有线电视的前端系统

第三章有线电视前端系统第一节前端作用、分类与功效

第二节前端类型及其组成形式

第三节惯用邻频模拟前端设备

第四节前端指标计算有线电视的前端系统第1页有线电视系统是由信号源、前端、干线传输、用户分配四个部分组成。一、前端作用前端是在信号源与干线传输之间，是整个有线电视系统信号处理中心（关键）。其主要作用是未来自信号源输出各类信号（音频、视频和射频信号等）进行加工处理，使其满足邻频传输要求，并转换为射频电视信号，最终混合成一路信号输出至干线传输系统，然后经过干线传输系统(同轴电缆、光缆或微波)和分配网络送至用户端。第一节前端作用、分类与功效有线电视的前端系统第2页二、前端分类及功效１、按处理信号种类：模拟前端、数字前端、数据前端。我们主要讨论学习模拟前端，模拟前端主要功效：调制、解调、频率变换、放大、电平控制与调整、混合等２、按频道配置和信号处理：隔频前端、邻频前端。为了节约频道资源，现在有线电视系统已全部采取邻频道传输方式，也就是频道相邻配置传输方式。有线电视的前端系统第3页邻频道传输对前端特殊要求：（１）邻频抑制度≥６０dB（信号输入端）（２）带外抑制度≥６０dB（信号输出端）（３）V/A比可调：１７+３dB（４）载波频率稳定度：+２０KZ（５）陷波处理单频道中图像载波、声音载波和彩色副载波互调产物对邻频道干扰必须陷波处理有线电视的前端系统第4页第二节前端类型及其组成形式

前端在有线电视系统中处于关键地位，对于系统指标影响最大。其性能好坏直接影响整个系统最终收视效果。将电视调制器、频道处理器、频道放大器和多路混合器等设备以及供电电源全部安装在一个机箱(19英寸标准机箱，我国流行结构)内，就组成了前端。依据组成、用途和功效，前端可分为直接混合型前端、多频段处理型前端、邻频前端和智能前端等各种类型。当前大中型模拟有线电视系统采取是邻频前端。有线电视的前端系统第5页直接混合型前端（隔频系统）

