第五章 有線電視系統(tǒng)

1、第5章 有線電視系統(tǒng) 5.1 概述概述5.2 信號接收與信號源信號接收與信號源5.3 前端系統(tǒng)前端系統(tǒng) 5.4 傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)5.5 分配系統(tǒng)分配系統(tǒng)5.6 用戶終端用戶終端5.7 雙向有線電視系統(tǒng)雙向有線電視系統(tǒng)5.8 付費電視系統(tǒng)付費電視系統(tǒng) 5.1 概述 5.1.1 基本概念 1.有線電視系統(tǒng): 是采用屏蔽電纜線作為傳輸媒質(zhì)來傳送電視節(jié)目的一種閉路電視系統(tǒng)，它以有線的方式在電視中心和用戶終端之間傳遞：-聲聲-像像-圖圖-文文信息。不向空間輻射電磁波。 有線電視系統(tǒng)已廣泛應用于廣播、工業(yè)、商業(yè)、軍事、醫(yī)療等領域。 2. 傳輸方式 有線電視均采用同軸電纜同軸電纜或光纜光纜甚至微波微波和衛(wèi)星

2、衛(wèi)星作為電視信號的傳輸介質(zhì)。電視信號在傳輸過程中普遍采用兩種傳輸方式:一種是射一種是射頻信號傳輸頻信號傳輸, ,又稱高頻傳輸；又稱高頻傳輸；另一種是視頻信另一種是視頻信號傳輸。號傳輸。應用電視系統(tǒng)多數(shù)采用視頻信號傳輸方式，而廣播有線電視系統(tǒng)通常采用射頻信號傳輸方式，且保留著無線廣播制式和信號調(diào)制方式。 3. 工作頻段及頻道 (1) 有線電視的工作頻段及頻道分布如下：它包含VHF和UHF兩個頻段。 (2)鄰頻道指的是相鄰的標準廣播電視頻道。 (3)增補頻道傳輸是增加有線電視頻道的一種方法。 (4)有線電視的頻道應盡量與當?shù)氐臒o線廣播電視臺發(fā)射的信號頻道錯開，以避免干擾。 4. 特性與功能 有線電

3、視近年來發(fā)展很快,已成為家庭生活的第三根線,又稱圖像線(第一根線是電源線,第二根線是電話線，第四根線是計算機網(wǎng)線)。有線電視的發(fā)展之所以迅速,主要在于它有如下特性: 高質(zhì)量。 寬帶性。 反饋性。 控制性。 發(fā)展性 5.1.2 有線電視系統(tǒng)的構(gòu)成 1.基本組成 有線電視系統(tǒng)一般由接收的信號源接收的信號源、前端處理前端處理、干線傳輸干線傳輸、用戶分配用戶分配和和用戶終端用戶終端幾部分組成,而各個子系統(tǒng)包括多少部件和設備,要根據(jù)具體需要來決定。(1) 接收信號源電視廣播接收等。 (2) 前端設備頻率變換、調(diào)制放大等。 (3) 干線傳輸系統(tǒng)干線放大器、纜線等。 (4) 用戶分配網(wǎng)絡分配放大器、分配器等

4、。 (5) 用戶終端電視機、調(diào)制解調(diào)器等。圖52 有線電視系統(tǒng)的基本組成 (b)實例 2. 拓撲結(jié)構(gòu) 有線電視系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)指的是其傳輸分配網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)型式。傳統(tǒng)的有線電視系統(tǒng)(電纜電視系統(tǒng))的拓撲結(jié)構(gòu)為樹枝型,即信號在“樹根”(前端)產(chǎn)生,然后沿“主干”(干線)到達“樹枝”(分支線、分配線),最后送到“樹葉”(用戶)。樹狀結(jié)構(gòu)具有多路傳送、中繼、放大等功能, 適合同軸電纜網(wǎng)。 圖53 有線電視拓撲結(jié)構(gòu)(a)樹枝形; (b)環(huán)形; (c)星形 光纖CATV拓撲結(jié)構(gòu)： 圖54 光纖CATV拓撲結(jié)構(gòu)(a)星型網(wǎng)絡; (b)根樹型網(wǎng)絡; (c)格子網(wǎng)發(fā)射機最少 光纖最省 有備份路由 3.有線電視基本類

