1、广播电视传输技术.doc

+前言：信息学基础：信源，信道，信宿。通信：点对点双向，信源和信宿可互换。 广播：点对面（多点）单向，信源和信宿不可互换。一、广播电视系统结构： 1、信源：采集（记者，摄像，录音），编辑（配图，配音，字幕），播出（手动、自动） 2、信道：传输（地面无线，微波，卫星，波导，光纤，电缆），分配。（有线电视-调制，混合，放大，光缆，电缆，分支分配器） 3、信宿：接收，显示（天线，接收机，机顶盒，显示器）二、信号基础： 1、信号分类：基带信号-由信源发出的未经调制的数字信号或模拟信号，只能有线传输。射频信号-就是经过调制的，用来进行无线发射的信号，可以长途无线传输。载波信号-就是把基带信号（声音、图象）加载到一定频率的高频信号上，在没有加载基带信号时，高频信号的波幅或频率是固定的，加载之后波幅或频率就随着基带信号的变化而变化。 2、调制过程：基带信号+载波信号（经非线性作用）=射频信号 3、调制作用：a、避开基带频率上的干扰和噪声，以便长途传输；b、便于频分复用，即用同一信道传输多路不同频率的信号。要求同一信道中各路RF信号频率不能相同和交错。c、便于无线发射，可传播更远距离，有利于接收。 4、频谱：0Hz（直流）-KHz（103赫）-MHz（106赫）-GHz（109赫）-THz（1012赫）- 音频（20Hz20KHz)，视频（06MHz）。中波（300kHz3MHz），短波（330MHz），VHF-L(15CH,48.592MHz），调频（88108MHz），VHF-H(167223MHz），UHF（470860MHz），微波（300MHz300GHz），C波段（3.7-4.2GHz）， Ku波段（12.518GHz），光纤1550nm（200THz左右），可见光（600THz左右）。可见光就是一种看得见的电磁波。三、射频信号特性：不爱金属爱空气，专走直线最怕水。1、有线传输时，频率越高越不适合在金属中传播。a、 频率越高，所需天线长度就越短，越易发射出去。当天线长度为电磁波波长一半时最容易把信号发射出去。 中波1MHz，波长300米，天线150米。VHF1CH频率50M,波长6米，天线3米。手机工作频率900MHz，波长33CM,天线16CM。微波C波段4GHz，波长7.5CM,天线3.25CM。Ku波段12GHz，波长2.5CM，天线1.25CM。b、频率越高线损越大。高频电流在导体中传播时，会产生趋肤效应，即导线中芯实际上电流很小,电流主要集中在导线外表层。这样就使导线的等效截面积大大减小，因此电阻大大增加,线路损耗也随之增加。频率越高，趋肤效应越严重，导电层越薄，线损也越大。catv电缆损耗与f成正比。50Hz民用电，电话可传播几公里，闭路线每隔几百米就要放大（30db=1000倍）。损耗最小的高频导线应该是像纸一样又宽又薄，但是却无法做成高频电缆使用。微波主要是在波导管里的空气中传输，光波已完全不能在金属中传输。 c、频率越高越易被金属反射。catv电缆外导体对100M以下的电磁波屏蔽效果较差，中波、短波很容易侵入，1-5CH也易出现干 扰，频率越高越不易受干扰，屏蔽效果越好。雷达发射的频率为几十G,很容易被飞机的金属机身反射，从而被雷达捕获。光很容易被镜子反射，是因为镜子是在玻璃后面镀了一层银膜。古代用的铜镜也是用金属做的。2、无线传输时， a、频率越高越走直线。电磁波只能翻越小于其波长的障碍物，频率越高波长越短，越怕障碍物，越不易绕过去。长波频率30KHz-300KHz，波长几千米，可以沿地表以弧线传播。中波频率300KHz-3MHz，波长几百米，白天沿地表传播，晚上还可以通过电离层反射跳跃前进。短波频率3MHz-30MHz，波长几十米，通过电离层反射跳跃前进。米波频率30MHz-300MHz，波长几米，近视直线传播。微波频率300MHz-300GHz，波长1米-1毫米。一般认为是直线传播。光波频率几百THZ，波长可达1微米以下，完全是直线传播。b、 在空气中传播衰减极小。射频信号无线传播时是点对面传播，覆盖面越大扩散损耗（类似有线电视分配损耗）越大，传输损耗（类似有线电视电缆损耗）却极小，与光纤损耗差不多。光发输出功率17DB，50毫瓦，传输距离可达50公里，无线发射机输出功率1000瓦，无障碍时传输距离也可达到50公里以上。由于无线传播时是点对面传播，所以需要很大功率。若能和光纤一样点对点传输，则所需功率与光纤传输相差无几(1DB/KM).c、 频率越高越怕水。