光节点后面的放大器级数一般都在二级以内；
4、为了使下行信号的非线性失真不会对上行信号造成干扰，要求光节点、放大器输出口的下行信号电平与上行信号电平的差值小于20dB，这就是使输出口的下行信号电平要想升高受到限制；
5、考虑到用户家中电脑、数字机顶盒的应用，使输出端口数增加，为避免外界噪声对上行信号的干扰，可能还要在用户总输入端加装波段滤波器，这就使电视信号进户的电平要相应提高；
6、随着数字电视将取代模拟电视的时间临近，新网络应考虑主要是传送数字信号。
把新网络与原来的单向传输网络相比较后，我们还能用原来的理念去对待放大器的工作状态吗？
现在我国的数字电视传输标准虽没有一个正式的文本，但在各类杂志上的众多说法，经常使人较难理解，且不好掌握。有资料称：“未对有线数字电视广播频道的传输技术参数提出要求，这是考虑到一般条件下数字信号的传输要求比模拟信号低，因此在模拟有线电视网过渡到数字电视时，不作频道本身的技术要求，只提出严格执行GY/Tl06-1999《有线电视广播系统技术规范》是十分重要的技术保证。”。
摩托罗拉公司关于“不同载噪比、非线性失真（C/N、CTB）下的数字信号误码率”的研究成果表明（参见表1）：好的系统载噪比和CTB可以满足数据无损伤传输的要求，用户端的CTB劣化会严重影响到数字电视系统的指标。
针对它提供的有关技术参数，我们做了如下一组实验，证明它是可信的，并提出自己的看法与建议。

　我们的做法是：
　1、测试放大器时，以第二级光接收机输出的射频信号的各项指标合格为先决条件；
　2、在目前的数字与模拟同时传输情况下，保证放大器、集线器合格的非线性失真指标的前提下，对照表1的有关指标数据，试验给放大器、集线器设置不同的输入电平，测试在这不同输入电平下的终端载噪比、MER（调制误差率）和数字电视的实际接收效果。
如果凭我们手头的仪器去测量有线电视网络的数据信号的有关技术指标，即不现实也办不到。因此我们作了一些变通。
1、由于电平是特定阻抗条件下在指定频带范围的信号全部能量物理量。实践中可知，64QAM信号的平均功率约高于相同带宽上的模拟视频信号载波6dB。所以，将64QAM信号设置在低于模拟信号（视频载波峰值）6dB，结果会与相同带宽内的模拟信号的功率相同。由于载噪比是载波功率和噪声功率之比，只要当网络中的数字电视信号电平比模拟电视信号的电平低6dB时，可把模拟信号的载噪比近似看作是该网络数字信号的载噪比；同时为了测试工作不会给网络正常运行造成影响，特意在分前端加入一个模拟9 频道信号，用以测量载噪比与非线性失真指标；用该模拟信号的指标推算（估算）网络的数字信号的指标。
2、用SDA5000网络测试仪测试MER（调制误差率）指标；
3、用泰克2714频谱仪测试C/N；CTB指标；
4、用数字机顶盒检验、观看实际效果；
5、用分支器、衰减器模仿电缆链路的实际损耗。
6、按下面的电原理图进行测试。

本测试用的信号源及其信号源的技术指标
分前端的信号源是第一级光接收机输出的电信号：有模拟频道22个和64QAM数字频道14个（计82套数字电视节目），在这里另外加上模拟9频道的信号；后面放大器和集线器所用的信号源是第二级光接收机输出的电信号。这两处的信号源指标参数经测试如表2所示:

测试集线器输出的指标
当放大器输入电平为63dBμ时（经计算，放大器内模块的输出电平为89dBμV），调整集线器输入端外加的衰减器，使集线器“0 dB增益输出端口”模拟电平分别为64 dBμV；68 dBμV、72 dBμV、76 dBμV时；用频谱仪和SDA5000测集线器“0dB增益输出口”的指标如表4所示。(因集线器输出电平64 dBμV不符合2714频谱仪输入的最低电平要求,测到的C/N数值会低于实际值，这个点的该两项指标测量只供参考)
测试在不同输入电平下的放大器输出电视信号的技术指标
把放大器内部的衰减器与均衡器都设置为零；调整放大器输入口外加的衰减器，测试放大器在不同输入电平情况下的输出电视信号的指标结果如表3 所示。（为保证测试电平一致性，在放大器输出端外加衰减器，经调节都为73dBμV）

