有線電視傳輸系統(tǒng)

1、第11章 有線電視傳輸系統(tǒng)有線電視（CATV，Community Antenna Television）是相對于無線電視（開路電視）而言的一種廣播電視傳播方式，它是將多路電視信號集中起來，在對其進行必要處理后，利用高頻電纜、光纜等傳輸介質(zhì)統(tǒng)一進行傳輸與分配的電視系統(tǒng)，也稱電纜電視（CATV，Cable Television）或者閉路電視（CCTV，Closed Circuit Television）。圖4.1是有線電視系統(tǒng)的基本組成框圖。它由信號源、前端系統(tǒng)、干線傳輸系統(tǒng)和用戶分配系統(tǒng)組成。有線電視系統(tǒng)將某一地區(qū)內(nèi)的各種電視信號（如衛(wèi)星電視信號、微波電視信號、開路電視信號以及其他的有線電視信號

2、等）收集起來，在前端系統(tǒng)中對信號進行相應的處理和均衡，再通過干線傳輸系統(tǒng)將信號送到遠方各個用戶分配系統(tǒng)中去，在用戶分配系統(tǒng)中通過分配器或分支器將電視信號送到用戶端，讓用戶看到更多、更清晰的電視節(jié)目。圖4.1 有線電視系統(tǒng)的基本組成框圖信號源部分可根據(jù)當?shù)赜芯€電視的規(guī)模來確定需接收多少信號，一般有：當?shù)仉娨暸_的開路電視信號，接收的衛(wèi)星電視信號和轉(zhuǎn)播的微波電視信號，以及有線電視臺的自辦節(jié)目等。前端系統(tǒng)主要的組成設(shè)備有天線放大器、頻道放大器、調(diào)制器、以及混合器等。它主要對信號進行分離、放大、調(diào)制、變頻、混合等處理，還對各信號電平進行調(diào)整控制，對干擾信號進行抑制或濾除，以得到用戶滿意的電視圖像和聲音。

3、前端系統(tǒng)是有線電視傳輸系統(tǒng)的開端。干線傳輸系統(tǒng)的主要由干線放大器、線路延長放大器以及光纜、電纜等組成，其任務是將前端的輸出的電視信號平衡地、不失真地傳送到用戶分配網(wǎng)絡。是有線電視傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。用戶分配系統(tǒng)主要由分配放大器、分支放大器、分配器、分支器以及相互連接起來的進戶電纜所組成，主要任務是平衡分配電視信號到用戶，它是有線電視傳輸系統(tǒng)的終端。從圖4.1中可以看出從電視信號所經(jīng)過的途徑分為前端系統(tǒng)、干線傳輸系統(tǒng)和用戶分配系統(tǒng)三個部分。4.1 前端系統(tǒng)前端系統(tǒng)作為有線電視傳輸?shù)拈_端，是有線電視系統(tǒng)最重要的一個環(huán)節(jié)，是有線電視系統(tǒng)的心臟。前端信號質(zhì)量的高低直接影響到用戶端信號的好壞。有線電

4、視傳輸頻道的形式從發(fā)展歷程上看，早期的形式是隔頻形式，其傳輸電視頻道數(shù)量少；而現(xiàn)在是采用鄰頻形式，使系統(tǒng)傳輸?shù)念l道數(shù)量大為增加。1 隔頻前端在有線電視形成的初期(共用天線系統(tǒng)時期)，采用的是直接放大式前端，直接利用寬帶放大器對寬頻帶接收天線接收的信號進行放大，如圖4.2所示：圖4.2 直接放大器前端這樣的共用天線系統(tǒng)，由于放大器是寬頻帶的，所有干擾都可能進入放大器，使前端輸出信號中的噪聲增大，特別是在接收弱的電視信號時更為嚴重。隔頻前端系統(tǒng)就是為了解決這一問題而出現(xiàn)的，它能對不同電平的不同頻道信號分別進行處理。其結(jié)構(gòu)圖如圖4.3所示：圖4.3 隔頻前端框圖隔頻前端的對每一個頻道的信號分別進行處

5、理，然后再混合輸出。為了減少信號在傳輸過程中的損耗，隔頻傳輸一般盡量占用頻率低端，該前端中信號源有：用單頻道天線接收的開路電視節(jié)目（包括VHF頻段信號和UHF頻段信號），自制的錄像節(jié)目，還有用拋物面天線接收的衛(wèi)星電視信號。1頻道信號在當?shù)亟邮諘r較弱(一般低于56dB)，因而添加天線放大器加以放大，然后送入頻道放大器放大以獲得足夠的電平值；3頻道接收的電平相對較高，所以先對信號作一定的衰減，然后送入頻道放大器放大，以避免頻道放大器因輸入信號電平過高而非線性失真；9頻道的信號經(jīng)過一個V/V頻道變換器，將接收的V頻道信號再轉(zhuǎn)換到另一個V頻道上去，為什么？比如有個8或10頻道的信號，與9頻道相鄰，不能