水的介质损耗很大，它可以吸收电磁波的能量转化为热能，频率越高转化效率越高，微波炉就是用这个原理来加热食物的（f=2450MHZ）。同轴电缆进水损耗会变大，报废。空中的雨、雾会衰减卫星信号， 云是由小水滴形成的，它们会阻挡阳光，造成光线不足，阴天。四、地面无线传输 优点：1、损耗小，无中继传输距离可达50KM。L=4.12（H发+H收）。 2、覆盖面广，点对面全向覆盖，适合移动接收。 3、全部投资在机房，传输分配零成本，接收机由用户自备。 缺点：1、信号差：a、传输效率低，扩散损耗很大，需大功率发射机。 b、直线传播不能拐弯，遇障碍（高楼，大山等）会产生死角。损耗大出雪花，多径传输出重影。 c、易受多种干扰（电火花，无线电波，同频干扰）。2、频道少：共用自由空间，为避免同频干扰，必须限制频道数量。急需解决 ：信号拐弯，抗干扰，频道扩容。 五、差转传输。接力方式。（无线-微波-卫星） 1、发展过程：无线差转-收发频率不同，浪费频率资源。微波差转-中继站太多，影响信号质量。卫星差转-主流传输方式之一，一次中继，覆盖全国。 2、解决方法：a、走折线，避开障碍。b、频率错开，避开干扰。C、抛物面天线点对点收发，方向性强，频道容量大，节约能量。 3、卫星传输特点：距离远，36000公里，大气层1000公里左右，损耗（传输+扩散）200DB，接收功率极低。需大功率发射机，大口径天线，低噪声高频头，模拟调频，数字QPSK调制，以保证接收质量。微波波段基本无外界干扰，而且带宽充足，频道容量很大。 4、缺点：雨衰和日凌。六、波导传输：反射方式。 1、定义：用来传输高频电磁波的无缝金属导管，有圆形（圆波导）和方形（矩形波导）两种。 某些波状运动（如声波、光波等）借以传播的物质叫做这些波状运动的介质。也叫媒质。 2、特点：射频信号在封闭空间内的空气中做点对点无线传输，介质损耗极小，无扩散损耗，比自由空间损耗更小。 3、解决方法：a、信号在管内不断反射，沿波导管传输避开障碍。 b、金属管壁可隔离内外空间，屏蔽一切干扰。 c、不干扰外界信号，可用带宽极高。 4、带来问题：多模效应。波导直径必须与信号波长相近，（D10），管内壁要光滑无变形，否则会产生大量回波，模拟信号出现严重重影，数字信号出现严重误码。 有线电视频段：1CH波长6米，500MHZ波长0.6米，波导管太粗，成本太高，带宽窄，不实用。 微波波段：C波段波长7.5CM，Ku波段2.5CM，成本较低，可用于短距离传输（雷达馈管，卫星高频头馈源）。长途传输用微波天线，省掉波导管成本更低。 光波段：直径几微米，做这么细的空心金属管太难，成本太高，不实用。激光切割机用的波导管较粗，可承受大功率，只传能量不考虑多模效应。七、电缆传输。 有线方式。能传导电流的物体叫导体。1、同轴电缆结构：a、同轴电缆是平行电线的一种变形，借鉴波导管，将外导体变成圆筒形把内导体全封闭。直径最大在1英寸左右，再大会出现多模效应。b、内导体传输射频信号时损耗较大，必须全铜或铜包铝。c、介质支撑内导体，必须是介质损耗较小的固态绝缘体。 d、外导体隔离电缆内外信号，避免互相干扰。必须很厚才行，否则低频时屏蔽能力不足。 e、干线外护套为黑色聚乙烯，坚韧防外伤，抗紫外线防老化。入户线为白色聚氯乙烯，柔软便于施工、阻燃。 2、 解决方法：1、信号在金属中传输，可随导线任意拐弯。 2、同轴电缆用外导体屏蔽干扰。 3、屏蔽层将内导体与自由空间隔开，所以有线电视可以使用增补频道传输节目，实现频道扩容（5-1000M都能用，可用带宽较大，频道多。）。3、带来问题：1、线损随之大增，需大量放大器来弥补传输损耗。2、传输分配网投资巨大，维护困难。趋肤效应：交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。频率越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，导线变细，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以使用空心导线或铜包铝代替实心导线以节约成本。 4、电缆传输效率：以-9电缆为例、（电阻=电阻率*导线长度/导线截面积） 频率(MHZ) 百米衰减 效率 损耗 300米衰减 效率 损耗 50 -3db 50% 50% -9db 12.5% 87.5% 550 -10db 10% 90% -30db 0.1% 99.9% -9电缆无放大传输50公里，损耗为1500-5000db。