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有线传输之光纤网络在电视信号传输中的占据优势

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:有线电视传输是指传输媒质为有线通道,如电缆、光缆等。目前,有线电视网已成为我国城镇电视信号传输的主要方式。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。显然,今后光纤传输将占绝对优势,成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。

有线传输之光纤网络在电视信号传输中的占据优势

有线电视传输是指传输媒质为有线通道,如电缆光缆等。随着电视技术的飞速发展,有线传输方式以频带宽、与其他无线电行业互不干扰等优点受到电视台和广大用户的喜爱。目前,有线电视网已成为我国城镇电视信号传输的主要方式。

(一)有线传输的特点

可改善弱场强地区的接收效果,减少雪花干扰和外来的各种噪波干扰;

能在某种程度上消除重影;

传输频带宽,可容纳的频道数量多;

可实现双向化和交互性

能够扩大卫星电视的覆盖范围。

电缆传输是指用同轴电缆传输电视信号,同轴电缆不仅可以直接传输基带信号,如用来传输在电视中心各设备之间以及较短距离的中心与发射台之间传输的信号,也可以用来传输调制以后的频带信号,但由于同轴电缆的衰耗较大,在传输过程中需要增加一些放大器,因此很多远距离的电缆传输逐渐被光纤取代。

光缆传输是指用光缆来传输电视信号,其传输介质是光纤,光缆传输的主要优点如下:

1.频带宽

频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高,可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段,载波频率为48.5MHz~300MHz,带宽约250MHz,只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达105GHz,比VHF频段高出100多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗,使频带宽度受到影响,但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫,好的单模光纤可达10GHz以上),采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波,进行波分复用,可以容纳上百万个频道。

2.损耗低

在同轴电缆组成的系统中,最好的电缆在传输800MHz信号时,每千米的损耗都在40dB以上。相比之下,光导纤维的损耗则要小得多,传输波长为1.31μm的光,每公里损耗在0.35dB以下;若传输波长为1.55μm的光,每千米损耗更小,可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍,使其能传输的距离要远得多。此外,光纤传输损耗还有两个特点:一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗,不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡;二是其损耗几乎不随温度而变,不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。

3.重量轻

因为光纤非常细,单模光纤芯线直径一般为4μm~10μm,外径也只有125μm,加上防水层加强筋、护套等,用4~48根光纤组成的光缆直径还不到13mm,比标准同轴电缆的直径47mm要小得多,加上光纤是玻璃纤维,比重小,使它具有直径小、重量轻的特点,安装十分方便。

4.抗干扰能力强

因为光纤的基本成分是石英,只传光,不导电,在其中传输的光信号不受电磁场的影响,故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此,在光纤中传输的信号不易被窃听,因而利于保密。

5.保真度高

因为光纤传输一般不需要中继放大,不会因为放大引入新的非线性失真。只要激光器的线性好,就可高保真地传输电视信号。实际测试表明,好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上,交调指标CM也在60dB以上,远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。

6.工作性能可靠

我们知道,一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多,发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器),可靠性自然也就高,加上光纤设备的寿命都很长,无故障工作时间达50万至 75万小时,其中寿命最短的是光发射机中的激光器,最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。

7.成本不断下降

目前,有人提出了新摩尔定律,也叫做光学定律(Optical Law)。该定律指出,光纤传输信息的带宽,每6个月增加1倍,而价格降低了一半。光通信技术的发展,为互联网宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富,随着技术的进步,成本还会进一步降低;而电缆所需的铜原料有限,价格会越来越高。显然,今后光纤传输将占绝对优势,成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。

(二)有线电视传输频道

传统的单向有线电视系统起源于地面电视的公共接收系统,因此其频道设置与地面电视相同,即VHF和UHF频道,而且也采用了残留边带调制方案,因此可直接与电视机射频输入口相连。通常将VHF和UHF频道称为标准频道,用DS表示。

除标准频道外,有线电视系统还开发了一些非标准频道,称为增补频道,用Z表示。其中,在111~167MHz内共安排了7个增补频道(Z1~Z7),在223MHz~463MHz范围内共安排了30个增补频道(Z8~Z37),在566MHz~606MHz范围内共安排了5个增补频道(Z38~Z42)。这些频段在开路时已分配给其他通信业务,因此无法用于无线电广播。但因有线电视系统是一个独立、封闭的系统,不会与其他通信业务发生相互干扰,因此可以采用这些频段来增加电视节目的套数。关于有线电视系统增补频道的具体划分如表9-9所示。

表9-9 CATV增补频道划分

需要说明的是,上述的频道划分都属于邻频传输系统,即相邻频道的信号载波间隔为射频信号带宽(8MHz),也就是说,频道之间前后相接,没有空隙。邻频传输系统是相对于隔频传输系统而言的,隔频传输是指每隔一个或几个频道安排一套节目。采用邻频传输可以充分利用频带资源,但也容易造成相邻频道传输的信号之间相互影响,因此,需要在前端采取一系列严格的技术手段来克服邻频干扰。

在现代的双向有线电视系统中,既要实现由前端向用户终端的下行传输,又要实现由用户终端向前端的上行传输。在同轴电缆分配网中实现双向传输只能采用频分复用方式,因此系统中必须考虑上、下行频率的分割问题。根据国家广播电影电视总局颁布的行业标准GY/T106-1999中的规定,双向有线电视系统的工作频带范围是5~1000MHz。其中:

5MHz~65MHz是反向上行频带;

65MHz~87MHz是正向、反向隔离带;

87MHz~108MHz是正向模拟声音频带;(www.xing528.com)

