有线电视网络-271页全.ppt

有线电视网络,课程背景1.随着社会的进步和人们对信息服务个性化要求的日益提高，现代社会对信息网络在宽带、交互性、智能化、承载综合业务的能力等方面提出了越来越高的要求；,2.有线电视网络已经成为广播电视最主要的有效覆盖手段之一，并正以极其迅猛的发展速度向综合信息网过渡；3.先进的有线电视网络汇集了当代电子技术许多领域的新成就，体现了现代广播电视技术、现代通信技术、现代计算机技术的交叉和融合，具有数字化、智能化、网络化、综合化等现代信息网络的一切特征。学习和了解有线电视网络具有十分重要的意义和价值,课程特点,应用性综合性涉及面广体系独特强调应用注重方法,学习目的和要求,基本组成1.熟悉有线电视网络的主要设备关键技术系统分析方法2.掌握有线电视网络的基本理论与概念工作原理主要参数及计算,研究动态3.了解有线电视网络的发展趋势热点和难点寻找相关课题，进行深入研究抓住重点掌握方法,学习方法,课堂学习与自学相结合广泛阅读参考书概念清晰理解到位举一反三融会贯通,参考书目,有线电视网络，作者：刘剑波等，中国广播电视出版社，2002年12月,有线电视综合信息网技术，作者：李鉴增等，人民邮电出版社，1999年7月,夏业松、白玉琨、刘剑波编著：有线电视与光纤传输技术，中国广播电视出版社，1997年3月,王晖、关亚林、王晓路编著：有线电视测量，北京广播学院出版社，2001年6月施国强、黄吴明、张万书编著：有线电视网络技术手册，电子工业出版社，2002年12月车晴、王京玲编著：数字卫星广播系统，北京广播学院出版社，2000年4月,第一章概论,本章重点：有线电视系统的基本组成及各部分的主要功能有线电视系统的频率划分和频道配置方法相关基础知识本章难点：现代有线电视网络的基本组成形式VSB-AM高频电视信号的形成过程电压的叠加,1.1有线电视网络的发展概况,1.1.1有线电视网络的发展历程公共天线系统（MasterAerialTelevision,简称MATV，1948年）共用天线系统（CommunityAntennaTelevision，简称CATV，五、六十年代）有线电视系统（或称电缆电视系统，CableTelevision,仍简称CATV，七、八十年代）,有线电视发展到今天，无论是其系统组成、技术手段，还是其系统规模、服务功能，各方面都发生了翻天覆地的变化现代意义上的“有线电视网络”，实际上是一个脱胎于传统CATV系统，但早已突破了“有线”的束缚和“电视”的局限，具有综合信息服务功能的信息网络体系,1.1.2我国有线电视网络的发展现状起步较晚发展迅速初具规模亟待完善,1.1.3有线电视网络的特点（1）实现广播电视的有效覆盖（2）图像质量好，抗干扰能力强（3）频道资源丰富，传送的节目多（4）系统规模大，节约投资、美化市容（5）宽带入户，便于综合利用（6）能够实现有偿服务（7）建网可以循序渐进，逐步发展,1.1.4有线电视网络的发展趋势与展望（1）数字化（2）综合化（3）网络化（4）智能化全方位服务网（FullServiceNet，简称FSN）,有线电视网络发展的最终目标也许会是全数字化的全光网络，它依托IP+DWDM的传输模式，真正实现在一个统一平台（EverythingoverIP）上的多媒体综合信息服务。到那时，不仅是网络环境会达到几近完美的程度，而且，信息资源也将得到极大的丰富。这样，真正意义上的信息高速公路便不再是纸上谈兵，而是实实在在的现实，标志着人类社会将进入一个崭新的信息时代,1.2有线电视系统的基本组成,物理模型:任何有线电视线系统均可视为由信号源、前端、传输系统、用户分配网四个部分（或称四个功能模块）组成,图11中，信号源是指提供系统所需各类优质信号的各种设备；前端则是系统的信号处理中心，它将信号源输出的各类信号分别进行处理，并最终混合成一路复合射频信号提供给传输系统；传输系统将前端产生的复合信号进行优质稳定的远距离传输；而用户分配网则准确高效地将传输系统传送过来的信号分送到千家万户,1.2.1传统有线电视系统的基本组成yxdsfinal3.htm,1.2.2现代有线电视网络的基本组成,1.3有线电视系统的频率划分和频道配置,1.3.1电视频道的频带宽度残留边带调幅(VSB-AM)yxdsfinal211.3.0.htm,1.3.2地面电视广播的频道配置地面电视广播能够使用的无线电频率主要有48.5108MHz，167223MHz，470566MHz，606958MHz四个频段，我国规定的开路电视频道具体配置方案见表1-1,频谱分布情况：掌握规律！,1.3.3有线电视系统的频率划分和频道配置1.标准频道与增补频道的概念动态演示2.双向有线电视系统的上、下行频率分割问题动态演示频段划分表双向系统频道配置表,3.