有線電視前端系統(tǒng)

第三章有線電視的前端系統(tǒng)第一節(jié)前端的作用、分類與功能

第二節(jié)前端類型及其組成形式

第三節(jié)常用鄰頻模擬前端設(shè)備

第四節(jié)前端指標計算第一頁，共四十三頁。有線電視系統(tǒng)是由信號源、前端、干線傳輸、用戶分配四個部分構(gòu)成。一、前端的作用前端是在信號源與干線傳輸之間，是整個有線電視系統(tǒng)的信號處理中心（核心）。其主要作用是將來自信號源輸出的各類信號（音頻、視頻和射頻信號等）進行加工處理，使其滿足鄰頻傳輸?shù)囊螅⑥D(zhuǎn)換為射頻電視信號，最終混合成一路信號輸出至干線傳輸系統(tǒng)，然后通過干線傳輸系統(tǒng)(同軸電纜、光纜或微波)和分配網(wǎng)絡送至用戶端。第一節(jié)前端的作用、分類與功能第二頁，共四十三頁。二、前端的分類及功能１、按處理的信號種類：模擬前端、數(shù)字前端、數(shù)據(jù)前端。我們主要討論學習模擬前端，模擬前端的主要功能：調(diào)制、解調(diào)、頻率變換、放大、電平控制與調(diào)整、混合等２、按頻道配置和信號處理：隔頻前端、鄰頻前端。為了節(jié)約頻道資源，現(xiàn)在有線電視系統(tǒng)已全部采用鄰頻道傳輸方式，也就是頻道相鄰配置的傳輸方式。第三頁，共四十三頁。鄰頻道傳輸對前端的特殊要求：（１）鄰頻抑制度≥６０dB（信號輸入端）（２）帶外抑制度≥６０dB（信號輸出端）（３）V/A比可調(diào)：１７+３dB（４）載波頻率穩(wěn)定度：+２０KZ（５）陷波處理單頻道中的圖像載波、聲音載波和彩色副載波的互調(diào)產(chǎn)物對鄰頻道的干擾必須陷波處理第四頁，共四十三頁。第二節(jié)前端類型及其組成形式

前端在有線電視系統(tǒng)中處于核心地位，對于系統(tǒng)指標的影響最大。其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)最終的收視效果。將電視調(diào)制器、頻道處理器、頻道放大器和多路混合器等設(shè)備以及供電電源全部安裝在一個機箱(19英寸標準機箱，我國流行的結(jié)構(gòu))內(nèi)，就構(gòu)成了前端。根據(jù)組成、用途和功能，前端可分為直接混合型前端、多頻段處理型前端、鄰頻前端和智能前端等多種類型。目前大中型模擬有線電視系統(tǒng)采用的是鄰頻前端。第五頁，共四十三頁。直接混合型前端（隔頻系統(tǒng)）

