有线电视前端系统

第三章有线电视的前端系统第一节前端的作用、分类与功能第二节前端类型及其组成形式第三节常用邻频模拟前端设备第四节前端指标计算有线电视系统是由信号源、前端、干线传输、用户分配四个部分构成。一、前端的作用前端是在信号源与干线传输之间，是整个有线电视系统的信号处理中心（核心）。其主要作用是将来自信号源输出的各类信号（音频、视频和射频信号等）进行加工处理，使其满足邻频传输的要求，并转换为射频电视信号，最终混合成一路信号输出至干线传输系统，然后通过干线传输系统(同轴电缆、光缆或微波)和分配网络送至用户端。第一节前端的作用、分类与功能二、前端的分类及功能１、按处理的信号种类：模拟前端、数字前端、数据前端。我们主要讨论学习模拟前端，模拟前端的主要功能：调制、解调、频率变换、放大、电平控制与调整、混合等２、按频道配置和信号处理：隔频前端、邻频前端。为了节约频道资源，现在有线电视系统已全部采用邻频道传输方式，也就是频道相邻配置的传输方式。邻频道传输对前端的特殊要求：•（１）邻频抑制度≥６０dB（信号输入端）•（２）带外抑制度≥６０dB（信号输出端）•（３）V/A比可调：１７+３dB•（４）载波频率稳定度：+２０KZ•（５）陷波处理单频道中的图像载波、声音载波和彩色副载波的互调产物对邻频道的干扰必须陷波处理第二节前端类型及其组成形式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最大。其性能的好坏直接影响整个系统最终的收视效果。将电视调制器、频道处理器、频道放大器和多路混合器等设备以及供电电源全部安装在一个机箱(19英寸标准机箱，我国流行的结构)内，就构成了前端。根据组成、用途和功能，前端可分为直接混合型前端、多频段处理型前端、邻频前端和智能前端等多种类型。目前大中型模拟有线电视系统采用的是邻频前端。一.直接混合型前端（隔频系统）直接混合型前端是指将天线接收到的电视信号(指射频信号，视频、音频信号除外)不进行频率变换，而直接用馈线送入混合器。若有的频道信号太弱或太强，可以加天线放大器或衰减器，使信号达到合适的电平后再送入混合器。信号源若包括视频、音频信号(如卫星电视、自办节目等)，则需增加卫星电视接收机和电视调制器等设备。混合器的输出端还应加有宽带放大器。这种前端结构简单，便于安装调试和维修，传输频道较少，用于要求不高的小型非邻频传输系统。如图二.多频段处理型前端（隔频系统）多频段处理型前端也是一种只适用于小型非邻频传输系统的前端类型。这种前端以多频段放大器为核心，按VHFⅠ、VHFⅢ、UHF和FM四个频段分别进行简单的处理，分频段放大，最后混合成一路输出。能够传输的信号源有空间开路电视、卫星电视、调频广播和自办节目等。这种前端的性能优于前面介绍的直接混合型前端。如图三.邻频前端（邻频系统）邻频前端传输频道数目多，信号质量好，采用了符合邻频传输技术要求的信号处理方法（在中频上进行邻频处理），适用于大中型有线电视系统。它包括频道处理器、中频处理方式的电视调制器（进行邻频处理）、频道放大器、立体声调频器、混合器和导频信号发生器等设备，典型的邻频前端的组成如图空间开路电视信号(VHF、UHF射频信号)由天线接收，经带通滤波器滤除干扰，天线放大器放大，使信号达到合适的电平后，送入频道处理器转换成设定频道，然后送入多路混合器。开路电视信号也可以由天线接收后，先送入电视解调器变为视频、音频信号，再送入电视调制器转换为某一频道(VHF、UHF或增补频道)电视信号，这种处理方法虽然成本较高，但视频和音频信号便于控制、处理和监视，效果较好，在今后的前端中将会大量采用。总体构成：广义的解调+统一的邻频调制卫星电视节目经天线接收后，先由卫星电视接收机转换成视频、音频信号，再送入电视调制器调制到某一电视频道上，然后送入多路混合器。自办节目设备(如摄像机、录像机和激光唱机等)输出的视频、音频信号也送入电视调制器，转换成某一频道电视信号，然后送入多路混合器。导频信号发生器的作用是产生用于电缆干线放大器自动电平和自动斜率控制的基准信号。