2010广电0811有线电视网络技术教案.doc

本学期教学的相法：1、要给学生进行分组，2、要充分高计一些问题让学生组队来完成（如，教学楼的有线电视分配，工程设计，针对一颗卫星，设计接收方式，材料的报价，性能分析，等）3、要注意规范学生的报告格式，必要时提示范本；4、接合本学期学生可能提前走，提前设计一些讨论方向，目的让学生自主学习。第一章1.1 有线电视的起源与发展一 起源 （略）1940年美国的共用天线二 有线电视的特点有线电视系统的功能具有以下特点1、 改善了用户电视的收视质量 扩大了电视的覆盖范围开路电视广播具有直线传播的特点，很容易受城市高大建筑和边远地区地势的影响!而产生弱场强区和阴影区 同时建筑物和高山等不仅会阻挡电波 而且还能造成电波的多次反射。因而产生对电视图像的干扰，另外，受电视台发射功率限制和空间介质对电视信号传播的衰减，使得距发射台较远地区的信号强度大为降低。由于各电视发射台的位置、高度和发射功率各不相同，用户接收到的信号强度差别很大 这些客观因素存在 使个体接收的用户难以收看到高质量的电视节目。然而对有线电视台来说，则可以通过选用高增益天线，增加天线放大器、加高接收天线高度和选择合适的位置安装天线等措施提高接收信号的质量，再通过有线电视系统传输给用户，从而改善了处于不利地理位置和接收环境下用户的收视效果 进而扩大了电视的覆盖范围。2、 用户接收的电视节目数量显著增加 频谱资源获得充分利用有线电视系统本身是一个相对独立的系统。它既不受开路电视信号的影响，也不会对其他系统产生干扰。因而可最大限度地利用频率资源，有线电视系统通过采用先进的邻频处理技术和启用在开路电视中不可能使用的增补频道。更进一步大大增加了系统内传送节目的数量，节目数达数十套之多。特别是近几年来数字压缩技术的发展，使有线电视系统可以传送的节目数超过了上百套。3、 有利于开展付费电视业务，满足不同用户的收视要求有线电视系统节目传送能力的不断提高，为不同层次用户提供多种专门内容的节目并收取一定费用提供了有利条件。如开设体育、电影、音乐、商品信息等专用频道、相对于无线电视广播，有线电视通过采用加解扰技术使付费电视业务中的收费管理更简便。 从而取得较好的经济效益和社会效益。4、 可扩展成多媒体宽带网，提供多种服务业务作为一个已进入千家万户的大型宽带网络，通过对有线电视系统进行必要的扩充和实施以双向化为代表的技术改造。可以将其扩展成为多媒体宽带接入网。实现其综合利用。通过这一网络不仅可以为用户提供已有的模拟电视广播，还可以提供数字电视广播、图文广播以及电话、电子信箱、Internet接入、视点播、交互式视频游戏、远程教学、远程医疗、网上购物等综合性服务。三 有线电视的发展四、有线数字电视 什么是数字电视？指采集、制作、播出、存储、接收采用数字技术的电视。 频道扩容，画质提高、交互式出现、增值业务。（模糊媒体间的区别）1.2 有线电视的基础知识一、电磁波传播的基本知识1、电磁波无线电波和其他电磁波一样，其波长、频率和传播速度有如下关系极化的概念2、电磁波的划分书上有进一步的细分。3、电磁波的发射与接收天线的可逆水平与垂直极化波的天线位置二、信号的分贝表示分贝的定义使用分贝的好处三 电平的表示1、相对电平2、绝对电平3、几种绝对电平的单位如 dBmW dBuV 及0dB 10dB 20dB的含义四 噪声 信噪比 与噪声系数 1、信噪比 =10lg(S/N)=S-N2/载噪比 =10lg(C/N)载噪比与信噪比之间的关系 C/N=S/N+6.4dBVoIP（Voice over Internet Protocol）简而言之就是将模拟声音讯号(Voice)数字化，以数据封包(Data Packet)的型式在 IP 数据网络 (IP Network)上做实时传递。 VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。 VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。1.3有线电视系统概述 有线电视系统的结构可以分成四个部份，这一节的内容就是先从总体上来介绍有线电视系统的构成，要求注意的是本是一种概述，是让学生对有线电视系统有一个印像：上图是一个有线电视的系统基本结构框图一、信号源1、空间接收的信号如有：广播电视信号、卫星电视信号、微波电视信号2、自办的节目信号 本教材的P9最后一段二射频前端作用其作用是将从信号源来的信号，进行必要的处理，将其转化成适于传输的射频信号前端的作用有频率转化调制频道转换放大混合混合-分配三、干线传输系统作用是把前端的信号传输至用户以传输的媒质分类有1、同轴电缆 2、光缆 3、微波四、用户分配网络 由分配放大器、延放大器、分配器、分支器、用户终端盒等构成1.4 有线电视的邻频道传输技术在这一节中我们主要是要讨论，有线电视系统中的频率利用与划分问题。