第五章 有线电视系统

1、第5章 有线电视系统 5.1 概述概述5.2 信号接收与信号源信号接收与信号源5.3 前端系统前端系统 5.4 传输系统传输系统5.5 分配系统分配系统5.6 用户终端用户终端5.7 双向有线电视系统双向有线电视系统5.8 付费电视系统付费电视系统 5.1 概述 5.1.1 基本概念 1.有线电视系统: 是采用屏蔽电缆线作为传输媒质来传送电视节目的一种闭路电视系统，它以有线的方式在电视中心和用户终端之间传递：-声声-像像-图图-文文信息。不向空间辐射电磁波。 有线电视系统已广泛应用于广播、工业、商业、军事、医疗等领域。 2. 传输方式 有线电视均采用同轴电缆同轴电缆或光缆光缆甚至微波微波和卫星

2、卫星作为电视信号的传输介质。电视信号在传输过程中普遍采用两种传输方式:一种是射一种是射频信号传输频信号传输, ,又称高频传输；又称高频传输；另一种是视频信另一种是视频信号传输。号传输。应用电视系统多数采用视频信号传输方式，而广播有线电视系统通常采用射频信号传输方式，且保留着无线广播制式和信号调制方式。 3. 工作频段及频道 (1) 有线电视的工作频段及频道分布如下：它包含VHF和UHF两个频段。 (2)邻频道指的是相邻的标准广播电视频道。 (3)增补频道传输是增加有线电视频道的一种方法。 (4)有线电视的频道应尽量与当地的无线广播电视台发射的信号频道错开，以避免干扰。 4. 特性与功能 有线电

3、视近年来发展很快,已成为家庭生活的第三根线,又称图像线(第一根线是电源线,第二根线是电话线，第四根线是计算机网线)。有线电视的发展之所以迅速,主要在于它有如下特性: 高质量。 宽带性。 反馈性。 控制性。 发展性 5.1.2 有线电视系统的构成 1.基本组成 有线电视系统一般由接收的信号源接收的信号源、前端处理前端处理、干线传输干线传输、用户分配用户分配和和用户终端用户终端几部分组成,而各个子系统包括多少部件和设备,要根据具体需要来决定。(1) 接收信号源电视广播接收等。 (2) 前端设备频率变换、调制放大等。 (3) 干线传输系统干线放大器、缆线等。 (4) 用户分配网络分配放大器、分配器等

4、。 (5) 用户终端电视机、调制解调器等。图52 有线电视系统的基本组成 (b)实例 2. 拓扑结构 有线电视系统的拓扑结构指的是其传输分配网络的结构型式。传统的有线电视系统(电缆电视系统)的拓扑结构为树枝型,即信号在“树根”(前端)产生,然后沿“主干”(干线)到达“树枝”(分支线、分配线),最后送到“树叶”(用户)。树状结构具有多路传送、中继、放大等功能, 适合同轴电缆网。 图53 有线电视拓扑结构(a)树枝形; (b)环形; (c)星形 光纤CATV拓扑结构： 图54 光纤CATV拓扑结构(a)星型网络; (b)根树型网络; (c)格子网发射机最少 光纤最省 有备份路由 3.有线电视基本类

5、型 一. 按系统规模或用户数量来分,有线电视有A、B、C、D四类,分别对应大型大型、中型、中小型和小型小型系统。 图55大型和小型CATV系统示意图 (a)大型CATV; 10000户图55大型和小型CATV系统示意图 (b)小型CATV500户 二. 按网络构成分,有线电视系统有以下几种模式: 同轴电缆网。 光缆网。 微波网。 混合网。 三 . 按 工 作 频 段 分 , 有 V H F 、 U H F 、 VHF+UHF系统。 四. 按功能分，有常用型、多功能型（双向传输）。5.2 信号接收与信号源 5.2.1 信号接收 1.开路电视信号的接收 差值天线。 两副天线处于同一水平面,且天线方

6、向正对需要接收的电视信号(主信号)入射方向。 两副天线一前一后,前后距离d等于所要接收的电视信号中心波长0的一半。 两副天线一左一右,左右间距D30/4,以避免两副天线互相干扰。 干扰信号入射方向与两副天线馈点间的连线方向垂直。 两副天线的两条引下的馈线长度相等,即LA=LB,经反相加法器(合成器)获得输出信号uo。 2. 卫星与微波电视信号的接收 卫星电视信号的接收是采用卫星接收机,微波电视信号(主干线微波中继)的接收是采用微波收信机。 图512 抛物面天线的类型(a)主焦点抛物面天线;(b)卡塞格伦天线 5.2.2 信号源 简单的信号源只有一台录像机,复杂的信号源可包括多台录像机、摄像机、

