前端系统设备和设计

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1、 主 要 内 容 2.1 前 端 类 型 及 其 组 成 2.2 接 收 天 线 和 接 收 设 备 2.3 前 端 信 号 处 理 设 备 2.4 自 办 节 目 设 备 2.5 图 文 电 视第 二 章 前 端 系 统 设 备 和 设 计 2.1.1 邻 频 前 端 系 统 的 组 成 2.1.2 邻 频 前 端 系 统 的 设 计 方 案 2.1.3 邻 频 前 端 系 统 设 计 配 置 图 2.1.4 前 端 系 统 技 术 参 数 的 设 计 本 节 要 点2.1 前 端 类 型 及 其 组 成 任 务 ： 接 收 和 提 供 多 路 电 视 节 目 信 号 及 其 他 各 种 非

2、电 视 信 号 （ 系 统 控 制 信 号 、 电 话 语 音 信 号 、 双 向 传 输 的 数据 信 号 ） ， 并 将 这 些 信 号 进 行 相 应 地 处 理 混 合 成 一 路信 号 送 给 干 线 传 输 系 统 进 行 传 输 。 主 要 设 备 ： 各 种 接 收 天 线 ， 各 种 接 收 机 、 解 调 器 ，各 种 信 号 处 理 器 等 。信 号 源 前 端 干 线 及 用 户 分 配 部 分前 端 系 统 设 计 的 好 坏 是 整 个有 线 电 视 系 统 设 计 的 关 键 前 端 的 功 能 主 要 完 成 对 信 号 源 传 送 过 来 的 信 号 的 接

3、受 、 加工 、 处 理 、 组 合 、 控 制 等 过 程 ， 以 满 足 整 个 系 统 正常 运 行 的 要 求 。 从 这 个 意 义 上 说 ， 前 端 是 整 个 有 线电 视 系 统 的 心 脏 。 传 统 的 有 线 电 视 系 统 对 信 号 的 基 本 处 理 功 能大 致 可 以 概 括 如 下 ：（ 1） 提 高 载 噪 比 （ 2） 频 率 变 换（ 3） 邻 频 处 理 （ 4） 抑 制 非 线 性 失 真 和 寄 生 输 出（ 5） 调 制 、 解 调 （ 6） 电 平 调 整（ 7） 电 平 控 制 （ 8） 混 合（ 9） 产 生 导 频 目 前 大 多 采

4、用 邻 频 传 输 系 统类 型 隔 频 传 输 系 统邻 频 传 输 系 统 前 端 类 型 2.1.1 邻 频 前 端 系 统 的 组 成 1。 邻 频 前 端 系 统 的 组 成 两 种 类 型 - 频 道 处 理 型 ： 主 要 针 对 开 路 电 视 信 号 的 接 收 与 传 输 调 制 解 调 型 ： 主 要 针 对 来 自 视 频 设 备 信 号 的 接 收 与 传 输 频 道 处 理 型 图 2.1 频 道 处 理 型 前 端 原 理 图 调 制 解 调 型 图 2.2 调 制 解 调 型 前 端 原 理 图调 制 解 调 型 邻 频 前 端 系 统 中 ， 在 接 收 开

5、路 电 视 信 号（ U段 /V段 ） 时 ， 通 常 也 采 用 调 制 解 调 型 的 处 理 方 式 ，即 将 接 收 到 的 开 路 电 视 信 号 送 入 解 调 器 ， 解 调 出 A、 V信 号 ， 之 后 再 进 行 中 频 调 制 及 上 变 频 ， 将 它 们 变 换 到邻 频 系 统 的 任 一 频 道 上 。 两 种 类 型 的 优 缺 点 频 道 处 理 型 前 端 成 本 低 ， 但 信 号 质 量 稍 差 ， 一 般 适 合 小 型 系 统 采 用 ； 调 制 解 调 型 前 端 成 本 高 ， 信 号 质 量 好 ， 一 般 适 合 大 型 系 统 采 用 。所

