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关于HFC系统中信号电平的均衡问题的探讨

来源:-- 作者:-- 浏览:695

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摘要: 在光缆混合网(HFC系统)光节电之后的电缆网络,一般传输半径范围较大,所用电视电缆以及有源器件较多,加之这些网络长期在室外恶劣的环境中运行。极易造成电缆网络对电视信号的直接损伤,从而使传输的电视信号电平不均衡,影响用户收视效果,故有必要分析其产生原因,并找出行之有效的对策。    一、影响均衡的因素    1.不同频率电平衰减不同

  在光缆混合网(HFC系统)光节电之后的电缆网络,一般传输半径范围较大,所用电视电缆以及有源器件较多,加之这些网络长期在室外恶劣的环境中运行。极易造成电缆网络对电视信号的直接损伤,从而使传输的电视信号电平不均衡,影响用户收视效果,故有必要分析其产生原因,并找出行之有效的对策。
  
  一、影响均衡的因素
  
  1.不同频率电平衰减不同

 

      电视电缆对电视信号各种频率电平衰减不一。因此会造成各频道的电视信号电平的不均衡。电视电缆的电特性是:在信号传输过程中,电缆会对信号有一定的衰减作用。而对电视信号电平衰减的规律是与信号频率f的平方根(即)成正比。这就是电视电缆的斜率特性。由此可知,电视电缆系统越大,即传输半径越大,传输电缆越长,频率越高,这种衰减作用越明显。也就是说,越是高频段的电视信号被衰减越多。而越是低频段的电视信号被衰减越少,这样就造成了在整个传输网络的各频道信号电平的强弱不均衡。高低端电平将相差很多。

    2.环境温度的影响
  
  由于网络电缆大多暴露在室外,环境温度变化使其信号电平的衰减也产生变化;衰减量随着环境温度的升高而增大。此种衰减量是由电缆的温度系数所决定的,故从理论上看对高低端频率电平的衰减变化是一样的。但是,我们在实践中数次测得,环境温度越高,对高频端信号电平衰减比对其低频端大了很多。因此,环境温度的变化也可能是造成电缆电视网络信号电平不均衡的一个值得注意的问题。

    3.器件特性不良的影响
  
  由于电缆电视网络中所用的有源器件和无源器件数量极大,受其幅频特性不良的影响,会造成电视信号电平的“鼓包现象”。即在所传输的电视信号频带内,电平会出现异常波动,在某一频段内电平量偏离正常值,在高低频段内正常而在中间频段带动向上凸起即“鼓包”。这是电视信号电平产生的另外一种不均衡的形式。

      通常在分析电缆电视信号电平的均衡问题时。仅对其第一种不均衡现象加以讨论。笔者认为也应十分重视第二、第三种形式的不均衡,并施以各种技术手段给予校正,使其达到整个网络的信号电平均衡传输。在第一二种情况下,信号电平在高频段过弱。使载噪比大大降低,使终端收视户接收信号的画面出现雪花等现象。而在低频段又太强,载噪比也很好,但其他指标特别是非线性失真指标将变差。在出现“鼓包现象”的网络中,中间频段由于电平向上凸起,使网络非线性失真指标变差,严重的将使向上凸起的高电平频道干涉低电平频道图像,也就是说,低电平频道高频载波包络将受到高电平频道同步信号的调制而产生干扰,使终端收视不到正常图像。因此,这三种不均衡情况要加以抑制,终端才能收视到符合指标的图像。

    二、抑制不均衡的对策及措施 
  
  根据实际经验,抑制电缆电视网络信号电平不均衡的手段,以及变通方法如下。 
  
  1 .使用倾斜式放大器

  在各个频道都具有相等的输入电平时,某输出电平却不是平坦的。在传输网络中使用这种放大器,实际上是对电缆衰减特性给予适当补充,即通过对放大器的适当设计来取得,使放大器具有与电缆完全互补的增益特性。这正是与平坦形放大器的不同点。如下图所示:输入电平从最低频f到最高频fb的频带内都是平坦的,而输出电平则是低频段的较低而高频段的较高,中间部分是平坦的倾斜关系来设计的。其中,高频段输出电平和低频段输出电平之差值为△dB.称为倾斜量。这种倾斜量即是对电缆损耗的补充幅度。从理论上来说,在载噪比大体不变,输出电平也不变的条件下,复合三次差拍比(CTB)可以提高△dB,复合二次差拍比(CSO)可以提高(1/2)AdB。从实际使用的情况来看,也基本如此。但是,倾斜量不是可以任意增加的。因为此种类型放大器的模块都是平坦型的。太大的倾斜量会造成最后一级放大模块的低频信号输入过低,从而使低频载噪比变坏,得不偿失。所以,在使用时要根据实际情况选择放大器倾斜量。通常倾斜式放大器使用两个以上模块构成,是为了可以将倾斜电路插在两模块的中间,使前面的模块保持载噪比不变。而使后面的放大模块非线性指标变好。倾斜式放大器的输出电平是非平坦的,基本上是高频段输出高电平。低频段输出低电平。但经过一段电视电缆之后。由于电视电缆的衰减特性,在到达下一级放大器后,输入电平又是平坦的了。在使用时,可直接将其送入用户,虽然最后一级的输出电平是不平坦的,但经过放大器到用户之间电视电缆的部分损耗后,使前面的用户收到的是高频段略高而低频段略低的信号。而在远端。后面的用户则收到的是高频段电平略低而低频段电平略高的信号。这样,用户收视的电视信号的电平差就变小了。完全可以正常接收信号。

