广播电视传输技术李鉴增

1、广播电视传输技术李 鉴 增1第1章基础理论和基础知识2电磁波天线广播电视传输系统条件接收系统31 电磁波1.1电磁波的传播电磁波在空间的传播性能与其频率密切相关。频率较低的中波(3003000KHz)可以沿地面传播几百公里的距离；频率较高的短波(1.530MHz)沿地面传播的衰减较大，主要靠天波传播。即依靠大气层中电离层的反射传播，一跳可以传4000km，多次反射可作环球传播。开路电视信号的频率在30MHz以上，沿地面传播时的衰减更大，也不能被电离层反射，只能采用直线传播的方式，即视距传播。41 电磁波1.2电磁波的极化当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量的方向具有确定的规律，这种现象称为电磁

2、波的极化。线极化波的电场强度矢量沿一确定方向。当与地面垂直时，称为垂直极化波；当与地面平行时，称为水平极化波。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其它电波的干扰等因素，一般垂直极化波大多用于中波广播，移动通信、卫星电视广播等；水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播、卫星电视广播等。51 电磁波圆极化波是其电场强度矢量的振幅不随时间而变，但其方向却在一个平面内匀角速旋转的波。圆极化波广泛应用于卫星通信中，其优点是接收天线在极化面内作任何倾斜都能等效接收。62 天 线天线是无线电设备中用以辐射或接收电磁波的部件。根据“天线互易原理”，一副天线作为发射天线或作为接收天线

3、，其性能参数完全相同。天线的增益：在电磁波场强相等的条件下，定向天线在最大接收方向向匹配负载输出的有用信号功率与放在该处的无损耗全向天线向匹配负载输出的有用信号功率之比，或两者电平之差。定向天线的增益越大，它的方向性越强。定向天线同全向天线比较所得的增益称为绝对增益，以分贝来表示时，用dBi作单位；定向天线同基本半波振子天线比较所得的增益称为相对增益，用分贝表示时，以dBd作单位 。 一副定向天线绝对增益的分贝数等于其相对增益分贝数再加上2 .15 d。 72 天 线 天线的方向性描述天线在不同方向的不同特性。常用方向图来直观地表示天线的方向性。 主瓣宽度通常是指半功率宽度，即主瓣中功率电平比

4、主瓣最大值电平下降（对应的场强为最大场强值的0707倍）处的波瓣宽度； 前后比定义为其主瓣功率电平最大值P1dB与后瓣功率电平最大值P2dB之差 83 广播电视传输系统3.1模拟传输系统的性能指标1.失真和噪声指标影响广播电视信号传输质量的两大问题：失真和噪声。描述非线性失真的指标主要有C/CTB和C/CSO。失真主要是由于放大器的非线性引起。放大器的工作电平每升高1dB，则C/CTB指标降低2dB， C/CSO指标降低1dB。 噪声性能用载噪比C/N来衡量。放大器的工作电平每升高1dB，则C/N指标提高1dB。93 广播电视传输系统2. 失真和噪声对图像质量的影响噪声太大，使C/N指标不合格

5、，在电视屏幕上表现为雪花状的、杂乱无章的干扰。交调指标不合格，会在电视屏幕上出现雨刷、负像等现象，其他失真指标不合格，会在电视屏幕上出现网纹干扰。 103 广播电视传输系统 3.2数字传输系统1.广播电视信号的数字化取样量化编码 113 广播电视传输系统2. 数字基带传输系统的组成信源编码器把模拟信号变为数字信号，并压缩信源数码率，以提高传输的有效性。复用是利用时分复用方式把多路信号复接成一路信号。信道编码器则是为了保证传输的可靠性。传输信道信道编码复用信源编码解复用信源解码信道解码123 广播电视传输系统 但降低了传输效率。例如，DVB-C的信道编码采用R-S(204,188)编码来提高传输

6、的可靠性。每个数据包的总长度为204个字节，其中包头占4个字节，有效数据的长度为184 个字节，差错校验为16 个字节。在系统中传输数据的效率为184/204。133 广播电视传输系统 3. 数字信号的调制 1)幅度键控ASK 2)频移键控FSK 3)相移键控PSK 其中QPSK抗干扰能力强，得到广泛应用。 4)正交幅度调制MQAM：用于DVBC中。属于幅度与相位相结合的调制方式。星座图上各个点之间不仅相位不同，幅度也有区别。143 广播电视传输系统 16QAM 星座图 A.优点： 频带利用率高，在各点间距相同时， QAM调制的星座图可以容纳更多的点。( 16PSK中，16个码元均匀分布于以1

