基于HFC网的城市有线电视系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：封面（按教务处制定的标准封面格式制作）原创性声明中文摘要（300字左右）、关键词外文摘要、关键词目次页（附件不统一编入）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论参考文献致谢附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印图表应绘制于无格子的页面上软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序设计（论文）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日前言有线电视在我国已获得了极大发展和广泛应用，越来越多的用户通过有线电视系统收看众多高质量的电视节目。随着信息技术的迅猛发展，特别是有线电视全国联网步伐的加快、“村村通”工程的实施、有线电视“数字传输”的全面推广，以及有线电视网由单一的广播电视业务向广播电视、通信、计算机技术结合的综合业务网方面发展，有线电视将极大地改变人们的工作方式和生活方式。自90年代初我国城市有线电视发展至今，有线电视经营者已不在满足传统的广播电视业务，希望利用有线电视网宽带、高速的特点，开发新的增值业务，寻求更广阔的业务空间。为此各有线电视网为适应新的业务的开展，纷纷加速网络的升级建设。从同轴电缆网向光纤同轴混合网（HFC）发展，从单向传输向双向传输发展，从传统的广播电视业务向总和数字业务发展。HFC(Hybridfibercoax)光纤同轴电缆混合网，是采用光纤和有线电视网络传输数据的宽带接入技术。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需要完成电－光转换，进入用户区后要完成光－电转换。HFC既是一种灵活的接入系统同时也是一种优良的传输系统，HFC把电缆和光缆搭配起来，同时提供两种物理媒质所具有的优秀特性。HFC在向新兴宽带应用提供带宽需求的同时却比FTTC（光纤到路边）或者SDV（交换式数字视频）等解决方案便宜多了，HFC可同时支持模拟和数字传输，在大多数情况下，HFC可以同现有的设备和设施合并。HFC支持现有的、新兴的全部传输技术，其中包括ATM、帧中继、SONET和SMDS（交换式多兆位数据服务）。一旦HFC部署到位，它可以很方便地被运营商扩展以满足日益增长的服务需求以及支持新型服务。本设计就是根据有线电视技术规范，设计基于HFC网的城市有线电视系统，实现从城市中心的有线电视台前端，到规模最大距离最远的住宅小区的有线电视双向传输，以及解决系统防雷问题。目录前言第一章CATV双向HFC网1.1概述1.1.1光缆传输的特点1.1.2光缆网络结构和规划1.1.3光缆传输系统的组成及基本原理1.2双向HFC网优势及功能1.2.1CATV双向HFC网的优势分析1.2.2CATV双向HFC网的功能1.3双向HFC网发展现状第二章CATV系统总体方案2.1系统总体设计规划2.2工程技术方案第三章系统组成以及各器件的选型3.1系统组成3.1.1信号源部分3.1.2前端系统部分3.1.3干线传输系统部分3.1.4用户分配系统部分3.2各器件简介3.2.1接收天线3.2.2有线电视接收设备2.3前端信号处理设备3.2.4光缆干线传输系统设备3.2.5用户分配系统设备3.3各器件的选型第四章前端系统的设计4.1前端系统构成及配置图4.2前端系统技术参数的计算2.1天线输出电平的估算4.2.2前端载噪比的计算2.3前端输出电平第五章干线系统的设计5.1光纤干线设计5.1.1HFC光纤网络设计原则1.2系统设计基本方法与步骤5.2干线系统设计计算5.2.1光纤传输网络2.2光纤干线传输网络设计计算第六章用户分配网络的设计6.1小区平面分布6.2分配系统设计2.1器材选择6.2.2分配系统各点电平计算6.2.3分配系统技术指标计算第七章系统防雷设计7.1天线的接地7.2前端的接地7.3干线和分配系统的接地总结致谢主要参考文献附录第一章CATV双向HFC网1.1概述近年来，有线电视系统在我国及世界上发展迅速，系统规模也越来越大，有的要求一个城市联网，有的要求一个省实现联网，而目前正在实施的有线电视全国联网工程吧有线电视的发展推向了高潮。与此同时，有线电视节目套数也越来越多，一般系统都在20套以上，有的地区可达四五十套节目，个别地区甚至达到60套节目，这就要求有线电视的传输频带越来越宽，现在大多数城市已达到550MHz，有的地区已达到750MHz甚至更宽，而且对双向传输功能的需求也日益提高。我们知道，电缆对信号的衰减是与频率有关的，频率越高衰减量越大，传输的距离越远衰减量也越大。如某型号电缆在550MHz时的衰减量约为5.1dB/100m。如果要传输10km，总的衰减量约为510dB，则需级联20多台干线放大器，由于放大器本身的噪声和非线性失真的积累将彻底破坏信号的质量。因此，在实际应用中无法实现。而光缆的衰减量非常小，如1310nm波长的光缆其典型衰减值为0.35dB/km，1550nm波长的光缆其典型衰减值为0.2dB/km，传输10km其总的衰减量仅为2dB。另外，光缆传输还有一个最大的优点就是对所传输的信号几乎没有任何损伤。可见光缆传输是有线电视的一种理想的传输媒介。但是，由于光缆传输设备的成本太高，目前，一般用其实现干线传输。随着设备成本的降低、技术的不断进步及人们需求的增加，光缆传输到户也必将最终得以实现。1.1光缆传输的特点1.光缆传输的优点有线电视光缆传输之所以受到人们的重视，是因为其有不可替代的优点，主要表现在以下几个方面：损耗低，传输距离远光纤传输的损耗小，可延长有线电视信号的传输距离，对于1310nm波长的光缆其损耗为0.35dB/km，不加中继站，单程可传输30km；1550nm波长的光缆其损耗为0.2dB/km，不加中继站，单程可传输70km。另外，还有两个特点：一是全部有线电视传输频道内具有相同的损耗（频率特性好），不需加均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度变化。频段宽，传输容量大频段的宽窄代表了可以传输信息容量的大小，多模光纤带宽一般为1~10GHz，而单模光纤则可达到10GHz以上，由于信号频谱的相对带宽比较小，所以光纤传输的信号容量很大，从理论上讲，一对光纤可同时传输150万路电话或2000套电视节目。如果用光纤传输不同波长的激光，即波分复用（WDM）可容纳的频道就更多了。实现双向传输在多芯光缆中也非常容易，而且光纤传输速率也比电缆传输速率高。