有线电视技术03

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1、第三章第三章 前端系统的组成与主要设备前端系统的组成与主要设备 第一节 前端系统的组成一、前端系统的发展状况一、前端系统的发展状况1.同频直传前端同频直传前端是指不对电视信号进行频率变换，依据电视台发射信号频率直接传输到混合器（卫星节目除外）。下面以北京地区某单位300户小规模有线电视系统为例，说明同频直传前端的组成。该系统建于1992年，由开路电视接收、卫星电视接收和自办节目三部分组成，如图3.1所示。图3.1 同频直传前端系统2.频道变换前端 典型的频道变换前端如图3.2所示。图3.2 频道变换前端3.邻频前端邻频前端采用了很多满足邻频传输要求的信号处理方法，比如采用声表面波滤波器（SAW

2、F）、锁相环路（PLL）频率合成技术、图像和伴音分通道处理、A/V比可调技术，用来完成调制、解调、频率变换、混合等功能。4.数字前端有线数字电视前端如图3.3所示。图3.3 有线数字电视前端二、前端系统的技术指标前端在有线电视系统中处于核心地位，对于系统指标的影响也最大。要满足系统技术指标，有些是靠设备质量来保证，如微分增益、相互隔离、输入输出阻抗等；有些技术指标靠系统设计来保证，如载噪比、交互调比、载波组合三次差拍比等，而这些技术参数还需进行指标分配。有线电视系统的指标分配主要有：前端系统、传输系统、分配系统三部分。有线电视系统的主要参数依据GY/T10692中的规定，将系统参数分为两类，一

3、类是电平参数；另一类是信号质量要求。(一)系统输出口电平参数规定系统输出口电平参数，其目的是提供给电视机一个最佳输入电平的范围，使电视机处于最佳工作状态。1.电平范围 电视广播：6080dBV；调频广播：4770dBV。2.电平差 系统输出口频道间电平差见表31。表313.幅频特性频带内幅频特性见表32。表32频带内幅频特性不好，主要是前端系统中的频道滤波器、频道放大器等设备造成的。(二)信号质量要求有线电视系统的信号质量指标关系到信号质量，即使电平很合适也不一定保证图像质量。教材表33列出了关于信号质量的指标。1.载噪比载噪比（C/N）定义为：在系统的指定点（可以是前端系统、传输系统或分配系

4、统），图像或声音载波电平与噪波电平之比，通常用分贝表示。用户电视机收视效果与图像信噪比（S/N）有关。载噪比和信噪比是两个不同的概念，但又具有一定的内在联系。其关系式如下：C/N=S/N+6.4 （dB）(31)通常对于射频信号以载噪比计算；视、音频信号以信噪比计算，然后可换算为载噪比。对于前端而言，天线输出端的载噪比为：(C/N)a=Sao2.4 （dB）(32)式中，Sao天线输出信号电平。若加有天线放大器，则单台天线放大器输出端的载噪比为：(C/N)am=Sam2.4NF （dB）(33)式中，Sam放大器输入信号电平（dBV）；NF放大器噪声系数（dB）。2.交扰调制比交扰调制比（CM

5、）定义为：在系统指定点，指定载波上有用调制信号峰峰值对交扰调制成分峰峰值之比，通常用分贝表示。其值为正，值越大表明交调失真越小。有线电视系统的总交调比，分配在前端、传输、分配三个子系统，与放大器的级联数目、放大器本身的CM指标、传输电视频道的个数有关。此外，交调比还与放大器的输出电平有关，在实际设计和调试时，如果放大器输出电平降低NdB，则交调比将增大2NdB。由于交调比的情况比较复杂，在系统传输频道超过30个以上时，组合三次差拍产物很大，因此常用CTB来取代CM。3.载波互调比载波互调比（C/IM）定义为：在系统指定点，载波电平对规定 的互调产物电平之比，通常以分贝表示。载波互调比通常以互调

6、比（IM）表示。互调可能由二次非线性失真产生，也可能由三次非线性失真产生，目前在有线电视系统设计时常采用组合三次差拍比（CTB）和复合二次差拍比（CSO）来表征互调特性。CSO指标在传输系统中占比例较大。4.载波组合三次差拍比载波组合三次差拍比（C/CTB）定义为：在系统指定点，图像载波电平与围绕在图像载波中心附近群集的组合三次差拍产物的峰值电平之比（多簇产物时应取叠加功率），以分贝表示。组合三次差拍（CTB）指：在多频道传输系统中，由于设备非线性传输特性中的三阶项引起的所有互调产物。有时为了方便起见，将C/CTB简称为CTB。CTB指标与系统放大器数目、系统传输频道数量及信号电平有关。比如，

