中职 通信技术基础 课件

1、中等职业学校教学用书（通信技术专业）中等职业学校教学用书（通信技术专业）通信技术通信技术 电子教案电子教案主主 编编 刘松刘松幻灯制作幻灯制作 刘松刘松第第5 5章章 有线电视系统有线电视系统5.1 5.1 概述概述 5.2 CATV5.2 CATV系统系统 5.3 HFC5.3 HFC接入系统与三网合一接入系统与三网合一 5.1 概述有线电视系统是通过有线线路在电视中心和用户终端之间有线电视系统是通过有线线路在电视中心和用户终端之间传送图像、声音信息的闭路电视系统。传送图像、声音信息的闭路电视系统。CATV（有线电视）是指（有线电视）是指Community Antenna Televisio

2、n或或Cable Television。经过数十年的发展，有线电视系统从采用同轴电缆的经过数十年的发展，有线电视系统从采用同轴电缆的CATV系统，逐步发展成为现在的可以双向传输的基于光纤同系统，逐步发展成为现在的可以双向传输的基于光纤同轴电缆混合（轴电缆混合（HFC）网络的综合性的传输系统。）网络的综合性的传输系统。我国的有线电视经历了我国的有线电视经历了30年的发展过程，已具备相当大的年的发展过程，已具备相当大的规模，并拥有世界上最多的有线电视用户。我国的企业在规模，并拥有世界上最多的有线电视用户。我国的企业在20世世纪纪70年代就开始了年代就开始了CATV系统的开发和推广工作。进入系统的开

3、发和推广工作。进入80年代年代后，后，CATV系统由宾馆、饭店开始向城市和农村普及，有线电系统由宾馆、饭店开始向城市和农村普及，有线电视台陆续在各省市建立起来，并开始建设微波干线网。进入视台陆续在各省市建立起来，并开始建设微波干线网。进入90年代后，随着广播电视业务的剧增，各地在微波联网的基础上年代后，随着广播电视业务的剧增，各地在微波联网的基础上运用先进的运用先进的SDH数字光纤系统逐步进行了光纤改造过程，部分数字光纤系统逐步进行了光纤改造过程，部分有线电视系统还引入了双向传输技术。目前，我国的有线电视有线电视系统还引入了双向传输技术。目前，我国的有线电视正向数字化、多功能化、产业化和全国联

4、网的方向发展，并将正向数字化、多功能化、产业化和全国联网的方向发展，并将成为未来的新兴网络媒体的支柱。成为未来的新兴网络媒体的支柱。现代有线电视系统综合利用了广播电视、通信、计算机现代有线电视系统综合利用了广播电视、通信、计算机等多个领域的先进技术，不仅可提供有线广播和有线电视等传等多个领域的先进技术，不仅可提供有线广播和有线电视等传统业务，还可提供诸如视频点播、音频点播、远程教育、远程统业务，还可提供诸如视频点播、音频点播、远程教育、远程医疗、医疗、Internet高速接入、家庭办公、计算机网络互连、网络高速接入、家庭办公、计算机网络互连、网络购物、网上证券交易、会议电视、物业管理等多种类型

5、的宽带购物、网上证券交易、会议电视、物业管理等多种类型的宽带多媒体业务。其中，远程教育、多媒体业务。其中，远程教育、Internet高速接入、数据广播高速接入、数据广播等业务在美国已经进入大规模商用阶段，我国也在改造现有等业务在美国已经进入大规模商用阶段，我国也在改造现有CATV网的基础上开展了推广工作。网的基础上开展了推广工作。1999年，微软在中国发布年，微软在中国发布的的“维纳斯计划维纳斯计划”以及我国企业推出的拥有自主知识产权的以及我国企业推出的拥有自主知识产权的“女娲计划女娲计划”，为我国基于有线电视系统的多媒体数据通信的，为我国基于有线电视系统的多媒体数据通信的广泛应用拉开了序幕。

6、广泛应用拉开了序幕。 5.2 CATV系统CATV系统一般由前端、干线传输和用户分配网络等几个系统一般由前端、干线传输和用户分配网络等几个部分组成，如图部分组成，如图5.1所示。所示。调制器调制器频道放大器频道放大器带通滤波器带通滤波器频道放大器频道放大器频道放大器频道放大器频率变换器频率变换器微波站微波站SHF接收机接收机卫星地面站卫星地面站调制器调制器调制器调制器频道放大器频道放大器分配放大器分配放大器延长放大器延长放大器分配给邻近线路分配给邻近线路干线桥接干线桥接输出站输出站干线放干线放大器站大器站中间桥接中间桥接输出站输出站终端桥接终端桥接输出站输出站计算机控制计算机控制电视电视干线传

