广电0811有线电视网络技术教案.docx
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广电0811有线电视网络技术教案
本学期教学的相法：
1、要给学生进行分组，2、要充分高计一些问题让学生组队来完成（如，教学楼的有线电视分配，工程设计，针对一颗卫星，设计接收方式，材料的报价，性能分析，等）3、要注意规范学生的报告格式，必要时提示范本；4、接合本学期学生可能提前走，提前设计一些讨论方向，目的让学生自主学习。
第一章
1.1有线电视的起源与发展
一起源（略）1940年美国的共用天线
二有线电视的特点
有线电视系统的功能具有以下特点
1、改善了用户电视的收视质量扩大了电视的覆盖范围
开路电视广播具有直线传播的特点，很容易受城市高大建筑和边远地区地势的影响!
而产生弱场强区和阴影区同时建筑物和高山等不仅会阻挡电波而且还能造成电波的多次反射。
因而产生对电视图像的干扰，另外，受电视台发射功率限制和空间介质对电视信号传播的衰减，使得距发射台较远地区的信号强度大为降低。
由于各电视发射台的位置、高度和发射功率各不相同，用户接收到的信号强度差别很大这些客观因素存在使个体接收的用户难以收看到高质量的电视节目。
然而对有线电视台来说，则可以通过选用高增益天线，增加天线放大器、加高接收天线高度和选择合适的位置安装天线等措施提高接收信号的质量，再通过有线电视系统传输给用户，从而改善了处于不利地理位置和接收环境下用户的收视效果进而扩大了电视的覆盖范围。
2、用户接收的电视节目数量显著增加频谱资源获得充分利用
有线电视系统本身是一个相对独立的系统。
它既不受开路电视信号的影响，也不会对其他系统产生干扰。
因而可最大限度地利用频率资源，有线电视系统通过采用先进的邻频处理技术和启用在开路电视中不可能使用的增补频道。
更进一步大大增加了系统内传送节目的数量，节目数达数十套之多。
特别是近几年来数字压缩技术的发展，使有线电视系统可以传送的节目数超过了上百套。
3、有利于开展付费电视业务，满足不同用户的收视要求
有线电视系统节目传送能力的不断提高，为不同层次用户提供多种专门内容的节目并收取一定费用提供了有利条件。
如开设体育、电影、音乐、商品信息等专用频道、相对于无线电视广播，有线电视通过采用加解扰技术使付费电视业务中的收费管理更简便。
从而取得较好的经济效益和社会效益。
4、可扩展成多媒体宽带网，提供多种服务业务
作为一个已进入千家万户的大型宽带网络，通过对有线电视系统进行必要的扩充和
实施以双向化为代表的技术改造。
可以将其扩展成为多媒体宽带接入网。
实现其综合利用。
通过这一网络不仅可以为用户提供已有的模拟电视广播，还可以提供数字电视广播、图文广播以及电话、电子信箱、Internet接入、视点播、交互式视频游戏、远程教学、远程医疗、网上购物等综合性服务。
三有线电视的发展
四、有线数字电视
什么是数字电视？
指采集、制作、播出、存储、接收采用数字技术的电视。
频道扩容，画质提高、交互式出现、增值业务。
（模糊媒体间的区别）
1.2有线电视的基础知识
一、电磁波传播的基本知识
1、电磁波
无线电波和其他电磁波一样，其波长、频率和传播速度有如下关系
极化的概念
2、电磁波的划分
书上有进一步的细分。
3、电磁波的发射与接收
天线的可逆
水平与垂直极化波的天线位置
二、信号的分贝表示
分贝的定义
使用分贝的好处
三电平的表示
1、相对电平
2、绝对电平
3、几种绝对电平的单位
如dBmWdBuV及0dB10dB20dB的含义
四噪声信噪比与噪声系数
1、信噪比=10lg（S/N）=S-N
2/载噪比=10lg（C/N）