7、为半径的圆周上， 码元间距为/80 .393而16QAM相邻码元之间的距离为（2 )/30 .471)。 M越大，频带利用率越高，抗干扰能力越弱。153 广播电视传输系统功率利用率高。在平均功率相同的情况下，QAM调制的最大功率更大，抗干扰能力更强。B.频带利用率：在二进制载波传输中，若采用理想低通滤波器，1Hz带宽可传送1个比特。但易造成码间干扰。若采用滚降系数为的低通滤波器，则1Hz带宽可传送1/(1+)个比特。对于MQAM调制， 1Hz带宽可传送1/(1+)log2M个比特。例如对于16QAM， 1Hz带宽可传送41/(1+) 个比特，若=0.2,则1Hz带宽可传送4(1/1.2)=3.

8、33个比特。一个8MHz的模拟频道可传输26.7Mb/s的毛数据。164 条件接收系统4.1条件接收系统的组成：1.用户信息管理系统 对数字电视用户和智能卡的各种进行处理、维护和管理。2.节目信息管理系统为即将播出的节目建立节目表。3.加扰解扰系统在发送端条件接收系统的控制下改变或控制被传送的服务（节目）的某些特征，使未被授权的用户无法获取该项服务。4.加密解密系统在发送端提供一个加密信息，以加密形式配置在传输流信息中，以防止非授权用户直接利用，而被授权的用户端解扰器则能以此来对数据解密。174 条件接收系统4.2同密技术：同密是指“两个或两个以上的CA系统在同一个广播电视系统中对同一个TS流

9、进行加扰/加密”。不同CA系统采用相同的加扰算法，以及不同的授权控制信息ECM和授权管理信息EMM。 用户机顶盒中嵌入的加解扰算法供各个厂商公用，机顶盒依靠标准定义的CAS-ID（条件接收系统一标识号）来识别不同的CA厂商的ECM和EMM。同密的优点是，在同一运营网络中可以运行不同厂商的CA系统，引入公平竞争，同时也保护了各个厂商自己的技术。缺点是需要传送各厂商的ECM和EMM,多占用了网络资源，降低了网络利用率；同时，一个CA系统的智能卡被攻破，另一个CA系统也失去了加密保护作用。 184 条件接收系统4.3多密技术多密是指不同的条件接收系统有不同的加扰算法，全都集成到具有通用接口的插入式智

10、能卡上，使智能卡的技术比较复杂。智能卡则通过通用接口CI与机顶盒相联及通信。优点是可以同时支持多个条件接收系统，简化了机顶盒的设计，便于实行机卡分离和CA系统的升级换代。缺点是智能卡的技术比较复杂，成本较高。19第2章 光纤传输技术20光纤的特性数字光纤传输系统光通信器件211 光纤的特性1光纤的损耗在-25-35时，附加损耗为0.030.04dB/km,在-40时，附加损耗为0.060.08dB/km。 0 0.85 1.31 1.55 (m)221 光纤的特性2光纤的色散色散是指输入信号中不同频率或不同模式光的传播速度不同，不同时到达输出端的现象。色散对信号传输的影响：使输出波形展宽变形，

11、造成模拟信号的失真。对数字信号，容易产生码间干扰，因而限制了光信号一次传输的距离；减少了传输的信息容量。此外，还与光源的调制特性一起产生组合二次失真（CSO）。 色散常数定义为单位波长间隔的光传输单位距离的群时延差 D=d/( L d)231 光纤的特性色散常数越小，传输模拟信号时容许的带宽就越大。色散的分类：模式色散是不同模式的光沿不同路径传输，到达输出口的时间不同而形成的色散。材料色散是由于光纤材料的折射率与波长有关，使不同波长的光在光纤中的传播速度不同形成的色散。材料色散可正可负，总的趋势是随波长的增大而减小。241 光纤的特性结构色散是由于光进入包层而造成的色散。结构色散恒为正，且随波