由于在一个时空中频率资源是有限的，为此人们在传输电视信号时，对占用什么频率有着规定。同时由于技术的进步，电视频率的划分还出现一些变化。主要是早期的隔频传输与现在的邻频传输。为了分析频道传输问题，我们首先回顾一下，人们对频谱的划分：一、有线电视传输频谱划分我国规定的无线广播电视频率主要有48.5MHz108MHz、167MHz223MHz、470MHz566MHz和606MHz958MHz 4个频段，开路电视频道一共有68个，每个频道的带宽都是8MHz，其频率范围由fV1.25MHz到fV+6.75MHz，其中fV是图像载频，而伴音载频fA比图像载频高6.5MHz图 电视频道的频谱分布图有线传输系统的频率配置方案基于无线电视广播频率配置方案，并增加了有线电视专用的增补频道。对于单向有线电视系统而言，各邻频系统拥有的频率资源情况如下表邻频系统300MHz 450MHz 550MHz 750MHz 862MHz标准频道DS1DS12 DS1DS12 DS1DS22DS1DS42DS1DS56增补频道Z1Z16 Z1Z35Z1Z37Z1Z42Z1Z42共计（个）2847598498（同时可参看书中P12图1-5的表述）二、隔频传输这是一种老技术标准，在配置好的系统中，VHF段只用6个频道，UHF段只能用10个频道，其中UHF中的大部分不可用。这一技术现在只在一些小型自办电视台中使用如学校，厂矿对节目数要求不高的场合。隔频传输的定义 ：系统所使用的频道不相边，而是间隔着使用。其原因是1、克服邻频的干扰 2、克服镜像频道干扰；3、降低高频的衰减不一致三、邻频传输 即连续应用标准电视频道，的一种传输形式，是当前使用的。 1、邻道抑制度 60DB 最好全部抑制，但事实上不可行，下降60dB只是主观上感觉不到邻道的最低限度。 2、带外抑制度 本频道8MHz外的成分相对于基准电平小60dB.即有纯的频谱。 3、图像载波电平与伴音载波电平之比可调。17dB的要求，目的是使邻 道 的伴音不足以本频道的图像。 4、各频道的电平相对一至，任意频道间差小于10dB，相邻的小于2dB.四、信号的处理方式 为达到以上的技术要求，对电视信号要进行处理。由于对于RF信号频率高不宜处理，一般多采用中频处理方式。 故这里所讨论的是有线电视系统前端的一些问题。 信号处理器的组成：下变频器、中频信号处理器与上变频器三个部分。 特点与功能： 1、为解决A/V可调 进行音视频分离；2、为解决带外抑制度 用声表面波滤波3、为解决各频道的电平相对一致 采用AGC电路4、为保证频率的稳定性 采用晶振。五有线电视系统的频率配置见P15表1-4第二章 广播电视接收2.1有线电视接收系统的基本组成 一、一些基本概念1、开路电视 电视节目通过空间电磁波传送的，其工作频道是标准频道。2、陷波器 陷波器是一种谐振电路，或者说是一种自动开关的感应器，在天线工程上应用它可以根据信号的频率，自动延长或缩短天线的长度。无线电接收机中专门用于消除某些无用信号以减小对有用信号的干扰的滤波器。 用在电路上滤除不需要的频率的信号，比如在带通滤波器通频带的边缘外加陷波器，通常是串联一个并联谐振回路，或并联一个串联回路，它们的谐振频率就是要滤除的频率，二、开路电视的基本组成见书P17的图2-1 注意三个问题1、天线的方向 对应不同的极化信号 2、加滤波器与陷波器的作用 3、最终信号输送给谁？2.2接收天线与馈线天线在广播电视中的作用：引入电磁波，是第一道门坎一、天线的基本参数1、输入阻抗; 天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的负载，与传输线之间存在阻抗匹配问题。天线与传输线的连接处称为天线的输入端，天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗(Input Resistance)，即天线的输入阻抗Zin为天线的输入端电压与电流之比：其中，Rin、Xin分别为输入电阻和输入电抗，它们分别对应有功功率和无功功率。 有功功率以损耗和辐射两种方式耗散掉，而无功功率则驻存在近区中。天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围环境的影响。输入阻抗的计算是比较困难的，因为它需要准确地知道天线上的激励电流。除了少数天线外，大多数天线的输入阻抗在工程中采用近似计算或实验测定。2、天线方向性与方向图是指在离天线一定距离处, 辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图, 通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。