有线电视系统设计方案.docx

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有线电视系统设计方案

第1章有线电视技术方案设计

1.1技术方案设计原则和标准

1.1.1设计原则

网络带宽：

5～750MHz。

传输特性：

双向传输。

   接收质量：

有线电视接收质量是有线电视网络建设最为关心的问题，按国家GB-6510标准规定，接收点的信号电平应在57～83dB之间，载噪比大于43dB，即图像客观评价质量达到国家标准4分以上要求。

   稳定性和安全性：

这是有线电视网络建设最关心的问题，只有安全稳定运行的网络，才能确保有线电视终端的接收质量，网络的技术先进性是网络高性能的保证和基础，也是未来有线电视网络节目增容的保障，还可有效地减少使用人员和维护人员的麻烦。

通过建成的有线电视网络可传输有线电视台传送的电视节目和调频立体声节目。

1.1.2有线电视系统设计依据

1）【GB8898】《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》

2）【GB6510】《30MHz～1GHz声音和电视信号的电缆分配系统》

3）【GY106-92】《有线电视广播系统技术规》

4）《民用建筑电缆电视系统工程技术规》

5）【GB6510-86】《声音和电视信号的电缆分配系统》

6）【GB50200】《有线电视系统工程技术规》

7）【GY/T121】《有线电视系统测量方法》

8）广电部“关于有线电视现阶段网络技术体制的意见”

1.2有线电视系统的构成

   有线电视一般是由天线、前端、干线传输和用户分配网络几个部分构成。

   天线系统的主要功能是接收无线电波，并将接收到的高频电视信号馈送给前端系统。

天线系统处于整个有线电视系统的最前端，它对最终用户接收到的图像质量有非常重要的影响。

前端设备位于天线和干线传输网络之间，它的主要功能是将来自天线的高频电视信号和电视台自己开办节目的电视信号进行必要的处理，比如滤波、调制、频率转换等,然后对所有这些高频电视信号进行混合并将混合后的信号发送到用户分配网络。

如果把整个有线电视传输系统比作一颗树的话，那么干线网络相当树干，而用户分配网络相当于枝叶茂盛的树枝，而普通用户的电视机相当于一片一片树叶。

由此可以看出用户分配网络的主要功能是接收干线上的高频电视信号将将其分配到各个用户。

   用户分配网络通常是由延长分配放大器、分支器、分配器、串接单元分支线、分支线、用户线和用户终端盒构成的。

   就网络的拓扑结构而言，目前人们对星形拓扑结构、环形拓扑结构和星-树形结构比较感兴趣。

所谓星形结构就是将用户分为一个一个小区，每个小区均用光纤直接与网络中心相连。

这种方式的优点是光分配一次到位，光通路上的光分路器比较少，光纤的熔接点少，传输质量比较高，同时，当部分线路发生故障时，对星形连接中的其它用户没有影响，网络的可靠性高，但缺点是耗用的光纤比较多。

星形结构有单星和双星结构两种。

所谓的单星形结构是指网络中只有一个光分配中心，而双星形结构是指网络中有两个光分配中心，它们之间通过光纤联接起来，这样距离前端较近的小区可以与前端直接相连，而较远的小区可以与放置在远端的光分配中心相连。