7、电视电影机、字幕机以及整套演播室设备提供的视频和音频信号。5.3 前端系统 5.3.1 前端系统及其要求 前端是有线电视系统核心,它是为用户提供高质量信号的重要环节。主要作用是进行信号处理和变换。 基本的特性指标： .频率范围：300、450、550MHZ .信噪比： ，C/N43dB（系统） .用户电平：6080dB ()/10 lghCCNKN() ()()2.5()hFCSdBNdBdBN系统噪声75噪声源内阻上的等效噪声 .干扰抑制： 交调比CM46dB，互调比IM 57dB，载波组合三次差拍比CTB 54dB。 前端系统的指标分配公式: C Mx =CM20lgK =66dB I M

8、x =I M10lgK =67dB CTBx =CTB20lgK =74dB 指标分配系数K=0.1，0.2。 5.3.2 前端系统的组成 1.前端系统的基本组成方式 (1)常见型。 图513 常见型前端(2)重新调制型。 图514 重新调制型前端 图515 外差型前端 (3)外差型。 2.有线电视前端系统的发展过程 从有线电视的发展过程看,前端系统的发展有以下三个阶段。 第一阶段为早期的传统型前端系统常用型、重新调制型。 第二阶段为逐步发展起来的邻频前端系统加增补频道至300MHZ系统 。 第三阶段为新一代组合式邻频前端860MHZ系统+卫星接收。 (1)天线放大器。-频道、宽带型 图518

9、频道放大器工作原理(a)手动增益调节频道放大器;(b)自动增益调节频道放大器图517 用宽带型天线放大器和频道滤波器 组成频道型天线放大器(3)高电平输出放大器。-提高带载能力 (2)频道放大器。-直接、二次变频 型5.3.3前端设备1.前端系统中的放大器 2. 频道转换器 频道转换器是只进行差频变换而不改变频谱结构的频率变换器,主要有以下几种: U-V转换器。将UHF的电视信号转换成VHF的电视信号,在VHF较低频率上传输,容易保证信号质量和降低系统成本。 U-Z转换器。采用增补频道进行信号传输时需要U-Z转换器。 V-U转换器。在全频道有线电视系统中,可以用V-U转换器把VHF的电视信号转

10、换为UHF的电视信号。 V-V转换器。在强场强区,为了克服空间波直接窜入高频头而形成前重影,往往采用V-V转换器，变换一个频道。 为什么在收看CATV节目时，有的台清楚，有的台不清楚？首先要看它们是否在同一个波段。 是！肯定不是电视机问题。而是信号问题，或同轴输入线问题（短路或开路？）； 不是！电视机高频头问题。 频道转换器从工作原理上分,有一次变频和二次变频两种。图519 一次变频频道转换器 图520 二次变频频道转换器 3.频道处理器 有外差型和解调-调制型。与二次变频的频道转换器相比,它主要多了中频处理器和中频AGC两部分，性能优良。 常用的是外差型，解调-调制型主要用于通过微波中继的超

11、大型系统。 频道处理器能否替代频道转换器？Certainly! 4.调制器 调制器是将视频和音频信号变换成射频电视信号的装置，通常采用中频调制方式，它常与录像机、摄像机、卫星接收机等配合使用。图523 中频调制器 混合器是把两路或多路信号混合成一路输出的设备。其主要技术指标是:频率范围 ：45550MHZ16路； 插入损耗：201.5dB； 相互隔离：30dB； 反射损耗： 16dB 。 图524 并联混合器5. 混合器 6. 导频信号发生器 为了补偿由于温度变化而引起电缆衰减量和放大器增益的变化，在干线放大器中要进行自动增益控制(AGC)和自动斜率控制(ASC)。为此，在前端就需要发送一至三