天线的辐射与接收作用分布于整个空间， 因而天线的方向性即天线在各方向辐射（或接收）强度的相对大小可用方向图来表示。以天线为原点，向各方向作射线，在距离天线同样距离但不同方向上测量辐射（或接收）电磁波的场强， 使各方向的射线长度与场强成正比，即得天线的三维空间方向分布图。这样的方向图是一空间曲面，如图 2-6（a）所示。图 2-6 天线空间与平面方向图(a) 天线空间方向图; (b) E平面方向图; (c) H平面方向图 3、主瓣宽度对于任一天线而言，无论是E面方向图还是H面方向图，它们一般呈花瓣状，故方向图又称为波瓣图。最大辐射方向所的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，处于主瓣正后方的波瓣称为后瓣。见图27。所谓主瓣宽度通常是指主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率密度一半的两个方向间的夹角，以20.5表示。当功率密度下降一半，场强则相应地降至0.707倍。4、天线的频带宽度与天线的尺寸有关，越大越宽5、天线的驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。 在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅max ，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅min ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的声压幅值Vmax与波节处的声压Vmin幅值之比。在驻波管法中，测得驻波比，就可以求出吸声材料的声反射系数和吸声系数。 在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念， SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系数K=(R-r)/(R+r) (K为负值时表明相位相反) 式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数K等于0，驻波比为1。这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。二、几种常见的天线 1、半波振子（有源）2、折合振子3、引向天线（4、组合天线 三、馈线仅要考虑阻抗匹配而且还要进行平衡-不平衡变换。1、/4平衡变换器（是信号频率的波长） /4平衡变换如图1所示，半波振子的输入阻抗是75欧的平衡负载，用75欧的同轴电缆与之配接虽然阻抗是匹配了，但平衡却不匹配，必须加入一个平衡变换器。 半波振子的一臂与主馈线外导体相连（图1中的A点），另一臂与/4导体上端和同轴电缆的内导体相连接（图1中的B点），/4导体的下端则通过短接金属环与主馈线的外导体相接（图1中的C点）。那么A-B点之间的距离为/2，所以，B点的信号送到A点时刚好反相，这样一来就把同轴线的不对称变为对称了。从A、B两点向短接金属环看进去是一段/4的短路线，其阻抗为无穷大，所以对阻抗匹配不会造成影响。 2、不对称U型环平衡变换 如图2所示，它由两段特性阻抗均为75欧的同轴线构成，其中一段为/4，另一段为3/4，两段同轴线的内导体分别与半波振子的两臂A、B相连，另一端与主馈电缆相连于C点，可见主馈线到振子两馈电点路径的波程相差为3/4-/4=/2，即两馈电点的信号电压大小相等，方向相反。因而保证了平衡馈电。 阻抗匹配：由于半波振子是平衡式的，每个馈电点对地阻抗为75/2=37.5欧，馈电点A通过/4的75欧电缆到C点的阻抗为：75平方/37.5=150欧，馈电点B通过3/4（/4的奇数倍）75欧电缆到C点的阻抗为：75平方/37.5=150欧，那么C点的合成阻抗为：150/2=75欧。显然和主馈电缆的阻抗是匹配的。 3、/2平衡变换器 /2平衡变换器又叫U型平衡变换器，如图3所示，折合半波振子天线（输入阻抗为300欧）与会75欧的同轴线连接时，二者阻抗不匹配，因此必须在它们之间加装U型平衡变换器。从图3可看出，馈电点A和B的对地阻抗为300/2=150欧，信号从主馈电缆传至A点分成两路，分别供给振子左右两边的负载。由于A、B两馈电点的波程差为/2。因此，A、B两馈电点的电源大小相等，方向相反，从而达到了平衡变换的目的。 再看阻抗方面，由于A、B两点的对地阻抗均为150欧，那么合成在一起后，A点的阻抗应为两馈电点的并联值即150/2=75欧，所以阻抗也是匹配的。2.3 广电接收的其他设备1、天线放大器用于天线与馈线间的超高频、宽带、低噪声放大器。