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物理层的作用主要是在节目录制完成数据采集后,对节目信息进行转换,调制解析,并完成接收转发功能。当媒体网络采集到数据后,首先到达物理层,在该层完成相应的信号转化调制解析后,成为网络技术下允许传输的数据帧,并完成对信道的选择,加密并准备向上层传播;同时负责解析从上层发送下来的数据包,得到硬件所识别的命令行。
(2)数据链路层
在数据链路层,主要作用是对传输数据进行标准化封装。通过对数据按照一定的标准进行封装,添加校验码,保证其在整个网络中能够安全准确的传输。在整个网络中提供了可靠的链接。
(3)网络层
在网络层,网络技术的主要内容是如何对路由进行有效的选择。对于部署在监测区域内的大量媒体来说,采用哪种路由网络技术对数据进行发送转发,对于整个网络的数据转发性能来说非常重要。
(4)传输层
传输层主要的作用是保证数据传输的准确性和可靠性,包括对数据包的检查校验。但是由于媒体网络所拥有的处理、缓存资源都比较有限,因此传输层的网络技术架构要求轻量、高效,不需要太多的资源开销。
(5)应用层
应用层主要是根据实际需求来进行设计的。根据具体的需求,可在应用层中添加其需要的任何应用程序,并且对这些功能模块进行监听和执行上层的指令。
动态信息平衡网络技术也是一种以数据为中心的自适应路由网络技术。一般的网络技术仅采集广播电视数据的描述信息,只有接收到相邻媒体的数据请求时,才会向目标媒体发送有关数据。而基于动态信息平衡的网络技术可以利用三种消息进行通信:ADV,REQ和DATA。其中,用ADV描述媒体数据的有效传播,REQ表示请求数据接收,用DATA表示封装数据。该网络技术以抽象的元数据对数据进行命名,命名方式没有统一标准。通常有SPIN-PP,PIN-EC,PIN-BC,PIN-RL四种网络技术形式。SPIN-PP采用的是点对点的通信模式,并且两点间的通信处于这样一种理想状态:媒体间的信号不受干扰,分组数据不会丢失,功率没有任何限制。当发送数据的媒体通过ADV向其相邻媒体发送广播信息时,有感兴趣的相邻媒体就会通过REQ发送请求,然后媒体向请求者发送DATA,当接收到信息后,该媒体会向它的相邻媒体发送ADV,如此反复,直到没有数据响应为止。SPIN-EC在原有基础上添加了传播策略,通过设定传播阀值,令只有满足信息条件的媒体才能够进行与其它媒体的数据交换。SPIN-BC则通过广播信道来使有效半径内的媒体可以同时完成数据交换,而且通过添加定时器,来防止媒体重复的发送REQ请求。SPIN-RL进一步完善了SPIN-BC,主要考虑了数据交换过程中的容错性能。该网络技术的优点在于通过ADV对数据进行了命名,广播电视媒体在接收数据的时候会通告ADV,查看自身资源信息,从而解决了数据的交叠重复接收的问题,避免了资源的重复转发与接收,很大程度上减少了内爆问题。与Gossiping网络技术相比,基于动态信息平衡的网络技术在解决了网络阻塞的时候,节省了媒体的发送传播。但是其缺点是由于消息是以广播的形式发送,因此不能保证数据传输的可靠性。当某一媒体在发送消息时,如果相邻媒体都接收到数据时,该媒体接收到反馈消息后就不会继续转发,而对于远处的媒体可能还未接收到消息,这样就会造成部分媒体从网络中脱离掉;而当sink媒体要求所有媒体的数据时,相邻电视广播媒体能在第一时间将信息传播出去。对于贯穿整个网络技术的三个管理平台,在媒体信息、媒体移动、媒体传播三方面相互协作,最终使媒体能够以低耗、精准、高效的方式完成广播电视录制数据的采集和传输。
我国的有线电视自90代初发展至今,无论是用户规模,网络技术以及网上多功能业务开发的水平都已在世界有线电视业界占有一定的地位。随着信息化技术的发展,特别是在“三网融合”的大趋势下,有线电视的发展到了一个关键的时刻,经济飞速发展的今天,有线电视如何发展,先期建成的县级有线电视网络如何升级与改造,是这两年全国有线电视业同仁最为关心的。
一、有线电视的发展历程
有线电视以其传输质量好、容量大、以及可双向传送等特点得到迅速发展,受到社会的普遍欢迎。在我国几乎每个城镇都安装了有线电视网络,截止2006年底,全国有线终端数已近17800多万个(含宾馆及商用楼),其中县级有线电视用户占了半壁江山,目前已成为我国广播电视覆盖网中一个重要组成部分。县级有线电视是从最早的共用无线电视系统发展而来的。从开始时230MHz隔频传送,300MHz、450MHz、550MHz邻频传送已发展到750MHz邻频传送体系;干线网从电缆为主向光缆为主发展,网络结构普遍向HFC转变;由于卫星广播电视传送的迅速发展,有线电视所传送的电视节目也由初期10套左右,发展到20-30多套。在经济文化发达市(县),已在有线电视网络上进行多功能开发。
但是,作为县级有线电视网络在起步时限于当时的资金,技术条件和初级阶段用户的需求等原因,所建的网络存在很多问题,即先天不足,随着网络的扩大,频道的增加,失真、载噪比及故障率等问题越来越严重;加之用户对电视鉴赏能力的提高,新需求的萌发;国内外CATV新技术,新产品的迅速发展,特别是数字技术与多媒体技术的进步,使得有线电视与通信、语音、图像、数据之间的界限模糊,正互为融合,相互渗透,有线电视正由单向广播式传输,向双向交互式传输过渡,各地有线电视综合业务网的建设正在有计划地进行。因此,县级有线电视网络根据形势发展需要,适时地对已建网络进行升级与改造是非常必要的。
二、有线电视网络进行升级改造的前提
1、凡不能满足用户需求,部分或者全部达不到指标要求的系统都有必要进行升级与改造。例如:
1)不能工作于邻频或指标达不到要求的前端设备;
2)传输网络达不到指标要求。如采用的手动增益放大器,由于温差变化造成的电平波动大大超过网络容忍波动能力,则会造成载噪比或失真指标下降;网络原设计放大器补偿线损的余量不足,导致温度升高及电缆老化时欠补偿。此时又简单地换用高增益放大器,使信噪比下降;
3)随着节目源的增加和网络的扩大,实际频道数超过规划的频道数,网络实际的级数超过规划的级数,导致非线性指标下降;
4)网络传输频带窄。如300MHz、450MHz系统可用的正常频道少,再加上正常频道部分被开路电视台占用,所以必须启用增补频道。而部分增补频道经常受到移动通讯设备、无线寻呼的干扰。严重影响电视信号质量。使得直接收的频道显得十分紧张;
5)电缆接插头、供电系统等器件档次低,系统可靠性差,维护量大。
2、打算为下一代的CATV网络综合利用打下基础的,需要进一步提高网络质量,把电缆网改造成为光纤、电缆混合网(HFC)。进而把有线电视网络建设成大容量、宽频带、数字化、智能化、交互式的有线电视网络。
三、网络升级与改造的目标
网络是广播电视的生命线,只有形成全省、全国的网络,才能真正发挥出广播电视系统的优势和规模优势,也才能真正发挥国家信息化的基础设施作用。
纵览CATV的发展史,升级改造伴随其发展的始终。在升级改造时起点越高,所改造的CATV网的服务周期越长,投入产出比也越高。因此在制定网络升级改选目标时应结合国内外有线电视技术的现状和发展,本着高起点、高质量、高要求的指导思想,从建设“信息高速公路”的长远目标出发,立足有线电视,着眼综合信息网,既考虑目前的实用性与经济承受能力,又考虑到长远发展的需要,从县级来讲,应确定采用HFC网,干线传输以光纤网络为基础网络建设,这不仅是事业发展的主要基础,而且集先进性、长久性、实用性、经济性、高可靠性和多功能兼容性为一体。只有在县级都建立HFC局域网,才能为日后交互式电视、数字化信息传输、多功能网络的实施以及与互联网接轨预置一个高性能平台。为此,网络升级改造的目标是:
1、为使县级有线电视接入网能与省SDH光纤干线传输网相匹配和接口,接入网升级改造后具有双向传输功能,能实现多功能应用;
2、能适应传输模拟信号向数字信号过渡,包括语言信息传输,在条件成熟时,实现三网合一;
3、配备先进的网管系统,能实现有条件接收。
四、网络升级改造的形式、模式
1、网络升级改造的三种形式
1)原有有线电视网络中电缆干线部分改造成光缆干线(可利用原有杆路路由或做适当改变)。以提高信号的传输质量,增加播出节目套数,仍无法实现多功能交互业务。
2)重新敷设光缆干线,改变分配形式,将光节点的光接收机配置反向光发射模块与双向放大器、反向光收,网管系统、服务器等一起构成双向交互业务平台。缺点是反向通道中噪声干扰大,电缆屏蔽较难解决,系统瓶颈问题严重,系统设备投资大。
3)采用ATM技术与有线电视网结合的技术,技术复杂,性能价格比不高,扩展能力差。
2、升级改造后的几种模式
1)改造成模拟光纤网。一是AM(调幅)光纤网,这是世界上普遍采用的一种性价比较高的传输方式,其突出的优点在于,频道的安排和调制方式与广播电视系统标准完全兼容,光接收机输出可直接接入电缆网络,便于实现光纤一同轴电缆混合网络(HFC)系统传输,有利于双向传输和交互式业务的开展,为下一步宽带信息网的发展铺平道路。其中1310nm光传输窗口由于受光纤损耗的限制,传输距离有限。1550nm光传输窗口光信号可以用掺饵光纤放大器(EDFA)直接放大,多级EDFA串接可以使传输距离达200KM,可以解决大范围多节点的联网。二是FM(调频)光纤网。这种模拟网的优点是信噪比高,传输距离远,(可达70KM,加中继达几百公里)缺点是每个频道的带宽较大,传输频道较小,调制方式与广播电视系统标准不兼容。
2)改造成数字光纤网。一是无压缩数字光纤网。它的优点是传输质量高,对误码率的要求很低,终端设备相对压缩数字低很多,缺点是误码率较高,每个频道用一百多兆比特,多用于专用网。二是压缩数字光纤网。压缩数字电视的质量和压缩率有关,压缩程度越厉害,图像质量越差。压缩数字电视是电视传输的发展方向,将来点播电视必须要用,但目前成本还很高。
3)改造成CAIP网络。采用CAIP网络技术,即在HFC网络基础上架构宽带IP城域网,这也是信息高速公路的宽带用户接入网最佳传输媒介。该网采用先进技术,高起点、高水平、高质量建网,既满足当前的业务传输需求,也适应将来业务发展的需要。
五、网络升级改造的实施
根据升级改造目标和经济条件,其实施一股有以下三种方案:
1、全面升级改造方案--争取到一大笔资金,在现有网络维持工作的同时,另以新的一套设备从前端到用户,取而代之,在一夜之间进行割接,使之“脱胎换骨”。
2、分期升级改造方案--先规划小区,将光纤节;点建到小区,与原分配网络相“对接”,使信号质量及可靠性来一个大的跳变,然后再改造分配网络。这一方案适宜于干线比较长,放大器级数多的网络。
3、部分升级改造方案--对于现有干线级数不多的网络,先改造电缆分配网,使之由手动增益控制升级为AGC或ASC控制,由单向网络升级为双向网络,既解决信号稳定问题,又为下一步奠定基础。
经济条件好的可选全面改造方案,经济条件较好的可选分期改造方案,依靠自己力量滚动发展的,可选部分改造方案。即使是部分改造方案,也应当是规划目标下的分步实施方案,所采用的器件应合乎总体改造目标。
有线电视网络的升级改造起点越高,寿命越长,重复投资就越少。经过认真地论证和预算,采用适当的方式引入资金,高起点升级改造,特别是处于经济发达、多功能应用前景广阔的县级,这不失为一种明智的选择。
但是,不论采用那种方案,都不宜单纯依赖台外部的资金与技术力量,在管理上有自,在技术上有主动权。如要在网上大规模地推行一种新技术,可先通过小区试验,使台内,技术人员掌握设计、施工、维护要领,形成自己的管理与技术队伍。
有线电视的发展和完善应注意以下问题:
1、关于对旧网设备的利用问题。旧网设备的利用在网络升级改造时成了不可回避的问
题,是当前经济条件的需要。可以利用网内用户需求发展的不平衡性,将放大器下放到暂时无双向要求的分配网络中使用。
l有线电视系统技术发展的阶段性
中国有线电视开始于二十世纪七十年代,经过二十多年的发展,从无到有,从小到大。今天,已经发展成为我国广播电视领域一支新兴产业。中国有线电视技术从自力更生、白手起家,到引进国外先进设备,系统技术水平发展很快。从VHF频段、全频道共用天线系统到750MHz、860MHz有线电视城域网系统,从同轴电缆传输到光缆、电缆、MMDS等多种传输技术的混合应用,从只传输模拟信号到模拟、数字信号的混合传输,从单向广播网到双向交互网络。同时,先进的数据传输设备、数字传输系统以及计算机技术在有线电视系统中的成功运用,中国有线电视技术的发展日益接近国际先进水平。今天已经确立了它在国家信息化结构框架“三网一平台”的基础网络地位。有线电视技术先进,有良好的社会效益和经济效益,是国家的基础设施建设项目。
我国有线电视的发展历程,总体上看,可分为三个阶段,即:小型共用天线系统、大型共用天线系统和有线电视系统。
1.1小型共用天线系统阶段(1975—1985年)
1、生长的自发性
2、经费的自筹性
3、企业的主动性
4、系统的分散性
5、节目源的局限性
1.2大型共用天线系统阶段(1985—1995年)
1.3有线电视系统阶段(1996-现在)
有线电视系统的发展阶段。充分借鉴国际上的先进技术,因地制宜地采用光纤、电缆、MMDS微波等传输技术,在省、市、县各行政区域范围内建设有线电视网。目前.正朝着大容量、数字化、双向多功能等方向发展。
经过几年的网络实践,一个以传输广播电视节目为主的A平台和一个以传输数据为主的B平台已经取得成功。既保证了千家万户收看高质量的广播电视节目,又为数据通信和各种信息的传输提供高速率、大容量、低资费、安全可靠的传输手段。
目前,我国大多数省市己开通采用数字技术的光缆干线,实现了全省、全市范围内的联网。同时,全国骨干网采用先进的数字传输技术,为开展数字、数据传输业务提供了优质的服务平台。我国有线电视进人了实现数字化、交互式高速多媒体信息网的实验阶段。
2有线电视系统性能指标及相关标准
2.1基本概念
1、有线电视Cabletelevition(CATV):用射频电缆、光缆、多路微波或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。
2、付费电视Pay-TV:采用加、解扰技术,用户需额外付费方可收看的电视节目。
3、双向有线电视Two-way:具有上、下行传输的有线电视系统
4、前端Beadend:在有线电视系统中,用以处理需要传输的由天线接收的各种无线信号和自办节目信号的设备。
5、分前端hubheadend:系统辅助前端,通常设置在服务区中心。其向下传输模拟和数字电视信号,同时接收源于服务区内所有用户上行传输的信号。
6、干线系统Trunkfeedersystem:在有线电视广播系统中,用于各类前端之间或前端与各分配点或各光节点之间传输信号的链路。
7、光链路opticallink:利用光纤通信技术传输声音、图像和数据信号的链路。一般由光发送机(电/光转换器)、光纤、光接收机(光/电转换器)及其它必需的光器件(如光放大器、光连接器、光分路器和光衰减器等)组成。
8、光纤同轴电缆混合网(HFqhybridfibercoaxial以光纤为干线、同轴电缆为分配网的接入网。
9、光节点fibernode:为HFC网络中完成光、电或电、光转换的节点,以光纤与前端(分前端)相连,以同轴电缆与分配网络相连。
10、下行传输通道downstreamtransmiwssionpath:HFC网络的一部分,其信号在下行方向从前端或任何其它中心节点分配到用户的网络部分。