7、对于信号电平CTB遵循平方律，即信号电平增加1dB，CTB变劣2dB；当频道增多时CTB产物按指数规律上升，当频道数为9个时，一个频道内CTB产物仅为20个；而当频道数为30个时，CTB产物猛增至226个。因此，当频道数不多时，CM是主要矛盾，当频道数增多后CTB逐渐成为主要矛盾。有线电视系统指标要根据不同的网型结构进行分配，民用建筑电缆电视系统工程技术规范中，给出了几种网型结构的指标分配例子，为了使读者对指标分配有一个初步了解，请参阅教材表34表 37。第二节 邻频前端系统的工作原理 一、邻频前端系统的组成一、邻频前端系统的组成目前，我国常见的邻频前端系统是在前端机房内安置19标准机柜（机箱

8、），将调制器、信号处理器、解调器、多路混合器等设备及它们的供电电源安装在其中。典型的邻频前端系统原理框图如图3.4所示。图3.4 邻频前端系统原理框图(一)信号处理器信号处理器（也称频道处理器）由下变频器、中频处理器和上变频器组成，是一种将无线电视信号引入有线电视系统的设备。目前，各厂家生产的信号处理器性能指标有所差异，输出方式也有所不同，分为固定频道输出和可变频道输出（捷变频）。无论是何种信号处理器，其主要特点如下：(1)频率稳定性好。对于邻频传输频率变化精度在20kHz内，通常采用以石英晶体振荡作基准的锁相频率合成器为本振源。(2)邻频道干扰抑制高。一般要求对邻频道干扰抑制大于60dB。通

9、常在中频处理中采用声表面波滤波器对图像和伴音分别处理，以得到良好的邻频道抑制。(3)A/V比可调。对于A/V比可调整范围为1020dB。不但要求图像信号电平能调整，也要求伴音电平能调整。(4)自动增益控制（AGC）范围宽、稳定性好。在邻频系统中，要求信号幅度十分稳定。因此，在信号处理器中不仅有图像自动增益控制，而且有伴音自动增益控制。(5)寄生输出小。要求寄生输出小于60dBc。(6)动态范围足够大。输入电平范围要宽，以适应强弱不同的射频输入信号。(二)电视调制器电视调制器（简称调制器）是有线电视系统中将视频、音频信号调制成电视射频信号的设备。1.视频参数(1)调制度。调制度表示输出信号中有用

10、信号功率所占比例，国标规定调制度为87.5。调制度越大，对信号的传输和解调越有利。(2)带内平坦度。要求为1dB。(3)微分增益（DG）。微分增益是视频信号中亮度信号由黑电平变化到白电平时，所引起的彩色副载频的增益变化，国标规定DG5。(4)微分相位（DP）。微分相位是视频信号中的亮度信号由黑电平变化到白电平时，所引起的彩色副载频的相位变化，规定DP5(5)色亮时延差（）。色亮时延差是在视频信号中色度信号与亮度信号之间的时延差，规定其 45ns。(6)视频信噪比。视频信噪比是视频电压有效值与噪声电压有效值之比，用分贝表示。此值应45dB。2.音频参数(1)最大频偏。(2)音频最大频偏规定为50

11、kHz。(3)失真度。伴音失真度规定为1。(4)带内平坦度。伴音带内平坦度为1.5dB(40Hz10kHz)。(5)信噪比。音频信噪比为50dB。3.射频参数(1)图像、伴音载频间距。规定为65005kHz。(2)图像伴音功率比。要求1020dB可调。(3)频率准确度和频率稳定度。频率准确度是在基准温度（+20）下设备输出信号载频与标称频率之差。频率稳定度是输出信号频率由于温度、电压等外界因素影响所引起偏移与标准条件下频率之差。规定为VHF频段，频率准确度5kHz，频率稳定度20kHz。(4)射频反射输出损耗。规定为12dB(VHF)，10dB(UHF)(5)带外寄生输出抑制。为了避免任何一个

