太原理工大學有線電視系統(tǒng)設計

1、 本科課程設計課程名稱： 有線電視系統(tǒng) 實驗名稱： 太原理工大學有線電視系統(tǒng)設計 專業(yè)班級： 電子信息工程1001班 學 號： 2010001187 學生姓名： 指導教師： 2013年 12 月 13 日 太原理工大學有線電視系統(tǒng)設計一、系統(tǒng)的規(guī)劃1.規(guī)劃的指導思想太原理工大學前端中心設在北區(qū)，需傳輸有線電視信號到中區(qū)、南區(qū)和明向校區(qū)，由于北區(qū)到明向校區(qū)距離較遠，所以北區(qū)到明向校區(qū)采用光纜傳輸。經(jīng)過計算，若北區(qū)到南區(qū)采用同軸電纜傳輸，大概需要16個干線放大器，考慮到成本問題，北區(qū)到南區(qū)也采用光纜傳輸。而北區(qū)到中區(qū)距離較近，故采用同軸電纜傳輸。前端應選用規(guī)格比較高的優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)設備。一般可采用86

2、0MHz鄰頻傳輸技術(shù)，近期規(guī)劃傳輸十二套節(jié)目即可滿足用戶要求。 2.系統(tǒng)的頻道配置與節(jié)目規(guī)劃 該小鎮(zhèn)的CATV系統(tǒng)需避開的開路頻道有DS2；DS7，所以其頻道設置為：DS1,DS3,DS4,DS5,DS6,DS7,DS8,DS9,DS10,DS11,DS12，另外使用兩個增補頻道Z5，Z7。具體的節(jié)目頻道安排如下： 衛(wèi)星接收：DS1轉(zhuǎn)中一臺 DS3轉(zhuǎn)中二臺 DS4轉(zhuǎn)中三臺 DS5轉(zhuǎn)浙江臺 DS6轉(zhuǎn)中教一臺 DS8轉(zhuǎn)中四臺 DS9山東臺 DS10轉(zhuǎn)山西臺 Z5轉(zhuǎn)中教二臺 天線接收：DS11轉(zhuǎn)太原一臺 DS12轉(zhuǎn)黃河臺 Z7轉(zhuǎn)太原二臺二、系統(tǒng)模式及規(guī)模該鎮(zhèn)的CATV系統(tǒng)的傳輸和分配網(wǎng)絡采用“星一樹

3、”結(jié)構(gòu)，并全部采用單方向傳輸方式。其基本模式為：前端一干線一支干線及分配系統(tǒng)，如圖3-30所示。三、設計依據(jù)設計時主要依據(jù)有以下幾種規(guī)定：（1）有線電視廣播系統(tǒng)及規(guī)范（GY106-92）。 (2)民用建筑電纜電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（國際報批稿）。（3）聲音和電視信號的電纜分配系統(tǒng)（GB6510-86）。（4）廣電部“有關(guān)有線電視現(xiàn)階段網(wǎng)絡技術(shù)體制的意見”。（5）該地區(qū)CATV系統(tǒng)總體規(guī)劃。（6）該地區(qū)現(xiàn)狀區(qū)域及氣候環(huán)境狀況。四、系統(tǒng)的設計和指標分配（1）根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的要求 該系統(tǒng)的各項總技術(shù)指標應為 載噪比 C/N43 dB載波互調(diào)比 IM57 dB交擾調(diào)制比 CM46 dB系統(tǒng)輸出口電平

4、6575dB在設計中留有余量，每項指標增加1 dB，則設計值分別為：C/N44 dB ；IM58 dB ；CM47 dB 。主要計算公式： ()x=44-10lgaIMx=58-20lgb (三次)CMx=47-20lgc其中，a、b、c為分配系數(shù)。 ()a=Uai-Fa-10lgn-2.4其中，()a為干線部分載噪比；Uai為干放輸入電平；Fa為干放噪聲系數(shù);n為級聯(lián)數(shù)。 CMa=CMo+2(Uomax-Uo)-20lgn-10lg(N-1)其中 CMa為干線部分的交擾調(diào)制比；CMo為干放標稱交調(diào)比；Uomax為干放最大輸出電平；Uo為干放實際輸出電平；N為系統(tǒng)傳輸?shù)念l道數(shù)目。 IMa=IM

5、o+(Uomax-Uo)-15lgn其中，IMa為干線部分載波互調(diào)比；IMo為干放標稱載波互調(diào)比。（2）各項指標的分配 因該系統(tǒng)干線衰耗在100 dB 以下，故可按表3 - 7分配。 表3-7 系統(tǒng)各項指標的分配項目系統(tǒng)名稱比例dB值說明前 端干 線分配系統(tǒng)7/102/101/1045.55154CM干線分配系統(tǒng)4/106/105551.5前段用單頻道調(diào)制器不分配交互調(diào)指標IM干線分配系統(tǒng)4/106/106662.4五、前端的設計根據(jù)目前國內(nèi)有線電視系統(tǒng)的設計規(guī)范和基本要求，做出如下規(guī)劃：1、 系統(tǒng)設計采用860MHZ同軸電纜鄰頻傳輸方式 2、 系統(tǒng)設計一套自辦節(jié)目3、 系統(tǒng)可接續(xù)當?shù)赜芯€電視