直接混合型前端是指将天线接收到电视信号(指射频信号，视频、音频信号除外)不进行频率变换，而直接用馈线送入混合器。若有频道信号太弱或太强，能够加天线放大器或衰减器，使信号到达适当电平后再送入混合器。信号源若包含视频、音频信号(如卫星电视、自办节目等)，则需增加卫星电视接收机和电视调制器等设备。混合器输出端还应加有宽带放大器。这种前端结构简单，便于安装调试和维修，传输频道较少，用于要求不高小型非邻频传输系统。如图有线电视的前端系统第6页有线电视的前端系统第7页二.多频段处理型前端（隔频系统）多频段处理型前端也是一个只适合用于小型非邻频传输系统前端类型。这种前端以多频段放大器为关键，按VHFⅠ、VHFⅢ、UHF和FM四个频段分别进行简单处理，分频段放大，最终混合成一路输出。能够传输信号源有空间开路电视、卫星电视、调频广播和自办节目等。这种前端性能优于前面介绍直接混合型前端。如图有线电视的前端系统第8页邻频前端（邻频系统）邻频前端传输频道数目多，信号质量好，采取了符合邻频传输技术要求信号处理方法（在中频上进行邻频处理），适合用于大中型有线电视系统。它包含频道处理器、中频处理方式电视调制器（进行邻频处理）、频道放大器、立体声调频器、混合器和导频信号发生器等设备，经典邻频前端组成如图空间开路电视信号(VHF、UHF射频信号)由天线接收，经带通滤波器滤除干扰，天线放大器放大，使信号到达适当电平后，送入频道处理器转换成设定频道，然后送入多路混合器。开路电视信号也能够由天线接收后，先送入电视解调器变为视频、音频信号，再送入电视调制器转换为某一频道(VHF、UHF或增补频道)电视信号，这种处理方法即使成本较高，但视频和音频信号便于控制、处理和监视，效果很好，在今后前端中将会大量采取。总体组成：广义解调+统一邻频调制有线电视的前端系统第9页有线电视的前端系统第10页卫星电视节目经天线接收后，先由卫星电视接收机转换成视频、音频信号，再送入电视调制器调制到某一电视频道上，然后送入多路混合器。自办节目设备(如摄像机、录像机和激光唱机等)输出视频、音频信号也送入电视调制器，转换成某一频道电视信号，然后送入多路混合器。导频信号发生器作用是产生用于电缆干线放大器自动电平和自动斜率控制基准信号。有线电视的前端系统第11页四、综合智能前端当代有线电视网络基本组成模拟电视、数字电视、数据信号有线电视的前端系统第12页第三节惯用邻频模拟前端设备前端是整个系统中枢，它主要包含电视调制器、频道处理器、解调器、频道放大器、导频信号发生器以及多路混合器等设备，可依据不一样要求将它们组合在前端机柜里。一、电视调制器１、作用电视调制器作用是将视频信号和音频信号转换成射频电视信号。调制器输入视频和音频信号，通常来自摄像机、录像机、激光唱机、DVD机等自办节目设备，也可来自解调器、卫星电视接收机和微波接收机解调出来视频和音频信号。调制器输出射频电视信号通常送至多路混合器。如图有线电视的前端系统第13页２、组成与工作原理有线电视的前端系统第14页调制方式不一样，电视调制器可分为直接调制和中频调制两大类。直接调制方式是将视频和音频信号直接调制到所传输频道载波上，普通用于电气性能要求不高非邻频传输系统；而在邻频传输系统中，前端所用高、中等调制器，通常采取中频调制方式。所谓中频调制方式（邻频调制器），是将视频信号调制成频率为38MHz调幅图像中频信号，将音频信号调制成频率为31.5MHz调频伴音中频信号，然后对中频信号进行各种处理（邻频处理），使其满足邻频传输要求，最终经过上变频器，将中频信号变换为VHF、UHF或增补频段任一频道射频电视信号。即视频和音频信号进行中频调制、中频处理、上变频为射频信号过程。中频调制方式调制器基本组成如图所表示。有线电视的前端系统第15页３、中频调制方式调制器特点和主要技术参数包含：（1）视频输入信号幅度和极性要求视频输入信号幅度为1VP-P，即视频信号最大亮度电平与同时头电平之差为1V，正极性。（2）音频输入信号幅度要求为0dBmW，即1mW。按输入阻抗600Ω计算，为0.775V。（3）调制度调制度表示输出信号中有用信号功率所占百分比，要求不低于87.5%。（4）频率准确度和频率稳定度频率准确度是在基准温度(+20℃)下器件输出信号载频与标称频率之差，频率稳定度是输出信号频率因为外界原因(温度、电压等)影响引发偏移与标准条件下频率之差。要求VHF频段，频率准确度≤5kHz，频率稳定度≤20kHz。（5）图像、伴音载频间距要求为6500±5kHz。（6）图像、伴音带内平坦度图像电平带内平坦度要求为±1dB，伴音电平带内平坦度要求为±1.5dB(40Hz～10kHz)。有线电视的前端系统第16页（7）图像、伴音功率比通常在10～20dB之间连续可调。（8）带外寄生输出抑制为了防止任何一个频道杂散输出对其它频道(包含相邻频道)干扰，要求杂散输出电平比本频道图像载频电平低60dB以上，即带外寄生输出抑制≥60dB。（9）信噪比视频信噪比≥45dB，音频信噪比≥50dB。（10）微分增益(DG)微分增益是视频信号中亮度信号由黑电平改变到白电平时，所引发彩色副载频增益改变，要求DG≤5%。（11）微分相位(DP)微分相位是视频信号中亮度信号由黑电平改变到白电平时，所引发彩色副载频相位改变，要求DP≤5o。（12）色/亮时延差色/亮时延差是指视频信号中色度信号与亮度信号之间时延差，要求≤45ns。（13）射频输出反射损耗要求≥12dB(VHF)，≥10dB(UHF)。（14）伴音失真度要求≤1%。（15）60个调制器射频输出混合后，载噪比应≥60dB。（16）输入输出阻抗要求输入输出阻抗都为75Ω。有线电视的前端系统第17页４、安装调试（１）伴音频偏调整（２）视频调制度调整（３）V/A图伴功率比调整（４）输出（电平）调整有线电视的前端系统第18页二.频道处理器１、作用频道处理器又称为电视信号处理器，其作用是将天线接收到VHF和UHF频段空间开路电视信号，经过各种处理并变换到VHF、UHF或增补频段中任一频道上，即射频—射频变换，输出端通常与多路混合器连接。实际上它是一个功效更全、性能更加好带中频处理频率变换器，普通用于大型复杂邻频有线电视系统。（不一样于隔频系统频率变换器）有线电视的前端系统第19页空间开路电视信号即使是射频信号，但不能将其直接引入有线电视系统，因为其不能满足邻频传输要求，比如：开路电视图像伴音功率比(V/A)为10dB，而邻频传输系统要求17～20dB；开路电视发射机邻频抑制大约为35dB，而邻频传输系统要求60dB以上；开路电视图像、伴音稳定度不高。所以，开路电视信号必须经过频道处理器处理，才能进入有线电视系统邻频系统中频道处理器都采取中频处理方式，由下变频器、中频处理器和上变频器组成。有线电视的前端系统第20页２、组成与工作原理有线电视的前端系统第21页频道处理器各组成部分作用和特点以下（1）下变频器即射频/中频(RF/IF)变换器，将开路电视信号变为中频电视信号，图像中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz。（2）中频处理器对中频电视信号进行处理，使其满足邻频传输要求。包含：图像、伴音分通道处理，V/A功率比可调；采取声表面波滤波器，使邻频抑制到达要求；含有自动增益控制电路，使图像和伴音电平保持稳定；采取晶体振荡器作为本振源，以提升频率变换精度。详细可参见本书第一章第四节。（3）上变频器即中频/射频(IF/RF)变换器，将中频电视信号变换到某一频道上，能够是VHF、UHF或增补频段。频道处理器主要技术参数与电视调制器大致相同，可相互参考，比如邻频道抑制、带外寄生输出抑制、图像伴音功率比和输入输出阻抗等。有线电视的前端系统第22页３、安装与调试（１）V/A图伴功率比调整（２）输出（电平）调整参数指标与调制器相同（略）有线电视的前端系统第23页三.电视解调器电视解调器作用是将输入射频电视信号解调为视频和音频信号，与电视调制器功效恰好相反。其输入信号大多为开路电视信号，输出视频、音频信号送至电视调制器，配合完成频道处理器功效。如图有线电视的前端系统第24页电视解调器基本组成如图

