HFC网络双向放大器的选型_张舒

经验交流
HFC网络双向放大器的选型
张舒福州广播电视集团网络中心
摘要：双向放大器是HFC网络中的关键器材。

本文结合福州市有线电视双向网络设计要求，主要从放大器模块、防雷和结构等方面谈谈个人的看法。

关键词：硅
砷化镓
砷化镓－硅混合
推挽
功率倍增
福州有线电视传输系统由总前端、一级1550nm光纤环网、分前端、二级1310nm 光纤星型网、光节点（光站）与同轴分配网组成（最多两级放大器），每个光节点带200～500户。

分配网指标设计值为（54个PAL频道加310MHz数据）：C ／N：49．2dB、CSO：－61dB、
目前国产双向放大器使用的主要是飞利浦和摩托罗拉放大模块，按模块的类型可分为硅模块、砷化镓－硅混合模块和纯砷化镓模块。

（1）硅模块的主要特点：
①它的信号压缩性较好，较平滑（软压缩），尤其
在动态幅度较大的数字信号传输中得以体现。

CTB：－60dB。

1双向放大器的原理
双向放大器电路结构主要由下行85～860MHz的前级推挽＋后级功率倍增放大模块电路和上行5～
65MHz的推挽模块电路组成。

双向放大器的基本结构
如图1所示。

双向放大器，无论是干线放大器、分配放大器，基本结构相同。

②RF过载特性较好，可靠性高。

③价格比较便宜（相对砷化镓及砷化镓－硅模块）。

（2）砷化镓模块的主要特点：①噪声低，功耗小。

②低失真：在传输频道增加，输出电平增高的情
况下，仍能保持较高的性能指标。

③压缩特性有突变现象（硬压缩），对信号本身影
——削顶现象，砷化镓在输出电平响最为明显—
2放大模块的类型
46dBmV以上时压缩特性急剧变差，非线性指标
CTB、CSO明显下降，严重时，对模拟信号来说，图像
会产生条纹干扰。

而对于数字电视信号来说，误码率
图1双向放大器的基本结构
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（期）
提高，图像会出现马赛克，甚至丢帧，成为传输动态幅度较大的数字信号的潜在弱点。

因此在网络指标设计时要考虑在内，在高电平输出下的后级功率倍增模块中尽可能避免使用。

值为1．5dB），其C／N、CSO和CTB指标：
经验交流
率倍增模块实际输出达到103dBμV（一分支衰减取
①BGY887的主要技术指标
Nf＝6．5dB，G＝22dB，N＝49CH，V0＝104dBμV，CSO＝－61dB，CTB＝－62dB
Nf：噪声系数；
G：增益；
N：频道数；
V0：该模块的输出电平。

C／N＝V0－G－Nf－2．4＝（101．5－30＋22）－22－6．5－2．4＝62．6dB CSO＝－61－15lg（49／54）＋1．5×（101．5－30＋22－104）＝－76．2dB CTB＝－62－20lg（49／54）＋2×（101．5－30＋22－104）＝－82．2dB
②BGD812的主要技术指标
Nf＝7．5dB，G＝18．5dB，N＝132CH，V0＝104dBμV，CSO＝－60dB，CTB ＝－58dB
C／N＝V0－G－Nf－2．4＝103－18．5－7．5－2．4＝74．6dBCSO＝－60－15lg（132／54）＋1．5×（103－104）＝－67．3dB
CTB＝－58－20lg（132／54）＋2×（103－104）＝－67．8dB③BGY887和BGD812合成后放大器的技术指标C／N＝－10lg（10－62．6／10＋10－74．6／10）＝62．3dBCSO＝15lg（10－76．2／15＋10－67．3／15）＝－65．9dBCTB ＝20lg（10－82．2／20＋10－67．8／20）＝－66．3dB
满足设计要求。

（2）使用同样模块配置增益相同的双端口（二分配）双向放大器指标，取中间330MHz输出
④RF过载及强度特性较差，需加强外围电路防
护设计来保证模块的可靠运行。

⑤价格较高。

（3）砷化镓－硅模块的主要特点：
是将低噪声、低失真的输入级砷化镓技术和具有很好的压缩特性、较好的RF过载特性的硅技术结合在一起，价格高。

图2是在79CH输入情况下三种模块压缩特性。

（4）福州目前每个光节点以下的同轴电缆网络放大器的级数不超过两级，一级干放、一级楼放，使用的都是下行30dB、上行16dB增益的放大器。

如何在满足系统设计指标和可靠性的情况下，尽可能地降低投资及运营成本，成为考虑选择模块的重要因素。

3模块的选型
按现在我国频率分配原则，110～550MHz送模拟电视信号，即为54CH，550～862MHz送数字信号，按
64QAM调制，因其信号功率较模拟信号低10dB，我
们认为对系统的非线性失真影响可忽略。

