配套课件-有线数字电视技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,1,章 绪 论,1.1,有线电视技术的发展历程,1.2,有线数字电视的优点,1.3,有线数字电视的发展趋势,1.1,有线电视技术的发展历程,有线电视是利用高频电缆、光缆、微波等传输介质，在一定的用户中进行分配和交换声音、图像及数据的电视系统。其主要特点是以闭路传输方式把电视节目传送给千家万户。,有线电视技术的产生和发展离不开现代科学技术的孕育和催生。,1949,年，美国俄勒冈州的阿斯特利亚镇为了解决电视阴影区居民收看电视的困难，在山顶上架设了增益高的大型天线，通过电缆把天线接收下来的信号传输到居民区，分配给用户，这就是最早的共用天线系统,(MATV),，这种方式一直沿用至今。随着城市建设的逐步发展，高层建筑物越来越多，对电视信号形成遮挡，加之各类电波的干扰，致使,MATV,的发展受到限制。另一方面，随着人们对文化、教育和信息等方面需求大幅度的提高，大家不再满足于当地电视台开路播放的电视节目，而是期望实现高质量、多频道、多功能的电视传播，面对电视大众新的更高的需求，共用天线系统已无法适应新的形势。换言之，共用天线系统作为有线电视系统的初始阶段的历史使命已经完成。大众需求促进了技术进步，技术进步使有线电视跨出了共用天线阶段，步入了有线电视的闭路电视阶段。这一阶段通常被人们称为有线电视的开路电视阶段。,CATV,闭路电视阶段在技术上的主要特点是以电缆传播方式为主的公寓、办公大楼、小型住宅区、大型企业或城域网络，所以闭路电视又称为电缆电视系统。电缆电视系统有效解决了电视节目的传输质量和节目数量的增加，并在,20,世纪,60,70,年代得到全面发展。电缆电视采用了邻频传输技术，提高了频带利用率，增加了频道容量，同时采用了电平控制技术，提高了信号传输的质量。它是在有线电视台、站配备前端设备，并用同轴电缆做干线传输，以闭路的方式组建电视台网，其规模小到几十户，大到上万户。中小型有线电视网通常采用电缆传输方式，而大型有线电视网在体制和结构上已从电缆向光缆干线与电缆网络相结合的,HFC,形式过渡。,有线电视网络技术发展的第三个阶段为有线网络电视阶段。有线网络电视的发展是伴随着微波技术、卫星电视技术和光纤传输技术的发展而同步进行的。,20,世纪,80,年代，采用多路微波分配系统、光纤传输代替同轴电缆进行干线和超干线传输的方式进入实用阶段，使有线电视的网络结构更为合理，规模更加扩大，使大范围布网成为可能。有线电视由单向传输模拟电视节目向双向传输多功能综合业务方向发展已成为信息社会的必然趋势。电信网、有线电视网和计算机数据网的“三网合一”是信息社会发展的需要。,随着光纤技术逐步引入网络主干网，使网络带宽的瓶颈转移到网络最后,1000,米范围的用户接入系统。相比之下，采用同轴电缆分配结构的有线电视分配网要比采用铜绞线的电信接入网更具有优势。,HFC,结构的有线电视网，其数据传输速率是目前采用,ADSL,或,N-ISDN,接入方式的电信网的,20,200,倍，且传输距离长，运行成本低。因此近几年来，有线电视网的宽带特性备受关注，使得在国外有多个电信业巨头不断出资并购有线电视网。总之，,CATV,网络以其实用性、经济性、技术性和先进性，不仅在国外，而且在国内仅仅用了十多年时间，就已发展和形成了一个巨大的产业。为了适应数字电视广播或未来高清晰度电视广播的传输要求，并满足不断增长的数据业务对网络带宽的需求，有线电视系统的数字化势在必行。,有线数字电视阶段又称数字有线网络电视阶段，它是有线电视技术发展的高级阶段，是先进的有线电视系统。