第7章有線電視傳輸系統(tǒng)

第7章有線電視傳輸系統(tǒng)有線電視系統(tǒng)中的傳輸部分是把前端的高頻電視信號不失真地穩(wěn)定地傳送給用戶分配系統(tǒng)的傳輸設備,它處于前端和分配系統(tǒng)之間,是有線電視系統(tǒng)的重要組成部分。為了實現(xiàn)大容量、遠距離、高質量傳輸,傳輸部分一般采用設計合理的星型或星-樹型的傳輸網,分配干線、超干線采用同軸電纜、光纖和微波等媒介。本文檔共61頁；當前第1頁；編輯于星期二\18點2分1課件制作人：白成杰主要內容7.1同軸電纜傳輸系統(tǒng)7.2光纜傳輸系統(tǒng)7.3微波傳輸系統(tǒng)本文檔共61頁；當前第2頁；編輯于星期二\18點2分2課件制作人：白成杰7.1同軸電纜傳輸系統(tǒng)同軸電纜傳輸系統(tǒng)的構成同軸電纜傳輸系統(tǒng)用同軸電纜線同軸電纜傳輸系統(tǒng)用放大器本文檔共61頁；當前第3頁；編輯于星期二\18點2分3課件制作人：白成杰同軸電纜傳輸系統(tǒng)的構成同軸電纜傳輸系統(tǒng)目前在國內外仍占有主要地位,下圖是該系統(tǒng)的典型組成模式。本文檔共61頁；當前第4頁；編輯于星期二\18點2分4課件制作人：白成杰干線電纜來自混合器的復合信號12分支干線放大器支干線電纜橋接放大器干線放大器電纜傳輸系統(tǒng)的基本構造示意圖N本文檔共61頁；當前第5頁；編輯于星期二\18點2分5課件制作人：白成杰同軸電纜傳輸系統(tǒng)的組成要素干線傳輸系統(tǒng)由多級具有自動電平控制(ALC)的干線放大器、橋接放大器和干線電纜組成。為了提高信號傳輸質量，彌補由于電纜對高頻道信號衰減與對低頻道信號衰減的不同而形成的電平差，除了要求選用低損耗、高性能的優(yōu)質電纜外，還需選用具有均衡和溫度補償功能的干線放大器。當然，干線上所接放大器的數目是有限度的。一般來說，300MHz的傳輸系統(tǒng)可以串接20個放大器；800MHz的傳輸系統(tǒng)只能串接6-8個放大器。而橋接放大器，不僅要放大干線信號，還要分出幾個支路信號到支干線上。本文檔共61頁；當前第6頁；編輯于星期二\18點2分6課件制作人：白成杰同軸電纜傳輸系統(tǒng)用同軸電纜線本文檔共61頁；當前第7頁；編輯于星期二\18點2分7課件制作人：白成杰同軸電纜的結構有線電視同軸電纜由內導體、絕緣體、外導體（屏蔽層）和護套組成。本文檔共61頁；當前第8頁；編輯于星期二\18點2分8課件制作人：白成杰同軸電纜組成部分的作用內導體是用銅管或銅棒、鍍銅的鋁線或鋁捧，或是鍍銅(甚至是鍍銀)的鋼絲制成的，它的作用是傳輸高頻電流；絕緣體(位于內導體與外導體之間)或叫絕緣介質，也叫電介質，是用聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等材料制成的，它的作用是阻止沿徑向的漏電流和支撐內外導體，使電纜構成穩(wěn)定的整體；外導體(位于絕緣體與護套之間)叫屏蔽層，較細的電纜采用鋁塑復合膜加疏編銅網，較粗的電纜采用元縫鋁管或感應焊接鋁管等，它的作用是傳輸高頻電流，使電纜內的電磁場不受外界影響，同時也不干擾外界的電磁場；護套(包在屏蔽層的外面)是用塑料制成的，它的主要作用是增強電纜的抗機械磨損和抗化學腐蝕的能力。