载噪比与信噪比之间的关系C/N=S/N+6.4dB
VoIP（VoiceoverInternetProtocol）简而言之就是将模拟声音讯号（Voice）数字化，以数据封包（DataPacket）的型式在IP数据网络（IPNetwork）上做实时传递。
VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。
VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。
1.3有线电视系统概述
有线电视系统的结构可以分成四个部份，这一节的内容就是先从总体上来介绍有线电视系统的构成，要求注意的是本是一种概述，是让学生对有线电视系统有一个印像：
上图是一个有线电视的系统基本结构框图
一、信号源
1、空间接收的信号
如有：
广播电视信号、卫星电视信号、微波电视信号
2、自办的节目信号本教材的P9最后一段
二射频前端
作用其作用是将从信号源来的信号，进行必要的处理，将其转化成适于传输的射频信号
前端的作用有
频率转化—调制—频道转换—放大—混合—混合--分配
三、干线传输系统
作用是把前端的信号传输至用户
以传输的媒质分类有1、同轴电缆
2、光缆
3、微波
四、用户分配网络
由分配放大器、延放大器、分配器、分支器、用户终端盒等构成
1.4有线电视的邻频道传输技术
在这一节中我们主要是要讨论，有线电视系统中的频率利用与划分问题。
由于在一个时空中频率资源是有限的，为此人们在传输电视信号时，对占用什么频率有着规定。
同时由于技术的进步，电视频率的划分还出现一些变化。
主要是早期的隔频传输与现在的邻频传输。
为了分析频道传输问题，我们首先回顾一下，人们对频谱的划分：
一、有线电视传输频谱划分
我国规定的无线广播电视频率主要有48.5MHz～108MHz、167MHz～223MHz、470MHz～566MHz和606MHz～958MHz4个频段，开路电视频道一共有68个，每个频道的带宽都是8MHz，其频率范围由fV−1.25MHz到fV+6.75MHz，其中fV是图像载频，而伴音载频fA比图像载频高6.5MHz
有线传输系统的频率配置方案基于无线电视广播频率配置方案，并增加了有线电视专用的增补频道。
对于单向有线电视系统而言，各邻频系统拥有的频率资源情况如下表
邻频系统
300MHz
450MHz
550MHz
750MHz
862MHz
标准频道
DS1～DS12
DS1～DS12
DS1～DS22
DS1～DS42
DS1～DS56
增补频道
Z1～Z16
Z1～Z35
Z1～Z37
Z1～Z42
Z1～Z42
共计（个）
28
47
59
84
98
（同时可参看书中P12图1-5的表述）
二、隔频传输
这是一种老技术标准，在配置好的系统中，VHF段只用6个频道，UHF段只能用10个频道，其中UHF中的大部分不可用。
这一技术现在只在一些小型自办电视台中使用如学校，厂矿对节目数要求不高的场合。
隔频传输的定义：
系统所使用的频道不相边，而是间隔着使用。
其原因是1、克服邻频的干扰2、克服镜像频道干扰；3、降低高频的衰减不一致
三、邻频传输
即连续应用标准电视频道，的一种传输形式，是当前使用的。
1、邻道抑制度60DB最好全部抑制，但事实上不可行，下降60dB只是主观上感觉不到邻道的最低限度。
2、带外抑制度本频道8MHz外的成分相对于基准电平小60dB.即有纯的频谱。
3、图像载波电平与伴音载波电平之比可调。
17dB的要求，目的是使邻道的伴音不足以本频道的图像。
4、各频道的电平相对一至，任意频道间差小于10dB，相邻的小于2dB.