   另一种是环形结构。

环形结构与我们在计算机LAN中的FDDI类似，它以双光纤作为整个网络的主干。

系统中有一个主前端设备，它通过光纤联接到多个分端设备，分前端设备联接在光纤环路上，用户通过环路上的光纤分配器取出信号，送到一个或多个光节点。

最后进入由同轴电缆构成的分配网络。

星-树形结构是目前应用最广泛的一种。

它在干线上采用星形结构，而在用户分配网上采用树形结构，这样就形成了我们通常所说的HFC（HybridFiberCoaxial-cable）网络。

目前这种结构的网络可以扩充到1GHZ的宽，便于双向传输和新业务的开展，是将来主要的网络拓扑结构，已被世界各国广泛应用。

   本设计将选用星—树型结构做出详尽的设计方案。

1.2.2前端系统

   有线电视的前端是各种信号源（包括来自卫星电视接收设备、MMDS接收设备、地方电视信号）与电缆传输分配系统之间的线路设备。

系统的前端是传输信号的第一个加工处理环节，其设计任务主要包括：

前端类型的选择、天线输出电平的估计、确定前端输出电平、载噪比和交调的计算等。

有线电视系统作为华南软件工程学院的一部分，设计容为传输干线部分和分配网络部分，故本设计不涉及前端系统。

1.2.3传输通道

   目前，大多数有线电视系统的带宽为550M或750M，从频谱资源安排和分析，48.5M～550M为普通广播电视业务所用，550M～750M为下行数字通信通道，一般作为传输数字广播电视、VOD点播以及数字下行信号和数据，750M～1000M为高端频率，将用于各种双向通信业务，如个人通信等，也可用来分配将来可能出现的其他新业务。

   综上所述，本方案按750M进行设计。

   从现有的有线电视HFC接入网的频率划分来看，目前尚无统一的国际标准，我国原邮电部发布的相关标准中，规定频谱资源采用低分割分配方案，将各种业务信息以及上行和下行信息划分到不同频段。

   频道是电视系统中经常使用的术语，它是指高频电视信号和伴音信号所占用的带宽。

我国的电视频道带宽为8MHz，采用残留边带方式传递电视信号，其中上边带带宽为6MHz，下边带的标称带宽为0.75MHz，伴音信号采用调频方式，占用0.25MHz的带宽，伴音的载波频率要比图像的载波频率高6.5MHz。

我国电视的工作频率围在48.5MHz—958MHz之间，全频围划分为若干波段，每个波段包括若干个频道，每一个电视节目占用一个频道。

到目前为止，我国已经对频率从48.5MHz—958MHz进行了划分，其中地面广播电视的频率被分为VHF和UHF两个频段。

   VHF频段电视使用的频率围48.5MHz—223MHz，共有12个频道（SD1-SD12）其中SD1-SD5定义为I波段，SD6-SD12定义为III波段。

   UHF频段使用的频率围是470MHz—958MHz，划分为13-68（SD13-SD68）共有56个频道。

其中13-24频道定义为IV波段，25-68频道定义为V波段。

   从我国电视信号的频道划分可以看出，在地面广播电视中，电视信号均为经过调制的高频信号，所以在有线电视系统中从天线、前端、传输网络到用户分配网络以及知道送入电视接收机的电视信号均是高频信号，而我们日常生活中用录象机录制的电视信号和摄像机拍摄的电视信号都是基带信号，他们必须被调制到一个比较高的频率上才能在有线电视系统中传输。

