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有线电视系统质量指标的极限裕量分析1. 引言有线电视系统是一种广泛应用于家庭和商业场所的电视信号传输系统。
在传输过程中，需要保证信号质量的稳定性和高清晰度，以提供良好的观看体验。
为了评估有线电视系统的性能，需要定义一些质量指标，并确定它们的极限裕量。
本文将介绍有线电视系统常见的质量指标，并分析它们的极限裕量。
通过对极限裕量的分析，可以更好地了解系统的性能，并优化有线电视系统的设计和运营。
2. 有线电视系统质量指标2.1 信号强度信号强度是指有线电视系统接收到的电视信号的强度。
信号强度过低会导致画面模糊、噪点多等问题，而过高则可能导致信号过载。
对于有线电视系统来说，适当的信号强度范围可以提供良好的观看效果。
2.2 信噪比信噪比是指信号强度与噪声强度之比。
信号强度越大，噪声强度越小，信噪比越高。
较高的信噪比可以提供更清晰的图像和更纯净的音频。
2.3 频道容量频道容量是指有线电视系统可以传输的频道数量。
频道容量越大，系统可以提供更多的节目选择给用户。
对于有线电视运营商来说，增加频道容量可以提高业务竞争力。
2.4 误码率误码率是指在信号传输过程中出现错误的概率。
较低的误码率可以确保传输过程中信息的完整性和准确性。
对于数字信号而言，误码率可以通过纠错编码和差错检测算法来降低。
3. 极限裕量分析极限裕量分析是通过确定每个质量指标的合理范围，来评估有线电视系统的性能。
首先，需要确定每个质量指标的最小要求值和最大要求值。
对于信号强度，最低要求值保证了信号的稳定性，而最高要求值避免了信号过载。
根据系统的设计和运营经验，可以确定一个合适的信号强度范围。
信噪比的最低要求值应该能提供良好的图像和音频质量，而最高要求值可以进一步提升观看体验。
根据用户的需求和系统的能力，可以确定信噪比的合理范围。
频道容量的最低要求值取决于用户的需求和付费模式，最高要求值受到系统带宽和传输技术的限制。
根据市场需求和运营策略，可以确定一个合适的频道容量范围。
用K法作有线电视系统指标设计的基本方法林挺逵浙江省台州市路桥区乡镇广电站退休职工笔者提出的系统指标占用系数分析法，简称“K法”，是有线电视系统指标分析、指标核算和指标设计的简易便捷方法。
本文试设计一个具有2级1310nm光链路、加3级干线放大器、再加末级用户放大器的550MHz有线电视系统，来说明应用“K法”进行有线电视系统指标设计的具体过程和方法。
本例所设计系统的指标要求，按照国家广电行业标准GY/T 106-1999的规定标准：C/N≥43dB, CTB≥54dB；设计值则按照C/N=44dB, CTB=55dB执行。
由于笔者设计的“K法表”，就是根据C/N=44dB、CTB=55dB推算出来的，因此在设计计算时就可以直接利用它。
与传统的“指标分配法”不同，用“K法”进行有线电视系统指标设计的时候，第一步不是进行“指标分配”，而是进行“指标分析”，就是对已经存在的单元网络进行指标测量、分析、计算，对虽然没有安装到位但其指标可以分析计算的单元（如光链路、用户放大器等）进行分析计算，计算出它们的指标值和指标占用系数K值，计算出这部分K值总和以及剩余K值，再根据剩余K值对剩余单元进行指标设计。