邻频系统使用电视解调器主要技术参数包含邻频抑制、信噪比、微分增益、微分相位、频率偏差、音频失真等。详细含义可参考电视调制器和频道处理器。有线电视的前端系统第25页

多路混合器多路混合器作用是将前端设备输出多路射频电视信号混合成一路，并使各路信号相互隔离，送至同一根电缆进行传输，到达频率复用目标。依据电路结构不一样，混合器可分为两类：一类是宽带传输线变压器式，另一类是滤波器式。1．宽带传输线变压器式混合器宽带传输线变压器式混合器由分支器和分配器组成。分支器和分配器频带能覆盖整个电视频段，所以混合器每一路输入都是宽带，不需要区分哪一个频道必须接入哪一个输入端，能够进行任意频道混合，多用于邻频系统前端。其基本组成如图有线电视的前端系统第26页宽带式混合器主要优点是有较大隔离和反射损耗，频道改变时无需调整，生产和使用都较为方便；缺点是插入损耗较大，且频道数越多损耗越大，为了赔偿插入损耗，可在无源混合器基础上加装宽带放大器，成为有源混合器。注意一点，宽带式混合器中分支器和分配器输入输出端要交换使用。有线电视的前端系统第27页2．滤波器式混合器依据频率范围，滤波器式混合器可分为频道混合器和频段混合器。频道混合器是将多个频道射频电视信号混合成一路输出；频段混合器是将多个频段射频电视信号混合成一路输出，比如VHF频段和UHF频段电视信号混合器。不论哪种类型，普通都由带通滤波器、高通滤波器和低通滤波器组成，其基本组成如图有线电视的前端系统第28页滤波器式混合器主要优点是插入损耗小，抗干扰性能较强。缺点是调试难度大，必须依据系统详细使用频道分别进行调试，频道如有改变必须重新调试，不适合批量生产；相邻频道隔离度较差，不能用于邻频系统。有线电视的前端系统第29页3．混合器主要技术参数包含插入损耗、相互隔离、带内平坦度、反射损耗、频率范围、输入路数等参数，详细含义以下：（1）插入损耗混合器输入功率与输出功率之比，通惯用dB表示。滤波器式混合器插入损耗普通为2dB～4dB，宽带式混合器插入损耗较大，且与混合频道数目相关，8个频道约为11dB，16个频道约为15dB。（2）相互隔离度衡量输入频道之间相互干扰程度指标。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。但实际中总有一定影响，在某一输入端加入一信号，该信号电平与其它输入端出现该信号电平之差，称为相互隔离度，用dB表示。普通要大于20dB，邻频系统最好大于30dB。（3）带内平坦度工作频带内幅频波动，用dB表示。滤波器式混合器要求为±1dB，宽带式混合器要求为±2dB。（4）反射损耗混合器工作频带内输入输出阻抗与要求75Ω匹配程度。普通要求大于12dB。