6、滿足隔頻傳輸?shù)臈l件，或者是當?shù)剡@個電視空中信號很強，信號可能直接竄入電視機，也需作頻道轉(zhuǎn)換，以免造成信號的重影。7、11頻道接收的信號是UHF段的信號，需將U段的信號轉(zhuǎn)化為7或11頻道的信號，因而兩個頻道都采用U/V變換器，7頻道接收信號相對較弱，因而再接入頻道放大器獲得足夠的輸出電平，而9和11頻道的信號較強則無須加入頻道放大器。對于自辦的錄像節(jié)目或者現(xiàn)場直播的A、V信號需將其調(diào)制成射頻后再進行傳送，例如調(diào)制到13頻道。衛(wèi)星電視信號通過衛(wèi)星接收機將信號解調(diào)為A、V信號后再調(diào)制到某一電視頻道上去，例如16頻道。圖中該前端沒有采用5頻道，是為了防止當?shù)卣{(diào)頻廣播的信號干擾，因為調(diào)頻廣播的頻率與5頻

7、道是很接近的。在有線電視的發(fā)展早期，電視節(jié)目不是很多，因而可以采用隔頻前端。一般要求在V頻段每相隔一個頻道安排一套節(jié)目；U頻段每相隔兩個頻道安排一套節(jié)目。對于450M的有線電視系統(tǒng)一般只有1215個頻道的節(jié)目，這樣傳送的電視節(jié)目的量就受到限制，不能充分利用每一個頻道。2 鄰頻前端隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，只能傳送十幾套電視節(jié)已不能滿足用戶的需要。同時，頻道內(nèi)容的細化，各省市電視臺節(jié)目的增多，多頻道、大規(guī)模、多功能、高質(zhì)量成為有線電視發(fā)展的必然趨勢。因此要解決有線電視的擴容問題，為用戶提供愈來愈多的節(jié)目。其中一個解決辦法是采用鄰頻傳輸。所謂鄰頻傳輸就是連續(xù)每隔8MHz頻率安置一個頻道，對于我國的電

8、視頻道劃分在48.5958MHz的頻率范圍內(nèi)，可依次排列68個標準頻道和 35個增補頻道。要能實現(xiàn)鄰頻傳輸，最主要的是要求各頻道之間不能相互干擾。因此一方面要求前端對本頻道以外的各種信號都能大大抑制；另一方面，要求本頻道信號的頻譜很純，使其不干擾其它頻道。鄰頻前端的結(jié)構(gòu)圖如圖4.4所示。與隔頻前端比較，最重要的是采用了中頻調(diào)制器和頻道處理器，以保證鄰頻處理的效果。對于開路電視信號，為了更加抑制頻道以外的干擾，增加了帶通濾波器，并通過頻道處理器，變換信號到指定的電視頻道。此外，由于信號源的增加，微波電視信號、光纜傳輸?shù)纳霞壟_信號、衛(wèi)星電視信號等都加入進來。圖4.4 鄰頻前端的結(jié)構(gòu)圖1信號處理設(shè)備

9、（1）中頻調(diào)制器中頻調(diào)制器是鄰頻系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，中頻調(diào)制采用二次調(diào)制方式，先將視頻信號調(diào)制在圖像中頻38MHz、音頻信號調(diào)制在伴音中頻31.5MHz上，然后再通過上變頻器將中頻信號調(diào)制成某一頻道上的高頻電視信號。中頻調(diào)制器的原理框圖如圖4.5所示：圖4.5 中頻調(diào)制器原理框圖中頻調(diào)制器實際上可以分為兩個部分：中頻調(diào)制單元和上變頻單元。在中頻調(diào)制中又可以分為圖像中頻調(diào)制和伴音中頻調(diào)制兩個部分。圖像中頻調(diào)制的主要功能是把輸入的視頻信號放大后，以調(diào)幅的方式調(diào)制在特定的、由晶體振蕩器產(chǎn)生的38MHz中頻VIF上，經(jīng)放大、鉗位、白電平切割、同步整形等處理，并通過聲表面波濾波器電路，使輸出的信號具有良