阅读本文时，请首先从下列网址下载并打印出“K C/N表”、“K CTB20表”和“K15表”置于案头备用：/catvbbs/viewthread.php?tid=68862&extra=page%3D3/catvbbs/viewthread.php?tid=68863&extra=page%3D2/catvbbs/viewthread.php?tid=68864&extra=p age%3D21、光链路指标分析当前有线电视系统的频道数量通常达到40个左右，为了留好系统的发展裕量和设计裕量，网络设计一般都得实行“满载设计”；当数字和模拟电视混合传输时，根据有关文献报告（/catvbbs/viewthread.php?tid=69487 &extra=page%3D1），如果数字电视的电平比模拟电视低10dB时，每个数字电视频道应折算成0.32个模拟电视频道，这样算起来，系统中的总频道数往往已经达到甚至超过满载；当系统中应用了高档的“调制度恒定性光发射机”时，无论系统中频道数是多少，光链路的失真指标都处于满载状态。
有线电视系统指标的叠加与分配王平1前言在对有线电视系统进行分析时，我们常常习惯于将系统划分为前端、传输系统、用户分配网等若干部分，并可以很方便地分别知道（或测量出）有线电视系统的各部分的指标（或总指标），此时，要计算系统的总指标（或各部分指标），便需要将这些指标按照某种规律进行叠加（或分配）。
下面，我们分别就几项具体指标进行讨论。
2指标叠加实际中经常会出现已知每一台设备的具体指标，要求由这些设备组成的串接系统总指标的情况，这时也要采用指标叠加公式。
在进行指标叠加计算时，有一点值得注意：指标叠加过程中真正进行叠加的物理量是干扰信号本身。
2.1载噪比叠加载噪比叠加遵循功率叠加的规律。
若已知系统各部分(或各设备)的载噪比指标分别潍(C/N)1dB，(C/N)2dB，……（C/N）k dB，由于(C/N)dB=10 lg(C/N)，则：（C/N）=10（C/N）dB/10（1）各部分所产生的噪声信号符合功率叠加的规律，即Pn＝Pn1＋Pn2＋……＋Pnk则PnP c=Pn1P c+Pn2P c+…+PnkP c可得1(C/N)=1(C/N)1+1(C/N)2+…+1(C/N)k（2）作者简介：王平（1969），男，工程师，主要从事有线电视网络的规划设计、维护和信号传输工作。
将式（1）代入到式（2）中，有：10-（C/N）dB/10=10-（C/N）1dB/10+10-（C/N）2dB/10+…+10-（C/N）kdB/10于是(C/N)dB=-10 lg ［10-（C/N）1dB/10+10-（C/N）2dB/10+…+10-（C/N）k dB/10］（3）式（3）称为载噪比的叠加公式。
当各设备的载噪比都相等时，总的载噪比为：(C/N)dB=-10 lg ［k10-（C/N）1dB/10］=(C/N)1dB-10 lg k（4）下面举例说明载噪比叠加的规律。
例：设有20级放大器串联，其中有12级放大器的载噪比均为65 dB，另外8级放大器的载噪比则均为62 dB，求总的载噪比。
有线电视系统主要指标根据《有线电视系统技术规范》和《有线电视系统测量方法》的规定，将有线电视系统主要技术指标归纳成１０项：载噪比（C／N）、载波复合三次拍比（C／CTB）、载波复合二次差比（C／CSO）、交扰调制比（C／CM）、交流声调制（HM）、回波值、微分增益（DC）、微分相位（DP）频道内频响和色度／亮度时延差（△r）。
行业标准GY／T106—1999《有线电视系统技术规范》规定：有线电视系统测量项目共18项，即：系统输出电平、任意频道间电平差、相邻频道间电平差、图像／伴音电平差V／A）、频道内频响、载噪比（C／N）、载波复合三次差拍比（C／CTB）、交扰调制比（C／CM）、交流声调制（HM）、回波值、微分增益（DC）、微分相位（DP）、频道内频响和色度／亮度时延差（△r）、回波值、图像载频准确度、图像／伴音载频间距偏差和系统输出口相互隔离度、载波复合二次差比（C／CSO）和载波互调比。
有线电视系统主要技术指标共有10项：载噪比、载波复合三次拍比、载波复合二次差比、交扰调制比、交流声调制、回波值、微分增益、微分相位、频道内频响和色度／亮度时延差。