用于增强因接收距离太远而造成的较弱信号、补偿天线与电视机间传输距离的损耗以及共用天线系统中保证分配器获得必需的输入功率，以提高接收质量。2、频道滤波器2、陷波器陷波器是一种谐振电路，或者说是一种自动开关的感应器，在天线工程上应用它可以根据信号的频率，自动延长或缩短天线的长度。无线电接收机中专门用于消除某些无用信号以减小对有用信号的干扰的滤波器。 用在电路上滤除不需要的频率的信号，比如在带通滤波器通频带的边缘外加陷波器，通常是串联一个并联谐振回路，或并联一个串联回路，它们的谐振频率就是要滤除的频率，在电视机电路中频部分很常见。3.1卫星电视系统的基本组成卫星电视广播就是利用静止卫星上的大功率转发器向特定的地区传送广播电视信号，用户通过相应的接收设备直接收看电视和（或）收听相应的节目，一般地称这种广播方式为卫星电视广播。同步卫星只能存在于地球赤道面上距地35800公里处的轨道上。仅从理论上分析，有三颗卫星可进行全球通信覆盖。一、卫星电视广播系统的组成 卫星电视广播系统主要有上行地球站、广播卫星、卫星电视接收站、卫星测控站四大个主要部分组成。下面是卫星电视广播系统组成示意图，（1）上行地球站（简称上行站）上行地球站的主要任务就是把电视广播中心的广播电视信号加以信号处理，并经过调制、上变频，然后对输出信号的功率进行放大处理，再通过定向发射天线向卫星发送上行微波信号。同时也接收由卫星下行微弱的微波信号，以监测卫星转播节目质量。通常将地面发送到卫星的信号称为上行信号，把卫星传送到地面的信号叫做下行信号。上、下行信号的载波频率是不一样的，这样就避免了上行信号和下行信号之间的相互干扰。上行地球站可以是一个或多个，根据它们的功能的不同又可分为： 上行主站：上行主站是固定的卫星电视信号发射中心，它具有发射电视信号给卫星和接收卫星转发回来的电视信号的功能；另外，它还能够监测卫星传输的信号和遥控卫星的状态以保证卫星传输信号的质量； 上行分站：上行分站的主要功能是和上行主站相似，当主站出现问题时，可以作为上行主站的备份，只不过上行分站不具备对卫星信号的监测功能和遥控功能； 上行移动站：上行移动站常用于现场直播或现场采访。上行移动站安装在专用的卫星电视转播车上，相当于一个移动的上行分站。其特点是设备移动性好，方便灵巧。（2）广播卫星电视广播卫星，它类似于一个电视差转站，将设置在地球上的上行站发射的电视载波信号接收放大和频率变换处理后，再向所服务的覆盖区域转发。为了实现广播电视信号的正常转发，要求卫星保持精确的姿态和轨道位置。并且卫星相对于地球是静止的，以便地面卫星接收站准确地接收卫星传送的信号。（3）卫星电视接收站它主要用来接收广播卫星下发的电视节目信号，由接收天线接收卫星电视调频载波信号，经解调后送出电视视频信号和伴音信号。各类接收站为用户提供不同传输方式来收看卫星电视节目。接收站可分为四种类型： 个体接收者：当卫星向服务区转发节目信号，电波到达地面的功率足够大时，用户可以用小型的卫星电视接收设备直接接收卫星转发的电视节目。 集体接收站：它是一种较大天线的接收装置，接收广播卫星转播的节目，供集体用户收看。如广播电视大学的远程教学接收点或一些单位的办公大厦等。 无线接收站：主要用来接收卫星电视信号，作为电视节目源，供设在该地区的电视台或转播台进行转播，即无线转播。 有线电视收转站：将接收到的卫星电视信号经放大、变频和调制变换后，以VHF或UHF调幅电视信号形式，通过有线电视系统分送到各用户收看卫星电视节目。（4）遥测遥控跟踪站该站的主要任务是测量卫星的各种参数，监测调整卫星上所有设备的工作状况。如卫星内部设备的电压、电流、功率、温度、压力等；对卫星实施各种功能状态的转换。测控卫星的姿态和轨道位置，调整卫星状态以保证卫星相对于地球静止，并使卫星天线波束对地球表面地覆盖区域保持不变等等。二、卫星电视广播的特点（1）覆盖面积大，传输距离远，能量分布均匀，但信号弱。同步卫星位于赤道上空约35786km的高空，一颗卫星的视区可达全球面积的42.4%，三颗卫星可覆盖全球，由于卫星转发器是利用定向天线把电波聚集成窄波束，能比较均匀的辐射到覆盖区域内，服务区中心和边缘地区的电场一般相差24dB，同时在服务区域内不受地理条件限制，是解决边远地区和山区的电视覆盖的最好办法。特别是我国幅员辽阔，地域复杂，用一个转发器就能均匀地覆盖整个国土。由于卫星的辐射功率小，而且卫星离地面距离远，因此，到达地面的场强要比一般地面电视广播弱30dB以上，故要接收卫星电视信号需要较大的天线和低噪声前置放大器。（2）卫星电视广播质量高、传送节目套数多，信息容量大。卫星电视广播采用的是调频，因而抗干扰能力强，输出信噪比高，失真小；工作频率高，受工业干扰、无线电波等干扰较小，而且可实现较宽的工作频段。