直接混合型前端是指將天線接收到的電視信號(指射頻信號，視頻、音頻信號除外)不進行頻率變換，而直接用饋線送入混合器。若有的頻道信號太弱或太強，可以加天線放大器或衰減器，使信號達到合適的電平后再送入混合器。信號源若包括視頻、音頻信號(如衛(wèi)星電視、自辦節(jié)目等)，則需增加衛(wèi)星電視接收機和電視調(diào)制器等設(shè)備。混合器的輸出端還應加有寬帶放大器。這種前端結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝調(diào)試和維修，傳輸頻道較少，用于要求不高的小型非鄰頻傳輸系統(tǒng)。如圖第六頁，共四十三頁。第七頁，共四十三頁。二.多頻段處理型前端（隔頻系統(tǒng)）多頻段處理型前端也是一種只適用于小型非鄰頻傳輸系統(tǒng)的前端類型。這種前端以多頻段放大器為核心，按VHFⅠ、VHFⅢ、UHF和FM四個頻段分別進行簡單的處理，分頻段放大，最后混合成一路輸出。能夠傳輸?shù)男盘栐从锌臻g開路電視、衛(wèi)星電視、調(diào)頻廣播和自辦節(jié)目等。這種前端的性能優(yōu)于前面介紹的直接混合型前端。如圖第八頁，共四十三頁。鄰頻前端（鄰頻系統(tǒng)）鄰頻前端傳輸頻道數(shù)目多，信號質(zhì)量好，采用了符合鄰頻傳輸技術(shù)要求的信號處理方法（在中頻上進行鄰頻處理），適用于大中型有線電視系統(tǒng)。它包括頻道處理器、中頻處理方式的電視調(diào)制器（進行鄰頻處理）、頻道放大器、立體聲調(diào)頻器、混合器和導頻信號發(fā)生器等設(shè)備，典型的鄰頻前端的組成如圖空間開路電視信號(VHF、UHF射頻信號)由天線接收，經(jīng)帶通濾波器濾除干擾，天線放大器放大，使信號達到合適的電平后，送入頻道處理器轉(zhuǎn)換成設(shè)定頻道，然后送入多路混合器。開路電視信號也可以由天線接收后，先送入電視解調(diào)器變?yōu)橐曨l、音頻信號，再送入電視調(diào)制器轉(zhuǎn)換為某一頻道(VHF、UHF或增補頻道)電視信號，這種處理方法雖然成本較高，但視頻和音頻信號便于控制、處理和監(jiān)視，效果較好，在今后的前端中將會大量采用?？傮w構(gòu)成：廣義的解調(diào)+統(tǒng)一的鄰頻調(diào)制第九頁，共四十三頁。第十頁，共四十三頁。衛(wèi)星電視節(jié)目經(jīng)天線接收后，先由衛(wèi)星電視接收機轉(zhuǎn)換成視頻、音頻信號，再送入電視調(diào)制器調(diào)制到某一電視頻道上，然后送入多路混合器。自辦節(jié)目設(shè)備(如攝像機、錄像機和激光唱機等)輸出的視頻、音頻信號也送入電視調(diào)制器，轉(zhuǎn)換成某一頻道電視信號，然后送入多路混合器。導頻信號發(fā)生器的作用是產(chǎn)生用于電纜干線放大器自動電平和自動斜率控制的基準信號。第十一頁，共四十三頁。四、綜合智能前端現(xiàn)代有線電視網(wǎng)絡的基本組成模擬電視、數(shù)字電視、數(shù)據(jù)信號第十二頁，共四十三頁。第三節(jié)常用鄰頻模擬前端設(shè)備前端是整個系統(tǒng)的中樞，它主要包括電視調(diào)制器、頻道處理器、解調(diào)器、頻道放大器、導頻信號發(fā)生器以及多路混合器等設(shè)備，可根據(jù)不同的要求將它們組合在前端機柜里。一、電視調(diào)制器１、作用電視調(diào)制器的作用是將視頻信號和音頻信號轉(zhuǎn)換成射頻電視信號。調(diào)制器輸入的視頻和音頻信號，通常來自攝像機、錄像機、激光唱機、DVD機等自辦節(jié)目設(shè)備，也可來自解調(diào)器、衛(wèi)星電視接收機和微波接收機解調(diào)出來的視頻和音頻信號。調(diào)制器輸出的射頻電視信號通常送至多路混合器。如圖第十三頁，共四十三頁。２、組成與工作原理第十四頁，共四十三頁。調(diào)制方式的不同，電視調(diào)制器可分為直接調(diào)制和中頻調(diào)制兩大類。直接調(diào)制方式是將視頻和音頻信號直接調(diào)制到所傳輸?shù)念l道載波上，一般用于電氣性能要求不高的非鄰頻傳輸系統(tǒng)；而在鄰頻傳輸系統(tǒng)中，前端所用的高、中檔調(diào)制器，通常采用中頻調(diào)制方式。所謂中頻調(diào)制方式（鄰頻調(diào)制器），是將視頻信號調(diào)制成頻率為38MHz的調(diào)幅圖像中頻信號，將音頻信號調(diào)制成頻率為31.5MHz的調(diào)頻伴音中頻信號，然后對中頻信號進行各種處理（鄰頻處理），使其滿足鄰頻傳輸?shù)囊?，最后通過上變頻器，將中頻信號變換為VHF、UHF或增補頻段任一頻道的射頻電視信號。即視頻和音頻信號進行中頻調(diào)制、中頻處理、上變頻為射頻信號的過程。中頻調(diào)制方式調(diào)制器的基本組成如圖所示。第十五頁，共四十三頁。