有线电视系统

1现代有线电视传输网络一.前言现代有线电视网是指以电缆、光纤为主要传输媒介，向用户传送本地、远地及自办节目的电视广播数据通信系统。这是一个集节目组织、节目传送及分配于一体，并向综合信息传播媒介的方向发展的综合性网络。由此可见，有线电视能向人们提供的已不仅仅是传统意义上的收看电视节目，而是提供包括图像、数据、语音等全方位的服务。有线电视网都是宽带入户，绝大多数的入户电缆是750M以上的系统，这正是信息高速公路所需要的带宽，也为有线电视网开展增值业务、进行综合信息应用提供了重要条件。因此，世界各国对有线电视的发展十分重视，在有线电视网的研究、规划、设计和建设上加大了力度，许多国家正在着手调整自己的产业结构，并从法律上采取实际步骤促进计算机网、有线电视网与电信网的融合。随着全球信息化进程的不断加快，有线电视还将以更加迅猛的势头向前发展。2我国的有线电视网是在完全空白的基础上建立起来的，它起步较晚，但发展十分迅速。它有以下几个特点：网络频谱不断拓宽。从最早的全频道系统发展到邻频系统，提高了频谱利用效率，邻频系统则由300MHz过渡到450MHz，发展到今天普遍采用的750MHz，光纤干线已到860MHz；1GHz的系统也在试验中。与之相对应的是传送电视频道容量的扩大，从300MHz系统的27套(PALD)制式，扩展到450MHz系统的46套，到550MHz系统的59套。网络结构多样化。除全同轴电缆网(即干线和分配网络均采用同轴电缆)仍在中小规模网络中采用外，光纤同轴电缆(HFC)网成为网络发展的主流。光纤衰耗小，长距离传送无需中继，在大规模网络建成及网络互联(市县联网，县乡、乡村联网)中得到广泛应用，优势凸现。微波多频道多点分配系统(MMDS)也有了很大的发展。网络规模不断扩大，区域联网成为趋势。全国最大(也是全世界最大)的上海有线电视网络用户数已超过200万，全乡(镇)联网、全县联网、全地区(市)联网乃至于全省联网发展很快，全国联网正在筹划实施中。网络的多功能3开发广受重视，实验网在全国各地许多地方建立，网络由单向网向双向网发展。传输数据化,数字电视的发展，要求前端信号节目源数字化，MPEG-2压缩，使得有线电视频道资源进一步得以拓展；SDH传输技术、ATM交换技术都将加快有线电视传输的数字化。有线电视网的最大特点和优点就是在于光纤和电缆传输，带宽可达1GHz。这是传输多种媒体信息的关键之一，通过频率分割,可双向传输高质量的数字电视、高保真的数字电话及高速率的数据。有线电视网的另一特点是有广泛的市场和广阔的发展前景。目前世界范围内已有大约1.5亿个家庭订购使用有线电视，并且在将来的10年内还会加倍。有线电视在21世纪将成为重要的社会信息媒介。二.有线电视系统结构组成:有线电视系统一般由三部分组成：前端部分，干线部分和分配部分。前端部分提供有线电视信号源，前端设备主要有卫星接收设备,采编,录放(接目制作)设备,调制器,混合器,光发射机等。有线电视信号源可以有4各种类型，物业有线电视输出端是主要来源，根据需要，用户如果有自办节目，或者要接收上级有线电视台以外的卫星电视都要设置卫星接收设备和调制器，如果当卫星接收的频道与有线电台播放的频道有冲突的时候，应将卫星接收频道加频道转换器，转换到1～64频道中某一空余频道，如果制式不同还必须加制式转换器，最后与有线电视系统一起混合后传向用户电视系统。干线主要设备是光发射机,光中継,光接收机,干线放大器，根据距离远近,有线电视用户总数不同，需要干线提供的信号大小也不一样，光发射机,光中継,光接收机,干线放大器用来补偿干线上的传输损耗，把输入的有线电视信号调整到合适的大小输出。分配系统部分的设备包括接入放大器，分支分配器及用户盒。分支分配器属于无源器件，作用是将一路电视信号分成几路信号输出，相互组合直接接到终端用户的电视面板上，使电视机端的输入电平按规范要求应控制在64+-4dBmV之间。在用户终端相邻频道之间的信号电平差不应大于3dB，但邻频传输时，相邻频道的信号电平差不应大于2dB，我们将根据此标准采用不同规格的分支分配器。