1、有线电视基础知识有线电视网络定义：是一种采用同轴电缆、光缆或微波等传输媒介进行传输，并在一定用户中分配交换声音、图像、数据及其它信号能够为用户提供广播电视节目和各种信息服务的电视网络体系。（有线电视系统：一般采用天上卫星传送，地上有线覆盖的星网结合模式。）2022-6-16有线电视发展历程 有线电视的发展至今已有六十多年的历史。早期的有线电视系统，可以追溯到40年代末期。 我国的有线电视起步是以1974年北京饭店的第一个共用天线系统为起步标志；86年中国第一个有线电视试验网湖北建成。2022-6-16有线电视发展几个重要阶段 CATV的信号传输方式经历了从全频道传输方式到隔频道传输方式到邻频道
2、传输方式的历史性变迁，从某种意义上说，CATV从隔频传输到邻频传输的过渡，标志着CATV技术的一次重大突破，也代表着CATV技术发展史上的第一次革命。 随着社会信息化程度的提高和人们对信息服务需求的增长，尤其是随着Internet的蓬勃发展和广泛应用，有线电视界开始意识到CATV应该向综合信息服务网过渡，于是，让有线电视系统具有双向传输能力和交互功能成为了技术发展的主要方向，并由此引发了CATV技术发展史上的第二次革命。 有线电视网络发展经历了全同轴电缆网HFC（光电混合）网最终将发展成全光网、全数字、全ip的融有线电视、计算机网、通讯网络三网一体的网络。2022-6-16有线电视系统的基本组
3、成 任何有线电视系统无论其规模大小如何、繁简程度怎样，均可视为由四部分组成。 信号源、前端、传输系统、用户分配网2022-6-168有线电视系统分类 按用户数量可分为类系统（10万户以上的系统）和类系统（10万户以下的系统）。 按干线传输方式可分为全电缆系统、光缆与电缆混合系统、微波与电缆混合系统、卫星电视分配系统等。邻频传输系统按最高工作频率又可分为300MHz系统、450MHz系统、550MHz系统、750MHz系统、860MHz、1000MHz系统等。 此外还有单向系统与双向系统之分。2022-6-16电视广播的频道配置 地面电视广播能够使用的无线电频率主要有48.5108MHz，167
4、223MHz，470566MHz，606958MHz四个频段。2022-6-162022-6-162022-6-16有线电视频道配置 550MHz邻频系统的系统容量为59个频道（22个标准频道，37个增补频道）； 750MHz邻频系统的系统容量为84个频道（42个标准频道，42个增补频道）； 862MHz邻频系统的容量为98个频道（56个标准频道，42个增补频道）。电磁波可分为线极化波和圆极化波。线极化波又可分垂直极化波和水平极化波。垂直极化波多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等。水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播、卫星电视广播等。圆极化波广泛应用于卫星通信中电磁波的极化基
5、本概念电视频道带宽2022-6-16分贝比与电平 如果有一个放大电路的输入功率为 PO，输出功率为 PI，将它们的比值取常用对数，就得到这个放大电路功率变化的“贝尔”值。由于“贝尔”这个单位较大，因此通常取其十分之一作计算单位，这就是分贝，即 2022-6-16 例如功率放大倍数为10000的放大器的增益，用分贝比来表示为 10 lg P2 / P110 lg 1000040B 将一个功率P1均分成两份的理想分配器，则每一路输出功率为P1，用分贝比来表示该分配器的衰减为 10 lg P1 / ( P12)3dB2022-6-16 当需要表示系统中的一个功率（或电压）时，不能用分贝比，而应用电平