无噪声和干扰，传输质量好光纤传输没有电磁干扰，既不受外界电磁场干扰，也不产生电磁辐射。不受环境温度的影响，无噪声叠加，系统指标几乎不下降，非线性失真小，载噪比、交调比、互调比等指标都比较高，无需进行热补偿。中间没有放大及馈电环节，系统可靠性提高。尺寸小，重量轻，成本低因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4~10μm，连同包层也只有125μm，再加上二次被覆后直径也只有1~2nm，单芯光纤的直径一般都小于1mm，外面再加上防水层，加强筋、护套等组成光缆，具有4~48根芯线光纤组成的光缆，其直径不到13mm。光线的原材料来自石英玻璃（SiO），SiO资源丰富， 2 2成本低，不需要消耗大量的铜、铝等有色金属材料，对于大自然资源的整体开发利用有好处。SiO的比重小，因此重量轻，架设方便，经济，架设时可架空、可地埋、可沉入海敷设。其使用寿命长，无故障工作时间打50~70万个小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，其平均寿命也达25年，光纤系统的主要故障来自接头不清洁、连接不良、光纤断裂、裸露、变形等。抗干扰性能强，物理性质稳定因为光纤的基本成分是石英，它只导光，不导电，不产生电火花；光纤是绝缘体，无感应电压产生，不怕雷击；而且光纤中传输的信号不易泄露，不怕窃取信号，保密性好，光线之间不会出现串音现象，既便于保密，又能够确保信号传输质量。光缆传输的缺点光纤传输虽然具有上述种种优点，但仍存在一些需要努力克服的不足，主要表现在以下几个方面：传输成本高光缆传输所需要的光发射机和光接收机的成本目前还非常高，为了普及应用光缆传输，需要进一步降低光缆、光发射机和光接收机等光缆传输设备的成本。光纤接头处理工艺要求太高，专用设备价格昂贵光纤接头、接续工艺要求高且需要专用的光纤接续机，给施工带来一定困难，在调试过程中还需要价格昂贵的光功率计进行测量。虽然光缆传输存在成本高的缺点，但其传输信号的优点是任何有线、无线传输方式不可比拟的。所以，近年来被作为有线电视联网及干线传输的重要手段。1.2光缆网络结构和规划光缆的网络结构在有线电视系统中常用的网络结构有三种形式，即树形、星形、环形及他们的混合型。光缆有线电视传输应以星形和环形结构为主，星形适合与区域服务，环形适合于超干线联网。而传统的树形网络结构适用于电缆的分配系统，而不适宜信号的交换，不符合交互式的发展趋势。目前最流行的是星形FTF结构，这种光纤到节点（FTF）的结构具有以下优点：光分配一次到位，所用的光链路最少，光纤的熔接点少，光路的插入损耗小，光链路的多重反射小，因此，光链路的噪声小，非线性失真小，信号的传输质量高。系统的可靠性高，一部分线路发生故障不影响其他部分收看信号，线路的故障也容易盼别和排除。由于可以使用多芯光缆及采用环形自愈网，使得光缆传输系统的可靠性大大提高。对于双向传输网络，光缆传输将减小反响噪声的积累，提高回传信号的质量，尤其是在长距离回传时，电缆系统的噪声将是双向传输无法实现。星形网络结构的唯一不足时光缆的使用量较大，当光缆价格降低以后，这一不足也将不存在。另外，由于星形网络结构只将信号传输到光节点，而且没有传输到户，所以在光节点以下是靠电缆进行传输分配到户，即构成目前大多数光缆有线电视常用的传输方式HFC（光缆、电缆混合网）网。HFC网络结构与规划HFC网络结构HFC网络结构的构成随着光缆的使用比例、网络的结构及用户的分布等因素的多样化而变化。目前，国内的HFC网都是从前端到光节点之间采用光缆传输，在光节点到用户之间再用同轴电缆分配入户。一般把装有包括光接收机、上行光发射机等设备叫做光节点，它实际上是光－电、电－光的转换点，它具有双向传输功能，它与前端的光端机构成光纤双向传输链路，光节点和用户之间的分配网络仍用同轴电缆进行分配。在前端光发射机将有线电视的电信号转换成光信号并进行光功率放大，经由光分路器分成多路后分别送给光缆传送到各个光节点，在光节点由光接收机再将其放大变换成电信号输出给电缆分配网络进行分配到户。双向传输系统，在光节点处还有上行光发射机将上行信号反传给前端（通过另一根光纤），再由前端的光接收机将其接收并转换成电信号供前端处理。HFC网络规划（1）光节点布局按光纤到点的模型设计HFC网络时，首先是考虑光节点的布局，每一个为光节点划分一个服务区域。根据用户空间分布，可按每小区2000~5000户进行划分；对高层住宅，每2000户划分为一个光节点服务小区；对于连片规划的楼房，也可按2000户划分为一个光节点服务小区；对于较为分散的楼房及平房住宅，每1000户划分为一个服务小区。有时，把以光节点为中心，服务半径为1~2km的区域，划分为一个服务小区。（2）光缆路由的选择如何用光缆把前端和每个服务小区的光节点连接起来，也是光缆传输系统规划设计时需要认真研究的问题，它主要涉及光缆路由如何选择的问题，其基本原则是：①在规划整个光节点近似均匀分布的前提下，光缆路由应尽量短；在资金允许的情况下，对重要干线应考虑备用路由，以构成具有自愈能力的环形链路，确保信号畅通，提高系统的可靠性。②不管光缆是架空或地埋，都应选取安全系数大，容易施工的路由，应尽量避开河流、桥梁以及过往车辆较多的路口。③规划路由时应测算前端至各光节点的实际距离以作预购光缆的依据，这样可以减少野外光缆接头，方便施工。④通向不同目的地的光缆，应尽量在局部路段建同一路由，争取多杆共缆，以节约投资。⑤光缆路由的选择，还应考虑网络将来要升级改造的问题，能方便地增加光节点和缩小服务区的范围。光纤路由确定下来后，随之确定光纤长度，订购光缆时尚需增加5%~10%的裕量。1.1.3光缆传输系统的组成及基本原理双向光缆传输系统主要由光发射机（包括下行光发射机和上行光发射机）、光分路器、光缆、光接收机（包括下行光接收机和上行光接收机）、光中继站（具有双向传输功能）、光配线盒、光接续盒（熔接点）等组成。如图1－1。其基本原理是：经前端射频设备处理好的射频信号（有线电视射频信号）送入下行光发射机进行光－电转换，并进行光放大后输出，经由跳线（两端带连接头的光纤）馈送给光分路器，光分路器将其按照光节点数目进行相应的光分配输出，每一路输出的光信号经过尾纤（一段带连接头，另一端为光纤）送入相应的光配线盒与光缆进行熔接，熔接后的光缆对光信号进行干线传输。若光缆长度超过30km一般要进行光中继放大。光信号传输到光节点后，光缆首先进入光接续盒与尾纤进行熔接，光信号经过尾纤送入下行光接收，光接收机将光信号转换城射频电信号输出，完成下行光信号的传输。上行光信号的传输过程同下行光信号的传输过程相同。