有线电视传输系统.doc

第11章 有线电视传输系统有线电视（CATV，Community Antenna Television）是相对于无线电视（开路电视）而言的一种广播电视传播方式，它是将多路电视信号集中起来，在对其进行必要处理后，利用高频电缆、光缆等传输介质统一进行传输与分配的电视系统，也称电缆电视（CATV，Cable Television）或者闭路电视（CCTV，Closed Circuit Television）。图4.1是有线电视系统的基本组成框图。它由信号源、前端系统、干线传输系统和用户分配系统组成。有线电视系统将某一地区内的各种电视信号（如卫星电视信号、微波电视信号、开路电视信号以及其他的有线电视信号等）收集起来，在前端系统中对信号进行相应的处理和均衡，再通过干线传输系统将信号送到远方各个用户分配系统中去，在用户分配系统中通过分配器或分支器将电视信号送到用户端，让用户看到更多、更清晰的电视节目。图4.1 有线电视系统的基本组成框图信号源部分可根据当地有线电视的规模来确定需接收多少信号，一般有：当地电视台的开路电视信号，接收的卫星电视信号和转播的微波电视信号，以及有线电视台的自办节目等。前端系统主要的组成设备有天线放大器、频道放大器、调制器、以及混合器等。它主要对信号进行分离、放大、调制、变频、混合等处理，还对各信号电平进行调整控制，对干扰信号进行抑制或滤除，以得到用户满意的电视图像和声音。前端系统是有线电视传输系统的开端。干线传输系统的主要由干线放大器、线路延长放大器以及光缆、电缆等组成，其任务是将前端的输出的电视信号平衡地、不失真地传送到用户分配网络。是有线电视传输系统系统的中间环节。用户分配系统主要由分配放大器、分支放大器、分配器、分支器以及相互连接起来的进户电缆所组成，主要任务是平衡分配电视信号到用户，它是有线电视传输系统的终端。从图4.1中可以看出从电视信号所经过的途径分为前端系统、干线传输系统和用户分配系统三个部分。4.1 前端系统前端系统作为有线电视传输的开端，是有线电视系统最重要的一个环节，是有线电视系统的心脏。前端信号质量的高低直接影响到用户端信号的好坏。4.1.1 前端系统的类型有线电视传输频道的形式从发展历程上看，早期的形式是隔频形式，其传输电视频道数量少；而现在是采用邻频形式，使系统传输的频道数量大为增加。1 隔频前端在有线电视形成的初期(共用天线系统时期)，采用的是直接放大式前端，直接利用宽带放大器对宽频带接收天线接收的信号进行放大，如图4.2所示：图4.2 直接放大器前端这样的共用天线系统，由于放大器是宽频带的，所有干扰都可能进入放大器，使前端输出信号中的噪声增大，特别是在接收弱的电视信号时更为严重。隔频前端系统就是为了解决这一问题而出现的，它能对不同电平的不同频道信号分别进行处理。其结构图如图4.3所示：图4.3 隔频前端框图隔频前端的对每一个频道的信号分别进行处理，然后再混合输出。为了减少信号在传输过程中的损耗，隔频传输一般尽量占用频率低端，该前端中信号源有：用单频道天线接收的开路电视节目（包括VHF频段信号和UHF频段信号），自制的录像节目，还有用抛物面天线接收的卫星电视信号。1频道信号在当地接收时较弱(一般低于56dB)，因而添加天线放大器加以放大，然后送入频道放大器放大以获得足够的电平值；3频道接收的电平相对较高，所以先对信号作一定的衰减，然后送入频道放大器放大，以避免频道放大器因输入信号电平过高而非线性失真；9频道的信号经过一个V/V频道变换器，将接收的V频道信号再转换到另一个V频道上去，为什么？比如有个8或10频道的信号，与9频道相邻，不能满足隔频传输的条件，或者是当地这个电视空中信号很强，信号可能直接窜入电视机，也需作频道转换，以免造成信号的重影。7、11频道接收的信号是UHF段的信号，需将U段的信号转化为7或11频道的信号，因而两个频道都采用U/V变换器，7频道接收信号相对较弱，因而再接入频道放大器获得足够的输出电平，而9和11频道的信号较强则无须加入频道放大器。对于自办的录像节目或者现场直播的A、V信号需将其调制成射频后再进行传送，例如调制到13频道。卫星电视信号通过卫星接收机将信号解调为A、V信号后再调制到某一电视频道上去，例如16频道。图中该前端没有采用5频道，是为了防止当地调频广播的信号干扰，因为调频广播的频率与5频道是很接近的。在有线电视的发展早期，电视节目不是很多，因而可以采用隔频前端。一般要求在V频段每相隔一个频道安排一套节目；U频段每相隔两个频道安排一套节目。对于450M的有线电视系统一般只有1215个频道的节目，这样传送的电视节目的量就受到限制，不能充分利用每一个频道。