7、输系统干线传输系统用户分配网络用户分配网络前端设备前端设备混混合合器器图图5.1 CATV系统的基本组成系统的基本组成（1）前端包括信号源和各种信号接收处理设备，其中接收信）前端包括信号源和各种信号接收处理设备，其中接收信号源通常包括卫星地面站、微波站、无线接收天线、电视转播号源通常包括卫星地面站、微波站、无线接收天线、电视转播车、演播室、录像机和计算机等。其中，最主要的是接收天线。车、演播室、录像机和计算机等。其中，最主要的是接收天线。天线是接收广播电视信号，馈送给前端的设备。天线是接收广播电视信号，馈送给前端的设备。 前端系统信号接收处理设备是接收天线或其他信号源与干前端系统信号接收处理设

8、备是接收天线或其他信号源与干线传输分配系统之间的设备，其功能主要是接收信号和处理信线传输分配系统之间的设备，其功能主要是接收信号和处理信号。前端系统接收的信号包括来自开路和闭路的各种信号，主号。前端系统接收的信号包括来自开路和闭路的各种信号，主要设备有天线放大器、频道放大器、频率变换器、信号处理器要设备有天线放大器、频道放大器、频率变换器、信号处理器和调制器、混合器和电源等。前端设备是和调制器、混合器和电源等。前端设备是CATV系统的心脏，系统的心脏，它将天线接收下来的它将天线接收下来的VHF频段和频段和UHF频段以及卫星电视信号，频段以及卫星电视信号，连同本地制作的电视节目和录像节目一起分别

9、调制到电视的工连同本地制作的电视节目和录像节目一起分别调制到电视的工作频道上，然后传输给干线传输分配系统。除此之外，前端系作频道上，然后传输给干线传输分配系统。除此之外，前端系统还可包括多种特殊服务的设备（如系统监视、付费电视、烟统还可包括多种特殊服务的设备（如系统监视、付费电视、烟火检测、防盗报警等）。前端系统的输出电平以达到用户要求火检测、防盗报警等）。前端系统的输出电平以达到用户要求为准，一般不失真输出电平为为准，一般不失真输出电平为120dB V。 调制器用于自办节目的播出以及有卫星接收和微波中继的调制器用于自办节目的播出以及有卫星接收和微波中继的场合。电视调制器将本站制作的视频信号节

10、目、录像节目信号场合。电视调制器将本站制作的视频信号节目、录像节目信号以及由卫星电视接收、微波中继传来的视频信号和音频信号变以及由卫星电视接收、微波中继传来的视频信号和音频信号变换成射频已调制信号。前端系统中，多个频道放大器或信号处换成射频已调制信号。前端系统中，多个频道放大器或信号处理器等的输出要经过混合器合成多频道信号后输出。理器等的输出要经过混合器合成多频道信号后输出。（2）干线传输系统是把前端接收处理、混合后的电视信号传）干线传输系统是把前端接收处理、混合后的电视信号传输给用户分配系统的传输设备，其主要组成为干线放大器和干输给用户分配系统的传输设备，其主要组成为干线放大器和干线同轴电缆

11、。干线放大器安装在干线上，对信号进行放大，以线同轴电缆。干线放大器安装在干线上，对信号进行放大，以补偿干线电缆的损耗，使传输线路进一步延伸。干线放大器分补偿干线电缆的损耗，使传输线路进一步延伸。干线放大器分为两类：干线桥接放大器和桥接放大器。干线桥接放大器除放为两类：干线桥接放大器和桥接放大器。干线桥接放大器除放大干线信号外，还分出多路支线信号传输到用户分配系统；桥大干线信号外，还分出多路支线信号传输到用户分配系统；桥接放大器不对干线中的信号放大，仅对分出的几路信号进行放接放大器不对干线中的信号放大，仅对分出的几路信号进行放大。大。 干线传输系统的网络结构形式主要有树状、星状、树干线传输系统的

12、网络结构形式主要有树状、星状、树星星混合状等。树状网络通常采用同轴电缆，可适用于干线、支干混合状等。树状网络通常采用同轴电缆，可适用于干线、支干线、分支线和分配信号，应用最广泛，如图线、分支线和分配信号，应用最广泛，如图5.2所示。所示。 前端前端干线放大器干线放大器干线干线支线支线延长放大器延长放大器分配器分配器分支器分支器用户线用户线图图5.2 树状网络结构树状网络结构 使用双向传输干线放大器可实现同时向下行和上行传输信使用双向传输干线放大器可实现同时向下行和上行传输信号的双向传输系统。通常是将前端的电视信号和声音信号下行号的双向传输系统。通常是将前端的电视信号和声音信号下行传输给用户，把

