有线电视结构和常见技术 重点333333333333.docx
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有线电视结构和常见技术重点333333333333
有线电视的结构和常见技术
有线电视网络系统由四部分组成：
信号源系统、前端系统、传输系统和用户分配系统。
图1传统有线电视系统的基本组成
图2现代有线电视系统的基本组成
图4有线电视系统组成
数字电视就是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的电视类型。
其信号损失小，接收效果好。
机顶盒的全称叫做“数字电视机顶盒”，它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。
它采用了兼容的办法，在中国一直延续到现在。
1、信号源系统
信号源是提供传送广播电视信号节目的源头，是指提供系统所需各类优质信号的各种设备。
有线电视的信号源分为三大类：
1.从空中收转的各种电视信号。
2.有线电视系统自办的电视节目，
3.网络的数据。
2、前端系统
2.1、前端的功能
传统的电视有线电视系统中只有模拟信号。
模拟前端对信号的基本处理功能大致可概括为：
（1）、提高系统载噪比：
当接收信号过弱或一般设备满足不了系统的载噪比要求时，可以在前端加入低噪声天线放大器，以改善系统的噪声系数，进而满足系统分配的载噪比指标。
（2）、邻频处理：
采用邻频道配置方式，可以充分利用频道资源，在给定的频带范围内尽可能的多传节目套数。
（3）、频率变换：
为了实现传输频道的合理配置，也为了避开某种干扰，通常在前端采用信号处理器或解调-调制组合来变换某些频道的频率。
（4）、抑制非线性失真和寄生输出：
在前端设备中广泛采用的各种带通滤波器和其它技术手段将各种失真、干扰减至最小。
（5）、调制、解调：
在接收卫星和微波信号时，要采用解调技术从信号中分解出视、音频信号，再经过调制将信号调制成到所需频率的射频信号；自办节目也要经过调制后才能使用。
（6）、电平调整、电平控制：
为了为传输部分提供合适的电平和平坦的复合射频信号，前端通常采用固定和可变衰减器来调整各频道的电平。
为了减少前端输出电平的波动，采用AGC技术对电平进行控制。
（7）、产生导频:
大型的同轴电缆系统中，前端必须给干线放大器提供导频信号以使其自动电平控制电路获得进行电平调整的“参考依据”。
（8）、混合：
前端最终目的就是为了为传输系统提供一个高质量的复合射频信号，因此，前端中必须有混合设备使所有节目信号合而为一，来满足系统需要。
2.2、前端的类型和组成
（1）、直接混合型：
从天线上接收的信号直接送入无源混合器，经宽带放大器放大后作为前端的输出。
这种前端最简单，技术上容易实现，价格最低。
但严格上讲不是真正的有线电视系统。
（2）、频道处理混合型前端
图4.频道处理混合型前端
频道处理混合型前端：
在混合之前，每一个频道都有一个相应的频道处理器，其具体构成因所处理的对象（本频道信号性质）不同而不同。
射频信号的处理设备是信号处理器，它可以变换频道，也可以不变换频道，还可以是解调-调制组合。
典型的信号处理器通常采用下变频-中频处理-上变频方式，输入频道信号先经过下变频器变换成中频信号在中频信号上进行处理，以使本频道信号满足邻频传输的特殊要求，在经过处理后的中频信号利用上变频器变为所需的射频信号，并经频道放大后传送入混合器。
视频信号的处理设备当然是中频调制器，它输出的信号同样可以满足邻频道传输的要求，此时混合器采用宽带型混合器以保证输出性能。
频道处理混合型前端指标高、质量好、性能优越而稳定、满足邻频使用要求、便于增容扩容，因而广泛用于大型有线电视系统。
（3）、现代有线电视网的前端类型
图5.现代有线电视的前端组成
现代有线电视网的前端类型：