四、信号的处理方式
为达到以上的技术要求，对电视信号要进行处理。
由于对于RF信号频率高不宜处理，一般多采用中频处理方式。
故这里所讨论的是有线电视系统前端的一些问题。
信号处理器的组成：
下变频器、中频信号处理器与上变频器三个部分。
特点与功能：
1、为解决A/V可调进行音视频分离；
2、为解决带外抑制度用声表面波滤波
3、为解决各频道的电平相对一致采用AGC电路
4、为保证频率的稳定性采用晶振。
五有线电视系统的频率配置
见P15表1-4
第二章广播电视接收
2.1有线电视接收系统的基本组成
一、一些基本概念
1、开路电视电视节目通过空间电磁波传送的，其工作频道是标准频道。
2、陷波器陷波器是一种谐振电路，或者说是一种自动开关的感应器，在天线工程上应用它可以根据信号的频率，自动延长或缩短天线的长度。
无线电接收机中专门用于消除某些无用信号以减小对有用信号的干扰的滤波器。
用在电路上滤除不需要的频率的信号，比如在带通滤波器通频带的边缘外加陷波器，通常是串联一个并联谐振回路，或并联一个串联回路，它们的谐振频率就是要滤除的频率，
二、开路电视的基本组成
见书P17的图2-1
注意三个问题1、天线的方向对应不同的极化信号
2、加滤波器与陷波器的作用
3、最终信号输送给谁？
2.2接收天线与馈线
天线在广播电视中的作用：
引入电磁波，是第一道门坎
一、天线的基本参数
1、输入阻抗;
天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的负载，与传输线之间存在阻抗匹配问题。
天线与传输线的连接处称为天线的输入端，天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗（InputResistance），即天线的输入阻抗Zin为天线的输入端电压与电流之比：
其中，Rin、Xin分别为输入电阻和输入电抗，它们分别对应有功功率和无功功率。
有功功率以损耗和辐射两种方式耗散掉，而无功功率则驻存在近区中。
天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围环境的影响。
输入阻抗的计算是比较困难的，因为它需要准确地知道天线上的激励电流。
除了少数天线外，大多数天线的输入阻抗在工程中采用近似计算或实验测定。
2、天线方向性与方向图
是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图,通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。
天线的辐射与接收作用分布于整个空间，因而天线的方向性即天线在各方向辐射（或接收）强度的相对大小可用方向图来表示。
以天线为原点，向各方向作射线，在距离天线同样距离但不同方向上测量辐射（或接收）电磁波的场强，使各方向的射线长度与场强成正比，即得天线的三维空间方向分布图。
这样的方向图是一空间曲面，如图2-6（a）所示。
图2-6天线空间与平面方向图
（a）天线空间方向图;（b）E平面方向图;（c）H平面方向图
3、主瓣宽度
对于任一天线而言，无论是E面方向图还是H面方向图，它们一般呈花瓣状，故方向图又称为波瓣图。
最大辐射方向所的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，处于主瓣正后方的波瓣称为后瓣。
见图2－7。
所谓主瓣宽度通常是指主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率密度一半的两个方向间的夹角，以2θ0.5表示。
当功率密度下降一半，场强则相应地降至0.707倍。
4、天线的频带宽度
与天线的尺寸有关，越大越宽
5、天线的驻波比
全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文VoltageStandingWaveRatio的简写。
在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin，形成波节。