6、網(wǎng)4、 系統(tǒng)網(wǎng)絡主要采用“星一樹”結(jié)構(gòu)進行信號傳輸5、 架設一副3.2米口徑天線。6、 信號處理方式：衛(wèi)星電視接收天線接收下來的衛(wèi)視下行微波信號，經(jīng)高頻頭下變頻后，送到衛(wèi)星電視接收設備。衛(wèi)星電視接收設備輸出的AV信號經(jīng)過視、音頻調(diào)制、處理后，變成RF射頻信號送入混合器。為降低建設成本，衛(wèi)視前端信號、自辦節(jié)目信號與當?shù)赜芯€電視并網(wǎng)采取寬帶混合，若出現(xiàn)寬帶信號中有個別頻道指標達不到技術(shù)規(guī)范要求，可采用頻道處理器進行下變頻、中頻處理后再上變頻后進入混合器，以提高前端輸出信號質(zhì)量。前端部分提供有線電視信號源，衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、采編錄及播送設備、調(diào)制器、混合器、前置放大器組成前端部分。衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)是

7、由：拋物面天線、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機組成一套完整的衛(wèi)星地面接收站。有線電視信號源可以有各種類型，物業(yè)有線電視輸出端是主要來源，根據(jù)需要，用戶如果有自辦節(jié)目，或者要接收市有線電視臺以外的衛(wèi)星電視都要設置衛(wèi)星接收設備和混頻器，如果當衛(wèi)星接收的頻道與有線電臺播放的頻道有沖突的時候，應將衛(wèi)星接收頻道加頻道轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換到164頻道中某一空余頻道，如果制式不同還必須加制式轉(zhuǎn)換器，最后與有線電視系統(tǒng)一起混頻后傳向用戶電視系統(tǒng)。本系統(tǒng)設計不包括自辦頻道部分，即沒有考慮混頻器等設備，而是把物業(yè)有線電視信號直接輸入電視放大器。六、干線的設計1、光纖設計南區(qū)、明向校區(qū)的傳輸因為1.55um光纖每km損耗約0.2

8、dB，在傳輸距離較遠時都要利用光纖熔接機把兩根光纜連接起來，現(xiàn)在的自動熔接機，可以使熔接損耗在0.05dB以下，故在計算光纖損耗時，常把熔接損耗包括在內(nèi)，按1km損耗0.25dB計算。由于光纖和光發(fā)射機、光接收機的連接需要活動接頭，而活動接頭的損耗較大，每個約0.5dB，每一條鏈路還需加上與光接收機連接的活動接頭的0.5dB損耗。由于從北區(qū)向南區(qū)、明向校區(qū)傳輸均采用光纜傳輸，因此需使用分光器將光發(fā)射機的輸出分成幾束光耦合到不同的光纖中去，因此鏈路損耗還應包括分光器損耗。1. 器材選用在本設計中選用GYXTW中心管式室外4芯單模光纜作為傳輸光纜，光接收機采用HCOR-8602SA型光接收機，其特

9、性是：工作波長為11001600nm。2. 傳輸系統(tǒng)HFC 網(wǎng)絡光鏈路的拓撲結(jié)構(gòu)一般有光纖到分配區(qū)的星型結(jié)構(gòu)、星樹型結(jié)構(gòu)、兩極光鏈路級連的雙星型結(jié)構(gòu)、具有自愈功能的環(huán)-星型結(jié)構(gòu)、帶光放大器的光鏈路結(jié)構(gòu)、超干線結(jié)構(gòu)及反向鏈路等幾種形式。本系統(tǒng)采取典型的星型結(jié)構(gòu)。（1）前端到各光接點采用1550 nm 光纖及設備。（2）確保系統(tǒng)各項指標符合CATV 國標中技術(shù)規(guī)范及要求。（3）光鏈路總損耗包括光發(fā)射機和光接收機尾纖的連接損耗、光纖損耗及熔接損耗。3. 光鏈路設計確定光纜路由的前提下根據(jù)上述的系統(tǒng)設計指標，合理地選擇光發(fā)射功率，一般光鏈路的設計有兩種方法：一種是從前端到光節(jié)點的思路正算法，即選一臺光