12、长的增加而增加。单模光纤的模式色散为0，材料色散比结构色散要大。在多模光纤中，模式色散比其它两种色散要大得多。1.31m附近，合成色散为零，常把1.31m称为零色散波长，普通单模光纤传输波长为1.287m1.330 m的光时，D应小于3.5 ps / nmkm。在传输1.55m的光时，D达17 ps / nmkm。252 数字光纤传输系统 2.1系统构成解调器再生器信源解码信道解码信道编码信源编码码型变换光源调制码型变换电端机光端机光端机电端机262 数字光纤传输系统信源编码器把需要传输的模拟信号变为PCM数字信号，又称为A/D变换。为了提高传输效率，我们可以利用图像的统计特性和传输图像之间的

13、相关性，少传或不传已经传输过的信息，并除去那些与信息无关（例如18的行逆程和8的场逆程）或对图像质量影响不大的多余部分等，压缩信源数码率，以提高传输效率的有效性。272 数字光纤传输系统信道编码器则是为了保证传输的可靠性。为此，我们可以在信息码中人为地加进一些多余的码元（监督码），这些监督码与信息码具有一定的逻辑关系，便于接收端根据这些逻辑关系进行自动检错和纠错。码型变换使信道编码器输出的代码，变为适于传输的码型。例如电通信中常用的曼彻斯特码、传号交替反转码(AMI)、三阶高密度码(HDB3码)等双极性码不能利用只有一种极性的光脉冲传输（光源不能产生负信号的光），需要先把它们变为单极性码。调制

14、器把电信号调制到光载波上。282 数字光纤传输系统再生中继器对信号进行放大、恢复波形，以传输更远的距离。解调器把电信号从光载波中解调出来。码型变换把单极性码恢复成原来的码型。信道解码器去除冗余的纠错信号。信源解码器解压缩，恢复原来的信号，并通过其中的低通滤波器恢复为模拟信号，送入终端设备。 292 数字光纤传输系统2.2性能指标1. 描述语义透明性的指标：误码率（BER）：单位时间内发生的错误比特数和总比特数之比。 长期平均误码率：测试时间不得少于24小时。 误码秒比：误码秒与以秒为单位的可用时间之比 误码秒ES：在一秒钟内出现一个误码以上 严重误码秒SES（在一秒内的误码率大于、等于103以

15、上)分组错误率 分组丢失率 分组误插率302 数字光纤传输系统2. 描述时间透明性的指标：时延：发送端发送信息和接收端收到信息的时间之差传输时延：由于信息的传输速率引起的时延处理时延：由于交换节点对信息的处理（打包、存储、排队等）引起的时延时延抖动：数字信号的各有效瞬间对于标准时间的偏差。其变化频率在10Hz以上。漂移：时延的变化频率在10Hz以下。313 光通信器件3.1光放大器一、光放大器的分类1.间接放大：2.直接放大：半导体光放大器有源光纤放大器光纤拉曼放大器光接收机光发射机电放大器323 光通信器件二、 掺铒光纤放大器（EDFA）1.单掺铒EDFA激励光波长2.双掺杂EDFA同时掺入

16、钇和铒两种元素，泵浦光功率达3W，波长为1.047m，信号光输出功率达2500mW(273dBm)。3 3211.55m 1.48m 0.98m 0.98m1.48m333 光通信器件3.包层泵浦EDFA的光纤有两个包层。纤芯的直径为5m，第一包层的直径为90m，第二包层的直径为125m。泵浦光（波长为910990nm）从第一包层输入。可放大15371574nm或15601600nm的光，输出功率达3000mW以上。343 光通信器件4.EDFA原理示意图EDF有一个最佳长度，使增益最大。 pss EDF光耦合器光隔离器光滤波器光隔离器泵浦光 电源控制353 光通信器件 3.2光分路器MN光分

17、路器有M个输入端和N个输出端。 1.光分路器原理： 微光型：由一些微小的光学器件所组成 光纤型：用两或多根靠在一起的光纤加工而成的. 363 光通信器件2光分路器的技术指标 插入损耗：Aj=10lg(Pi/Pj)附加损耗：Af =10lg(Pi/Pn) 分光比： kj= Pj/Pn显然，Aj=Af-10lgkj 373 光通信器件光分路器的附加损耗值Af 383 光通信器件3.分光比的确定：设光接收机的输入光功率为P0，则光链路长度为Lj对应的光分路器输出端j的输出电平为10lgPj=10lgP0Lj对应的光功率为分光比为393 光通信器件例：1个系统有8台光接收机，它们离前端的距离分别为、7

