HFC信道非线性产物对数字电视传输的影响（修订）.doc.docVIP

数字HFC信道非线性产物对SNR的影响 ——关于欧盟ReDesign对HFC信道非线性研究的探讨 姚 永 （中广协会技术工作委员会，北京 100866 ReDesign在原图没有标明是什么测量点的电平，因其代表相对值，以下假定是系统输出端电平。 图1清楚地表明了各类非线性产物对SNR的影响，每条曲线的上升沿是热噪声主导的，弯曲以后是非线性主导的。非线性主导表明放大器有大量非线性产物产生。综上所述，总信噪比可表示为 SNR总=-10lg(10-SNR热/10+10-SNR非/10) （1） 单级放大器SNR热（模拟信道中应为CNR）=Si-2.4-7.6（笔者假定的放大器噪声系数）=Si-10。5级放大器SNR=Si-10-10lg5=Si-17，15级放大器SNR=Si-10-10lg15=Si-22，即相同输入电平下，15级放大器SNR热比5级低10lg3=4.8 dB。 同样的，15级放大器比5级放大器IM3组合产物高20lg3=9.6 dB，即非线性噪声的SNR非低20lg3（忽略IM2组合产物，笔者曾经证明过[2]，当不包含光纤系统时，影响电缆电视系统非线性的主要是IM3，IM2可以忽略；在频道数很大时，落入一个频道的3阶非线性产物大体上跟频道数的平方成正比，2阶产物与频道数成正比）。 以上两点是基本常识。根据上面的研究，有两点值得探讨： ⑴由于非线性和线性噪声都是15级放大器比5级差，因此总信噪比15级放大器永远比5级差。但图1中在大约71.25 dBμv处15级与5级相等，之后15级反而好于5级，这肯定不对。15级放大器曲线应该如图1下方紫色细线所示，上升沿15级比5级低4.8 dB，下降沿15级比5级低9.6 dB。 ⑵如果ReDesign关于4阶、5阶非线性的研究结论是正确的，那一定是越高阶的非线性产物功率增长速度越快。而这点是正确的：放大器输出电平每增加?，则2阶产物增加2?，3阶产物增加3?，4阶产物增加4?，5阶产物增加5?。 图2[3]也说明了这点：互调非线性产物的阶数越高，斜率越大。但图中把噪声、IM2、IM3、IM4、IM5全都相交于一点不太科学。 上述推理都不能反推ReDesign关于高阶非线性产物作用超过低价产物作用的研究结论是正确的，只能说明结论可能正确的原因。结论是否正确必须经过进一步的定量理论研究或实验验证。 数字信道对非线性的要求比模拟信道低很多，模拟信道要求C/CTB和C/CSO均不小于54 dB，而数字信道只要求MER不小于23.5 dB（DVB-C中64QAM门限）和35 dB（DVB-C2中4096QAM门限）。因此在4阶、5阶产物没有增长到超过2阶、3阶产物之前，C/CTB和C/CSO就已经不能满足指标要求了。而数字信道在MER超过门限时，4阶、5阶产物可能已经超过2阶、3阶产物了。这也许是对ReDesign研究结论的一种理论解释。但这种推论是否和实际一致也必须经过进一步的定量理论研究或实验验证。 2 我国HFC信道的仿真研究 中国网络实际情况一般不超过3级放大，正在朝无放大器方向发展。如果无放大器，两级光链路可以达到的指标是：在正常光调制度情况下，模拟96个频道CNR≥48 dB，（C/CTB）≥59 dB，（C/CSO）≥59 dB，相当于数字96个频道SNR热≥38 dB，SNR非≥56 dB。一般设计此时系统输出口数字信道输出电平为55 dBμ@8 MHz，比模拟信道低10 dB。SNR总≥-10lg(10-SNR热/10+10-SNR非/10)=37.93 dB 单级放大器模拟信道输入电平一般设计71 dBμ，模拟96个频道CNR≥71-2.4-7.6=61 dB，（C/CTB）≥65 dB，（C/CSO）≥62 dB，相当于数字96个频道SNR热≥51 dB（数字信道电平比模拟信道低10 dB）。 图3中，依据国内光链路指标和延长放大器指标，分别计算两级光链路（国内多数是这种情况）、两级光链路+3级延长放大器(N+3)、两级光链路+15级延长放大器(N+15)情况下热噪声加IM2、IM3的系统输出口信噪比-输出电平（SNR-P0）特性曲线和热噪声加IM2、IM3、IM4、IM5的系统输出口SNR-P00特性曲线。国内光链路指标为CNR≥51 dB，（C/CTB）≥65 dB，（C/CSO）≥62 dB）。延长放大器指标为噪声系数取7.6 dB，（C/CTB）≥66 dB，（C/CSO）≥64 dB。这当中还假设：第一，当PO=55 dBμ时符合上述指标，第二，当PO=60 dBμ时，IM3,IM4和IM5均相等；此时光链路为标准接收光功率和标准光调制度，且放大器工作在标称增益和标称输出，且IM2的载波干扰噪声比载波干扰噪声比 图3 HFC信道输