前端系统设备和设计.ppt

1 主要内容2 1前端类型及其组成2 2接收天线和接收设备2 3前端信号处理设备2 4自办节目设备2 5图文电视 第二章前端系统设备和设计 2 2 1 1邻频前端系统的组成2 1 2邻频前端系统的设计方案2 1 3邻频前端系统设计配置图2 1 4前端系统技术参数的设计 本节要点 2 1前端类型及其组成 3 任务 接收和提供多路电视节目信号及其他各种非电视信号 系统控制信号 电话语音信号 双向传输的数据信号 并将这些信号进行相应地处理混合成一路信号送给干线传输系统进行传输 主要设备 各种接收天线 各种接收机 解调器 各种信号处理器等 前端系统设计的好坏是整个有线电视系统设计的关键 4 前端的功能主要完成对信号源传送过来的信号的接受 加工 处理 组合 控制等过程 以满足整个系统正常运行的要求 从这个意义上说 前端是整个有线电视系统的心脏 传统的有线电视系统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 5 目前大多采用邻频传输系统 前端类型 6 2 1 1邻频前端系统的组成 1 邻频前端系统的组成两种类型 频道处理型 主要针对开路电视信号的接收与传输调制解调型 主要针对来自视频设备信号的接收与传输 7 频道处理型 图2 1频道处理型前端原理图 8 调制解调型 图2 2调制解调型前端原理图 调制解调型邻频前端系统中 在接收开路电视信号 U段 V段 时 通常也采用调制解调型的处理方式 即将接收到的开路电视信号送入解调器 解调出A V信号 之后再进行中频调制及上变频 将它们变换到邻频系统的任一频道上 9 两种类型的优缺点频道处理型前端成本低 但信号质量稍差 一般适合小型系统采用 调制解调型前端成本高 信号质量好 一般适合大型系统采用 所有上变频输出的信号都要经过混和器传输后方可送入传输网络进行传输 10 2 邻频传输系统的特点 1 前端设备中普遍采取中频处理 A V可调及幅频稳定技术 信号邻频配置并启用增补频道 使干扰大为减少 系统稳定性及可靠性大为提高 频道容量大为增加 对750MHz的邻频系统来说可多达80个频道 2 在系统传输方式方面可实现双向传输功能 上行传输到前端的数据 信号等 目前国标最新标准规定为5 65MHz 可延伸到87MHz 下行信号主要安排在110 1000MHz的频段上 11 3 在传输干线系统方面采用集成模块技术及具有自动电平控制 ALC 自动增益控制 AGC 自动斜率控制 ASC 自动温度补偿 ATC 等功能的干线放大器 在干放中加入反向模块即可实现双向传输 配以较粗口径的同轴电缆 可使传输干线的最远距离达10Km 而且保持良好的图像和声音质量 若采用光缆传输系统 无中继传输距离可达35 50Km 4 电视机方面 要求电视机本振漂移小 选择性好 且具有邻频接收功能 12 当网络较长时 由于电缆的温度特性影响 用户端的信号电平将会有较大的变化 这是不容许的 为此必须要采用具AGC控制的放大器 这类放大器是将工作频带内 靠近中间点的频道载波作为参考导频 来控制放大器的增益 从而稳定放大器的输出电平 但是从电缆的温度特性可知 当温度变化时不只是信号的电平会发生变化 信号的斜率也会发生变化 为此引入了自动斜率控制 ASC 通常将既有AGC功能又具有ASC功能的称为自动电平控制 ALC ALC常采用如下两种方式 放大器对电平的波动控制方式有 13 a 用检温器 如使用热敏电阻或热敏半导体等温感原件取出温度变化量来控制放大器的斜率和增益 b 采用两个频率的导频信号 一个作AGC控制 令一个作ASC控制 通常用低导频作ASC 可采用我国标准频道1或3的载频 用高导频信号作AGC 可选标准频道42频的载频 这样使高端电平牢牢钳位不变 ASC以此作为参考电平通过其控制使低导频点与高导频点的相对电平保持在最佳值 