6、 有 上 变 频 输 出 的 信 号 都 要 经 过 混 和 器传 输 后 方 可 送 入 传 输 网 络 进 行 传 输 2。 邻 频 传 输 系 统 的 特 点（ 1） 前 端 设 备 中 普 遍 采 取 中 频 处 理 、 A/V可 调 及 幅 频稳 定 技 术 ， 信 号 邻 频 配 置 并 启 用 增 补 频 道 ， 使 干 扰大 为 减 少 ， 系 统 稳 定 性 及 可 靠 性 大 为 提 高 ， 频 道 容量 大 为 增 加 ， 对 750MHz的 邻 频 系 统 来 说 可 多 达 80个频 道（ 2） 在 系 统 传 输 方 式 方 面 可 实 现 双 向 传 输 功 能

7、。 上行 传 输 到 前 端 的 数 据 、 信 号 等 ， 目 前 国 标 最 新 标 准规 定 为 565MHz， 可 延 伸 到 87MHz； 下 行 信 号 主 要 安排 在 1101000MHz的 频 段 上 。 （ 3） 在 传 输 干 线 系 统 方 面 采 用 集 成 模 块 技 术 及 具有 自 动 电 平 控 制 （ ALC） 、 自 动 增 益 控 制 （ AGC） 、自 动 斜 率 控 制 （ ASC） 、 自 动 温 度 补 偿 （ ATC） 等 功能 的 干 线 放 大 器 ， 在 干 放 中 加 入 反 向 模 块 即 可 实 现双 向 传 输 ； 配 以 较 粗

8、 口 径 的 同 轴 电 缆 ， 可 使 传 输 干线 的 最 远 距 离 达 10Km,而 且 保 持 良 好 的 图 像 和 声 音质 量 。 若 采 用 光 缆 传 输 系 统 ， 无 中 继 传 输 距 离 可 达3550Km。（ 4） 电 视 机 方 面 ， 要 求 电 视 机 本 振 漂 移 小 ， 选 择 性好 ， 且 具 有 邻 频 接 收 功 能 。 当 网 络 较 长 时 ， 由 于 电 缆 的 温 度 特 性 影 响 ， 用 户 端 的 信 号 电 平 将会 有 较 大 的 变 化 ， 这 是 不 容 许 的 ， 为 此 必 须 要 采 用 具 AGC控 制 的 放 大器

9、 ， 这 类 放 大 器 是 将 工 作 频 带 内 ， 靠 近 中 间 点 的 频 道 载 波 作 为 参 考 导频 ， 来 控 制 放 大 器 的 增 益 ， 从 而 稳 定 放 大 器 的 输 出 电 平 。 但 是 从 电 缆的 温 度 特 性 可 知 ， 当 温 度 变 化 时 不 只 是 信 号 的 电 平 会 发 生 变 化 ， 信 号的 斜 率 也 会 发 生 变 化 ， 为 此 引 入 了 自 动 斜 率 控 制 （ ASC） ， 通 常 将 既有 AGC功 能 又 具 有 ASC功 能 的 称 为 自 动 电 平 控 制 （ ALC） ， ALC常 采 用 如下 两 种 方

10、 式 ：放 大 器 对 电 平 的 波 动 控 制 方 式 有 ： 手 动 控 制 （ MGC）（ 用 于 较 短 的 网 络 ）自 动 增 益 控 制 （ AGC）自 动 电 平 控 制 （ ALC）自 动 斜 率 控 制 （ ASC）手 动 控 制 增 益 （ 机 械 和 电 调 ）均 衡 （ 用 于 较 长 网 络 ） a。 用 检 温 器 。 如 使 用 热 敏 电 阻 或 热 敏 半 导 体 等 温感 原 件 取 出 温 度 变 化 量 来 控 制 放 大 器 的 斜 率 和 增益 。b。 采 用 两 个 频 率 的 导 频 信 号 ， 一 个 作 AGC控 制 ， 令一 个 作 A

11、SC控 制 。 通 常 用 低 导 频 作 ASC（ 可 采 用 我国 标 准 频 道 1或 3 的 载 频 ） ； 用 高 导 频 信 号 作 AGC（ 可 选 标 准 频 道 42频 的 载 频 ） ， 这 样 使 高 端 电 平牢 牢 钳 位 不 变 ， ASC以 此 作 为 参 考 电 平 通 过 其 控制 使 低 导 频 点 与 高 导 频 点 的 相 对 电 平 保 持 在 最 佳值 。 第 一 种 方 法 控 制 精 度 不 高 ， 但 电 路 简 单 ；第 二 种 方 法 控 制 精 度 很 高 ， 但 电 路 较 复 杂 。 通 常 高 档 的 放 大 器 均 用 第 二 种

