综合布线电子教案第三章

第3章有线电视系统（CATV）设计随着我国广播电视事业的迅速发展，有线电视系统与人民的工作、学习、生活紧密相连，已成为智能建筑必不可少的一个组成部分。从事综合布线设计的技术人员必须掌握有线电视系统的设计技术。读者可以通过本章节的学习，了解有线电视技术发展状况，掌握有线电视系统的构成及组网方案。重点内容：有线电视系统的组成、有线电视传输技术、有线电视传输网络的规划和设计。难点内容：有线电视传输网络的规划和设计。3.1有线电视系统的概述有线电视是利用高频电缆、光缆、微波等传输介质，并在一定的用户中进行分配和交换声音、图像以及数据信号的电视系统。最早的有线电视系统，是1948年在美国宾州曼哈诺依的一个公用天线电视接收系统（MATV）。它采用一副主天线接收无线电视信号，并用同轴电缆将信号分送到用户家中，以解决城郊山区电视信号阴影区的居民收看电视的问题。我国有线电视开始于二十世纪七十年代，经过三十多年的发展，从无到有，从小到大，已经发展成为我国广播电视领域一支新兴产业。我国有线电视技术发展很快，从同轴电缆传输到光缆、MMDS、HFC等多种传输技术的混合应用，从只传输模拟信号到模拟、数字信号的混合传输，从单向广播网到双向交互网络，我国有线电视技术的发展日益接近国际先进水平。目前，我国大多数省市已开通采用数字技术的光缆干线，实现了全省、全市范围内的联网。同时，全国骨干网采用先进的数字传输技术，为开展数字、数据传输业务提供了优质的服务平台。我国有线电视进入了实现数字化、交互式高速多媒体信息网的实验阶段。3.2有线电视系统的组成有线电视系统由三部分组成：前端系统、干线传输系统和用户分配网络。系统的前端部分主要任务是将要播放的信号转换为高频电视信号，并将多路电视信号混合后送往干线传输系统。干线传输系统将电视信号不失真地输送到用户分配网络的输入接口。用户分配网络负责将电视信号分配到各个电视机终端。有线电视系统的构成，见图3-1所示。图3-1 有线电视系统的组成3.2.1前端系统前端系统对各种天线接收的信号、摄录设备等输出的信号调制为高频电视信号，并通过混合设备同时将多路信号合并为一路电视信号，以便输送到干线传输系统。前端设备常用的设备是天线放大器，调制器、解调器、混合器、滤波器等设备。天线放大器主要连接于天线与前端设备，用于天线信号的放大作用。调制器可以将各路输入信号调制到指定的电视频道信号，如图3-2所示为前端模拟调制设备。混合器可以将输入多路信号合并为一路电视信号，不同信号占用不同的电视频道，如图3-3所示为常用的邻频混合器。图3-2前端模拟调制设备图3-3邻频混合器利用前端系统的功能，电视台可以通过卫星天线接收开路信号，使用录像机和直播摄像机播放闭路信号。开路部分信号包括

VHF、UHF（特高频）、FM（调频）、微波中继和卫星转发的各种频段信号，经频道调制和放大处理后，与闭路信号一起送入混合器，从而实现了多电视节目和自办节目的播出。3.2.2干线传输系统对于大型的有线电视系统而言，有线电视信号经过前端系统输出后，需要通过干线传输系统远距离传输到用户终端设备。有线电视信号在传输过程中损耗较大，因此需要采用高质量的传输介质并安装放大设备对信号进行放大，以保证输送到用户终端设备的电视信号的电平达到要求，确保节目播放的质量。干线传输系统主要位于前端系统和电缆分配系统之间，将前端系统输入的电视信号传送到各个干线分配点所连接的用户分配网络系统。干线传输系统采用的主要设备是干线放大器，如图3-4所示。根据有线电视用户总数不同，需要干线传输系统提供的信号强度有所差异，配备合适的干线放大器就可以补偿干线上的传输损耗，把输入的有线电视信号调整到合适的输出电平。图3-4 干线放大器干线传输系统一般分别采用室外同轴电缆、光缆、多路微波MMDS、HFC（同轴电缆和光缆混合）四种方式进行信号的传输。对于组建中小型的有线电视传输网络可采用同轴电缆传输技术。对于组建大型或超大型的有线电视网络采用光缆或HFC传输技术，可以提供经济、可靠的信号传输平台。