测试集线器输出的指标
当放大器输入电平为63dBμ时（经计算，放大器内模块的输出电平为89dBμV），调整集线器输入端外加的衰减器，使集线器“0 dB增益输出端口”模拟电平分别为64 dBμV；68 dBμV、72 dBμV、76 dBμV时；用频谱仪和SDA5000测集线器“0dB增益输出口”的指标如表4所示。(因集线器输出电平64 dBμV不符合2714频谱仪输入的最低电平要求,测到的C/N数值会低于实际值，这个点的该两项指标测量只供参考)

模仿室内电缆链路（衰减14dB）测试终端输出口数字电视的指标
在上述集线器0dB增益输出口电平为64dBμV时，调整集线器输出口的衰减器，使分支器分支输出口9频道模拟信号电平为50dBμV时（即集线器到机顶盒的电缆链路损耗为14dB，按表4测到的C/N值推算，该处的C/N估计在29.5dB左右）。测分支输出口即机顶盒输入口）数字频道的电平与MER值如表5所示（此时因电平远低于频谱仪的最低输入电平的要求值，故不测C/N和C/CTB指标）：

测试集线器在不同的输入电平情况下得终端数字电视指标
为了测试集线器不同输入电平下，终端输出口的数字电视的MER指标,现保持集线器输出口到机顶盒电缆链路的14dB损耗不变,而再改变集线器的输入电平分别为68dBμV 、72 dBμV 、76dBμV 时,测试结果也在表 5 中所示。
从电视机监视中证实：当MER大于31dB时，电视画面正常；当MER等于31dB时，画面偶尔会出现马赛克，当MER≤30时，画面经常有马赛克现象。这和IEC国际电工委员会提供“调制误差率＞30dB”的标准基本吻合。
由上面的试验和资料可看出：
1、 当调制误码率MER大于35dB后，增加放大器或集线器输入电平，对该指标的改善甚微。
2、GY/T106－1999中对模拟电视的载噪比的要求（≥43dB），对数字电视来说是有较大的余量。
3、由于数字信号的频谱结构与模拟电视信号频谱结构完全不同，过去我们采用模拟电视信号分析方法就完全行不通了；因为 CTB CSO等等非线性失真的表现形式不会是谐波群，而表现的是噪声（严格地讲是类噪声）频谱。正因为非线性失真的表现形式发生了变化，使信号电平低造成的载噪比下降和信号电平高非线性失真造成的载噪比下降难以分辨。当然，数字电视信号的非线性失真笔者在路无法检测（也不知道怎么测），这里试用模拟信号的非线性失真予以类比，可以发现：网络的非线性失真指标好坏，对调制误差率MER的影响比网络的载噪比指标高低对其的影响要大。就是说必须对非线性失真指标的重要性应引起足够的重视。
4、新网络中放大器级数只有二级的情况下，放大器给网络的噪声“贡献”是很少了，可以考虑适量地降低放大器的输入电平。这样做不仅有利于下行信号的非线性失真指标的提高，而且减少了下行信号的非线性失真对上行信号的干扰程度。我们从表1中可以发现，网络的非线性失真对数字电视的误码率BER的影响大于网络载噪比对数字电视BER的影响。如果孤立地认为网络载噪比的提高能改善数字信号的MER，因而去提高放大器和集线器的输出电平，以达到提高用户终端输出的电平，但实际上可能正是由于工作电平的提高而带来的非线性失真的劣化，却反而使MER变得更坏，因为数字电视的非线性失真是以噪声的结果表现出来的。
5、只要能保证下行的载噪比符合网络给定的指标，且能留有足够的余量，那么放大器的输入电平，原来都设定在72dBμV以上，实际上是完全可以降低一些。在860MHZ的网络中，电缆及其它器件对电信号衰减量的增加，致使电缆长度明显缩短。如果能把放大器的输入电平降下来，同时又把放大器的增益加大，对网络的设计、施工和费用将带来方便与效益。
6、集线器的输入电平也完全可以下降3～5dB，集线器内部的放大模块增益尽量取高一些，这样对网络进户线粗细的选择就有回旋的余地，因为铝管电缆在住宅内敷设时，电缆直径如果能小一个型号，那给施工可带来很大的方便，不仅使工艺质量容易保证，并且工程造价将大幅度降低。
7、由于放大器的输入电平降低，放大器的增益加大，而放大器的输出电平尽量不提高，这样对防止因放大器输出口下行信号非线性失真对上行信号的干扰有利，要把放大器这种“增高出来的增益”用在延长的电缆衰减上，而尽量少用于分支分配器的衰减上，这也正是我们的目的所在。