12、 方 法 3。 邻 频 前 端 系 统 的 技 术 要 求 在 邻 频 前 端 中 ， 为 了 避 免 个 频 道 之 间 相 互 干 扰 ，一 般 每 个 频 道 都 用 一 套 独 立 的 接 收 和 调 制 设 备 ，各 频 道 之 间 设 有 共 用 的 有 源 设 备 。 这 样 可 以 避 免产 生 非 线 性 失 真 ， 各 频 道 较 容 易 实 现 高 电 平 输 出 ，弥 补 了 无 源 混 和 器 的 高 插 入 损 耗 ， 使 前 端 输 出 电平 的 调 整 较 为 方 便 ， 确 保 整 个 有 线 电 视 系 统 的 质量 。 对 邻 频 前 端 系 统 的 技

13、术 要 求 是 ： （ 1） 边 带 特 性 。 为 保 证 邻 频 系 统 中 各 频 道 之 间 互不 干 扰 ， 要 求 邻 频 前 端 输 出 信 号 在 -1.25MHz和+6.75MHz的 边 带 抑 制 比 大 于 -50dB， 否 则 难 以 保 证邻 频 传 输 系 统 的 质 量 。（ 2） 带 外 抑 制 比 。 为 了 防 止 某 频 道 寄 生 产 物 对 其它 频 道 产 生 干 扰 ， 要 求 前 端 设 备 通 过 调 制 器 和 频 道处 理 器 对 信 号 进 行 中 频 处 理 ， 使 其 输 出 的 该 频 道 载波 电 平 与 寄 生 信 号 电 平

14、比 值 应 达 到 60dB以 上 。 所 以 ，在 邻 频 前 端 中 ， 要 求 使 用 严 格 的 残 留 边 带 滤 波 器 ，使 其 具 有 很 高 的 选 择 性 ， 保 证 每 个 频 道 频 谱 的 纯 净 ，避 免 对 其 他 频 道 产 生 干 扰 。 （ 3） 载 波 频 率 稳 定 度 。 在 邻 频 传 输 系 统 中 ， 邻 频 输 出有 图 像 和 伴 音 两 个 载 波 ， 要 求 这 两 个 载 波 的 频 差 应 严格 保 持 在 6.5MHz， 其 绝 对 频 率 偏 差 不 能 超 过 20kHz。图 像 载 波 和 伴 音 载 波 振 荡 器 应 采

15、用 石 英 晶 体 振 荡 器 ，并 利 用 锁 相 环 技 术 稳 定 两 个 载 波 频 率 ， 否 则 会 因 频 率飘 移 产 生 图 像 失 真 和 伴 音 失 真 。（ 4） 伴 音 、 图 像 载 波 功 率 比 （ A/V） 可 调 。 由 于 邻 频 传输 时 ， 两 个 频 道 之 间 的 伴 音 载 频 与 图 像 载 频 只 相 距1.5MHz， 所 以 伴 音 载 波 功 率 与 图 像 载 波 功 率 之 比 ， 不仅 对 本 频 道 有 影 响 ， 同 时 对 相 邻 频 道 的 图 像 也 有 影 响A/V过 大 会 在 电 视 屏 幕 上 出 现 网 纹 干

16、扰 。 因 此 ， 要 求系 统 中 所 有 频 道 的 A/V必 须 可 调 ， 一 般 A/V可 在 -23-17dB之 间 调 整 。 另 外 ， 在 系 统 中 所 有 频 道 的 A/V还 应尽 量 调 整 一 致 ， 否 则 ， 将 会 出 现 电 视 机 更 换 频 道 时 ，各 频 道 声 音 大 小 不 一 致 。 （ 5） 前 端 设 备 输 出 电 平 的 稳 定 性 。 在 邻 频 传 输 系 统 中为 了 防 止 高 电 平 频 道 对 低 电 平 频 道 的 干 扰 ， 各 频 道信 号 的 电 平 差 越 小 越 好 。 一 般 规 定 相 邻 频 道 之 间 的