３、中頻調(diào)制方式調(diào)制器的特點和主要技術(shù)參數(shù)包括：（1）視頻輸入信號幅度和極性規(guī)定視頻輸入信號幅度為1VP-P，即視頻信號的最大亮度電平與同步頭電平之差為1V，正極性。（2）音頻輸入信號幅度規(guī)定為0dBmW，即1mW。按輸入阻抗600Ω計算，為0.775V。（3）調(diào)制度調(diào)制度表示輸出信號中有用信號功率所占比例，規(guī)定不低于87.5%。（4）頻率準確度和頻率穩(wěn)定度頻率準確度是在基準溫度(+20℃)下器件輸出信號載頻與標稱頻率之差，頻率穩(wěn)定度是輸出信號頻率由于外界因素(溫度、電壓等)的影響引起偏移與標準條件下頻率之差。規(guī)定VHF頻段，頻率準確度≤5kHz，頻率穩(wěn)定度≤20kHz。（5）圖像、伴音載頻間距規(guī)定為6500±5kHz。（6）圖像、伴音帶內(nèi)平坦度圖像電平帶內(nèi)平坦度要求為±1dB，伴音電平帶內(nèi)平坦度要求為±1.5dB(40Hz～10kHz)。第十六頁，共四十三頁。（7）圖像、伴音功率比通常在10～20dB之間連續(xù)可調(diào)。（8）帶外寄生輸出抑制為了避免任何一個頻道的雜散輸出對其他頻道(包括相鄰頻道)的干擾，要求雜散輸出電平比本頻道圖像載頻電平低60dB以上，即帶外寄生輸出抑制≥60dB。（9）信噪比視頻信噪比≥45dB，音頻信噪比≥50dB。（10）微分增益(DG)微分增益是視頻信號中亮度信號由黑電平變化到白電平時，所引起的彩色副載頻的增益變化，規(guī)定DG≤5%。（11）微分相位(DP)微分相位是視頻信號中亮度信號由黑電平變化到白電平時，所引起的彩色副載頻的相位變化，規(guī)定DP≤5o。（12）色/亮時延差色/亮時延差是指視頻信號中色度信號與亮度信號之間的時延差，規(guī)定≤45ns。（13）射頻輸出反射損耗規(guī)定≥12dB(VHF)，≥10dB(UHF)。（14）伴音失真度規(guī)定≤1%。（15）60個調(diào)制器射頻輸出混合后，載噪比應≥60dB。（16）輸入輸出阻抗規(guī)定輸入輸出阻抗都為75Ω。第十七頁，共四十三頁。４、安裝調(diào)試（１）伴音頻偏調(diào)節(jié)（２）視頻調(diào)制度調(diào)節(jié)（３）V/A圖伴功率比調(diào)節(jié)（４）輸出（電平）調(diào)節(jié)第十八頁，共四十三頁。二.頻道處理器１、作用頻道處理器又稱為電視信號處理器，其作用是將天線接收到的VHF和UHF頻段空間開路電視信號，經(jīng)過各種處理并變換到VHF、UHF或增補頻段中任一頻道上，即射頻—射頻變換，輸出端通常與多路混合器連接。實際上它是一種功能更全、性能更好的帶中頻處理的頻率變換器，一般用于大型復雜的鄰頻有線電視系統(tǒng)。（不同于隔頻系統(tǒng)的頻率變換器）第十九頁，共四十三頁?？臻g開路電視信號雖然是射頻信號，但不能將其直接引入有線電視系統(tǒng)，因為其不能滿足鄰頻傳輸要求，例如：開路電視的圖像伴音功率比(V/A)為10dB，而鄰頻傳輸系統(tǒng)要求17～20dB；開路電視發(fā)射機的鄰頻抑制大約為35dB，而鄰頻傳輸系統(tǒng)要求60dB以上；開路電視的圖像、伴音穩(wěn)定度不高。因此，開路電視信號必須經(jīng)過頻道處理器處理，才能進入有線電視系統(tǒng)鄰頻系統(tǒng)中的頻道處理器都采用中頻處理方式，由下變頻器、中頻處理器和上變頻器組成。第二十頁，共四十三頁。２、組成與工作原理第二十一頁，共四十三頁。頻道處理器各組成部分的作用和特點如下（1）下變頻器即射頻/中頻(RF/IF)變換器，將開路電視信號變?yōu)橹蓄l電視信號，圖像中頻為38MHz，伴音中頻為31.5MHz。（2）中頻處理器對中頻電視信號進行處理，使其滿足鄰頻傳輸要求。包括：圖像、伴音分通道處理，V/A功率比可調(diào)；采用聲表面波濾波器，使鄰頻抑制達到要求；具有自動增益控制電路，使圖像和伴音電平保持穩(wěn)定；采用晶體振蕩器作為本振源，以提高頻率變換精度。具體可參見本書第一章第四節(jié)。（3）上變頻器即中頻/射頻(IF/RF)變換器，將中頻電視信號變換到某一頻道上，可以是VHF、UHF或增補頻段。頻道處理器的主要技術(shù)參數(shù)與電視調(diào)制器大致相同，可互相參照，例如鄰頻道抑制、帶外寄生輸出抑制、圖像伴音功率比和輸入輸出阻抗等。第二十二頁，共四十三頁。３、安裝與調(diào)試（１）V/A圖伴功率比調(diào)節(jié)（２）輸出（電平）調(diào)節(jié)參數(shù)指標與調(diào)制器相似（略）第二十三頁，共四十三頁。三.電視解調(diào)器電視解調(diào)器的作用是將輸入的射頻電視信號解調(diào)為視頻和音頻信號，與電視調(diào)制器的功能恰好相反。其輸入信號大多為開路電視信號，輸出的視頻、音頻信號送至電視調(diào)制器，配合完成頻道處理器的功能。如圖第二十四頁，共四十三頁。電視解調(diào)器的基本組成如圖