在现代有线电视网络中，前端对信号处理方式仍然沿袭着单频道处理的思路，因而形式上讲，现代有线电视网的前端的技术类型仍然属于频道处理混合型。
但由于现代有线电视网所需实现的功能比传统有线电视丰富。
所要处理的信号类型也较传统前端为多，此时对信号处理不仅仅只要达到邻频传输的要求而是包含了其它十分丰富的内容，比如对数字电视信号而言，前端需要对它进行信号编码以及卷积交织等一系列处理，为的是增强信号的纠错能力和提高信号克服突发噪声影响的能力；总之现代前端必须满足良好的信号处理能力和完善的系统管理能力，从本质上讲，现代前端技术类型应该是综合处理与智能管理型。
上图简要地画出了这种前端类型的原理示意图。
这类前端大致可分为模拟电视部分、数字电视部分、和数据块部分三大块，不同的部分有不同的信号处理方式和控制管理方式。
模拟电视信号采用的是传统的频道处理混合方式，以使信号达到邻频传输的要求；对数字电视信号来说，前端的处理包括复用、加扰、编码、调制等等，从形式上到内容都比对模拟电视信号的处理复杂得多；对数据信号而言，前端的处理包括路由选择、网络适配和调制等，以便和用户端的CableModem建立起有效的连接和通信，此类业务的实现同样需要配置相应的管理控制系统。
（4）、综合前端
图6.现代智能综合前端
图6中，模拟电视部分的组成与传统的前端完全一致，但增加了较为复杂的数字电视部分和数据部分。
在当前的有线电视网络中，卫星电视信号既作为模拟通道的信号源，也有一部分节目放在数字平台上传输。
一般来说，数字电视的信号源主要有：
卫星电视节目（DVB-S的信号可以通过QPSK解调器变换成TS流直接进入复用加扰系统，而模拟卫星电视信号则需要数字化后经MPEG-2编码才能送至复用器）；自办数字电视节目（由磁盘阵列和视频播出服务器提供）NVOD节目（由NVOD生成系统和相应的播出服务器提供）；EPG、数据广播和其他业务（由相应的生成系统将素材按DVB-DATA格式打包形成TS流再送入复用器）；光电光纤骨干网A平台提供的节目（通过SDH分接转换和网络接口适配器将信号变成TS流）。
这些节目按一定的方式复用加扰后，通过DVB-C的编码调制器（一般采用64QAM）变换到射频上在一个个的模拟频道中传输。
加扰过程由用户管理系统和条件接收系统产生的控制信号进行控制。
用户必须在取得授权后通过机顶盒才能收看到这些节目。
前端中，复用器输出的信号在调制前需分成两路，一路直接送到QAM调制器，进入本地HFC网进行传输；另一路则通过接口适配器转换成DS3信号，复接到本地的SDH网络上传送到下一级的分前端。
前端的数据部分可以根据需要来合理配置。
在图中，数据信息的交换通过中心交换机来完成，可以由专线与公用电信网连接实现Internet的接入，通过本地电话网实现拨号连接，也可以实现IP电话的业务；有线电视自办的信息业务可以通过一系列相应的服务器来提供，也可以与广电光纤骨干网的B平台进行连接。
这些数据信息通过前端的CMTS进入到本地的有线电视HFC网络中。
而网络的控制和管理则由功能强大的网络管理系统和用户系统来完成。
实际的前端组成是由具体的设备组成的，不同的前端其组成的思路和规律大致相同，组合式样则因系统而异。
2.3、前端的主要设备
（1）天线放大器：
也称前置放大器，一般位于天线附近，固定在天线竖杆上。
作用是放大天线接收的信号以提高信号电平，改善前端输出信号的载噪比。
（2）频道放大器：
进行单频放大的器件（现代有线电视系统已不再使用）。
作用：
抑制带外信号分量以减小输出信号中的交调和互调失真；对单频频道信号放大，获得较高的输出电平；进行各频道的分别调整使输出电平基本保持一致，并进行自动电平控制，以稳定电平。
（3）频道变换器：
将天线接收的电视信号的频道转换到系统安排的传输频道上去。
它不改变频谱结构。
（4）信号处理器：
也称频道处理器；作用是：
把接收过来的电视信号经处理后变换到有线电视系统工作频段所指定的频道上。