其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。
这种合成波称为行驻波。
驻波比是驻波波腹处的声压幅值Vmax与波节处的声压Vmin幅值之比。
在驻波管法中，测得驻波比，就可以求出吸声材料的声反射系数和吸声系数。
在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。
为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念，
SWR=R/r=（1+K）/（1-K）
反射系数K=（R-r）/（R+r）
（K为负值时表明相位相反）
式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。
当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数K等于0，驻波比为1。
这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。
二、几种常见的天线
1、半波振子（有源）
2、折合振子
3、引向天线（
4、组合天线
三、馈线
仅要考虑阻抗匹配而且还要进行平衡--不平衡变换。
1、λ/4平衡变换器（λ是信号频率的波长）
λ/4平衡变换如图1所示，半波振子的输入阻抗是75欧的平衡负载，用75欧的同轴电缆与之配接虽然阻抗是匹配了，但平衡却不匹配，必须加入一个平衡变换器。
半波振子的一臂与主馈线外导体相连（图1中的A点），另一臂与λ/4导体上端和同轴电缆的内导体相连接（图1中的B点），λ/4导体的下端则通过短接金属环与主馈线的外导体相接（图1中的C点）。
那么A--》B点之间的距离为λ/2，所以，B点的信号送到A点时刚好反相，这样一来就把同轴线的不对称变为对称了。
从A、B两点向短接金属环看进去是一段λ/4的短路线，其阻抗为无穷大，所以对阻抗匹配不会造成影响。
2、不对称U型环平衡变换
如图2所示，它由两段特性阻抗均为75欧的同轴线构成，其中一段为λ/4，另一段为3λ/4，两段同轴线的内导体分别与半波振子的两臂A、B相连，另一端与主馈电缆相连于C点，可见主馈线到振子两馈电点路径的波程相差为3λ/4-λ/4=λ/2，即两馈电点的信号电压大小相等，方向相反。
因而保证了平衡馈电。
阻抗匹配：
由于半波振子是平衡式的，每个馈电点对地阻抗为75/2=37.5欧，馈电点A通过λ/4的75欧电缆到C点的阻抗为：
75平方/37.5=150欧，馈电点B通过3λ/4（λ/4的奇数倍）75欧电缆到C点的阻抗为：
75平方/37.5=150欧，那么C点的合成阻抗为：
150/2=75欧。
显然和主馈电缆的阻抗是匹配的。
3、λ/2平衡变换器
λ/2平衡变换器又叫U型平衡变换器，如图3所示，折合半波振子天线（输入阻抗为300欧）与会75欧的同轴线连接时，二者阻抗不匹配，因此必须在它们之间加装U型平衡变换器。
从图3可看出，馈电点A和B的对地阻抗为300/2=150欧，信号从主馈电缆传至A点分成两路，分别供给振子左右两边的负载。
由于A、B两馈电点的波程差为λ/2。
因此，A、B两馈电点的电源大小相等，方向相反，从而达到了平衡变换的目的。
再看阻抗方面，由于A、B两点的对地阻抗均为150欧，那么合成在一起后，A点的阻抗应为两馈电点的并联值即150/2=75欧，所以阻抗也是匹配的。
2.3广电接收的其他设备
1、天线放大器
用于天线与馈线间的超高频、宽带、低噪声放大器。
用于增强因接收距离太远而造成的较弱信号、补偿天线与电视机间传输距离的损耗以及共用天线系统中保证分配器获得必需的输入功率，以提高接收质量。
2、频道滤波器
2、陷波器
陷波器是一种谐振电路，或者说是一种自动开关的感应器，在天线工程上应用它可以根据信号的频率，自动延长或缩短天线的长度。
无线电接收机中专门用于消除某些无用信号以减小对有用信号的干扰的滤波器。