5、型 一. 按系統(tǒng)規(guī)?；蛴脩魯?shù)量來分,有線電視有A、B、C、D四類,分別對應大型大型、中型、中小型和小型小型系統(tǒng)。 圖55大型和小型CATV系統(tǒng)示意圖 (a)大型CATV; 10000戶圖55大型和小型CATV系統(tǒng)示意圖 (b)小型CATV500戶 二. 按網(wǎng)絡構(gòu)成分,有線電視系統(tǒng)有以下幾種模式: 同軸電纜網(wǎng)。 光纜網(wǎng)。 微波網(wǎng)。 混合網(wǎng)。 三 . 按 工 作 頻 段 分 , 有 V H F 、 U H F 、 VHF+UHF系統(tǒng)。 四. 按功能分，有常用型、多功能型（雙向傳輸）。5.2 信號接收與信號源 5.2.1 信號接收 1.開路電視信號的接收 差值天線。 兩副天線處于同一水平面,且天線方

6、向正對需要接收的電視信號(主信號)入射方向。 兩副天線一前一后,前后距離d等于所要接收的電視信號中心波長0的一半。 兩副天線一左一右,左右間距D30/4,以避免兩副天線互相干擾。 干擾信號入射方向與兩副天線饋點間的連線方向垂直。 兩副天線的兩條引下的饋線長度相等,即LA=LB,經(jīng)反相加法器(合成器)獲得輸出信號uo。 2. 衛(wèi)星與微波電視信號的接收 衛(wèi)星電視信號的接收是采用衛(wèi)星接收機,微波電視信號(主干線微波中繼)的接收是采用微波收信機。 圖512 拋物面天線的類型(a)主焦點拋物面天線;(b)卡塞格倫天線 5.2.2 信號源 簡單的信號源只有一臺錄像機,復雜的信號源可包括多臺錄像機、攝像機、

7、電視電影機、字幕機以及整套演播室設備提供的視頻和音頻信號。5.3 前端系統(tǒng) 5.3.1 前端系統(tǒng)及其要求 前端是有線電視系統(tǒng)核心,它是為用戶提供高質(zhì)量信號的重要環(huán)節(jié)。主要作用是進行信號處理和變換。 基本的特性指標： .頻率范圍：300、450、550MHZ .信噪比： ，C/N43dB（系統(tǒng)） .用戶電平：6080dB ()/10 lghCCNKN() ()()2.5()hFCSdBNdBdBN系統(tǒng)噪聲75噪聲源內(nèi)阻上的等效噪聲 .干擾抑制： 交調(diào)比CM46dB，互調(diào)比IM 57dB，載波組合三次差拍比CTB 54dB。 前端系統(tǒng)的指標分配公式: C Mx =CM20lgK =66dB I M

8、x =I M10lgK =67dB CTBx =CTB20lgK =74dB 指標分配系數(shù)K=0.1，0.2。 5.3.2 前端系統(tǒng)的組成 1.前端系統(tǒng)的基本組成方式 (1)常見型。 圖513 常見型前端(2)重新調(diào)制型。 圖514 重新調(diào)制型前端 圖515 外差型前端 (3)外差型。 2.有線電視前端系統(tǒng)的發(fā)展過程 從有線電視的發(fā)展過程看,前端系統(tǒng)的發(fā)展有以下三個階段。 第一階段為早期的傳統(tǒng)型前端系統(tǒng)常用型、重新調(diào)制型。 第二階段為逐步發(fā)展起來的鄰頻前端系統(tǒng)加增補頻道至300MHZ系統(tǒng) 。 第三階段為新一代組合式鄰頻前端860MHZ系統(tǒng)+衛(wèi)星接收。 (1)天線放大器。-頻道、寬帶型 圖518

9、頻道放大器工作原理(a)手動增益調(diào)節(jié)頻道放大器;(b)自動增益調(diào)節(jié)頻道放大器圖517 用寬帶型天線放大器和頻道濾波器 組成頻道型天線放大器(3)高電平輸出放大器。-提高帶載能力 (2)頻道放大器。-直接、二次變頻 型5.3.3前端設備1.前端系統(tǒng)中的放大器 2. 頻道轉(zhuǎn)換器 頻道轉(zhuǎn)換器是只進行差頻變換而不改變頻譜結(jié)構(gòu)的頻率變換器,主要有以下幾種: U-V轉(zhuǎn)換器。將UHF的電視信號轉(zhuǎn)換成VHF的電視信號,在VHF較低頻率上傳輸,容易保證信號質(zhì)量和降低系統(tǒng)成本。 U-Z轉(zhuǎn)換器。采用增補頻道進行信號傳輸時需要U-Z轉(zhuǎn)換器。 V-U轉(zhuǎn)換器。在全頻道有線電視系統(tǒng)中,可以用V-U轉(zhuǎn)換器把VHF的電視信號轉(zhuǎn)