四、综合智能前端现代有线电视网络的基本组成模拟电视、数字电视、数据信号第三节常用邻频模拟前端设备前端是整个系统的中枢，它主要包括电视调制器、频道处理器、解调器、频道放大器、导频信号发生器以及多路混合器等设备，可根据不同的要求将它们组合在前端机柜里。一、电视调制器１、作用电视调制器的作用是将视频信号和音频信号转换成射频电视信号。调制器输入的视频和音频信号，通常来自摄像机、录像机、激光唱机、DVD机等自办节目设备，也可来自解调器、卫星电视接收机和微波接收机解调出来的视频和音频信号。调制器输出的射频电视信号通常送至多路混合器。如图２、组成与工作原理调制方式的不同，电视调制器可分为直接调制和中频调制两大类。直接调制方式是将视频和音频信号直接调制到所传输的频道载波上，一般用于电气性能要求不高的非邻频传输系统；而在邻频传输系统中，前端所用的高、中档调制器，通常采用中频调制方式。所谓中频调制方式（邻频调制器），是将视频信号调制成频率为38MHz的调幅图像中频信号，将音频信号调制成频率为31.5MHz的调频伴音中频信号，然后对中频信号进行各种处理（邻频处理），使其满足邻频传输的要求，最后通过上变频器，将中频信号变换为VHF、UHF或增补频段任一频道的射频电视信号。即视频和音频信号进行中频调制、中频处理、上变频为射频信号的过程。中频调制方式调制器的基本组成如图所示。３、中频调制方式调制器的特点和主要技术参数包括：（1）视频输入信号幅度和极性规定视频输入信号幅度为1VP-P，即视频信号的最大亮度电平与同步头电平之差为1V，正极性。（2）音频输入信号幅度规定为0dBmW，即1mW。按输入阻抗600Ω计算，为0.775V。（3）调制度调制度表示输出信号中有用信号功率所占比例，规定不低于87.5%。（4）频率准确度和频率稳定度频率准确度是在基准温度(+20℃)下器件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外界因素(温度、电压等)的影响引起偏移与标准条件下频率之差。规定VHF频段，频率准确度≤5kHz，频率稳定度≤20kHz。（5）图像、伴音载频间距规定为6500±5kHz。（6）图像、伴音带内平坦度图像电平带内平坦度要求为±1dB，伴音电平带内平坦度要求为±1.5dB(40Hz～10kHz)。•（7）图像、伴音功率比通常在10～20dB之间连续可调。•（8）带外寄生输出抑制为了避免任何一个频道的杂散输出对其他频道(包括相邻频道)的干扰，要求杂散输出电平比本频道图像载频电平低60dB以上，即带外寄生输出抑制≥60dB。•（9）信噪比视频信噪比≥45dB，音频信噪比≥50dB。•（10）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，规定DG≤5%。•（11）微分相位(DP)微分相位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相位变化，规定DP≤5o。•（12）色/亮时延差色/亮时延差是指视频信号中色度信号与亮度信号之间的时延差，规定≤45ns。•（13）射频输出反射损耗规定≥12dB(VHF)，≥10dB(UHF)。•（14）伴音失真度规定≤1%。•（15）60个调制器射频输出混合后，载噪比应≥60dB。•（16）输入输出阻抗规定输入输出阻抗都为75Ω。４、安装调试（１）伴音频偏调节（２）视频调制度调节（３）V/A图伴功率比调节（４）输出（电平）调节二.频道处理器１、作用频道处理器又称为电视信号处理器，其作用是将天线接收到的VHF和UHF频段空间开路电视信号，经过各种处理并变换到VHF、UHF或增补频段中任一频道上，即射频—射频变换，输出端通常与多路混合器连接。实际上它是一种功能更全、性能更好的带中频处理的频率变换器，一般用于大型复杂的邻频有线电视系统。