但5分配出的线路不能开路，不用时应接入75欧的负载电阻。有线电视系统结构如下图：61.前端系统设备:卫星电视接收系统、采编录及播送设备、自动化管理及收费系统、调制器、混合器、前置放大器、光发射机、光分路器组成前端部分。卫星电视接收系统是由：抛物面天线、馈源、高频头、卫星接收机组成一套完整的卫星地面接收站。1.1抛物面天线是把来自空中的卫星信号能量反射会聚成一点（焦点）。1.2馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个收集卫星信号的喇叭，称为馈源，意思是馈送能量的源，要求将会聚到焦点的能量全部收集起来。前馈式卫星接收天线基本上用大张角波纹馈源。1.3高频头（LNB亦称降频器）是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。高频头的噪声度数越低越好。1.4卫星接收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像信号和伴音信号。（家用卫星接收系统及进CATV系统的方框示意图：）72．干线同轴传输系统2.1同轴电缆的特性:同轴电缆是被广泛应用的传输媒介。尽管光纤光缆已越来越受到人们青睐，但由于目前光缆的分支分配技术难度大以及经济上的原因，光纤光缆多8用于长距离干线上，分配网络仍以同轴电缆为主。因引进物理发泡技术用于同轴电缆制造中，使同轴电缆的发展出现了崭新局面，物理发泡同轴电缆在有线电视传输领域、移动通信系统、卫星通信以及国防重点项目等领域都已获得较为广泛的应用。电缆分配系统用物理发泡PE（聚乙烯）绝缘同轴电缆应用于CATV系统和其它电子装置中，它具有优良的高频性能、衰减低、一致性好、弯曲半径小、不易受潮、结构性能稳定、使用寿命长，而且发泡度高、节省材料。2.1.1结构组成电缆分配系统用物理发泡同轴电缆由内导体、绝缘、外导体和护层四个部分组成。内导体内导体要求有较好的电气性能，一定的机械强度和柔软性，常用的内导体是实心铜线，也可用铜包钢线或铜包铝线。绝缘绝缘材料和结构的选取应使电缆有尽可能低的传输损耗，足以保证内、外导体始终处于同轴位9置，物理发泡PE绝缘是一种半空气绝缘结构，是目前绝缘形式的最佳选择。外导体外导体要求有良好的机械、物理及密封性能、常用结构有两种：a）铝塑复合带纵包加镀锡铜线（或铝镁合金线）编织外导体。b）铝管外导体，这种结构屏蔽性能、机械性能及密封防潮性能都较好。护层常用护套料有聚乙烯和聚氯乙烯、防止护套受到机械外力、潮气、腐蚀、高低温环境等因素影响。2.1.2主要电气性能特性阻抗电缆分配系统用同轴电缆首先要考虑的主要参数就是特性阻抗。传输线匹配的条件是线路终端负载阻抗正好等于该传输线的特性阻抗，此时没有能量的反射，因而有最高的传输效率。在CATV系统中的标准特性阻抗为75Ω。特性阻抗取决于电缆的结构尺寸和绝缘材料的介电常数。衰减常数10衰减常数反映了电磁波能量沿电缆传输时的损耗大小，通常要求电缆有尽可能低的衰减常数。衰减由内外导体的损耗与支撑该导体的绝缘材料的介质损耗之和构成，其中导体损耗占主要地位，尤以内导体的衰减最大，约占整个导体衰减的80％。低频端主要是导体衰减，随着频率提高，介质衰减也随之增大，在高频端的导体衰减和介质衰减约各占80％。回波损耗电缆制造过程中产生的结构尺寸偏差和材料变形，会使电缆的特性阻抗产生局部的不均匀，当电缆加上传输信号时，这些地方便会出现信号的反射。回波损耗越大，反射系数越小，则表示电缆内部均匀性越好。工作电容电容是同轴电缆重要参数之一，当应用同轴电缆传输脉冲信号时，为减少波形畸变，要求电缆具有尽可能低的电容值。屏蔽性能11屏蔽性能不良的系统，会破坏信号的正常传输，影响通信业务的正常进行，降低系统的传输质量。电缆分配系统用同轴电缆屏蔽性能的好坏，可以用屏蔽系数、屏蔽衰减来反映。屏蔽衰减越大，屏蔽系数越小，表示电缆屏蔽性能越好。