10、發(fā)射機，根據(jù)系統(tǒng)三大技術(shù)參數(shù)（主要是C/N值） 的設計值及加載頻道數(shù)，確定光鏈路總損耗的最大允許值A(chǔ)max，把光發(fā)射機與若干條星型光纖綜合考慮,設計光路，然后計算光鏈路的預計損耗Ai，當Ai很接近但不超過Amax時，則這一光鏈路組合成立，最后，驗算光接收機的輸入光功率值及各光鏈路的三大技術(shù)參數(shù)指標。另一種方法是從光接收點到前端的思路逆推法，即選定光接收機的光輸入功率，然后計算鏈路損耗以此來確定光發(fā)射機的輸出功率，從而選定光發(fā)射機型號，最后驗算各光鏈路的總損耗及三大技術(shù)參數(shù)的指標，上述兩種方法都是可行的，本方案采用的是第二種方法。光纖干線系統(tǒng)技術(shù)指標和光調(diào)制指數(shù)、頻道數(shù)及光路反射有密切聯(lián)系，光纖

11、干線非線性指標CTB 和CSO 取決于光調(diào)制指數(shù)，而光纖干線的載噪比C/N 則取決于光纖鏈路損耗及光接收機的光靈敏度，本方案光纖干線部分分配指標取CNR=50 dB；CTB=67dB；CSO=60 dB。光調(diào)制指數(shù)由光發(fā)射機及輸入電平?jīng)Q定，所以恰當選擇光發(fā)射機及輸入電平、控制光纖鏈路總損耗是光干線設計的關(guān)鍵。本設計中注意事項：保證光發(fā)射機到各光節(jié)點損耗的均勻性；光接收機功率在-5+1之間；光鏈路總損耗= 光纜損耗（包括熔接損耗）+ 活動接頭損耗（0.25/ 個）+ 設計余量。本設計中：光纜及熔接損耗Li（Li 為光纜長度，為1550nm按0.25 dB/km 計算。其他損耗：活動接頭加設計余量

12、加分光器的附加損耗按1.8dB計算。引用公式：第j路的分光比：鏈路損耗：光發(fā)射機的輸出光電平：南區(qū)到前端的距離=4km，明向校區(qū)到前端的距離為=23.5km,代入，求出：=5.127則第1路輸出口分光比=24.6%同理，第2路輸出口分光比=75.4%鏈路總損耗：=10lg(5.127)+1.8=8.9dB考慮到載噪比的要求，取光接收機的輸入光電平為-1dBm，則求出光發(fā)射機的輸出光電平為7.9dBm，相應輸出光功率為6.17mW，即只需買一臺7mW的光發(fā)射機即可。選HCOT-8500型光發(fā)射機（其1550nm輸出功率為：2-10mW其CNR52 dB，CTB67 dB，CSO57 dB；滿足設

13、計要求。2、 同軸電纜設計中區(qū)的傳輸：1. 器材選用從北區(qū)到中區(qū)的這一干線，總長0.75km?？紤]到電長度小于100 dB，可選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)電纜。如SYDV7512電纜，其特性：800MHz衰減量約為7.1 dB /100m。干線放大器則選用室外型杰士美4734H干線雙向延長放大器， 其標準輸出電平為96 dBV，噪聲系數(shù)8 dB，載波二次互調(diào)比52 dB， 最大輸出電平為110 dBV,增益G30dB。2. 干線的指標計算a. 結(jié)構(gòu)設計=53.25dB所需放大器臺數(shù)：n=2臺b. 干放工作電平的確定：64.41dBuV其中，()a為分配給干線部分的載噪比；Fa為單個干線放大器的噪聲系數(shù)；為了提

14、高干線放大器的載噪比，選輸入電平Uai=70dBV。干線放大器在常溫下輸出電平的最高極限值（按寬帶設計）其中， CMa 為分配給于線部分的交擾調(diào)制比；考慮到溫度變化的影響，留有一定的余量，干線放大器輸出電平選記為96 dBV。 c.干線長度的計算。應用l=（GL）100式也即式（319），并據(jù)圖330所示，前端輸出電平為96dBV，在前端輸出口設有一個二分支器，其插損為2 dB，在兩條干線出門處設有一只二分配器,其損耗為4 dB。在往東去的一條干線中間設有一只二分支器，其插損為2 dB所以，從前端到中區(qū)的干線上第一個干線放大器的距離 從前端到中區(qū)的干線上第二個干線放大器的距離 信號到達了中區(qū)。

15、 干線放大器的集中供電。兩條干線電纜段距分別為0.38km、0.355km、0.35km0.4km，SYKV7512電纜回路電阻約為11/km，則其回路電阻分別為4.18、3.9、3.85、4.4。干線放大器平均工作電流為I=1855=0.33A，其中：18為干線 放大器消耗功率，55為干線放大器平均供電電壓。供電系統(tǒng)等效電路如圖3 - 31所示。因而相加于A1、A2、A3、A4的電壓分別為 各電壓均在干線放大器供電范圍之內(nèi)整個十線放大器供電電流I總=0.99+0.33=1.32A。4個放大器可以使用本電路，本設計中共用到16個放大器，為了可靠，本系統(tǒng)的干線上用四臺3A供電電源。項指標的驗算。