第一种方法控制精度不高 但电路简单 第二种方法控制精度很高 但电路较复杂 通常高档的放大器均用第二种方法 14 3 邻频前端系统的技术要求在邻频前端中 为了避免个频道之间相互干扰 一般每个频道都用一套独立的接收和调制设备 各频道之间设有共用的有源设备 这样可以避免产生非线性失真 各频道较容易实现高电平输出 弥补了无源混和器的高插入损耗 使前端输出电平的调整较为方便 确保整个有线电视系统的质量 对邻频前端系统的技术要求是 15 1 边带特性 为保证邻频系统中各频道之间互不干扰 要求邻频前端输出信号在 1 25MHz和 6 75MHz的边带抑制比大于 50dB 否则难以保证邻频传输系统的质量 2 带外抑制比 为了防止某频道寄生产物对其它频道产生干扰 要求前端设备通过调制器和频道处理器对信号进行中频处理 使其输出的该频道载波电平与寄生信号电平比值应达到60dB以上 所以 在邻频前端中 要求使用严格的残留边带滤波器 使其具有很高的选择性 保证每个频道频谱的纯净 避免对其他频道产生干扰 16 3 载波频率稳定度 在邻频传输系统中 邻频输出有图像和伴音两个载波 要求这两个载波的频差应严格保持在6 5MHz 其绝对频率偏差不能超过20kHz 图像载波和伴音载波振荡器应采用石英晶体振荡器 并利用锁相环技术稳定两个载波频率 否则会因频率飘移产生图像失真和伴音失真 4 伴音 图像载波功率比 A V 可调 由于邻频传输时 两个频道之间的伴音载频与图像载频只相距1 5MHz 所以伴音载波功率与图像载波功率之比 不仅对本频道有影响 同时对相邻频道的图像也有影响A V过大会在电视屏幕上出现网纹干扰 因此 要求系统中所有频道的A V必须可调 一般A V可在 23 17dB之间调整 另外 在系统中所有频道的A V还应尽量调整一致 否则 将会出现电视机更换频道时 各频道声音大小不一致 17 5 前端设备输出电平的稳定性 在邻频传输系统中为了防止高电平频道对低电平频道的干扰 各频道信号的电平差越小越好 一般规定相邻频道之间的输出信号电平差应该在 1 5dB内 同时要求在系统内的任何频道幅度变化不大于2dB 以免造成图像清晰度下降 镶边和轮廓不清等现象 6 要有宽频带高隔离度的混和器 由于邻频传输系统的电视频道多 故混和器的频道要宽 其隔离度为 30dB 插入损耗为 20 15dB 反射损耗应优于16dB 传输特性要平坦 对邻频传输系统的技术要求还包括载噪比 载波互调比及回波值等参数 邻频传输技术的关键是前端系统 因此 在设计系统时 对前端系统提出的技术要求越高 系统性能越好 18 2 1 2邻频前端系统的设计方案 前端系统的设计要考虑各方面的综合因素 既要考虑目前的传输要求 又要给未来的发展留有余地 设计时通常按以下步骤进行 1 了解服务区基本情况 确定前端位置前端位置的确定一般从以下几方面考虑 1 本地前端最好位于服务区的中心 2 电视接收天线应安装在场强大 干扰小 反射弱的地区 3 卫星接收天线应选在视野比较开阔 且干扰较少的地方 要尽量低架 以避开当地微波传输链路的干扰 4 前端位置的设置还应综合考虑供电 避雷等因素 对于供电 有条件的地区尽可能采用具有双路供电系统条件的地点 或备用发电机设备 同时要避开落雷区 19 2 根据用户要求 确定前端功能要确定基本的功能和前期的功能 同时要为后期的功能扩展留有接口 需注意的事项有 系统的传输信号系统是否双向传输系统是否具有自动管理功能是否采用光缆传输是否采用MMDS传输 20 3 确定邻频系统带宽 合理安排电视频道在选择有线电视频道时应注意以下几点 1 应避开当地强信号电视台的频道和调频广播的频段 避免重影和同频干扰 2 应避开当地无线电通信的干扰 如无线寻呼系统 集群电话系统等 这些信号的频率正好落在Z 1 Z 2或DS 6频道内 3 