系统容量单向系统:300MHz:28个（12个标准，16个增补）450MHz:47个（12个标准，35个增补）550MHz:59个（22个标准，37个增补）750MHz:84个（42个标准，42个增补）862MHz:98个（56个标准，42个增补）双向系统:750MHz:79个（37个标准，42个增补）862MHz:93个（51个标准，42个增补）,1.4有线电视网络的总体规划,自学1.5相关基础知识自学,第2章有线电视系统的性能分析和性能参数,本章重点：系统噪声的分析信噪比与载噪比的概念载噪比的计算衡量非线性失真影响程度的性能参数非线性失真指标的计算系统线性失真的概念系统指标的叠加与分配本章难点：噪声系数的概念系统非线性失真的分析CSO和CTB的概念,研究目的：建立客观评价体系研究对象：模拟电视信号研究内容：噪声与失真,本章的目的在于通过对有线电视系统在传输模拟电视信号时的性能进行深入分析，建立起一套科学、合理的客观评价体系。具体地讲，就是要分析模拟信号波形失真和噪声产生的根源和性质，研究和掌握其规律，并讨论采用什么性能参数才能准确、恰当地进行度量，以及如何采取技术措施来确保失真和噪声的影响程度被控制在国家标准允许的范围内。,2.1系统噪声,2.1.1系统噪声的产生和分类噪声是指能使图像遭受损伤的与传输信号本身无关的各种形式寄生干扰的总称，它是一种紊乱、断续、随机的电磁振动，在电视屏幕上的主观视觉效果表现为杂乱无章的雪花状干扰,系统噪声,外部噪声,内部噪声,非固有内部噪声,固有内部噪声,导体,半导体器件,2.1.2热噪声基础热噪声功率：Pn0=kTf,等效噪声带宽的定义：,N0=20lgUn0=2.4dBV,2.1.3信噪比与载噪比1.信噪比（S/N）信噪比的定义信噪比与图像质量的关系：（SN）dB.2为了得到级以上的图像质量，要求信噪比指标高于36.6dB,2.载噪比（C/N）载噪比定义对射频系统而言，用载造比来描述系统的噪声性能最方便载噪比和信噪比都能用来衡量系统的噪声性能，他们之间存在着一定的内在联系,2.1.4噪声系数噪声系数的定义:设有一个放大器，其功率放大倍数为，在输入端的噪声功率仅是基础热噪声n0，若放大器本身不产生噪声，则其输出端的噪声功率为GPn0。但放大器本身是肯定要产生噪声的，因而其输出端的噪声功率一定比GPn0要大，设为FGPn0，这个倍数F就称为该放大器的噪声系数。,噪声系数的物理意义:当放大器的输入噪声为基础热噪声时，由于放大器内部产生噪声的结果，使放大器的输出噪声功率扩大了F倍放大器的噪声系数等于输入噪声为基础热噪声时的输入载噪比和输出载噪比之差。也就是说，当放大器的输入噪声为基础热噪声时，输出载噪比将比输入载噪比小FdB（注意特定条件）,2.1.5载噪比的计算（CN）dB10lg（Pc/FPn0）10lgPc10lgF10lgPn0SiFdB2.4dB（CN）dBSiFtdB2.4FtdB10lgF1（F21）/G1（F31）/(G1G2)（Fn1）/(G1G2Gn-1)动态演示（注意公式成立的特定条件）,总结：在有线电视系统中计算各部分的载噪比指标时，可直接利用上述公式进行计算，其中，对前端而言，FtF1对同轴电缆干线而言，若干线由相同放大器组成，则FtnFFtdB=FdB+10lgn,2.2系统非线性失真,2.2.1系统非线性失真的产生及分析有线电视系统中非线性失真最严重、对信号质量影响最大的设备是放大器，我们将重点研究放大器的非线性失真特性,描述放大器实际传输特性的数学近似模型：UoK1UiK2Ui2K3Ui3简化的信号模型：（设输入信号由三个频率分量组成）输出信号的各种产物列表,各项失真产物的特点和规律：（1）失真的类型二次失真：二次谐波失真二次互调失真三次失真：三次谐波失真三次互调失真三次差拍失真交扰调制失真非线性失真的产生、网纹及交调干扰现象演示,频道内互调干扰的概念（2）失真的大小对二次失真而言，二次互调失真幅度最大，实际中只需考虑二次互调失真即可；对三次失真产物中的三种新频率分量型的同类失真而言，三次差拍失真幅度最大，实际应用中，可以只研究分析和测量三次差拍失真。一般来说，单个的二次互调失真比单个三次差拍的幅度要大。,（3）失真的数量失真数量与频道数量的关系表从表可以看出，三次差拍失真的数量随频道数的增长而急剧增多。,结论：幅度大是二次互调的显著特征，必须采取有效措施；三次差拍失真的数量巨大，而交调失真在主观感觉上较严重，在频道数较少时（例如十几个频道以下），主要考虑交调失真，而在频道数较多时，则应主要考虑三次差拍失真。,（4）CSO和CTB一般来说，落入到一个频道内的所有失真项往往会有规律地集中在几个频率点上或落在该频率点附近很窄的频带内，形成所谓的干扰“簇”，在累加的基础上合成为较大的总干扰（形成“组合”效应）。,综合以上分析结果，我们可以将非线性失真的规律和特点简单总结如下：放大器的非线性失真特性带来了许多二次、三次失真产物，在二次失真产物中，以二次互调的影响最大，在三次失真产物中，则以交调和三次差拍的影响为甚，因而实际中主要考虑上述三种失真。这三种失真各有特点（二次互调幅度大、三次差拍数量多，而交调对图像质量的影响最直接），在不同的场合会有不同的影响。一般来说，现代的同轴电缆系统可以不考虑二次失真的影响，但光传输系统则必须重点考虑；在频道数量较少的系统中，主要考虑交调的影响，而在频道数量较多的场合，则应主要考虑三次差拍而可以不再顾及交调；另外，在多频道系统中，无论是二次互调还是三次差拍，均应考虑它们的组合效应。因此，对现代HFC网络而言，同时考虑CSO和CTB是全面评价系统非线性失真性能的必要而充分的手段。