本文檔共61頁；當前第9頁；編輯于星期二\18點2分9課件制作人：白成杰同軸電纜的特性（1）(1)特性阻抗：是指同軸電纜終端匹配的前提下，電磁波沿同軸電纜傳播時所呈現(xiàn)的阻抗。其阻抗的大小取決于電纜結構尺寸和介電常數。一般來說，同軸電纜的特性阻抗有50Ω、75Ω、100Ω等幾種規(guī)格，在有線電視系統(tǒng)中都用損耗最小的75Ω電纜。(2)損耗特性：由于電纜的內外導體都有一定的電阻，且在絕緣介質中也存在一些漏電流，這些因素都會導致電纜發(fā)熱而損耗一部分能量。其損耗大小直接與電纜的結構尺寸、介電常數和工作頻率有關。通常，電纜的使用期限在7年以上。本文檔共61頁；當前第10頁；編輯于星期二\18點2分10課件制作人：白成杰同軸電纜的特性（2）(3)溫度特性：同軸電纜的損耗值隨溫度的變化而變化，其比例為0.2％dB／℃，即溫度升高1℃時，電纜損耗值增加0.2％。(4)屏蔽特性：為使電纜傳送的信號既不受外界雜波干擾，也不干擾外界的有關電氣設備，就要采用屏蔽特性好的金屬網和雙重鋁塑帶作電纜的屏蔽層。(5)反射損耗：為避免反射波造成重影而影響圖像質量，要求反射損耗大于20dB。本文檔共61頁；當前第11頁；編輯于星期二\18點2分11課件制作人：白成杰同軸電纜的特性（3）(6)防水防潮：電纜進水或受潮后，就會破壞絕緣介質的絕緣性能，使內外導體遭到腐蝕而增加損耗，故需注意防水和防潮間題。(7)防污染：為避免污染，不宜采用有毒的聚氯乙烯塑料來作電纜的護套。(8)機械特性：電纜的機械性能要好，要耐彎折，不易變形。本文檔共61頁；當前第12頁；編輯于星期二\18點2分12課件制作人：白成杰同軸電纜的選用（1）基本原則：為使電纜傳輸分配系統(tǒng)運行達到最佳狀態(tài)，又要做到經濟合算，應根據不同的應用場合和不同級別的產品來選擇電纜。用于天饋線方面的電纜，大多選用彎曲性能好、密封程度高、傳輸損耗小的泡沫型電纜、藕狀電纜或螺旋套管型電纜。用于遠距離傳輸的干線電線，應選用直徑較大、損耗較小、密封程度高的雙護套防水型電纜、墊片電纜和藕芯電纜等。本文檔共61頁；當前第13頁；編輯于星期二\18點2分13課件制作人：白成杰同軸電纜的選用（2）分支線、用戶線及室內安裝用的一些電纜，可用直徑不大的藕狀電纜、螺旋套管型電纜或泡沫電纜等。接頭不常挪動的分支線，或彎折機會不多的地方，可以選用墊片電纜和鋁薄外導體電纜。埋入地下的電纜，應選用鎧裝電纜和雙護套防水型電纜等。本文檔共61頁；當前第14頁；編輯于星期二\18點2分14課件制作人：白成杰同軸電纜傳輸系統(tǒng)用放大器本文檔共61頁；當前第15頁；編輯于星期二\18點2分15課件制作人：白成杰概述放大器的主要作用在于補償信號通過傳輸電纜時所造成的損失。由于電纜的衰減特性與信號頻率和溫度有關，加之為滿足各種不同場合的需要，人們生產出了多種形式的干線放大器。僅從控制方式來看就有：手動增益／斜率均衡放大器、手動增益/斜率均衡加溫度補償的放大器、自動增益控制放大器、自動電平控制放大器和前饋放大器等。本文檔共61頁；當前第16頁；編輯于星期二\18點2分16課件制作人：白成杰手動增益/斜率均衡放大器手動增益／斜率均衡放大器由一個均衡器和一個平坦型放大器所組成，如下圖所示。放大器的增益和均衡器的均衡特性可以通過手工調整，實現(xiàn)對傳輸信號幅度與頻譜斜率的補償。