一般在有线电视系统内进行光缆传输很少需要加光中继站，光中继站通常只在国家超长干线（长距离）传输时才需要加。光分路器的作用是把光发射机输出的光信号分成强度（功率）不等的几路输出，把光强度大的一路传输到较远的光节点，光强度较弱的一路传输到较近的光节点，以便于使各个光节点的功率近似相等，便于选择相同的光接收机。1.2双向HFC网优势及功能1.2.1CATV双向HFC网的优势分析综合信息，是集语音、影视、宽带Internet互联网信息及各种多媒体功能信息为一体的总称。要把以上众多信息在一个网上实现双向交互传输，必然要求网络带宽足够。即我们称之为宽带网。现在电信网、计算机网、有线电视网的主干及支干线基本都采用光纤光缆技术，不存在宽带问题。限制带宽的瓶颈是在最后一公里，或者现在称最后几百米的接入网部分。1.传统的电信电话接入网，采用的是双绞线入户，线径仅有0.4mm，传输距离1~2km，采用ADSL、VDSL传输速率可达10Mps。电信称其为宽带网，以综合信息业务要求来讲，他们是一种典型的窄带网，它绝对不可能完成传输电视节目的任务。2.计算机网，是大家公认的一种宽带网。它的传输介质是五类线、超五类线、六类线。其线径不超过0.5mm，是多芯线的组合。它的传输速率可达到10Mps、100Mps、1000Mps，但随着传输带宽的增加，其传输距离越来越短。单级传输距离在低速率不足100M，最多接链4次。而高速率传输距离仅有十几米。这种特性决定了其LAN接入网的组网范围。它仅适用于集团用户内部网和用户集中的单楼栋。对于较为分散的用户，其建网成本大，维护维修费用也很高。它虽然有综合信息传输能力，但其没有广泛覆盖用户的优势。因此其既代替不了电话网，更代替不了有线电视网。3.CATV双向HFC接入网，使用的是75Ω阻抗的同轴电缆，导线直径在1~2.8mm，其物理带宽按光电标准规划为1000MHz。它不仅可传送模拟电视信号、调频广播信号，经QAM调制后，还可传送大量数字电视信号和各种数据业务信号、IP电话、internet互联网宽带接入，在双向HFC有线电视网中已有运行，还不影响电视节目、广播节目的传送。随着有线电视向全数字化推进，其同轴电缆的带宽资源可达到5Gbps。其传输距离可达2km左右，传输综合信息业务，完全可满足各种用户的覆盖任务。传统有线电视网以单向广播为主，虽然宽带资源丰富，但不开通双向也不能称为双向网。随着信息业务的发展，有线电视网要开展增值业务，必须进行双向改造。近几年来广电行业双向HFC网的升级改造和建设已全面开展，作为综合信息宽带网的优势越来越显出其强劲的竞争能力。按照广电部GY/Y106－1999标准，有线电视网的频率划分如下：5~65MHz，作为回传信道，按纯数据业务计算，其速率宽带可达到120Mps（QPSK调制）、或240Mps（16QAM调制），对用户而言，其回传带宽完全满足要求。66~87MHz，20MHz带宽的隔离带，为上下行双向通道安全运行提供了可靠保证。88~108MHz，作为调频广播下行信道，可传送100套以上调频广播节目。110~550MHz，是传送模拟电视信号的下行通道，可传送54套模拟电视节目。随着数字电视的不断推广，54个模拟信道可传送324套MPEG－2的数字电视节目。按64QAM调制，这一频段具有2.268Gbps的数据传输带宽。550~860MHz，310MHz的物理带宽，作为下行数据业务，有1.6Gbps的带宽。860~100MHz，140MHz的物理带宽留作备用带宽。以上是针对有线电视同轴电缆接入网的频率划分，充分说明了有线电视接入网的带宽特性。在这一点上，电话双绞线、计算机五类线都与其无法相比。这就是我们提出“三网融合，一线到户”，CATV双向HFC网络是最佳选择的根本依据。但当然社会发展到光纤到户阶段，带宽已不成为通信的障碍，“三网融合“已成为不必讨论的问题。1.2.2CATV双向HFC网的功能有线电视双向HFC网丰富的带宽资源，为其开展综合信息业务创造了有利条件，除了传统的有线电视节目，数字电视节目，调频广播节目，还可开展很多增值业务。Internet互联网宽带业务接入。这是目前双向HFC网最热门的一项增值业务。现在全国有很多网开展了这一业务。就有线电视双向网的带宽资源而言，上行信道可达240Mbps，下行信道给数据业务的就有1.6Gbps，比电信接入网的带宽高处几百倍。Internet网上的电子商务、资料查找、广告宣传、信息交流、个人信息、互动游戏、远程医疗、远程教育、影视节目点播、高速下载等等，所有业务都可开展，而且速度很快。IP电话业务、VoIP（VoiceoverIp）是架构在IP以太网上的一种通话业务。双向HFC网DOCSIS技术标准，开通了Internet宽带网的功能，同时也为IP电话业务建立了通道。IP电话业务占用带宽资源不到10Mbps，所以在有线电视双向HFC网上开通IP电话业务很容易。此外会议电视系统也可以在IP电话实施。音视质量要高于电信网络系统。数据广播业务，严格讲仍然是单向广播业务。但其仅占用一个8MHz通道就可完成股市行情、上网浏览、新闻广播、资料查询等功能，是投资小，用户喜欢，效益较好的项目。VOD点播业务。数字电视推广，双向HFC网的开通，克服了模拟频道带宽资源不够的问题，为开展VOD点播业务创造了条件，200多个数字电视信道可满足2000户小区的点播需求。智能小区建设业务。有线电视已成为人们生活不可缺少的一部分，智能小区的建设没有有线电视不行。而双向HFC有线电视网又可完成宽带接入、IP电话、VOD点播、安防监控等综合信息功能，依托双向有线电视网建设智能家具、智能园区，比综合布线方案节省投资还便于统一管理。它的业务范围，已超出了三网融合功能的内容，是三网以上功能的集中。双向HFC网络，为安防监控、企业管理，条件接收等功能的实施提供了可靠的信道资源。它不仅对双向HFC网的安全性，可靠性，服务质量提高创造了条件。而且还可以为公安、交警、银行、税务、企业集团、行业用户等集团用户提供办公自动化、电子商务、家庭办公、行政管理、业务宣传、行业互联等等高质量的音视频服务和数据资料传输服务。1.3双向HFC网发展现状有线电视网从90世纪90年代初进入大规模建设，以300MHz、450MHz、500MHz带宽设计，以单向广播电视为主，靠用户初装费集资建网。进入21世纪后，这些网大部分都已处于老化期，如网络不进行升级改造（实际是重建），不要说开展双向业务，就是单向广播业务也不能很好传送。网络仅有的一些收视维护费，因信号不好很难收取。为此个县市、地市广播局都积极的投入网络升级改造的建设中。而且这次改造都按GY/T106－1999标准进行，大部分为750MHz，也有按860MHz带宽建网，基本上都采用预留双向，有的直接建成了双向HFC网。