,2.2.2衡量非线性失真影响程度的性能参数（1）载波互调比（IM）（2）载波组合二次差拍比（C/CSO）和载波组合三次差拍比（C/CTB）（3）交扰调制比（CM）（4）微分增益（DG）失真和微分相位（DP）失真（5）信号交流声比（HM）,2.2.3非线性失真指标同放大器工作电平的关系当各频道的信号电平降低1dB时，系统的二次非线性失真指标（例如载波组合二次差拍比C/CSO及载波二次互调比IM2）可以改善1dB。当各频道的信号电平降低1dB时，系统的三次非线性失真指标（例如交调比CM、载波三次互调比IM3、载波组合三次差拍比CCTB等）则可以改善2dB。,2.2.4非线性失真指标的计算C/CTBC/CTB120lgnC/CTB0+2（SotSo）20lgnC/CSOC/CSO115lgnC/CSO0（SotSo）15lgn上述两式在工程计算时非常有用,2.3系统线性失真,2.3.1系统线性失真的产生及其分析由于无源部件（线性电路）的频率特性不良所引起的失真称为线性失真，也称为频率失真。系统线性失真应包括振幅-频率失真和相位-频率失真。,2.3.2衡量线性失真的性能参数（1）幅频特性国标规定频道内幅频特性的不平度在整个频道范围内不超过2dB，在任意的0.5MHz范围内不超过0.5dB（2）色/亮度时延差国标规定色/亮度时延差不得大于100ns,2.4系统的反射,2.4.1产生反射的原因有线电视系统的设备、部件阻抗不匹配时，将会使主波（入射波）在系统内部传输时产生复杂的反射，如果反射波和入射波一起传送到电视机的屏幕上，收视者将会看到反射波所形成的重影,2.4.2衡量反射的性能参数（1）反射系数（2）反射损耗（3）电压驻波比（VSWR）S（4）回波值,2.4.3有线电视系统中的重影有线电视系统中主要存在三种类型的重影，即接收重影、反射重影和串入重影重影所造成的影响是否严重，一方面同反射波的强度有关；另一方面也同反射波的时延量有关,2.5系统指标的叠加与分配,2.5.1指标叠加1.载噪比叠加载噪比叠加遵循功率叠加的规律,2非线性失真指标的叠加二次非线性失真（例如载波组合二次差拍比指标）的叠加应采用减算的算术叠加对三次失真指标，例如交调比、载波三次互调比、载波组合三次差拍比等而言，应按算术叠加的公式进行叠加计算,2.5.2指标分配指标分配最主要的应用是在系统设计的过程中1载噪比分配（CN）idB（CN）dB10lgi2非线性失真指标的分配(C/CSO)idB=(C/CSO)dB15lgqi(C/CSO)idB=(C/CSO)dB10lgqi(C/CTB)idB(C/CTB)dB20lgi,第3章前端,本章重点：前端的技术要求现代有线电视网的前端类型综合前端的组成信号处理器的基本工作原理电视调制器的基本工作原理宽带传输线变压器式混合器的特点本章难点：邻频道传输对前端的特殊要求实际前端的组成原则,3.1前端的功能和技术要求,3.1.1前端的功能前端是整个有线电视系统的心脏总体来说，前端的功能因系统而异我们可以将一个完整的现代有线电视系统的前端解剖为模拟前端（部分）、数字前端（部分）和数据前端（部分）三个功能模块,传统的有线电视系统中只有模拟前端。传统前端（模拟前端）对信号的基本处理功能大致可以概括如下：（1）提高载噪比（2）频率变换（3）邻频处理（4）抑制非线性失真和寄生输出（5）调制、解调（6）电平调整（7）电平控制（8）混合（9）产生导频,3.1.2系统对前端的技术要求1前端的主要技术指标（1）载噪比C/N载噪比是前端最重要的技术指标之一。一般系统的总载噪比指标（国标规定为43dB）将视系统的规模大小按一定比例分配给前端。,设分配比例为q(q1)，则前端的载噪比指标是：(C/N)1dB4310lgq(dB)例如在小系统中，选择q50，则(C/N)1dB46dB；在特大系统中，选择q10，则(C/N)1dB53dB。,（2）非线性失真指标一般情况下，系统分配给前端的C/CTB和C/CSO指标为10，这样，前端应满足的指标为：(C/CTB)1dB5420lg1074dB(C/CSO)1dB5415lg1069dB单频道载波互调比IM内(dB)54dB,（3）回波值E国标规定，回波值E（）7（4）微分增益失真(DG失真)，微分相位失真(DP失真)（5）色亮度时延差（6）频道内幅频特性,2邻频道传输对前端的特殊要求1）邻频抑制度60dB2）带外抑制度60dB3）边带抑制度60dB4）V/A比可调动态演示5）对载波的频率偏差有比较严格的要求6）陷波处理,3.2前端的类型和组成,3.2.1前端的类型1传统有线电视系统的前端类型（1）直接混合型前端,（2）频道放大器和频道变换器混合型前端,（3）频道处理混合型前端,2现代有线电视网的前端类型从本质上讲，现代前端的技术类型应该是综合处理与智能管理型,3.2.2实际前端的组成实际的前端是由具体的设备组成的，不同的前端其组成的思路和规律大致相同，组合式样则千变万化、因系统而异任何前端均是由若干个单一的通路组合而成的，通路数量的多少决定了前端的复杂程度前端每一条通路的具体功能，可以简单概括为两句话，即“完成信号类型的转换，并对信号进行适当的处理”,前端实例：邻频前端,综合前端,3.3前端的主要设备,3.3.1天线放大器,对前端而言，天线放大器对提高输出信号载噪比的贡献可以概括为两点：（1）天线放大器的噪声系数比较小，而整条通路的等效噪声系数主要取决于天线放大器。