实质上它是一种功能更全的频道变换器。
分类：
外差变换器型和解调-调制型。
后者主要用于超大型复杂系统，可以提高质量。
一般常用的是前者。
（5）调制器：
调制器是将视频和音频信号变换成射频电视信号的装置，他常与录像机，摄像机，卫星接收机等配合使用。
自办电视节目信号、卫星电视信号、微波传送的电视信号、自办调频立体声节目信号以及各类数字信号等则用调制器变换成射频信号在有线电视系统中进行传输。
（6）导频信号发生器：
产生导频信号，补偿电缆衰减的温特性。
在750MHz以上的系统中，由于广泛采用HFC网络，故一般不用导频信号。
（7）混合器：
将两个以上输入信号合并成一个组合输出信号再用一根同轴电缆或光纤传送出去的装置，也称合成网络。
一般来说，混合器在形成复合信号的过程中应具有较高的相互隔离能力，尽量避免信号间的相互影响。
混合器分为无源和有源混合器两种。
有源混合器不仅没有插入损耗，而且有5~10dB的增益。
无源混合器又分为滤波器式和宽带变压器式两种，他们分别属于频率分隔混合和功率混合方式。
3、传输分配系统
3.1同轴电缆网络
图7.发泡同轴电缆示意图
现代有线电视系统最根本的目的是要解决覆盖问题，因此，由前端产生的复合射频信号最终必须通过合理的传输分配网络才能被准确、优质地传送到千家万户。
传输分配网络通常由传输干线和用户分配网组成，从目前采用的传输媒介看，传输分配网络主要有四种应用模式：
（1）即HFC网（光纤同轴电缆混合网，传输干线由光纤传输系统组成，而用户分配网则仍然是同轴电缆）、
（2）同轴电缆网（传输分配均采用同轴电缆）和MMDS（多路微波分配系统）系统。
（3）LAN接入方式。
通过网络，以后会用这种，新城就是光纤入户
（4）MMDS通常只做辅助或补充手段，在一些地形特殊、用户分散、不便于铺缆架线的地区使用。
西藏、新疆
HFC网络是新建网络普遍采用的方式，也是技术发展的方向。
但是同轴电缆仍大量存在于实际系统，至少HFC中用户分配网还是采用的同轴电缆。
因此先了解同轴电缆时必要的。
图8.用CMTS+CM的双向网络示意图（三网合一）
三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。
三合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它是指在信息传递中，把广播传输中的“点”对“面”，通信传输中的“点”对“点”，计算机中的存储时移融合在一起，更好为人类服务，并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。
“三网融合”后，民众可用电视遥控器打电话，在手机上看电视剧，随需选择网络和终端，只要拉一条线、或无线接入即完成通信、电视、上网等。
图9.LAN接入示意图
同轴电缆网络实际上由同轴电缆、放大器以及各种无源部件按照实际需要组成的。
3.2传输设备---放大器
同轴电缆不做太多介绍，介绍下放大器：
主要包括传输系统使用的干线放大器和在分配系统使用的分配放大器、延长放大器和楼栋放大器（楼放）等。
图10.干线放大器
干线放大器主要作用在于补偿传输电缆的衰减，确保信号能够优质、稳定地进行远距离的传输。
安装：
1、在架空电缆线路中，干线放大器应安装在距离电杆1M的地方，并固定在吊线上。
2、在墙壁电缆线路中，干线放大器应固定在墙壁上。
吊线有足够的承受力，也可固定在吊线上。
3、在地下穿管或直埋电缆线路中干线放大器的安装，应保证放大器不得被水浸泡，可将放大器安装在地面以上。
4、干线放大器输入、输出的电缆，均应留有余量；连接处应有防水措施。
分配放大器：
用于干线传输的最末端，主要作用是将干线传输来的信号同时提供给若干条分配支路。
与干线放大器的区别在于其输出电平较高，不在于主干线输出端，且一般不具有AGC和ALC功能。
（其安装同干放也可以安装在室内）