108MHz~111MHz是空闲待用频带;

111MHz~550MHz是正向模拟电视频带;

550MHz~860(或750)MHz是正向数字信号频带;

860MHz~900MHz是预留扩展正向、反向隔离带;

900MHz~1000MHz是预留扩展反向上行频带。

在这些频段中,用于模拟信号的87MHz~550MHz频段并不是永久的,随着模拟信号的逐渐消亡,数字信号将取而代之,这个频段就会逐渐让位于数字信号。

(三)有线电视传输原理

我国模拟有线电视系统采用PAL制式。

1.发送端原理

有线电视模拟前端处理的对象是信号源给出的模拟电视信号,其主要功能包括以下几个方面:

信号放大:当接收到的信号过于微弱,满足不了系统载噪比要求时,在前端要采用低噪声放大器进行放大,以提高载噪比。

频率变换:为了实现传输频道的某种配置,有时也为了避开某种干扰,前端需要对某些频道进行变换。例如,早期的有线电视系统基本上在VHF频段内传输信号,对于个别在UHF频段内播出的节目,可使用频道变换器,将其从UHF频段转换到VHF频段。另外,对于距离电视发射塔较近的地区,由于电视信号很强,用户的电视机会直接感应到强信号,该信号与有线电视前端接收下来的同一电视信号都会进入电视机,但两者存在时间差,将在电视机图像上形成不易消除的重影,因此,也需要将该频道信号转换成另一频道信号。

调制、解调:在接收卫星、微波信号时,需先对其进行解调,恢复视、音频信号,然后再将其调制为选定频道的射频信号;自办节目也需要经过调制后才能进入混合器;另外,一些开路信号也采用解调-调制的变换方式来进行处理。

邻频处理:有线电视系统采用邻频传输可以充分利用频谱资源,在有限的频带范围内尽可能多地传输节目,但同时也会造成邻频干扰问题。因此需要在前端采用各种技术措施来进行邻频处理,最大限度地消除邻频干扰。邻频处理主要包括声表面波滤波、锁相环路(PLL)频率合成、图像和伴音分通道处理、A/V比可调等技术,用来完成调制、解调、频率变换、混合等功能。

电平调整与控制:用于各频道的电平进行调整和控制,使频道内和频道间的电平波动不超过要求的范围。

混合:混合的目的是将所有处理后的信号复合在一起,以便用一条线路传输。

模拟前端构成如图9-51所示。

图9-51 模拟前端构成框图

由图可见,卫星接收机将收到的信号以视、音频方式输出到调制器,调制到VHF、UHF或增补频道的某一设定频道,然后送入混合器。自办节目也输入到调制器进行调制。调制器的工作原理与模拟地面电视发射机相同,先将视音频信号调制到中频,经过中频处理后再上变频到射频。地面VHF和UHF信号由天线接收后要经带通滤波器将带外信号滤除干净,然后进入信号处理器将频率变换到设定频道。频率变换的过程是先将信号下变频到中频,进行中频处理之后上变频到所需频率。调频广播信号经过带通滤波后送入FM信号处理器进行相应处理,然后送入混合器。

导频信号发生器用于产生导频信号。在使用同轴电缆传输的传统有线电视系统中,信号的衰减量和幅频特性的斜率会随着温度的变化而变化。为了保持输出信号电平稳定,必须在干线放大器中进行自动增益控制(AGC)和自动斜率控制(ASC),以补偿温度变化的影响。为了给AGC和ASC电路提供参考信号,在有线电视前端专门产生一到两个固定频率的载波信号,此载波信号就是所谓的导频信号。导频信号同电视信号一起进入干线传输系统,通过干线放大器放大,然后在放大器输出端被提取出来,经处理后对放大器增益特性和均衡特性进行自动控制,从而保证输出电平稳定。

2.传输与分配网络

有线电视干线传输系统的主要传输方式有光缆、微波和同轴电缆,而支线和分配网络则通常采用同轴电缆。

光缆传输是通过光发射机将高频电信号转换到红外光波段,使其沿光导纤维传输,到接收端再通过光接收机把红外波段的光变回到高频电信号。光缆传输具有频带宽、抗干扰能力强、保真度高、性能稳定可靠等特点,在有线电视系统中得到了广泛应用。

微波传输是把电信号的频率变换或调制到微波波段,定向或全方位向服务区发射。在接收端再将其变回到原来的电信号,送入分配网。微波传输方式不需要架设电缆、光缆,只需安装微波发射机、接收机及天线设备,因而施工简单、成本低。微波传输系统从20世纪80年代起得到广泛应用,90年代传入我国。微波传输属于无线传输,因此不可避免地带有无线传输的一些通病,例如,电波容易受到障碍物的阻挡和反射,产生阴影区或形成重影;容易受到雨、雪、雾的影响等。

电缆传输是最简单的一种传输方式,具有成本低、设备可靠、安装方便等特点。但因为电缆对信号电平的损耗较大,每隔几百米就要安装一台放大器,因而会引入较多的噪声和非线性失真,这会严重影响信号的质量。电缆传输在以前的有线电视系统中曾得到广泛的使用,但现在一般只在一些较小的系统或在靠近用户分配网的传输部分使用。

目前使用较多的传输与分配网络是光缆与电缆的混合方式(HFC),其干线采用光缆传输,支线和用户分配网使用同轴电缆。HFC网的构成如图9-52所示。

图9-52 HFC网的构成原理框图

目前,我国有线电视全部采用数字信号传输(后面相关章节介绍)。

3.接收端原理

后面相关章节介绍。

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