（1）楼栋放大器模块的选型
我们以硅模块的前级推挽BGY887和后级功率倍增BGD812组成的增益为30dB 单端口放大器，设计输出电平110／330／550／870MHz（100／101．5／103．5／
106dBμV），取中间330MHz输出101．5dBμV，后级功
101．5dBμV，后级功率倍增模块实际输出达到
图2GaAs、Si和GaAs－Si模块压缩特性比较
期111
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105dBμV（二分配衰减取值为3．5dB），其C／N、CSO和CTB指标。

①BGY887的主要技术指标与单端口相同②BGD812的主要技术指标
C／N＝V0－G－Nf－2．4＝105－18．5－7．5－2．4＝76．6dBCSO＝－60－15lg（132／54）＋1．5×（105－104）＝－64．3dBCTB＝－58－20lg（132／54）＋2×（105－104）＝－63．8dB③BGY887和BGD812合成后放大器的技术指标C／N＝－10lg(10－62．6／10＋10－76．6／10)＝62．4dBCSO＝15lg(10－76．2／15＋10－64．3／15)＝－63．4dBCTB＝20lg(10－82．2／20＋10－63．8／20)＝－62．8dB
以上单端口和双端口（二分配）双向放大器下行的指标，在分配网只有一级的情况下，是能够达到设计要求的。

同样前级推挽还可采用MHW8222BN，后级功率倍增也可采用MHW8185L、MHW8185。

（3）干线放大器模块选型
可以使用26dB增益的放大器，模块使用砷化镓模块的CGY888C推挽单模块放大器，设计输出电平
／百米（按国家电缆的一类标准50MHz的损耗标准）＝10．8dB，楼放的16dB 增益完全能满足使用要求，干线
放大器的反向模块可以不用，反向通路保留将前后高低通滤波器直接短接。

这样既降低了成本又能使C／N、
CSO和CTB指标得到改善。

③目前使用的反向模块大多是硅模块，单端口使
用BGY67，双端口使用BGY67A或MHW1244N。

④以设计CM输出电平108dBμV±3dB，光站的最佳输入电平为77dBμV为例，在只有一级楼放的情
况下，从用户端到光站的损耗（含放大器反向通道短接状态下的损耗），如果小于30dB，楼栋放大器的反向模块也可以不使用。

（6）在网络不超过两级的情况下，楼栋放大器下行使用硅模块，比用砷化镓－硅混合模块（功率倍增），要节约60元左右。

干线放大器使用单模块，比传统
的三模块模块（两个下行一个上行）每台节约200元左右，每年节约用电
126kWh左右（下行功率倍增模块按9．6W／s，上行推挽模块按4．8W／s 计），降低了网络的建设和运营成本，使放大器的可靠性得到提高。

98dBμV（各频道电平均衡输出），模块实际输出99．5dBμV（一分支衰减取值为1．5dB），其C／N、CSO
和CTB指标：
4防雷措施
CGY888C的主要技术指标：
Nf＝4dB，G＝34dB，N＝98CH，V0＝104dBμV，CSO＝－66dB，CTB＝－68dB C／N＝V0－G－Nf－2．4＝98－34－4－2．4＝57．6dB
CSO＝－66－15lg（98／54）－1．5×（104－99．5）＝－76．7dBCTB＝－68－20lg（98／54）－2×（104－99．5）＝－82．2dB
（4）一级干放＋一级楼放的指标情况
在有线电视网络中，放大器难免会遭受雷电的袭击，雷击大致可以分为两种，一种是直接雷击，放电时间短，电流在数百kA以上。

另一种为是感应雷击，指雷电产生的静电感应与雷中电流产生的电磁感应在金属导体上产生很高的感应电压（可达数万伏）。

雷击是不可避免的，除了加强供电、干线和放大器的接地之外，放大器内部防雷设计也很关键。

在放大器设计时，在各个射频口加上固态放电管，电源输入端加上高压隔离线圈、固态放电管和压敏电阻，模块供电输入端加上瞬态二极管，这样当电源及信号线上的电流电压突然升高的情况下，可以瞬间吸收额外能量，使电源和模块不会成为雷电的释放负载而得到保护。

①与双端口放大器组成的电缆网络指标C／N＝－10lg（10－62．4／10＋10－57．6／10）＝56．4dB
）＝－62．6dBCSO＝15lg（10＋10
CTB＝20lg（10－62．8／20＋10－82．2／20）＝－61．9dB
－63．4／15
－76．7／15
满足设计要求。

②与单端口放大器组成的电缆网络指标
由于单端口双向放大器在单级状态下的C／N、
CSO和CTB指标要高于双端口，在干线放大器型号一
致的情况下其网络指标也会更好也能满足设计要求。