10、換為UHF的電視信號。 V-V轉(zhuǎn)換器。在強場強區(qū),為了克服空間波直接竄入高頻頭而形成前重影,往往采用V-V轉(zhuǎn)換器，變換一個頻道。 為什么在收看CATV節(jié)目時，有的臺清楚，有的臺不清楚？首先要看它們是否在同一個波段。 是！肯定不是電視機問題。而是信號問題，或同軸輸入線問題（短路或開路？）； 不是！電視機高頻頭問題。 頻道轉(zhuǎn)換器從工作原理上分,有一次變頻和二次變頻兩種。圖519 一次變頻頻道轉(zhuǎn)換器 圖520 二次變頻頻道轉(zhuǎn)換器 3.頻道處理器 有外差型和解調(diào)-調(diào)制型。與二次變頻的頻道轉(zhuǎn)換器相比,它主要多了中頻處理器和中頻AGC兩部分，性能優(yōu)良。 常用的是外差型，解調(diào)-調(diào)制型主要用于通過微波中繼的超

11、大型系統(tǒng)。 頻道處理器能否替代頻道轉(zhuǎn)換器？Certainly! 4.調(diào)制器 調(diào)制器是將視頻和音頻信號變換成射頻電視信號的裝置，通常采用中頻調(diào)制方式，它常與錄像機、攝像機、衛(wèi)星接收機等配合使用。圖523 中頻調(diào)制器 混合器是把兩路或多路信號混合成一路輸出的設備。其主要技術指標是:頻率范圍 ：45550MHZ16路； 插入損耗：201.5dB； 相互隔離：30dB； 反射損耗： 16dB 。 圖524 并聯(lián)混合器5. 混合器 6. 導頻信號發(fā)生器 為了補償由于溫度變化而引起電纜衰減量和放大器增益的變化，在干線放大器中要進行自動增益控制(AGC)和自動斜率控制(ASC)。為此，在前端就需要發(fā)送一至三

12、個反映傳輸電平變化情況的具有固定頻率及幅度穩(wěn)定的載波信號，即導頻信號。 圖525 導頻信號發(fā)生器框圖5.4 傳輸系統(tǒng) 5.4.1 傳輸系統(tǒng)概述 傳輸系統(tǒng)是把前端的電視信號送至分配網(wǎng)絡的中間傳輸部分。 傳輸方式有三種： 同軸電纜、光纜、微波傳輸。 5.4.2 傳輸媒質(zhì) 1. 射頻同軸電纜 有線電視系統(tǒng)傳輸電視信號通常采用的是射頻同軸電纜。同軸電纜在支線中使用較為普遍,在分配網(wǎng)絡中幾乎都采用同軸電纜，在幾公里的干線中也可使用同軸電纜。 (1) 基本結(jié)構(gòu)。 內(nèi)導體實心銅材。 絕緣體有機塑料。 外導體。 金屬管狀銅、鋁帶縱包焊接。 鋁塑復合帶縱包搭接。 金屬編織網(wǎng)24、32、48、64、96、128網(wǎng)

13、等。 編織網(wǎng)與鋁塑復合帶縱包組合。 護套有機塑料。 SYV753，5，7 ( 2) 性能 特性阻抗。 有線電視系統(tǒng)標準特性阻抗為75。同軸電纜的特性阻抗由下式計算: 衰減常數(shù)。同軸電纜的衰減由內(nèi)、外導體的損耗r和絕緣介質(zhì)的損耗g兩部分組成，即: 138lg()DZd(59) 62.16(1/1/) 10lg/rgfdDD d(510) +9.08f tan 10-8 ( dB/m)絕緣體介電常數(shù)絕緣體損耗正切角 駐波系數(shù)S與反射損耗L。 電纜輸入端的反射系數(shù)。 屏蔽系數(shù)與屏蔽衰減。 屏蔽系數(shù)=E/E被屏蔽空間內(nèi)場強/無屏蔽層時場強。 屏蔽衰減=E/E。 溫度特性。0.2%dB/ 20lg()1