12、个反映传输电平变化情况的具有固定频率及幅度稳定的载波信号，即导频信号。 图525 导频信号发生器框图5.4 传输系统 5.4.1 传输系统概述 传输系统是把前端的电视信号送至分配网络的中间传输部分。 传输方式有三种： 同轴电缆、光缆、微波传输。 5.4.2 传输媒质 1. 射频同轴电缆 有线电视系统传输电视信号通常采用的是射频同轴电缆。同轴电缆在支线中使用较为普遍,在分配网络中几乎都采用同轴电缆，在几公里的干线中也可使用同轴电缆。 (1) 基本结构。 内导体实心铜材。 绝缘体有机塑料。 外导体。 金属管状铜、铝带纵包焊接。 铝塑复合带纵包搭接。 金属编织网24、32、48、64、96、128网

13、等。 编织网与铝塑复合带纵包组合。 护套有机塑料。 SYV753，5，7 ( 2) 性能 特性阻抗。 有线电视系统标准特性阻抗为75。同轴电缆的特性阻抗由下式计算: 衰减常数。同轴电缆的衰减由内、外导体的损耗r和绝缘介质的损耗g两部分组成，即: 138lg()DZd(59) 62.16(1/1/) 10lg/rgfdDD d(510) +9.08f tan 10-8 ( dB/m)绝缘体介电常数绝缘体损耗正切角 驻波系数S与反射损耗L。 电缆输入端的反射系数。 屏蔽系数与屏蔽衰减。 屏蔽系数=E/E被屏蔽空间内场强/无屏蔽层时场强。 屏蔽衰减=E/E。 温度特性。0.2%dB/ 20lg()1

14、1LdBS(511) (512) 2.光缆(1)结构。图528 光缆断面图 表57 光纤的分类 有多种传输路径只有单一传输路径(2)性能衰耗特性衰减小，传输距离长： 单模数千千米；多模4千米。 频率特性频带宽。防干扰性能强。 寿命长。 其它性能不能受潮。 3.微波 以微波作为传输媒质的除了国家微波干线的大微波和卫星外,还有单路与多路FM微波、AM微波以及多路微波分配系统MMDS。 微波传输有以下特点:v 频带宽,传输容量大。v 传输质量高、稳定性强。 v 适应性和灵活性强。v 投资少,便于维护。 62.16(1/1/) 10lg/rgfdDD d+9.08f tan 10-8 ( dB/m)

15、5.4.3 传输方式 1. 同轴电缆传输 同轴电缆传输方式是一种在前端和用户之间用同轴电缆作为传输媒质的有线传输方式。 图529 干线传输系统示意图 衰减常数 串接放大器后,系统交调增加,载噪比下降,因此对传输系统中放大器的数目或者传输距离应有所限制。通常,一条干线内串接的放大器应在30个以内。 传输距离与系统的上限频率有关,一般上限频率越高,传输距离越短。 传输系统根据网络拓扑的不同,还常使用分支器和分配器。 2. 光缆传输 光纤的损耗很小,在一定距离内不需放大;光纤的频率特性好,可不需要进行均衡处理。 (1)基本组成。 光端机（发射机）光端机（接收机）光缆还有双向光端机 (2)光调制方式。

16、光调制方式有模拟和数字两种。 (3)光缆的多路传输。光缆的多路传输指的是用一根光缆同时传输多路电视信号。 波分多路方式同时传输几个不同波长的光可实现双向传输。 频分多路方式多路电视信号混合成一路只能传输射频信号。 图531 光缆的多路传输(a)波分多路;(b)频分多路 3. (光缆+电缆)传输 这是一种常见的混合传输方式,其特点是用光缆做主干线和支干线,在用户小区用电缆作树枝状的分配网络,如图所示。 图532 光缆+电缆传输 4. 无线传输 (1)单/多路FM微波电视传输。这属于调频微波链路(FML),一般用于远距离传输或信噪比要求超过56dB的高指标场合。其频率为2GHz或12.713.25

17、GHz,频道带宽为25MHz或12.5MHz。FML的基本组成如图533所示。图533 FML的基本组成 (2) MMDS系统。 MMDS系统多路微波分配系统。其核心是多路调幅发射机,多套电视节目通过多路发射机输出,由双工器或合成器组合起来,送到一个或两个发射天线。构成见下图534。 图534 MMDS系统构成 MMDS系统有以下特点: 要求无阻挡接收,在高层建筑多而必然存在电波无法到达的场合不适用。 MMDS系统在采用下变频器接收时的指标不高,不能进行指标的再分配,因此,这种方式通常只适合于个体接收,或者说是一种分配服务系统。 用MMDS进行传输和分配,具有投资少、见效快等优点。 (3)AM