13、通信、数据、图像、控制等信号由用户端上行传输给用户，把通信、数据、图像、控制等信号由用户端上行至前端。至前端。（3）用户分配系统是）用户分配系统是CATV系统的最后部分，是整个系统与用系统的最后部分，是整个系统与用户端相连的部分。用户分配系统由分配放大器、延长放大器、户端相连的部分。用户分配系统由分配放大器、延长放大器、同轴电缆、分配器、分支器等有源和无源部件组成。这些部件同轴电缆、分配器、分支器等有源和无源部件组成。这些部件应具有应具有75阻抗和放大、定向传输分配信号以及相互隔离的特阻抗和放大、定向传输分配信号以及相互隔离的特性。性。VHF波段用户电平范围为波段用户电平范围为5783dB V

14、，UHF波段用户电波段用户电平范围为平范围为6083dB V。用户分配线路中，多采用星状分布式。用户分配线路中，多采用星状分布式结构，延长放大器级联一般不超过三级。结构，延长放大器级联一般不超过三级。 用户终端就是电视机。对于加密的用户终端就是电视机。对于加密的CATV系统，还需增加系统，还需增加解密设备。如果是双向解密设备。如果是双向CATV系统，则需要上行通信所需的发系统，则需要上行通信所需的发射机和接收机。射机和接收机。在双向有线电视系统中，一般采用频率分割的方式传送，在双向有线电视系统中，一般采用频率分割的方式传送，如图如图5.3所示。频带的主要部分所示。频带的主要部分70450MHz

15、用于传送到用户的用于传送到用户的下行视频信号，低于下行视频信号，低于50 MHz的频段作为用户向中心传输数据的频段作为用户向中心传输数据的上行线路。的上行线路。 5070450MHz图图5.3 双向有线电视系统的频率分割双向有线电视系统的频率分割 双向有线电视系统是一个多终端的公用传输系统，为避双向有线电视系统是一个多终端的公用传输系统，为避免终端之间的竞争，需要进行通信控制。免终端之间的竞争，需要进行通信控制。 当许多终端共享一个频段时，可用以下方法进行通信控制：当许多终端共享一个频段时，可用以下方法进行通信控制：（1）查询方式，即中心顺序地查询各个终端有无数据传送。）查询方式，即中心顺序地

16、查询各个终端有无数据传送。（2）CSMA/CD方式，即以太网的传输控制方式，要发送数据方式，即以太网的传输控制方式，要发送数据的终端不断地检测线路上有无载波，只有在线路空闲状态下才的终端不断地检测线路上有无载波，只有在线路空闲状态下才允许传输数据。允许传输数据。（3）令牌控制方式，相当于令牌总线方式，中心巡回地把令）令牌控制方式，相当于令牌总线方式，中心巡回地把令牌分配给网络内的各个终端，任何时刻只允许拥有令牌的终端牌分配给网络内的各个终端，任何时刻只允许拥有令牌的终端传送数据。传送数据。5.3 HFC接入系统与三网合一接入系统与三网合一 5.3.1 HFC网的系统结构网的系统结构 HFC网的

17、主干部分采用光纤，光节点到配线盒使用同轴电网的主干部分采用光纤，光节点到配线盒使用同轴电缆，配线盒到用户端使用树状结构分配型同轴引入线。缆，配线盒到用户端使用树状结构分配型同轴引入线。HFC的的带宽将近带宽将近1 000MHz。HFC网实现双向传输的方式是，在其光网实现双向传输的方式是，在其光纤系统中采用空间分割法，分别用两根光纤传送上行和下行信纤系统中采用空间分割法，分别用两根光纤传送上行和下行信号，而在同轴系统中采用频率分割法。号，而在同轴系统中采用频率分割法。HFC技术将数字信号调技术将数字信号调制为制为QAM信号，并以频分复用方式把话音信号、数据信号、信号，并以频分复用方式把话音信号、