多路微波MMDS技术更适合于组建地形开阔、用户分散的有线电视网络。3.2.3用户分配网络用户分配网络位于干线传输系统和用户终端设备之间，它将干线传输系统输送的信号进行放大和分配，使各用户终端得到规定的电平，然后将信号均匀地分配给各用户终端。用户分配网络确保各用户终端之间具有良好的相互隔离作用互不干扰。用户分配网络系统采用的设备主要有：分配器和分支器。分配器属于无源器件，它的作用是将一路电视信号分成几路信号输出。分配器的规格有二分配器、三分配器、四分配器等，如图3-5所示。分配器可以相互组成多路分配器，但分配出的线路不能开路，不用时应接入75欧的负载电阻。分配器的主要技术指标是分配损失、分配隔离度及驻波比。图3-5 分配器分支器的作用是将电缆输入的电视信号进行分支，每一个分支电路接一台电视机分支器。分支器具有一个主路输入端，一个主路输出端和若干个分支输出端构成，如图3-6所示。分支器的主要技术指标有插入损耗、分支损耗、分支隔离度、驻波比及反向隔离度。图3-6分支器分支器的规格有一分、二分、三分、四分支器，分支器的分支端直接接到终端用户的电视插座中。电视机端的输入电平按规范要求应控制在60～80dBmV之间，在用户终端相邻频道之间的信号电平差不应大于3dB，但邻频传输时，相邻频道的信号电平差不应大于2dB，我们将根据此标准配置不同规格的分支器。用户分配网络中最常使用的电缆是物理发泡同轴电缆，其阻抗为75欧姆，如图3-7所示。根据物理发泡同轴电缆的内部结构，该电缆较适合于室外布线，常用于连接分配器。对于室内用户终端设备连接的电缆主要采用75欧姆的视频电缆，如图3-8所示。图3-7 物理发泡同轴电缆图3-8 室内视频电缆3.3有线电视系统传输技术3.3.1电缆传输技术1.电缆传输系统的构成电缆传输系统采用同轴电缆作为有线电视网络的干线或超干线的传输介质。电缆传输系统主要由同轴电缆和干线放大器间隔配置、级连构成，附属设备有过电型分支器、分配器，主要用于干线分支，如图3-9所示为电缆传输系统的构成。线路供电器和电源插入器用于干线放大器的电缆芯线供电。图3-9电缆传输系统构成2.电缆的传输特性及其补偿同轴电缆的传输特性有：（1）特性阻抗：75欧姆。（2）衰减特性：高频衰减大于低频衰减。细芯径电缆衰减大于粗芯径电缆衰减。衰减与电缆长度成正比。（3）温度特性：随温度的升高，电缆的衰减量增大。一般电缆的温度系数约为0.2%／度。（4）屏蔽特性：优质的电缆外导体有良好的屏蔽作用，传输信号不受外界干扰，也不会向外辐射、干扰其它信号。同轴电缆的屏蔽特性用屏蔽衰减表示，单位为dB。（5）机械特性：包括抗弯曲性能、防潮抗腐蚀性能和结构稳定性。由于同轴电缆的衰减与电缆的长度成正比，干线要远距离传输，必须对电缆的传输特性进行补偿。干线放大器用来补偿电缆对信号电平的衰减，均衡电缆的频率特性和温度特性。干线放大器使用特性相同的放大器，各放大器的输入和输出电平值相同，采用“单位增益法”设计。3.电缆传输技术应用信号电平在电缆中的损耗较大，往往每隔几百米就需要安装一台放大器，受外界环境影响较大，容易引入噪声和非线性失真，而且系统中使用的器件多，可靠性较差，维护使用不便。因此纯电缆传输技术目前仅用在较小的系统或大型系统中靠近用户分配系统的部分。3.3.2多路微波系统MMDS传输技术在有线电视系统组网工程中，对于一些例如河流、铁路、桥梁等障碍地形，传输线缆架设十分困难，必须采用微波传输技术来解决。多路微波分配系统MMDS是常用的一项微波传输技术。1.MMDS传输系统构成多路微波分配系统MMDS采用微波技术以一点发射或多点接收的方式将电视、声音广播及数据信号传输到各有线电视站、共用天线电视系统前端或直接到各用户的微波系统，如图3-10所示。图3-10MMDS传输系统的构成该系统的信号频率范围为2500-2700MHz，采用空间传输方式，发射与接收应在视距范围内进行。MMDS传输系统由发射系统和接收系统两部分组成。发射系统的设备包括发射机、合成器、馈缆和发射天线，接收系统的设备包括接收天线、下变频器和供电器。