10、好的殘留邊帶抑制和帶外抑制，最后送至中頻混合器，與伴音中頻混合。伴音中頻調(diào)制主要是把輸入的電視伴音信號以調(diào)頻的方式調(diào)制在伴音中頻上。根據(jù)電視原理，伴音中頻選為38MHz6.5MHz31.5MHz。輸入音頻信號經(jīng)預加重、放大等處理后，經(jīng)調(diào)制、變頻形成AIF31.5MHz的伴音中頻信號。伴音中頻放大倍數(shù)可變，使Av比可調(diào)。這信號經(jīng)聲表面濾波器濾除及抑制無用成分后，送到中頻混合器與圖象信號的中頻混合。中頻調(diào)制器輸出的電視中頻的頻譜如圖4.6所示。上變頻單元是把由中頻混合器輸出的中頻已調(diào)波信號放大后，經(jīng)上變頻電路變換為某一頻道的射頻電視信號，最后通過濾波器及功率放大器輸出。圖4.6 中頻輸出信號頻譜（

11、2）電視解調(diào)器與調(diào)制器作用剛好相反的是解調(diào)器，它是將已調(diào)制的射頻電視信號轉(zhuǎn)化為視、音頻信號。電視解調(diào)器的基本工作過程如圖4.7所示。電視解調(diào)器通過帶通濾波器選出某一電視頻道信號，并對其進行高頻放大，然后通過混頻解調(diào)為中頻信號，再對中頻信號進行放大、檢波，分離出06MHz視頻信號和6.5MHz的伴音信號。對6.5MHz的伴音載波再進行放大、限幅和鑒頻，取出音頻信號。電視解調(diào)器在有線電視系統(tǒng)中也是常用的，例如將某一頻道的射頻信號先解調(diào)為視音頻信號，再將他們調(diào)制到另一電視頻道上，以避免干擾或安排頻道。圖4.7 電視解調(diào)器方框圖（3）頻道處理器頻道處理器的作用是將某一頻道的射頻電視信號變換到中頻并進行

12、信號波形的調(diào)整，使輸出的信號電平穩(wěn)定，降低對相鄰頻道的干擾等等，它由下變頻器、中頻處理器和上變頻器三部分組成，如圖4.9所示。圖4.9 頻道處理器工作框圖由圖中可以看出，下變頻器先將信號下變頻為中頻信號，然后在中頻處理器里對信號進行調(diào)整處理以便適應鄰頻系統(tǒng)的需要。圖中的中頻信號經(jīng)放大后通過分配器把它分成兩路，然后經(jīng)過兩個聲表面濾波器分別取出圖像和聲音信號，以便于分別處理圖像和伴音信號，以滿足鄰頻傳輸要求。經(jīng)過中頻處理后的信號再經(jīng)上變頻器變換或恢復為某一頻道的射頻電視信號。頻道處理器在鄰頻系統(tǒng)中應用主要是將信號源中的開路電視信號進行處理的設(shè)備，它可以使空中的開路電視信號滿足中鄰頻系統(tǒng)中傳輸?shù)囊?/p>

13、。2 信號放大器放大器可以根據(jù)不同的特性有多種分類，比如按照系統(tǒng)中使用的位置來分，有前端和線路放大器；按照在系統(tǒng)中放大器的頻率來分，有單頻道、寬頻帶和多波段放大器；按放大器的結(jié)構(gòu)來分，有分支放大器、分配放大器等等。而在前端系統(tǒng)中使用的放大器一般有天線放大器、頻道放大器和寬帶放大器。（1）天線放大器天線放大器是安裝在接收天線上用于放大空間微弱信號的低噪聲放大器。通常當接收天線輸出的信號電平低于60dB時，一般才考慮安裝天線放大器。天線放大器又可以分為單頻道放大和寬帶放大兩類。一般在有線電視系統(tǒng)中，多采用單頻道型天線放大器，它只對某一特定頻道進行放大，可有效地抑制鄰頻干擾；而在邊遠山區(qū)，由于遠離電

14、視臺，則需使用寬帶天線同時接收若干個節(jié)目，因接收信號比較弱而采用天線放大器，使收到的信號質(zhì)量相對改善。由于天線放大器位于系統(tǒng)的最前面，而第一級放大的噪聲對系統(tǒng)載噪比的影響最大。為了提高系統(tǒng)的載噪比，往往將天線放大器安裝在天線桿上，離天線大約1m的距離。當然安裝在天線桿上就要注意它的安全可靠，能夠保證它長期正常工作，要有較強的防水、防潮、防曬等性能，而且又是遠地供電，還要注意防止供電電源同高頻信號的互相干擾。天線放大器的工作原理如圖4.10所示：由天線輸入的射頻電視信號，通過濾波器選取所要放大的信號，經(jīng)過三級放大，再由電纜送至前端設(shè)備或用戶電視機；同時，還通過電纜從前端或用戶端為放大器提供工作電