络技术、产品的不断发展与进步，光纤、光缆及光收发传输设备产品大幅降价。4芯光缆的价格比－12、－9电缆还便宜，光接收机与较好的放大器同等价格。这为CATV双向HFC网络的建设创造了良好条件，大大节约了建网投资。双向HFC网的主干、支干全部都采用光传输系统，光节点覆盖用户范围从2000户降到500户，甚至200~300户。双向HFC网的建设已不像人们想象的那么困难。网络产品价格下调，可节省投资，但网络建设的资金仍然是建设着面临的一大难题。有线电视工作者采用增加节目，光缆改造、提高服务质量等符合国家政策的理由向用户收取部分升级改造费，双向HFC网的强大功能和良好的发展前景，为集资、贷款、引进社会资金创造了条件，这就基本上解决了双向HFC网的建设费用。仔细分析起来，双向HFC网的建设，比单向HFC网的投资大不了多少。750MHz的基础网必须建设，双向升级仅仅是一些设备器材的更换和增加。CATV双向网的强大功能及可开发各种增值业务的诱人前景，为广电行业建设双向HFC网增添了很大的决心和信心。这就是近几年来光电CATV双向HFC网建设能够顺利发展因，也是此设计选择双向HFC网的原因。第二章CATV系统总体方案在进行有线电视设计之前，应广泛地收集当前最新的有线电视技术资料，进行实地调研与考察，充分征求和咨询专家的意见和建议，并且要根据国家《有限个电视广播系统技术规范》，全面和反复进行方案论证。在此基础上制定出高质量的总体规划和工程技术方案，做好这一工作，是建设高质量有线电视系统的关键。2.1系统总体设计规划做好系统总体规划，应注意以下几个方面的问题：系统功能是否传送电视、图文电视、广播等下行信号，是否传送数据信号或与计算机联网，是否付费收看，是否自动加、解扰及防盗接，单向或双向传输，是否通电话，是集中供电还是分散供电，是否有自动监视和测量、自动故障诊断及报警等功能。有些功能是近期实现的，而有些功能是远期实现的，在进行系统设计时应预先安排好功能接口，以方便未来的功能扩展。系统规模在考虑系统规模时，要了解服务区域的城乡现状、建设规划及居民户数分布情况，并向当地规划部门搜集带有未来发展规划的区域平面图，在此基础上确定近期用户终端数和远期用户终端数，近期工程覆盖区域和远期工程覆盖区域，估计最远用户的距离，制定出近期和远期的系统规模和规划，以指导整个系统的工程设计。节目规划和频道配置了解当地空间开路电视信号的强弱和质量，了解当地干扰源的频率、方向及其强弱，以便在节目频道规划时尽量避开，不要把那些远地电视台和信号弱的节目输入到有线电视系统中，卫星电视信号源质量一般都较好，可以多安排一些，自办节目占用频道的多少（套数）应根据人力和财力，量力而行。节目越是丰富多彩越能吸引更多的用户，但同时系统成本也相应增加。因此，在进行节目规划时，也应分期规划和远期规划。同时还应确定那一套节目占用哪一个频道，确定时应优先占用系统带宽的高、中、低频道，以后新加入的工作频道占用系统带宽中间的空余频道部分，这样可以减少以后的调试工作。系统网络结构在制定网络结构规划时，首先要勘查服务区的地形、地貌，了解当地建筑物的类型、街道、河流，调查可利用的供电点，可利用的电杆等，在此基础上，结合系统的规模、功能及频道配置规划，确定符合当地实际情况的网络结构。其内容有，确定网络的拓扑形式，如树形、星形、环形；确定传输媒介，如同轴射频电缆、光缆、微波及卫星传输，或采用混合网络，如HFC（电缆、光缆混合网）；确定系统的网络结构，既要着眼于当前的实际情况，又要考虑到长远的发展。工程建设规划由于有线电视系统工程非常复杂，工程建设的周期一般都较长，因此，在考虑工程建设规划时，要分期、分批、分片实施建设。在前期工作中一定要把前端和主干线搞好，前端设备和主干线设备力争一步到位。对干线电缆、光缆是架空或地下埋设要进行规划，如果架空安装，一般是借用已有的电力杆，这需要和当地电力部门协调。经实地勘察以后，规划好光缆、电缆干线路由，特别是各个光节点、分支点位置一定要选好，其分支点要预留足够的用户接口和功能接口。此外，主要街道和河流的跨越非常麻烦，应尽量绕道。工程预算搜集国内外主要厂家生产的设备说明书、价格表，了解其性能特性及性价比，确定提供设备的公司和厂家，一般同一公司的产品其性能一致性较好，相互匹配，且便于升级换代。根据系统规模、功能、节目套数和当时产品价格做一个比较准确的工程预算。对分期实施的工程，还应有分期工程预算和总体工程预算。2.2工程技术方案在制定出有线电视系统总体规划的基础上，根据总体规划的要求，制定出具体的工程技术实施方案，是做好有线电视系统技术设计的基础。工程技术方案应包括以下几项内容：1.了解当地自然条件当地气候条件了解当地全年最高气温、最低气温、最大风力、降雨、积雪情况及雷电发生的频度和危害性等情况，对制定适合当地自然条件的工程技术方案，保证有线电视系统安全可地工作至关重要。当地电磁波分布及干扰情况了解当地无线电视台、广播电台、移动通信台、微波通信台等各种无线电磁波的频率范围、功率大小及发射天线的方向性；同时，还应了解当地的工业干扰的时间及强度，以便确定有线电视频道配置，尽量避开干扰信号的频率。如天线以避免架设在汽车厂附近，还应避开雷达、微波、寻呼机、手机等通信设备的发射天线和高大建筑物。当地电力供应情况及电视机类型了解当地的电力供应情况，选择合适的供电方式，应注意当地市电电压幅度和频率是否稳定，是否经常停电，以便考虑系统是否需要配置UPS或自动发电机，有些偏远地区根本没有电力供应，则还应考虑是否用太阳能和风力发电，以及相应的发电功率。对用户电视机的类型也应了解，早期电视机性能较差，某些技术指标不适合收看有线电视信号。3）当地道路、建筑物和电力电杆的分布情况要制定出技术方案中的最佳路由，必须了解当地道路、建筑物和电力电杆的分布情况。一般应有当地的平面图、并经过实地勘察，选择最佳路由，降低成本，方便施工。2.确定系统模式、网络结构和传输方式在系统总体规划的指导下，结合当地的自然条件，确定以下内容：系统规模如规模大小、覆盖区域、系统功能及系统宽带（频道数）。建设一个有线电视系统，总希望它具有尽量多的用途，取得尽量高的效益。但系统规模的扩大，节目套数的增加及系统功能的增多，都需要经济条件的支持，从技术角度讲都不成问题，关键是看人们的实际需求和经济上的承受力。一般来说，所以有线电视系统首先应该具有传输电视节目的能力，在此基础上再考虑未来系统多功能的应用。这就要求在进行系统设计时，考虑建立双向传输系统，即可在设计时按双向系统设计。对系统宽带的确定，可按前端选择550MHz系统，而干线分配应选择750MHz，甚至1000MHz系统，这样，在未来升级时，都能满足要求。网络结构和传输方式一般应将网络结构和传输方式的选择结合起来，不同的传输方式适应于不同的网络结构。