11、上行传输通道upstreamtransmissionpath:HFC网络的一部分,其信号在上行方向从连接到网络的用户到前端或任何其它中心节点的网络部分。
12、系统输出口Systemoutlet:连通用户线和接收机引入线的接口装置。
13、双向用户端口two-waysubscriderport:用户室内的可向下传输信号和向上传输信号的双工接入端口。
2.2性能定义
1、图象载波电平:在75Q终端上调制包络峰处(同步头)的图像载波电压的有效值,以dBuv表示。
2、伴音载波电平:在75欧姆终端上无调制声音载波电压的有效值,以dBuv表示。
3、载噪比(c/N):图像载波电平有效值与规定带宽内系统噪声电平均方根值之比,用dB表示。
4、交扰调制比(CM):在系统指定点,指定载波上有用调制信号峰一峰值对交扰调制成分峰一峰值之比,用dB表示。
5、载波互调比:在系统指定点,载波电平对规定的互调产物的电平之比,用dB表示。
6、载波复合二次差拍比(C/CSO):在系统指定点,图像载波电平与在带内成簇集聚的二次差拍产物的复合电平之比,用dB表示。
7、载波复合三次差拍比(C/CTB):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复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),用dB表示。
8、交流声调制比(HM):基准调制与峰一峰值交流声调制之比,用dB表示。
9相互隔离:在待测系统的频率范围内,任意频率上系统某个输出口与另一个输出口之间的衰减,对任何特定的设施,总是取其频率范围内所测得的最差值做为相互隔离,用dB表示。
10、色度/亮度时延差:电视信号中色度和亮度分量通过被测系统之后,它们的延时不等称为色度/亮度时延差,用m表示。
11、回波值:在规定测试条件下,测得的系统中由于反射而产生的滞后于原信号并与原信号内容相同的干扰信号的值。
12、上行汇集噪声:源自于用户端、电缆和无源传输设备引入的干扰,以及光纤和有源设备自身产生的噪声在前端或分前端汇集形成的噪声。
13、上行最大过载电平:保证链路中上行光发射机和放大器不造成严重过载失真条件下,在用户端可以注入的最大上行电平值。
14、上行通道群延时:在规定频段内不同频率信号从用户端到前端接收端产生的传输时间差。
15、上行通道传输延时:信号从最远路由用户端至双向通信设备上行射频接收端传输的总延时。
16、窄带数据频段:适应于传输窄带低速数据的信道频段
17、宽带数据频段:适应于传输宽带高速数据的信道频段
18、通道串扰抑制比:在双向系统运营时,上行信号(满负载时)对下行电视信号产生干扰导致传输技术指标劣化。下行图象载频电平与因此产生的寄生产物电平的比值。
19、上行通道的载波/汇集噪声比(C/N):用于在规定上行测量信号源电平值为标称值条件下,对上行物理通道作广义性的传输质量判别。C/N=上行信号电平(双向通信设备上行射频接收端口)一上行汇集噪声电平(双向通信设备上行射频接收端口)
20、用户端口保护隔离能力:当某用户端引入强干扰时,可能导致某信号频段(信道)停止服务。系统对其引入干扰抑制的分贝值。
21、用户电视端口噪声抑制能力:在同一用户室内,规定其用户电视端口(或电视传输物理通道)相对于该用户的双向数据端口(或数据物理通道)对上行传输公共通道具有的抑制(隔离)能力。
22、上行电平:上行信号功率(P1)与基准功率(P0)比的分贝值,即101gPl/P0。通常用dBuv表示。以在75欧姆负载电阻上产生luv电压的功率(0.0133uuW)为基准。
23、上行传输增益:在双向用户端口注入电平为A1的信号,经过上行传输通道,在前端或分前端双向通信设备上行射频接收端口处测量到的电平为A2,上行传输增益G=A2-A1以dB值表示。
2.3系统性能指标
1、下行传输系统主要技术参数要求
(1)系统输出口电平(dBuv)60-80
(2)载噪比(dB)≥43(B=5.75MHz)
(3)载波互调比(dB)
≥57(对电视频道的单频干扰)
≥54(电视频道内单频互调干扰)
(4)载波复合三次差拍比(dB)≥54
(5)载波复合二次差拍比(dB)≥54
(6)交扰调制比(dB)≥46+10Lg(N一1)(N为电视频道数)
(7)载波交流声比(%)≤3
(8)色亮度时延差(ns)100
(9)回波值(%)≤7
(10)微分增益(%)≤10
(11)微分相位(度)≤10
(12)系统输出口相互隔离度(dB)330(VHF)≥22(其它)
(13)特性阻抗75欧姆
2、上行传输通道主要技术要求:
(1)特性阻抗75欧姆
(2)频率范围(MHz)5-65(基本信道)
(3)标称上行端口输人电平(dB,V)100(设计标称值)
(4)上行传输路由增益差(dB)≤10(任意用户端口上行)
(5)上行通道频率响应(dB)≤109.4—61.8MHz)≤1.5(32MHz范围内)
(6)上行最大过载电平(dBuv)≥112(三路载波输人,当二次或三次非线性产物为-40dBc时测量)
(7)载波/汇集噪声比(dB)≥20(Ra波段)≥26(Rb、Rc波段)
(电磁环境最恶劣时间段测量,一般为18点--22点,注入上行载波电平为l00dBuv,波段划分见附表)
(8)上行通道传输延时(us)≤800
(9)回波值(%)≤10
(10)上行通道群延时(回≤30(任意3.2MHz范围内)
(11)信号交流声调制比㈤≤7
(12)用户电视端口噪声抑制能力㈣≥40
(13)通道串扰抑制比(dB)≥54
2.4相关国家标准和行业标准
1、GB/T6510-1996<电视和声音信号的电缆分配系统>
2、GY/T106-1999<有线电视广播系统技术规范>
3、GY/T121-1995<有线电视系统测量方法>
4、GY/T131-1997<有线电视网中光链路系统技术要求和测量方法>
5、GY/T132-1998<多路微波分配系统技术要求>
6、GY/T180-2001<HFC网络上行传输物理通道技术规范>
7、GY/T135-1998《有线电视系统物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆入网技术条件和测量方法>
8、GY/T130-1998<有线电视用光缆入网技术条件>
9、GB/T11318-1996<电视和声音信号的电缆分配系统设备与部件>
10、GB50200-1994<有线电视系统工程技术规范>
11、GBJ42-81<工业企业通信设计规范>
12、GBJ79-85<工业企业通信接地设计规范>
13、GB57-83<建筑防雷设计规范>
14、GBJl20-88<工业企业共用天线电视系统设计规范>
15、GB7393-87<声音和电视信号的电缆分配系统输出口基本尺寸》
16、SJ2708-86<声音和电视信号的电缆分配系统图形符号》
3有线电视系统的组成
有线电视系统由三部分组成:前端系统、传输系统和电缆分配系统。
3.1前端
位于信号源和传输系统之间,对传输信号进行各种技术处理的设备组合。它是系统信号处理的中枢。前端设备的性能,对整个系统的信号质量起着决定性的作用。
3.2传输系统
对于超大型或大型CATV系统而言,传输系统指远距离传输的超干线或干线。它位于前端系统和电缆分配系统之间。对于干线系统的技术要求是将前端信号传送到各个干线分配点所连接的电缆分配系统。同时必须达到载噪比和非线性失真指标要求。传输系统一般分别采用电缆、光纤或微波多路MMDS三种方式。
3.3电缆分配系统