18、.5、10、14、14.5和19k，求光分路器的分光比。 解：因为100.1Ln100 .044100 .045100 .046100 .047 .5100 .0410100 .0414100 .0414 .5100 .041922 .4624分光比 k1100 .044/100.1Ln1 .4454 / 22 .46246 .4% k27% ,k37.7%，k48 .9%，k511 .2%，k616 .2%，k716 .9%，k825 .6%，40第3章 SDH技术41SDH概述SDH的复用SDH自愈网SDH的同步SDH的光接口参数SDH再生段设计421 SDH概述1.1 PDH的传输速率等

19、级系列PCM24系列PCM30/32系列数码率（Mb/s）话路数数码率话路数日本北美日本北美一次群1.544242.04830二次群6.312968.448120三次群32.06444.73648067234.368480四次群97.728274.17614404032139.2641920五次群397.2005760564.9927680431 SDH概述12 SDH网的产生美国贝尔通信研究所提出了同步光纤网络SONET 1988年，CCITT将SONET修订为国际标准，命名为同步数字体系SDH（Synchronous Digital Hierarchy),应用于光纤、微波和卫星网络。 SD

20、H的传输速率分级:STM-0(STS-4)的传输速率为51.840Mb/s，STM-1(STS-3)的传输速率为155.520Mb/s，STM-4(STS-12)的传输速率为622.080Mb/s，STM-16(STS-48)的传输速率为2488.320Mb/s，STM-64(STS-192)的传输速率为9953.280Mb/s。 441 SDH概述13 SDH的网元设备 1)终端复用器TM：在线性链路端点将低速信号复用成高速信号的设备。2)分插复用器ADM在网络中部将低速信号复用成高速信号的设备。3)数字交叉连接设备DXC具有一个或多个信号端口，可以对任意端口之间的信号进行可控连接，具有与交

21、换机类似的性能。4)再生器RG:经过适当的处理，使信号按照规定的幅度、波形和定时特性继续向前传送。451 SDH概述1.4 SDH网络结构再生段再生段终端复用器TM再生器交叉连接设备DXC终端复用器TM分插复用器ADM再生器再生段再生段终端复用器TM复用段461 SDH概述1)通道:终端与终端之间的链路；2)复用段:复用器与复用器之间的链路；3)再生段:再生器和其它网元之间的链路。4)开销:用于网络运行、管理和维护使用的多余字节。例如RSOH、MSOH和通道开销。5)指针：用来指示低速信号在高速信号中位置的一组二进制数。 472 SDH的复用 2.1复用单元容器（C）是用来装载各种速率信号的信

22、息结构。虚容器（VC）是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由容器和通道开销组成。在北美，VC-1、VC-2属于低阶虚容器，VC-3和VC-4属于高阶虚容器；在我国和欧洲，VC-1、VC-2和VC-3属于低阶虚容器，只有VC-4属于高阶虚容器。482 SDH的复用支路单元（TU）提供低阶通道层和高阶通道层之间适配。由低阶虚容器和支路单元指针组成。在高阶虚容器中固定地占有规定位置的支路单元组合称为支路单元组（TUG）。管理单元（AU）提供高阶通道层和复用段之间适配。由高阶虚容器和管理单元指针组成。在STM-N的净负荷中固定地占有规定位置的管理单元的组合称为管理单元组（AUG）。 492 SDH的

23、复用2.2 SDH的帧结构：安排了丰富的、用于管理的开销比特，智能化程度很高，网络的运行、管理和维护（OAM）能力大大加强。 STM-1： 9*270PAYLOADMSOHAU PTRPOHRSOH1 9 10 270123456789502 SDH的复用2.3段开销字节：A1A1A1A2A2A2J0J1B1E1F1B3D1D2D3C2AU PTRG1B2B2B2K1K2F2D4D5D6H4D7D8D9F3D10D11D12K3S1Z1Z1Z2Z2M1E2N1512 SDH的复用帧定位字节A1的二进制码为11110110，A2的二进制码为00101000，它们用于识别帧的起始位置。当连续5帧收