（5）反向模块的选型
5
5．1
外壳
结构和功能
①双向放大器反向模块的增益主要是补偿输出
口至下一级放大器或光站的线路损耗。

（1）目前野外型放大器使用外壳的类型主要有两种，一种是闭合后缝隙还暴露在外面，靠橡胶条防水，长期在野外工作橡胶条容易老化失效漏水，需在缝隙部涂上硅胶。

另一种是两个外壳设计成错位，闭合后的缝隙被覆盖掉，没有直接暴露在外面，防水性及屏
（下转第114页）
②我们以一级干放和一级楼放的两级网络为例，
从末级楼放算起到光站，有两段不超过300m的－12铝管电缆和一级干线放大器，它的线损耗为6×1．8dB
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（期）
经验交流
台机顶盒同时授权，时间约8分钟，同时授权机顶盒的数量与时间成线性增长，这样每天工作10小时，机顶盒的配对、授权、节目预收的数量只能达到1500台左右，成为影响整转速度的瓶颈。

因此，为解决节目授权的瓶颈问题，需要做到授权速度与机顶盒数量无关，针对天柏、永新CA提出了两种解决方案：
（1）对于天柏CA，由于其具有广播授权功能，我们针对工厂专门建了一套工厂专用的分布式CA系统，专门对工厂机顶盒进行配对、广播式授权，速度提高到约10分钟，与同时授权的机顶盒数量无关，适合工厂大批量生产。

（2）对于永新CA，由于其区域码信息需要写卡机写入，针对其特点，我们采用节目授权与区域码信息同时通过写卡机写入智能卡，写卡时间每张卡约2秒，这样，在工厂只要进行机顶盒的配对、节目预收、机顶盒入库等工作，速度提高到约8分钟，与同时授权的机顶盒数量无关，适合工厂大批量生产。

通过以上措施，配对工厂8条生产线工作，每天的机顶盒出货量可达到6500台。

模数混传、全数字电视两套系统平行传输方式。

模数混传中的数字电视包含基本包中的60套数字电视节目、数据广播等内容，其频率与全数字电视的频率相同，在工厂已预收了全数字电视的节目，这样做会带来如下好处：
广电站的工作人员预先发放机顶盒，用户自行安装机顶盒后不用搜台，就可以看到60套数字电视节目、数据广播等内容，在约10天后断模，线路切换到全数字
电视系统，用户同样不用搜台，就可以看到110多套的数字电视节目。

大部分用户能自己安装机顶盒，大大缩短了广电站的工作人员上门的服务时间。

5数字电视导视频道的宣传
武进在数字电视整转前购置了一套导视频道的制作、播出设备，参考其他地方的成功经验，专门制作了一部数字电视宣传片，详细地介绍了机顶盒安装、使用方法，同时在模拟电视、数字电视系统中循环播出，结合广电呼叫中心，提高了用户对数字电视的认知水平，受到用户的好评，也大大减轻了广电站工作人员的宣传、安装、维护的工作量。

通过以上方面的工作，以及得到地方党和政府的大力支持，武进的数字电视整体转换工作得到和谐、有序、快速推进，在2008年3月28日开始试点，5月28日全面启动，在6、7月期间，每天安装机顶盒达到6000多台，至7月31日武进的数字电视实际整转率已达
4机顶盒的发放、安装
武进公司只是制订整转政策，机顶盒的发放、安装工作由各广电站负责，方式是边整转、边断模，因此，要做到快速、平稳推进数字电视整体转换，机顶盒的发放、安装工作是重要的一环，我们在实施中采用
91．6％，整转用户27．2万户，共安装机顶盒35．3万只。

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蔽性能较好，建议使用。

（2）在外壳的底部打两个小孔，一个孔用来安装电源指示灯，这样方便维护人员对故障作出快速判断。

另一个孔可作为散热透气孔，雨水进入放大器可从小孔流出，不会损坏放大器内的电子器件。

入非线性，造成传输信号的非线性失真。

特别在遇有振动的情况下，会对信号产生相应的调幅及调相。

这一现象在传输数字电视节目时是绝不允许的。

使用贯通头可以最大限度避免以上问题的出现。

（2）放大器衰减器、均衡器为插片式，插针和插脚应为铜质（镀金）处理，使其接触良好。

不同生产厂家不同型号放大器的衰减和均衡插片接口必须统一，便于日常的维护。

5．2接口
（1）双向放大器主板与电缆头采用柱式结构（电
缆头芯线不能直接焊在电路板上）。

尽量避免使用F型连接器，目前使用的F型连接器的插孔均为簧片式结构，长期使用会出现以下问题：①簧片的压力减退：由于通常簧片只有两点与插针接触，压力的减退，必将使接触电阻加大，造成接触不良，影响放大器的反射、供电及上行信号的传输。

②由于潮湿、盐雾的作用，在簧片与插针之间会产生氯化层，此氯化层会引
5．3电源
（1）使用高效开关电源，宽电压适应范围，放大器
为60V供电，便于集中供电，统一防雷。

（2）电源模块化设计，将其安装在屏蔽性良好的铝合金盒子内，固定在放大器的外壳上，防止电源有可能产生的电磁干扰，影响信号的传输。

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