位于传输系统和用户终端设备之间,把前端经干线系统传输的信号进行放大和分配。将信号均匀地分配给各用户,并使各用户终端得到规定的电平。同时,各用户终端之间具有良好的相互隔离作用互不干扰。对于双向有线电视系统还必须符合反向回传通道的技术要求。
4有线电视系统传输技术
4.1电缆传输技术
1,电缆传输系统的构成
电缆传输系统采用同轴电缆做传输线,构成CATV网的干线或超干线。电缆传输系统主要由同轴电缆和干线放大器间隔配置、级连构成,附属设备有过电型分支器、分配器,用于干线分路。供电器和电源插入器用于干线放大器的电缆芯线供电。
电缆传输干线示意图
2,电缆的传输特性及其补偿
(1)同轴电缆的结构:
同轴电缆由内导体、外导体和中间的绝缘介质组成。常用的有:藕芯型、封闭竹节型和物理发泡型。
(2)同轴电缆的传输特性:
A、特性阻抗:75欧姆
B、衰减特性:高频衰减大于低频衰减。细芯径电缆衰减大于粗芯径电缆衰减。衰减与电缆长度成正比。
C、温度特性:随温度的升高,电缆的衰减量增大。一般电缆的温度系数约为0.2%/度。
D、屏蔽特性:优质的电缆外导体有良好的屏蔽作用,传输信号不受外界干扰,也不会向外幅射、干扰其它信号。同轴电缆的屏蔽特性用屏蔽衰减表示,单位为dB。
E、机械特性:包括抗弯曲性能、防潮抗腐蚀性能和结构稳定性。
(3)电缆传输特性的均衡和补偿:
由于同轴电缆的衰减与电缆的长度成正比,干线要远距离传输,必须对电缆的传输特性进行补偿。干线放大器用来补偿电缆对信号电平的衰减,均衡电缆的频率特性和温度特性。干线放大器使用特性相同的放大器,各放大器的输入和输出电平值相同。采用“单位增益法”设计。
3,对远距离传输的限制
同轴电缆传输系统采用干线放大器级联的方法实现对电视信号的远距离传输,传输距离越远,需要放大器的级连N越大,系统指标下降越多。
随着区域性有线电视网络建设的发展,干线传输系统的传输距离越来越大,而放大器级联增多导致噪声、频率失真和非线性失真的积累,使得信号指标下降。而且电缆的温度特性增加了系统设备的复杂度,远距离传输时,可靠性差。系统的维护管理任务繁重,服务水平难以提高。
4.2微波多路MMDS传输技术
1,MMDS的技术特征
(1)多路微波分配系统MMDS的定义:用微波频率以一点发射,多点接收的方式把电视、声音广播及数据信号传输到各有线电视站、共用天线电视系统前端或直接到各用户的微波系统。
(2)频率范围:空间传输2500-2700MHz
接收分配111-750MHz
(3)传输方式:多路微波信号采用空间传输方式。发射与接收应在视距范围内进行。
2,MMDS传输系统的构成:由发射系统和接收系统组成,发射系统的设备包括发射机、合成器、馈缆和发射天线;接收系统的设备包括接收天线、下变频器和供电器。
3,受无线传输缺陷的局限性
MMDS传输系统属于无线传输,带有无线传输的通用缺点,如信号怕遮挡、反射出重影、易受干扰。这种方式不适用于人口稠密、高层建筑林立的大中城市。
4.3光纤传输技术
1,光纤传输技术的特征
(1)光纤传输损耗小,可实现电视信号的远距离干线传输,保证电视信号的技术指标。
CATV系统中用于干线的同轴电缆,即使很粗(例如美国MC750电缆),在750MHz的损耗,也要40dB/km左右。而采用波长1310nm的光信号,其损耗约为40dB/100km。光纤的损耗比同轴电缆降低100倍。显然,用光纤替代每隔几百米必须设置一台放大器的同轴电缆干线,可以实现跨越几十公里的直传。彻底解决了干线放大器级联造成传输信号技术指标下降的问题。
(2)光纤频带宽,可以保证多路有线电视信号均衡地传输到各光节点。
(3)光纤无中继传输距离长,且抗干扰能力强,系统可靠性高。
(4)光纤传输技术不仅仅局限于传输有线电视信号,它为开展宽带综合业务传输提供一个开放平台,是宽带综合业务网的重要组成部分。
2,光纤传输系统的构成
最基本的光纤传输系统由电光变换器(E/o)、光纤和光电变换器(O/E)组成。也称之为光链路。光纤传输系统具有很大的传输容量,在系统中实行着多工传输。
(1)空分多工:(SDM)。(上下各一光纤)
(2)时分多工:(TDM)。
(3)波分多工:(WDM)。
(4)副载波多工:(SCM)。
3,为开展宽带综合业务传输提供开放平台
光纤有线电视网不仅仅局限于有线电视业务,它可以为开展宽带综合业务传输提供一个开放的平台,是宽带综合业务网的一个重要组成部分。用光缆构成广域的包括电视业务在内的多媒体网络具有广阔的前景。
4.4光纤同轴混合网--HFC宽带接入网的拓扑结构
HFC有线电视网由光纤作干线、同轴电缆作分配网,构成光纤同轴混合网。它充分发挥了光纤和电缆所具有的优良特性,有机地结合而完成了有线电视信号的高质量传输与分配。从而构成了这一独特的光纤/同轴电缆混合网络结构。HFC是一个以前端为中心、光纤延伸到小区并以光节点为终点的光纤星形布局,同时,以一个星树型同轴电缆网络从光节点延伸覆盖用户。因而,HFC有线电视网络拓扑是一个星一树形结构。
在HFC宽带接入网中,模拟电视和数字电视、综合数据业务信号在前端或分前端进行综合,合用一台下行光发射机,将下行信号用一根光纤传输至相应的光节点。在光节点,将下行信号变换成射频信号。每个光节点通过同轴电缆,以星树形拓扑结构覆盖用户。从用户来的上行信号在光节点变换为上行光信号,通过上行光发射机和上行回传光纤传回前端或分前端。上下行信号在光传输中采用的是空分复用,在电缆传输中采用的是频分复用。
HFC网采用频分复用技术,将5-1000MHz的频段分割为上行和下行通道。5-65MHz为上行通道,87-1000MHz为下行通道。上行通道为非广播业务,主要传输包括状态监控信号、视频点播信号以及数据通信业务等。下行通道将87-550MHz为普通广播电视业务,该频段全部用于模拟电视广播时,除调频广播业务外,可安排约54个频道的模拟电视节目。550-750MHz为下行数字通信信道,用于传输数字广播电视、VOD数字视频以及数字电话下行信号和数据,上行数据一般利用5-65MHz频段,为了提高抗干扰能力,采用QPSK(或16QAM)调制。
有线电视HFC网上综合多种数字业务是依靠电缆调制解调器Cablemodem和机顶盒Set-top-Box。Cablemodem系统由置于用户端的Cablemodem(CM)和设置于前端的CMTS(电缆调制解调端接系统)组成。用户端CM的基本功能是将上行的数字信号调制成RF信号,将下行的RF信号解调为数字信号。HFC接入网的主要优势为:巨大的接入带宽,可提供各种模拟和数字业务;Cablemodem系统的下行速率高是显著的优势,提高了网络资源的利用率;同时,还具有永久在线、无须拨号的优点。
有线电视接入网络的主要业务可分为两大类,即广播电视业务和交互业务。广播电视业务包括目前的模拟电视节目的传输和正在逐步发展的数字广播、数字电视等其它广播业务。交互业务包括INTERNET接入、视频点播VOD、可视电话、会议电视、远程教育、远程医疗等。
5有线电视电缆传输网络
有线电视电缆传输网络,作为有线电视城域网的一部分,其规划设计,从规划思路、设计标准、技术指标、施工工艺规范等方面,都发生了很大变化。有线电视电缆传输网络已不再象以往那样:每个小区都自成体系,具有接收电视信号的前端、传输外线和楼内分配网络,属于封闭的、小型独立的共用天线系统。今天的电缆传输网络不需要前端,要建成双向传输宽带网络,它不但要符合达到相关的国家标准,还必须执行所在地域有线电视网的总体技术要求。
5.1双向传输的实现方式:
在HFC接入网中,为了实现信号的双向传输,同时采用了空分复用、频分复用和时分复用技术。从光节点至前端(或骨干网的分前端)的光纤传输链路中,上下行信号采用空分复用:从光节点到用户的电缆网中,上下行信号采用频分复用,数据传输采用时分复用方式,
5.2回传通道的噪声