AGC：
使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。
实现这种功能的电路简称AGC环。
ALC：
电路自动纠正偏移的电平回到要求的数值
图11.分配放大器
延长放大器：
当分配支路传输距离过长，能量会衰减，所以采用其提高电平，以便分配。
图12.延长放大器
楼栋放大器：
是电缆传输的最后一级放大器，它后面是无源分配网络。
作用是输出高电平以带动无源网，使用户得到足够的信号电平。
图13.楼放
均衡器（EQ）在有线电视的信号传输过程中，为使各频道信号的电平差始终保持在规定的范围内，通常要采用均衡措施；否则各级积累的电平差会使系统产生严重的交互调干扰。
3.3、主要无源部件
分配器：
分配器能将一路输入信号的功率均等的分成几路输出，它具有一个输入端和几个输出端，通常一般按输出路数的多少进行分类。
（可安装在室内和室外，在室外要用室外防水型）。
衰减比较小，主要用于楼内干路分配。
。
图14.集中分配器
分支器：
作用是从传输线路中取出一部分信号送到用户终端盒，一般有主路输出端和多个分支输出端。
主路输出为out，衰减小，用户为BR段，直接接用户。
图15.分支器
分配器和分支器是用来把一路信号分成多路，并进而分配给不同用户的无源器件。
分配器以相同的信号强度输出到各个端口，如果家里几台电视机使用，都是使用分配器。
分支器的输出是不均衡的，主干信号强，支路信号弱。
分配器主要用于干路分配，分支器用于用户分支。
分支器分为二分支、三分支、四分支等，每种分支的型号有：
210，212，310，312，410，412。
第一个数字代表几路输出，后面代表这个分支衰减的电平。
（现京唐公司使用的迈威产品，型号为MW-174-10H，174为4分支，10H为衰减电平）
3.4、光纤传输网络—光缆传输
视频和伴音信号经混合、调制放大后，由驱动电路对发光二极管进行光调制，或者对前端输出的射频电视信号直接进行光调制，把电信号转换成光信号，再经光缆传至光接收机。
在光接收机中，把光信号变为电信号，然后进行放大，分配，或解调还原成视频和伴音信号。
图16.光传输系统的基本组成
光发射机：
将电信号（RF）转换成光信号并放大到一定的光功率发送到光缆进行光传输。
输入信号电平：
75---90dBuv。
输出光功率：
nmw---二十nmW
光放大器：
①后置光放大器：
用于放大光发射机输出信号。
②前置光放大器：
用于放大光接收机输入信号。
光分路器：
用于将一路光信号分为几路光信号。
光纤配线架：
⑴固定连接：
①熔融连接：
单芯对单芯，损耗0.05dB。
单芯对多芯，损耗0.1dB。
②冷接：
0.05—0.2dB。
⑵活动连接：
①光纤跳线：
两端是活动接头，中间是光纤。
活动接头可以是相同型，也可以是不同型号。
例如：
5m长FC/PC---FC/APC。
表示PC接头转为APC接头。
②尾纤：
将跳线一分为二就是尾纤。
即一端带有活动接头，另一端与光缆连接。
③活动连接的使用：
a.光端机到光配线箱之间采用跳线。
b.在光配线箱内采用法兰盘将跳线与尾纤连通。
④活动接头的型号
a.ST型---圆形卡口式。
b.FC型---螺旋终止型，比ST型好。
c.SC型---矩形塑料插拨式，适用于高密度安装。
端面不同分为：
a.PC型----端面成球型。
b.APC型---端面成斜面，且仍为球形，增加光纤接触面积。
c.UPC型---超平面连接。
光接收机：
将光信号转换成电信号（RF），有放大信号功能。
光缆：
①种类：
单模，多模。
②光纤损耗：
单模：
0.35---0.5dB/km多模：
0.50---1.0dB/km
4、有线电视系统的设计
4.1系统的几种基本模式
图17.无干线系统模式（规模很小）
图18.独立前端系统模式（典型的传输分配系统）
图19.有中心前端系统模式（本地前端+覆盖地域中心）
