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1、有线电视系统的工程设计（CATV）-山区有线电视系统的设计 1绪论1.1 引言有线电视是现代信息传输媒体之一,它具有频带宽、传输节目多、投资比较少、图象质量好、可扩展多种业务等优势.因此,世界各国都在快速发展有线电视,中国有线电视从80年代中期开始至1995年共开办了1000多个有线电视台,有3980万用户,现在,有线电视在自乡村普及,估计会以每年500万用户的速度递增,到本世纪末,中国有线电视用户可达到6000-7000万户,将传输100套左右的电视节目和100套左右的广播节目。为了使有线电视有序、科学和协调的地发展,中国广播电视行业制定了相关的规划和发展方针。例如, 全国有线电视广播电视专
2、用网总体规划;广播电视科学发展”九五”计划和2010年长期规划;全国广播电视专用微波网总体规划;广播电视卫星应用总体规划;广播电视”九五”发展规划和长期发展目标;广播电视无线覆盖网规划;全国广播电视联网规划;广播电视数字传输技术体制。这些规划的主要内容是发展部级和省级光缆网络,将已有的模拟微波改造成数字微波,最后用卫星光缆和微波把分散的区域性网络联结成符合技术标准的互联互通的大网络。因此,广播电视网络和通信网络、计算机网络一样,将成为中国信息高速公路的基础设施别的一部分。 当前,CATV城市区域网正在加紧改造,力求建成高质量的双向HFC网;农村则通过MMDS实现有线电视覆盖。同时我国有线电视网
3、将从只播送广播电视向综合业务发展,即既开办广播电视业务,又开办付费电视节目点播以及电话数据除数业务。1.2 有线电视系统概况世界上第一个有线电视系统,自20世纪40年代末在美国问世以来,至今已有50多年的历史。在有线电视发展的初期,仅仅是很多用户共用一组室外电视接收电线接收空间开路电视信号,人们称之为共用天线电视(Community Antenna Television )简称CATV。在我国,进入80年代以来,共用天线电视不只是接收空间开路电视信号,同时还接收卫星信号、微波信号，并传送自办节目等,这种系统的传输媒介为同轴电缆,人们称之为电缆电视(Cable TV),简称仍为CATV。进入90
4、年代至今，CATV传输的不只是图象信号，还有数字信号，并开始向综合信息网发展。传输媒介不只是同轴电缆，还有电缆和微波等，这时CATV的含义就不只是电缆电视，而称为有线电视了。随着新技术、新设备、新功能的不断出现、有线电视网络今后的发展有了新的趋势。1.2.1 光纤化趋势自1988年美国诞生了世界上第一个光纤多路调幅有线电视系统以来，鉴于光纤的高质量、低成本、易维护等一系列的优点，有线电视光纤化的进程之快是试了、始料不及的。而网络的光纤化一直是世界各国也包括中国在内的网络发展主要趋势之一。现在全国有线电视光缆干线已超过27万KM，开始是集中于大中城市，逐渐发展到中小县城及乡镇，有的已实现了光纤到
5、村，目前正处于省到地市、市到县的不断联网和延伸发展之中。 然而，随着光纤逐渐向用户推进，其光纤化的代价将变得越来越高，除非技术上有节点服务100-500用户。光纤到路边光节点后有2-3级RF放大器，每个光接节点服务500-2000用户是我国中近期比较现实的目标。1.2.2 数字化趋势近年来我国在CATV电视领域也发生了一系列的变化，在电视节目制作设备方面已经有相当大的部分实现了数字化，在电视节目源的储存播放方面出现了许多数字设备，包括人们最熟悉的VCD或DVD等。由于传输路径不同，可将数字电视分为三种：从卫星上已可以接受到多套数字压缩编码的节目一般称DVB-S方式，用于地面数字广播电视的称为D