可优先考虑采用标准频道和多数电调谐彩色电视机能收到的Z 3 Z 8和Z 35 Z 37等频道 以减轻用户购买机上变换器的经济负担 4 优先考虑使用频率较低的频道 同时 考虑到双向传输功能及今后的增值业务 在选择频道时 应避开DS 1 DS 5及Z 1 Z 2等频道 因为交调干扰 复合三次差拍比失真在高频端比较严重 21 4 根据用户要求 选择最佳信号源5 前端设备的选择 应尽量采用性能优良的广播级设备 V段和U段接收 应采用单频道接收 对场强弱的频道应加装低噪声天线放大器 对调制器的选择 应尽量考虑选用固定频道调制器 一般不提倡使用捷变型调制器 因其噪声会影响其他调制器 对混和器的选择 其插入损耗应尽量小 相互隔离性应尽可能高 22 2 1 3邻频前端系统设计配置图框图见书本P38 包括 信号源部分 各种接收天线 接收机 自办节目源等 信号处理部分 调制器 解调器 混和器 分配器 到频信号发生器等 双向传输功能及系统自动管理功能设备等 6 绘制邻频前端系统配置图 23 2 1 4前端系统技术参数的设计 前端系统技术参数 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 q 1 则前端的载噪比指标是 C N 1dB 43 10lgq dB 如在小系统中 选择q 50 则 C N 1dB 46dB 在特大系统中 选择q 10 则 C N 1dB 53dB 24 2 非线性失真指标一般 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 1dB 54 20lg10 74dB C CSO 1dB 54 15lg10 69dB另外 在前端中由于采用单频道处理方式 其频道内的三阶互调必定存在 它是衡量前端设备性能好坏的一项重要指标 国家标准规定 单频道载波互调比IM内 dB 54dB 此项指标全部分配给前端 25 3 回波值E国标规定 回波值E 7 由于反射波受到的放大器单方向性的限制 它不可能反向通过放大器而只局限于一定范围内 要求整个CATV系统中各个部分的回波值均应控制在7 之内 4 微分增益失真 DG失真 微分相位失真 DP失真 这两项指标主要针对调制器 解调器和视频处理电路 其次是频道型部件 而在宽带传输和分配系统中几无损失 所以 系统的这两项指标可以考虑全部分配给前端 26 5 色 亮度时延差该指标主要是由系统内部部件或设备的群时延造成的 群时延是相位频率特性的斜率 在CATV系统中 它主要产生于前端窄带滤波器频率特性的畸变 因此 这项指标也全部分配给前端 国标规定 色 亮度时延差 ns 100 6 频道内幅频特性这项指标一般用不平度来衡量 频道内幅频特性的好坏主要决定于频道滤波器质量的优劣 一般与宽带设备无关 因此 这项指标也理所当然地全部分配给前端 国标规定 电视广播任何频道内幅度变化不能大于 2dB 在任何0 5MHz频带内 幅度变化不大于0 5dB 27 以上最重要的是载噪比或信噪比的计算 对射频信号计算得到的是载噪比 对V A信号计算得到的是信噪比 将信噪比换算为载噪比 以载噪比较小的那个通道载噪比作为前端输出口的载噪比 1 天线输出电平的估算2 射频通道载噪比3 多频道混合后前端输出口载噪比4 前端输出电平的确定5 干扰和重影 28 1 天线输出电平的估算 U 天线输出端到前端处的电平 dB E 接收点的场强 dB G 天线的绝对增益 dB 信号的波长 m La 接收天线至前端间的电缆衰减量 dB 注意 天线的输出电平不等于场强加增益 通常接收天线采用多单元引向天线 增益在9 15 dB 之间 29 2 射频通道载噪比 Ui 有源设备的输入电平 dB F 有源设备的噪声系数2 4 常数 频道数量较少时的取值 频道数量多时取2 5 30 3 多频道混合后前端输出口载噪比 31 4 前端输出电