1.2.4传输干线系统设计

1.2.4.1传输干线的工程设计

   传输干线的功能是传输信号。

信号在电缆中传输是要衰减的，传输距离越远，衰减量越大；电缆的频率特性又使不同频率的信号在电缆中衰减的程度不同，频率越高的信号衰减的程度越大。

所以，在传输干线设计时，既要考虑到对信号衰减进行补偿，又要考虑对频率不同的信号其补偿程度要有所不同，频率高的信号要补偿的多些。

因此，在传输干线部分除了选用传输损耗小的电缆外，对放大器的使用也有其特殊的一面。

既然在传输干线部分使用了放大器，就要使其对系统的信号载噪比及交调的影响减小到最小程度。

1.2.4.2传输干线电缆的选择

   常用的同轴电缆由导体、绝缘层、屏蔽层和外保护层四个部分组成。

导体电缆中主要起信号传导作用，常采用实心铜导线。

大直径电缆可以增大机械强度，也有采用铜包钢作为导体。

   屏蔽层由铜丝编制而成，它起着导电和屏蔽双重作用，使用时金属屏蔽端应接地。

   绝缘体处于导体和金属屏蔽层之间，要求采用高频损耗小的绝缘介质，制成类似莲藕心的结构。

绝缘体的支撑作用使导体与屏蔽层同心，故称为同轴电缆。

   外保护层是由橡胶、聚乙烯等材料制成，包裹在屏蔽层之外，有机械保护的密封防潮、防腐蚀的功能。

同轴电缆的主要技术指标是特性阻抗、衰减特性、温度特性和回波损耗。

特性阻抗是同轴电缆系统的重要参数，因为在有线电视系统中，凡是电缆连接的地方均要求各个部分达到阻抗匹配。

同轴电缆的特性阻抗与同轴电缆的导体直径、金属屏蔽层的直径和绝缘材料的介电常数有关。

衰减特性反映了电缆传输信号的损耗大小，通常以每100米衰减的dB数来表示，衰减越小，电缆的中继距离就越长。

温度特性反映了电缆的衰减量随温度变化的情况，电缆质量越好，受温度影响就越小。

回波特性是由于电缆特性阻抗不均匀而导致反射波和衰减量的增加，这对图像清晰度影响较大。

   同轴电缆性能的差异主要取决于中心导体的直径、绝缘层的制造工艺等因素。

简单地说，直径导体直径越大，同轴电缆的衰减特性会越小。

从同轴电缆绝缘层的制造工艺来看，主要经历了实心结构、化学发泡、藕心发泡和物理高发泡几个阶段。

目前最好的电缆都采用物理高发泡制造工艺。

比如美国MC2公司的750号电缆就采用了这种工艺。

这种电缆的传输率达到了93%，物理发泡达到了88%。

由于绝缘层中包含有大量的微型气泡，相互隔开，所以不容易吸潮。

物理高发泡电缆的损耗很低，阻抗均匀，使用寿命长，是质量最优的电缆。

目前，我国有线电视电缆改造量使用了这种高性能的电缆。

   为了增加距离，在传输干线部分必须选用衰减量小的频率特性好的同轴电缆。

通常选用物理高发泡同轴电缆。

在信号频率为200MHZ时的每百米的衰减量分别为10.8dB、5.7dB、4.5dB。

有时甚至选用更粗的同轴电缆作为传输干线使用，但随之而来的是价格变得极为昂贵。

1.2.4.3传输干线的基本组成

   传输干线的组成除了必不可少的同轴电缆外，还有定向耦合器、均衡器和干线放大器。

定向耦合器的作用是从干线中提取一部分信号功率供给分配网络。

通常定向耦合器应尽量选用损失小的，而且尽可能安装在干线放大器的输出端，这样可以使定向耦合器有较高的输出电平。

有的干线放大器本身带有两个或多个分支器输出端，使用起来就更为方便。

   均衡器的作用是用来弥补电缆的频率特性造成的量的不平衡。

通常当干线的长度超过50m时，就应考虑使用均衡器。

安装位置应靠近干线放大器的输入端或传输干线的末端。

对于带有自动斜率控制功能的干线放大器，因其部设有均衡网络，所以在传输干线上不使用均衡器。

   干线放大器的增益一般在20dB左右，最高不超过30dB。

显然，两个干线放大器的间距除了取决于放大器的增益外，还取决于传输干线所使用的电缆的衰减特性和被传输的信号的频率。

1.2.4.4干线放大器在传输干线中使用的特点

   为了增加传输距离，就要增加串接放大器的数目，这样必须会带来对系统信号载噪比和交调的影响。

为了使这些影响减少到最小程度，就要恰到好处地使用好放大器。

通常干线中的放大器的输出电平控制在80dBuV-100dBuV之间，目地是减小对交调的影响。

为了减小对载噪比的影响，对干线放大器输入电平不宜太低，所以干线放大器的增益通常控制在20dB左右。

   工程上根据干线放大器输入、输出信号电平值与信号频率的高低间的相互关系，可将传输干线分为全倾斜、平坦输出和半倾斜三种工作方式。

三种工作状态下，传输干线上各关键点的电平值与信号频率之间的关系。

假定系统的传输干线部分是由相同的电缆和相同性能的放大器所组成的，每段电缆的长度也均相等，A、C、E和B、D、F分别代表处于不同位置的干线放大器的输入和输出端，BC和DE段代表干线的两段传输电缆。

实线代表干线中被传输信号中频率最高的信号电平的变化，虚线代表被传输信号中频率最低的信号电平的变化。

1.2.5分配网络的工程设计

   分配网络是通过分配器、分支器和电缆给系统的每一个用户终端提供一个适当的信号电平（有时还要通过放大器）。

分配网络的工程设计任务是根据系统用户终端的具体分布情况来确定分配网络的组成形式，进而确定所有部件的规格和数量。

工程设计的好坏主要是指在保证每个用