在HFC网络中,反向通道的汇集噪声是影响双向数据传输的主要问题。由于反向噪声大,数据传输链路的C/N大大降低。因此,解决反向回传通道的噪声问题,是Ⅲc网络顺利开展双向业务的关键。
上行通道中汇集的噪声来源于多种形式。其中,影响上行信号传输的主要是信号的削波失真、网络结构噪声和侵入噪声。
(1)削波失真主要由系统中的反向回传光发射机和双向放大器等传输设备的非线性失真造成。
(2)结构噪声主要来源于系统中的有源设备的器件自身产生的基础热噪声。同时,由于放大器的级联以及各支路回传信号的汇集,造成噪声的功率叠加,形成“漏斗效应”。
(3)侵入噪声主要由外界电磁波的侵入造成。是一种随机的、不规则的射频干扰。它是HFC网络开展双向数据通信需要努力克服的技术难题。系统中的侵人噪声主要有两种,即:A窄带短波信号的干扰:B冲击脉冲干扰:主要包括雷电、电动机、发动机,以及家用电器设备产生的脉冲干扰。
5.3电缆分配网络的组成
1、传输系统
包括光节点中的正、反向RF放大模快、双向延长放大器、线路分支器、分配器、供电器、同轴电缆等。光节点中的正向光接收机将下行光信号转换成电信号后,经置于光节点内的RF宽带放大器放大至较高电平,再由延长线上的延长放大器、同轴电缆和线路分支、分配器,将信号下行信号分路传送给各分配系统。来自分配,系统的反向回传上行信号,从分配放大器的输入端口沿着正向传输的途径进行反向回转,经同轴电缆、线路分支器、分配器、延长放大器,进入光节点,送人回传激光器。
2、分配系统
包括双向分配放大器(即楼头放大器),分支器分配器,双向用户终端和同轴电缆等。
延长线路将下行信号传送到各分配放大器的输入端。分配放大器将信号放大至所需电平后,经过同轴电缆、分配器、分支器,传送给每个用户终端。来自用户的反向回传上行信号,从用户应用设备的回传发射机,通过用户电缆回送人用户终端,经过分支器、分配器和同轴电缆,送到分配放大器的输出端,经分配放大器放大到合适的电平,从分配放大器的输入端送入传输系统。
5.4电缆分配网络的规划与设计
由于住宅小区的网络规划受土建规划的制约,各种形式风格住宅小区的土建设计千差万别,建筑物大小、高低、形状各异。特别是各小区内建筑群体布局各不相同。因此,住宅小区的网络规划也不可能有统一的模式,只能因地制宜。
1光节点的位置
光节点应设置在服务区的中心建筑物内,以达到尽量减少延长线电缆传输的最远距离,并减少延长放大器的级联的目的。进而降低传输信号的噪声和非线性失真。
2光节点服务区的划分
应按照各建筑物内的用户数量,将相近的建筑物组成500左右的服务区。由于不同结构的建筑物中的用户数量差别较大,因此不宜按照建筑物数量划分服务区。
3、器材选用
(1)同轴电缆的选用
系统内所有电缆均选用物理发泡电缆。延长线的电缆,应选用外导体为铝管结构的一12电缆。所有外线电缆均采用稳定的聚乙烯外护套。
(2)延长放大器
由于光接点服务区都不太大,采用手动增益控制放大器(MGC)能够满足使用要求。延长放大器按使用的模块不同,有推挽放大器和功率倍增放大器延长放大器一般应选用双模块功率倍增放大器。
4、双向放大器上下行通道结构
双向放大器总体上由正向放大通道、反向放大通道、分波器、混合器、稳压电源组成。
正向放大通道由前置衰减器和均衡器、一级放大模块、级间衰减器和均衡器、二级放大模块组成。
反向放大通道由反向放大模块、衰减器和均衡器组成。
5、设计计算公式
(1)放大器输出信号的载噪比与噪声系数的关系:
C/N=Si-NF-2.4
式中:Si为放大器输入电平
NF为放大器的噪声系数
(2)放大器级联后的载噪比(各级放大器工作状态相同)
(C/N)n=(C/N)1-10Lgn式中:n为级联数
(3)放大器的C/CTB取决于放大器的输出
电平,输出电平增加ldB时,C/CTB下降2dB。
(4)放大器级联后的C/CTB(各级放大器工作状态相同)
(C/CTB)n=(C/CTB)1-20Lgn
式中:n为级联数
5.5用户分配网络
1住宅建筑(楼房)用户分配网的组成作为住宅小区网中的分配系统,主要包括用户分配放大器(即楼头放大器)、同轴电缆、分支分配器、用户终端。
2用户分配网使用的设备
(1)双向用户分配放大器
采用双模块功率倍增型或双模块推挽型。
(2)分配器和分支器
分配器和分支器都是无源网络设备,其主要功能为既对下行信号进行功率分配,对上行信号进行汇集。
分配器是将下行信号均匀分成几路,在下行通道中起分路作用。常用的有二分配器(分两路)、三分配器(分三路)、四分配器(分四路)、六分配器(分六路)。
分支器是将下行信号不均匀分成几路,输出信号有主路输出和分支输出。主路输出衰减小,可持续进行再分配。分支输出有一系列的衰减量,供信号分配时选用。同时,将主路输出端和分支输出端的反向回传信号进行汇集。常用的有一分支器、二分支器、三分支器、四分支器、六分支器。
分配器的主要性能指标
A、分配衰减:指分配器的输人端的输入电平与输出端的输出电平的差值。分路越多的分配器,分配衰减越大。
B、相互隔离:指分配器的各输出端之间的隔离度。相互隔离表征了分配器各输出端相互影响的程度。相互隔离数值越大,相互影响越小。
C、端口阻抗与反射损耗
有线电视系统中的所有设备均采用75欧姆端口阻抗。反射损耗是表征各种设备的端口阻抗匹配的程度。反射损耗的数值越大,表示阻抗匹配越好。
分支器的主要性能指标
A、分支衰减:是指分支器的输入端输入电平与分支输出端输出电平的差值。
B、反向隔离:是指分支器的分支输出端与主输出端之间的隔离度。反向隔离表征了分支器的分支输出端与主输出端之间相互影响的程度。反向隔离越大,相互影响越小。
C、插入损耗:是指分支器输入端的输人电平与主输出端输出电平的差值。分支器的分支衰减越小,其插入损耗越大。
l有线电视系统技术发展的阶段性
中国有线电视开始于二十世纪七十年代,经过二十多年的发展,从无到有,从小到大。今天,已经发展成为我国广播电视领域一支新兴产业。中国有线电视技术从自力更生、白手起家,到引进国外先进设备,系统技术水平发展很快。从VHF频段、全频道共用天线系统到750MHz、860MHz有线电视城域网系统,从同轴电缆传输到光缆、电缆、MMDS等多种传输技术的混合应用,从只传输模拟信号到模拟、数字信号的混合传输,从单向广播网到双向交互网络。同时,先进的数据传输设备、数字传输系统以及计算机技术在有线电视系统中的成功运用,中国有线电视技术的发展日益接近国际先进水平。今天已经确立了它在国家信息化结构框架“三网一平台”的基础网络地位。有线电视技术先进,有良好的社会效益和经济效益,是国家的基础设施建设项目。
我国有线电视的发展历程,总体上看,可分为三个阶段,即:小型共用天线系统、大型共用天线系统和有线电视系统。
1.1小型共用天线系统阶段(1975—1985年)
1、生长的自发性
2、经费的自筹性
3、企业的主动性
4、系统的分散性
5、节目源的局限性
1.2大型共用天线系统阶段(1985—1995年)
1.3有线电视系统阶段(1996-现在)
有线电视系统的发展阶段。充分借鉴国际上的先进技术,因地制宜地采用光纤、电缆、MMDS微波等传输技术,在省、市、县各行政区域范围内建设有线电视网。目前.正朝着大容量、数字化、双向多功能等方向发展。
经过几年的网络实践,一个以传输广播电视节目为主的A平台和一个以传输数据为主的B平台已经取得成功。既保证了千家万户收看高质量的广播电视节目,又为数据通信和各种信息的传输提供高速率、大容量、低资费、安全可靠的传输手段。
目前,我国大多数省市己开通采用数字技术的光缆干线,实现了全省、全市范围内的联网。同时,全国骨干网采用先进的数字传输技术,为开展数字、数据传输业务提供了优质的服务平台。我国有线电视进人了实现数字化、交互式高速多媒体信息网的实验阶段。
