有线电视技术及其网络.docx
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有线电视技术及其网络
第4章有线电视技术及其网络
有线电视是相对于无线电视(开路电视)而言的一种新型的广播电视传播方式。
它是用高频电缆、光缆和微波等来传输,并在一定的用户中分配和交换声音、图像、数据及其它信号的电视系统。
我国的有线电视市场经过二十几年的发展,特别是进入90年代以来的飞速发展:
从各自独立的、分散的小网络公共天线电视(MATV)、共用天线电视、闭路电视(ClosedCircuitTV),向以部、省、地市(县)为中心的部级干线、省线干线和城域联网发展的有线电视系统CATV;从单一以传输广播电视业务为主,逐步向在网络中传输广播电视信息、计算机信息和数据信息等多种综合业务信息为主;网络的传输媒介也从原来的以电缆为主,逐步发展为空间以卫星传播、地面以光缆为主干线的HFC系统为主,辅之以MMDS等微波传输手段。
截止1998年底,我国已批准建立有线电视台约1300余家,有线电视终端数达7800万,入户率超过电话和计算机达17%,成为覆盖率最高的名符其实的“百姓网”。
1998年,国家信息化建设规划把有线电视网络的建设纳入国家信息基础设施建设的范围,开拓了有线电视技术的发展方向,极大地促进了有线电视网络中多功能业务应用的市场,使有线电视网络的建设具有更大、更广阔的发展机遇。
广义上的有线电视技术是一种发展非常迅速的、综合了包括数字电视技术、计算机技术、通信技术、HFC网络技术等多项高新技术的综合技术。
在以后的几章中将会分另进行讨论。
本章主要围绕比较传统的有线电视技术作一些介绍。
4.1有线电视系统的构成
有线电视系统是指为完成传输高质量的电视信号,而由具有多频道、多功能、大规模、双向传输和高可靠、长寿命等特性的各种相互联系的部件设备组成的整体。
通常,有线电视系统由前端设备、干线传输和用户分配三部分组成,如图4.1所示。
前端设备是指用以处理由卫星地面站以及由天线接收的各种无线广播信号和自办节目信号的设备,是整个系统的心脏。
包括天线放大器、频道放大器、频道变换器、频率处理器、混合器以及需要分配的各种信号发生器等。
来自各种不同信号源的电视信号须经再处理为高品质、无干扰杂波的电视节目。
它们分别占用一个频道进入系统的前端设备,并分别进行处理。
最后在混合器中被合成一路含有多套电视节目的宽带复合信号,再经同轴电缆或光发射机传送出去。
A
终端桥
接输出
中间
桥接
输出
干线
放大
干线
桥接
输出
混
合
器
邻频
调制器
卫星
接收机
带通
滤波器
卫星地面站
V
VHF
UHF
(强)
分配给
邻近线路
邻频频道
放大器
干线传输
VHF
UHF
(弱)
引入线
分配器
分配
放大
延长放大
TV
前端设备
导频信号
发生器
电视
调制器
邻频频道
放大器
MMDS
天线放大
室外
降频器
邻频频道
放大器
信号
处理器
邻频频道
放大器
带通
滤波器
信号
处理器
接收信号源
用户分配
图4.1有线电视系统组成方框图
传输部分是一个传输网,其作用是把前端送出的宽带复合电视信号传输到用户分配系统。
干线传输有三种方式,即电缆、光缆和微波。
在技术手段上有全同轴电缆网、光纤电缆混合网(HFC)、多路微波分配和电缆混合网三种形式。
使用的设备主要有干线放大器、干线电缆、光缆、光接收机、多路微波分配系统和调频微波中继等。
用户分配网络是整个系统的最后部分,它以最广的分布直接把来自干线传输系统的信号,分配传送到千家万户的电视机(用户终端)。
设备主要有分配放大器、分支器、分配器、分支线、用户线及用户终端盒等。
4.2前端系统
从74年北京饭店的我国第一个共用天线电视系统诞生到89年沙市有线电视网络建成,我国才真正步入有线电视网络发展阶段,一个成熟的有线电视前端系统基本成形。
现在广泛使用的前端设备其主要技术特点为:
在前端采用中频38MHz调制、A/V可调、幅频稳定技术、信号邻频配置、增补频道启用、增量相关载波IRC和谐波相关载波HRC技术的应用,使系统减少了干扰,提高了稳定度,频道容量也大大增加。
目前广泛使用的300MHz、450MHz、550MHz邻频系统分别容纳的频道数为28、47、59。
4.2.1邻频前端的基本组成
从图4.1所示的邻频前端基本组成框图可见,输入前端设备的信号来自不同的信号源,并分别进行处理,然后进入混合器,被合成一路宽带复合信号输出。
卫星电视信号首先进入卫星接收机,将第一中频电视信号解调成音频和视频信号。
再由邻频调制器把音频和视频信号调制到给定的电视频道(VHF、UHF频段或增补频道)送往下一级。
现在常用一体化的组合单元部件完成这两个工作。
开路发射的VHF/UHF电视信号进入邻频前端后,有两种处理方法:
一是由解调器解调,得到音频和视频信号之后,再馈入邻频调制器,变成指定的电视频段信号;二是把信号送入频道处理器,经过处理直接变换到有线电视系统的工作频段所指定的频道。
然后通过频道放大器放大后送入混合器。
MMDS微波电视信号,通过室外抛物天线的降频器把频率降至VHF/UHF频道后进入前端,再按开路电视信号处理。
自办节目的电视信号来自室内演播室的摄像机或录像机,它们输出的音频和视频信号进入前端之后,用邻频调制器调制成指定的频道经放大后即可送入混合器。
在大型的有线电视系统中,还需使用导频信号发生器,它提供整个系统自动电平控制ALC和自动斜率控制ASC的基准信号,可以在环境温度和电源电压不稳定时,保证输出稳定的载波电平。
4.2.2邻频前端的主要单元部件
邻频前端主要单元部件包括:
信号处理器、邻频调制器、频道放大器、混合器和导频信号发生器等。
1)信号处理器
信号处理器实际上就是一个功能齐备、性能良好的频道变换器,即把VHF/UHF电视信号变换到符合有线电视系统要求的电视频道,其组成方框图见图4.2,下面简要讨论它的工作过程。
IF伴音
限幅
中频处理器
下变频器
本振
上变频器
OUT
IN
IF放大
合成
RF放大
混频
混频
RF放大
本振
AGC放大
AGC延迟
图4.2信号处理器的组成方框图
信号处理器大多采用外差式二次变频方式。
一般由三部分组成。
首先由下变频器将VHF/UHF电视信号经滤波、高放、混频、中放和AGC控制,得到一个标准的中频信号,为射频信号,为本振信号)。
标准97dBV的中频信号进入中频处理器之后,被分成两路,其中图象中频信号V经图象声表面波滤波器取出,再经放大,校正带内幅频特性,使图象中频具有良好的边带衰减及带外抑制。
从而再次滤掉下变频器残留下来的带外三阶产物和寄生产物,更好地抑制邻频干扰,中频及镜象频道干扰,得到优质的图象中频信号。
另一路伴音中频A经伴音中频声表面波滤波器取出,获得31.5MHz伴音中频信号。
经过放大,伴音载波AGC控制,由可调衰减器输出,实现伴音可调,即A/V比可调。
最后,两路信号经二混合器混合后送到上变频器。
上变频器即电视频道输出变换器,它将中频信号分别变换成VHF、UHF标准频道及增补频道信号。
中频信号经过低通滤波后,与本振信号相混,得到所需的射频信号,实现第二次变频。
再经带通滤波,射频放大,功率放大,输出标准电平115dBV。
2)频道放大器
频道放大器的作用是只放大一个频道的电视信号,因此抗干扰性能要好,输出电平要高,且输出的动态范围要大,以减小信号输出时的非线性失真。
图4.3给了常用频道放大器的方框图。
输入信号经带通滤波器输入,再经放大器放大后,一部分信号通过AGC电路控制放大器的第二级,控制的调整量较大,使输出信号电平稳定。
由于放大增益较高,多为3~4级放大电路组成,级间采用调谐回路耦合,使放大器的选择性较强,能达到较高的阻滞损耗,提高了抗干扰能力。
输入
输出
带通滤波器
AGC控制
放大器
带通滤波器
AC
电
源
~
AGC
图4.3频道放大器工作原理方框图