這種放大器隨溫度變化而使其補償效果變差，因此僅適用于短距離的小規(guī)模干線系統(tǒng)。本文檔共61頁；當前第17頁；編輯于星期二\18點2分17課件制作人：白成杰方框圖均衡器入出平坦型放大器本文檔共61頁；當前第18頁；編輯于星期二\18點2分18課件制作人：白成杰手動增益／斜率均衡加溫度補償的放大器在手動增益/斜率均衡放大器的基礎上加上溫度補償電路(見下圖)之后，便在一定程度上克服了因溫度變化而引起的電纜上的信號衰減變化。本文檔共61頁；當前第19頁；編輯于星期二\18點2分19課件制作人：白成杰溫度補償電路圖PIN管入出R1R2CR3比較放大器參考電壓R4控制電壓RT本文檔共61頁；當前第20頁；編輯于星期二\18點2分20課件制作人：白成杰溫度補償電路基本原理分析因圖中虛框內的R1、R2、C、PIN二極管組成一個可變衰減器；虛框外的R3、R4、RT和放大器組成一個比較電路。當溫度上升時，熱敏電阻RT的阻值變小→在其上的電壓降隨之降低→放大器的輸出電壓降低→流過PIN管的電流減小→可變衰減器的衰減量減小→輸出增大，從而補償了由于溫度上升電纜衰減量的增加。如果當C減小到一定程度，可變衰減器便成為一個與頻率有關的電路，即PIN管電流增加時，PIN管的等效高頻電阻減小，高頻衰減量增加，在一定范圍內調整了電路的頻響，起到了一定的斜率控制作用。本文檔共61頁；當前第21頁；編輯于星期二\18點2分21課件制作人：白成杰注意這類放大器比第一類放大器的性能有所改善，但因放大器與電纜所處的環(huán)境不可能完全相同，所以這種補償在客觀上也不可能完全反映溫度對電纜的影響本文檔共61頁；當前第22頁；編輯于星期二\18點2分22課件制作人：白成杰自動增益控制(AGC)放大器為了使可變衰減器能夠跟上電纜因溫度變化而引起的信號電平變化，利用在電纜中傳送一個約110MHz的導頻信號，來達到對放大器增益進行自動控制的目的。當溫度升高時，電纜的溫度隨之升高，從分支器分出的信號與導頻信號同樣受到衰減，則比較放大器輸出的信號電壓隨之降低，可變衰減器的衰減量隨之減小，從而使干線電平基本維持不變。本文檔共61頁；當前第23頁；編輯于星期二\18點2分23課件制作人：白成杰AGC放大器基本原理可變衰減器帶通濾波器低通濾波器均衡器入放大器放大器分支器出導頻放大器比較放大器參考電壓檢波器濾波電容

本文檔共61頁；當前第24頁；編輯于星期二\18點2分24課件制作人：白成杰自動電平控制ALC放大器AGC放大器只能控制其增益，而不能控制頻譜斜率的變化。因此，為了填補這個缺陷，在AGC放大器的基礎上增加一個自動斜率控制放大電路(見下圖)，便可達到AGC與ASC雙控的目的。本文檔共61頁；當前第25頁；編輯于星期二\18點2分25課件制作人：白成杰ALC放大器基本原理圖可變衰減器低導頻帶通濾波器均衡器入放大器放大器分支器出