鄰頻系統(tǒng)使用的電視解調(diào)器的主要技術(shù)參數(shù)包括鄰頻抑制、信噪比、微分增益、微分相位、頻率偏差、音頻失真等。具體含義可參照電視調(diào)制器和頻道處理器。第二十五頁，共四十三頁。

多路混合器多路混合器的作用是將前端設(shè)備輸出的多路射頻電視信號混合成一路，并使各路信號相互隔離，送至同一根電纜進行傳輸，達到頻率復用的目的。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同，混合器可分為兩類：一類是寬帶傳輸線變壓器式，另一類是濾波器式。1．寬帶傳輸線變壓器式混合器寬帶傳輸線變壓器式混合器由分支器和分配器組成。分支器和分配器的頻帶能覆蓋整個電視頻段，因此混合器的每一路輸入都是寬帶的，不需要區(qū)分哪一個頻道必須接入哪一個輸入端，可以進行任意頻道的混合，多用于鄰頻系統(tǒng)前端。其基本組成如圖第二十六頁，共四十三頁。寬帶式混合器的主要優(yōu)點是有較大的隔離和反射損耗，頻道變化時無需調(diào)整，生產(chǎn)和使用都較為方便；缺點是插入損耗較大，且頻道數(shù)越多損耗越大，為了補償插入損耗，可在無源混合器基礎(chǔ)上加裝寬帶放大器，成為有源混合器。注意一點，寬帶式混合器中的分支器和分配器的輸入輸出端要互換使用。第二十七頁，共四十三頁。2．濾波器式混合器根據(jù)頻率范圍，濾波器式混合器可分為頻道混合器和頻段混合器。頻道混合器是將多個頻道的射頻電視信號混合成一路輸出；頻段混合器是將多個頻段的射頻電視信號混合成一路輸出，例如VHF頻段和UHF頻段電視信號混合器。無論哪種類型，一般都由帶通濾波器、高通濾波器和低通濾波器組成，其基本組成如圖第二十八頁，共四十三頁。濾波器式混合器的主要優(yōu)點是插入損耗小，抗干擾性能較強。缺點是調(diào)試難度大，必須根據(jù)系統(tǒng)具體使用頻道分別進行調(diào)試，頻道如有變化必須重新調(diào)試，不適合批量生產(chǎn)；相鄰頻道隔離度較差，不能用于鄰頻系統(tǒng)。第二十九頁，共四十三頁。3．混合器的主要技術(shù)參數(shù)包括插入損耗、相互隔離、帶內(nèi)平坦度、反射損耗、頻率范圍、輸入路數(shù)等參數(shù)，具體含義如下：（1）插入損耗混合器輸入功率與輸出功率之比，通常用dB表示。濾波器式混合器的插入損耗一般為2dB～4dB，寬帶式混合器的插入損耗較大，且與混合的頻道數(shù)目有關(guān)，8個頻道的約為11dB，16個頻道的約為15dB。（2）相互隔離度衡量輸入頻道之間相互干擾程度的指標。理想情況下，混合器任一輸入端加入信號時，其它輸入端不應出現(xiàn)該信號，任一輸入端有開路或短路現(xiàn)象時也不應影響其它輸入端。但實際中總有一定的影響，在某一輸入端加入一信號，該信號電平與其它輸入端出現(xiàn)的該信號電平之差，稱為相互隔離度，用dB表示。一般要大于20dB，鄰頻系統(tǒng)最好大于30dB。（3）帶內(nèi)平坦度工作頻帶內(nèi)的幅頻波動，用dB表示。濾波器式混合器要求為±1dB，寬帶式混合器要求為±2dB。（4）反射損耗混合器工作頻帶內(nèi)輸入輸出阻抗與規(guī)定的75Ω匹配的程度。一般要求大于12dB。