2 邻频前端随着广播电视事业的发展，只能传送十几套电视节已不能满足用户的需要。同时，频道内容的细化，各省市电视台节目的增多，多频道、大规模、多功能、高质量成为有线电视发展的必然趋势。因此要解决有线电视的扩容问题，为用户提供愈来愈多的节目。其中一个解决办法是采用邻频传输。所谓邻频传输就是连续每隔8MHz频率安置一个频道，对于我国的电视频道划分在48.5958MHz的频率范围内，可依次排列68个标准频道和 35个增补频道。要能实现邻频传输，最主要的是要求各频道之间不能相互干扰。因此一方面要求前端对本频道以外的各种信号都能大大抑制；另一方面，要求本频道信号的频谱很纯，使其不干扰其它频道。邻频前端的结构图如图4.4所示。与隔频前端比较，最重要的是采用了中频调制器和频道处理器，以保证邻频处理的效果。对于开路电视信号，为了更加抑制频道以外的干扰，增加了带通滤波器，并通过频道处理器，变换信号到指定的电视频道。此外，由于信号源的增加，微波电视信号、光缆传输的上级台信号、卫星电视信号等都加入进来。图4.4 邻频前端的结构图4.1.2 前端系统的设备1信号处理设备（1）中频调制器中频调制器是邻频系统中最关键的设备，中频调制采用二次调制方式，先将视频信号调制在图像中频38MHz、音频信号调制在伴音中频31.5MHz上，然后再通过上变频器将中频信号调制成某一频道上的高频电视信号。中频调制器的原理框图如图4.5所示：图4.5 中频调制器原理框图中频调制器实际上可以分为两个部分：中频调制单元和上变频单元。在中频调制中又可以分为图像中频调制和伴音中频调制两个部分。图像中频调制的主要功能是把输入的视频信号放大后，以调幅的方式调制在特定的、由晶体振荡器产生的38MHz中频VIF上，经放大、钳位、白电平切割、同步整形等处理，并通过声表面波滤波器电路，使输出的信号具有良好的残留边带抑制和带外抑制，最后送至中频混合器，与伴音中频混合。伴音中频调制主要是把输入的电视伴音信号以调频的方式调制在伴音中频上。根据电视原理，伴音中频选为38MHz6.5MHz31.5MHz。输入音频信号经预加重、放大等处理后，经调制、变频形成AIF31.5MHz的伴音中频信号。伴音中频放大倍数可变，使Av比可调。这信号经声表面滤波器滤除及抑制无用成分后，送到中频混合器与图象信号的中频混合。中频调制器输出的电视中频的频谱如图4.6所示。上变频单元是把由中频混合器输出的中频已调波信号放大后，经上变频电路变换为某一频道的射频电视信号，最后通过滤波器及功率放大器输出。图4.6 中频输出信号频谱（2）电视解调器与调制器作用刚好相反的是解调器，它是将已调制的射频电视信号转化为视、音频信号。电视解调器的基本工作过程如图4.7所示。电视解调器通过带通滤波器选出某一电视频道信号，并对其进行高频放大，然后通过混频解调为中频信号，再对中频信号进行放大、检波，分离出06MHz视频信号和6.5MHz的伴音信号。对6.5MHz的伴音载波再进行放大、限幅和鉴频，取出音频信号。电视解调器在有线电视系统中也是常用的，例如将某一频道的射频信号先解调为视音频信号，再将他们调制到另一电视频道上，以避免干扰或安排频道。图4.7 电视解调器方框图（3）频道处理器频道处理器的作用是将某一频道的射频电视信号变换到中频并进行信号波形的调整，使输出的信号电平稳定，降低对相邻频道的干扰等等，它由下变频器、中频处理器和上变频器三部分组成，如图4.9所示。图4.9 频道处理器工作框图由图中可以看出，下变频器先将信号下变频为中频信号，然后在中频处理器里对信号进行调整处理以便适应邻频系统的需要。图中的中频信号经放大后通过分配器把它分成两路，然后经过两个声表面滤波器分别取出图像和声音信号，以便于分别处理图像和伴音信号，以满足邻频传输要求。经过中频处理后的信号再经上变频器变换或恢复为某一频道的射频电视信号。频道处理器在邻频系统中应用主要是将信号源中的开路电视信号进行处理的设备，它可以使空中的开路电视信号满足中邻频系统中传输的要求。2 信号放大器放大器可以根据不同的特性有多种分类，比如按照系统中使用的位置来分，有前端和线路放大器；按照在系统中放大器的频率来分，有单频道、宽频带和多波段放大器；按放大器的结构来分，有分支放大器、分配放大器等等。而在前端系统中使用的放大器一般有天线放大器、频道放大器和宽带放大器。（1）天线放大器天线放大器是安装在接收天线上用于放大空间微弱信号的低噪声放大器。通常当接收天线输出的信号电平低于60dB时，一般才考虑安装天线放大器。