12、频道的杂散输出对其他频道的干扰，要求带外寄生输出抑制60dB。(三)电视解调器电视解调器（简称解调器）是将输入的射频信号解调为视频、音频信号输出的设备。与电视调制器的工作过程恰好相反。(四)混合器 混合器是将多路射频信号混合成一路复合信号的设备。混合器的种类很多，从电路结构方面可分为两类：一类是滤波器式；另一类是宽带传输线变压器式。滤波器式混合器接输入接收频带来分，可分为频道混合、频段混合、频道和频段混合三类。混合器有工作频率、插入损耗、相互隔离、带内平坦度、反射损耗等参数。1.工作频率 根据不同的需要，混合器的工作频率也不相同。特别是滤波器式混合器，其工作频带必须与所需混合的频道相匹配。邻频

13、传输系统则分：45300MHz，45450MHz，45550MHz，51000MHz等。2.插入损耗 混合器的输入端电平与输出端电平之差为插入损耗，用分贝表示。3.相互隔离混合器在某一输入端加入一信号，该信号电平与其他输入端出现的该信号电平之差，用分贝表示，称为相互隔离。一般要大于20dB，邻频系统最好大于30dB。4.带外衰减和带内平坦度 带外衰减是指对频带外信号的衰减值，用分贝表示。该值越大说明混合器受带外频道的干扰越小，一般要求大于20dB。带内平坦度要求1dB或2dB。5.反射损耗混合器输入、输出阻抗匹配程度，以反射损耗表示。一般要求应不小于10dB。(五)导频信号发生器导频信号发生器

14、是干线为同轴电缆的邻频传输的大中型有线电视系统所用设备，它为干线传输系统提供实现自动增益控制（AGC）和自动斜率控制（ASC）作用的基准信号，即导频信号。二、邻频前端系统的技术要求二、邻频前端系统的技术要求邻频前端系统的技术指标，很多是由前端设备的技术指标来保证的。(1)要采用严格的残留边带滤波器，使相邻频道之间的频谱不相交织，对于信号处理器还必须采用取出声音信号的滤波器。残留边带的要求如图3.5所示，图中fv为图像中频，由图可见，在5.75MHz至6.25MHz范围内需衰减20dB，这用一般LC滤波器很难实现，因此，取出图像信号的滤波器和取出声音信号的滤波器均宜采用声表面波滤波器。图3.5

15、残留边带的要求(2)图像载波功率与伴音载波功率之比可以调整，一般称V/A比。由于下邻频道的伴音载波与上邻频道的图像载波相隔很近，只有1.5MHz，因此图像载波与伴音载波功率比不仅对本频道有影响，同时对上一个频道也有影响。一般有线电视系统邻频道传输使用的V/A比大于广播电视发射机送出的V/A比（典型值约为10dB）。试验表明，在V/A比为10dB时干扰网纹明显可见，V/A比为14dB时网纹基本消失，在V/A比为17dB时比较理想。因而V/A比应在1423dB，其调节范围大约在1020dB之间。本项指标若以AV比表示时，则为负分贝数。(3)对载波频率偏差有比较严格的要求，如在VHF频段，要求图像载

16、频与标准值的偏差不超过20kHz，这就要求设备的所有本机振荡器均应采用晶体振荡器。(4)对设备内变频器的非线性失真必须进行严格控制。有些信号处理器加有陷波器，以抑制不需要的差拍分量。(5)对微分增益、微分相位和色亮时延差有严格要求。由于上述指标主要由前端设备决定，这就要求设备的上述指标必须符合标准。第三节 邻频前端系统设备的选用一、邻频前端系统设备的选用原则一、邻频前端系统设备的选用原则邻频前端系统设备的选用，应注意有线电视系统规划、满足邻频传输技术要求及性能价格比等方面的问题。(一)有线电视系统规划做好有线电视系统规划是系统选择的基本原则，而规划需考虑下列因素：1.服务区基本情况调查(1)服

17、务区居民住宅分布（平面图）及居住户数。根据分布情况和户数决定系统规模大小，传输系统是采用光缆、MMDS或同轴电缆作为干线。系统越大，对前端的要求就越高。(2)当地可利用的节目源。主要指可收到的卫星电视节目数量（必须是符合国家有关规定的节目）；当地或邻近电视台发射的电视信号数量及场强；微波传输的电视信号数量等。(3)服务区用户电视机功能情况。主要考虑普通电视机、遥控电视机及CATV兼容的电视机的拥有量。(4)服务区用户的经济承受能力。(5)服务区目前准备进入系统的频道容量和今后系统扩展情况。2.邻频传输频带的选择目前，成熟的邻频传输系统有300MHz、450MHz、550MHz、750MHz，理