6、 来表示。 电平的四个单位dBW、dBm、dBmV、dBV之间有一定的换算关系dBW=（30）dBm dBm=（48.75）dBmV dBmV = （ ）dBV什么是HFC网：用光纤和射频同轴电缆的组合来传输、分配和交换声音、图像和数据信号的有线电视网络。HFC的常见几种形式：光纤到路边FTTC 光纤到楼幢FTTB光纤到家庭FTTHHFC典型拓扑结构：一级光网：环形或星形，大型网络可采用多环-星形结合二级光网：星形同轴电缆网：分配网络的最基本形式有星树形结和星型分配。常见用户分配网：分配-分配，分支-分支，分配-分支，分支-分配。按每个用户终端的信号电平为65dB5dB的要求来确定所用器件的规
7、格，从开展交互业务的角度最好是星形对称性设计。 网络拓扑示意图载噪比表示高频载波与噪声的相对强度，是衡量射频信号通道传输是衡量射频信号通道传输质量的重要指标，质量的重要指标，用C/N表示。 C/N=Pc/Pn 或 （C/N）dB=10lgPc/Pn=20lgUc/Un 有线电视系统的载噪比（C/N）与放大器的输入电平、噪声系数和放大器的串连级数有关。放大器的输入电平每降低1dB，载噪比劣化1dB。 单台放大器 （C/N）单=Vi-NF-2.4 dB n台相同放大器级联 （C/N）N=（C/N）单 10lgn dB 有线网络技术指标失真：输出波形与输入波形的不一致。线性失真：由于电路的幅频特性和
8、相频特性不均匀造成各频率信号的比例失调如：幅频特性、色亮时延等。非线性失真：信号通过放大器等非线性器件不仅幅度相位发生变化，还产生到了新的频率，并对有用信号产生干扰。如交扰调制比CM、载波互调比IM、载波三次差拍比C/CTB、二次差拍比C/CSO组合二次差拍CSO二次谐波和二次互调产物的总合称；组合三次差拍CTB三次谐波和多信号载波互调产生的三次项总和统称。非线性失真的大小与传输频道数、放大器的输出电平和放大器的串连级数密切相关。二次失真幅度大，三次差拍失真的数量多，而交调失二次失真幅度大，三次差拍失真的数量多，而交调失真在主观感觉上较严重真在主观感觉上较严重 ，在频道数较少时（例如十几，在频
9、道数较少时（例如十几个频道以下），主要考虑交调失真，而在频道数较多个频道以下），主要考虑交调失真，而在频道数较多时，则应主要考虑三次差拍失真。时，则应主要考虑三次差拍失真。我们知道，非线性失真主要是由放大器的非线性引起的，而放大器的非线性特性又同其工作电平有关，工作电平越高，放大器输出特性曲线偏离线性越严重，非线性失真指标就越差，故有线电视系统的非线性失真指标同放大器的工作电平密切相关。非线性失真指标同放大器工作电平的关系当各频道的信号电平降低1dB时，系统的二次非线性失真指标（例如载波组合二次差拍比C/CSO及载波二次互调比IM2）可以改善1dB, C/CTB改善2dB。我国数字电视系统采用
10、欧标DVB标准。按信号传输方式分三类：数字电视可以分为地面数字电视（ DVB -T） 、卫星数字电视（ DVB -S） 、有线数字电视（ DVB -C） 数字电视系统模拟信号的数字化过程称为脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation） PCM的三个步骤是：1. 抽样：在时间域离散化处理2. 量化：在取值域离散化处理3. 编码：在时间域和取值域都离散 1、抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。 2、量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。 3、编码则是按照一