2有线电视系统性能指标及相关标准
2.1基本概念
1、有线电视Cabletelevition(CATV):用射频电缆、光缆、多路微波或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。
2、付费电视Pay-TV:采用加、解扰技术,用户需额外付费方可收看的电视节目。
3、双向有线电视Two-way:具有上、下行传输的有线电视系统
4、前端Beadend:在有线电视系统中,用以处理需要传输的由天线接收的各种无线信号和自办节目信号的设备。
5、分前端hubheadend:系统辅助前端,通常设置在服务区中心。其向下传输模拟和数字电视信号,同时接收源于服务区内所有用户上行传输的信号。
6、干线系统Trunkfeedersystem:在有线电视广播系统中,用于各类前端之间或前端与各分配点或各光节点之间传输信号的链路。
7、光链路opticallink:利用光纤通信技术传输声音、图像和数据信号的链路。一般由光发送机(电/光转换器)、光纤、光接收机(光/电转换器)及其它必需的光器件(如光放大器、光连接器、光分路器和光衰减器等)组成。
8、光纤同轴电缆混合网(HFqhybridfibercoaxial以光纤为干线、同轴电缆为分配网的接入网。
9、光节点fibernode:为HFC网络中完成光、电或电、光转换的节点,以光纤与前端(分前端)相连,以同轴电缆与分配网络相连。
10、下行传输通道downstreamtransmiwssionpath:HFC网络的一部分,其信号在下行方向从前端或任何其它中心节点分配到用户的网络部分。
11、上行传输通道upstreamtransmissionpath:HFC网络的一部分,其信号在上行方向从连接到网络的用户到前端或任何其它中心节点的网络部分。
12、系统输出口Systemoutlet:连通用户线和接收机引入线的接口装置。
13、双向用户端口two-waysubscriderport:用户室内的可向下传输信号和向上传输信号的双工接入端口。
2.2性能定义
1、图象载波电平:在75Q终端上调制包络峰处(同步头)的图像载波电压的有效值,以dBuv表示。
2、伴音载波电平:在75欧姆终端上无调制声音载波电压的有效值,以dBuv表示。
3、载噪比(c/N):图像载波电平有效值与规定带宽内系统噪声电平均方根值之比,用dB表示。
4、交扰调制比(CM):在系统指定点,指定载波上有用调制信号峰一峰值对交扰调制成分峰一峰值之比,用dB表示。
5、载波互调比:在系统指定点,载波电平对规定的互调产物的电平之比,用dB表示。
6、载波复合二次差拍比(C/CSO):在系统指定点,图像载波电平与在带内成簇集聚的二次差拍产物的复合电平之比,用dB表示。
7、载波复合三次差拍比(C/CTB):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复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),用dB表示。
8、交流声调制比(HM):基准调制与峰一峰值交流声调制之比,用dB表示。
9相互隔离:在待测系统的频率范围内,任意频率上系统某个输出口与另一个输出口之间的衰减,对任何特定的设施,总是取其频率范围内所测得的最差值做为相互隔离,用dB表示。
10、色度/亮度时延差:电视信号中色度和亮度分量通过被测系统之后,它们的延时不等称为色度/亮度时延差,用m表示。
11、回波值:在规定测试条件下,测得的系统中由于反射而产生的滞后于原信号并与原信号内容相同的干扰信号的值。
12、上行汇集噪声:源自于用户端、电缆和无源传输设备引入的干扰,以及光纤和有源设备自身产生的噪声在前端或分前端汇集形成的噪声。
13、上行最大过载电平:保证链路中上行光发射机和放大器不造成严重过载失真条件下,在用户端可以注入的最大上行电平值。
14、上行通道群延时:在规定频段内不同频率信号从用户端到前端接收端产生的传输时间差。
15、上行通道传输延时:信号从最远路由用户端至双向通信设备上行射频接收端传输的总延时。
16、窄带数据频段:适应于传输窄带低速数据的信道频段
17、宽带数据频段:适应于传输宽带高速数据的信道频段
18、通道串扰抑制比:在双向系统运营时,上行信号(满负载时)对下行电视信号产生干扰导致传输技术指标劣化。下行图象载频电平与因此产生的寄生产物电平的比值。
19、上行通道的载波/汇集噪声比(C/N):用于在规定上行测量信号源电平值为标称值条件下,对上行物理通道作广义性的传输质量判别。C/N=上行信号电平(双向通信设备上行射频接收端口)一上行汇集噪声电平(双向通信设备上行射频接收端口)
20、用户端口保护隔离能力:当某用户端引入强干扰时,可能导致某信号频段(信道)停止服务。系统对其引入干扰抑制的分贝值。
21、用户电视端口噪声抑制能力:在同一用户室内,规定其用户电视端口(或电视传输物理通道)相对于该用户的双向数据端口(或数据物理通道)对上行传输公共通道具有的抑制(隔离)能力。
22、上行电平:上行信号功率(P1)与基准功率(P0)比的分贝值,即101gPl/P0。通常用dBuv表示。以在75欧姆负载电阻上产生luv电压的功率(0.0133uuW)为基准。
23、上行传输增益:在双向用户端口注入电平为A1的信号,经过上行传输通道,在前端或分前端双向通信设备上行射频接收端口处测量到的电平为A2,上行传输增益G=A2-A1以dB值表示。
2.3系统性能指标
1、下行传输系统主要技术参数要求
(1)系统输出口电平(dBuv)60-80
(2)载噪比(dB)≥43(B=5.75MHz)
(3)载波互调比(dB)
≥57(对电视频道的单频干扰)
≥54(电视频道内单频互调干扰)
(4)载波复合三次差拍比(dB)≥54
(5)载波复合二次差拍比(dB)≥54
(6)交扰调制比(dB)≥46+10Lg(N一1)(N为电视频道数)
(7)载波交流声比(%)≤3
(8)色亮度时延差(ns)100
(9)回波值(%)≤7
(10)微分增益(%)≤10
(11)微分相位(度)≤10
(12)系统输出口相互隔离度(dB)330(VHF)≥22(其它)
(13)特性阻抗75欧姆
2、上行传输通道主要技术要求:
(1)特性阻抗75欧姆
(2)频率范围(MHz)5-65(基本信道)
(3)标称上行端口输人电平(dB,V)100(设计标称值)
(4)上行传输路由增益差(dB)≤10(任意用户端口上行)
(5)上行通道频率响应(dB)≤109.4—61.8MHz)≤1.5(32MHz范围内)
(6)上行最大过载电平(dBuv)≥112(三路载波输人,当二次或三次非线性产物为-40dBc时测量)
(7)载波/汇集噪声比(dB)≥20(Ra波段)≥26(Rb、Rc波段)
(电磁环境最恶劣时间段测量,一般为18点--22点,注入上行载波电平为l00dBuv,波段划分见附表)
(8)上行通道传输延时(us)≤800
(9)回波值(%)≤10
(10)上行通道群延时(回≤30(任意3.2MHz范围内)
(11)信号交流声调制比㈤≤7
(12)用户电视端口噪声抑制能力㈣≥40
(13)通道串扰抑制比(dB)≥54
附表:上行传输通道波段划分
波段
频率范围(MHz)
业务内容
传输媒质条件
Ra
5.0-20.2
上行窄带数据业务、网络管理(上行)
共缆
Rb
20.2—58_6
上行竟带数据业务
共缆
Rc
58.6-65.0
上行窄带数据业务、网络管理(上行)
共缆
2.4相关国家标准和行业标准
1、GB/T6510-1996<电视和声音信号的电缆分配系统>