图20.有远地前端系统模式（本地前端距离信号源太远）
4.2部件选用
（1）保证用户电平为70±5dBμV，获得最佳的收看效果；
（2）扩大电视服务范围，解决弱场强区的收视问题；
（3）提高系统的抗干扰能力，特别是处于雷达站、电台、电视台、高频器件厂等附近的地区，要将系统的抗干扰能力作为设计的重要问题予以考虑和解决；
（4）保证图像的传输质量。
传输过程不失真，系统不出现交调、互调及重影等影响图像质量的现象；
（5）解决远距离传输问题；
（6）自办节目录像、卫星接收、现场演播等；
（7）防雷问题。
由于共用天线多架设在建筑物高处，因此设计中必须注意解决防雷问题；
（8）其他问题。
例如造价应尽量降低，布线应尽量简洁、美观且施工方便，用户盒安装位置应尽量合理，方便用户等。
4.3天线系统设计
天线的架设与选择
（1）天线架设点的选择应综合考虑场强、反射（重影）、周围干扰、架设便利、安全可靠诸因素。
一般架设在所处位置最高处，天线朝向电视发射台的方向不应有遮挡物和可能的信号反射，并尽量远离汽车行驶频繁的公路、电气化铁路和高压电力线。
（2）在接收频道少、场强相差不多、反射信号不强（一般比主信号小40dB以上）、接收方向基本一致的情况下，可以选用宽频带天线。
在接收频道多、场强差别大、反射信号复杂、收信号较弱、接收方向不一致的情况下，注意选择增益高、方向性强的天线。
（3）无线馈线应采用屏蔽性能良好的同轴电缆，长度不宜大于20m（接收信号电平VHF段大于80dB、在UHF段大于85dB时可适当长些）。
（4）天线输出电平在VHF段小于55dB，在UHF段小于58dB时，必须采取措施，如用高增益天线和使用低噪声天线放大器，以提高天线输出电平，确保系统的载噪比指标。
（5）天线的馈电端、阻抗匹配器、高频连接器和安装在室外的天线放大器、避雷器等,须有良好的防雨结构和可靠的防腐蚀措施。
天线与天线坚杆（架）应具有防腐蚀、抗盐雾、抗硫化物腐蚀的能力，所有金属结构件表面必须涂敷、镀锌等，腐蚀特别严重的地方宜采用不锈钢材料。
4.4卫星电视信号的接收
接收天线有两种基本类型：
一是主焦点抛物面天线，它只有一个反射面，二是卡塞格伦天线，它除了主反射面（抛物面）外，还有副反射面，电波经两次反射后集中到一点。
卡塞格伦天线成本较高，适合于热带卫星电视接收站。
它的低噪声放大器放在抛物面背后，避免阳光直射。
非对称结构的偏置抛物面天线，可以避免抛物面反射器受到馈源、副反射器及其支撑杆的遮挡，从而减小天线增益的下降。
4.5卫星电视接收系统基本组成
①抛物面天线把来自空中的卫星信号能量会聚成一点。
②馈源是在焦点设置的一个接受卫星信号的喇叭形装置。
③高频头（LNB亦称降频器）将馈源送来的卫星信号进行降频和放大后传送至卫星接收机。
④卫星接收机将高频头输送来的卫星信号进行解调，输出卫星电视图像信号和伴音信号
4.6前端的设计过程流程图
4.7前端系统的设计图
4.8传输分配系统的设计
作用是把前端输出的电视信号送至各个用户
4.9无源分配网络的设计原则
在进行分配网络设计时要根据用户分布的特点进行归类，对不同形式的用户进行不同的设计，尽量使之规范化，便于统一组织施工。
在进行规范化的设计时，要注意以下几点：
不同的用户群离前端的距离以及信号经过放大器的数目等都是不同的，设计时应分别计算。
距离长的放一起，距离长的放一起，这样可以提供不同大小的信号。
为做到均衡分配，一般都从楼房中间输入信号，经过分配器均匀送出；对距离较远处，则采用较粗的电缆，使各串分支器输入电平的差别尽可能的小。
为了带动更多的用户，设计时应选用分配损失尽可能小的分配器，尽量减少分支线的电缆长度。
计算用户电平时应把最高频道和最低频道分开计算，使它们都符合设计要求。
一串分支器的数目不能超过四个。
离分配器放大器近的分支器应选择分之损失大的分支器，离分配放大器远的分支器应选择分支损失小的分支器，以保证各用户输出口电平差尽可能小。
