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有線電視網的另一特點是有廣泛的市場和廣闊的發展前景。
目前世界範圍內已有大約1.5億個家庭訂購使用有線電視,並且在將來的10年內還會加倍。
有線電視在21世紀將成為重要的社會資訊媒介。
二.有線電視系統結構組成:
有線電視系統一般由三部分組成:
前端部分,幹線部分和分配部分。
前端部分提供有線電視信號源,前端設備主要有衛星接收設備,採編,錄放(接目製作)設備,調製器,混合器,光發射機等。
有線電視信號源可以有各種類型,物業有線電視輸出端是主要來源,根據需要,用戶如果有自辦節目,或者要接收上級有線電視臺以外的衛星電視都要設置衛星接收設備和調製器,如果當衛星接收的頻道與有線電臺播放的頻道有衝突的時候,應將衛星接收頻道加頻道轉換器,轉換到1~64頻道中某一空餘頻道,如果制式不同還必須加制式轉換器,最後與有線電視系統一起混合後傳向用戶電視系統。
幹線主要設備是光發射機,光中継,光接收機,幹線放大器,根據距離遠近,有線電視用戶總數不同,需要幹線提供的信號大小也不一樣,光發射機,光中継,光接收機,幹線放大器用來補償幹線上的傳輸損耗,把輸入的有線電視信號調整到合適的大小輸出。
分配系統部分的設備包括接入放大器,分支分配器及用戶盒。
分支分配器屬於無源器件,作用是將一路電視信號分成幾路信號輸出,相互組合直接接到終端用戶的電視面板上,使電視機端的輸入電平按規範要求應控制在64+-4dBmV之間。
在用戶終端相鄰頻道之間的信號電平差不應大於3dB,但鄰頻傳輸時,相鄰頻道的信號電平差不應大於2dB,我們將根據此標準採用不同規格的分支分配器。
但分配出的線路不能開路,不用時應接入75歐的負載電阻。
有線電視系統結構如下圖:
1.前端系統設備:
衛星電視接收系統、採編錄及播送設備、自動化管理及收費系統、調製器、混合器、前置放大器、光發射機、光分路器組成前端部分。
衛星電視接收系統是由:
拋物面天線、饋源、高頻頭、衛星接收機組成一套完整的衛星地面接收站。
1.1拋物面天線是把來自空中的衛星信號能量反射會聚成一點(焦點)。
1.2饋源是在拋物面天線的焦點處設置一個收集衛星信號的喇叭,稱為饋源,意思是饋送能量的源,要求將會聚到焦點的能量全部收集起來。
前饋式衛星接收天線基本上用大張角波紋饋源。
1.3高頻頭(LNB亦稱降頻器)是將饋源送來的衛星信號進行降頻和信號放大然後傳送至衛星接收機。
高頻頭的雜訊度數越低越好。
1.4衛星接收機是將高頻頭輸送來的衛星信號進行解調,解調出衛星電視圖像信號和伴音信號。
(家用衛星接收系統及進CATV系統的方框示意圖:
)
2.幹線同軸傳輸系統
2.1同軸電纜的特性:
同軸電纜是被廣泛應用的傳輸媒介。
儘管光纖光纜已越來越受到人們青睞,但由於目前光纜的分支分配技術難度大以及經濟上的原因,光纖光纜多用於長距離幹線上,分配網路仍以同軸電纜為主。
因引進物理發泡技術用於同軸電纜製造中,使同軸電纜的發展出現了嶄新局面,物理發泡同軸電纜在有線電視傳輸領域、移動通信系統、衛星通信以及國防重點專案等領域都已獲得較為廣泛的應用。
電纜分配系統用物理發泡PE(聚乙烯)絕緣同軸電纜應用於CATV系統和其他電子裝置中,它具有優良的高頻性能、衰減低、一致性好、彎曲半徑小、不易受潮、結構性能穩定、使用壽命長,而且發泡度高、節省材料。
2.1.1結構組成
電纜分配系統用物理發泡同軸電纜由內導體、絕緣、外導體和護層四個部分組成。
內導體