18、数据信号、按需视频点播、模拟有线电视信号综合在一起调制到激光器上，按需视频点播、模拟有线电视信号综合在一起调制到激光器上，以模拟方式在光缆和同轴电缆系统中传输，在接收端解调恢复以模拟方式在光缆和同轴电缆系统中传输，在接收端解调恢复为原来信号。为原来信号。 HFC网的基本特征是以模拟传输方式为主，综合接入多种网的基本特征是以模拟传输方式为主，综合接入多种业务信息，如图业务信息，如图5.4所示。在前端下行信号中，将话音、数据等所示。在前端下行信号中，将话音、数据等信号混合在一起，在信号混合在一起，在HFC系统上传输，混合信号经同轴电缆送系统上传输，混合信号经同轴电缆送到射频混合分支器，再经光传输系

19、统传输，最后由信号分配器到射频混合分支器，再经光传输系统传输，最后由信号分配器将混合信号分离。其中，话音、数据等信号采用双绞线作为用将混合信号分离。其中，话音、数据等信号采用双绞线作为用户接入线，为用户提供电话、传真和数据服务，而电视信号仍户接入线，为用户提供电话、传真和数据服务，而电视信号仍通过同轴电缆用户分配网接入用户。通过同轴电缆用户分配网接入用户。HFC网由馈线网、配线网、用户接入线三部分构成。馈线网由馈线网、配线网、用户接入线三部分构成。馈线网相当于网相当于CATV干线系统，由光纤传输系统构成，它是指从前干线系统，由光纤传输系统构成，它是指从前端到服务区光纤节点部分。通常，一个典型的

20、服务区容纳用户端到服务区光纤节点部分。通常，一个典型的服务区容纳用户数为数为500个。配线网是指光纤节点与分支节点之间部分，相当个。配线网是指光纤节点与分支节点之间部分，相当于电话网中远端节点与分线盒部分。于电话网中远端节点与分线盒部分。 节节目目源源CATV前端前端同轴电缆同轴电缆交换交换中心局中心局前端前端单元单元射频射频混合混合分支器分支器光发光发射机射机回传回传光接光接收机收机光纤光纤光纤光纤光发光发射机射机回传回传光接光接收机收机信号信号分配器分配器远远端端接接口口单单元元电话电话传真传真数据数据T图图5.4 HFC网络结构网络结构 在在HFC网中传输数字信息时，必须经过宽带调制，将

21、数字网中传输数字信息时，必须经过宽带调制，将数字信息调制到模拟信道中传输。为使各种图像、数据和语音信息信息调制到模拟信道中传输。为使各种图像、数据和语音信息在在HFC网上传输，网上传输，HFC网采用副载波频分复用方式。对于频谱网采用副载波频分复用方式。对于频谱资源的划分，目前还没有统一的国际标准，但有多种建议方案，资源的划分，目前还没有统一的国际标准，但有多种建议方案，HFC网络系统的标称频带有网络系统的标称频带有750MHz、860MHz、1GHz系统，系统，用得较多的是用得较多的是750MHz，而，而1GHz是未来发展方向。是未来发展方向。 750MHz系统的频率分配方式如图系统的频率分配

22、方式如图5.5所示。所示。 上行信道上行信道下行信道下行信道模拟电视模拟电视数字电视数字电视电话电话540 50550750MHz700图图5.5 750MHz的的HFC网系统网系统 在国际上，大多数在国际上，大多数HFC网采用如下频谱分配方案：网采用如下频谱分配方案：545MHz的频带用于传输上行电话、数据和电视信的频带用于传输上行电话、数据和电视信号；号；50550MHz的频带用于传输的频带用于传输80个个NTSC制式（每制式（每个频道占有个频道占有6MHz）或）或59个个PAL制式（每个频道占有制式（每个频道占有8MHz）的下行模拟电视通道；）的下行模拟电视通道；550750MHz的频带

23、的频带用于传输下行电话、数据和压缩数字视频信号，采用用于传输下行电话、数据和压缩数字视频信号，采用VSB（残留边带）或（残留边带）或QAM（正交调幅）调制技术可以（正交调幅）调制技术可以容纳容纳200800个基于个基于MPEG.2（通用的音频视频编（通用的音频视频编码）的视频信道；码）的视频信道；7501 000MHz频带预留给双向数频带预留给双向数字个人通信系统（字个人通信系统（PCS）。表）。表5.1为我国接入网规范所为我国接入网规范所定义的频段划分。定义的频段划分。 波波 段段频频 带（带（MHz）业业 务务R5.010.0上行电视及非广播业务上行电视及非广播业务R130.042.0上行