可變均衡器參考電壓比較放大器參考電壓比較放大器檢波器放大器高導頻帶通濾波器檢波器放大器濾波電容濾波電容本文檔共61頁；當前第26頁；編輯于星期二\18點2分26課件制作人：白成杰ALC放大器基本原理分析由圖可見，分支器分出的信號(包括兩個被傳送的導頻信號)分別送入低、高導頻帶通濾波器，由此分離出低導頻信號和高導頻信號，經過放大、檢波、比較放大后，其中低導頻信號去控制可變均衡器，使高低頻之間的頻譜斜率保持不變；高導頻信號去控制可變衰減器，使高頻信號增益保持不變，從而自動地將干線電平控制在穩(wěn)定的狀態(tài)。此類放大器性能較好、功能較多，適用于大型有線電視網絡。本文檔共61頁；當前第27頁；編輯于星期二\18點2分27課件制作人：白成杰前饋放大器前饋放大器由主放大器、誤差放大器、定向耦合器(DCl~DC4)、衰減器和延遲線(Ldl、Ld2)等器件組成，如下圖所示。實踐證明：采用這種電路形式(即前饋技術)，可以減小放大器的非線性失真，使傳輸的信號質量得到提高。本文檔共61頁；當前第28頁；編輯于星期二\18點2分28課件制作人：白成杰前饋放大器原理圖衰減器Ld2Ld1入出DC2DC4主放大器誤差放大器DC3DC1本文檔共61頁；當前第29頁；編輯于星期二\18點2分29課件制作人：白成杰前饋放大器原理分析從下圖可見，輸入信號經定向耦合器DCl分成兩路：一路經主放大器放大，輸出一個幅度較高、失真較大的信號；另一路經延遲線Ldl延遲一定相位后加到定向耦合器DC3。其信號幅度、相位剛好與從DC2耦合(并經衰減)來的信號幅度相等、相位相反，彼此抵消掉有用信號，只剩下主放大器的誤差失真信號。該信號經誤差放大器放大后送往DC4，與從Ld2來的信號進行減法運算，從而抵消掉主放大器產生的失真。由此可見，消除失真的必要條件是保證DCl輸出的兩路信號幅度相等、相位相反，這就要求設法使主放大器和誤差放大器處于相同的工作狀態(tài)。本文檔共61頁；當前第30頁；編輯于星期二\18點2分30課件制作人：白成杰分配／分支放大器分配放大器處于干線或支線傳輸的末端。其作用是將主路信號分成兩路或多路輸出。一般來說，分配放大器由一個寬帶放大器、分配器(可以是二分配或三分配等)、可變均衡器和可變衰減器組成，它設有AGC和ASC功能，其增益和斜率是通過手動來調整的。分支放大器的結構與分配放大器類似，只要將分配器換成分支器就可以了。它除提供一路主信號輸出外，還提供一路或多路電平不等的支路信號輸出。為了能帶更多的用戶，分配／分支放大器的增益通常都做得很高(一般在115—120dB)。這一點，與干線放大器的低增益情況恰恰相反。本文檔共61頁；當前第31頁；編輯于星期二\18點2分31課件制作人：白成杰7.2光纜傳輸系統(tǒng)光纜是一種傳輸媒體，它以一定波長的光和被調制的電視信號在其中傳播。光纜傳輸具有損耗低、距離遠、頻帶寬、容量大、信號質量好、保真度高、可靠性高、抗干擾力強等優(yōu)點，故而有著廣闊的應用前景。光纜傳輸系統(tǒng)的基本原理光纜傳輸系統(tǒng)的主要設備和器材本文檔共61頁；當前第32頁；編輯于星期二\18點2分32課件制作人：白成杰光纜傳輸系統(tǒng)的基本原理有線電視光纜調制，是通過所傳的電視信號副載波去改變發(fā)光器件的光強度來達到調制目的的。其主要調方式有三種：一為調頻調制方式，二為調幅調制方式，三為數字調制方式。本文檔共61頁；當前第33頁；編輯于星期二\18點2分33課件制作人：白成杰調頻光纜傳輸系統(tǒng)用多路視音頻信號對70MHz的中頻副載波進行調頻，再經上變頻器將其變換為不同的電視高頻信號，然后混合起來去調制光信號的強度。這種方式的優(yōu)點是傳輸的圖像質量高、傳輸距離遠（超過40公里后，其信噪比仍達60dB以上）、光接收機的靈敏度高。