14、1LdBS(511) (512) 2.光纜(1)結(jié)構(gòu)。圖528 光纜斷面圖 表57 光纖的分類 有多種傳輸路徑只有單一傳輸路徑(2)性能衰耗特性衰減小，傳輸距離長： 單模數(shù)千千米；多模4千米。 頻率特性頻帶寬。防干擾性能強。 壽命長。 其它性能不能受潮。 3.微波 以微波作為傳輸媒質(zhì)的除了國家微波干線的大微波和衛(wèi)星外,還有單路與多路FM微波、AM微波以及多路微波分配系統(tǒng)MMDS。 微波傳輸有以下特點:v 頻帶寬,傳輸容量大。v 傳輸質(zhì)量高、穩(wěn)定性強。 v 適應性和靈活性強。v 投資少,便于維護。 62.16(1/1/) 10lg/rgfdDD d+9.08f tan 10-8 ( dB/m)

15、5.4.3 傳輸方式 1. 同軸電纜傳輸 同軸電纜傳輸方式是一種在前端和用戶之間用同軸電纜作為傳輸媒質(zhì)的有線傳輸方式。 圖529 干線傳輸系統(tǒng)示意圖 衰減常數(shù) 串接放大器后,系統(tǒng)交調(diào)增加,載噪比下降,因此對傳輸系統(tǒng)中放大器的數(shù)目或者傳輸距離應有所限制。通常,一條干線內(nèi)串接的放大器應在30個以內(nèi)。 傳輸距離與系統(tǒng)的上限頻率有關,一般上限頻率越高,傳輸距離越短。 傳輸系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡拓撲的不同,還常使用分支器和分配器。 2. 光纜傳輸 光纖的損耗很小,在一定距離內(nèi)不需放大;光纖的頻率特性好,可不需要進行均衡處理。 (1)基本組成。 光端機（發(fā)射機）光端機（接收機）光纜還有雙向光端機 (2)光調(diào)制方式。

16、光調(diào)制方式有模擬和數(shù)字兩種。 (3)光纜的多路傳輸。光纜的多路傳輸指的是用一根光纜同時傳輸多路電視信號。 波分多路方式同時傳輸幾個不同波長的光可實現(xiàn)雙向傳輸。 頻分多路方式多路電視信號混合成一路只能傳輸射頻信號。 圖531 光纜的多路傳輸(a)波分多路;(b)頻分多路 3. (光纜+電纜)傳輸 這是一種常見的混合傳輸方式,其特點是用光纜做主干線和支干線,在用戶小區(qū)用電纜作樹枝狀的分配網(wǎng)絡,如圖所示。 圖532 光纜+電纜傳輸 4. 無線傳輸 (1)單/多路FM微波電視傳輸。這屬于調(diào)頻微波鏈路(FML),一般用于遠距離傳輸或信噪比要求超過56dB的高指標場合。其頻率為2GHz或12.713.25

17、GHz,頻道帶寬為25MHz或12.5MHz。FML的基本組成如圖533所示。圖533 FML的基本組成 (2) MMDS系統(tǒng)。 MMDS系統(tǒng)多路微波分配系統(tǒng)。其核心是多路調(diào)幅發(fā)射機,多套電視節(jié)目通過多路發(fā)射機輸出,由雙工器或合成器組合起來,送到一個或兩個發(fā)射天線。構(gòu)成見下圖534。 圖534 MMDS系統(tǒng)構(gòu)成 MMDS系統(tǒng)有以下特點: 要求無阻擋接收,在高層建筑多而必然存在電波無法到達的場合不適用。 MMDS系統(tǒng)在采用下變頻器接收時的指標不高,不能進行指標的再分配,因此,這種方式通常只適合于個體接收,或者說是一種分配服務系統(tǒng)。 用MMDS進行傳輸和分配,具有投資少、見效快等優(yōu)點。 (3)AM

18、L系統(tǒng)。調(diào)幅微波鏈路AML也是一種調(diào)幅 微 波 傳 輸 電 視 信 號 方 式 , 其 工 作 頻 率 為12.713.2GHz,共500MHz帶寬,定向發(fā)射,可傳50套左右的PAL制電視節(jié)目。AML系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。 圖535 AML系統(tǒng)的構(gòu)成 5.4.4 傳輸設備 1.放大器 在電纜傳輸系統(tǒng)中使用的放大器主要有干線放大器、干線分支(橋接)放大器和干線分配放大器。在光纜傳輸系統(tǒng)中要使用光放大器。 干線放大器 AGC干線放大器。 帶斜率補償?shù)腁GC干線放大器。 ALC干線放大器(自動電平控制，應用最多)。 ALC干線放大器需要兩個導頻信號,一個用于AGC控制,另一個用于ASC控制。圖540