如：KU频段（11.712.2）GHz、宽度达500MHz，能容纳24个模拟频道，每个频道带宽可达27MHz.；卫星电视天线发射的波束窄，而且是直接视线接收，不存在向地面电视广播那样多次中转和变换带来的失真以及信噪比下降的情况，信号比较稳定。（3）投资少，成效高。根据亚洲广播联盟（ABU）估算，如果覆盖1000万平方公里的面积与微波中继线路相比，总投资要节约60%，我国只需要一颗卫星即可覆盖全国，而相同条件下则需要架设100米高的电视塔2400座和更多的微波中继站，而且卫星传播还可以减少大量的维护人员。3.2 卫星电视接收系统的组成与工作原理1 卫星地面接收站的组成卫星地面接收站的基本组成可分为室外部分、室内部分两大部分。如图10.2所示，图10.2 卫星电视地面接收站的基本组成室外部分主要有天馈系统和高频头组成，天馈系统包括抛物面接收天线、馈源、波导变换器等组成；室内部分主要是卫星电视接收机和接收终端组成。2 卫星电视天线的作用卫星电视接收天线是卫星电视接收站的前端设备，它实质上是一个电磁波收集器，它的作用就是把反射面内收集到的卫星传送到地面的微弱的电磁波聚集起来并转换成高频电流，然后传送至后面的处理电路处理，它在卫星电视广播系统中是不可缺少的部分，它的性能好坏直接影响到整个系统的接收效果。3 常用的卫星电视接收天线目前，在国内外使用的卫星电视接收天线的种类较多，它们的类型一般和工作频段有关，在U波段常用反射面天线和平面天线，C波段常用反射面天线，L波段采用螺旋天线等。具体可以分为五种： 前馈天线：馈源位于天线反射面的正前方； 偏馈天线：馈源偏离反射面的口径； 后馈天线：馈源位于天线反射面的后方； 螺旋天线：用螺旋线作为信号接收的导体； 微带天线：用微带做成天线的形状。下面主要介绍种常用的卫星电视接收天线。（1）抛物面天线抛物面天线是由金属的旋转抛物面形的反射镜和放在焦点上的馈源组成。图10.3 抛物面天线示意图如图10.3所示，在xOy平面内，O为抛物线顶点，F为抛物线焦点，f为抛物线的焦距，则抛物线方程为：x2=4fz （10.1）抛物线绕Oz轴旋转成抛物面的方程为：x2+y2=4fz （10.2）过F作一与x轴平行且足够远的直线MF作基准，抛物面具有下述两个特性： 自焦点F到抛物面上任一点P的距离FP和P点到口面的垂直距离PQ之和为常数； 从任意一点P作抛物线的法线PN，在作出和角NPQ角度相等的线，则该线穿过焦点F。根据以上的原理可知，从卫星发射出来到达天线的电磁波虽然为球面波，但是经过长距离的传输后，到达卫星接收天线时可看成是平行于天线轴向传播的平面波，该波经过抛物面反射后，聚焦到抛物面焦点上的馈源上，大大提高方向性和增益。所以，当天线的轴向对准卫星时，能获得电波能量的最大值。由于抛物面天线结构简单，制造、安装、维护十分简单方面，而且，性能稳定可靠，该天线的成本较低，所以，它是个体和小范围使用是最为常用的一种卫星接收天线。（2）卡塞格伦天线标准的卡塞格伦天线是按照卡塞格伦望远镜制成的后馈式天线，构造如下图10.4所示：图10.4 卡塞格伦天线原理图卡塞格伦天线的工作原理：卡塞格伦天线的主反射面和双曲面的焦点重合在F点上，并且位于轴线上，轴线对准卫星，由于卫星发送来的电磁波方向和轴线方向平行，当卫星发射的电磁波到达时，首先由主反射面将电波进行反射到副反射面，再由副反射面发射到馈源上并且聚焦于馈源上，馈源的位置位于副反射面的另一个焦点上。卡塞格伦天线的优点：天线各部分紧凑，减少了传输过程中产生的噪声和损耗；主副反射面调整方便，效率高；抛物面的焦距很短，降低了整个天线的长度；能很好的抑制噪声。它的缺点是：由于副反射面的绕射和遮挡，限制了天线效率的提高；小口径天线的效果反而变差；价格昂贵，不是于家庭和小范围使用。（3）偏馈天线由于抛物面天线焦点附近的馈源装置的影响，卡塞格伦天线副反射面和支撑架遮挡的影响，从而导致天线的旁瓣增大，增益下降。为了减少这些因素的影响，常常采用偏馈天线。偏馈天线的基本结构如图10.5所示，其中（A）是单反射面天线，（B）是双反射面偏馈天线。图10.5 偏馈天线的示意图偏馈天线并不是故意将馈源位置放偏，而是将抛物面天线的反射面截取一部分作为天线的反射面，馈源的相位中心仍在原抛物面的焦点上，但馈源的最大接收方向指向偏馈反射面的中心。目前KU频段的接收天线较多采用偏馈式天线。4 高频头（1）室外单元的功能卫星电视接收系统的室外单元，又称之为高频头，它的位置是在室外卫星电视接收天线的馈源之后。卫星电视接收天线接收到卫星转发的信号经过了约35786km左右的远距离传输，所以其信号极其微弱，高频头将天线接收到的下行微弱的电磁波信号进行放大，并将它变成频率为9501450MHz（或1750MHz，最高可达2150MHz）的第一中频信号，以便通过射频电缆将它送给室内的卫星电视接收机进行电视信号的解调。