（2）天线放大器安装在紧靠天线的位置，消除了天线至前端机房的电缆衰减对等效噪声系数的影响。,3.3.2信号处理器,3.3.3调制器,3.3.4混合器1滤波器式混合器,2宽带传输线变压器式混合器,特点：滤波器式宽带传输线变压器式插入损耗小插入损耗大具有一定的选择性无选择性通用性差通用性非常好不能邻频使用能邻频使用,第4章同轴电缆网络,本章重点：同轴电缆的结构和特性干线放大器的基本组成主要无源部件的工作原理传输网络的基本结构形式同轴电缆传输网络的工作状态无源分配网的组成方式与计算本章难点：ALC干线放大器的工作过程分支、分配器的工作原理干线放大器工作电平的确定,有线电视系统最根本的目的是要解决覆盖问题传输分配网络在现代有线电视系统中扮演着极为重要的角色，同时也是系统规划、设计的重点和难点在今后相当长的一段时间内，同轴电缆仍是有线电视网络不可或缺的组成部分同轴电缆网络实际上是由同轴电缆、放大器以及各种无源分配部件按照实际需要并遵循一定的原则组合而成的。,4.1同轴电缆,4.1.1同轴电缆的结构与类型1结构,趋肤效应动态演示图表,2类型按照同轴电缆的绝缘结构可以分成三种类型：实心绝缘型：防潮防水性能好但衰减大；半空气绝缘型：空气绝缘型：衰减很小但防潮防水差且不易制造。,我国电缆的统一型号编制方法图表,举例：SYV-75-5-1：绝缘外径5mm实芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套射频同轴电缆。SYDYC-75-9：绝缘外径9mm聚乙烯垫片绝缘聚乙烯护套自承式射频同轴电缆。SYDLY-75-12：绝缘外径12mm聚乙烯垫片绝缘铝管聚乙烯双护套射频同轴电缆。SIOV-75-5-A：绝缘外径5mm聚乙烯藕芯绝缘铝塑纵包聚乙烯护套射频同轴电缆。,4.1.2同轴电缆的特性和指标（1）特性阻抗,（2）衰减系数式中：f为工作频率（MHz），Z0为特性阻抗（），D为外导体内径（cm），d为内导体外径（cm），K1、K2是由内、外导体的材料和形状决定的常数，为绝缘介质的相对介电常数，tg为绝缘介质损耗角的正切值（聚乙烯tg5102，发泡后可达到tg2104）,理想情况下，衰减斜率符合下式规律：这个公式在工程计算时经常用到。由于电缆的衰减存在着斜率，因此，通常所说的电缆衰减值是指电缆在系统最高工作频率下的衰减值。,（3）反射损耗我们这里所说的反射，不是指由于电缆特性阻抗与负载或信号源不匹配所产生的反射，而是电缆本身的原因所引起的内部反射，主要分以下两种情况：同轴电缆的必要特性之一是在长度方向上的均一性。当断面尺寸或介质的性质在长度方向上有变化时，会造成特性阻抗的不均匀而使信号电波在电缆内部产生复杂的反射。当施工引起电缆变形或电缆老化引起材质变化时，也会因特性阻抗的不均匀而造成内部反射。,（4）屏蔽特性屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个参数。如果电缆屏蔽不好，传输信号不仅会受到外来杂波的串扰，而且也会泄漏出去干扰其它信号。屏蔽特性的好坏可以用屏蔽系数、屏蔽衰减、表面转移阻抗（耦合阻抗）等指标来反映。,（5）温度特性同轴电缆的衰减量随着温度的变化而变化，优质电缆衰减值的温度变化量大约为0.2（dB）C，即温度每变化1C衰减值变化0.2（dB）同轴电缆的衰减量随频率的不同是存在斜率的，温度变化不仅会引起衰减量的变化，而且会引起斜率的变化电缆的温度特性正是干线放大器中装有AGC与ASC控制的原因。,（6）传输速度与波长缩短率,4.1.3有线电视传输系统中常用的几种同轴电缆第一阶段：实芯聚乙烯绝缘同轴射频电缆（即SYV系列）第二阶段：化学发泡聚乙烯同轴射频电缆第三阶段：半空气聚乙烯绝缘同轴射频电缆（藕（状）芯纵孔式、竹节式和螺旋式）第四阶段：物理（即气体）发泡聚乙烯绝缘材料的同轴电缆和竹节式半空气绝缘的MC2同轴射频电缆,4.2放大器,4.2.1放大器的类型和用途线路放大器包括在传输系统中使用的干线放大器和在分配系统中使用的分配放大器、延长放大器和楼栋放大器等根据干线放大器的具体作用，它可分为：干线（延长）放大器干线分配放大器干线分支放大器（干线桥接放大器）,干线放大器从控制方式上分，有如下几种：（1）自动电平控制（ALC）或称自动增益斜率控制（AGSC）放大器（国标统称类干线放大器），它具有AGC和ASC两个功能，采用双导频信号控制，一般用于要求较高的大型CATV系统中。,（2）自动增益控制（AGC）放大器（国标统称类干线放大器），采用单导频控制，其中又分为A类和B类。A类：带斜率自动补偿的AGC干线放大器；B类：无斜率自动补偿的AGC干线放大器。类干放一般用于要求不很高、电缆敷设条件不复杂的中、大型系统中。,（3）手动增益控制和手动斜率控制放大器（国标统称类干线放大器）。也可分为两类：A类：与类干放间隔使用的干线放大器；B类：单独使用或与类干放间隔使用的干线放大器。其中B类单独使用时一般只能用于要求不高的小型系统中。