2、GY/T106-1999<有线电视广播系统技术规范>
3、GY/T121-1995<有线电视系统测量方法>
4、GY/T131-1997<有线电视网中光链路系统技术要求和测量方法>
5、GY/T132-1998<多路微波分配系统技术要求>
6、GY/T180-2001<HFC网络上行传输物理通道技术规范>
7、GY/T135-1998《有线电视系统物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆入网技术条件和测量方法>
8、GY/T130-1998<有线电视用光缆入网技术条件>
9、GB/T11318-1996<电视和声音信号的电缆分配系统设备与部件>
10、GB50200-1994<有线电视系统工程技术规范>
11、GBJ42-81<工业企业通信设计规范>
12、GBJ79-85<工业企业通信接地设计规范>
13、GB57-83<建筑防雷设计规范>
14、GBJl20-88<工业企业共用天线电视系统设计规范>
15、GB7393-87<声音和电视信号的电缆分配系统输出口基本尺寸》
16、SJ2708-86<声音和电视信号的电缆分配系统图形符号》
3有线电视系统的组成
有线电视系统由三部分组成:前端系统、传输系统和电缆分配系统。
3.1前端
位于信号源和传输系统之间,对传输信号进行各种技术处理的设备组合。它是系统信号处理的中枢。前端设备的性能,对整个系统的信号质量起着决定性的作用。
3.2传输系统
对于超大型或大型CATV系统而言,传输系统指远距离传输的超干线或干线。它位于前端系统和电缆分配系统之间。对于干线系统的技术要求是将前端信号传送到各个干线分配点所连接的电缆分配系统。同时必须达到载噪比和非线性失真指标要求。传输系统一般分别采用电缆、光纤或微波多路MMDS三种方式。
3.3电缆分配系统
位于传输系统和用户终端设备之间,把前端经干线系统传输的信号进行放大和分配。将信号均匀地分配给各用户,并使各用户终端得到规定的电平。同时,各用户终端之间具有良好的相互隔离作用互不干扰。对于双向有线电视系统还必须符合反向回传通道的技术要求。
4有线电视系统传输技术
4.1电缆传输技术
1,电缆传输系统的构成
电缆传输系统采用同轴电缆做传输线,构成CATV网的干线或超干线。电缆传输系统主要由同轴电缆和干线放大器间隔配置、级连构成,附属设备有过电型分支器、分配器,用于干线分路。供电器和电源插入器用于干线放大器的电缆芯线供电。
电缆传输干线示意图
2,电缆的传输特性及其补偿
(1)同轴电缆的结构:
同轴电缆由内导体、外导体和中间的绝缘介质组成。常用的有:藕芯型、封闭竹节型和物理发泡型。
(2)同轴电缆的传输特性:
A、特性阻抗:75欧姆
B、衰减特性:高频衰减大于低频衰减。细芯径电缆衰减大于粗芯径电缆衰减。衰减与电缆长度成正比。
C、温度特性:随温度的升高,电缆的衰减量增大。一般电缆的温度系数约为0.2%/度。
D、屏蔽特性:优质的电缆外导体有良好的屏蔽作用,传输信号不受外界干扰,也不会向外幅射、干扰其它信号。同轴电缆的屏蔽特性用屏蔽衰减表示,单位为dB。
E、机械特性:包括抗弯曲性能、防潮抗腐蚀性能和结构稳定性。
(3)电缆传输特性的均衡和补偿:
由于同轴电缆的衰减与电缆的长度成正比,干线要远距离传输,必须对电缆的传输特性进行补偿。干线放大器用来补偿电缆对信号电平的衰减,均衡电缆的频率特性和温度特性。干线放大器使用特性相同的放大器,各放大器的输入和输出电平值相同。采用“单位增益法”设计。
3,对远距离传输的限制
同轴电缆传输系统采用干线放大器级联的方法实现对电视信号的远距离传输,传输距离越远,需要放大器的级连N越大,系统指标下降越多。
随着区域性有线电视网络建设的发展,干线传输系统的传输距离越来越大,而放大器级联增多导致噪声、频率失真和非线性失真的积累,使得信号指标下降。而且电缆的温度特性增加了系统设备的复杂度,远距离传输时,可靠性差。系统的维护管理任务繁重,服务水平难以提高。
4.2微波多路MMDS传输技术
1,MMDS的技术特征
(1)多路微波分配系统MMDS的定义:用微波频率以一点发射,多点接收的方式把电视、声音广播及数据信号传输到各有线电视站、共用天线电视系统前端或直接到各用户的微波系统。
(2)频率范围:空间传输2500-2700MHz
接收分配111-750MHz
(3)传输方式:多路微波信号采用空间传输方式。发射与接收应在视距范围内进行。
2,MMDS传输系统的构成:由发射系统和接收系统组成,发射系统的设备包括发射机、合成器、馈缆和发射天线;接收系统的设备包括接收天线、下变频器和供电器。
3,受无线传输缺陷的局限性
MMDS传输系统属于无线传输,带有无线传输的通用缺点,如信号怕遮挡、反射出重影、易受干扰。这种方式不适用于人口稠密、高层建筑林立的大中城市。
4.3光纤传输技术
1,光纤传输技术的特征
(1)光纤传输损耗小,可实现电视信号的远距离干线传输,保证电视信号的技术指标。
CATV系统中用于干线的同轴电缆,即使很粗(例如美国MC750电缆),在750MHz的损耗,也要40dB/km左右。而采用波长1310nm的光信号,其损耗约为40dB/100km。光纤的损耗比同轴电缆降低100倍。显然,用光纤替代每隔几百米必须设置一台放大器的同轴电缆干线,可以实现跨越几十公里的直传。彻底解决了干线放大器级联造成传输信号技术指标下降的问题。
(2)光纤频带宽,可以保证多路有线电视信号均衡地传输到各光节点。
(3)光纤无中继传输距离长,且抗干扰能力强,系统可靠性高。
(4)光纤传输技术不仅仅局限于传输有线电视信号,它为开展宽带综合业务传输提供一个开放平台,是宽带综合业务网的重要组成部分。
2,光纤传输系统的构成
最基本的光纤传输系统由电光变换器(E/o)、光纤和光电变换器(O/E)组成。也称之为光链路。光纤传输系统具有很大的传输容量,在系统中实行着多工传输。
(1)空分多工:(SDM)。(上下各一光纤)
(2)时分多工:(TDM)。
(3)波分多工:(WDM)。
(4)副载波多工:(SCM)。
3,为开展宽带综合业务传输提供开放平台
光纤有线电视网不仅仅局限于有线电视业务,它可以为开展宽带综合业务传输提供一个开放的平台,是宽带综合业务网的一个重要组成部分。用光缆构成广域的包括电视业务在内的多媒体网络具有广阔的前景。
4.4光纤同轴混合网--HFC宽带接入网的拓扑结构
HFC有线电视网由光纤作干线、同轴电缆作分配网,构成光纤同轴混合网。它充分发挥了光纤和电缆所具有的优良特性,有机地结合而完成了有线电视信号的高质量传输与分配。从而构成了这一独特的光纤/同轴电缆混合网络结构。HFC是一个以前端为中心、光纤延伸到小区并以光节点为终点的光纤星形布局,同时,以一个星树型同轴电缆网络从光节点延伸覆盖用户。因而,HFC有线电视网络拓扑是一个星一树形结构。
在HFC宽带接入网中,模拟电视和数字电视、综合数据业务信号在前端或分前端进行综合,合用一台下行光发射机,将下行信号用一根光纤传输至相应的光节点。在光节点,将下行信号变换成射频信号。每个光节点通过同轴电缆,以星树形拓扑结构覆盖用户。从用户来的上行信号在光节点变换为上行光信号,通过上行光发射机和上行回传光纤传回前端或分前端。上下行信号在光传输中采用的是空分复用,在电缆传输中采用的是频分复用。
HFC网采用频分复用技术,将5-1000MHz的频段分割为上行和下行通道。5-65MHz为上行通道,87-1000MHz为下行通道。上行通道为非广播业务,主要传输包括状态监控信号、视频点播信号以及数据通信业务等。下行通道将87-550MHz为普通广播电视业务,该频段全部用于模拟电视广播时,除调频广播业务外,可安排约54个频道的模拟电视节目。550-750MHz为下行数字通信信道,用于传输数字广播电视、VOD数字视频以及数字电话下行信号和数据,上行数据一般利用5-65MHz频段,为了提高抗干扰能力,采用QPSK(或16QAM)调制。