下面分别介绍上述各项的定义和物理意义、指标、对图象质量的影响及指标劣化原因和减少影响的办法。
1、载噪比噪声普遍存在于有线电视系统内部，危害很大。
人们只能把它减少到允许的限度之内，而不能完全消除。
噪声对有线电视系统来讲是连续随机噪波，由一系列无固定幅度的窄脉冲综合而成，其脉冲幅度分布是随机的，某一瞬间无确定值，只能掌握其统计规律性。
因此，噪声电平用均方根值来表示。
1.1定义和物理意义⑴、定义：图像载波电平的有效值与规定带宽内系统噪声均方根值之比，用dB表示。
即：C／N＝图像载波电平／噪声电平均方根值（规定带宽内）。
噪声带宽ＢＷ＝5.75MHz．⑵、物理意义：被视频调制的图像载波电压的大小与有线电视系统本身固有噪声电压大小之比取对数．这项指标反映在图像上，用信噪比的好坏来衡量．1.2指标行业标准GY／T106－1999规定C／N＝43.0dB（噪声带宽为5.75MHz）。
有线电视系统工程技术规范（GB50200-94）中华人民共和国国家标准有线电视系统工程技术规范ＧＢ５０２００－９４中华人民共和国国家标准有线电视系统工程技术规范ＧＢ５０２００－９４主编部门：中华人民共和国广播电影电视部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：１９９４年１１月１日关于发布国家标准《有线电视系统工程技术规范》的通知建标［１９９４］１９８号根据国家计委计综［１９８６］４５０号文和建设部建标［１９９１］７２７号文的要求，由广播电影电视部会同有关部门共同制订的《有线电视系统工程技术规范》，已经有关部门会审。
现批准《有线电视系统工程技术规范》ＧＢ５０２００－９４为强制性国家标准，自１９９４年１１月１日起施行。
本标准由广播电影电视部负责管理，具体解释等工作由武汉市广播电视局负责，出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。
中华人民共和国建设部１９９４年３月１１日目次１总则２系统的工程设计２．１一般规定２．２系统的基本模式及主要技术指标分配２．３接收天线２．４前端２．５干线传输２．６分配网络２．７前端机房和自办节目站２．８部件安装和线路敷设２．９防雷、接地与安全防护２．１０供电３系统的工程施工３．１一般规定３．２接收天线３．３前端机房３．４干线架设３．５支线和用户线３．６防雷、接地及安全防护３．７系统的调测４系统的工程验收４．１一般规定４．２系统质量的主观评价４．３系统质量的测试４．４系统的工程施工质量４．５验收文件附录Ａ系统基本模式中常用的图形符号附录Ｂ常用测试表格附录Ｃ系统的工程验收证书附录Ｄ本规范用词说明附加说明１总则１．０．１为使有线电视系统（以下简称系统）的工程设计与施工做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制定本规范。
１．０．２本规范适用于下列信号传输方式的有线电视系统的新建、扩建和改建工程的设计、施工及验收：１．０．２．１射频同轴电缆。
１．０．２．２射频同轴电缆与光缆组合。
１．０．２．３射频同轴电缆与微波组合。
有线电视系统的技术指标根据《有线电视广播系统技术规范》GY/T106-1999的规范要求，下行网络传输的主要技术指标为：9.5、主设备的选择及原则由于卫星电视、开路电视信号接收系统使用的设备必须是音像管理处的指定产品。
所以，对该系统设备的选择严格按有关的规定，通过选择一下产品，能使天山国际酒店的卫星接收信号各项指标都符合国家和当地有关标准。
有线电视的接入根据当地规定。
