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1、第5章电视信号微波、光缆传输,5.1电视信号的微波传输 5.2电视信号的光缆传输,5.1电视信号的微波传输5.1.1概述在有线电视网中，多路电视信号通常以标准残留边带调幅(AM-VSB)方式在同轴电缆中传输。这种方式一般适用于10km之内的传输，要将电视信号进行远距离传输，可以采用多路调幅或调频的光缆传输或微波传输。光缆传输方式在技术上比较先进，传输质量好，但其工程造价高，一般适用于远距离大系统中的干线使用。电视信号的微波传输方式，技术性能好，经济实惠，尤其适合那些不便敷设电缆和光缆的地区使用，因此电视信号的微波传输方式有其广阔的应用领域。目前，电视信号的微波传输方式主要有调幅微波链路系统(A
2、ML)和多频道微波分配系统(MMDS)两种。本节我们将讨论这两种传输方式。,5.1.2调幅微波链路系统(AML)1.调幅微波链路系统的组成调幅微波链路系统(AML)的传输方式是点到点的定向传输，其典型组成如图5-1所示。 从图5-1中可以看出，主前端微波发射机利用微波功率分配器将信号分成四路，分别用四副抛物面天线将其发送给四个接收点。在相应的接收点上(分前端)用抛物面天线将信号接收下来，送入微波接收机，再输出到同轴电缆。AML微波系统的工作原理如图5-2所示。,AML系统的工作频率范围是12.713.25GHz，工作方式是VSB/AM调制上变频，带宽550MHz，可传输PAL/D制式电视信号5
3、9套。传输距离视发射功率而定。其基本工作流程如下所述。在主前端将各路电视信号（如45550MHz）混合后送到AML发射机。AML发射机将该信号调制上变频到所需的工作频段，再用功率分配器将信号功率分配到各发射天线。发射天线将信号发射到指定的接收点。各接收点将信号接收下来后，经AML接收机的下变频将其还原为45550MHz的RF信号，再经电缆传输分配给用户。目前AML系统的传输水平可达到80个频道，一台发射机可将信号馈送给16个微波接收机（即16个分前端）。,2.调幅微波链路系统的设备AML系统设备主要有发射机、接收机和天线。一些主要微波元器件，如环行器、功率合成器、功率分配器等都在发射机内。天线
4、通常采用的是微波抛物面天线，其口径一般在3m以下。1)AML发射机AML发射机分为高、低功率两类。目前随着微波器件水平的提高，在大功率发射机中得到了应用，和原来使用的速调管相比，固体器件的寿命要长得多。AML发射机原理框图如图53所示。,图5-3AML发射机组成原理方框 图,由图5-3可知，从CATV前端来的射频信号经发射机射频输入端口进入微波发射机。射频信号经电平调节和斜率控制处理后，与发射机内部产生的微波载频在低失真的上变频器中进行混频。从混频器输出的微波信号，经镜像滤波器和陷波器后，只含上边带信号。AML发射机采用单边带抑制载波的调幅方式，把输入信号的射频频谱上变频到微波，再经过低噪声的
5、场效应晶体管放大，推动功率放大器。谐波滤波器用以滤除发射机输出载波的二、三次谐波分量。发射机到发射天线之间的馈线为椭圆形软波导或空气介质电缆和泡沫介质电缆。AML发射机可放在室内或室外。室外AML发射机一般设备体积小，无人值守，可直接安装在天线塔上。AML发射机技术性能指标如表5-1所示。,表5-1AML发射机技术性能指标,图54AML接收机组成方框图,2)AML接收机AML接收机原理框图如图5-4所示。输入的微波信号经过低噪声放大器放大后，经群下变频到45550MHz的RF射频信号，再经放大后输出。导频陷波的作用是将微波传输时使用的导频信号去掉。导频滤波的作用是取出导频信号，用导频信号使本地