,为了改善非线性失真性能指标，干线放大器的末级放大模块通常采用以下几种方式：（1）推挽型（PP型）（2）功率倍增型（PHD型）（3）前馈型（FT型）按照有线电视网络传输带宽的不同，干线放大器还可分为300MHz干放、450MHz干放、550MHz干放、750MHz干放、862MHz干放等,4.2.2放大器的基本组成1干线放大器干线放大器电缆衰耗增益电缆衰减量斜率均衡网络固定斜率适当控制温度特性上述增益和斜率（“动态”衰减和斜率）,（1）手动增益（MGC）和斜率均衡干线放大器（A类）（2）手控增益和手控斜率干线放大器（B类）,（3）自动增益控制（AGC）干线放大器（B类）,（4）带有斜率自动补偿的AGC干线放大器（A类）,（5）ALC干线放大器（类）,采用自动斜率控制（ASC）与带有斜率自动补偿功能之间存在着本质的区别。这种区别在于：斜率补偿：没有误差校正作用，补偿误差直接由网络参数决定，势必会造成逐级累加。其补偿过程也无法准确、全面、及时地跟踪客观变化。ASC：具有自动误差校正作用，级联时补偿误差不会积累，且能及时准确地反映和补偿实际变化所带来的影响动态演示,2分配放大器和延长放大器（1）分配放大器,（2）延长放大器,4.2.3放大器的电路结构以双向ALC干线桥接放大器为例,（1）BON和均衡器BON（BuildingOutNetwork）：模拟电缆模拟电缆的等效长度+电缆实际长度=电缆理论长度,均衡器：用来补偿电缆衰减的斜率,（2）干线放大组件,（3）AGSC组件,（4）桥接放大组件,（5）反向放大组件,（6）双向分离器双向分离器实质上是一个低通滤波器和一个高通滤波器的组合双向分离器中另有一个端口，它利用截至频率很低的低通滤波器将同轴电缆中的低压交流电源取出来，一方面供本放大器的电源用，另一方面可再送至下一台放大器。这条电源支路是可逆的，实际使用时通过电源开关或插塞来确定放大器从哪端接受交流电源以及该交流电源是否要继续送入其它放大器,4.2.4提高放大器性能的措施1推挽电路传统的放大电路都是单端晶体管阻容耦合放大电路，通过负反馈、电感补偿等措施来展宽频带，改善非线性失真，如OM系列集成放大模块就是基于这种思路所谓推挽放大的基本工作原理实际上相当于两个单端晶体管放大电路并联使用,BGY系列：由共射共基级联放大和推挽输出电路组成,2功率倍增电路（也称并联混合电路）,3前馈放大电路功率倍增电路是通过把放大过程分给两个并联的放大电路来降低输出信号中的失真，而前馈电路则是依靠抵消过程来减小输出信号中的失真,4.2.5放大器的供电线路放大器的供电一般均采用电缆芯线集中供电，即利用同轴电缆的芯与外导体来传输低压交流电。低压交流电必须是安全电压(我国采用交流60V)，由电源供给器提供，通过电源插入器送入到线路放大器中,4.3主要无源部件,有线电视网络中使用的无源部件（或称射频功率分配器件）必须具备以下特点：75阻抗、较好的定向传输分配能力、较高的相互隔离度、较大的反射损耗和屏蔽系数以及很宽的工作频带（其最低工作频率应该达到5MHz，最高工作频率则要求达到862MHz甚至1000MHz）,4.3.1分配器分配器能将一路输入信号的功率均等地分成几路输出，它具有一个输入端和几个输出端通常，分配器一般都按输出路数的多少来进行分类1分配器工作原理分配器的最基本单元是二分配器和三分配器,二分配器：,三分配器：,2分配器的电气特性分配损失是分配器特有的特性指标。所谓分配损失，是指在各输出端良好匹配的情况下，传输信号在输入端与输出端的信号电平之差理想分配损失：S10lgn由于能量泄漏、散热等原因，分配器的实际分配损失总大于理想分配损失,(2)阻抗为了与电缆等匹配，分配器的输入阻抗和输出阻抗都是75(3)相互隔离度在指定频率范围内，从某输出端加入一个信号，其电平与其它输出端测得的输出电平之差称为该分配器的相互隔离度。一个分配器的相互隔离度越大，各输出口之间的相互干扰就越小,(4)驻波比与反射损耗表示分配器与前后电缆阻抗匹配的程度。在理想情况下，分配器的输入、输出阻抗都是75，与75的同轴电缆完全匹配，相应的驻波比为1，反射损耗为无穷大。实际上不可能完全实现阻抗匹配，驻波比在1.11.7之间，对应的反射损耗为1326dB之间(5)频率特性频率特性是描述分配损失等参数随频率变化的情况。在使用频率范围内，要求各参数的变化越小越好,4.3.2分支器分支器的作用是从传输线路中取出一部分信号并馈送到用户终端盒。它一般有一个主路输出端和多个分支输出端，其分类方式也是根据分支输出端口的多少来划分。由于分支器在能量的分配上与分配器截然不同，因而二者在作用、使用场合、电路结构、技术要求上都完全不一样。动态演示,1分支器的电气性能除了频率范围、反射损耗、输入、输出阻抗等外，分支器还有一些特殊的性能参数（1）插入损失d主路输入端电平与主路输出端电平之差（）分支损失主路输入端电平与分支输出端电平之差,当分支器的吸收、散热等可以忽略时，可以推出插入损失d和分支损失之间的如下关系：显然，分支损失越大，插入损失越小（3）分支隔离度各分支输出口之间相互影响的程度（4）反向隔离度,2分支器的基本原理分支器中信号传输具有方向性，即只能由主路输入端向分支输出端传送信号，而不能反过来由主路输出端向分支输出端传送信号，因而常把分支器称为定向耦合器。