17、输 出 信 号 电 平 差 应 该 在 1.5dB内 ， 同 时 要 求 在 系 统内 的 任 何 频 道 幅 度 变 化 不 大 于 2dB， 以 免 造 成 图 像 清晰 度 下 降 、 镶 边 和 轮 廓 不 清 等 现 象 。（ 6） 要 有 宽 频 带 高 隔 离 度 的 混 和 器 。 由 于 邻 频 传 输 系统 的 电 视 频 道 多 ， 故 混 和 器 的 频 道 要 宽 ， 其 隔 离 度为 -30dB， 插 入 损 耗 为 -20-15dB， 反 射 损 耗 应 优 于16dB， 传 输 特 性 要 平 坦 。 对 邻 频 传 输 系 统 的 技 术 要 求 还 包 括

18、载 噪 比 、 载 波互 调 比 及 回 波 值 等 参 数 。 邻 频 传 输 技 术 的 关 键 是 前端 系 统 ， 因 此 ， 在 设 计 系 统 时 ， 对 前 端 系 统 提 出 的技 术 要 求 越 高 ， 系 统 性 能 越 好 。 2.1.2 邻 频 前 端 系 统 的 设 计 方 案 前 端 系 统 的 设 计 要 考 虑 各 方 面 的 综 合 因 素 ， 既 要 考 虑 目 前 的传 输 要 求 ， 又 要 给 未 来 的 发 展 留 有 余 地 ， 设 计 时 通 常 按 以 下步 骤 进 行 ： 1。 了 解 服 务 区 基 本 情 况 ， 确 定 前 端 位 置

19、前 端 位 置 的 确 定 一 般 从 以 下 几 方 面 考 虑 ： （ 1） 本 地 前 端 最 好 位 于 服 务 区 的 中 心 （ 2） 电 视 接 收 天 线 应 安 装 在 场 强 大 、 干 扰 小 、 反射 弱 的 地 区 （ 3） 卫 星 接 收 天 线 应 选 在 视 野 比 较 开 阔 ， 且 干 扰较 少 的 地 方 ， 要 尽 量 低 架 ， 以 避 开 当 地 微 波 传 输 链 路 的 干扰 。 （ 4） 前 端 位 置 的 设 置 还 应 综 合 考 虑 供 电 、 避 雷 等 因素 。 对 于 供 电 ， 有 条 件 的 地 区 尽 可 能 采 用 具 有

20、双 路 供 电 系 统 条 件 的 地 点 ， 或 备 用 发 电 机 设 备 。 同 时 要 避 开 落 雷 区 。 2。 根 据 用 户 要 求 ， 确 定 前 端 功 能 要 确 定 基 本 的 功 能 和 前 期 的 功 能 ， 同 时 要 为后 期 的 功 能 扩 展 留 有 接 口 。 需 注 意 的 事 项 有 ： 系 统 的 传 输 信 号 系 统 是 否 双 向 传 输 系 统 是 否 具 有 自 动 管 理 功 能 是 否 采 用 光 缆 传 输 是 否 采 用 MMDS传 输 3。 确 定 邻 频 系 统 带 宽 ， 合 理 安 排 电 视 频 道 在 选 择 有 线 电

21、 视 频 道 时 应 注 意 以 下 几 点 ：（ 1） 应 避 开 当 地 强 信 号 电 视 台 的 频 道 和 调 频 广 播 的频 段 。 （ 避 免 重 影 和 同 频 干 扰 ）（ 2） 应 避 开 当 地 无 线 电 通 信 的 干 扰 。 （ 如 无 线 寻 呼 系 统 ，集 群 电 话 系 统 等 ， 这 些 信 号 的 频 率 正 好 落 在 Z-1、 Z-2或 DS-6频 道 内 ）（ 3） 可 优 先 考 虑 采 用 标 准 频 道 和 多 数 电 调 谐 彩 色 电视 机 能 收 到 的 Z-3 Z-8和 Z-35 Z-37 等 频 道 。 （ 以减 轻 用 户 购