6、VB-T方式，用于有线电视数字传播的称为DVB-C方式，电视系统的全数字化将会引起一系列的技术革新。随着计算机技术和网络技术的发展，信息技术的革命性突破，使人们摆脱了时间、空间及技术的束缚，实现多个对象间的直接交流。计算机和网络在广播电视系统中得到了广泛的应用，字幕机、动画、非线性编辑、新闻、广告、前期素材编辑、特技、配音直至最后播出，无一不依赖计算机和网络技术，如果我们能及时推进有线电视台网络的建成，使其成为一整体，不仅可以提高节目质量、减少工序、节省人力、降低开支，而且实现大联网后将会为用户带来更多的好处，给有线电视的新业务发展打开新天地。可以预见交互式电视、数字电视、网上电视等将是有线电
7、视未来发展的重要领域。数字化是实现自动化、智能化的有线电视传播网络的基础，它将是有线电视网发展的必然趋势。 而数字化最终将形成有线电视、电话、计算机的三网合一的综合业务数字网。原来是完全不同媒体的有线电视、语音计算机数据通信在全部数字化后，都使用同意符号“0”和“1”，只不过它们的速率不同而已，人门可以把这些信号组合在一起，传送到每个家庭。1.3 山区有线电视系统研究意义主要针对山区环境和具体条件，利用电子应用技术进行山区有线电视系统的设计，完成山区住户能够接受卫星电视节目、自办节目以及能够接收当地电视节目，图象质量达到国家规定的标准，无邻频干扰和串扰现象，集中供电， 24小时收视。最终解决老
8、百姓看电视困难的难题,实现一个可以在山区环境下正常运行的、规模中等却较为完整的有线电视系统，让老百姓真正得到文化生活上的实惠。2有线电视的组成和特点2.1 有线电视系统的组成及各部分的作用目前比较典型的有线电视系统主要有以下四部分组成：信号源部分、前端设备部分、干线传输部分及用户分配部分，如图2-1所示, 图2-1 系统组成图2.1.1 信号源部分有线电视系统的信号源分为两大类：一类是从空中收转的各种电视信号，包括电视卫星电视信号，V段、U段电视信号，以及其他有线台通过微波（或光缆）传送过来的电视信号；另一类是有线电视系统自办的电视节目。其主要设备包括卫星地面站，微波站，V段、U段接收天线，摄
9、像机，录像机，电视转播车，播控设备及系统管理计算机等。2.1.2 前端系统部分由于是在山区接收信号，所以要在天线接收端加天放。天线放大器在无线电视接收过程中起着非常重要的作用,弱信号通过它能显著提高输出电平,从而改善信噪比,使收到的电视图像更为理想天线放大器对接收信号的处理方式有:放大后再混合与混合后再放大两种电路从字眼上看好像没有什么区别,只不过这几个字的位置调换了一下,实际上这两种电路的天线放大器使用效果截然不同在电视信号较多和有强信号的地方,放大后再混合的天线放大器明显优于混合后再放大的天线放大器理由是混合后再放大的天线放大器其放大集成电路因工作频带过宽和强弱信号差别过大,易使其进入非线
10、性状态,而造成强信号干扰弱信号本次设计采用前者。该部分是对信号源提供的各路信号进行必要的处理和控制,并输出高质量的信号给干线传输部分,主要包括信号的放大、信号频率的配置、信号电平的控制、干扰信号的抑制、信号频谱分量的控制、信号的编码、信号的混合等等.前端信号处理部分是整个系统的心脏,在考虑经济条件的前提下,尽可能选择高质量器件,精心设计,精心调试,才能保证整个系统有比较高的质量指标。前端主要设备有:天线放大器、调制器、解调器、信号处理器、混合器、放大器、监视器等。2.1.3 干线传输系统部分干线传输系统是一个传输网，由一系列把前端接收处理混合后的电视信号传送到用户分配系统的设备组成。它主要包括
11、各种类型的干线放大器、干线电缆、干线光缆、光发射机、光接收机、多路微波分配系统和调频微波中继等。其任务是把前端输出的高频电视信号高质量地传输给用户分配网，传输方式主要有同轴电缆、微波和光纤。同轴电缆传输是最简单的一种干线传输方式，具有成本低、设备可靠、安装方便等优点。但因为电缆对信号电平损失较大，每隔几百米就要安装一个干线放大器来提高信号电平，由此也引入较多的噪声和非线性失真，使信号质量受到影响。由于电缆的传输损耗在高低频道上有所不同，在高频道上的损耗高于在低频道上的损耗，因而要求校用在干线传输系统上的干线放大器具有电缆均衡功能。为了补偿因温度和湿度等环境因素的变化引起电缆损耗的变化，进而导致