以下为主设备的概述及特点工程型数字卫星电视接收机 MW-DSR 2021MW-DSR 2021数字卫星接收机采用强大的DVB专用处理芯片STi5518DVC 。
内置中频处理方式的邻频调制器构成卫星接收调制一体机。
主要技术指标均符合DVB-S/MPEG-2标准和广电总局颁布的《数字卫星接收机（IRD）暂行技术要求》。
该机具有高灵敏度的信号接收功能，具有超清晰数字画面及高保真数码立体声输出，操作简单方便。
特点☆SCPC/MCPC全兼容☆可接收所有不加密卫星数字电视/音频节目☆C/ku波段全兼容☆支持双本振LNB☆断电记忆及自动恢复☆信号强度、质量指示☆高可靠开关电源☆NTST/PAL制自动识别☆电子节目指南☆多频道编辑功能☆用户可以编辑各种卫星和转发器信息☆自动搜索新增加的卫星转发器☆开机播放定制系统☆具有图文功能可接收图文信息☆左右声道、立体声伴音☆RS-232接口，软件可升级☆超低门限☆AV输出☆可选调制输出☆全功能红外遥控☆OSD级联菜单设置MW-MOD -9621 专业级固定频道邻频调制器概述：MW-MOD-9621调制器用于有线电视前端,将基带音视频信号调制成射频信号。
允许输入0.7~1.4V视频信号源信号，在正常频偏条件下，通过外部的连续调节可以输入0.775V±10dB的音频信号。
该产品中频采用声表滤波器处理，有效地保证了残留边带特性，使之适用于邻频传输系统;采用频率合成技术，频率稳定度高;采用无源、高选择性单频道滤波器，有效地保证了调制器良好的寄生输出抑制性能。
有线电视系统指标的叠加与分配王平1前言在对有线电视系统进行分析时，我们常常习惯于将系统划分为前端、传输系统、用户分配网等若干部分，并可以很方便地分别知道（或测量出）有线电视系统的各部分的指标（或总指标），此时，要计算系统的总指标（或各部分指标），便需要将这些指标按照某种规律进行叠加（或分配）。
下面，我们分别就几项具体指标进行讨论。
2指标叠加实际中经常会出现已知每一台设备的具体指标，要求由这些设备组成的串接系统总指标的情况，这时也要采用指标叠加公式。
在进行指标叠加计算时，有一点值得注意：指标叠加过程中真正进行叠加的物理量是干扰信号本身。
2.1载噪比叠加载噪比叠加遵循功率叠加的规律。
若已知系统各部分(或各设备)的载噪比指标分别潍(C/N)1dB，(C/N)2dB，……（C/N）k dB，由于(C/N)dB=10 lg(C/N)，则：（C/N）=10（C/N）dB/10（1）各部分所产生的噪声信号符合功率叠加的规律，即Pn＝Pn1＋Pn2＋……＋Pnk则PnP c=Pn1P c+Pn2P c+…+PnkP c可得1(C/N)=1(C/N)1+1(C/N)2+…+1(C/N)k（2）作者简介：王平（1969），男，工程师，主要从事有线电视网络的规划设计、维护和信号传输工作。
将式（1）代入到式（2）中，有：10-（C/N）dB/10=10-（C/N）1dB/10+10-（C/N）2dB/10+…+10-（C/N）kdB/10于是(C/N)dB=-10 lg ［10-（C/N）1dB/10+10-（C/N）2dB/10+…+10-（C/N）k dB/10］（3）式（3）称为载噪比的叠加公式。
当各设备的载噪比都相等时，总的载噪比为：(C/N)dB=-10 lg ［k10-（C/N）1dB/10］=(C/N)1dB-10 lg k（4）下面举例说明载噪比叠加的规律。
例：设有20级放大器串联，其中有12级放大器的载噪比均为65 dB，另外8级放大器的载噪比则均为62 dB，求总的载噪比。