,3常用分支器多路分支器的组成方式通常有定耦串接型和定耦分配型两种，实际中多采用后一种方式由分支器基本电路和二分配器、四分配器基本电路组成二分支器和四分支器，其分支损失为一分支器和二分配器、四分配器分配损失之和4分支器与分配器的比较,4.4同轴电缆传输网络,4.4.1传输网络的基本结构传输网络的基本结构形式主要有三种：即树枝形、星形和环形三种基本的网络拓扑结构各有特点，各有短长，也都拥有各自最为适合的应用领域和具体业务,传统的有线电视同轴电缆网几乎无一例外都采用树枝型结构，传统的电话网则都是星型网络（实际上是多级星形），而环形结构最早出现在计算机数据网络中，后来成为了光纤骨干传输网的主体传输网络结构形式（拓扑）的确定，一般来说取决于网络承载的业务类型和网络所采用的传输媒介现代的有线电视网络已经形成了环星树的混合网络结构,构成了HFC完整的网络体系,4.4.2同轴电缆传输网络的基本组成典型的树枝形同轴电缆传输网组成示意图,4.4.3同轴电缆传输网络的工作状态1.干线放大器的工作方式根据包括均衡器在内的干线放大器高低频道的输入电平和输出电平之间的关系，可把干线放大器的工作方式分成全倾斜，半倾斜和平坦输出三种全倾斜方式的非线性失真指标最好，但载噪比指标最差；平坦输出方式的非线性失真指标最差，但载噪比指标最好。故一般倾向于采用半倾斜方式。,2.干线放大器的工作电平（1）电长度的概念干线放大器是间隔配置在干线中的，它的增益G正好补偿了每个间距的电缆在最高工作频率上的衰耗LH（即GLH），因此，干线长度可以用串接放大器的增益之和来间接表征。这个增益和就是所谓的干线电长度，即：=nG(dB)。式中n为放大器的级联数干线的实际长度与其电长度的关系为D=E/lH(m),（2）干线放大器的最大输出电平假定已知干线应该满足的载波组合三次差拍比指标为C/CTB2min，则：（3）干线放大器的最小输出电平假定已知干线应该满足的载噪比指标为C/N2min，则：SiC/N2minF10lgn2.4,（4）V型曲线,（5）同轴电缆干线的最远传输距离设放大器的极限增益用Gm表示，则：GmSomaxSiminSomaxSimi20lgn此时由n台干放所组成的干线所允许的最大干线电长度为：Em=Gmn=n(SomaxSimin)20nlgn显然，由于不同的n对应的Gm不同，且n时Gm，因而两者之间的乘积一定存在极值,求极值，可得出：此时对应的极限增益为：我们称该增益为放大器的理论最佳增益,综合技术质量指标、经济指标来进行全面考虑，放大器的工作增益应选择在G22dB左右，此时放大器的最大级联数为：干线的最长传输距离（电长度）：,（6）干线放大器最佳工作电平的确定设放大器的实际增益为G，则放大器的最佳工作电平应为：So最佳=（SomaxSomin）/2=（SomaxSiminG）/2此时对应的输入电平为：Si最佳So最佳G,45用户分配网,4.5.1用户分配网的基本结构常见的分配系统结构形式主要有以下两种：,4.5.2无源分配网1无源分配网的组成方式常用的无源分配网主要有以下四种组成方式：（1）分配分配网络（2）分支分支网络（3）分配分支网络（4）分配分支分配网络,2无源分配网的计算无源分配网的计算问题实际上只涉及到电平的计算。电平的计算公式如下：SA=SBLdlAB,第五章光纤传输技术基础,本章重点：激光的产生与激光器的特性光纤的传光原理和特性光信号的调制和解调掺铒光纤放大器的基本工作原理光分路器的技术指标本章难点：激光的产生过程光纤的色散光信号的副载波强度调制,5.1激光与激光器,5.1.1激光的产生受激辐射的概念激光器中发生的辐射是受激辐射实现粒子数反转（泵浦过程），满足阈值条件和谐振条件，是产生激光的三个条件,5.12激光的特点1.单色性好2.方向性好3.亮度高4.相干性好,5.1.3激光器激光器是产生激光的器件或装置，主要包括工作物质（激活物质）、泵浦系统和谐振腔三个部分1.激光器的性能指标输出光功率相对强度噪声RIN激光器的激励阈值激光器的线性范围激光器的温度特性,2.光通信中常用激光器1).激光二极管（LD）2).分布反馈激光器（DFB激光器）3).掺钕钇铝石榴石激光器（Nd:YAG）,5.2光纤与光缆,5.2.1光纤的结构和原理动态演示数值孔径和模场直径的概念,光在光纤中传播时也会激发出一定的电磁波模式，这种模式同光纤的粗细有关按照光纤中容许传输的电磁波模式多少的不同，可以把光纤分为只能传输一种电磁波模式的单模光纤（SM）和有多个电磁波模式同时传播的多模光纤（MM）,522光纤的特性1.光纤的损耗光纤的损耗是光纤最重要的特性之一光纤的损耗与它所传输光的波长有关光纤的损耗存在三个极小值，分别位于0.85m、1.31m和1.55m处，常把这三个波长称为石英光纤传输的三个窗口动态演示,消除氢氧离子吸收高峰，可以制成无水峰光纤，拓宽了使用波段，以满足密集波分复用的需要,2.光纤的色散色散是光纤的另一个重要特性（所谓色散，是指输入信号中包含的不同频率或不同模式的光在光纤中传播的速度不同，不同时到达输出端，使输出波形展宽变形、形成失真的现象）色散的存在限制了光信号一次传输的距离；在传输距离相同的情况下，色散越大，单位时间内传输的信息容量越小,光纤的色散常用色散常数D来描述D=d/(Ld)光纤的色散包括模式色散、材料色散和结构色散动态演示,为了充分利用1.55m损耗较小的优点，人们制成了色散位移光纤动态演示四种不同的单模光纤3.