內導體要求有較好的電氣性能,一定的機械強度和柔軟性,常用的內導體是實心銅線,也可用銅包鋼線或銅包鋁線。
絕緣
絕緣材料和結構的選取應使電纜有盡可能低的傳輸損耗,足以保證內、外導體始終處於同軸位置,物理發泡PE絕緣是一種半空氣絕緣結構,是目前絕緣形式的最佳選擇。
外導體
外導體要求有良好的機械、物理及密封性能、常用結構有兩種:
a)鋁塑複合帶縱包加鍍錫銅線(或鋁鎂合金線)編織外導體。
b)鋁管外導體,這種結構遮罩性能、機械性能及密封防潮性能都較好。
護層
常用護套料有聚乙烯和聚氯乙烯、防止護套受到機械外力、潮氣、腐蝕、高低溫環境等因素影響。
2.1.2主要電氣性能
特性阻抗
電纜分配系統用同軸電纜首先要考慮的主要參數就是特性阻抗。
傳輸線匹配的條件是線路終端負載阻抗正好等於該傳輸線的特性阻抗,此時沒有能量的反射,因而有最高的傳輸效率。
在CATV系統中的標準特性阻抗為75Ω。
特性阻抗取決於電纜的結構尺寸和絕緣材料的介電常數。
衰減常數
衰減常數反映了電磁波能量沿電纜傳輸時的損耗大小,通常要求電纜有盡可能低的衰減常數。
衰減由內外導體的損耗與支撐該導體的絕緣材料的介質損耗之和構成,其中導體損耗占主要地位,尤以內導體的衰減最大,約占整個導體衰減的80%。
低頻端主要是導體衰減,隨著頻率提高,介質衰減也隨之增大,在高頻端的導體衰減和介質衰減約各占80%。
回波損耗
電纜製造過程中產生的結構尺寸偏差和材料變形,會使電纜的特性阻抗產生局部的不均勻,當電纜加上傳輸信號時,這些地方便會出現信號的反射。
回波損耗越大,反射係數越小,則表示電纜內部均勻性越好。
工作電容
電容是同軸電纜重要參數之一,當應用同軸電纜傳輸脈衝信號時,為減少波形畸變,要求電纜具有盡可能低的電容值。
遮罩性能
遮罩性能不良的系統,會破壞信號的正常傳輸,影響通信業務的正常進行,降低系統的傳輸品質。
電纜分配系統用同軸電纜遮罩性能的好壞,可以用遮罩係數、遮罩衰減來反映。
遮罩衰減越大,遮罩係數越小,表示電纜遮罩性能越好。
2.1.3電纜的傳輸特性在系統中的影響:
①、電纜對不同頻率的高頻信號有著不同的衰減量,單位長度(一般取100米)的電纜,在其上面傳輸的信號頻率越高,衰減就越大。
電纜的損耗大小隨頻率變化的這種特性我們稱為電纜的斜率特性,理想的電纜它的傳輸衰減量與傳送信號頻率的平方根成正比。
由於電纜存在這種斜率特性,為此在CATV系統中,要進行斜率補償或叫均衡處理。
下麵是幾種常用電纜的傳輸特性表:
通常我們都是以所傳送信號的最高工作頻率時電纜的衰減量來設計線路的。
這裏我們引入一個稱為電長度的概念,在CATV系統中,常用電纜在最高工作頻率下的損耗分貝數來表示電纜的長度我們稱之為電纜的電長度。
在網路中對電纜所產生的負斜率進行補償的器件是均衡器,其均衡量一般有兩種表示方式:
一種是直接標注高低頻參考點的損耗分貝差;
一種是標注電長度,這種標注法稱當量均衡值。
上面我們所論述的電纜斜率是線性的,是理想化的,如圖1中的黑線所示,而實際上電纜的斜率曲線呈弧形,是非線性的,如圖1中的紅線所示,這個弧型的頂點在400MHZ附近,也就是說在中間頻段電纜的損耗實際上要比理想衰減曲線值要小,至使線上路較長時形成整個通道內靠近中間頻段的電平發生凸起的現象。
②、電纜對高頻信號的衰減量與電纜的長度成正比。
2.1.4溫度特性在系統中的影響:
電纜的斜率和損耗還與環境的溫度有關。
我們用一個溫度係數參數來描述電纜的這種溫度特性。
一般電纜的溫度係數是0.2%/C0,即溫度增加一度,損耗將增加0.2%。
在我國的大部分地區,氣溫對電纜所造成的損耗變化量為±