6、载波和发射端的载波锁定，从而提高整个系统的性能。 AML接收机的典型性能指标如表5-2所示。,图54AML接收机组成方框图,表52AML接收机技术性能指标,3)中继传输中继传输又称为微波接力传输。微波传输距离一般为视距传输。由于隔挡物或地球曲率的影响，直线视距传输距离一般为50km。在远距传输时，若中途遇到山丘或者其它障 碍物，则需设中继器进行微波接力传输。中继器的作用是把上一站的信号接收下来再发送到下一站。AML有源中继器的组成框图如图55所示。,图5-5AML中继器的组成框图,表5-3AML中继器的主要技术性能指标,3.AML系统设计与计算1)AML系统设计应考虑的问题频道数量。频道数量的
7、多少应根据实际需要和未来的可能发展而定。该数值确定之后，才能确定CTB、C/N以及接收机输出工作电平等。发射机、接收机、中继器。首先要确定发射机、接收机和中继器的具体位置，包括天线的架设高度、塔高等，根据发射机、接收机和中继器的位置、距离确定发射机的发射功率等主要指标。拟选频率。在拟选频率时,一定要注意调查该频率附近是否有干扰存在,是否会对别的无线设施造成不良影响。,2)设计计算下面结合图5-1详细介绍计算的步骤。计算收、发之间自由空间的损耗（Lf）,Lf=20lgf+20lgd+92.5(dB),式中d是收、发之间的距离，单位为km；f为工作信号频率，单位是GHz。 以最远接收点B为例（d=
8、30km，f=12.9GHz）：,Lf=20lg12.9+20lg30+92.5=144.26dB,计算载噪比C/N接收机载噪比按下式计算：,C/N=PI-Nf-N0,式中PI为接收机的输入信号功率电平(dBmW)；Nf为接收机的噪声系数(dB)；N0为背景噪声(dBmW)。 N0由下式求得：,其中，K1.3810-23称为波尔兹曼常数；T=293K为常温(20)时的绝对温度；B为视频带宽，这里B=5.75106Hz。,将上列数值代入可得：,N0=-106.34dBmW,设系统总体设计中，对AML系统链路的总载噪比的要求是55dB，发射机的载噪比为66dB，则接收机部分所分配的载噪比为,(C/
9、N)R=10lg(10-55/10-10-66/10)=55.4dB,接收机的最低输入信号电平:,PI=(C/N)R+Nf+N0=55.4+6+(-106.34)=-44.94dBmW,接收机与发射机之间的总损耗：,Lrt=Lf+Lw-Gt-Gr+Ld+F,式中Lf为收发之间的自由空间损耗；Lw为传输波导损耗(本例取40m,损耗3dB)；Gt为发射天线增益(本例中1.8m，Gt=45.1dB)；Gr为接收天线增益(本例中2.4m，Gr=47.6dB) ；Ld为发射机的分配网络损耗(本例取6dB)；F为设计余量(本例取3dB)。,将以上数值代入上式得:Lrt=144.26+3-45.1-47.6
10、+6+3=63.56dB发射机的最低输出电平：,PO=PI+Lt=-44.94+63.56=18.62dBmW,CTB和CSO指标。CTB和CSO指标的计算与前面的类似。一般来说，AML系统的非线性失真指数有较大的余量，对整个系统总体指标影响不大。,4.AML系统的特点AML系统的特点如下所述：(1)服务面广。由于AML系统是宽频带传输，可以将全部所需频道的节目源从一个独立前端同时传输到多个分前端。一部AML发射机可以给十几个接收点(分前端)提供信号，即可以将发射信号分配给十几个不同方向的发射天线。这些发射天线定向对准各自的接收天线，而每部接收机又相当于一个分前端，可以带动一个较大的分配网。因
11、而，AML适合于群体接收的传输方式。,(2)信号传输质量高。AML传输方式的信号传输质量可以达到光缆传输质量，故完全可以作为主干线传输。(3)输出信号的频率范围宽。AML系统的传输信号频率范围可分为300MHz、450MHz和550MHz。(4)AML系统可实现多种传输。AML系统不仅可实现单向传输，也可以实现双向传输，它不仅能传输模拟的电视信号，而且还能传输数字电视信号、数据声音等，还可以对所传信息进行加扰和解扰。(5)造价低。AML系统的成本主要取决于发射机。近年来，采用了KU波段的高功率场效应管并利用功率倍增原理的发射机，其成本较低，特别在频道数目较多时，更是经济实惠 。,5.1.3多频