24、非广播业务上行非广播业务I48.592.0模拟广播电视模拟广播电视FM87.0108.0调频立体声广播调频立体声广播A1111.0167.0模拟广播电视模拟广播电视III167.0223.0模拟广播电视模拟广播电视A2223.0295.0模拟广播电视模拟广播电视B295.0447.0模拟广播电视模拟广播电视IV450.0550.0数字或模拟广播电视数字或模拟广播电视V550.0710.0数字电视和数字电视和VOD等等VI710.0750.0非广播业务非广播业务VII750.01 000.0个人通信个人通信表表5.1 我国接入网规范所定义的频段划分我国接入网规范所定义的频段划分 5.3.2 HF

25、C网的接入技术网的接入技术 HFC网的数字通信系统是通过线缆调制解调（网的数字通信系统是通过线缆调制解调（Cable MODEM）系统实现的，可以使）系统实现的，可以使Internet高速接入。由窄带向高速接入。由窄带向宽带过渡，线缆调制解调代表了当今重要的发展方向。一个完宽带过渡，线缆调制解调代表了当今重要的发展方向。一个完整的整的HFC网接入系统结构如图网接入系统结构如图5.6所示。该系统包括所示。该系统包括CMTS（Cable MODEM Termination System，线缆调制解调终端系，线缆调制解调终端系统）、电缆网络、线缆调制解调、网络管理和安全系统。统）、电缆网络、线缆调制

26、解调、网络管理和安全系统。 CMTS通常放在有线电视前端，采用通常放在有线电视前端，采用10Base-T、100Base-T或或ATMOC.3等接口通过等接口通过Hub与外界设备相连，通过路由器与与外界设备相连，通过路由器与Internet连接。也可以直接连到本地服务器，享受本地业务。连接。也可以直接连到本地服务器，享受本地业务。线缆调制解调是用户端设备，放在用户的家中，通过线缆调制解调是用户端设备，放在用户的家中，通过10Base-T接口，与用户的计算机相连。一般线缆调制解调有三种类型：接口，与用户的计算机相连。一般线缆调制解调有三种类型：单用户的外置式、内置式以及单用户的外置式、内置式以及

27、SOHO型。型。SOHO型线缆调制解型线缆调制解调可用于采用调可用于采用HFC网进行计算机网络互连，形成网进行计算机网络互连，形成SOHO（Small Office/Home Office）系统，即小型和在家办公系统。）系统，即小型和在家办公系统。 路由器路由器本地服务器本地服务器Hub网络管理系统网络管理系统CMTS有线电视系统前端有线电视系统前端CM CMPCLANHFC网网Internet图图5.6 HFC接入系统结构接入系统结构 5.3.3 HFC网的应用网的应用 HFC网本身是一个网本身是一个CATV网，视频信号可以直接进入用户网，视频信号可以直接进入用户的电视机，采用新的数字调制技

28、术和数字压缩技术，可以向用的电视机，采用新的数字调制技术和数字压缩技术，可以向用户提供数字电视和户提供数字电视和HDTV。同时，话音和高速的数据可以调制。同时，话音和高速的数据可以调制到不同的频段上传送，用来提供电话和数据业务。这样，到不同的频段上传送，用来提供电话和数据业务。这样，HFC网支持全部现存的和发展的窄带和宽带业务，成为所谓的全业网支持全部现存的和发展的窄带和宽带业务，成为所谓的全业务宽带网络。而且，务宽带网络。而且，HFC网可以简单地过渡到网可以简单地过渡到FTTH网，为光网，为光纤用户环路的建设提供了一种循序渐进的手段。纤用户环路的建设提供了一种循序渐进的手段。 由于数字技术和

29、计算机技术的迅猛发展，电信、计算机和由于数字技术和计算机技术的迅猛发展，电信、计算机和有线电视网络开始互相渗透，人们希望通过单一网络向用户提有线电视网络开始互相渗透，人们希望通过单一网络向用户提供话音、数据、图像和电视等综合业务，这就是三网合一。供话音、数据、图像和电视等综合业务，这就是三网合一。HFC网则是实现三网合一的一个重要手段。图网则是实现三网合一的一个重要手段。图5.4是采用是采用HFC网实现三网合一的系统结构。网实现三网合一的系统结构。IP Phone 网关网关CMTSCMHFC网网InternetPSTN图图5.7 HFC与与PSTN互通互通 HFC网的宽带业务可以提供以下服务。网的宽带业务可以提供以下服务。（1）音频：模拟调频广播、数字声音广播、音频点播）音频：模拟调频广播、数字声音广播、音频点播AOD。（2）视频：模拟电视、数字电视、视频点播）视频：模拟电视、数字电视、视频点播VOD、NVOD和家庭影院。和家庭影院。（