分支器有衰减大小不同的产品。
为了保证用户端相互隔离大于30dB的要求，邻频系统中每一串分支器最后两个分支器的分支损失之和不能小于20dB。
？
？
？
4.10分配方式
分配——分配方式
4.11用户分配系统的设计要点
用户电平的确定：
CATV系统提供给用户的电平范围为60～80dBμV（即70±5dBμV）。
取高取低应根据以下几个因素确定：
（1）根据当地场强来确定
距离电视发射台比较远的地方，场强较弱，用户电平取在60～70dB就能较满意接收；距离电视发射台较近的地方，场强较强一般取70～80dB。
（2）根据干扰电平的大小来确定：
干扰信号较弱的地方，用户电平可取低些。
分配器输出端不能直接用户终端。
当分配器有输出端空余时，必须接75Ω负载电阻。
由上至下进行分配时，上层的分支衰减量应取大一些，下层的分支衰减量应小一些，保证上、下层用户端的电平基本相同。
分支器主输出口空余时，必须接75Ω的负载。
分配器、分支器尽可能安装在建筑物内。
电缆与有关障碍物交越距离的要求
4.13光信号计算
光信号的设计主要是合理的设计光分路器的分路百分比，我们现在讲的主要目的是为了维护时判断故障和分析故障，所以只给出2种波长的链路损耗计算公式。
1、1310nm链路损耗的计算
-2db（接收光功率）+XXkm（光缆长度）×0.4db（每公里损耗）+0.5db（活动接头损耗）＝XXdb（发送光功率）
公式的反向应用
发送光功率－0.5db（活动接头损耗）－XXkm（光缆长度）×0.4db（每公里损耗）＝XXdb（接收光功率）
2、1550nm链路损耗的计算
-2db（接收光功率）+XXkm（光缆长度）×0.25db（每公里损耗）+0.5db（活动接头损耗）＝XXdb（发送光功率）
公式的反向应用
发送光功率－0.5db（活动接头损耗）－XXkm（光缆长度）×0.25db（每公里损耗）＝XXdb（接收光功率）
4.14电平信号计算
1.倒推法计算分配网络的输入电平，即前端输出电平So
So＝Sn＋∑LP＋∑LX＋∑Ln－∑GF＋LZ＋L（dbμV）
式中Sn用户端电平，dBμV；
∑LP——总的分配损耗，dB；∑LX——总的电缆线损耗，dB；
∑Ln——总的分支器插入损耗，dB；
∑GF——放大器的总增益，dB；
Lz一分支损耗，dB；L——衰减器的衰减量，dB。
光接收机输出=用户信号（60±5dB）+分配器损耗之+分支器损耗之和+总电缆损耗之和—放大器总增益
2.计算要求的前端增益和设计前端。
前端增益为：
G＝So一Sa
3.用顺算法计算各用户电平（并选分支、分配元件）。
用户电平为：
Sn＝So－∑LP－∑Ln－∑LX＋∑GF－Lz－L（dB）
电缆每百米衰减量（只是国标，具体的电缆是有区别的，根据实际物品为准。
这个数据要求维护人员一定要记住，在维修设计中实在太重要了）
-12电缆 50MHz2.6dB 550MHz7.2dB
-7电缆 50MHz 3.5dB 550MHz 11dB
-5电缆 50MHz 5dB 550MHz 17dB
当电缆的衰减量比标称值增加10－15％时，该电缆应该淘汰更新，电缆的一般寿命是7-20年之间。
此外，影响电缆信号的还有温度，夏季如果温度过高电视画面就会出现雪花，要降低线缆周围环境温度。
4.15列表或绘图，并进行成本核算。
4.16CATV的设计步骤
（l）列出已知条件和要求：
1）用户数目；
2）接收电视频道；
3）场强或天线输出电平（计算或测得）；
4）建筑物的土建立面和平面图；
5）要求的用户电平；
6）各种器件的型号和性能；
7）其他要求。
（2）确定整个系统的结构组成方案
5、故障讲解
5.1有线电视系统常见故障分析方法：
（1）直观法。
防止复杂化，影响排
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