缺點是所占頻帶較寬，且光接收機輸出的信號不能被電視機直接接收，需要經過FM/AM轉換為殘留邊帶調幅信號，才能送入用戶分配網。本文檔共61頁；當前第34頁；編輯于星期二\18點2分34課件制作人：白成杰調頻光纜傳輸系統(tǒng)示意圖視頻音頻調頻調制器170MHz混合器視頻音頻調頻調制器n70MHz調頻光發(fā)射機光接收機EDF視頻音頻調頻解調器170MHz分配器視頻音頻調頻解調器n70MHz調頻摻餌光纖(EDF)本文檔共61頁；當前第35頁；編輯于星期二\18點2分35課件制作人：白成杰調頻光纜傳輸系統(tǒng)的組成調頻光纜傳輸系統(tǒng)大致由調頻調制器、多路混合器、光發(fā)射機、光接收機、分配器和調頻解調器等器件組成。本文檔共61頁；當前第36頁；編輯于星期二\18點2分36課件制作人：白成杰調幅光纜傳輸系統(tǒng)用殘留邊帶調幅的方法將多路視音頻信號調制到不同的高頻副載波上，并經混合器混合得到一寬帶高頻信號，再用此信號去調制光信號的強度。這種方式的優(yōu)點在于能傳輸較多的電視節(jié)目信號，缺點是光接收機的靈敏度較低，傳輸距離不遠（30公里左右）。本文檔共61頁；當前第37頁；編輯于星期二\18點2分37課件制作人：白成杰調幅光纜傳輸分配系統(tǒng)的基本構造光發(fā)射機用戶分配網光分路器光中繼站光接收機高頻電視信號本文檔共61頁；當前第38頁；編輯于星期二\18點2分38課件制作人：白成杰調幅光纜傳輸分配系統(tǒng)

原理分析由前端混合器輸出的高頻電視信號通過光發(fā)射機調制為光信號送入光分路器，由光分路器分成多路注入多芯光纜進行傳輸；如果傳輸距離超過35公里以上，則加入光中繼站放大后再進行傳輸，直至送到光接收機解調為電信號，然后由用戶分配網進行分配。本文檔共61頁；當前第39頁；編輯于星期二\18點2分39課件制作人：白成杰數字光纜傳輸系統(tǒng)數字光纜傳輸系統(tǒng)由視音頻處理器、信源編碼器、時分復用器、光發(fā)射機、光接收機、解復用器和信源解碼器組成。本文檔共61頁；當前第40頁；編輯于星期二\18點2分40課件制作人：白成杰數字光纜傳輸系統(tǒng)的構造視頻音頻視音頻處理器信源編碼器時分復用器信源解碼器解復用器調制器光發(fā)射機光接收機用戶分配網高速數字視音頻低速數字音頻低速數字視頻電視高頻低速數字音頻視頻視頻音頻音頻低速數字視頻高速數字視音頻光纜本文檔共61頁；當前第41頁；編輯于星期二\18點2分41課件制作人：白成杰數字光纜傳輸系統(tǒng)原理視音頻信號經過視音頻處理器(由放大、濾波、整形等電路構成)的放大、濾波、整形等處理送入信源編碼器，由編碼器將其變?yōu)镻CM脈沖數字信號，經過時分復用器將多路(兩路以上)低速數字信號合成為一路高速數字信號送光發(fā)射機，進行數字調制后變?yōu)楣庑盘枺淮诵盘柾ㄟ^光纜傳輸到光接收機，由光接收機將光信號變?yōu)殡娦盘?高速數字視音頻信號)送解復用器，由解復用器把一路高速數字信號分接成多路低速數字信號，經信源解碼器解碼還原為模擬視音頻信號，再經調制器調制為電視高頻信號，然后送入用戶分配網絡進行分配。本文檔共61頁；當前第42頁；編輯于星期二\18點2分42課件制作人：白成杰光纜傳輸系統(tǒng)的主要設備和器材光纜傳輸系統(tǒng)涉及到許多光器材、設備，為全面掌握光纜傳輸系統(tǒng)知識，了解這些器材和設備的性能、作用，是非常必要的。