5%,當電纜網較長時,電纜的溫度特性所造成的影響就不容忽視。
2.1.5阻抗特性在系統中的影響:
常用的CATV電纜其標稱特性阻抗均為75Ω,當電纜因受長期的自身重量、風壓負荷等作用使其機械特性變差時,電纜的特性阻抗將會發生變化,其結果使網路的反射損耗變小,嚴重時使圖像產生重影現象。
在網路的鋪設施工中,我們常對電纜的彎曲程度和綁紮工藝都有一定的要求,其目的就是防止因為施工不當造成電纜的機械性能變差,使電纜的特性阻抗變值,從而使網路的反射損耗指標變差。
2.2放大器的作用:
補償信號在傳輸過程因傳輸媒介引起的損耗(如同軸電纜、分支分配器、光纖等無源器件)
2.2.1放大器的增益
為了保證CTB的指標正常,必須要降低放大器的輸出電平,一般來說電平下降1db,CTB的指標可提升2db。
而放大器的輸入電平則是由C/N來決定的,這些指標都和網路中所用的放大器台數N有關。
把輸入電平和輸出電平及放大器台數N的關係畫成曲線,就形成一個V字形曲線圖,如圖2所示,圖中上下直線之差稱為放大器的極限增益。
從圖2可見,隨著台數N的增加,放大器的極限增益也將減少,即放大器的增益不能高於極限增益,否則將會不能滿足指標的要求。
對某一個N來講就有一個極限增益以之對應,因此,正確選擇放大器的增益是很重要的。
當兩種放大器的增益不同(如一個為35db,一個為27db)但其最大輸出電平和雜訊係數相等時,如某CATV系統使用增益為35db的放大器串接數為10個,那麼同樣一個系統,使用增益為27db的放大器,其串接數為則為13個。
在兩個系統的CTB相等下,那麼後者的C/N將得到改善,其改善值為:
35-27-20(lg13-lg10)=5.8db,如果在C/N相等的情況下,那麼CTB指標可改善5.8*2=11.6db。
從以上分析可見,採用低增益的放大器對一般系統特性的改善有一定作用。
那麼是不是放大器的增益越低越好呢?
回答是否定的。
當幹線放大器的增益降至8db以下時,C/N和CTB都將會變壞,因為此時串接的放大器數增多,CTB將由於20lgN的增加而變壞;
C/N也因為10lgN的增加而變差。
另外,如果增益低,對於同一輸出電平,在輸入端輸入的信號值要求變高,各級放大器也因此而容易產生非線性失真。
為此,當線路較長時,幹線放大器增益選取在27db左右較為合適。
2.2.2放大器的工作方式
在CATV網路中放大器的幅頻特性必須與電纜傳輸特性相關,為此,放大器主要有如下三種工作方式。
①、使幹線放大器的輸入信號電平與頻率無關(即輸入信號是平坦的),輸出信號電平補償電纜的衰減變化值,即輸出信號的正斜率(高低端輸出電平差為正值)剛好補償電纜所產生的負斜率(高低端輸出電平差為負值),該方式稱為輸出全傾斜方式。
如圖3a
②、使幹線放大器的輸出信號電平與頻率無關(即輸出信號是平坦的),放大器的增益補償電纜的衰減變化值(即放大器所產生的正斜率剛好補償電纜所產生的負斜率),該方式稱為平坦輸出方式。
如圖3b
③、介於上述兩者之間的方式,稱為半傾斜輸出方式。
如圖3c
工作於全傾斜方式的放大器出現在早期,這種放大器將整個傳輸頻率範圍分為高低兩個通道分別進行放大,高端通道增益比低端通道高,現在已經很少採用。
工作於平坦輸出方式的放大器是使用均衡與具有平坦特性的放大器組合在一起的,這種工作方式由於輸入到放大模組的信號是平坦的,所以對改善非線失真有好處,但要使用大均衡量的均衡器,所以多使用在450MHZ及以下的CATV系統。