22、买 机 上 变 换 器 的 经 济 负 担 ）（ 4） 优 先 考 虑 使 用 频 率 较 低 的 频 道 。 同 时 ， 考 虑 到双 向 传 输 功 能 及 今 后 的 增 值 业 务 ， 在 选 择 频 道 时 ， 应避 开 DS-1 DS-5及 Z-1 、 Z-2等 频 道 。 （ 因 为 交 调 干 扰 、 复 合三 次 差 拍 比 失 真 在 高 频 端 比 较 严 重 ） 4。 根 据 用 户 要 求 ， 选 择 最 佳 信 号 源5。 前 端 设 备 的 选 择 应 尽 量 采 用 性 能 优 良 的 广 播 级 设 备 V段 和 U段 接 收 ， 应 采 用 单 频 道 接

23、收 ； 对 场 强 弱 的 频 道 应 加 装 低 噪 声 天 线 放 大 器 ； 对 调 制 器 的 选 择 ， 应 尽 量 考 虑 选 用 固 定 频 道 调 制 器 ， 一 般 不 提 倡 使 用 捷 变 型 调 制 器 ， 因 其 噪 声 会 影 响 其 他 调 制 器 ； 对 混 和 器 的 选 择 ， 其 插 入 损 耗 应 尽 量 小 ， 相 互 隔 离 性 应 尽 可 能 高 。 2.1.3 邻 频 前 端 系 统 设 计 配 置 图 框 图 见 书 本 P38 包 括 ： 信 号 源 部 分 （ 各 种 接 收 天 线 ， 接 收 机 ， 自 办 节 目 源 等 ） 信 号

24、处 理 部 分 （ 调 制 器 ， 解 调 器 ， 混 和 器 ， 分 配 器 ， 到 频 信 号 发 生 器 等 ） 双 向 传 输 功 能 及 系 统 自 动 管 理 功 能 设 备 等 。6。 绘 制 邻 频 前 端 系 统 配 置 图 2.1.4 前 端 系 统 技 术 参 数 的 设 计 前 端 系 统 技 术 参 数（ 1） 载 噪 比 C/N 载 噪 比 是 前 端 最 重 要 的 技 术 指 标 之 一 ， 一 般 系统 的 总 载 噪 比 指 标 （ 国 标 规 定 为 43dB） 将 视 系 统 的 规模 大 小 按 一 定 比 例 分 配 给 前 端 ， 设 分 配 比

25、例 为 q(q 1)，则 前 端 的 载 噪 比 指 标 是 ： (C/N)1dB 43 10 lg q (dB)如 在 小 系 统 中 ， 选 择 q 50 ， 则 (C/N)1dB 46 dB；在 特 大 系 统 中 ， 选 择 q 10 ， 则 (C/N)1dB 53 dB。 （ 2） 非 线 性 失 真 指 标 一 般 ， 系 统 分 配 给 前 端 的 C/CTB和 C/CSO指 标 为10 ， 这 样 ， 前 端 应 满 足 的 指 标 为 ： (C/CTB)1dB 54 20lg10 74dB (C/CSO)1dB 54 15lg10 69dB 另 外 ， 在 前 端 中 由 于

26、 采 用 单 频 道 处 理 方 式 ， 其频 道 内 的 三 阶 互 调 必 定 存 在 ， 它 是 衡 量 前 端 设 备 性 能好 坏 的 一 项 重 要 指 标 。 国 家 标 准 规 定 ， 单 频 道 载 波 互调 比 IM内 (dB) 54dB。 此 项 指 标 全 部 分 配 给 前 端 。 （ 3） 回 波 值 E 国 标 规 定 ， 回 波 值 E（ ） 7。 由 于 反 射 波 受到 的 放 大 器 单 方 向 性 的 限 制 ， 它 不 可 能 反 向 通 过 放 大器 而 只 局 限 于 一 定 范 围 内 ， 要 求 整 个 CATV系 统 中 各 个部 分 的 回

27、 波 值 均 应 控 制 在 7 之 内 。（ 4） 微 分 增 益 失 真 (DG失 真 )， 微 分 相 位 失 真 (DP失 真 ) 这 两 项 指 标 主 要 针 对 调 制 器 、 解 调 器 和 视 频 处理 电 路 ， 其 次 是 频 道 型 部 件 ， 而 在 宽 带 传 输 和 分 配 系统 中 几 无 损 失 。 所 以 ， 系 统 的 这 两 项 指 标 可 以 考 虑 全部 分 配 给 前 端 。 （ 5） 色 亮 度 时 延 差 该 指 标 主 要 是 由 系 统 内 部 部 件 或 设 备 的 群 时延 造 成 的 ， 群 时 延 是 相 位 频 率 特 性 的 斜