11、定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。在编码处理方式上分为两种：信源编码编码器中实现信道编码调制器中实现 这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输 。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）就是用两个调制信号对频率相同、相位正交的两个载波进行调幅，然后将已调信号加在一起进行传输或发射。、数字QAM有4QAM、16QAM、32QAM、64QAM、256QAM等调制方式数字调制方式数字信号的调制有： 1)幅度键控ASK 2)频移
12、键控FSK 3)相移键控PSK 其中QPSK抗干扰能力强，得到广泛应用。 4)正交幅度调制MQAM：用于DVBC中。属于幅度与相位相结合的调制方式。 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）就是用两个调制信号对频率相同、相位正交的两个载波进行调幅，然后将已调信号加在一起进行传输或发射。、数字QAM有4QAM、16QAM、32QAM、64QAM、256QAM等调制方式数字调制方式数字信号的调制有： 1)幅度键控ASK 2)频移键控FSK 3)相移键控PSK 其中QPSK抗干扰能力强，得到广泛应用。 4)正交幅度调制MQAM：用于DVBC中。属于幅度与相位相结合的调
13、制方式。星座图：数字调制信号的矢量端点分布图。星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：(1) 调制信号相对于载波的幅度和相位的变化，星座点到原点的距离表示调制信号的幅度，星座点相对于水平正半轴的旋转角度表示调制信号相对于载波的相位变化；(2) 星座点与调制数字比特之间的对应关系，称为“映射”，即每个星座点对应多个比特的二进制信息。一种调制技术的特性可以由信号分布和映射关系来完全定义，也就可以由星座图来完全表现。星座图16QAM 星座图M越大，频带利用率越高，抗干扰能力越弱，对传输网络要求就越高。调制误差率（MER）：QAM信号错误功率和平均功率之比MER可以被认为是信噪比测量的一种形式，它将
14、精确表明接收机对信号的解调能力，因为它不仅包括高斯白噪声，而且包括接收星座图上所有其它不可校正的损伤。如果信号中出现的有效损伤仅仅是高斯噪声，那么MER等于S/N。MER的经验门限值对于64QAM为23.5dB，对于256QAM为28.5dB，低于此值，星座图将无法锁定。另外对不同的部分MER的指标也存有一些经验值：在前端38dB，分前端36dB，光节点34dB，用户26dB。比特误码率定义：BER（比特误码率）是发生误码的位数与传输的总位数之比BER 被叙述为大量传送码的错误码比率10的几次方来表示，例如测量得3E-7 表示在一千万次传送码有3 次被误解，此比率是采用少数的实际传送码来实际分
15、析并统计而推估的值，越低的BER 代表越好的效能表现。典型的目标值为1E-09，对于64QAM DVB-C传输，接收端在前向纠错前（per-FEC），BER必须小于1.0E-4。数字系统主要指标载噪比：在STB输入端对于64QAM调制载噪比为25.5dB(我国机顶盒入网要求为28dB)256QAM33.5dB非线性失真指标：CSO43dB CTB43dB 数字频道电平：47-67dB(IEC)42-75dB(DVB-C)有线电视系统常用器材同轴电缆 同轴电缆在有线电视系统中随处可见，从接收天线到用户端之间，只要有信号传输的需要，就会有同轴电缆的存在。因此，同轴电缆的质量优劣将直接影响到整个有线
16、电视系统的工程质量和使用寿命，掌握其有关特性、结构和性能指标，对有线电视系统的设计、运行、维护至关重要。它由内导体、绝缘层、外导体及护套由里向外层层组合而成，这四部分轴心重合，“同轴”电缆由此得名 图1二屏蔽编织网有线电视系统物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆结构示意图 （1）电气性能：它是传输质量的主要标志，包括特性阻抗、衰减常数、屏蔽性能等几项参数。（2）机械性能：包括最小弯曲半径、最大拉力等测试参数。（3）温度特性：主要是指衰减常数（衰减量）随温度的变化率，单位为oC。（4）防潮性能。（5）成本及使用寿命。放大器是有线电视系统中最重要的器件之一，其作用是把信号放大以补偿在传输过程中的损耗，保证用