現在的放大器由於其工作的最高頻率達750MHZ甚至860MHZ,所以無論是幹線放大器、延長放大器,基本上都採用半傾斜輸出方式。
這種放大器通常由兩塊以上的放大模組所組成,它內部設置了兩個均衡器,一個是輸入均衡器,它的作用是保證輸入到第一塊放大模組的信號是平坦的;
一個是級間均衡器,它使輸出信號產生我們所需要的斜率。
放大器工作方式的選擇並非是隨意的。
例如放大器在設計時確定為平坦輸出工作方式,如在實際應用中,該放大器不是置於平坦輸出狀態下工作,而是在半傾斜輸出方式下工作,這樣在調試時勢必通過加大放大器輸入端的均衡器的均衡量來達到半傾斜輸出方式,這將會導致低端信號的C/N嚴重劣化。
2.2.3放大器的增益控制功能
放大器對電平的波動控制方式有:
手動控制(MGC)、自動增益控制(AGC)、自動電平控制(ALC)、自動斜率控制(ASC)。
手動控制由手動控制增益及均衡所組成,控制單元可以是機械的也可以是電調的,這種控制方式的放大器多用在網路較短的網路上。
當網路較長時,由於電纜的溫度特性影響,用戶端的信號電平將會有較大的變化,這是不容許的,為此必須要採用具AGC控制的放大器,這類放大器是將工作頻帶內,靠近中間點的頻道載波作為參考導頻,來控制放大器的增益,從而穩定放大器的輸出電平。
但是從電纜的溫度特性可知,當溫度變化時不只是信號的電平會發生變化,信號的斜率也會發生變化,為此引入了自動斜率控制(ASC),通常將既有AGC功能又具有ASC功能的稱為自動電平控制(ALC),ALC常採用如下兩種方式:
①、用檢溫器,如使用熱敏電阻或熱敏半導體等溫感元件取出溫度的變化量來控制放大器的斜率和增益。
②、採用二個頻率的導頻信號,一個作AGC控制,而另一個作ASC控制。
通常用低導頻作ASC(可採用我國標準頻道1或3的載頻);
用高導頻信號作AGC(可選標準頻道42頻的載頻),這樣使高端電平牢牢鉗位不變,ASC以此作為參考電平通過其控制使低導頻點與高導頻點的相對電平保持在最佳值。
第一種的辦法控制精度不高,但電路簡單;
第二種方法控制精度很高,但電路較複雜。
通常高檔的放大器均用第二種方法。
2.2.4放大器的供電
放大器的供電電壓一般有兩種:
一種是交流220V供電,屬於市電供電方式;
一種是交流60V供電,屬於線路供電方式。
市電供電方式的放大器其電源電路結構是:
變壓器+橋式整流+簡單的穩壓電路所組成。
它對市電電壓變化的適應能力較差,在±
10%範圍內,當市電電壓波動較大時會出現交流聲調制指標下降,造成50HZ或100HZ的干擾,反映在電視螢幕上是一條上下滾動的黑帶(50HZ)干擾或兩條黑帶(100HZ)干擾。
線路供電方式的放大器其電源電路一般是採用開關式穩壓電源,其電路結構是利用一個振盪器,產生幾十KHZ的振盪信號,經放大、穩壓、整流處理後,產生放大器所需的工作電壓。
這種電源電路穩壓範圍寬,當外電源在35V---90V變化時都能輸出穩定的工作電壓,所以現在大多主幹放大器或延長放大器都使用這種電源電路。
線上路供電方式中,我們線上路上還需安裝供電器和電源插入器。
供電器是供給放大器電源的一個設備,此設備實際上是一個鐵磁式的交流穩壓器,輸入市電220V的交流電壓後,在其輸出端將輸出穩定的60V交流電壓。
電源插入器是供電器與線路間的介面器件。
2.2.5放大器的幾項重要參數
①、放大器的最大輸出電平:
此參數的意義是指放大器在滿負荷(對於750MHZ系統為78個PAL頻道)時,放大器在一定的失真指標下所輸出的上限電平。
②、放大器的雜訊係數:
由於放大器是一個有源器件,自身也必會產生雜訊,放大器在對信號進行放大的同時也將雜訊疊加到輸出端,這樣輸出信號的載噪比必然低於輸入信號的載噪比,雜訊係數是輸入載噪比和輸出載噪比的比值。
③、CTB與CSO:
這兩個參數都是放大器的失真參數。
CTB稱為組合三次失真,CSO稱為組合二次失真,它反映了滿負荷下放大器在最大輸出電平時所產生的失真狀況。
④、增益:
放大器對信號的放大能力。
以上幾個參數在進行CATV網路設計和調試時都必不可少。
2.2.6放大器的放大模組
現在的CATV放大器內部都使用了放大模組,一般放大模組有三種:
普通放大模組、功率倍增輸出放大模組、四倍增功率輸出放大模組。
這些模組內部的放大電路均採用推挽型放大電路,這種電路能減少諧波失真,特別是二次失真。
所以在進行系統設計時,我們只考慮CTB指標就行了,只要CTB指標達到了,CSO指標也就達到了。
功率倍增型是並聯了兩個或四個推挽電路同時工作,採用這種模組的放大器在同樣的失真指標下,輸出電平可提高3db或6db。
2.2.7反向放大通道
由於多功能業務開展的需要,現在的放大器都設有反向通道,反向通道常採用手動增益控制,手動斜率控制電路和放大模組組成,可根據系統是否需要反向功能而選擇。
反向放大器帶寬根據雙向分割頻率分3種:
低分割(5-30MHZ)、中分割(5-42MHZ)和高分割(5-65MHZ)。
2.2.8放大器的應用總結
CATV網路中放大器的主要作用是補償電纜對傳輸信號所造成的損耗,根據電纜的傳輸特性和溫度特性,放大器內設置了自動增益控制電路(AGC)、自動斜率控制電路(ASC)和溫度補償電路。
放大器的輸入電平大小由載噪比(C/N)指標來確定,放大器的輸出電平則由組合三次失真(CTB)指標來確定,放大器的增益則由串接的級數來定。
放大器的工作方式有輸出全傾斜方式、平坦輸出方式、半傾斜輸出方式三種,現在大多數主幹放大器都是半傾斜輸出方式的,而樓層放大器多是平坦輸出方式的。
放大器的調整主要包括兩個方面,一是電平的調整,二是均衡的調整。
一般是先調整斜率再調整電平。
如果放大器採用導頻控制模組(ALC)則要合理選取高低端的導頻信號,一般來說低端的導頻信號是利用低端信號的視頻載波頻率,高端的導頻信號是利用高端信號的視頻載波頻率。
如果放大器採用溫度補償模組則要注意該模組所標定的溫度補償範圍和該模組的控制量,然後根據這兩個參數設置好餘量值以便調試。
3.光纖傳輸系統
光纖即為光導纖維的簡稱。
光纖通訊是以光波為載頻,以光導纖維為傳輸媒介的一種通信方式。
光纖通訊之所以在最近短短的二十年中能得以迅猛的發展,是由於它具有以下的突出優點而決定:
3.1.1傳輸頻帶寬、通訊容量大
光載波頻率為5×
1014MHz,光纖的帶寬為幾千兆赫茲甚至更高
3.1.2信號損耗低
目前的實用光纖均採用純淨度很高的石英(SiO2)材料,在光波長為1550nm附近,衰減可減至0.2dB/KM,已接近理論極限。
因此,它的中繼距離可以很遠。
3.1.3不受電磁波干擾
因為光纖為非金屬的介質材料,因此它不受電磁波的干擾。
3.1.4線徑細、重量輕
由於光纖的直徑很小,只有0.1mm左右,因此製成光纜後,直徑要比電纜細,而且重量也輕。
因此,便於製造多芯光纜。
3.1.5資源豐富
光纖通訊除了上述優點之外,還有抗化學腐蝕等特點。
當然,光纖本身也有缺點,如光纖質地脆、機械強度低;
要求比較好的切斷、連接技術;
分路、耦合比較麻煩等。
3.2光纖的分類
3.2.1按照傳輸模式來劃分
光纖中傳播的模式就是光纖中存在的電磁波場場型,或者說是光場場形(HE)。
各種場形都是光波導中經過多次的反射和干涉的結果。