18、L系统。调幅微波链路AML也是一种调幅 微 波 传 输 电 视 信 号 方 式 , 其 工 作 频 率 为12.713.2GHz,共500MHz带宽,定向发射,可传50套左右的PAL制电视节目。AML系统的构成如下图所示。 图535 AML系统的构成 5.4.4 传输设备 1.放大器 在电缆传输系统中使用的放大器主要有干线放大器、干线分支(桥接)放大器和干线分配放大器。在光缆传输系统中要使用光放大器。 干线放大器 AGC干线放大器。 带斜率补偿的AGC干线放大器。 ALC干线放大器(自动电平控制，应用最多)。 ALC干线放大器需要两个导频信号,一个用于AGC控制,另一个用于ASC控制。图540

19、 ALC干线放大器的构成 (2) 干线分支和分配放大器。 (3) 光放大器。 目前有线电视系统使用的光放大器主要是干线光放大器和分配光放大器。按工作原理分,它们主要有半导体激光放大器和光纤激光放大器两种。 干线分支放大器 干线分配放大器 2. 均衡器(EQ) 均衡器是一个频率特性与电缆相反的无源器件。 在选择均衡器时,其标称工作频率范围应与所工作系统的信号频率范围相同，最大均衡量JL应与系统信号最大电平差相等。 3.光端机 光端机包括光发射机和光接收机,它有单路和多路两类。单路光端机主要用于电视台机房与发射塔之间,多路光端机主要用于有线电视网。 (1) 光发射机E/O，FBAS、If、Rf、C

20、fA、D 。AM、FM、SM 。 (2) 光接收机O/E，光电二极管检波。图546 光接收机框图图545 光发射机 4.其它设备 (1)光分路(耦合)器。其原理是利用光纤芯外的衰减场相互耦合，使光功率在两根光纤中相互转换。结构上，有星型和树枝型（ CATV中常用）。 (2)光纤活动连接器接头连接器。 它有平端和斜面（ CATV中常用）两种。 5.4.5 传输系统设计 1. 设计要素 传输系统设计要考虑的最基本的有三要素工作频段(fL、fH)、传输长度（L或E）、工作条件。 电长度E，指的是在传输长度内所有放大器的总增益E：1niiEG 2. 设计依据 传输系统的设计依据是系统的性能参数,主要有

21、载噪比、非线性指标等。 一.单级放大器载噪比为： 式 中 , Si为 放 大 器 输 入 信 号 电 平(dBv),NF为噪声系数(dB)。若由参数相同的放大器(n级)组成传输链路,则传输系统载噪比为：()2.4 ()iiFCSNdBN(517) ( )( )10lg()tiCCndBNN(518) 二.如果单级放大器交调比为(CM)i ,即：() 60 2() 15lg(1) ( )imoC MSSNdB 式中,Sm、So分别为最大输出电平(dBv)和实际工作电平(dBv),N为传输频道数。若系统由n个相同的放大器组成,则传输系统的交调比(CM)t为：(520)()()20lg()tiCMC

22、MndB(521) 3.设计内容 (1)网络结构设计。干线 支线 ； 支线 分配放大器 (2)传输链路设计。 电缆传输系统设计。 由电缆的衰减特性(在fH处衰减值为IHdB/m),可求出实际传输长度为： 光缆传输系统设计。 光节点的选定划分区域。每个光接收机覆盖12km2。 ()HElmI(524) 树型星型 确定链路总损耗。 光链路总损耗为： 选择相应的光端机。收发配对。收发配对。 1000.380.0510lg()0.50.5LlhkR(525) 光缆长度 固定接头数 分路器的分光比 活动连接器数 单模、多模：长距离4公里以上、短距离4公里以内； 单芯、两芯； V/D/A单向、双向； 单通道、多通道； RS232、RS442、RS485、TTL、曼砌斯特等接口； 价格：数仟到数十万。5.5 分配系统 5.5.1 作用、组成与特点 1.分配系统的作用 主要是把传输系统送来的信号分配至各个用户点。 2.分配系统的组成 分配系统由放大器和分配网络组成。分配网络的形式很多,但都是由分支器或分配器及电缆组成。 3.分配系统的特点 分配系统考虑的主要问题是交、互调比,载噪比,用户电平(系统输出口电平)等。分配系统具有如下特点: (1)用户电平70dB左右。 (2)由于系统长度短,所以放大器级数少(通常只有一二级)；