光纤的其它特性模场直径同心度误差截止波长,5.2.3光缆(自学)1.光缆的基本结构2.光缆的分类3.光缆的命名4.光缆的特性,5.3光信号的调制和解调,5.3.1光信号的副载波强度调制对电信号的调制有调幅、调频和调相三种目前对光信号的调制都是强度调制，即用所要传输的信号来改变光信号的强度,在光纤有线电视系统中，是先把各个频道的视频和音频信号对高频副载波进行电调制（预调制），再把若干个频道信号进行多工组合后对光信号进行强度调制。根据对高频副载波预调制的方式是调幅、调频还是数字调制可分为三种，分别记为AM-IM、FM-IM和PCM-IM。三种方式的特点,5.3.2光调制器(自学)根据光调制器的原理不同，可分为直接调制、内调制和外调制三种直接调制又称为电源调制，技术简单，损耗小，易于实现，但存在附加频率调制或啁秋效应（chirping）现象内调制和外调制都是通过专门的调制器来实现的,5.3.3非线性失真补偿(自学)1.前馈补偿2.预失真补偿3.限幅失真补偿5.3.4光信号的解调(自学)在光导纤维中传输的光信号到达接收端后，需要把其上调制的电视信号复原。这个任务是由光接收机中的光检测器来完成的。光检测器的基本原理是利用半导体材料的光电效应把光信号转换成电信号,5.4光纤放大器(自学),光的放大有直接放大和间接放大两类直接放大的光放大器主要有半导体光放大器和光纤放大器两类，目前应用最广的光放大器主要是光纤放大器。按照掺入元素的不同，目前比较成熟的光纤放大器可以分成掺铒光纤放大器（EDFA）和掺镨氟化物光纤放大器（PDFA）两类,在光纤有线电视系统中，光纤放大器一般用于三种情况：光接收机的前置放大器（或称为光预放器）光发射机的后置放大器（或称为光增强器）光中继器,5.4.1掺铒光纤放大器（EDFA）不论采用1.48m还是采用0.98m的泵浦光都只能放大1.55m的信号光5.4.2掺镨氟化物光纤放大器（PDFA）PDFA的高增益区在1.3m附近，最高增益可达42dB,5.5光无源器件（自学）,5.5.1光分路器光分路器是光纤链路中最重要的无源器件之一，其作用是把一路光按一定比例分成多路输出5.5.2光衰减器5.5.3滤光器5.5.4光连接器5.5.5光开关,总结,1.31m光传输系统的特点：1损耗较小（但不是最小）；2色散常数为零；3采用价格便宜的G.652光纤，造价低；4不能进行光放大（目前），输出光功率受限在光通信中得到了非常广泛的应用（通常应用于短距离的传输系统中）,1.55m光纤传输系统的特点1损耗极低；2可以利用光纤放大器对光信号直接进行放大；3色散较大；4受激布里渊散射（SBS）的影响不容忽略在光通信系统中应用非常广泛（通常应用于长距离的传输系统中）,第6章有线电视光纤传输系统,本章重点：调幅光纤干线传输系统的基本组成三种调制方式的多路调幅光发射机的工作原理光接收机的工作原理调频光传输系统的基本组成和特点数字光传输系统的基本组成和特点本章难点：光发射机的工作原理有线电视光纤系统的性能指标分析,有线电视光纤传输系统均采用副载波复用方式，根据高频副载波调制方式的不同，我们可以把光纤传输系统分成调幅、调频和数字光纤三类，分别适用于不同的情况,电信号调制复用,光发射机,光接收机,电信号解复用解调,6.1调幅光纤干线传输系统,6.1.1调幅光纤干线传输系统的基本组成调幅光纤干线传输系统的原理方框图6.1.2直接调制多路调幅光发射机按照强度调制的方式不同，多路调幅光发射机又可分为直接调制光发射机和外调制光发射机两种DFB直接调制光发射机的原理方框图,直接调制光发射机的性能指标：1)非线性失真指标2)噪声3)光调制度4)频响,6.1.3外调制多路调幅光发射机根据采用激光器的不同，目前主要有YAG外调制光发射机和DFB外调制光发射机两类1.YAG外调制光发射机YAG外调制光发射机的原理方框图2.DFB外调制光发射机DFB外调制光发射机的原理方框图,三种光发射机比较DFB直接调制光发射机：输出光波长为1.31m，输出功率小（小于18mW），有啁秋效应，失真较大，C/CSO大于60dB，相对强度噪声RIN小于155dB/Hz,最大优点是价格低廉，是目前应用最广泛的光发射机YAG外调制光发射机：输出光波长为1.31m，输出功率大，可达220mW，无啁秋效应，失真小，C/CSO大于70dB，RIN小于170dB/Hz。但价格昂贵，不能普遍使用DFB外调制光发射机：输出光波长为1.55m，没有啁秋效应，具有很好的失真特性，但输出功率较小，需要加接光纤放大器，会引入附加的噪声，使系统的载噪比低于前两种光发射机。DFB外调制光发射机的最大优点是其发出的光波长为1.55m,在光纤中传输时具有更小的损耗，可以传输更大的距离。,6.1.4光接收机光接收机的基本组成光接收机的性能指标：1.灵敏度2.响应度RS3.幅频特性4.噪声5.非线性失真,6.2调频光传输系统,6.2.1调频光纤系统的特点优点：1.图像质量高，载噪比指标要求低2.光接收机的灵敏度可以很低，传输距离更远3.对激光器的线性和噪声要求较低，可以采用价格较低的F-P激光器缺点：1.传输的电视节目套数少2.