解：利用式（4）可算出：每级载噪比为65 dB的12级放大器串联后的载噪比：(C/N)1dB=65-10 lg 12=54.2 dB每级载噪比为62 dB的8级放大器串联后的载噪比：(C/N)2dB=62-10 lg 8=53.0 dB代入式（3）中，则系统总的载噪比：(C/N)dB=-10 lg［10-54.2/10+10-53.0/10］＝50.55 dB2.2非线性失真指标的叠加这种叠加称为功率叠加或均方根叠加，当它们的相位差介于0和π/２之间时，总电压的大小介于算术叠加和均方根叠加所得的结果之间，这种叠加可以称之为减算的算术叠加。
若需要相加的k个电压大小相等，都是U1时，则算术叠加的结果为：U dB＝20 lg U＝20 lg（kU1）＝20 lg U1＋20 lg k（5）均方根叠加（功率叠加）的结果为：U dB＝10 lg U2＝10 lg（kU21）＝20 lg U1＋10 lg k（6）采用减算的算术叠加时，lg k前的系数应介于10与20之间，一般可取为15，则叠加结果为：U dB＝20 lg U1＋15 lg k（7）噪声一般是完全不相关的，因而其叠加规律满足功率叠加关系。
同噪声不同，非线性失真产物通常是彼此相关的，在一般情况下具有确定的相位差。
但二次失真和三次失真的相位差不同，所满足的叠加规律也不同。
经验表明，在频道数不太多时，二次非线性失真（例如载波组合二次差拍比指标）的叠加应采用减算的算术叠加。
满足减算的算术叠加规律的N个电平U1dB，U2dB……叠加所得总电平为：U dB＝15 lg［10U1dB/15+10U2dB/15+…+10UN dB/15］在频道数很多时，二次非线性失真电平的叠加趋向于功率叠加，即：U dB＝10 lg［10U1dB/10+10U2dB/10+…+10UN dB/10］同上述载噪比叠加的情况相类似，载波组合二次差拍比指标C/CSO中非线性失真（CSO电平）是分母，故在叠加时应取其倒数，用分贝来表示时应加负号，故在频道数不太多时，载波组合二次差拍比指标C/CSO的叠加公式应为：(C/CSO)dB＝-15 lg［10-（C/CSO）1dB/15+10-（C/CSO）2dB/15+…+10-（C/CSO）N dB/15］(8)当各载波组合二次差拍比指标都相等时，总的载波组合二次差拍比指标为：(C/CSO)dB＝-15 lg ［N10-（C/CSO）1dB/15］=(C/CSO)1dB-15 lg N(9)即比单独一台设备的载波组合二次差拍比指标低15 lg N。
在频道数非常多时，（8）和（9）式分别变为：(C/CSO)dB＝-10 lg［10-（C/CSO）1dB/10+10-（C/CSO）2dB/10+…+10-（C/CSO）N dB/10］（10）(C/CSO)dB＝-10 lg ［N10-（C/CSO）1dB/10］=(C/CSO)1dB-10 lg N(11)一般来说，不同设备所产生的三次失真分量相位相同，相加时是同相相加，服从算术叠加规律，这与二次失真服从减算的算术叠加的情况完全不同，因而对三次失真指标，例如交调比、载波三次互调比、载波组合三次差拍比等，应按算术叠加的公式进行叠加计算。
满足算术叠加规律的N个电平U1dB，U2dB……叠加后所得总电平为：U dB＝20 lg［10U1dB/20+10U2dB/20+…+10UN dB/20］因为交扰调制比、载波三次互调比、载波组合三次差拍比等同载波组合二次差拍比一样，非线性失真电压都在分母上，其叠加公式中每一项分贝数前面应加一负号，得：(CM)dB＝-20 lg［10-(CM)1dB/20+10-(CM)2dB/20+…+10-(CM)N dB/20］(12) 下面，我们分别就几项具体指标进行讨论。