2.1.3电缆的传输特性在系统中的影响:①、电缆对不同频率的高频信号有着不同的衰减量，单位长度（一般取100米）的电缆，在其上面传输的信号频率越高，衰减就越大。电缆的损耗大小随频率变化的这种特性我们称为电缆的斜率特性，理想的电缆它的传输衰减量与传送信号频率的平方根成正比。由于电缆存在这种斜率特性，为此在CATV系统中，要进行斜率补偿或叫均衡处理。下面是几种常用电缆的传输特性表：12通常我们都是以所传送信号的最高工作频率时电缆的衰减量来设计线路的。这里我们引入一个称为电长度的概念，在CATV系统中，常用电缆在最高工作频率下的损耗分贝数来表示电缆的长度我们称之为电缆的电长度。在网络中对电缆所产生的负斜率进行补偿的器件是均衡器，其均衡量一般有两种表示方式：一种是直接标注高低频参考点的损耗分贝差；一种是标注电长度，这种标注法称当量均衡值。上面我们所论述的电缆斜率是线性的，是理想化的，如图1中的黑线所示，而实际上电缆的斜率曲线呈弧形，是非线性的，如图1中的红线所示，这个弧型的顶点在400MHZ附近，也就是说在中间频段电缆的损耗实际上要比理想衰减曲线值要小，13至使在线路较长时形成整个通道内靠近中间频段的电平发生凸起的现象。②、电缆对高频信号的衰减量与电缆的长度成正比。2.1.4温度特性在系统中的影响:电缆的斜率和损耗还与环境的温度有关。我们用一个温度系数参数来描述电缆的这种温度特性。一般电缆的温度系数是0.2%/C0，即温度增加一度，损耗将增加0.2%。在我国的大部分地区，气温对电缆所造成的损耗变化量为±5%，当电缆网较长时，电缆的温度特性所造成的影响就不容忽视。2.1.5阻抗特性在系统中的影响:常用的CATV电缆其标称特性阻抗均为75Ω，当电缆因受长期的自身重量、风压负荷等作用使其机械特性变差时，电缆的特性阻抗将会发生变化，其结果使网络的反射损耗变小，严重时使图像产生重影现象。在网络的铺设施工中，我们常对电缆的弯曲程度和绑扎工艺都有一定的要求，其目的就是防止因为施工不当造成电缆的机械性能变差，使电缆的特性阻抗变值，从而使网络的反射损耗指标变差。142.2放大器的作用:补偿信号在传输过程因传输媒介引起的损耗(如同轴电缆、分支分配器、光纤等无源器件)2.2.1放大器的增益为了保证CTB的指标正常，必须要降低放大器的输出电平，一般来说电平下降1db，CTB的指标可提升2db。而放大器的输入电平则是由C/N来决定的，这些指标都和网络中所用的放大器台数N有关。把输入电平和输出电平及放大器台数N的关系画成曲线，就形成一个V字形曲线图，如图2所示，图中上下直线之差称为放大器的极限增益。从图2可见，随着台数N的增加，放大器的极限增益也将减少，即放大器的增益不能高于极限增益，否则将会不能满足指标的要求。对某一个N来讲就有一个极限增益以之对应，因此，正确选择放大器的增益是很重要的。15当两种放大器的增益不同（如一个为35db,一个为27db）但其最大输出电平和噪声系数相等时，如某CATV系统使用增益为35db的放大器串接数为10个，那么同样一个系统，使用增益为27db的放大器，其串接数为则为13个。在两个系统的CTB相等下，那么后者的C/N将得到改善，其改善值为：35-27-20(lg13-lg10)=5.8db，如果在C/N相等的情况下，那么CTB指标可改善5.8*2=11.6db。从以上分析可见，采用低增益的放大器对一般系统特性的改善有一定作用。那么是不是放大器的增益越低越好呢？回答是否定的。当干线放大器的增益降至8db以下时，C/N和CTB都将会变坏，因为此时串16接的放大器数增多，CTB将由于20lgN的增加而变坏；C/N也因为10lgN的增加而变差。另外，如果增益低，对于同一输出电平，在输入端输入的信号值要求变高，各级放大器也因此而容易产生非线性失真。为此，当线路较长时，干线放大器增益选取在27db左右较为合适。2.2.2放大器的工作方式在CATV网络中放大器的幅频特性必须与电缆传输特性相关，为此，放大器主要有如下三种工作方式。①、使干线放大器的输入信号电平与频率无关（即输入信号是平坦的），输出信号电