所以，整个室外单元主要任务是完成微波信号的低噪声放大和降频变换。（2）室外单元的组成高频头的内部主要有两部分组成：微波低噪声放大器和微波下变频器，所以也称为低噪声下变频组件，英文缩写为LNB(Low Noise Block)。高频头的基本组成框图如图10.7所示，从图中可以看出，高频头由波导微带转换器、微波低噪声放大器、本机振荡器、混频器、前置中频放大器、二次稳压器和直流直流变换器等部分组成。图 高频头的基本组成框图（3）高频头处理信号的流程 波导微带转换器的作用是将波导口输入的电磁波的场信号，转换成微带电路上的路信号，以便对信号进行放大和变频； 微波低噪声放大器一般有24级微波场效应管（FET，Field Effect Transistor）放大器组成，提供约2040dB的功率增益，以便将信号放大到足够的水平，供给混频电路进行下变频处理； 本机振荡器一般采用介质谐振器稳频的场效应管振荡器，产生高稳定的固定振荡频率（C频段为5.15GHz，Ku频段为10.75GHz），以便为混频器提供所需的本振信号； 混频器一般由微波二极管或微波场效应管组成，它利用二极管或场效应管的非线性特性，产生输入信号与本振的差拍信号，并通过低通滤波器选出所需的中频信号； 前置中频放大器一般由34级硅双极性晶体管放大器或集成电路组成，工作与第一中频频率（9501450MHz）上，提供3040dB的功率增益，以便将信号放大到足够的强度，在通过射频电缆传送到室内接收解调单元； 因为高频头在室外工作，它的供电由室内单元的卫星接收机提供。为了克服不同长度电缆对直流供电产生不同压降的影响，保证高频头各级电路静态工作点的稳定，并抑制外部干扰，在高频头内部要增加一个二次稳压电路。此外，由于高频头内微波场效应管电路通常需要负偏压，故还需要一个直流直流变换器，以便将正电源变换成负电源，供各级场效应管电路使用。5、卫星电视接收系统的室内单元室内单元又称卫星电视接收机，通常是指卫星电视接收装置中放置于室内的那一部分。根据其处理信号的种类，可分为模拟卫星电视接收机和数字卫星电视接收机。为适应卫星电视广播技术的发展和家庭使用的新要求，卫星电视接收机在新功能的开发方面有了很大的进展。多频道、多伴音、多制式、多功能的卫星电视接收机已是发展的趋势。下面主要介绍模拟卫星电视接收机和数字卫星电视接收机的基本组成和功能。1） 模拟卫星电视接收机模拟卫星电视接收机的基本功能是将室外单元通过射频电缆送来的第一中频信号（9501450MHz或9502150MHz等），经变换处理后得到视频和音频信号并提供给用户。模拟卫星电视接收机通常包括以下几个部分：电子调谐选台器、中频放大与解调器、图像信号处理器、伴音信号解调器和射频调制器。其结构框图如图所示。图10.8 模拟卫星电视接收机的基本组成框图图中各个部分的主要作用和信号流程简介如下：（1）电子调谐选台器其主要功能是从室外单元通过射频电缆送来的第一中频信号（9501450MHz或9502150MHz等）中选出所要接收的某一卫星电视频道的频率，并将它转换成固定的第二中频频率（通常是479.5MHz），送给后面的中频放大与解调器。（2）第二中频放大与解调器它将输入的固定第二中频信号经过滤波、AGC放大后，再进行频率解调，得到包含图像和伴音信号在内的复合基带信号，同时还输出一个能够表征输入信号大小的直流信号，用于控制前级放大电路的增益，也可用于指示信号电平的大小。（3）图像信号处理器它从复合基带信号中分离出视频信号，并经过去加重、能量去扩散和极性变换等一系列处理之后，将图像信号还原并输出给监视器或电视机。（4）伴音信号解调器它从复合基带信号中分离出伴音副载频信号，并将它放大、解调后得到音频信号，再经过去加重、音频放大输出推动扬声器。（5）射频调制器为了使没有视、音频输入接口的老式电视机能够看到卫星电视节目，需将输出的图像和伴音信号再次调制在某一个电视频道上，以便通过电视机的射频输入端传送给电视接收机。2）数字卫星电视接收机数字卫星电视接收机是指数字卫星电视接收系统中放置于室内的那一部分设备，故又称为室内数字接收单元，或称为数字卫星电视机顶盒（Set-Top-Box），有时也称综合接收解码器（IRD，Integrated Receiver Decoder）等。其基本功能是将室外单元通过射频电缆传送下来的第一中频信号（9502150MHz），经本机变换器处理后输出视频和音频信号，提供给用户的电视机、监视器或其他调制转发设备。与模拟卫星电视接收机不同的是，为了适应卫星电视广播技术的发展、满足开展新的数字业务的需求和方便不同用户的使用，数字卫星电视接收机在接收和处理数据能力上、新增的操作功能上、以及用户交互界面的设计上都有了很大的进步。由卫星接收天线接收的数字卫星电视信号，经高频头进行下变频得到频率较低的第一中频信号，通过射频电缆送给数字卫星接收机。