有线数字电视汇集了当代电子技术许多领域的新成就，包括电视、广播、微波传输、数字通信、自动控制、遥控遥测和电子计算机技术等，而且还将与“信息高速公路”紧密地联系在一起。卫星传送与地面有线电视覆盖的星网相结合的结构模式不仅成为,21,世纪广播电视覆盖的主要技术手段，也将构成“信息高速公路”的基础框架。它将改变传统的信息传递模式，打破行业界限，做到统一规划，建立一个宽频带、高速率的公用信息网络，利用多媒体技术把计算机、电视机、录像机、录音机、电话机、电传机和游戏机等融为一体，进行文字、图像、音频、视频的多功能处理，将各种社会所需的信息服务业务纳入网络，从而给人们的工作、学习、卫生保健、商业购物和娱乐方式带来一次革命。,目前世界范围内通用的数字有线电视网结构为光纤同轴电缆混合网，即,HFC,网。该网既可以传输数字电视节目，也可以传输模拟电视节目，还可以传输数据，以及与,Internet,网相接。我国最早使用的数字电视系统是中央电视台的卫星加密频道。考虑到我国电视广播的主要传输方式是有线电视广播，如何充分利用有线电视的带宽优势和,HFC,双向传输网络使数字电视在有线电视网中得到充分应用，成为众多厂家都在考虑的问题。,人类已步入,21,世纪，这是个信息技术飞速发展的时代，其基本特征是数字化、网络化和信息化。纵观世界，各国都在提出自己的信息基础建设计划。美国在,1988,年就成立了“有线电视实验室”，由它来制定业界的标准。日本也于,2000,年,6,月成立了“日本有线电视实验室”，开始了制定标准的工作。为了进一步发展有线电视技术，从,2000,年,4,月起，日本开始了大容量有线电视传输技术、有线电视安全技术和双向传输技术的研究开发。我国的有线电视经历了,30,余年的发展，已经成为世界第一有线电视用户国。我国的有线电视网络覆盖率达,52%,，入户率达,27%,，它已成为国家主要的信息基础网络之一。当前，我国的有线电视正在向数字化、多功能化、产业化和全国联网的方向普及和发展。我国有线数字电视传输标准已经公布，该标准为大力发展有线数字电视奠定了坚实的技术基础。我国的数字电视广播得到各级政府、有线电视运营商、设备制造商、投资商的普遍认同，目前全国各有线电视台,(,网,),都已开始了数字电视广播，他们在积极探索如何利用有线电视网开展数字电视业务，有线电视的数字化改造和整体转换已拉开序幕并取得了巨大成功。据统计资料显示，,2005,年全国已有,49,个大中城市开通了数字有线电视，目前正向中小城镇纵深发展。,1.2,有线数字电视的优点,有线电视网之所以经过短短几十年就能够在国内外得以迅速发展，说到底是与其自身的优势分不开的。有线数字电视的主要优点如下：,(1),可以解决位于电视信号弱场强区和阴影区用户的电视接收问题，提高电视覆盖率。,(2),抗干扰，提高了图像的质量。,(3),增加了频道，可供给用户更多电视节目。一般一个大城市的电视台能发射七八套开路电视节目，中小城市的电视台能发射四五套电视节目，否则将会与邻近地区的电视台形成同频干扰。因此，仅靠开路传输电视节目，一个用户的电视机能够收到的电视节目是很少的。有线电视系统是一个独立系统，在系统内部传输的信号不受外界干扰，也不干扰其他系统的信号，因而最大限度地利用了频率资源。除国家统一的电视标准频道外，还可设立几十个增补频道，例如,550 MHz,的模拟系统可传,60,套节目。若采用先进的数字码率压缩技术，仅在一个频道内便可传输,8,10,套节目，因此，该系统可为用户提供几百套不同的电视节目。,(4),便于综合利用。有线电视最大的优点是可以实现综合利用。