用在电路上滤除不需要的频率的信号，比如在带通滤波器通频带的边缘外加陷波器，通常是串联一个并联谐振回路，或并联一个串联回路，它们的谐振频率就是要滤除的频率，在电视机电路中频部分很常见。
3.1卫星电视系统的基本组成
卫星电视广播就是利用静止卫星上的大功率转发器向特定的地区传送广播电视信号，用户通过相应的接收设备直接收看电视和（或）收听相应的节目，一般地称这种广播方式为卫星电视广播。
同步卫星只能存在于地球赤道面上距地35800公里处的轨道上。
仅从理论上分析，有三颗卫星可进行全球通信覆盖。
一、卫星电视广播系统的组成
卫星电视广播系统主要有上行地球站、广播卫星、卫星电视接收站、卫星测控站四大个主要部分组成。
下面是卫星电视广播系统组成示意图，
（1）上行地球站（简称上行站）
上行地球站的主要任务就是把电视广播中心的广播电视信号加以信号处理，并经过调制、上变频，然后对输出信号的功率进行放大处理，再通过定向发射天线向卫星发送上行微波信号。
同时也接收由卫星下行微弱的微波信号，以监测卫星转播节目质量。
通常将地面发送到卫星的信号称为上行信号，把卫星传送到地面的信号叫做下行信号。
上、下行信号的载波频率是不一样的，这样就避免了上行信号和下行信号之间的相互干扰。
上行地球站可以是一个或多个，根据它们的功能的不同又可分为：
①上行主站：
上行主站是固定的卫星电视信号发射中心，它具有发射电视信号给卫星和接收卫星转发回来的电视信号的功能；另外，它还能够监测卫星传输的信号和遥控卫星的状态以保证卫星传输信号的质量；
②上行分站：
上行分站的主要功能是和上行主站相似，当主站出现问题时，可以作为上行主站的备份，只不过上行分站不具备对卫星信号的监测功能和遥控功能；
③上行移动站：
上行移动站常用于现场直播或现场采访。
上行移动站安装在专用的卫星电视转播车上，相当于一个移动的上行分站。
其特点是设备移动性好，方便灵巧。
（2）广播卫星
电视广播卫星，它类似于一个电视差转站，将设置在地球上的上行站发射的电视载波信号接收放大和频率变换处理后，再向所服务的覆盖区域转发。
为了实现广播电视信号的正常转发，要求卫星保持精确的姿态和轨道位置。
并且卫星相对于地球是静止的，以便地面卫星接收站准确地接收卫星传送的信号。
（3）卫星电视接收站
它主要用来接收广播卫星下发的电视节目信号，由接收天线接收卫星电视调频载波信号，经解调后送出电视视频信号和伴音信号。
各类接收站为用户提供不同传输方式来收看卫星电视节目。
接收站可分为四种类型：
①个体接收者：
当卫星向服务区转发节目信号，电波到达地面的功率足够大时，用户可以用小型的卫星电视接收设备直接接收卫星转发的电视节目。
②集体接收站：
它是一种较大天线的接收装置，接收广播卫星转播的节目，供集体用户收看。
如广播电视大学的远程教学接收点或一些单位的办公大厦等。
③无线接收站：
主要用来接收卫星电视信号，作为电视节目源，供设在该地区的电视台或转播台进行转播，即无线转播。
④有线电视收转站：
将接收到的卫星电视信号经放大、变频和调制变换后，以VHF或UHF调幅电视信号形式，通过有线电视系统分送到各用户收看卫星电视节目。
（4）遥测遥控跟踪站
该站的主要任务是测量卫星的各种参数，监测调整卫星上所有设备的工作状况。
如卫星内部设备的电压、电流、功率、温度、压力等；对卫星实施各种功能状态的转换。
测控卫星的姿态和轨道位置，调整卫星状态以保证卫星相对于地球静止，并使卫星天线波束对地球表面地覆盖区域保持不变等等。
二、卫星电视广播的特点
（1）覆盖面积大，传输距离远，能量分布均匀，但信号弱。
同步卫星位于赤道上空约35786km的高空，一颗卫星的视区可达全球面积的42.4%，三颗卫星可覆盖全球，由于卫星转发器是利用定向天线把电波聚集成窄波束，能比较均匀的辐射到覆盖区域内，服务区中心和边缘地区的电场一般相差2～4dB，同时在服务区域内不受地理条件限制，是解决边远地区和山区的电视覆盖的最好办法。
特别是我国幅员辽阔，地域复杂，用一个转发器就能均匀地覆盖整个国土。
由于卫星的辐射功率小，而且卫星离地面距离远，因此，到达地面的场强要比一般地面电视广播弱30dB以上，故要接收卫星电视信号需要较大的天线和低噪声前置放大器。