 

  2.均衡器的使用
  
  在不用倾斜式放大器的情况下,另一方方法设计一种频率均衡器,其均衡特性见下图。均衡器在电缆传输系统中是与一定长度的电缆相连接。由图2可知,均衡器对低频段电平的衰减比对低频段电平的衰减大得多。这正好与电视电缆的衰减特性相反,从而达到均衡目的。被均衡器均衡的系统各频段电平再均衡器之后安装一有平坦特性的放大器,将电视信号电平恢复到原来的水平。由于集成电路组成的均衡器多为平坦放大器,故使用均衡器特别重要。
  
  均衡器分为固定均衡器和可变均衡器。固定均衡器使用较多,其特点是使用方便,线路简单成本低廉且精确度高。其缺点是由于均衡量是固定的,无法调整,无法适应传输网络各种各样复杂的情况,特别是在各种环境温度下,系统电平高低端变化太大的情况。可变均衡器是一种在定阻条件下能实现不同均衡量要求的均衡器,但这种均衡器成本较高。它可作为独立器件使用,也可作为宽带放大器的附加电路使用。从使用的情况来看,作为宽带放大器附加电路使用更加方便适用,它节省了外壳,节省了接头。降低了造价,故障几率也随之减少了很多。
  
  描述均衡器的主要参数是均衡量与插入损失。由此两种参数可得出该均衡器对不同频率电视信号电平的衰减情况。根据参数计算出的插入损失,对于高低频段是完全一样的。

  3.使用带阻滤波器抑制“鼓包”现象
  
  抑制“鼓包”现象最直接最简单的方法是换掉幅频特性不良的器件及器材。但这种方式显然会造成浪费,有可能受某种条件限制而不可为。因此,利用带阻滤波器来抑制“鼓包”现象是一种较好较实际的办法。此种滤波器又叫下凹固定均衡器,它实际上是一种陷波器,即一种带阻滤波器,它的特性曲线见下图。从下图可知:其特性曲线限定了在两个频率之外的电信号可很好通过,在两界频率之间的电信号将被衰减。假若带阻滤波器的阻带与“鼓包”频段一样,这样就可以对其“鼓包”信号电平进行前减。

   三、使用各种均衡方式出现的问题其实,倾斜式放大器与均衡器的使用,在本质上是相同的。但是,FHC网络所处环境,网络的自身条件干差万别,有一些特殊情况,需要使用者变通处理。
  
  1.倾斜式放大器的使用环境与电缆不同,主要的是不同的环境温度。因此,高低端各频道的电视信号电平在电视电缆传输过程中的衰减量变化不能与倾斜量完全吻合,这对于系统电平均衡的改善是不完全的。因此,应增加一些可变均衡器与倾斜式放大器混合使用,仔细调整均衡量从而达到整个系统信号电平的均衡。
  
  2.均衡器的使用是以牺牲低频段信号电平来将就高频段电平的均衡方式,同时,由于有着插入损耗,也牺牲了一些高频段电平。这就要考虑整个系统的载噪比和交调比问题。使用的平坦放大器应有衰减器和可变均衡器作附件的。这样,可先调整衰减器,让输入信号提升,同时也要适度,防止交调比降低。这样,先行弥补了均衡器的损耗,再调整均衡量,使系统电平达到均衡,同时系统电平也保持了一致。
  
  3.有的均衡器均衡量偏差太大,这种偏差对于传输电缆损耗电平补偿效果不好,应坚决换掉。
  
  4.对于带阻滤波器特性两边的过滤带,有可能对正常信号电平造成损害,应特别注意这一点。有的带阻滤波器是可调的,但是由于出厂时是定在按用户指定的陷波频段上的,因此不能随意调整,只能在具有大动态范围的网络分析仪上才能调定期指定频率的范围和幅度,一旦调乱将不能恢复。由于带阻滤波器有一定的插入损耗,使用后应针对情况对系统电平进行统调。
型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67