由此可见，频率越高，电缆越长，等效电阻就越大，传输效率越低。随着科技发展，又出现了两种新技术（无线数字电视和光纤）八、无线数字电视 COFDM（编码正交频分复用）。 1、COFDM是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。对噪声和干扰有着很好的免疫力，绕射和穿透遮挡物是COFDM的技术核心。COFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。 2、原理：在8M带宽内同时发射1000个子载波，带宽和幅度相同，每个子载波传输一个数码。例如有1000个数码，第一个数码用第一个子载波发射，第二个数码用第二个子载波发射，以此类推，直到第1000个数码用第1000个子载波发射，然后再从头来过。接收端与发射端同步，先接收第一个子载波的信号，在接收第二个，一直到1000个，在从头来过。由于障碍物产生多径效应，接收端会先后收到直射播和反射波信号的。用第一个频点发射发射数码1时，会接收到一连串的数码1，但不论接收多少个数码1，接收端都只记做1个数码1。再用第二个频点发射第二个数码时，若数码是0，则发射端关机不发射，接收端收不到信号，则自动默认数码为0。然后是第三，第四直到第1000，在从头来过。3、解决方法：a、用多载波并行传输方式消除重影干扰，不怕障碍物。b、单向广播时数字电视纠错消除误码。双向通信时还可以绕过被干扰的频点。c、多套节目只要不同时使用同一个频点，就可以一起传输。大大提高了频道利用率。4、不足：频率带宽占用比较厉害，别的都比较不错5、跳频通信：军用电台采用跳频方式，数码序号与频点序号不再一一对应，即每个数码都伪随机选择一个频点来发射。如果不知道每个数码用哪个频点发射，就永远无法破译接收到信息。九、光纤传输技术（光波导）。1、光纤的诞生：由于波导管传光信号时要求管径太小，无法实现，人们就考虑用玻璃，塑料等等透明介质代替空气，做成实心波导管。可惜玻璃传输光信号时损耗太大（1000db/km），无法长距离使用。1966年，高锟博士从理论上证明了，只要石英玻璃足够纯，损耗就会非常小。在此理论指引下，人们不断提高sio2的纯度，将损耗一直降到0.18db/km。虽然高锟博士没有直接发明光纤，但他仍被尊称为光纤之父。-按制造光纤所使用的材料分，有石英系列、塑料包层石英纤芯、多组分玻璃纤维、全塑光纤等四种。光通信中主要用石英光纤，以后所说的光纤也主要是指石英光纤。2、光纤的结构（单模）：自内向外为纤芯、包层和涂覆层。纤芯由高度透明的材料制成， 是光波的主要传输通道（相当于波导管中的空气）；纤芯直径较细，通常在4m10m 范围内包层是有掺杂物的玻璃，直径125m（作用相当于波导管的管壁）。由于包层的折射率略小于纤芯，只要入射角足够小，激光就会在包层和纤芯的界面上发生全反射，使光一直在纤芯中沿折线前进。 涂覆层包括一次涂覆、缓冲层和二次涂覆，起保护光纤不受水汽的侵蚀相机械的擦伤， 同时又增加光纤的柔韧性， 起着延长光纤寿命的作用（相当于外护套）。3、解决方法： a、光信号在光纤中传输，可随光纤任意拐弯。 b、光纤包层可隔离内外空间，屏蔽外来干扰，防止信号泄露。 c 、光纤传输频带极宽， 可达200G，以后还会增加。4、优缺点：与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下： (1)传输频带极宽，通信容量很大； (2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远； (3)串扰小，信号传输质量高； (4)光纤抗电磁干扰，保密性好； (5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； (6)耐化学腐蚀； (7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。 光纤通信同时具有以下缺点： (1)光纤弯曲半径不宜过小，怕折； (2)光纤的切断和连接操作技术复杂； (3)分路、耦合麻烦。5、光纤无源器件： A、接头：熔接 0.010.05db，冷接0.1db，抗拉强度低。 活动接头0.25db，连接头+适配器+连接头。 FC（圆头）SC(方头)/APC（斜面）UPC（平面）PC(球面) B、光分路器：微光型，光纤型，光波导通路型。插入损耗=分光损耗（10lgk）+附加损耗 C、光衰减器。D、光