3)邻频调制器
邻频调制器是将各种视频信号和音频信号变换成高频调制信号的设备,其输入信号可以是图4.1所示的各种信号源。
接我国广播电视标准,电视调制器可分为射频调制式和中频调制式两种。
射频调制方式就是直接调制式,即用视频和音频信号直接调制射频载波信号。
在这种方式中,图象信号输入后,先经视频处理(包括滤除图像信号中6MHZ以上频率成分的低通滤除,分出同步脉冲的同步分离,调制视频调制度的增益调整等),再送入调制电路,与载波振荡器产生的载波信号调制。
再经一个高要求的残留侧边带滤波器滤波,滤波处理后的射频调制信号送入相加电路。
伴音信号输入后,经放大和音频预加重处理后,送入6.5MHZ调频振荡电路,实现频率调制,并同图象载波振荡电路产生的高频信号一起送入变频电路,得到比图象载波高6.5MHz的伴音载波信号进入相加电路。
两种信号相加后,产生的电视射频信号经射频放大滤波后输出。
中频调制方式是将视频信号对图象中频38MHz进行调幅,得到图象中频信号,并将伴音信号对31.5MHz中频载波进行调频,再与38MHz混合,得到电视中频信号,然后与不同频率的射频本振信号进行混频,得到所需要的标准电视频道或增补频道的射频电视信号。
4)混合器
混合器是将多个输入端的信号馈送到一个输出端的装置,它可以把多路不同的电视频道混合成一路,用一根电缆传输,达到多路复用的目的。
混合器按用途分为频道混合、频段混合和宽带混合三种。
按其电路结构又分为滤波器式和宽带传输变压器式,邻频传输的有线电视系统一般采用宽频传输变压器式混合器,其结构见图4.4。
这种混合器相当于分配器或定向耦合器反过来运用,不需调整即可进行任意频道的混合,使用比较方便。
但插入损耗较大,且随混合路数的增加而增大。
输入
3
2
1
导频1-20dB检测
输出
导频2
12
11
10
图4.4变压器式混合器电路结构
5)导频信号发生器
导频信号发生器是邻频传输的大中型有线电视系统必备的单元部件。
它实际上是一个频率和输出电平很稳定的振荡器。
它是为整个系统的自动电平控制ALC和自动斜率控制ASC作用提供基准信号,即导频信号。
在长距离电缆干线传输网中,由于同轴电缆在传输载频电视信号时存在衰减,且衰减量随频率的增高而加大。
一般电缆对800MHz和45MHz之间的衰减量相差可达13dB以上。
另外,一年四季温度变化的影响,需要对放大器增益曲线的斜率和增益进行必要的调整,以保证最终向用户提供的所有频道的信号电平相同。
这种调整是干线放大器完成的,而自动电平和自动斜率调整的基准点是导频信号。
即导频信号从前端同电视信号一起送入干线,给各干线放大器提供基准信号。
导频信号发生器工作原理,由晶体管和晶体组成的振荡器输出一个频率十分稳定的振荡信号,它经放大器放大到足够大的电平,进入动态范围较大的自动增益控制放大电路,使输出电平保持稳定。
AGC后的可调衰减器和高性能的窄带滤波器是为调整导频信号的输出电平和保证输出信号的带外抑制而设置的。
应当注意,导频信号发生器是一个标准信号源,在出厂前都经过严格的调整和测试,在现场除可调输出衰减器外,绝对不可随意调动,以免造成系统控制失灵。
4.3干线传输网络
干线传输网络结构有星型和树枝型两种形式。
电缆网只能采用树枝型结构,HFC网可以采用星型和树枝型,而微波传输目前只是作为辅助传输手段,只用在地形特殊的地区,这里不做过多介绍。
4.3.1同轴电缆干线传输
同轴电缆的干线传输仍是我国目前大部分地区所用的干线传输方式,其结构如图4.5所示。
由于它形如树枝,因此称为“树枝型”结构。
这种网络性能价格比较好,但较难扩展,适用于传输距离10公里范围内的同轴电缆网。
由于前端设备多频道播出能力的提高,对传输干线的要求相应提高,除使用优质低耗的电缆外,前馈、功率倍
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- 有线电视 技术 及其 网络