通常，电缆传输比较适合树形网，而光缆传输比较适合星形结构，超大型网络系统适合于环形网络结构；MMDS传输方式适合于山区等复杂地形地区。目前大型网络一般采用HFC网。3.设备器材的选择对有线电视系统的设备选择，需要掌握以下几条原则：符合国际国内标准。主要是指产品结构符合国际国内标准，产品的电气性能指标符合国际国内标准，产品接口参数符合国际国内标准，同时应该具有权威机构的测试鉴定证明，或国家广电总局的入网许可证。设备具有一定的先进性和通用性。应选用国际国内通用的先进设备和器材，选用实力雄厚的具有长期研制和大规模生产能力的公司产品，同一系统最好选用同一公司的产品，以利于升级换代。选用在国内各地设有技术服务中心和具有良好售后服务的产品。4.系统技术指标的设计与分配设计有线电视系统的依据是最新的国家标准。国家必须严格执行，通常系统设计时各项指标都应高于国家标准，使系统设计留有一定裕量，防止个别指标因环境变化而低于国家标准。通常将系统总体指标划分为三大部分进行，即前端系统、干线系统和用户分配系统。具体指标的分配系数应根据三大部分所具有的有源设备的多少来确定，一般前端分配的指标要高于干线指标，而干线指标要高于分配系统指标。只有这样，才会使整个系统在指标满足国家标准的同时，造价最低。采用光缆传输时，一般指标都能满足国家标准，因此，在HFC网络中通常只考虑电缆系统的指标。4.绘制设计图标系统原理图：①前端系统原理图。②干线系统原理图。③分配系统原理图。其他图表：①前端机房平面图。②干线路由图。③设备器材明细表。④施工技术说明。第三章系统组成以及各器件的选型3.1系统组成目前比较典型的有线电视系统主要由以下四个部分组成：信号源部分、前端系统部分、干线传输系统部分及用户分配系统部分。3.1.1信号源部分1.信号源简介有线电视系统的信号源分为两大类：一类是从空中收转的各种电视信号，它包括卫星电视信号，V段、U段电视信号，以及其他有线电台通过微波（或光缆）传送过来的电视信号；另一类是有线电视系统自办的电视节目。其主要设备包括卫星地面站，微波站，V段、U段接收天线，摄像机，录像机，电视转播车，播控设备及系统管理计算机等。为了接受无线电视台地面发射的广播电视节目，有线电视台需要安装较高质量的接收天线。通常，有线电视台在接受VFH频段的电视节目时采用单一频道的天线，同时，天线放大器也是单频道式的，可有效地避免其他频道信号的干扰；接受UFH频道的节目时，则采用频段天线，即由一副天线接收频率相差不大的几个频道的电视节目；对于空中场强较弱的频道，可在天线下面加装放大器，以实现高增益、高信噪比的接收。为了接收卫星转发的广播电视信号，有线电视台需安装口径3~6m的抛物面卫星接收天线及相应的馈源、高频头和卫星接收机等。一般说来，接收每一颗卫星的电视节目，需要一个抛物面天线和一个馈源，以及若干台卫星接收机。由于卫星转发的电视信号有模拟和数字两种，所以卫星接收机也分为模拟和数字两种。为了接收从其他有线电视台通过微波或光缆送来的电视节目，还要加装微波接收天线、微波接收机及光信号接收机。为了播出自办节目，还应有必要的播控设备，以及摄像机、录像机、广告编辑器、切换台、系统管理计算机等。本系统信号源本系统信号源主要有开路信号和卫星信号，其具体要求如下：开路信号8套要求用引向天线接收4、8、10、16、19、23、35、40频道，各个频道接收场强分别为E4=80dBμV、E8=60dBμV、E10=75dBμV、E16=86dBμV、E19=93dBμV、E23=90dBμV、E35=95dBμV、E40=98dBμV。卫星信号要求用2副卫星天线，分别接收亚太1号—A卫星（134ºE，C波段）8套节目（CCTV1、2、7、、10、11、12及地方台）和亚洲2号（100.5ºE，Ku波段）4套节目（地方台）。1.2前端系统部分前端系统是指在有线电视系统中用以处理通过天线收到的和自办的电视信号并使之适合信道传输的一系列设备。它位于信号源和干线传输系统之间，其作用是将信号源送来的多套电视信号进行必要的处理，然后将其混合成一路信号送到干线传输系统。其主要设备有接收机、调制器、频道放大器及变换器、导频信号发生器、混合器、解调器、制转器和时基校正器等。由于信号源和前端设备通常在一起，目前，在系统中将他们合称为前端系统。对于大型的有线电视系统，其前端可能不止一个，根据其作用可分为本地前端、远地前及中心前端。其中直接与本地用户分配网相连的前端称为本地前端；经过长距离地面传输或卫星线路把信号发送到本地的前端称为远地前端；设置与服务中心，其输入来自开路无线电视信号、卫星电视信号及其他可能信号源的前端称为中心前端。本系统有线电视台前端设在城市中心，分别用光缆向市区各个方向的用户传输电视信号。本有线电视传输系统前端设备包括接收机、解调器、调制器、混合器等。3.1.3干线传输系统部分干线传输系统的作用是传输系统信号，它主要由各种类型的干线放大器、干线电缆、干线光缆、光发射机、光接收机、多路微波分配系统和调频微波中继站等设备和器材组成。其任务是把前端输出的高频电视信号高质量地传输给用户分配网络，干线系统的传输方式主要有同轴电缆传输、光纤传输和微波传输，以及它们的混合传输。本有线电视传输系统主要是HFC网双向传输，所以干线传输系统部分主要有干线光缆、光发射机、光接收机、光分配器等。3.1.4用户分配系统部分系统是有线电视系统的最后部分，其用是把来自传输干线的信号分配给千家万户，它包括用户分配放大器、分配器、分支器、用户终端盒等设备和器件。分配放大器的功能是补偿支线中的信号损失，放大信号功率以及支持更多的用户。分配器和分支器是为了把信号分配给各条支路和各个用户的无源器件，要求其有较好的隔离和适当的输出电平。用户分配网一般采用较细的同轴电缆，以降低成本和便于施工。本HFC网双向传输系统用户分配网络也采用同轴电缆传输，系统中设备和器件也包括用户分配放大器、分配器、分支器、用户终端盒等。3.2各器件简介3.2.1接收天线有线电视系统常用的天线有VHF段、UHF段电视信号接收天线；C波段、KU波段卫星电视信号接收天线；微波电视信号接收天线三大类。分别以八木天线、抛物面天线和螺旋天线为代表。V段、U段接收天线VHF频段和UHF频段电视信号接收天线一般采用方向性强、增益高的引向天线，即八木天线。它由一个有源半波振子、一个反射器和几个引向器组成。根据引向器的个数不同，可以组成3单元、5单元、7单元等不同类型的八木天线。如下图所示，为5单元八木天线：图3－图3－1引向天线原理图V段、U段接收天线的选择有线电视系统是共用接收天线，其相对成本低，只要电视台原始信号质量好，一般情况下，通过适当选用天线都可以收到良好的接收效果。