各種模式是不連續的離散的。
由於駐波才能在光纖中穩定的存在,它的存在反映在光纖橫截面上就是各種形狀的光場,即各種光斑。
若是一個光斑,我們稱這種光纖為單模光纖,若為兩個以上光斑,我們稱之為多模光纖。
單模光纖(Single-Mode)單模光纖只傳輸主模,也就是說光線只沿光纖的內芯進行傳輸。
由於完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬因而適用與大容量,長距離的光纖通迅。
單模光纖使用的光波長為1310nm或1550nm。
如圖1單模纖光線軌跡圖。
多模光纖(Multi-Mode)在一定的工作波長下(850nm/1300nm),有多個模式在光纖中傳輸,這種光纖稱之為多模光纖。
由於色散或像差,因此,這種光纖的傳輸性能較差頻帶比較窄,傳輸容量也比較小,距離比較短。
如圖1多模光纖光線軌跡圖。
圖1單模/多模光纖光軌跡圖
3.2.2按照纖芯直徑來劃分
50/125(μm)緩變型多模光纖
62.5/125(μm)緩變增強型多光纖
8.3/125(μm)緩變型單模光纖
備註:
50/62.5/8.3(μm)均為光纖光芯直徑數,125(μm)均為光纖玻璃包層的直徑數。
3.2.3按照光纖芯的折射率分佈來劃分
階越型光纖(Stepindexfiber),簡稱SIF;
梯度型光纖(Gradedindexfiber),簡稱GIF;
環形光纖(ringfiber);
W形光纖
50/62.5/8.3(μm)均為光纖的光芯直徑數,125(μm)均為光纖玻璃包層的直徑數。
3.3.光纜
單光芯光纜結構圖多光芯光纜結構圖
圖2光纜結構示意圖
點對點光纖傳輸系統是通過光纜進行連接。
光纜可包含1根光纖(有時稱單纖)或2根光纖(有時稱雙纖),或者甚至更多(48纖、1000纖)圖2光纜結構示意圖
3.4.光纖輔助器件
光纖配線架(Housing)用於室內光纖網路配線系統。
光纖活動連接器(Connector)用於各類光纖設備(如光端機等)與光纖之間的連接。
光纖適配器和衰減器(AdaptorandAttenuator)光纖適配器用於各類光纖設備與光纖連接方式的轉換。
光纖衰減器用於對輸入光功率的衰減,避免了由於輸入光功率超強而使光接收機產生的失真。
(對於光端機,無需用衰減器)
光分路器(Coupler)適用於將一根光纖信號分解為多路光信號輸出(如:
電腦網絡、CATV系統)。
光波分複用器(WDM)用於光路中不同波長的光的分離或混合。
三.CATV系統防護與安全:
1.1雷電的破壞及影響
雷電是一種大氣中的放電現象,常常使有線電視設備嚴重損壞,在CATV系統中,防雷設計是一項十分重要的工作,而在實際工程當中,防雷並沒有引起技術人員的足夠重視,一旦遭到雷擊,沒有良好防雷措施的系統就會遭到嚴重破壞,甚至癱瘓。
對於幹線較長的大系統,防雷設計更是刻不容緩的大事,本文從雷擊的產生機理以及雷電的分佈規律闡述雷電,以期讀者對雷擊有一個整體的認識,進而闡述防雷的措施以及CATV器材的抗雷擊性能。
雷擊主要有兩種:
“直未雷”和“感應雷”。
直擊雷只有雷擊率的10%左右,危害範圍一般較小,可使用避雷針、避雷線和避雷網來防避,危害大得多的“感應雷”占雷擊率近90%,危害範圍甚廣,CATV系統的電子設備受雷擊損環,主要是感應雷造成的。
直擊雷是帶電雲層和大地之間放電造成的,在形成雷雲的過程中某些雲積累起
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