24、不到A1、A2时，接收端进入失步状态。数据通信通路字节D1D12用来构成SDH管理网的传送链路。公务字节E1用于管理人员之间再生段公务通信，E2用于管理人员之间复用段公务通信。比特间插奇偶校验8位码B1用作再生段误码自动监视，比特间插奇偶校验24位码B2用于复用段误码监视。自动保护倒换通路字节K1和K2用于自动保护。同步状态字节S1用于表示不同的同步状态。523 SDH自愈网31 线路保护倒换11保护：并发优收。1：n保护：n条信道共享一条不传输信息的保护信道。线路保护倒换方式的不足：整条光缆都被切断时，备用光纤也断；光缆保护所需成本太高；对于网络节点的故障无法提供保护。 533 SDH自愈网

25、32 环型网保护方式通道倒换环一般采用1+1保护；复用段倒换环一般采用1:1保护。由于自动保护倒换通路字节K1和K2只有4个地址码，则参与复用段保护的网元数最多只有2416个。单向环的优点是技术简单，不需要相互控制的协议，倒换时间短。双向环的优点是管理方便，两个传输方向上的时延相等，在倒换后故障段不会有业务信号传输，便于进行修复。二纤环和四纤环。同时考虑以上三种分类，可以组成八种自愈环型网，但常用的只是二纤单向通道倒换环、二纤双向通道倒换环、二纤单向复用段倒换环、四纤双向复用段倒换环和二纤双向复用段倒换环等。543 SDH自愈网（1）二纤单向通道倒换环ACDBCAACCAACPS553 SDH

26、自愈网（2）二纤单向复用段倒换环BDCA倒换CAACCAACSP563 SDH自愈网（3）二纤双向复用段倒换环倒换ACCAACCAS1/ P2S2/ P1ABCD574 SDH网的同步41网络节点时钟的同步方法主从同步方式，形成树型结构。 优点：组网灵活，控制简单，网络的稳定性较好，对从时钟的要求不高。缺点：对基准主时钟要求较高，对网络故障比较敏感。相互同步方式，节点时钟的要求较低，设备较便宜；对同步分配链路故障也不敏感。但网络稳定性较低。混合同步方式 584 SDH网的同步4.2 从时钟的工作模式： 正常工作模式：各从时钟都与输入的基准时钟信号同步。基准时钟信号传输中的相位噪声和从时钟控制环

27、噪声，使各站点时钟之间存在着相位差，只需通过偶然的指针调整，即可实现同步。 保持模式：定时基准信号丢失后，从时钟可以利用原来存储的最后频率信息作为定时基准进行工作，使从时钟在长达几天内满足系统的同步要求。但工作于保持模式的时钟与基准时钟信号之间存在着频率差，会引起连续的指针调整。594 SDH网的同步 自由运行模式：当从时钟的定时基准信号记忆也全部丢失时，只能依靠自己内部的振荡器工作。更容易引起连续的指针调整，进入异步工作模式，不能传输有效数据信号，而只能发出告警指示信号(AIS)。 605 SDH网的光接口参数包括：参考点S处光发射机的参数参考点R处光接收机的参数参考点S、R之间光通道的参数

28、规定这些参数的目的是在最极端的光通道衰减和色散条件下也能使每个再生段的误比特率不劣于11010。对于采用光纤放大器的系统，STM-64的单路系统，以及波分复用系统，则要求误比特率不劣于11012。表2-2 STM-1光接口参数规范光发射机光接收机SR615 SDH网的光接口参数SLM1nm30dB0dBm-5dBm10dB1028dBNAMLM2.5nm30dB-8dBm-15dBm8.2dB012dB295ps/nmLED40nm-8dBm-15dBm8.2dB07dB25ps/nm光源类型最大方均根谱宽最大-20dB谱宽最小边模抑制比最大平均发送功率最小平均发送功率最小消光比光通道衰减范围光通道最大色散应用分类代码I - 1S - 1.2L - 1.3光接收机最差灵敏度光接收机最小过载点最大光通道代价-23dBm-8dBm1dB-28dBm-8dBm1dB-34dBm-10dBm 1dB625 SDH网的光接口参数表中的