有线电视的前端系统第30页前端放大器放大器是前端不可缺乏设备之一。依据放大器放大频率范围，用于前端放大器可分为单频道、宽频带和多频段三种。单频道放大器简称为频道放大器，只放大一个频道电视信号，其工作频率按所放大详细频道而定。其输入、输出回路均采取带通滤波器，选择性好，抗干扰性能强，噪声系数也可做得较低。通常该放大器输出经混合器与其它频道信号混合后送入传输干线，要求有较高输出电平，普通为110～120dBμV左右，故放大器增益较高。频道放大器都有自动增益控制电路，输入电平可在70±10dBμV之间改变，而输出电平依然保持稳定。其电路组成如图有线电视的前端系统第31页有线电视的前端系统第32页宽频带放大器属于宽带放大器，有VHF、UHF频段和全频道之分，可放大频段内任一频道。多频段放大器也是宽带放大器，其主要特点是按频段输入、处理和放大，有FM、VHFⅠ、VHFⅢ和UHF等多个频段输入口实现多路混合，如图4-10所表示，多用于小型有线电视系统。有线电视的前端系统第33页立体声调频器立体声调频器作用是将立体声声源(如激光唱机、录音机等)调制到88～108MHz调频频段上，并送入多路混合器，是调频广播和电视兼容传输主要设备，如图有线电视的前端系统第34页导频信号发生器导频信号发生器是干线为同轴电缆大中型邻频有线电视系统所用设备，其作用是为干线传输系统提供实现自动增益控制（AGC）和自动斜率控制（ASC）作用基准信号，即导频信号。导频信号发生器是一个频率和幅度都很稳定正弦波发生器，其电路组成如图有线电视的前端系统第35页当有线电视系统采取同轴电缆作为干线传输时，伴随四季气温改变，会使同轴电缆衰减量产生改变。同时，因为干线可能长达几千米，电缆中传输电视信号衰减和幅频特征倾斜都要发生改变。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。对应电缆衰减量改变来控制放大器增益，它是自动电平控制一个方式。因为普通自动增益控制是以输出信号电平恒定为条件工作，在干线放大器中，因为所用信号不是恒定，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。采取了导频信号发生器，就能够将导频信号从前端同电视信号一起送入干线传输系统，经过干线放大器，并在干线放大器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征进行自动控制。当导频信号电平降低时，控制信号使放大器增益提升，反之使放大器增益降低，到达稳定输出电平目标。有线电视的前端系统第36页按我国《有线电视广播系统技术规范》中要求，可采取导频信号有三个：第一导频为65.75MHz或77.25MHz；第二导频为110.00MHz；第三导频为288.25MHz或296.25MHz，适合用于5~450MHz系统为440.25MHz或448.25MHz。普通第一导频和第三导频为双导频信号频率；第二导频为单导频信号频率。为了使自动电平控制和自动斜率控制同时进行工作，普通采取两种方式：1用单导频信号进行自动电平控制，再用减温器（如热敏电阻减温器）来控制斜率。2采取双导频信号，一个控制增益，另一个控制斜率。对于5km