12、道微波分配系统(MMDS)1.多频道微波分配系统结构多频道微波分配系统(MMDSMultichannelMicrowaveDistributionSystem)是一种独立的信号传输系统。它不仅能传输电视信号，还能传输调频信号和其他数字信号，既可以在有线电视系统中起超干线传输的作用，又可以直接将电视信号传输分配给用户。MMDS传输系统主要由微波发射机、发射天线、微波接收天线和微波接收机等组成，其系统结构如图5-6所示。,图5-6MMDS系统结构,MMDS传输系统采用2.52.7GHz的微波频率。它具有传输信号信噪比高、工程收效好、施工周期短、传输链路不需维护等优点，在世界各地得到了广泛的应用。M
13、MDS的不足之处是：微波传输链路中不能有障碍物(视距传输)，频道容量有限，微波在空中传输时，电磁波易受大气、云、雨、雾等的影响。,2.发射设备发射设备如图5-7所示。在发射设备中，所发射的信号可以是卫星地面接收站、微波站、开路电视信号、自办节目等，经调制器将音、视频信号调制到射频 (RF)上，再经上变频器，将频率变换到微波波段，最后经功率放大合成后通过馈线传送 到发射天线。,图5-7MMDS发射设备,MMDS发射设备有两种类型。1)先合成后放大式发射机先合成后放大式发射机的原理如图5-8所示。由图5-8可见，各种节目源送来的信号，首先调制到射频，然后将该射频上变频到微波波段，经宽带混合器混合后
14、，再经功率放大器放大送至微波发射天线发射。为了避免频道变换器产生交互调失真，通常每个频道使用一个频道变换器。微波功率放大器的输出功率与系统传输的频道数有关。传输的频道数越多，功率放大器的输出功率越小，传输距离就越短，覆盖面越小。,图5-8先合成后放大式发射机原理框图,2)先放大后合成式发射机先放大后合成式发射机原理如图5-9所示。每个频道单独使用变频器和功率放大器。每个频道的输出功率都较大，系统的交调失真较小。混合时，一般是四个间隔频道的功 率混合为一组，组合后的信号由发射天线发射出去，该系统设备可传30km以远，C/N 值可达60dB。传输40个频道时，CTB值为65dB(NTSC)。先放大
15、后合成式发射机的发射功率比先合成后放大式发射机的大。,图5-9先放大后合成式发射机组成原理图,3.接收设备接收设备原理图如图5-10所示。由于MMDS所用频率不在电视接收机的调谐范围之内，所以接收端除天线之外，还应包括下变频器。下变频器的主要作用是将MMDS信号频率变换到电视机所能接收的频率。接收端的接收天线应具有高增益、低旁瓣和高的前后瓣比等，以提高接收灵敏度。变频器一般紧贴接收天线背面安装，以减小损耗和噪声。接收设备的输出信号可以直接送到CATV网内或用户端。,图5-10MMDS接收设备原理图,4.中继站当MMDS传输信号时，若因地球曲率或其他地形障碍等原因不能直接传输时，就应使用中继站进
16、行接力中继传输。中继站原理如图5-11所示。,图5-11MMDS中继站原理图,传输链路计算1)MMDS系统的载噪比的计算公式如下:,C/N=Pt-Lft+Gt-Lf+Gr-Lfr-Nf-N0,式中，Pt为发射机的发射功率（dBW)。发射功率通常为5W、10W、20W、50W和100W等。 Lft为发射部分的功率损耗，它由三部分组成。,Lft=LC+LI+Lr,其中，LC是组合器的损耗(隔频组合器LC=0.75dB,邻频组合器LC=1.5dB)。LI是各连接电缆损耗。通常LI=1dB。Lr是发射端馈线(波导)及接头损耗。Gt为发射天线增益。该增益通常为8dB、12dB、13dB、14dB、15dB、18dB、21dB等，适用各种用户需要。,Lf为自由空间损耗。其计算公式如下：,Lf=20lgf+20lgd+92.5,其中，f为工作频率，单位是GHz。d为传输距离，单位是km。Gr为接收天线增益，单位是dB。Lfr为接收馈线损耗，单位是dB。Nf为下变频器的噪声系数，单位是dB。N0为背景噪声，单位是dBW。N0=10lg(KTB)K为