17、户端电平足够高、失真和噪声尽可能小。按照有线电视网络传输带宽的不同，放大器还可分为300MHz、550 MHz、750 MHz、862 MHz。常见放大模块类型：（1）推挽型（PP型）（2）功率倍增型（PD型）（3）前馈型（FT型）放大器放大器主要参数增益：放大器对信号的放大倍数，用dB标示，就是输出电平与输入电平差值。带内平坦度:频率范围:噪声系数：噪声系数越低越好一般在10dB左右，最好的3dB输出电平:非线性失真指标：主要用c/ctb来衡量在特定输出测试电平下其复合三次差拍比在65dB以上 干线放大器的最大输出电平放大器最小输入电平SiC/N2minF10 lgn2.4 2022-6-1
18、6主要无源器件 有线电视网中最主要的无源部件是分配器和分支器，它们都是用来分配信号能量的部件。 分配器能将一路输入信号的功率均等地分成几路输出，它具有一个输入端和几个输出端。通常，分配器一般都按输出路数的多少来进行分类，即所谓的二分配器、三分配器、四分配器和六分配器等。按使用场所不同可分为室内型和室外防水型，馈电型和普通型，明装型和暗装型，按基本电路组成可分为集中参数型和分布参数型，其中集中参数型又可分为电阻型和磁芯耦合变压器型两种，分布参数型即微带线分配器。下面我们主要讨论应用最广的磁芯耦合变压器型分配器。分配损耗想分配损失仅与分配路数有关，二分配器的理想分配损失为3dB，三分配器的理想分配
19、损失为4.8dB，四分配器的理想分配损失为6dB等。(2)阻抗分配器的输入阻抗定义为输入端电压与电流的比值，输出阻抗定义为输出端电压与电流的比值。为了与电缆等匹配，分配器的输入阻抗和输出阻抗都是75。(3)相互隔离度在指定频率范围内，从某输出端加入一个信号，其电平与其它输出端测得的输出电平之差称为该分配器的相互隔离度。一个分配器的相互隔离度越大，各输出口之间的相互干扰就越小。按国标GY/T10699的要求，分配器的相互隔离度至少应是22dB以上，邻频传输时要求更高，应达到30dB以上驻波比与反射损耗表示分配器与前后电缆阻抗匹配的程度。在理想情况下，分配器的输入、输出阻抗都是75，与75的同轴电
20、缆完全匹配，相应的驻波比为1，反射损耗为无穷大。实际上不可能完全实现阻抗匹配，驻波比在1 .11 .7之间，对应的反射损耗为1326dB之间。对于隔频传输系统，反射损耗大于12dB即可，对于邻频传输系统，则应大于16dB以上才行。否则信号来回反射，不仅会出现重影，还能造成各频道电平不均匀，使非线性失真加大。2022-6-16 分支器的电气性能数 除了频率范围、反射损耗、输入、输出阻抗等外，分支器还有一些特殊的性能参数。插入损失 分支损失 分支隔离度：各分支输出口之间相互影响的程度各分支输出口之间相互影响的程度 反向隔离度：光纤传输技术基础 1960年，美国科学家M a i m a n发明了世界
21、上第一台激光器（红宝石激光器）；随后，人们相继制成了性能优越的半导体激光器和固体激光器，为光通信提供了很好的光源。1966年，英籍华人高锟博士指出，通过减少光纤材料中的杂质，可以制成低损耗的，可以投入实用的光纤，为低损耗光纤的研制指明了方向。随后，人们终于制成了损耗小到0 .2dB/km的光纤，为光通信提供了很好的传输介质。激光器和低损耗光纤的研制成功成了现代光通信历史上两个划时代的里程碑，开创了现代光通信历史的新纪元。 激光的产生 在光辐射中存在三种辐射过程： 一是处于高能态的粒子自发地向低能态跃迁，称之为自发辐射； 二是处于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁称之为受激辐射； 三是处