2.MMDS传输技术的应用MMDS传输系统属于无线传输，带有无线传输的通用缺点，如信号怕遮挡、反射出重影、易受干扰。这种方式不适用于人口稠密、高层建筑林立的大中城市，只适合于地形开阔、建筑物密集度不高的电视传输场合。3.3.3光纤传输技术1.光纤传输系统的特性光纤传输技术具有传输距离远、信号失真小、传输容量大、免受雷击等特点，目前该技术已广泛应用于有线电系统的干线传输。有线电视系统中用于干线传输的同轴电缆传输750MHz信号时，损耗也有40dB／km左右，而采用波长1310nm的光信号，其损耗约为40dB／100km，显然光缆的损耗比同轴电缆降低100倍。使用同轴电缆作为干线传输介质，则需要每隔几百米必须设置一台放大器，而采用光缆作为干线传输介质则可以实现跨越几十公里的直传，彻底解决了干线放大器级联造成传输信号技术指标下降的问题。2.光纤传输系统的构成最基本的光纤传输系统由光发射机、光纤、光接收机、光中继器组成，如图3-11所示。光发射机的功能是将有线电视电信号转换为光载波信号，光信号可以在光纤内传输，如果超过光纤传输长度限制，则可以使用光中继器进行光信号放大。光信号传输到目的后，可以通过光接收机将光信号转换为有线电视电信号，并通过同轴电缆传输到各楼宇用户端。图3-11光纤传输系统为了实现多路电视信号在光纤上传输，采用了复用方式进行信号传输。常用的复用方式有空间复用方式（SDM）、频分多路复用方式（FDM）、时分多路复用方式（TDM）、波分多路复用方式（WMD）。空间复用方式是指光缆内每根光纤传输一路电视信号的方式。频分多路复用方式是指将多路信号调制到不同的频率带宽内，使一根光纤可以同时传输多路信号。时分多路复用方式是指各路信号采用分时占用传输介质的方式，使一根光纤可以同时传输多路信号。波分多路复用方式是指对光信号频带进分割，不同的频段传输不同的信号，从而使一根光纤可以传输多路信号。3.光纤传输技术的应用光纤有线电视网不仅仅局限于有线电视业务，它可以为开展宽带综合业务传输提供一个开放的平台，是宽带综合业务网的一个重要组成部分。用光缆构成广域的包括电视业务在内的多媒体网络具有广阔的发展前景。3.3.4 HFC（光纤同轴混合网）传输技术1.HFC传输系统的构成HFC有线电视网由光纤作干线、同轴电缆作用户分配网传输介质，构成光纤同轴混合的网络。它充分发挥了光纤和同轴电缆所具有的优良特性，较好地完成了有线电视信号的高质量传输与分配。HFC是一个以前端为中心、光纤延伸到小区并以光节点为终点的光纤星形布局，同时，以一个树形同轴电缆网络从光节点延伸覆盖用户。因而，HFC有线电视网络拓扑是一个星-树形结构。在HFC宽带接入网中，模拟电视和数字电视、综合数据业务信号在前端或分前端进行综合，合用一台下行光发射机，将下行信号用一根光纤传输至相应的光节点。在光节点，将下行信号变换成射频信号。每个光节点通过同轴电缆，以星树形拓扑结构覆盖用户。从用户来的上行信号在光节点变换为上行光信号，通过上行光发射机和上行回传光纤传回前端或分前端。上下行信号在光传输中采用的是空分复用，在电缆传输中采用的是频分复用。2.HFC网络的频分复用技术HFC网络采用频分复用技术，将5-1000MHz的频段分割为上行和下行通道。5-65MHz为上行通道，87-1000MHz为下行通道。上行通道为非广播业务，主要传输包括状态监控信号、视频点播信号以及数据通信业务等。下行通道将87-550MHz为普通广播电视业务，该频段全部用于模拟电视广播时，除调频广播业务外，可安排约54个频道的模拟电视节目。550-750MHz为下行数字通信信道，用于传输数字广播电视、VOD数字视频以及数字电话下行信号和数据，上行数据一般利用5-65MHz频段，为了提高抗干扰能力，采用QPSK(或16QAM)调制。3.HFC传输技术的应用HFC宽带接入网具有巨大的接入带宽的优势，可提供各种模拟和数字传输业务。HFC宽带接入网络的主要业务可分为两大类，即广播电视业务和交互业务。