16、七、支干線及用戶分配部分的設計從干線取出信號，在本地區(qū)最長的一條支干線長度為0. 7 km，可以用兩級支干線放大器和一級用戶放大器送入終端。支干線放大器選用國產(chǎn)設備GF1132 型干線放大器，其最大輸出電平為122 dBV，標準增益為32dB，載波二次互調(diào)比81dB，噪聲系數(shù)7 dB。各種電纜在300 MHz時衰減值為： SYKV759 6. 5 dB/100 m SYKV757 9 dB/100 mSYKV755 12 dB/100 m（1）支干線放大器和用戶放大器工作電平的計算 考慮到溫度變化的影響，留有余量，則支干線放大器的工作電平確定為103 dB。用戶放大器的工作電平則可確定為105

17、 dB。（2）分配系統(tǒng)各項指標的驗算 上述驗算說明各項指標均符合要求。8、 用戶電平分配用戶接入某樓為有一5層的樓房，層高為3m，4個單元，每單元的每層有3戶。用藕芯電纜組成用戶分配系統(tǒng)。用戶線有1戶是5m長，2戶是10m長。用4分配器分配方式設計此系統(tǒng)。系統(tǒng)的組成如圖1。計算時將最低的1頻道電平寫在分子上、最高的25頻道電平寫在分母上，便于對照。連接電纜的損耗：1頻道為0.05dB/m，25頻道為0.07dB/m，所有的電平單位都是dBV。首先取底層10m的用戶電平為72/70(用戶電平規(guī)定705dB)。25頻道的電平稍低，是因為考慮到調(diào)頻道的損耗比較大。加上10m長電纜的損耗，在底層分支器

18、的分支輸出端電平應為： （72+0.5）/（70+0.7）=72.5/70.7底層分支器選用12dB的，即分支損耗為12dB。從而可求得底層分支器的輸入電平為 （72.5+12）/（70.7+12）84.5/82.7底層5m長用戶電平為： （72.5-0.25）/（70.7-0.35）72.25/70.35 二層分支器選用16dB的，分支損耗為12dB，插入損耗VHF為2dB，UHF為3dB。 二層分支器的輸入電平為： （84.5+0.15+2）/（82.7+0.21+3）86.65/85.91二層分支器的分支電平為： （86.65-16）/（85.91-16）70.65/69.91 二層10

19、m長用戶電平為： （70.65-0.5）/（69.91-0.7）70.15/69.21 二層5m長用戶電平為： （70.65-0.25）/（69.91-0.35）70.4/69.56三層分支器仍選用16dB的。則 三層分支器的輸入電平為： （86.65+0.15+2）/（85.91+0.21+3）88.8/89.12 三層分支器的分支電平為： （88.8-16）/（89.12-16）72.8/73.12 三層10m長用戶電平為： （72.8-0.5）/（73.12-0.7）72.3/72.42 三層5m長用戶電平為： （72.8-0.25）/（73.12-0.35）72.55/72.77 四層

20、分支器如仍選用16dB的，用戶電平將為89.12+0.21+3-16-0.775.63超過75dB。因此改用20dB的分支器，分支損耗為20dB，插入損耗VHF為1.5dB，UHF為2dB。 四層分支器的輸入電平為： （88.8+0.15+1.5）/（89.12+0.21+2）90.45/91.33 四層分支器的分支電平為： （90.45-20）/（91.33-20）70.45/71.33 四層10m長用戶電平為： （70.45-0.5）/（71.33-0.7）69.95/70.63 四層5m長用戶電平為： （70.45-0.25）/（71.33-0.35）70.2/70.98五層分支器選用2

21、4dB的，分支損耗為24dB，插入損耗VHF為1dB，UHF為2dB。 五層分支器的輸入電平為： （90.45+0.15+1）/（91.33+0.21+2）91.6/93.54 五層分支器的分支電平為： （91.6-24）/（93.54-24）67.6/69.54 五層10m長用戶電平為： （67.6-0.5）/（69.54-0.7）67.1/68.84 五層5m長用戶電平為： （67.6-0.25）/（69.54-0.35）67.35/69.19 將以上計算中的有關(guān)電平數(shù)字標在圖中。計算結(jié)果表明用戶電平在67.172.42dBV之間，合乎設計要求下面計算4分配器的輸入電平，4分配器的分配損耗VHF為7.5dB，VHF為8dB。因此， 分配器的輸入電平五層分支器的輸入電平+30m長