(IM3)dB＝-20 lg［10-(IM3)1dB/20+10-(IM3)2dB/20+…+10-(IM3)N dB/20］(13) (C/CTB)＝-20 lg［10-(C/CTB)1dB/20+10-(C/CTB)2dB/20+…+10-(C/CTB)NdB/20］(14)当N个设备的指标都相同时，总的指标分别为：(CM)dB＝-20 lg［N10-(CM)1dB/20］=(CM)1dB-20 lg N(15)(IM3)dB＝-20 lg［N10-(IM3)1dB/20］=(IM3)1dB-20 lg N(16)(C/CTB)dB＝-20 lg［N10-(C/CTB)1dB/20］=(C/CTB)1dB-20 lg N(17)下面举例说明非线性失真指标的叠加规律。
例：设前端的交调比为50 dB，干线的交调比为53 dB，用户分配网的交调比为51 dB，求全系统总的交调比。
解：按照（12）式，总的交调比为：(CM)dB＝-20 lg［10-50/20+10-53/20+10-51/20］=41.7 dB3指标分配在实际中，常常需要进行指标的分配，指标分配可理解为指标叠加的逆过程，指标分配最主要的应用是在系统设计的过程中。
我们知道，国家标准中所规定的系统指标，是指从前端的信号输入口到系统输出口之间整个系统的指标，任何有线电视系统都必须确保其系统总指标全面符合要求。
我们在进行系统设计时，往往习惯于将系统拆成前端（包括信号源）、传输系统、用户分配网3大部分来分别进行设计，要确保系统的总指标达到要求，就必须事先将系统总技术指标在这3个部分进行合理的分配，以便确定出各个部分分别应该满足的指标要求，而每个部分又可将分得的指标再分配给组成的各个设备和部件。
通常情况下，对大、中型有线电视系统而言，只需要对系统的载噪比（C/N）、载波组合三次差拍比（C/CTB）、载波组合二次差拍比（C/CSO）等几个主要技术指标进行分配即可，每个部分分配的具体比例要根据系统的大小、传输干线的长短、干线传输的技术手段（电缆、微波、光缆）以及频道的多少来确定。
可以说，系统设计过程中分配比例确定得是否科学合理，决定着系统的造价、质量和实现的难易程度。
指标分配的比例一旦确定，便可以很容易地计算出各部分应该满足的相应指标。
3.1载噪比分配设系统各部分或各个设备所占的载噪比份额分别为系统载噪比指标的q1，q2，q3……倍（q1＋q2＋……＝１）时，则允许它们对总噪声的贡献分别为q1Pn，q2Pn，……(其中Pn为系统的总噪声功率)，相应的载噪比指标应为：（C／N）1＝P c／(q1P n)（C／N）2=P c／(q2P n)……用分贝来表示为：（C／N）1dB＝10 lg［P c／(q1P n)］＝（C／N）dB-10 lg q1(18)……其中（C / N）dB=10 lg(P c/P n )是整个系统的载噪比。
利用(18 )式即可由总的载噪比指标和分配比例求出系统各部分或各设备应满足的载噪比指标。
下面举例说明载噪比叠加的规律。
例：欲把有线电视系统的载噪比指标43 dB分给前端20％，分给干线70％，分给分配系统10％，求各部分的载噪比指标。
解：因为前端部分的分配比例潍q1=0.2,由（18）式求出其载噪比指标为：(C/N)1dB=(C/N)dB-10 lg q1＝43-10 lg 0.2=50 dB同样求出干线部分的载噪比指标为：(C/N)2dB=43-10 lg 0.7=44.55 dB分配系统的载噪比指标为：(C/N)3dB=43-10 lg 0.1=53 dB3.2非线性失真指标的分配载波组合二次差拍比的分配与载噪比类似，只是因为它们服从的叠加规律不同，因而分配公式中对数前面的系数应作相应调整。
频道数不太多时，载波组合二次差拍比的指标分配公式为：(C/CSO)i dB=(C/CSO)dB-15 lg qi（i=1，2，3……）（19）频道数非常多时，（19）式应变为：(C/CSO)i dB=(C/CSO)dB-10 lg qi（i=1，2，3……）（20）。