（不同于隔频系统的频率变换器）空间开路电视信号虽然是射频信号，但不能将其直接引入有线电视系统，因为其不能满足邻频传输要求，例如：开路电视的图像伴音功率比(V/A)为10dB，而邻频传输系统要求17～20dB；开路电视发射机的邻频抑制大约为35dB，而邻频传输系统要求60dB以上；开路电视的图像、伴音稳定度不高。因此，开路电视信号必须经过频道处理器处理，才能进入有线电视系统邻频系统中的频道处理器都采用中频处理方式，由下变频器、中频处理器和上变频器组成。２、组成与工作原理频道处理器各组成部分的作用和特点如下•（1）下变频器即射频/中频(RF/IF)变换器，将开路电视信号变为中频电视信号，图像中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz。•（2）中频处理器对中频电视信号进行处理，使其满足邻频传输要求。包括：图像、伴音分通道处理，V/A功率比可调；采用声表面波滤波器，使邻频抑制达到要求；具有自动增益控制电路，使图像和伴音电平保持稳定；采用晶体振荡器作为本振源，以提高频率变换精度。具体可参见本书第一章第四节。•（3）上变频器即中频/射频(IF/RF)变换器，将中频电视信号变换到某一频道上，可以是VHF、UHF或增补频段。频道处理器的主要技术参数与电视调制器大致相同，可互相参照，例如邻频道抑制、带外寄生输出抑制、图像伴音功率比和输入输出阻抗等。３、安装与调试（１）V/A图伴功率比调节（２）输出（电平）调节参数指标与调制器相似（略）三.电视解调器电视解调器的作用是将输入的射频电视信号解调为视频和音频信号，与电视调制器的功能恰好相反。其输入信号大多为开路电视信号，输出的视频、音频信号送至电视调制器，配合完成频道处理器的功能。如图电视解调器的基本组成如图邻频系统使用的电视解调器的主要技术参数包括邻频抑制、信噪比、微分增益、微分相位、频率偏差、音频失真等。具体含义可参照电视调制器和频道处理器。四.多路混合器多路混合器的作用是将前端设备输出的多路射频电视信号混合成一路，并使各路信号相互隔离，送至同一根电缆进行传输，达到频率复用的目的。根据电路结构不同，混合器可分为两类：一类是宽带传输线变压器式，另一类是滤波器式。1．宽带传输线变压器式混合器宽带传输线变压器式混合器由分支器和分配器组成。分支器和分配器的频带能覆盖整个电视频段，因此混合器的每一路输入都是宽带的，不需要区分哪一个频道必须接入哪一个输入端，可以进行任意频道的混合，多用于邻频系统前端。其基本组成如图•宽带式混合器的主要优点是有较大的隔离和反射损耗，频道变化时无需调整，生产和使用都较为方便；缺点是插入损耗较大，且频道数越多损耗越大，为了补偿插入损耗，可在无源混合器基础上加装宽带放大器，成为有源混合器。•注意一点，宽带式混合器中的分支器和分配器的输入输出端要互换使用。2．滤波器式混合器根据频率范围，滤波器式混合器可分为频道混合器和频段混合器。频道混合器是将多个频道的射频电视信号混合成一路输出；频段混合器是将多个频段的射频电视信号混合成一路输出，例如VHF频段和UHF频段电视信号混合器。无论哪种类型，一般都由带通滤波器、高通滤波器和低通滤波器组成，其基本组成如图滤波器式混合器的主要优点是插入损耗小，抗干扰性能较强。缺点是调试难度大，必须根据系统具体使用频道分别进行调试，频道如有变化必须重新调试，不适合批量生产；相邻频道隔离度较差，不能用于邻频系统。3．混合器的主要技术参数包括插入损耗、相互隔离、带内平坦度、反射损耗、频率范围、输入路数等参数，具体含义如下：•（1）插入损耗混合器输入功率与输出功率之比，通常用dB表示。滤波器式混合器的插入损耗一般为2dB～4dB，宽带式混合器的插入损耗较大，且与混合的频道数目有关，8个频道的约为11dB，16个频道的约为15dB。•（2）相互隔离度衡量输入频道之间相互干扰程度的指标。理想情况下，混合器任一输入端加入信号时，其它输入端不应出现该信号，任一输入端有开路或短路现象时也不应影响其它输入端。但实际中总有一定的影响，在某一输入端加入一信号，该信号电平与其它输入端出现的该信号电平之差，称为相互隔离度，用dB表示。一般要大于20dB，邻频