数字卫星电视接收机的系统组成见图。图10.9 数字卫星电视接收机系统的基本组成框图下面简要介绍各部分单元电路的工作原理和信号流程：（1）电子调谐选台器其主要功能是从室外单元通过射频电缆送来的第一中频信号中选出所要接收的某一卫星电视频道的频率，并将它变换成第二中频或零中频信号输出。在早期，该模块和模拟卫星电视接收机的对应调谐器一样，也是由低噪声放大器、跟踪滤波器、混频器、本机振荡器和声表面滤波器等电路组成，输出中频频率为479.5MHz的第二中频信号。但随着技术的进步，该电路已经逐渐被零输出中频方案所替代。所谓的零中频方案，就是在混频时，使本机振荡器的输出频率与输入信号频率相同，从而使混频电路的输出信号为零中频的基带信号。该基带信号可直接送到后面的数字解调和解码电路进行处理。其好处就是节省了中频处理电路和声表面滤波器等元器件，从而简化了电路，降低了成本。（2）信道解调和解码该模块对应于发射系统的信道解码模块，其功能是对输入的零中频的模拟信号进行模数转化，并进行载频和时钟的恢复，校正在模数转化过程中产生误差，产生正确的抽样值。该模块的另一个作用是纠正传输过程中产生的误码，提高传输的可靠性，为解多工复用电路提供无误的传输码流，从而保证了图像和伴音的信号质量。（3）解多工复用该模块对应于发射系统的多工复用模块。它是根据传输码流中所定义的特殊语法（主要是利用PAT和PMT表的相互关系）来进行解复用的。由于复用过程是分两级进行的，故解多工复用过程也是两个层次：先对传送流解复用，得到独立的节目流，接着对节目流进行解复用，分离出节目流中的视频、音频以及一些服务信息数据，送给信源解码模块。（4）信源解码模块该部分包含了视频解压缩和音频解压缩两大部分。按照MPEG-2的解码算法分别对压缩的视频码流和音频码流进行编码，从而得到正常的视频数据和音频数据码流。（5）视频编码和音频数模转换视频解码器输出的色差信号和亮度信号是数字化的码流，它必须经过视频编码器编码产生PAL或NTSC制式图像信号，以便送给普通的模拟电视机收看。音频解码恢复出的信号也是数字形式，也通过D/A变换器将它转化成模拟的音频信号，送给电视机重现伴音。（6）射频调制器该模块作用与模拟卫星接收机的对应模块一样，将视频和音频信号以残留边频带调幅方式调制在UHF或VHF频段的载频上，以便送入电视机的天线输入口，使不带AV输入端子的电视机也能收看到数字卫星电视节目。（7）32 bit CPU数字卫星电视接收系统是一个庞大的复杂的系统，各个模块都有各自复杂的处理算法，彼此之间的数据交换十分频繁，数据的处理和传输速度要求很高。此外，为了实现设备与用户之间的良好的交互性，也需要功能齐全的屏幕图形交互界面。因此，需要采用速度快、功能强大的32 bit CPU。它所要完成的主要功能有：控制电子调谐选台、信道解调和解码、解多工复用、信源解码等模块的工作，并保证这些模块的相互协调，随时响应并处理用户的操作指令。随着集成电路技术的发展，数字卫星接收机的整机构成芯片数量越来越少。从七片方案到目前的单片方案，使得数字卫星接收机的体积不断减小，成本不断降低，而功能不断增强。3.3 卫星电视接收技术的发展略主要内容有：1、C波段向KU波段过渡；2、模拟向数字过渡；3、。（P34）4.1 常用前端设备的基本结构和工作原理有线电视的前端应该称为是有线电视系统的核心。前端的功能是把来自各种信号源的信号 进行处理，使其满足射频传输的要求，最终合成一路信号输出给电缆或光发射器等干线传输系统。前端的好坏会直接影响有线电视系统的传输质量与收视效果。前端作为有线电视系统的核心，它的组成主要包括 电视调制器、频道处理器、电视解调器、前端放大器、导频信号发生器和多路混合器等设备。根据组成的有线电视系统的不同，有选择的使用以上的设备来构成前端。一、电视调制器调制器是将视频和音频信号变换成射频电视信号的装置,它常与录像机、摄像机、卫星接收机等配合使用。调制器有高频(直接)调制和中频调制两种方案,在中高档调制器中常使用后者。高频直接调制方案的框图如下图所示。调制电路大多采用三极管高电平调制方式,输出幅度大,失真和干扰也大。（注：BPF在通信中（band-pass filter），即带通滤波器）中频调制的方式如下图示二、频道转换器与频道处理器频道转换器是只进行载频搬移而不改变频谱结构的频率变换器,主要有以下几种: U-V转换器。将UHF的电视信号转换成VHF的电视信号,在VHF较低频率上传输,容易保证信号质量和降低系统成本。 U-Z转换器。采用增补频道进行信号传输时需要U-Z转换器。 V-U转换器。在全频道有线电视系统中,可以用V-U转换器把VHF的电视信号转换为UHF的电视信号。 V-V转换器。在强场强区,为了克服空间波直接窜入高频头而形成前重影,往往采用V-V转换器。频道转换器从工作原理上分,有一次变频和二次变频两种。