28、 率 。 在 CATV系 统 中 ， 它 主 要 产 生 于 前 端 窄 带 滤 波 器 频 率 特 性 的畸 变 。 因 此 ， 这 项 指 标 也 全 部 分 配 给 前 端 。 国 标 规定 ， 色 亮 度 时 延 差 （ ns） 100。（ 6） 频 道 内 幅 频 特 性 这 项 指 标 一 般 用 不 平 度 来 衡 量 。 频 道 内 幅频 特 性 的 好 坏 主 要 决 定 于 频 道 滤 波 器 质 量 的 优 劣 ，一 般 与 宽 带 设 备 无 关 ， 因 此 ， 这 项 指 标 也 理 所 当 然地 全 部 分 配 给 前 端 。 国 标 规 定 ， 电 视 广 播 任

29、 何 频 道内 幅 度 变 化 不 能 大 于 2 dB， 在 任 何 0.5MHz频 带 内 ，幅 度 变 化 不 大 于 0.5 dB。 以 上 最 重 要 的 是 载 噪 比 或 信 噪 比 的 计 算 。 对 射 频信 号 计 算 得 到 的 是 载 噪 比 ， 对 V、 A信 号 计 算 得 到 的 是信 噪 比 ， 将 信 噪 比 换 算 为 载 噪 比 ， 以 载 噪 比 较 小 的 那个 通 道 载 噪 比 作 为 前 端 输 出 口 的 载 噪 比 。1。 天 线 输 出 电 平 的 估 算 2。 射 频 通 道 载 噪 比3。 多 频 道 混 合 后 前 端 输 出 口 载

30、 噪 比4。 前 端 输 出 电 平 的 确 定5。 干 扰 和 重 影 1。 天 线 输 出 电 平 的 估 算U-天 线 输 出 端 到 前 端 处 的 电 平 （ dB）E-接 收 点 的 场 强 （ dB）G-天 线 的 绝 对 增 益 （ dB）-信 号 的 波 长 （ m）La-接 收 天 线 至 前 端 间 的 电 缆 衰 减 量 （ dB）注 意 ： 天 线 的 输 出 电 平 不 等 于 场 强 加 增 益 。 通 常接 收 天 线 采 用 多 单 元 引 向 天 线 ， 增 益 在 915 （ dB）之 间 2。 射 频 通 道 载 噪 比Ui-有 源 设 备 的 输 入

31、电 平 （ dB）F-有 源 设 备 的 噪 声 系 数2.4-常 数 ， 频 道 数 量 较 少 时 的 取 值 ， 频 道 数 量多 时 取 2.5 3。 多 频 道 混 合 后 前 端 输 出 口 载 噪 比-单 频 道 时 的 载 噪 比n-系 统 的 节 目 套 数 4。 前 端 输 出 电 平 的 确 定 前 端 输 出 电 平 一 般 在 110dB左 右 ， 一 般 尽可 能 高 一 些 ， 有 利 于 信 号 的 传 输 ， 又 可 以 提 高 后面 传 输 系 统 的 载 噪 比 。 但 也 不 能 太 高 ， 否 则 会 产生 交 调 失 真 ； 通 常 输 出 电 平

32、应 比 最 大 输 出 电 平 低 35dB； 对 多 个 频 道 混 合 时 ， 一 般 最 大 输 出 电 平 降低 7.5lg(n-1)dB作 为 实 际 输 出 电 平 ， n为 频 道 数 。 5。 干 扰 和 重 影 减 少 干 扰 和 重 影 的 方 法 ： 尽 量 提 高 有 用 信 号 的 强 度 ， 在 前 端 的 输 入端 加 滤 波 器 和 陷 波 器 以 滤 除 干 扰 ； 采 用 方 向 性 好 的 天 线 及 调 整 天 线 的 高 度 ，位 置 避 免 出 现 重 影 ； 尽 量 避 开 干 扰 源 ； 注 意 隔 部 件 的 连 接 及 阻 抗 匹 配 ， 减 小 因 其引 起 的 反 射 而 产 生 的 重 影 。