天线放大器又可以分为单频道放大和宽带放大两类。一般在有线电视系统中，多采用单频道型天线放大器，它只对某一特定频道进行放大，可有效地抑制邻频干扰；而在边远山区，由于远离电视台，则需使用宽带天线同时接收若干个节目，因接收信号比较弱而采用天线放大器，使收到的信号质量相对改善。由于天线放大器位于系统的最前面，而第一级放大的噪声对系统载噪比的影响最大。为了提高系统的载噪比，往往将天线放大器安装在天线杆上，离天线大约1m的距离。当然安装在天线杆上就要注意它的安全可靠，能够保证它长期正常工作，要有较强的防水、防潮、防晒等性能，而且又是远地供电，还要注意防止供电电源同高频信号的互相干扰。天线放大器的工作原理如图4.10所示：由天线输入的射频电视信号，通过滤波器选取所要放大的信号，经过三级放大，再由电缆送至前端设备或用户电视机；同时，还通过电缆从前端或用户端为放大器提供工作电源。图4.10 天线放大器的工作原理图（2）频道放大器一般用在进入混合器前，对每一个频道的信号分别进行放大。在前端系统中，频道放大器只放大一个特定频道的信号，其工作原理与天线放大器类似，但又有自己的特点：输入电平低（约60dB），而输出电平较高，要达到120dB左右，需要用级放大电路来完成60dB增益；只对一个频道信号进行放大，则要求带通滤波器的滤波特性要好，具有选择性高、抑制邻频干扰能力强的特点等。其工作原理图如图4.11所示：图4.11 频道放大器工作原理框图在输入端首先通过一个带通滤波器取出某一特定频道，然后对信号进行放大。在该原理图中设有自动AGC电路，以控制稳定的输出。3 信号混合器有线电视系统是通过一根同轴电缆同时传送多频道电视节目，因而在前端系统中，要把多个电视信号混合在一起输出，这样的装置称为混合器。混合器主要解决的是由于直接将多路不同频道信号并接在一起输出所带来的问题：第一、连接点阻抗不匹配，会造成系统内部信号的来回反射，从而在电视终端出现重影干扰或斜纹干扰；第二、几个回路的并接会造成信号的分流或某些频率成分被吸收，可能引起伴音失真或彩色失真。因而对混合器的基本要求是实现系统设备之间及设备与电缆之间的阻抗匹配，并具有滤除干扰和杂波的能力。(1)混合器的主要技术指标频道混合器主要是要保持每一路信号的频率特性，使各路信号间避免出现各种干扰，其主要的性能指标如表4.1所示：表4.1国家标准GBT11318.6规定的混合器的性能参数序号项目性能参数工作频率类别频段频段频段宽带变压器插入损耗由企标规定带内平坦度2（各频道内0.5）带内波动2带外衰减20相互隔离2030反射损耗VHF1010UHF7.512工作频率：混合器的工作频率因不同的需要而不同。尤其用带通滤波器组成的混合器其工作频带必须要与所混合的频道信号的频率段相对应。插入损耗：是指混合器输入功率与输出功率之比，通常用分贝表示。频道型混合器的插入损失一般在24dB之间。宽带型混合器的插入损失较大，且与混合的频道数有关，一般8个频道的混合器损耗约为11dB，16个频道的约为15dB。带内平坦度：主要是指工作频带内的幅频波动，也用分贝表示。频道型混合器的带内平坦度是指频道内（8MHz）的幅频波动，一般要求在1dB以内；宽带型混合器的带内平坦度是指整个频段的幅频波动，要求在2dB以内，对任意10MHz带宽内的幅频波动仍要求在1dB以内。相互隔离度：在理想情况下，混合器任一输入端加入信号时，其它输入端不应出现该信号；任一输入端有开路或短路现象时也不应影响其它输入端。但实际上总有一定的影响，在某一输入端加入一信号，该信号电平与在其它输入端出现的该信号电平之分贝差，称为相互隔离度，用dB表示，一般要大于20dB。带外衰减：指对频带外信号的衰减值，以dB表示。该值越大说明混合器受带外频道的干扰越小，一般要求大于20dB。反射损耗：输入信号与反射信号电平之比，以分贝表示。反射损耗表示在混合器的工作频带内输入、输出阻抗与规定的75匹配程度。（2）滤波器式混合器频道型或频段型混合器一般由带通滤波器、高通滤波器和低通滤波器组成。其原理图如图4.12所示：混合器中的滤波器可以是LC滤波器、腔体滤波器或者是声表面滤波器中的任何一种。对于频道型混合器，每一个带通滤波器的带宽为MHz，而对于频段型的带宽则根据具体的频宽而定。这种滤波器式混合器的特点是插入损耗小，一般4dB。图4.12 频道混合型器（3）宽带传输变压器式混合器宽带混合器由分支器和分配器组成，它的频带能覆盖整个电视频段。最为主要的优点就是每一路都是宽带的，不需要区分输入接口，频道变化也无需调整，较多地应用于邻频前端的信号混合。但与由LC回路组成的混合器相比，它的插入