12、传输信号电平的变化，在干线传输线路上还应分段使用带自动电平控制ALC的干线放大器。当干线上需要分出一路信号给支线时，干线放大器要有分支输出的端口或安装干线分支器分出信号。干线传输放大器的供电通常采用远端供电方式，在前端或干线某个合适的位置安装一台电源插入器，使射频信号在同轴电缆中传送的同时，低压交流电源也从同轴电缆中送出。同轴电缆传输方式一般只在小系统或大系统中靠近用户分配系统的最后几公里中使用。光纤传输方式是通过光发射机把高频电视信号转换至红外光波段，使其沿光导纤维传输，接收端再通过光接收机把红外波段的光信号反变换成高频电视信号。光纤传输具有频带宽，容量大、损耗低、抗干扰能力强、失真小、性能
13、稳定可靠等优点。随着技术的进步，光纤传输的成本不断下降，该方式得到了越来越广泛的应用。2.1.4 用户分配系统部分 用户分配网络是有线电视系统的神经末梢，其任务是把来自传输干线的信号分配给千家万户。它包括支线放大器、分配器、分支器、用户终端以及分支线，用户线等。支线放大器的功能是补偿支线中的信号损失，放大信号功率以支持更多的用户。分配器和分支器是为了把信号分配给各条支线和各个用户的某种无源器件，它要求有较好的隔离度和适当前输出电平。分支线和用户线一般均采用较细的电缆，以降低成本和便于施工。2.2 山区有线电视系统的特点（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
14、传播的特点，很容易受城市高大建筑物和边远地区地势的影响而产生弱场强区和阴影区，同时，建筑物和山脉等不仅会阻挡电波，而且还能造成电波的多次反射而产生电视图像的见影和干扰，另外，电视发射台受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减弱，还有，由于各电视发射台的发射位置、高度和发射功率各不相同，使用户接收到的信号强度差别很大。上述因素的存在，使个体接收的用户难以收看到高质量的电视节目。然而对于有线电视台来说，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，从而改善处于不同地理
15、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） 增加了用户接收的电视节目数量，使频谱资源得以充分利用。 由于无线电波频率资源是有限的，国家无线电管理委员会只能按行政区划为各无线电视台分配有限的频道。为了避免邻近地区电视台之间的同频道干扰和同一地区各电视频谱之间的相互干扰，一般来说一个大城市只能设立十个以下的无线电视台，而中小城市只能设立五个以下的无线电视台。由此可见，尽管从频率资源的分配上为无线电视台划分的频道数很多，但真正能够实际利用的频道数却不多。这样不仅用户可以接收的节目数量少，而且也造成了频率资源的浪费。由于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
16、影响，也不会对其它系统产生千扰，因而可以最大限度地利用频率资源。此外，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。特别是近几年来随着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，满足不同用户的特殊要求。 随着有线电视系统节目传送能力的不断提高，使得有条件为不同层次用户提供各专门内容的节目并收取一定费用，如开设体育、电影、音乐、商品信息等频道。相对于无线电视广播，有线电视通过采用加解扰系统更易于付费电视业务中的收费管理，从而取得较好的经济效益和社会效益。（4） 可扩展成多媒