系统组成较复杂,6.2.2调频光纤系统的组成图表,6.3数字光纤传输系统,6.3.1数字光纤传输系统的基本组成图表6.3.2电端机图表6.3.3光端机图表,6.4有线电视光纤系统的性能指标分析,第7章光纤通信新技术,本章重点：相干光通信的基本原理和特点波分复用与密集波分复用本章难点：对新技术的理解，需要补充一些背景知识,第8章有线电视系统设计,8.1有线电视网络的总体规划有线电视网络是一个有多种设备和复杂传输线路组合而成的完整体系。要使这个完整体系达到预期目的并最充分地发挥效能，必须事先进行周密的系统设计,一般来说，有线电视系统的设计过程可以分为两个阶段：初步设计（网络的总体规划）具体设计（确定各组成部分的实施方案）初步设计可以理解为宏观设计具体设计也可看成是微观设计,8.1.1前期准备（1）全面了解用户要求用户对节目套数的要求用户对系统功能的需求用户的承受能力及对投资规模的要（2）充分研究地域条件和客观环境广播电视信号电波场强情况高层建筑的遮挡障碍和反射障碍用户地区环境服务面积及系统规模建筑物形式（3）广泛搜集产品资料,8.1.2网络总体规划1.基本原则（1）标准化（2）先进行与开放性（3）可扩展性（4）实用性和经济性（5）安全性和可靠性2.主要内容,8.2前端的设计,一般来说，系统设计的具体任务是一方面要选定系统的最佳组成方式和所用设备的类型，另一方面还要确定系统的工作状态，以使系统的各个部分都能最充分地发挥作用,3.4.1前端设计的主要任务前端设计的主要任务就是根据网络建设的具体需要（系统规模、功能多少、用户要求、节目套数、信号接收质量等），依据国家标准对电气性能指标的要求，经过计算和分析比较，进行频道配置、设备组合和选型，确定最佳的结构模式和组成方法，并充分发挥所有设备的作用，从而高效而稳定地为传输系统提供优质复合信号,3.4.2前端设计的主要内容（1）合理分配系统指标指标分配的经验比例表（2）选择最佳信号源（3）节目规划与频道配置（4）确定前端的组成方式（5）前端设备的选型（6）关于输入电平的考虑（7）关于输出电平的考虑（8）关于混合方式的考虑,前端的设计过程流程图,3.4.3前端的设计计算1.载噪比计算（1）确定分配给前端载噪比指标的具体大小C/N1min=43lgq1C/N1C/N1min（2）射频通道（信号处理器通道）的载噪比C/N1SaFh2.4（dB）,FhF1SaC/N1minF12.4（dBV）,（3）视频通道（调制器通道）的载噪比（4）多频道混合对前端输出载噪比的影响实际应用中，前端的射频输出设备（即信号处理器和调制器）通常有固定频道型和捷变频道型两种。固定频道型的设备带外噪声很小，因而多频道混合后基本上不会造成噪声的累加，也就是说各频道的载噪比指标在混合后基本不会发生变化，此时，所谓前端的载噪比指标，实际上是指各通道载噪比指标中的最小者。如果前端采用的是捷变型设备，那么，由于捷变设备输出端没有滤波器或只有频段滤波器，其带外噪声较大，因而在多频道混合时势必会使各条通道的载噪比指标出现劣化,2.输出电平和非线性失真指标的计算C/CTB15420lgq1=74dB,8.3同轴电缆传输网络的设计,8.3.1传输系统设计的主要任务各类线路放大器和同轴电缆是构成同轴电缆传输系统的主要设备和部件，它们的质量好坏将直接影响到传输信号的质量和稳定性。所以，在传输系统中一定要选用技术性能好、品质优良的器材和设备，当然，这样的设备比较昂贵，技术性能也比较复杂，如何正确选用设备、用好设备，充分发挥其作用，是设计工作所面临的课题。概括起来说，传输系统的设计任务就是针对系统传输频带、传输距离、双向功能的要求，通过设计计算，优选器材、设备，合理布置网络，正确设定工作方式和工作状态，以实现优质稳定的传输,8.3.2传输系统设计的主要内容（1）传输媒介及技术方式的确定（2）网络结构的确定（3）传输线路的布置和路由选择（4）绘制走线图（5）同轴电缆的选择（6）干线放大器的选择,（7）最长干线的设计计算结构设计按照系统给定的指标分配比例，计算出干线部分应该满足的性能指标的具体值；确定放大器的工作电平，作为今后施工调试的参考值计算设计的实际指标，作为今后干线验收、测试的基本依据例,（7）供电设计大型传输系统应选用集中供电方式，实际中又大多采用电缆内馈式集中供电每台电源供给器沿一个方向可以供给放大器的最大数目为:2（UoUm）IR按上述方法计算出每台电源所能供给的放大器台数，然后在传输路径中适合电源安装和方便就近取电的位置上，统筹规划出电源插入点的合理分布（8）绘制传输系统设计图,8.4调幅光纤干线的设计,当光纤有线电视系统的干线长度超过3k，且传输频道数较多时，从系统质量、可靠性以及经济上各方面考虑，都应选择调幅光纤干线系统。调幅光纤干线系统包括光纤主干线和由13级支干线放大器组成的电缆支干线。本节我们主要考虑调幅光纤主干线的设计，主要包括光波长和光发射机、光接收机的选择，分光器分光比的计算，光纤芯数的确定、光纤路由的选择和光纤主干线网络图的绘制等,8.4.1有线电视光纤系统的性能指标1.载噪比光纤传输系统的噪声包括光发射机、光纤放大器和光接收机的噪声光发射机的噪声，有光学谐振腔内光子密度随机起伏引起的量子噪声，激光器输出模式不稳