有线电视系统的基本组成

有线电视系统的基本组成有线电视系统是一个复杂的完整体系，它由许多各种各样的具体设备和部件按照一定的方式组合而成。从功能上来说，任何有线电视系统无论其规模大小如何、繁简程度怎样，都可抽象成如图3.1所示的物理模型，也就是说，任何有线电视线系统均可视为由信号源、前端、传输系统、用户分配网四个部分（或称四个功能模块）组成。用户用户分配网络干线传输系统前端图3.1有线电视系统的结构框图图3.1中，信号源是指提供系统所需各类优质信号的各种设备；前端则是系统的信号处理中心，它将信号源输出的各类信号分别进行处理，并最终混合成一路复合射频信号提供给传输系统；传输系统将前端产生的复合信号进行优质稳定的远距离传输；而用户分配网则准确高效地将传输信号分送到千家万户。有线电视系统有多种分类方法。按用户数量可分为A类系统（10万户以上的系统）和B类系统（10万户以下的系统）。按干线传输方式可分为全电缆系统、光缆与电缆混合系统、微波与电缆混合系统、卫星电视分配系统等。按照是否利用相邻频道，可分为邻频传输系统与非邻频传输系统。其中非邻频传输系统可按工作频段分为VHF系统、UHF系统和全频道系统。邻频传输系统按最高工作频率又可分为300MHz系统、450MHz系统、550MHz系统、750MHz系统、1000MHz系统等。此外，还有单向系统与双向系统之分。一般来说，不同的系统在具体的组成上差异很大，取决于系统规模的大小、节目套数的多少、功能应用的情况等诸多因素。为了帮助读者建立起系统的整体概念，并获得直观的认识，下面简要讨论两种最典型的模式。3.1传统有线电视系统的基本组成这里所谓的传统有线电视系统，是指采用邻频传输方式，只传送模拟电视节目的单向有线电视系统。这种系统在我国极为普及，分布面广，至今仍大量存在。1.1.1信号源传统的有线电视系统的节目来源通常包括多个卫星转发的卫星电视信号、当地电视台发送的开路电视信号、当地微波站发射的微波电视信号、其他有线电视网通过某种方式传输过来的电视信号、自办电视节目、自办或转播的视、音频节目等，接收或产生这些节目信号的设备共同组成了系统的信号源部分。这些设备包括：1、用于开路广播电视接收的高增益接收天线（通常是多单元强方向性的八木天线）。为了接收中央台、各省、地、市台向空中发射的广播电视节目，有线电视台必须要有高质量的电视接收天线和调频广播接收天线。一般说来，在接收VHF频段的电视节目时，要采用单频道天线，即一副天线只接收一个频道的节目；在接收调频广播和UHF频段的电视节目时，则可采用频段天线，即由一副天线接收频率相差不大的几个频道的节目。要注意天线的质量和安装天线的位置，注意天线同电缆的匹配联接。对电视台较远，信号较弱的频道，需要在天线杆上加装天线放大器，对所接收的信号进行预放大，以改善系统的载噪比指标。对那些信号很弱，干扰较强的频道，则可由几副天线组成天线阵，以进一步提高天线的增益和方向性。2、用于卫星电视接收的卫星地面接收系统。为了接收中央电视台和部分省级电视台通过卫星转发的电视节目以及中央人民广播电台通过卫星转发的调频广播节目，有线电视台必须要有口径为3~~6m的抛物面卫星电视接收天线以及相应的馈源、高频头、卫星接收机等设备。一般说来，接收一个卫星的节目，需要有一到两副抛物面天线、一至四个高频头（四个高频头分别用于接收C波段和Ku波段两种不同极化方式的节目）、若干个功分器和卫星接收机。卫星接收机的数量应大于所接收频道的数量，以保证一个频道有一台卫星接收机，并留有一定的备份。卫星接收机的类型主要有模拟接收机（FM）、数字接收机（DVB-S）和数字解扰专用接收机（用于中央电视台等加扰节目）。