为保证天线的接收质量，选用天线时要注意其电气性能、机械强度和安全性等几个方面问题。电气性能的选择主要有天线频率范围的选择、天线增益的选择和天线方向性的选择。天线频率范围的选择：首先应使接收天线的工作频率包含要接受的电视信号频率。其次要看是选用宽频带天线，还是选用窄带天线。选用宽频带天线最显著的特点是能够减少天线数量，安装非常简单，大大降低了系统的造价和安装的工作量，但在宽频段范围内，很难做到其各项指标都一致，相对性能稍差，比较适合小型有线电视系统选用。选用单频道窄带天线，其频率范围比较窄，容易把各项指标做得更好，也容易调整，这样，接收几套节目就得选用几套天线，系统造价相应提高，比较适合大、中型系统选用。天线增益的选择：应根据当地的电磁场场强的大小来选择。若当地场强大于90dBμV，宜选用低增益天线；当地场强在70~80dBμV，宜选用中增益天线；场强低于70dBμV，宜选用高增益天线或天线阵。同时要保证接收地点有足够和良好的信噪比，要仔细了解接收地点周围环境，避开干扰源，一般接收地点场强应该大于46dBμV，信噪比要大于40dBμV。天线方向性的选择：天线的方向性即是天线的空间选择性。只要天线的主瓣足够尖锐，副瓣电平足够低，就可以克服来自任何方向的同频干扰。同频干扰问题是有线电视系统中遇到的一个比较棘手的问题，它可能产生于地形、地物（山、城市高大建筑）的反射，也可能来自其他同频电视台。适当地运用天线的方向性，可以在一定程度上避免这种干扰。一般把这种干扰抑制到相对于有用信号电平－30dB以下，在电视机的屏幕上才不致觉察到干扰。适当移动天线架设地点、高度，或者利用地形的遮挡，避开干扰源等都有利于改善接收质量，另外，还可以利用天线的极化特性，如采用与同频干扰信号相正交的极化方向，也会大大减弱干扰的影响。卫星电视接收天线卫星电视广播是由设置在赤道上空的地球同步卫星，先接收地面电视台上行站送出的电视信号（称为上行信号），再把它转发到地球上的指定区域（称为下行信号）的用户（地面站），从而实现电视信号的远距离传送。图3－2地球同步卫星位置示意图（1）卫星接收天线的结构和分类①卫星接收天线有抛物面天线、微带天线阵等形式，目前用的最多的是抛物面天线，如下图3－3所示。②抛物面天线是由初级辐射器（也称馈源）和抛物面反射器两部分组成，通常将馈源的相位的中心置于抛物面的焦点。卫星电视C波段和KU波段都普遍使用抛物面天线。③抛物面天线按结构可分为板状和网状结构；根据馈源的安装位置，可分为前馈式天线、后馈式天线和偏馈式天线。卫星电视发射的电磁波与地面广播电视发射的电磁波相比，同样口径的抛物面天线对前者的增益大得多；若想要使两者的天线增益相同，地面广播电视发射的电磁波由于频率较低，所需的抛物面口径要远远大于卫星接收天线的口径，工程上无法实现。（2）卫星接收天线的选择卫星天线的选择主要有三个方面：①天线安装地点的选择。需要考虑卫星的轨道位置、天线的地理位置、视野范围、电磁干扰、地质和气象情况等多种因素，要进行实地勘察和测试，进行综合分析。首先应计算接收设备所在地天线对卫星的方位角和仰角，计算时应充分考虑到国内外目前和今后卫星可能使用的轨道位置，根据计算结果，进行现场测量。通常，在北半球地区天线指向以正南为基准方向，要求在向东、向西各转向80。和仰角5。以上的范围内无高山、房屋、大树、电线杆、铁塔等障碍物，以满足接收点开阔空旷的要求。站址的选择应避免电磁干扰，尤其应注意周围是否存在地面微波站、微波通道、雷达站或同频干扰。一般要用微波干扰场强仪式进行测试，要求干扰信号比最小的接收信号低30dB以上，才能保证卫星地面接收系统的正常工作。图3－3前馈式抛物面天线结构图站址应尽量避开多雷区、强风口区，理想的地形是三面环山，南面为开阔场地；应重视接收天线的避雷措施，以保证安全可靠；天线的地质条件应稳定坚实，如架设在建筑物顶上，应尽可能选在承重梁部位，以保证天线指向的长期精确度；要了解场地的雨、雪、风、冰、气温和湿度等情况，还应方便设备的运输和维修。②天线口径的选择。应根据所接收卫星电视信号的波段、转发功率的大小及信噪比要求来确定接收天线的口径。由于C波段卫星电视转发器转发的功率较小，有线电视系统接收时需要使用3m左右的天线才能满意的接收卫星电视节目；KU波段转发的功率较强，天线口径可以小一些。在满足信噪比的条件下，口径大的天线由于半功率角小使其方向性强，而对卫星的定位要求较高。当因风或雨雪原因造成天线晃动时，就会偏离卫星方向，使信号明显变差。而口径小的天线，如3m天线的半功率角是6m天线的两倍，对卫星定位的要求就低一些。但也不是天线口径越小越好，天线太小时，输入信号载噪比达不到门限值，就不能正常接收卫星电视节目，图像画面上就会出现拖尾噪波点。配用不同噪声温度的高频头，对天线口径大小也有影响，比如采用25K高频头时，2.1m的天线就接近使用65K高频头时的3m天线的接收效果。从目前情况看，有线电视系统集体接收C波段卫星电视节目选用3~4.5m口径的天线较为合适，超过6m时，需要加卫星自动跟踪装置。家庭个体接受，只要不小于最小允许口径即可。③天线电气性能指标的选择。首先要确定选择前馈式天线或后馈式天线。由于低噪声场效应放大管可以直接连在馈源后面，因此克服了前馈式天线的馈线比后馈天线的馈线长，损耗大的缺点，使前馈式天线的噪声温度大大降低。目前所制造的前馈式天线仅比后馈天线增益低0.2dB左右，这对卫星电视信号接收质量的影响是很小的。后馈天线可以同时作为卫星通信地球站的天线，前馈式天线则不能。因此，今后有可能建立卫星通信地球站的的地区，为避免重复投资，应选用后馈天线，其余地区则应选用造价较低的前馈天线。对天线的工作频段、天线增益、天线效率及馈源极化方式的选择，都要根据实际需要加以确定，应根据国家标准规定的技术指标，综合分析，选择最合适的天线技术参数。表3.1和3.2所示分别为C波段和Ku波段天线的电性能指标。表3.1C波段3m天线技术指标技术参数优等一等合格天线增益/dB4039.739.3天线效率/%656055噪声温度/K283544驻波系数1.201.251.30天线旁瓣/dB－12表3.2C波段3m天线技术指标1.2570（V）33.63.51.2570（V）36.15.84.卫星电视接收系统的组成卫星电视接收系统主要由天线、高频头、馈线、功率分配器、卫星接收机等设备部件组成。如图3－4所示。天线卫星电视接收机制式功高 转换率频馈线分器或调头制器 配 器 图3－4卫星电视接收系统方框图卫星转发器发射的信号可能是C波段（4GHZ左右），也可能是KU波段（12GHZ）左右，这些信号进入地面卫星电视接收站的天馈系统，天馈系统将其转换成电信号送给高频头，高频头将电信号进行第一次下变频，C波段高频头将C波段下变频为0.95~1.45GHZ,KU波段高频头将KU波段也下变频为0.95~1.75GHZ和0.95~2.05GHZ,下变频后的信号称为第一中频信号。