前者结构简单、体积小,但存在许多干扰,而且涉及的品种多。后者干扰少、品种也少,易实现系列化,但是体积大,成本高。 一次变频的频道转换器的原理框图示如下。为保证频谱不倒置,通常采用低本振取差频方式,即fP2=fP1-fL。一次变频频道转换器二次变频频道转换器频道处理器有两种类型,即外差型和解调-调制型。与二次变频的频道转换器相比,它主要多了中频处理器和中频AGC两部分。因此,它可以在中频将图像与伴音进行分离,并进行伴音电平的调节;然后,再与图像信号进行混合。下图为一PAL/DK制电视频道处理器框图。 解调-调制型频道处理器主要用于通过微波中继的超大型系统,而一般常用的是外差型。频道处理器框图三、电视解调器 电视解调器的作用是：把接收的开路射频RF信号，经过处理分离出音频与视频信号，送入电视调制器等设备 。其作用往往是用于改善原射频信号中电视信号的品质。四、多路混合器多路混合器是把两路或多路信号混合成一路射频输出的设备。其主要技术指标是:插入损耗(要小)、隔离度(要大,一般要求20dB)、带外衰减(要大)、输入输出阻抗(通常为75)。混合器分为二类：1是宽带传输线变压器式与2是滤波器式两类。宽带传输线变压器式的优点是用分支器与分配器构成，频道变化不调整，使用方便，但其插入损耗大。见教材P40倒二段滤波器式混合器，优点是插入损耗小，但调试较困难，如图此处应注意几个主要的技术概念：如什么是插入损耗、什么是相互隔离度、等见P41的4.3五、前端放大器 前端系统中的放大器,按结构和实用性可分天线放大器、频道放大器和高电平输出(功率)放大器等几种。 (1) 天线放大器 对于天线放大器，输出信号可达到Sa5760dBV 宽带型天线放大器同时接收几个频道，噪音系数较小，约2dB 频道型天线放大器一般可由宽带天线放大器+频道滤波器构成，或采用参差调谐放大器。(2) 频道放大器 放大频道信号，要求线性好、带外衰减大，能电平控制，具有AGC功能、输出信号电平较高，一般为110120dBV。NF比较大。具有直接频道信号放大或二次变频方式。(3) 高电平输出放大器 为前端的输出宽带功率放大器，提高负载能力，主要指标是非线性失真和输出电平。 另，也可依照放大器的工作频率对前端中的放大器进行分类，将其分为单频、宽频与多频段放大器等（见P41最后） 六、导频信号发生器 为了增加干线长度或补偿由于温度变化而引起电缆衰减量和放大器增益的变化,在干线中要进行自动增益控制(AGC)和自动斜率控制(ASC)。为此,在前端就需要提供一个或两个反映传输电平变化情况的固定频率(幅度也要稳定)的载波信号(导引信号),即导频。 导频信号发生器框图当有线电视系统采用同轴电缆作为干线传输时，随着四季的气温变化，会使同轴电缆的衰减量产生变化。同时，由于干线可能长达几千米，电缆中传输的电视信号的衰减和幅频特性的倾斜都要发生变化。要使信号质量保持不变，则必须在干线放大器中进行自动增益控制和自动斜率控制。对应电缆衰减量的变化来控制放大器的增益，它是自动电平控制的一种方式。由于一般的自动增益控制是以输出信号电平恒定为条件工作的 在干线放大器中，因为所用的信号不是恒定的，这就不能直接把输出信号从放大器中取出来实现自动增益控制。采用了导频信号发生器，就可以将导频信号从前端同电视信号一起送入干线传输系统。通过干线放大器，并在干线放大器的输出端取出一小部分导频信号 经处理后，再对放大器增益特性进行自动控制。当导频信号电平降低时，控制信号使放大器的增益提高；反之使放大器增益降低，以达到稳定输出电平的目的。在使用导频上，若对于小范围的网络可不用，若是干 线在5公里以下的可只用一个导频；如果距离更则考虑使用双导频制，其中一个导频用于自动增益的控制，另一个导频用于斜率的控制 。4.2 前端类型与组成形式n 传统的有线电视系统前端的主要功能如下所述。 （1）提高载噪比 （2）频率变换 （3）抑制非线性失真和寄生输出 （4）邻频处理 （5）调制-解调 为此可以说，前端在有线电视系统中处于核心的地位，其性能的优劣是直接影响整个系统的收视效果。根据实际的用途，前端的设计可有多种，但都应具备上述的功能。一、小型系统使用的前端二、邻频前端三、数字前端四、智能前端五、综合前端 5.1 传输系统 电缆传输 干线传输系统是将前端输出的信号不失真并稳定地传输到分配系统。在干线系统中,传输的介质有多种，如同轴电缆、光纤、微波等。有线电视的初期一般采用同轴电缆，但是干线长度一般不超过15公里。在传输距离较远时，采用光纤或微波技术，目前应用成熟的是HFC网络，即干线采用光纤，用户分配网络仍采用同轴电缆的混合式网络。一、射频同轴电缆1同轴电缆的结构同轴电缆的结构对射频信号的传输有着直接的影响。它是由内导体（芯线）、绝缘层、外导体（屏蔽网筒）及护套由里向外层层组合而成。如下图