3、用于自办电视节目的自动播出系统，包括多台摄像机、电影电视设备、DVD播放设备、字幕机、切换矩阵、自动播出控制系统以及演播室、转播车等。4、用于接收其他有线网传送信号的相应设备，具体组成取决于传送方式。如采用微波（AML），则需要微波接收天线和下变频器；如采用AM光纤，则需要光纤接收机；而如果采用数字光纤传送，则除了光纤接收机外，还需要有将相应数字信号转化为模拟视、音频信号的专门设备。5、用于微波电视信号接收的微波接收天线和微波接收机；用于接收FM广播节目的天线、接收机和用于自办FM节目的立体声放音设备、播出控制设备。1.1.2前端前端是位于信号源和干线传输系统之间的设备组合。其任务是把从信号源送来的信号进行滤波、变频、放大、调制、混合等，使其适合在干线传输系统中进行传输。例如，对于当地强信号电视台发出的信号，一般要经过频率变换，把该频道的节目转换成其他频道，在线路中传输，以避免空中强信号直接窜入用户电视机而出现重影干扰；在VHF系统中，也需要把天线上接收到的UFH信号转换成VHF的标准频道或增补频道，以免传输时信号损失太大。从卫星接收机、微波接收机输出的视频、音频信号，以及自办广播电视节目中产生的视频、音频信号，还需要进行调制，使其变为高频信号，才能进入混合器，使各个不同的节目互不干扰地在线路中传送。在邻频传输系统中，还应采用高质量的频道处理器来处理要传输的信号，以避免相邻频道的干扰等。大型有线电视系统的前端不止一个，其中直接与系统干线或与作干线用的短距离传输线路相连的前端称为本地前端（相当于主前端）；经过长距离地面或卫星传输把信号传递给本地前端的前端称为远地前端（相当于本地前端的信号源前端）；设置于服务区域的中心，其输入来自本地前端及其他可能信号源的辅助前端称为中心前端（相当于分前端）。一般说来，一个有线电视系统只有一个本地前端，但却可能有多个远地前端和多个中心前端。在本地前端中采用的邻频前端主要有两种类型。一是频道处理器型，即把电视接收天线收到的开路电视信号先下变频至图像载频为38MHz伴音载频为31.5MHz的中频信号，然后再经过中频处理器对信号进行处理，使之适合邻频传输的要求，最后再经过一个上变频器，把经过处理的中频信号变为所要传输的高频信号。另一种类型是调制器型，即把天线收到的开路信号，通过一个解调器变成视频和音频信号，再经过一个调制器变成中频信号，经过中频处理和上变频变为高频信号输出。这种方式的特点是前端的输出设备采用清一色的调制器，设备的一致性较好，便于定货、调试等。此时对开路信号的处理需要加装电视解调器，当采用标准解调器时，可采用视频处理技术来提高信号质量，使输出的视频、音频信号都是高质量的，与演播室质量相类似。但标准解调器的成本太高，若采用普通解调器，在解调过程中难免对信号质量有损伤。在价格相同的情况下，调制器方式得到的信号质量比频道处理器型要稍差一些。1.1.3干线传输系统干线传输系统的任务是把前端输出的高频复合电视信号优质稳定地传输给用户分配网，其传输方式主要有光纤、微波和同轴电缆三种。光纤传输是通过光发射机把高频电视信号转换至红外光波段，使其沿光导纤维传输，到接收端再通过光接收机把红外波段的光变回高频电视信号。光纤传输具有频带很宽（好的单模光纤带宽可达10GHz以上，因而可容纳更多的电视频道）、损耗极低（利用1.55um的光，传输1公里的损耗仅0.2dB、抗干扰能力强、保真度高、性能稳定可靠等突出的优点。前几年，由于激光器和光导纤维的价格较贵，使光纤传输的应用受到限制。