18、论上分别可传送28、47、59、85套节目，频带越宽，系统成本越高。实际上，在新建系统中，300MHz和450MHz系统已很少采用。3.传输方向的选择随着城镇宽带综合网的发展，双向有线电视传输系统将越来越多。因此，在进行系统规划时必须考虑传输方向的问题，以便在前端系统、传输系统和分配系统设计时做出要求。4.加扰与解扰的选择系统规划时需考虑加、解扰的问题，有线电视系统加解扰方式有非寻址加解扰和可寻址加解扰两种。加扰器和用户管理系统安装在前端，解扰器安装在用户终端。根据服务区调查和频带选择，就可以确定系统规划，包括系统带宽、系统功能、服务区域和户数、传输节目套数等。(二)前端设备应满足邻频传输要求

19、邻频前端使用的设备，如调制器、信号处理器、解调器等必须是采用中频处理方式的设备。其标志是有中频接口和AV比可调旋钮，国内使用的制式应是PALD制。邻频前端使用的设备应满足邻频传输要求，以保证前端系统的输出电平、载噪比、非线性失真等指标符合要求。(三)前端设备的性能价格比在满足系统规划和传输技术要求的前提下，选择性能价格比最高的设备。一般情况下，对于大型系统可选高档设备；而中小型系统可选既满足要求又较为便宜的设备，只要达到国家标准就可使用。二、邻频前端系统应用实例二、邻频前端系统应用实例某地区有线电视系统，近期传输28套节目，其中通过三副卫星接收天线，分别接收三颗卫星传送的16套节目；通过接收天

20、线接收当地及邻近电视台发射的电视信号9套；自办节目3套。采用550MHz邻频系统，使用普通彩色电视机可直接接收的频道有：112频道，Z4Z8增补频道，1322频道、Z35Z37共30个频道。如果1、2频道不用（考虑到机上变换器通常使用1、2频道），正好为28个频道。1.邻频前端系统设计该有线电视系统的前端系统框图见教材图3.6所示。2.邻频前端系统指标计算有线电视系统总载噪比和CTB等指标，要在各子系统中进行分配，各子系统指标与总指标之间的关系见下式：(CN)Z(CN)10lgK (34)式中，(CN)Z子系统的载噪比指标；(CN)Q全系统总载噪比指标；K分配系数。CTBZCTBQ20lgK

21、(35)式中，CTBZ子系统的CTB指标；CTBQ全系统总CTB指标；K分配系数。国家规定标准有线电视系统，CN为43dB，CTB54dB。按表35所列指标分配，前端CN的分配系数为K5100.5。代入式34，得前端CN为46dB。实际上，邻频前端的主要设备，如信号处理器、固定频道调制器都采用了选择性良好的滤波电路，所以宽带互调和交扰调制等非线性失真可以忽略。但由于加装了天线放大器后，需重点计算CN。对于空间无线电视信号接收，当信号场强较弱时，需要加入低噪声天线放大器，但是天线放大器输入口电平应有最小允许值，否则将不能达到系统载噪比的要求。如果天线放大器的增益为25dB，噪声系数为3dB，解调

22、器噪声系数为8dB，若要满足前端载噪比达到46dB，则需要天线放大器输入口电平至少应为51.4dBV。此时天线放大器输出口电平为76.4dBV。由式33计算天线放大器输出口的载噪比为：（CN）am51.42.4346 (dB)事实上，只有当系统中每一个环节的指标均高于系统指标时，才能保证系统指标满足要求。国家规定标准有线电视系统，CN为43dB，CTB54dB。按表35所列指标分配，前端CN的分配系数为K5100.5。代入式34，得前端CN为46dB。实际上，邻频前端的主要设备，如信号处理器、固定频道调制器都采用了选择性良好的滤波电路，所以宽带互调和交扰调制等非线性失真可以忽略。但由于加装了天