22、于低能态的粒子吸收了外来光子的能量向高能态跃迁，称之为受激吸收。 在激光器中发生的辐射是受激辐射，这时位于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁，发出在频率、位相、偏振状态等方面与外来光子完全相同的光。 实现粒子数反转，满足阈值条件和谐振条件，是产生激光的三个条件。 要实现粒子数反转，首先要求产生激光的物质有合适的能级结构。具有可能实现粒子数反转能级结构的物质称为激活物质。但仅有激活物质还不够，也不一定能实现粒子数反转。还需要有必要的能量输入系统，供给位于低能态的粒子以能量，使其尽可能快、尽可能多地跃迁到高能态去，才能实现粒子数反转。这种通过外界不断供给能量，促使低能态粒子尽快跃迁的过程称
23、之为泵浦 激光器中发生的辐射是受激辐射 激光的特点激光的特点1.单色性好 2.方向性好 3.亮度高 4.相干性好 激光器 激光器是产生激光的器件或装置，主要包括： 工作物质（激活物质） 泵浦系统：泵浦系统向工作物质输送能量，使其实现粒子数反转 谐振腔：谐振腔则使受激辐射光不断被放大，以至输出稳定的激光。 . .激光器的性能指标激光器的性能指标 输出光功率输出光功率 相对强度噪声相对强度噪声RIN RIN 激光器的激励阈值激光器的激励阈值激光器的线性范围激光器的线性范围 激光器的温度特性激光器的温度特性 光通信中常用激光器 1).激光二极管（LD） 2).分布反馈激光器（DFB激光器） 3).掺
24、钕钇铝石榴石激光器（Nd :YAG） 光纤的结构和原理 光导纤维，简称光纤，是光通信中最常用的传输介质。它由直径为几十m以下、折射率为n 1的纤芯和直径为125m、折射率为n 2的包层组成。石英光纤的纤芯和包层都是石英材料，但掺入不同的掺杂剂，使n 1 n 2。即纤芯为光密介质，包层为光疏介质 。只要光从光密媒质到光疏媒质并以一定入射角度就能发生全反射，使光沿着光导纤维传输。 光传输的三个窗口：光纤的损耗与它所传输光的波长有关 ，它有三个极小值，传输波长分别是0.85m、1.31m和1.55m。 0.85m附近的损耗最大，约34dB/km，1.31m附近的损耗次之，约0 .35dB/km，1.
25、55m附近的损耗最小，可达0 .19dB/km 理论上预言，当采用氟化物玻璃时，在传输波长为23m的光时，损耗可低到0.001dB/km。光纤的色散 所谓色散，是指输入信号中包含的不同频率或不同模式的光在光纤中传播的速度不同，不同时到达输出端，使输出波形展宽变形、形成失真的现象。色散的存在限制了光信号一次传输的距离；在传输距离相同的情况下，色散越大单位时间内传输的信息容量越小。 按照光纤中容许传输的电磁波模式多少的不同，可以把光纤分为只能传输一种电磁波模式的单模光纤（SM）。 有多个电磁波模式同时传播的多模光纤（MM）。 单模光纤的芯径小，在制造、耦合、连接上都比较困难，而且只能用激光器作光源
26、，但其传播特性好，带宽可达10GHz，可以在一根光纤中传输60套PALD电视节目。多模光纤的芯径较大（一般是50或62 .5mm），制造耦合和连接都比较容易，甚至可以用发光二极管作光源。ITUT定义四种不同的单模光纤 G .652光纤就是我们前面说的普通光纤，其价格最低、应用最广，对1.31m光的色散为零，性能最佳； G .653光纤即色散位移光纤，零色散波长在1.55m附近，最适于进行长距离、大容量的信息传输，但价格较贵。 G .654光纤称为截止波长移位光纤，通过参数的选择，可以使其在1.55m处的衰减最小（色散仍然较高），用于需要很长再生距离的海底光缆。 G .655光纤也是一种色散位移