广播电视业务包括目前的模拟电视节目的传输和正在逐步发展的数字广播、数字电视等其它广播业务。交互业务包括INTERNET接入、视频点播VOD、可视电话、会议电视、远程教育、远程医疗等。3.4有线电视电缆传输网络规划与设计3.4.1工程概况某住宅小区地上总建筑面积15万平方米，其中住宅建筑面积13万平方米，1040户；公建建筑面积2万平方米，包括中心会馆、幼儿园、小学、商业用房、小区服务用房、公共配套设施。小区住宅部分建筑划分为A、B、C、D、E五个区，其中A、C和D区是小高层住宅，B区是多层住宅，E区是高层住宅。该小区是集自然、生态、艺术、人文于一体的新型生活居住区，整体建筑新颖、户型丰富、环境优美、交通便捷。根据需求分析可以得知，该住宅小区共需要安装有线电视信息点1193点。3.4.2 工程方案设计1.系统总体设计本工程有线电视系统按1000MHZ邻频方式双向传输要求设计，采用光纤和同轴电缆混合网（HFC）组网。用户终端电平按64±4dB设计。2.系统设备选型（1）系统选用设备与部件具有双向性，其视频输入与输出电缆特性阻抗均为75欧姆，能满足VOD点播等双向传输的要求。（2）室外同轴电缆选用SYWL-75-12型，室内同轴电缆选用SYWV-75-9及SYWV-75-5型。光缆选用室外4芯单模光缆。（3）家庭信息箱内提供1进4出有线电视通道。3.小区主干网络设计有线电视系统信号通过12芯单模光缆，从市有线电视网引来。小区有线电视中心设在中心会馆一层的小区设备间内。在整个住宅小区设置3个有线电视光节点，分别设在中心会馆的小区设备间、C-5楼、D-2楼，C-5楼、D-2楼两处光节点的有线电视信号均通过室外4芯单模光缆从中心会馆小区设备间内引来，如图3-12所示。图3-12小区主干光缆布设图中心会馆处的光节点将有线电视光信号分成5路射频信号通过SYWL-75-12型同轴电缆分别引至B-2楼、E-2楼、小学、幼儿园及中心会馆有线电视分中心的电视前端箱内。B、E区的有线电视分中心前端箱将信号放大分配后，通过SYWL-75-12型同轴电缆引到本区块各楼有线电视前端箱内。C-5楼处光节点将有线电视光信号分成7路射频信号通过SYWL-75-12型同轴电缆送到C-1~C-7楼各楼有线电视前端箱内。D-2楼处光节点将有线电视光信号分成5路射频信号通过SYWL-75-12型同轴电缆送到D-1~D-4楼有线电视前端箱及A-4楼有线电视分中心前端箱内。A-4楼有线电视前端箱将信号放大、分配后，通过SYWL-75-12型同轴电缆引到A区各楼有线电视前端箱内。4.小区用户分配网络设计（1）住宅部分各单元分别在中间楼层弱电井内或走廊（B区），设置有线电视单元分配器箱，内设置放大器、分配器。单元分配器箱设置位置为：多层住宅B区设在三层，小高层住宅A、C、D区设在六层，高层住宅E区设在五层和十二层。单元有线电视分配器箱信号通过同轴电缆SYWV-75-9从各楼有线电视前端箱引来，在单元分配器箱内有线电视信号经过放大分配后，通过同轴电缆SYWV-75-9引到单元各层每个住户的家庭信息箱内。家庭信息箱通过SYWV-75-5将信号引到住户有线电视插座。每户家庭信息箱用1根SYWV-75-5电缆引至在客厅设置1个有线电视点。家庭信息箱内设有可扩容的分支器，用户装修时可通过在家庭信息箱内设置的分支器进行有线电视点的扩充。（2）公建部分小学、幼儿园、中心会馆在中间楼层弱电井设置分配器箱（内设分配器、放大器），信号由各楼前端箱通过同轴电缆SYWV-75-9引来，经过放大分配后，将信号通过同轴电缆SYWV-75-5送到各房间有线电视终端。每个教室设置1个有线电视信息点，会议、活动、娱乐、休息场所每自然间设置1个有线电视信息点。3.5归纳与思考有线电视系统是综合布线系统中非常重要的一项应用系统，在智能大厦和智能生活小区中有线电视系统是必不少的一个组成部分。要掌握有线电视系统的设计关键是掌握有线电视系统的构成及相应设备的性能，熟悉有线电视系统的常用传输技术。根据工程项目的特点和要求，灵活地选择符合要求的传输技术，选配合适的传输设备，从