第一中频信号进过75Ω电缆送入功分器。在有线电视系统中，通常是一副天线对准一个卫星，而一个卫星往往要发射多套节目，需要功分器把一路信号分为多路信号，每一路信号再送入一个卫星接收机，卫星接收机再进行第二次变频，将第一中频信号下变频为第二中频信号，频率为510MHZ，再经过接收机中的中放和解调电路解调出电视的视频信号和音频信号，输出给CATV系统中的前端信号处理设备进行相应的处理。（1）卫星电视广播概述卫星电视广播的覆盖面积很大，从理论上讲，设置3颗间隔为120。的同步卫星便可覆盖全球。覆盖区是指再无干扰的情况下地球表面能达到所需接收质量的区域。转发器天线的波束指向地面，在其服务区内辐射并均匀覆盖，中心区与边远区场强的差异可以做到3~4dB.国际电信联盟卫星组织把全世界分为三个区域，第一区包括欧洲、非洲和前苏联的亚洲部分、蒙古及伊朗西部边界以西的亚洲部分；第二区包括南、北美洲；第三区包括亚洲的大部分国家和大洋洲。我国属于第三区。①星电视广播频段及容量1979年国际无线电管委会将卫星广播的频率分为6个频段，即L、S、C、KU、K、Q。亚洲地区主要使用C波段（3.7~4.2GHZ）和KU波段（11.7~12.2GHz、2.2~12.7GHz）。为了在有限的波段内传输更多的电视节目，同时考虑到充分利用各频段内的无线电频率而又防止相互干扰，通常把每个频段分成若干频道，相邻频道间隔为19.18MHz,按频率隔离和极化隔离的方式排列。②国卫星电视广播的发展我国卫星电视广播的发展速度非常迅速，截止到1999年10月，全国所有省（除台湾外）、自治区、直辖市的电视节目都上了卫星，到2001年能收看电视节目已有50多套，同时我国将会使用直播卫星的专用KU直播频段（11.7~12.2GHz）来进行卫星直播，最终按章120套数字电视节目结合相关广播、数据业务的规模进行卫星直播。截止到2001年我国主要收看的卫星又鑫诺一号、亚洲一号、亚洲二号、亚太1A和亚洲3S等卫星的电视节目。（2）高频头在卫星电视接收系统中的室外单元，连接着馈源的是高频头，它是一种灵敏度极高的高频放大、变频电路，又称为低噪声下变频器。其作用是对来自于馈源的微弱信号进行低噪声宽带放大、下变频到第一中频，第一中频经中频放大后输出给卫星接收机。高频头的内部电路组成如图3－5所示。中放平衡混频器镜频抑制滤波器低噪声放大同轴波导转换带通滤波器介质振荡器图3－5高频头（低噪声下变频器）方框图第一中频的频率范围是：C波段0.95~1.45GHz；KU波段0.95~1.75GHz和0.95~2.05GHz。在选择高频头时，一定要以接收卫星电视信号下行频率为依据。比如，要接收亚洲1号卫星电视节目，可选择3.7~4.2GHz的C波段普通高频头；而要接收亚洲2号上KU波段的电视节目，就需要选择数字式KU波段的高频头。高频头的输出阻抗为75Ω，用75Ω的同轴电缆作为馈线，将高频头输出的第一中频信号引入功分器或者卫星接收机。馈线长度应在30m以内，衰减不得超过12dB为宜。若因选址原因而使馈线长度超长时，应增加能补偿电缆损耗的卫星用线路放大器，亦称为天线放大器。其增益有10dB、15dB、20dB等品种可供选择。（3）功率分配器功率分配器简称功分器，它是将一路卫星电视第一中频输入的信号分成N路信号输出的装置，使一副地面卫星接收天线能同时带N台卫星电视接收机。其工作原理与传输线变压器构成的功率分配器的工作原理相同。它的工作频率应能覆盖第一中频频率范围，即与高频头的输出频率范围一致。主要技术指标参数有：工作频率范围、分配损耗、隔离度（要求在20dB以上）等。功分器分为有源功分器和无源功分器。无源功分器和有源功分器都要求又馈电功能，即过流型，以保证卫星电视接收机能向高频头供电。有源功分器实际上是无源功分器加上相同工作频段的放大器组成，其提供的增益用于补偿分配损耗，也同时向水平极化和垂直极化高频头供电。一般情况下，应选用无源功分器，因有源功分器会带来噪声，使信号的信噪比下降，尤其是再前端应特别引起注意。功分器按输出几路信号称为几功分器，一般有二、三、四、六和八功分器。其分配损耗分别为4dB、6dB、8dB、10dB和12dB等。（4）天线放大器天线放大器是用于天线上接收到的微弱信号的低噪声放大器。天线放大器大致可分为宽频道放大器和选频（单频道）放大器两类，应根据接收点的具体情况选用。通常当接收天线输出的电平信号低于60dBμV时，就要考虑使用天线放大器，以提高整个系统的载噪比。一般宽带放大器在相应波段（VL、VH、U段）内具有平坦的放大特性。这种放大器适用于在远距离发射台的边远地区使用，或作为补偿馈线衰减量的放大器。如果接受点在本地电视台的有效服务范围之内，而且本地发射台在接收点的场强足够强，则不宜使用这种宽带放大器，因为这时本地电视台的强信号也经天线放大器放大，易使后级放大器进入非线性区，从而引起交扰调制，此外，还会使对邻近频道的选择严重恶化，以致无法接收远距离电视信号。单频道天线放大器因具有谐调回路，能提高选择性，对抑制邻频干扰有明显的效果。接受远距离和超远距离电视信号时，一般都存在同频干扰和邻频干扰。因此，最好选用单频道天线放大器。如果本地电视台的信号很强，邻频道的远距离信号往往被它淹没，这时还可以在天线放大器的输入端加吸收回路来衰减本地电视台的信号，抑制它对远距离微弱信号的干扰。对天线放大器的要求是，动态范围要大，带内平坦，增益在5~25dB范围内可调，噪声低等。（5）衰减器当天线输出电平高于80dBV时，适当调节电平，使其保持在合适的范围内。3.2.2有线电视接收设备有线电视接收设备主要有开路电视接收和卫星电视接收设备。对开路电视信号的接收主要是用解调器，对卫星电视信号的接收用卫星电视接收机。1.解调器在有线电视系统中，解调器是用来接收本地开路电视信号（主要是V段和U段信号）的设备，其作用是将来自于V段或U段天线的电视射频信号解调为视频、音频信号输出给系统，它与调制器的工作过程恰好相反，如果与调制器配合使用，可以完成对信号的处理功能。解调器输入射频电视信号（VHF、UHF及增补频段），输入电平范围为60~90dBμV，输出的视频、音频信号幅度应满足调制器输入信号幅度电平的要求。高质量的解调器技术指标还应包括：邻频抑制、噪声系数、输入频率偏差、AGC类型和范围、镜像抑制、微分增益、微分相位、音频失真等。在双向传输的有线电视系统中，解调器还用来解调用户端反向传输回来的电视信号和数据信号。对反向传输回来的电视信号进行调解后，将其转换成音、视频信号，再调制到某一频道上送入系统以实现有线电视的“现场直播”；对反传回来的数据信号解调后送给前端系统控制计算机，以实现相应的数据控制功能，如系统的收费、自动加、解扰、视频点播等功能。