有线电视系统是一个大型的宽带网络，它把千家万户联系起来，我们不仅能在有线网络中传输电视节目，而且还可传送电话，包括可视电话及各种数据。随着有线电视向数字化方向发展，有线电视将能实现各种数字业务及交互式电视业务等新型服务方式，,CATV,网将成为多功能服务网。,由此可以看出，有线数字电视比有线模拟电视将显示出更多、更突出的优点，概括如下,:,(1),收视节目更多，内容更丰富。有线数字电视用户收视的节目更多，这有三个方面的含义：一是可收看常规电视频道的节目数大大增加；二是数字信号的比特流可以在一个传输频道内复接、交织，因而可使辅助信号或数据信号与视、音频信号一起被发射、传输、储存或处理，使原来的广播电视频道具有拓展综合信息广播的功能，增加了广播电视节目的多样性；三是数字业务、交互式电视业务专用频道的开播，用户由单纯的收视者变为积极的参与者，利用专用频道还可进行电话、计算机浏览等业务，也可以实现电视购物、电子银行、远程教育、,VOD,等新型有条件接收的交互式业务。,我国模拟电视的频道宽带是,8 MHz,，一个,8 MHz,电视频道可以传输,8,10,套数字电视节目,(,有线数字电视的调制方式为,64QAM),。也就是说，在不增加模拟信号频道的情况下，可以开展视频点播,(VOD),及其他多媒体业务。另外，有线数字电视的节目源更为丰富，除了可以转播当地电视台开路发送的电视节目、卫星电视节目及其他有线电视台或企事业单位的有线电视节目外，也可以转播光碟、计算机硬盘、互联网等媒介上的娱乐、特技或解说的内容，使节目内容丰富多彩。数字电视在信号源编码方面已有统一的国际标准，因此有线数字电视信号源进行国际间的交流更为方便、快捷。,(2),图像质量更好，伴音更为悦耳动听。众所周知，有线电视由于采用闭路方式传输信号，因此使图像质量大大优于开路收视无线电视信号的图像质量。即使用普通彩色电视机收看，有线数字电视信号的图像质量也会更好,(,一般会提高一级,),。特别是在传输高清晰度的数字电视信号后，配合高清晰度的彩色电视机，可使用户真正观看到宽屏幕电影般的艺术效果；数字电视信号本身的技术特点，如无噪声积累，不怕干扰，无幅度失真等，再加上闭路传输方式，较为彻底地解决了图像重影、干扰等影响图像质量的诸多因素，从而使高清晰度的信号源能够高质量地传输到客户端。,数字电视信号的伴音质量本身就远远高于模拟电视，与,CD,音质等同。特别是高清晰度数字电视的伴音为,5.1,声道，加上有线电视优越的传输条件，为用户身临其境地聆听优美的电视伴音提供了条件。,(3),频道资源的利用更为充分。频谱资源是有限的，对于无线传输的电视频段有着严格的划分。我国的无线电视台、转播台通常采用隔频发射方式，或,VHF,频段覆盖范围靠近的两个电视台、转播台的工作频道彼此之间至少要隔一个频道，,UHF,频段要隔六个频道。例如，在北京地区中央电视台第一套节目安排在,VHF,频段的,2,频道，北京电视台第一套节目安排在,VHF,频段的,6,频道，中央电视台第二套节目是,8,频道，中央电视台第三、第五套节目分别在,15,、,33,频道，北京电视台第二、第三套节目分别在,21,、,27,频道。除此之外，各电视台、转播台的铁塔高度和设备的发射功率、天线形式都必须严格遵守国家的统一规划。显然，在这样的工作方式下，其频率资源不能得到充分利用。有线电视采用闭路传输，其信号不会对空间电波形成干扰，因此，不仅可以采用邻频传输，而且可以启用无线传输留给其他邻域的频段，即所谓的增补频段，使每个频段都可用来传输电视节目，从而使频谱资源得到充分利用。,目前，我国有线数字电视信号釆用的调制方式一般为,64QAM,，可在一个,8 MHz,的模拟信号带宽内传送,8,10,套数字电视节目，从而使频谱的利用率提高到一个新的水平。