有线电视HFC网上综合多种数字业务是依靠电缆调制解调器Cablemodem和机顶盒Set-top-Box。Cablemodem系统由置于用户端的Cablemodem(CM)和设置于前端的CMTS(电缆调制解调端接系统)组成。用户端CM的基本功能是将上行的数字信号调制成RF信号,将下行的RF信号解调为数字信号。HFC接入网的主要优势为:巨大的接入带宽,可提供各种模拟和数字业务;Cablemodem系统的下行速率高是显著的优势,提高了网络资源的利用率;同时,还具有永久在线、无须拨号的优点。
有线电视接入网络的主要业务可分为两大类,即广播电视业务和交互业务。广播电视业务包括目前的模拟电视节目的传输和正在逐步发展的数字广播、数字电视等其它广播业务。交互业务包括INTERNET接入、视频点播VOD、可视电话、会议电视、远程教育、远程医疗等。
5有线电视电缆传输网络
有线电视电缆传输网络,作为有线电视城域网的一部分,其规划设计,从规划思路、设计标准、技术指标、施工工艺规范等方面,都发生了很大变化。有线电视电缆传输网络已不再象以往那样:每个小区都自成体系,具有接收电视信号的前端、传输外线和楼内分配网络,属于封闭的、小型独立的共用天线系统。今天的电缆传输网络不需要前端,要建成双向传输宽带网络,它不但要符合达到相关的国家标准,还必须执行所在地域有线电视网的总体技术要求。
5.1双向传输的实现方式:
在HFC接入网中,为了实现信号的双向传输,同时采用了空分复用、频分复用和时分复用技术。从光节点至前端(或骨干网的分前端)的光纤传输链路中,上下行信号采用空分复用:从光节点到用户的电缆网中,上下行信号采用频分复用,数据传输采用时分复用方式,
5.2回传通道的噪声
在HFC网络中,反向通道的汇集噪声是影响双向数据传输的主要问题。由于反向噪声大,数据传输链路的C/N大大降低。因此,解决反向回传通道的噪声问题,是Ⅲc网络顺利开展双向业务的关键。
上行通道中汇集的噪声来源于多种形式。其中,影响上行信号传输的主要是信号的削波失真、网络结构噪声和侵入噪声。
(1)削波失真主要由系统中的反向回传光发射机和双向放大器等传输设备的非线性失真造成。
(2)结构噪声主要来源于系统中的有源设备的器件自身产生的基础热噪声。同时,由于放大器的级联以及各支路回传信号的汇集,造成噪声的功率叠加,形成“漏斗效应”。
(3)侵入噪声主要由外界电磁波的侵入造成。是一种随机的、不规则的射频干扰。它是HFC网络开展双向数据通信需要努力克服的技术难题。系统中的侵人噪声主要有两种,即:A窄带短波信号的干扰:B冲击脉冲干扰:主要包括雷电、电动机、发动机,以及家用电器设备产生的脉冲干扰。
5.3电缆分配网络的组成
1、传输系统
包括光节点中的正、反向RF放大模快、双向延长放大器、线路分支器、分配器、供电器、同轴电缆等。光节点中的正向光接收机将下行光信号转换成电信号后,经置于光节点内的RF宽带放大器放大至较高电平,再由延长线上的延长放大器、同轴电缆和线路分支、分配器,将信号下行信号分路传送给各分配系统。来自分配,系统的反向回传上行信号,从分配放大器的输入端口沿着正向传输的途径进行反向回转,经同轴电缆、线路分支器、分配器、延长放大器,进入光节点,送人回传激光器。
2、分配系统
包括双向分配放大器(即楼头放大器),分支器分配器,双向用户终端和同轴电缆等。
延长线路将下行信号传送到各分配放大器的输入端。分配放大器将信号放大至所需电平后,经过同轴电缆、分配器、分支器,传送给每个用户终端。来自用户的反向回传上行信号,从用户应用设备的回传发射机,通过用户电缆回送人用户终端,经过分支器、分配器和同轴电缆,送到分配放大器的输出端,经分配放大器放大到合适的电平,从分配放大器的输入端送入传输系统。
5.4电缆分配网络的规划与设计
由于住宅小区的网络规划受土建规划的制约,各种形式风格住宅小区的土建设计千差万别,建筑物大小、高低、形状各异。特别是各小区内建筑群体布局各不相同。因此,住宅小区的网络规划也不可能有统一的模式,只能因地制宜。
1光节点的位置
光节点应设置在服务区的中心建筑物内,以达到尽量减少延长线电缆传输的最远距离,并减少延长放大器的级联的目的。进而降低传输信号的噪声和非线性失真。
2光节点服务区的划分
应按照各建筑物内的用户数量,将相近的建筑物组成500左右的服务区。由于不同结构的建筑物中的用户数量差别较大,因此不宜按照建筑物数量划分服务区。
3、器材选用
(1)同轴电缆的选用
系统内所有电缆均选用物理发泡电缆。延长线的电缆,应选用外导体为铝管结构的一12电缆。所有外线电缆均采用稳定的聚乙烯外护套。
(2)延长放大器
由于光接点服务区都不太大,采用手动增益控制放大器(MGC)能够满足使用要求。延长放大器按使用的模块不同,有推挽放大器和功率倍增放大器延长放大器一般应选用双模块功率倍增放大器。
4、双向放大器上下行通道结构
双向放大器总体上由正向放大通道、反向放大通道、分波器、混合器、稳压电源组成。
正向放大通道由前置衰减器和均衡器、一级放大模块、级间衰减器和均衡器、二级放大模块组成。
反向放大通道由反向放大模块、衰减器和均衡器组成。
5、设计计算公式
(1)放大器输出信号的载噪比与噪声系数的关系:
C/N=Si-NF-2.4
式中:Si为放大器输入电平
NF为放大器的噪声系数
(2)放大器级联后的载噪比(各级放大器工作状态相同)
(C/N)n=(C/N)1-10Lgn式中:n为级联数
(3)放大器的C/CTB取决于放大器的输出
电平,输出电平增加ldB时,C/CTB下降2dB。
(4)放大器级联后的C/CTB(各级放大器工作状态相同)
(C/CTB)n=(C/CTB)1-20Lgn
式中:n为级联数
5.5用户分配网络
1住宅建筑(楼房)用户分配网的组成作为住宅小区网中的分配系统,主要包括用户分配放大器(即楼头放大器)、同轴电缆、分支分配器、用户终端。
2用户分配网使用的设备
(1)双向用户分配放大器
采用双模块功率倍增型或双模块推挽型。
(2)分配器和分支器
分配器和分支器都是无源网络设备,其主要功能为既对下行信号进行功率分配,对上行信号进行汇集。
分配器是将下行信号均匀分成几路,在下行通道中起分路作用。常用的有二分配器(分两路)、三分配器(分三路)、四分配器(分四路)、六分配器(分六路)。
分支器是将下行信号不均匀分成几路,输出信号有主路输出和分支输出。主路输出衰减小,可持续进行再分配。分支输出有一系列的衰减量,供信号分配时选用。同时,将主路输出端和分支输出端的反向回传信号进行汇集。常用的有一分支器、二分支器、三分支器、四分支器、六分支器。
分配器的主要性能指标
A、分配衰减:指分配器的输人端的输入电平与输出端的输出电平的差值。分路越多的分配器,分配衰减越大。
B、相互隔离:指分配器的各输出端之间的隔离度。相互隔离表征了分配器各输出端相互影响的程度。相互隔离数值越大,相互影响越小。
C、端口阻抗与反射损耗
有线电视系统中的所有设备均采用75欧姆端口阻抗。反射损耗是表征各种设备的端口阻抗匹配的程度。反射损耗的数值越大,表示阻抗匹配越好。
分支器的主要性能指标
A、分支衰减:是指分支器的输入端输入电平与分支输出端输出电平的差值。
B、反向隔离:是指分支器的分支输出端与主输出端之间的隔离度。反向隔离表征了分支器的分支输出端与主输出端之间相互影响的程度。反向隔离越大,相互影响越小。
C、插入损耗:是指分支器输入端的输人电平与主输出端输出电平的差值。分支器的分支衰减越小,其插入损耗越大。