本文檔共61頁；當前第43頁；編輯于星期二\18點2分43課件制作人：白成杰光纖和光纜光纖是導光玻璃纖維的簡稱，是用來傳輸光信號的媒介，它由纖芯、包層和涂覆層等組成。光纜是由多根光纖及加強芯和外護套構成。本文檔共61頁；當前第44頁；編輯于星期二\18點2分44課件制作人：白成杰光纖的分類（1）（1）按傳輸光波的模式不同分為多模光纖和單模光纖。光在光纖介質中傳播，它的電磁場在光纖中將按一定的方式分布，這種分布方式稱之為模式。單模光纖是指只允許一種電磁場分布存在的光纖。多模光纖是指允許多種電磁場分布方式同時存在的光纖。（2）按二次被覆結構的不同分為緊包光纖和松套光纖。（3）按纖芯折射率分布類型不同分為突變型光纖和漸變型光纖。對多模光纖而言，其傳輸特性與橫截面積上的折射率分布有很大關系，其折射率分布有突變型和漸變型兩種。本文檔共61頁；當前第45頁；編輯于星期二\18點2分45課件制作人：白成杰光纖的分類（2）（4）按工作波長不同可分為如下三類：①短波長窗口光纖：指工作在0.85μm波長的光纖，只適合于多模光纖。②長波長窗口光纖：指工作在1.31μm或1.55μm波長的單模光纖。③雙窗口光纖：對多模光纖，指既能工作在短波長窗口（0.85μm），又能工作在長波長窗口（1.31μm）的光纖；對單模光纖，指既能工作在1.31μm波長，又能工作在1.55μm波長的光纖。本文檔共61頁；當前第46頁；編輯于星期二\18點2分46課件制作人：白成杰光纖的結構和用途1）光纖的結構光纖是由纖芯、包層、一次覆層和二次覆層組成，纖芯和包層由高純度的二氧化硅組成。2）光纖的用途（1）原始光纖芯線：一般作為機內布線用。（2）光纖軟線：用于室內設備之間的布線。（3）光纖成纜后用于遠距離傳輸有線電視信號及通信等。本文檔共61頁；當前第47頁；編輯于星期二\18點2分47課件制作人：白成杰光纜光纜是由纜芯和護套兩大部分組成，圖4.3所示為幾種常見光纜結構橫截面示意圖。本文檔共61頁；當前第48頁；編輯于星期二\18點2分48課件制作人：白成杰光纜的接續(xù)1）固定連接（1）熔融連接。（2）粘接連接。本文檔共61頁；當前第49頁；編輯于星期二\18點2分49課件制作人：白成杰光纜的接續(xù)2）活動連接活動連接器產品有光纖跳線、跳線光纜、尾纖光纜、扇出尾纖。3）光纖活動接頭本文檔共61頁；當前第50頁；編輯于星期二\18點2分50課件制作人：白成杰光纜的接續(xù)4）光接續(xù)盒、光配線箱、光終端盒本文檔共61頁；當前第51頁；編輯于星期二\18點2分51課件制作人：白成杰光纜的主要技術指標1）光纜傳輸損耗；2）色散與帶寬；3）截止波長；4）光纖強度由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因各自的傳播速度不同而互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。本文檔共61頁；當前第52頁；編輯于星期二\18點2分52課件制作人：白成杰光路器件在對光信號進行處理時，需要對光信號進行耦合、分配、分支、隔離、濾光、合波、分波等處理，這些功能都由相應的器件來完成。本文檔共61頁；當前第53頁；編輯于星期二\18點