23、线放大器后，需重点计算CN。对于空间无线电视信号接收，当信号场强较弱时，需要加入低噪声天线放大器，但是天线放大器输入口电平应有最小允许值，否则将不能达到系统载噪比的要求。如果天线放大器的增益为25dB，噪声系数为3dB，解调器噪声系数为8dB，若要满足前端载噪比达到46dB，则需要天线放大器输入口电平至少应为51.4dBV。此时天线放大器输出口电平为76.4dBV。由式33计算天线放大器输出口的载噪比为：（CN）am51.42.4346 (dB)事实上，只有当系统中每一个环节的指标均高于系统指标时，才能保证系统指标满足要求。三、邻频前端系统的调整三、邻频前端系统的调整1.VA的调整在前端每一支

24、路的都需要按照规定调整在1423dB之间，通常以17dB为宜。调整时用电视综合测试仪测量，旋转调节钮，使其达到要求即可。如果没有电视综合测试仪，也可以用DS1870型（或类似产品）场强仪间接测量。测量方法如下：(1)将被测支路接入场强仪的RF INPUT 口后开机。(2)按下SETDOWN键使VIDEO指示灯点亮，旋动多功能调节旋钮至液晶显示出被测频道处。(3)此时测量值为该频道图像载频的电平值，如果电平表读数为48dBV，而此时输入衰减指示40dB处灯亮，则实际电平值为：EV484088（dBV）(4)按下SETDOWN键，此时AUDIO指示灯点亮，测量值为该频道伴音载频的电平值，如电平表指

25、示值为51 dBV，而输入衰减指示20 dB处灯亮，则实际电平值为：EA512071（dBV）(5)依据以上测量值可以算出该频道的为：VA887117（dB）2.输出电平的调整前端对每一支路的输出电平一般应与干线放大器的输出电平和倾斜方式一致。也就是说，前端的输出电平应等于干线放大器的输出电平，若采用平坦输出型干线放大器，则前端的输出电平也是平坦型；若采用倾斜输出型干线放大器，则前端的输出电平亦为倾斜型。由于信号处理器、调制器的输出电平是可调的，满足上面的要求并不难。习 题 三 参 考 答 案一、是非判断题（正确画“”，错误画“”）1.前端系统的功能是接收信号。（）2.前端系统位于各种信号源与

26、干线传输系统之间。（）3.有线数字电视前端主要是将各种信号进行数字编码压缩处理，然后调制再上变频到电视频道。（）4.有线电视系统输出口电平只要满足规定要求，信号质量就能得到保证。（）5.所有用户电视机图像上都有网纹干扰，说明系统载噪比不合格。（）6.信号交流声比不合格在图像上表现为有水平横道的滚动。（）7.载噪比和信噪比是两个不同的概念，它们之间没有内在联系。（）8.信号处理器与邻频调制器的功能恰好相反。（）9.直接调制方式的调制器常用于非邻频系统。（）10.传输线变压器式混合器插入损耗较大，不能用于邻频系统。（）11.导频信号发生器是为干线传输系统提供实现AGC、ASC作用的基准信号。（）1

27、2.前端设备在选用时，主要是满足系统指标要求，而与电视制式无关。（）13.前端系统输出电平倾斜方式应与干线放大器输出电平倾斜方式一致。（）14.前端系统的输出电平应与系统输出口电平一致。（）二、选择题（将正确答案的序号填入括号中）1.当用户的电视机接收电视节目时，所调谐频道与电视节目播出频道完全一致，说明有线电视系统的前端采用的是（A ）方式。A.同频直传 B.频道转换 C.隔频传输 D.邻频传输2.前端系统指标中的（C ）是靠设备质量来保证。A.系统输出口电平 B.回波值 C.微分增益 D.载噪比3.前端系统指标中的（D ）是由设计来保证。A.回波值 B.微分增益 C.输入输出阻抗 D.交扰调制比4.各用户电视机的图像上都有雨刷状干扰或背景图案，说明（B ）指标不合格。A.C/N B.CM C.HM D.DP5.在系统传输频道超过（D ）个以上时，常用CTB来取代CM。A.12 B.18 C.24 D.306.邻频系统的调制器，国标规定其调制度为（D ）。A.60%B.67.5%C.80%D.87.5%7.一般有线电视系统邻频传输使用的A/V比应在（D ）。A.0.140.23dB B.1.42.3dB C.1014dB D.1423dB