15、源。圖4.10 天線放大器的工作原理圖（2）頻道放大器一般用在進入混合器前，對每一個頻道的信號分別進行放大。在前端系統(tǒng)中，頻道放大器只放大一個特定頻道的信號，其工作原理與天線放大器類似，但又有自己的特點：輸入電平低（約60dB），而輸出電平較高，要達到120dB左右，需要用級放大電路來完成60dB增益；只對一個頻道信號進行放大，則要求帶通濾波器的濾波特性要好，具有選擇性高、抑制鄰頻干擾能力強的特點等。其工作原理圖如圖4.11所示：圖4.11 頻道放大器工作原理框圖在輸入端首先通過一個帶通濾波器取出某一特定頻道，然后對信號進行放大。在該原理圖中設(shè)有自動AGC電路，以控制穩(wěn)定的輸出。3 信號混合器

16、有線電視系統(tǒng)是通過一根同軸電纜同時傳送多頻道電視節(jié)目，因而在前端系統(tǒng)中，要把多個電視信號混合在一起輸出，這樣的裝置稱為混合器?；旌掀髦饕鉀Q的是由于直接將多路不同頻道信號并接在一起輸出所帶來的問題：第一、連接點阻抗不匹配，會造成系統(tǒng)內(nèi)部信號的來回反射，從而在電視終端出現(xiàn)重影干擾或斜紋干擾；第二、幾個回路的并接會造成信號的分流或某些頻率成分被吸收，可能引起伴音失真或彩色失真。因而對混合器的基本要求是實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備之間及設(shè)備與電纜之間的阻抗匹配，并具有濾除干擾和雜波的能力。(1)混合器的主要技術(shù)指標頻道混合器主要是要保持每一路信號的頻率特性，使各路信號間避免出現(xiàn)各種干擾，其主要的性能指標如表4.1所

17、示：表4.1國家標準GBT11318.6規(guī)定的混合器的性能參數(shù)序號項目性能參數(shù)工作頻率類別頻段頻段頻段寬帶變壓器插入損耗由企標規(guī)定帶內(nèi)平坦度±2（各頻道內(nèi)0.5）帶內(nèi)波動2帶外衰減20相互隔離2030反射損耗VHF1010UHF7.512工作頻率：混合器的工作頻率因不同的需要而不同。尤其用帶通濾波器組成的混合器其工作頻帶必須要與所混合的頻道信號的頻率段相對應。插入損耗：是指混合器輸入功率與輸出功率之比，通常用分貝表示。頻道型混合器的插入損失一般在24dB之間。寬帶型混合器的插入損失較大，且與混合的頻道數(shù)有關(guān)，一般8個頻道的混合器損耗約為11dB，16個頻道的約為15dB。帶內(nèi)平坦度：

18、主要是指工作頻帶內(nèi)的幅頻波動，也用分貝表示。頻道型混合器的帶內(nèi)平坦度是指頻道內(nèi)（8MHz）的幅頻波動，一般要求在1dB以內(nèi)；寬帶型混合器的帶內(nèi)平坦度是指整個頻段的幅頻波動，要求在2dB以內(nèi)，對任意10MHz帶寬內(nèi)的幅頻波動仍要求在1dB以內(nèi)。相互隔離度：在理想情況下，混合器任一輸入端加入信號時，其它輸入端不應出現(xiàn)該信號；任一輸入端有開路或短路現(xiàn)象時也不應影響其它輸入端。但實際上總有一定的影響，在某一輸入端加入一信號，該信號電平與在其它輸入端出現(xiàn)的該信號電平之分貝差，稱為相互隔離度，用dB表示，一般要大于20dB。帶外衰減：指對頻帶外信號的衰減值，以dB表示。該值越大說明混合器受帶外頻道的干擾越小，一般要求大于20dB。反射損耗：輸入信號與反射信號電平之比，以分貝表示。反射損耗表示在混合器的工作頻帶內(nèi)輸入、輸出阻抗與規(guī)定的75匹配程度。（2）濾波器式混合器頻道型或頻段型混合器一般由帶通濾波器、高通濾波器和低通濾波器組成。其原理圖如圖4.12