第三十頁，共四十三頁。前端放大器放大器是前端不可缺少的設(shè)備之一。根據(jù)放大器放大的頻率范圍，用于前端的放大器可分為單頻道、寬頻帶和多頻段三種。單頻道放大器簡稱為頻道放大器，只放大一個頻道的電視信號，其工作頻率按所放大的具體頻道而定。其輸入、輸出回路均采用帶通濾波器，選擇性好，抗干擾性能強，噪聲系數(shù)也可做得較低。通常該放大器的輸出經(jīng)混合器與其它頻道的信號混合后送入傳輸干線，要求有較高的輸出電平，一般為110～120dBμV左右，故放大器的增益較高。頻道放大器都有自動增益控制電路，輸入電平可在70±10dBμV之間變化，而輸出電平依然保持穩(wěn)定。其電路組成如圖第三十一頁，共四十三頁。第三十二頁，共四十三頁。寬頻帶放大器屬于寬帶放大器，有VHF、UHF頻段和全頻道之分，可放大頻段內(nèi)的任一頻道。多頻段放大器也是寬帶放大器，其主要特點是按頻段輸入、處理和放大，有FM、VHFⅠ、VHFⅢ和UHF等多個頻段輸入口實現(xiàn)多路混合，如圖4-10所示，多用于小型有線電視系統(tǒng)。第三十三頁，共四十三頁。立體聲調(diào)頻器立體聲調(diào)頻器的作用是將立體聲聲源(如激光唱機、錄音機等)調(diào)制到88～108MHz調(diào)頻頻段上，并送入多路混合器，是調(diào)頻廣播和電視兼容傳輸?shù)闹饕O(shè)備，如圖第三十四頁，共四十三頁。導頻信號發(fā)生器導頻信號發(fā)生器是干線為同軸電纜的大中型鄰頻有線電視系統(tǒng)所用設(shè)備，其作用是為干線傳輸系統(tǒng)提供實現(xiàn)自動增益控制（AGC）和自動斜率控制（ASC）作用的基準信號，即導頻信號。導頻信號發(fā)生器是一個頻率和幅度都很穩(wěn)定的正弦波發(fā)生器，其電路組成如圖第三十五頁，共四十三頁。當有線電視系統(tǒng)采用同軸電纜作為干線傳輸時，隨著四季的氣溫變化，會使同軸電纜的衰減量產(chǎn)生變化。同時，由于干線可能長達幾千米，電纜中傳輸?shù)碾娨曅盘柕乃p和幅頻特性的傾斜都要發(fā)生變化。要使信號質(zhì)量保持不變，則必須在干線放大器中進行自動增益控制和自動斜率控制。對應電纜衰減量的變化來控制放大器的增益，它是自動電平控制的一種方式。由于一般的自動增益控制是以輸出信號電平恒定為條件工作的，在干線放大器中，因為所用的信號不是恒定的，這就不能直接把輸出信號從放大器中取出來實現(xiàn)自動增益控制。采用了導頻信號發(fā)生器，就可以將導頻信號從前端同電視信號一起送入干線傳輸系統(tǒng)，通過干線放大器，并在干線放大器的輸出端取出一小部分導頻信號，經(jīng)處理后再對放大器增益特性進行自動控制。當導頻信號電平降低時，控制信號使放大器的增益提高，反之使放大器增益降低，達到穩(wěn)定輸出電平的目的。第三十六頁，共四十三頁。按我國《有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，可采用的導頻信號有三個：第一導頻為65.75MHz或77.25MHz；第二導頻為110.00MHz；第三導頻為288.25MHz或296.25MHz，適用于5~450MHz系統(tǒng)為440.25MHz或448.25MHz。一般第一導頻和第三導頻為雙導頻信號頻率；第二導頻為單導頻信號頻率。為了使自動電平控制和自動斜率控制同時進行工作，一般采用兩種方式：1用單導頻信號進行自動電平控制，再用減溫器（如熱敏電阻減溫器）來控制斜率。2采用雙導頻信號，一個控制增益，另一個控制斜率。對于5km左右干線傳輸距離的有線電視系統(tǒng)可以采用單導頻信號發(fā)生器，控制干線電平變化值。而對近距離的小型有線電視系統(tǒng)，可以不用導頻信號發(fā)生器。導頻信號發(fā)生器提供基準信號，因此對其輸出頻率和電平的穩(wěn)定性有嚴格要求。一般應滿足頻率準確度<±10kHz；輸出電平穩(wěn)定在±0.5dB以內(nèi)；寄生信號控制在>60dB。第三十七頁，共四十三頁。表4-1列出了國產(chǎn)九洲TZ110PG導頻信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)表4-1TZ110PG型導頻信號發(fā)生器技術(shù)參數(shù)