19、 ALC干線放大器的構(gòu)成 (2) 干線分支和分配放大器。 (3) 光放大器。 目前有線電視系統(tǒng)使用的光放大器主要是干線光放大器和分配光放大器。按工作原理分,它們主要有半導體激光放大器和光纖激光放大器兩種。 干線分支放大器 干線分配放大器 2. 均衡器(EQ) 均衡器是一個頻率特性與電纜相反的無源器件。 在選擇均衡器時,其標稱工作頻率范圍應與所工作系統(tǒng)的信號頻率范圍相同，最大均衡量JL應與系統(tǒng)信號最大電平差相等。 3.光端機 光端機包括光發(fā)射機和光接收機,它有單路和多路兩類。單路光端機主要用于電視臺機房與發(fā)射塔之間,多路光端機主要用于有線電視網(wǎng)。 (1) 光發(fā)射機E/O，F(xiàn)BAS、If、Rf、C

20、fA、D 。AM、FM、SM 。 (2) 光接收機O/E，光電二極管檢波。圖546 光接收機框圖圖545 光發(fā)射機 4.其它設備 (1)光分路(耦合)器。其原理是利用光纖芯外的衰減場相互耦合，使光功率在兩根光纖中相互轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)上，有星型和樹枝型（ CATV中常用）。 (2)光纖活動連接器接頭連接器。 它有平端和斜面（ CATV中常用）兩種。 5.4.5 傳輸系統(tǒng)設計 1. 設計要素 傳輸系統(tǒng)設計要考慮的最基本的有三要素工作頻段(fL、fH)、傳輸長度（L或E）、工作條件。 電長度E，指的是在傳輸長度內(nèi)所有放大器的總增益E：1niiEG 2. 設計依據(jù) 傳輸系統(tǒng)的設計依據(jù)是系統(tǒng)的性能參數(shù),主要有

21、載噪比、非線性指標等。 一.單級放大器載噪比為： 式 中 , Si為 放 大 器 輸 入 信 號 電 平(dBv),NF為噪聲系數(shù)(dB)。若由參數(shù)相同的放大器(n級)組成傳輸鏈路,則傳輸系統(tǒng)載噪比為：()2.4 ()iiFCSNdBN(517) ( )( )10lg()tiCCndBNN(518) 二.如果單級放大器交調(diào)比為(CM)i ,即：() 60 2() 15lg(1) ( )imoC MSSNdB 式中,Sm、So分別為最大輸出電平(dBv)和實際工作電平(dBv),N為傳輸頻道數(shù)。若系統(tǒng)由n個相同的放大器組成,則傳輸系統(tǒng)的交調(diào)比(CM)t為：(520)()()20lg()tiCMC

22、MndB(521) 3.設計內(nèi)容 (1)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計。干線 支線 ； 支線 分配放大器 (2)傳輸鏈路設計。 電纜傳輸系統(tǒng)設計。 由電纜的衰減特性(在fH處衰減值為IHdB/m),可求出實際傳輸長度為： 光纜傳輸系統(tǒng)設計。 光節(jié)點的選定劃分區(qū)域。每個光接收機覆蓋12km2。 ()HElmI(524) 樹型星型 確定鏈路總損耗。 光鏈路總損耗為： 選擇相應的光端機。收發(fā)配對。收發(fā)配對。 1000.380.0510lg()0.50.5LlhkR(525) 光纜長度 固定接頭數(shù) 分路器的分光比 活動連接器數(shù) 單模、多模：長距離4公里以上、短距離4公里以內(nèi)； 單芯、兩芯； V/D/A單向、雙向； 單通道、多通道； RS232、RS442、RS485、TTL、曼砌斯特等接口； 價格：數(shù)仟到數(shù)十萬。5.5 分配系統(tǒng) 5.5.1 作用、組成與特點 1.分配系統(tǒng)的作用 主要是把傳輸系統(tǒng)送來的信號分配至各個用戶點。 2.分配系統(tǒng)的組成 分配系統(tǒng)由放大器和分配網(wǎng)絡組成。分配網(wǎng)絡的形式很多,但都是由分支器或分配器及電纜組成。 3.分配系統(tǒng)的特點 分配系統(tǒng)考慮的主要問題是交、互調(diào)比,載噪比,用戶電平(系統(tǒng)輸出口電平)等。分配系統(tǒng)具有如下特點: (1)用戶電平70dB左右。 (2)由于系統(tǒng)長度短,所以放大器級數(shù)少(通常只有一二級)；