总之，随着双向有线电视网的实现，解调器在其中的作用将越来越重要。2.卫星电视接收机卫星电视接收机可接收L、C、Ku等波段卫星电视信号。主要功能是将来自高频头（或功分器）的第一中频信号进行放大、变频（第二中频）和解调处理后输出音、视频信号或射频信号提供给系统进行信号处理。其组成框图如图3－6所示。GHz12GHz12限幅器鉴频AGC带通滤波器混频器II中放I混频器I本振I信号处理电路本振I图3－6直接混频12GHz接收机框图卫星电视接收机种类和功能较多，用户可根据具体的需要进行选择，但各种接收机的基本原理都相同。图3－6所示的方框图中，对12GHz频段的接收机，信号都要经过两次变频，第一中频除提供的增益外，主要是提高镜像抗拒比；第二中频则是提高邻近波道选择性和提高整体增益。为了充分利用发射机功率容量，卫星电视广播系统都采用调频制，故用鉴频器调解，直接混频式接收要求混频器噪声小，因此，一般都采用低噪声混频器。卫星电视接收机可接收L、C、Ku波段高频头输出的第一中频信号，并且是给高频头供电的电源。有单频段（C波段、Ku波段）接收机和兼容（C/Ku波段）接收机。接收机的输入电平范围为－45dBmV15dBmV，输出口有音频、视频输出接到前端的调制器，而一般都不用射频输出口，射频输出口一般为家用时选择。接收机内有＋15~＋24V的直流电源，通过接收机射频输入端输出，通过同轴电缆给高频头馈电。在选择卫星电视接收机时应注意下列问题：①电源电压：范围越宽越好，一般为150~260V（AC）。②极化控制：能够改变垂直和水平极化方式。③极轴控制：若选用自动控制极轴的天线，接收机需输出相应的直流电源到电动极轴，以驱动天线旋转并定位。④C/Ku波段兼容：能自动切换波段。⑤音、视频处理多样化：要求中频带宽、音频带宽可选择；PAL/NTSC可兼容并自动进行制式转换。⑥掉电记忆功能：防止接收机断电后原调谐频道丢失，要求接收机具有记忆功能。⑦禁收节目锁定功能：某些节目不宜收看，接收机应带节目锁定功能。⑧全频段自动扫描：接收新卫星节目时，可利用此功能将所有节目的频道找出来，并记录下来。3.2.3前端信号处理设备电视频道调制器电视频道调制器是有线电视系统中将视频信号、音频信号调制成电视射频信号的专用设备，是前端设备中使用数量最多的一种，它直接与摄像机、录像机、卫星接收机等配合使用。有线电视系统使用的调制器主要有两种，即中频调制器和广播级频道调制器。中频调制是先将视频信号和音频信号调制在38MHZ和31.5MHZ的图像和伴音中频上，经中频处理后再经过上变频器变换到输出频道上。这种调制器一般采用低电平调制方式的二极管平衡调制器，它具有调幅线性良好，微分增益和微分相位失真小，无用干扰分量少，频率响应好等优点，但由于低电平调制，其输出幅度掉，需要加多级放大才能达到要求。广播级频道调制器在目前的大、中型有线电视系统中大量使用，主要是因为目前生产的成本越来越低，设备的性能越来越好，其原理是利用频率相关技术及高、中频频率变换，输出频道可捷变，多数是采用高电平调制方式。另外，按功分可分为固定频道调制器和频道捷变型调制器。一般情况下，固定频道调制器的技术指标要优于捷变型调制器的技术指标。调制器的主要技术指标（1）视频指标①视频输入信号幅度：国标规定视频输入信号幅度为1V值（峰－峰值），p-p即视频信号的最大亮度电平与同步头电平之差为1V。②调制度：调制度表示输出已调波信号中有用信号功率（调制信号功率）站在波功率的比例。调制度的大小与调制方式有关，调制度越大，表示输出信号中有用信号所占比例越大，对信号的传输和解调越有利。国标规定调制器的调制度为87.5%。③带内平坦度：调制器信号带宽范围内的幅频特性变化量≤±1dB。④微分增益（DG）：微分增益是视频信号中亮度信号由黑电平变化到白电平时，所引起的彩色副载频的增益变化，国标规定DG≤5%。⑤微分相位（DP）：微分相位是视频信号中的亮度信号由黑电平变化到白电平时，所引起的彩色副载频的相位变化，国标规定DP≤5%。⑥色亮度时延差（）与色亮度时延失真：色亮度时延差是指在视频信号中，色度信号与亮度信号之间的时延差。国标规定≤45ns。由亮度信号与色度信号之间的时延差引起的失真，称为色亮度时延失真。⑦带内载噪比和带外载噪比：调制器产生的噪声是宽带的，它不只是影响本频道内载噪比，而且影响其他频道的调制器，其他频道调制器和这个频道调制器混合后，其他频道调制器的带外噪声要影响到本频道带内载噪比。混合的调制器数目越多，带外噪声与带内噪声叠加以后，使得调制器带内载噪比下降越多。多个调制器混合的带内载噪比叫做载噪比。载噪比越大越好，可以给干线部分留出更多的载噪比余量。固定频道调制器，当混合频道数N＞15时，带内射频载噪比为式中：式中：——单个调制器的载噪比。捷变型频道调制器，有N个频道混合时，其符合载噪比为目前，国内捷变型频道调制器带内载噪比可达到57dB左右，带外载噪比达到70dB左右。音频指标①音频输入信号幅度：国标规定为0dB，即1mW。按600Ω阻抗计算，为0.775V。②最大频偏：音频调频信号的最大频偏规定为±50kHz。③失真度：伴音失真度规定为≤1%。④带内平坦度：伴音带内平坦度为±1.5dB（40Hz~10kHz）。⑤信噪比：音频信噪比≥50dB。射频指标①图像、伴音载频间距：规定为6500kHz±5kHz。②图像/伴音功率比：要求在+10~+20dB间可调，一般为17dB。③频率准确度和频率稳定度：规定为VHF频段，频率准确度≤5kHz，频率稳定度≤20kHz。④输出电平稳定性：随着环境条件变化，调制器输出电平总会有所变化，对于大、中型系统输出电平变化在±5dB以下最好。⑤射频反射输出损耗：规定VHF频段≥12dB，UHF频段≥10dB。⑥带外寄生输出抑制：为了避免任何一个频道的杂散输出对其他频道的干扰，要求带外寄生输出抑制≥60dB。多路射频信号混合器多路射频信号混合器是将多路射频信号（不同频道）混合成一路复合信号设备。混合器的种类很多，从电路结构方面可分为两类：一类是滤波器式；另一类是宽带传输线变压器式。滤波器式混合器按输入信号的频率不同，可分为频道混合、频段混合、频道和频段混合三类。这种混合器实际上是由若干个带通滤波器并联而成，带通滤波的个数与要混合的频道数相同。传输线变压器式混合的每一路输入都是宽带的，不需要区分哪一个频道必须接入哪一路，多用于邻频前端的多路混合。它具有较大的隔离度和反射损耗，其缺点是插入损耗大。为了弥补插入损耗，某些邻频系统用的混合器内加装了放大器。实际上，在无源混合器基础上增加宽带放大器就成为有源混合器。混合器性能参数工作频率。根据不同需要，混合器的工作频率也不