（2）卫星电视广播质量高、传送节目套数多，信息容量大。
卫星电视广播采用的是调频，因而抗干扰能力强，输出信噪比高，失真小；工作频率高，受工业干扰、无线电波等干扰较小，而且可实现较宽的工作频段。
如：
KU频段（11.7～12.2）GHz、宽度达500MHz，能容纳24个模拟频道，每个频道带宽可达27MHz.；卫星电视天线发射的波束窄，而且是直接视线接收，不存在向地面电视广播那样多次中转和变换带来的失真以及信噪比下降的情况，信号比较稳定。
（3）投资少，成效高。
根据亚洲广播联盟（ABU）估算，如果覆盖1000万平方公里的面积与微波中继线路相比，总投资要节约60%，我国只需要一颗卫星即可覆盖全国，而相同条件下则需要架设100米高的电视塔2400座和更多的微波中继站，而且卫星传播还可以减少大量的维护人员。
3.2卫星电视接收系统的组成与工作原理
1．卫星地面接收站的组成
卫星地面接收站的基本组成可分为室外部分、室内部分两大部分。
如图10.2所示，
图10.2卫星电视地面接收站的基本组成
室外部分主要有天馈系统和高频头组成，天馈系统包括抛物面接收天线、馈源、波导变换器等组成；室内部分主要是卫星电视接收机和接收终端组成。
2．卫星电视天线的作用
卫星电视接收天线是卫星电视接收站的前端设备，它实质上是一个电磁波收集器，它的作用就是把反射面内收集到的卫星传送到地面的微弱的电磁波聚集起来并转换成高频电流，然后传送至后面的处理电路处理，它在卫星电视广播系统中是不可缺少的部分，它的性能好坏直接影响到整个系统的接收效果。
3．常用的卫星电视接收天线
目前，在国内外使用的卫星电视接收天线的种类较多，它们的类型一般和工作频段有关，在U波段常用反射面天线和平面天线，C波段常用反射面天线，L波段采用螺旋天线等。
具体可以分为五种：
①前馈天线：
馈源位于天线反射面的正前方；
②偏馈天线：
馈源偏离反射面的口径；
③后馈天线：
馈源位于天线反射面的后方；
④螺旋天线：
用螺旋线作为信号接收的导体；
⑤微带天线：
用微带做成天线的形状。
下面主要介绍种常用的卫星电视接收天线。
（1）抛物面天线
抛物面天线是由金属的旋转抛物面形的反射镜和放在焦点上的馈源组成。
图10.3抛物面天线示意图
如图10.3所示，在xOy平面内，O为抛物线顶点，F为抛物线焦点，f为抛物线的焦距，则抛物线方程为：
x2=4fz（10.1）
抛物线绕Oz轴旋转成抛物面的方程为：
x2+y2=4fz（10.2）
过F作一与x轴平行且足够远的直线MF作基准，抛物面具有下述两个特性：
①自焦点F到抛物面上任一点P的距离FP和P点到口面的垂直距离PQ之和为常数；
②从任意一点P作抛物线的法线PN，在作出和角NPQ角度相等的线，则该线穿过焦点F。
根据以上的原理可知，从卫星发射出来到达天线的电磁波虽然为球面波，但是经过长距离的传输后，到达卫星接收天线时可看成是平行于天线轴向传播的平面波，该波经过抛物面反射后，聚焦到抛物面焦点上的馈源上，大大提高方向性和增益。
所以，当天线的轴向对准卫星时，能获得电波能量的最大值。
由于抛物面天线结构简单，制造、安装、维护十分简单方面，而且，性能稳定可靠，该天线的成本较低，所以，它是个体和小范围使用是最为常用的一种卫星接收天线。
（2）卡塞格伦天线
标准的卡塞格伦天线是按照卡塞格伦望远镜制成的后馈式天线，构造如下图10.4所示：
图10.4卡塞格伦天线原理图
卡塞格伦天线的工作原理：
卡塞格伦天线的主反射面和双曲面的焦点重合在F点上，并且位于轴线上，轴线对准卫星，由于卫星发送来的电磁波方向和轴线方向平行，当卫星发射的电磁波到达时，首先由主反射面将电波进行反射到副反射面，再由副反射面发射到馈源上并且聚焦于馈源上，馈源的位置位于副反射面的另一个焦点上。
卡塞格伦天线的优点：
天线各部分紧凑，减少了传输过程中产生的噪声和损耗；主副反射面调整方便，效率高；抛物面的焦距很短，降低了
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