27、光纤，但其零色散点不在1.55m，而在1.57m或 1.511.52m附近，在1.55m处具有一定的色散，从而避免发生多波长传输时的四波混合现象，适用于密集波分复用系统。 光缆 1 .31m光的传输特性。 对于1 .31m的光系统采用价格便宜的G .652光纤其损耗较小（约0 .35dB/km），色散常数为零，在光通信中得到了非常广泛的应用。 1.55m光纤技术的特点1).损耗极低2) . 可以利用光纤放大器对光信号直接进行放大3).色散较大4).受激布里渊散射（SBS）的影响不容忽略 当入射到光纤内的光功率大于某一阈值时，就会发生受激布里渊散射（SBS），产生频率较低的背向散射光，不仅使传输
28、光受到衰减，还会破坏激光器的性能，引起激光器输出光功率的波动，产生较大的噪声，使系统的载噪比严重恶化。因此，在光纤传输系统中，入射到光纤内的光功率一定不能大于受激布里渊散射的阈值。光信号的调制和解调 光信号的副载波强度调制 对电信号的调制有调幅、调频和调相三种对于光信号，除了相干光通信以外，目前对光信号的调制都是强度调制，即用所要传输的信号来改变光信号的强度。 根据光调制器的原理不同，可分为直接调制、内调制和外调制三种。 直接调制又称为电源调制，因为半导体激光器的输出光功率同注入电流成正比，故我们可以利用待调制信号来控制注入半导体激光器PN结的电流，使激光器输出光的强度随信号而变。 内调制和外
29、调制都是通过专门的调制器来实现的。 内调制和外调制的区别在于内调制把调制器放在谐振腔内部，其调制效率较高。 外调制则是在激光输出后，令其通过电光器件来进行调制 在光导纤维中传输的光信号到达接收端后，需要把其上调制的电视信号复原。这个任务是由光接收机中的光检测器来完成的。光检测器的基本原理是利用半导体材料的光电效应把光信号转换成电信号 常用的光检测器主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管，但在光纤有线电视系统中一般都用PIN光电二极管。光放大器光放大器光放大器光放大器一、光放大器的分类一、光放大器的分类1. 1.间接放大间接放大：光接光接收机收机光发光发射机射机电放电放大器大器可见，一个间接放大
30、的光放大器实际是由一个光接收机、一个电放大器和一个光发射机所组成。利用这种方式，每放大一次，载噪比和CSO就会降低3dB , CTB会降低6dB。故在一条通信链路上，对模拟信号只能放大一次。 直接放大的光放大器主要有半导体光放大器和光纤放大器两类。半导体光放大器可以集成化，做成很小的器件，但技术难度大，与光纤耦合时损耗也大，目前还不能大量地投入使用。目前应用最广的光放大器主要是光纤放大器。 光纤放大器是在石英光纤的纤芯中掺入能实现粒子数反转的激活物质元素，在泵浦光的作用下实现粒子数反转，然后在信号光的作用下产生受激辐射，把信号光放大。 按照掺入元素的不同，目前比较成熟的光纤放大器可以分成掺铒光
31、纤放大器（EDFA） 掺铒光纤放大器（EDFA） 掺铒光纤放大器采用的是光激励方式，其中的激活物质是三价稀土元素铒（Er）。铒元素是一个三能级系统。在泵浦光的作用下，由基态1向高能态3跃迁，然后通过非辐射跃迁，跃迁到介于1和3之间、粒子寿命较长（约10ms）的亚稳态2上，只要泵浦光的强度足够大，就可能在基态1和亚稳态2之间实现粒子数反转。因为这两个能级之间的能量差正好等于1.55m光子的能量，故只能发生1.55m光的受激辐射，也只能放大1.55m的信号光。光发射机 直接调制多路调幅光发射机 按照强度调制的方式不同，多路调幅光发射机又可分为直接调制光发射机和外调制光发射机两种。 直接调制光发射机是利用高频电视信号来控制半导体激光器的偏流，进而控制激光器的输出光强，一般采用DFB激光器作为光源。DFB激光器以及用它制成的光发射机的寿命已超过10万小时。