随着技术的进步，光纤传输设备的成本不断降低，当干线传输距离大于3km时，光纤的成本反而比电缆干线要低。故在干线传输距离大于3km的系统，在传输方式上应首选光纤传输。微波传输是把高频电视信号的频率变到几GHz到几十GHz的微波频段，或直接把电视信号调制到微波载波上，定向或全方位向服务区发射。在接收端再把它变回高频电视信号，送入用户分配网。微波传输方式不需要架设电缆、光缆，只需安装微波发射机、微波接收机及收、发天线即可。因而施工简单、成本低、工期短、收效快，而且更改线路容易，所传输信号质量也较高。缺点是容易受建筑物的阻挡和反射，产生阴影区或形成重影。由于雨、雪、雾等对微波信号有较大的衰减，给多雨、多雾、多雪地区的应用带来不便。电缆传输是技术最简单的一种干线传输方式，具有成本较低、设备可靠、安装方便等优点。但因为电缆对信号电平损失较大，每隔几百米就要安装一台放大器，故而会引入较多的噪声和非线性失真，使信号质量受到严重影响。过去的有线电视系统几乎都采用同轴电缆传输，而现在一般只在较小系统或大系统中靠近用户分配系统的最后几公里中使用。1.1.4用户分配网用户分配网的任务是把有线电视信号高效而合理地分送到户。它一般是由分配放大器、延长放大器、分配器、分支器、用户终端盒（也称系统输出口）以及连接它们的分支线、用户线等组成。分支线和用户线通常采用较细的同轴电缆，以降低成本和便于施工。分配器和分支器是用来把信号分配给各条支线和各个用户的无源器件，要求有较好的相互隔离、较宽的工作频带和较小的信号损失，以使用户能共同收看、互不影响并获得合适的输出电平。分配放大器和延长放大器的任务是为了补偿分配网中的信号损失，以带动更多的用户。与干线放大器在中等电平下工作不同，分配放大器和延长放大器通常在高电平下工作，输出电平多在100dBuV以上。1.2现代有线电视网络的基本组成现代有线电视网络在组成上要比传统有线电视系统复杂得多，在体系上也有了很大的变化，传统系统只相当于现代网络的模拟单向传送部分。，现代有线电视网络已是一个庞大的完整体系，集电视、电话和计算机网络功能于一体。从提供的业务来说，既有基本业务，又有增值业务和扩展业务；从传送的信号类型来说，既有模拟电视信号，又有数字电视信号和IP数据信号；为了实现多种综合业务，系统不再是自成一体的独立结构，而是通过上一级的数字光纤骨干环网和本地的光纤骨干环网实现与其他各有线电视系统的联网。另外，它与公共电信网也实现了互通互联；本地的传输覆盖网则采用HFC模式构成双向传输分配网，其中，光纤传输部分采用空间分割（空分复用）的方式，即上、下行的信号分别用不同的光纤传输；数字电视信号源主要是数字卫星电视TS流、视频服务器和业务生成系统等；数字电视前端实际上是二个数字电视多媒体平台，包括复用器、条件接收系统CAS、数字调制器等，数据前端则主要是CableModem的前端控制器CMTS。现代网络与传统系统的不伺之处，除了上面所说的数模并存、双向传输、互通互联等几个方面外，还有一个更为典型、更为重要、也更具有标志性的区别，那就是综合业务的实现要求现代网络具有复杂完善的计算机管理控制系统，包括用户管理、用户授权、系统管理、网络管理、设备管理、条件接收、节目播出管理、媒体资源管理、收费管理等一系列子系统，以确保系统的正常运转、业务的可靠实现和信息的相对安全。另外，在现代有线电视网络中，用户端必须加机顶盒才能收看数字电视，才能获得授权享受个性化的视频服务和其他增值服务；必须加CableModem才能与计算机进行通信，实现internet的接入，才能提供IP电话等功能。图3.2大型有线电视系统示意图