顺便指出，随着有线电视系统的快速发展，同轴电缆的性能不断提高，尤其是光纤的大量应用，使网络带宽得到迅速提高，,5 MHz,1 GHz,的带宽越来越受到重视，它为开展多种业务提供了非常富裕的频谱资源。,(4),双向服务与多功能业务的开展成为可能。随着有线数字电视频谱资源的开发，可使用频道的大量增加和一系列新技术的应用，在有线电视网上进行增值业务和扩展业务的开发成为可能。例如，把有线电视工作频段划分出一些作为上行传输专用频段，开展双向服务，利用图像与声音的回传，用以实现电视会议、远程教育、远程医疗、可视电话、电视购物及视频点播等。,VOD,就是有线电视台提供的节目单，用户可以从中选择自己喜爱的节目进行点播。,VOD,改变了各类节目都必须按照电视台安排的时间顺序收视的被动方式，使用户可以依据自己的时间灵活安排收看。另外，利用有线电视双向传输功能，还能把图像、语言、数字、计算机技术综合成一个整体,(,即多媒体,),进行信息交流。有线电视在监控、防火、防盗和报警等方面也能为广大用户带来新的服务项目。可以预计，有线数字电视将成为国家一个新兴的高科技的网络媒体，将成为社会经济及人们日常生活中的一个新亮点。,(5),有线数字电视使电视信号的有条件接收变得更为容易。我国传统的有线电视是直接接入用户电视机的，这一方面使管理部门收取维护费用相当麻烦，另一方面也无法向不同的用户群提供优质的收费节目服务或提供特定收看内容。在模拟电视信号中实现加扰、解扰或加密、解密等有条件接收，在技术上难度较大，弄不好还可能对电视图像造成干扰，甚至影响图像质量。而在数字电视中这些问题的解决变得相对简单，甚至可以在软件上进行处理，真正实现有线电视的有条件接收，在管理上也由被动的局面变为主动服务。,1.3,有线数字电视的发展趋势,在迎面而来的广播电视数字化大潮的推动下，数字技术将在有线广播电视、地面广播电视和卫星广播电视中得到全面的应用。同时，有线、卫星和地面电视广播等各种传输媒体的全面竞争也将更加激烈。所谓“全面竞争”，这其中包括业务的竞争、传输方式的竞争和服务的竞争。其中作为“潮头”的有线广播电视，要充分利用现有的用户资源和网络优势，开展适合于有线电视的新业务，使有线广播数字电视能在广播电视数字化这场革命大潮中不断发展和壮大。,在从模拟电视向数字电视的过渡阶段，有线电视网主要将从模拟窄带网发展为宽带数字网，传输媒介以光纤为主，发展数字有线电视。在我国，目前有线电视的发展主要体现在以下方面：,在节目源方面，实现,C,波段卫星电视向,Ku,波段转变，从线性编辑到非线性编辑过渡；,采用,MPEG-2,数码压缩技术，,8 MHz,内传送,4,8,套节目，并从,2008,年起推广具有我国自主知识产权的,AVS,压缩编码技术；,采用,IP,和,SDH,网络标准，实现从模拟向数字过渡的行政区域联网及全国联网；,采用数字或模拟加扰，实现有线电视付费收看；,开展综合业务，如会议电视，点播世界广播节目，数字音频广播,(DAB),，数据广播，图文电视，计算机联网，家庭购物，金融股市信息查询，远程教学，远程治疗等。,进入,20,世纪,90,年代以后，广播电视的全面数字化和因特网的迅速发展对有线电视形成了有力的挑战，同时也给有线电视的发展带来了千载难逢的机遇。全球在广播电视数字化方面，美国因其科技与经济实力而走在发展的前列，除此以外，许多先进的国家如德国、西班牙、澳大利亚、英国、日本也相继制定了自己的数字电视发展规划。面对崭新的形势，有线广播电视的发展机遇在于数字技术和业务服务的引进。其中，数字技术可以使本来已经很宽的有线电视网增加更多的服务空间，而数据服务则可以使有线电视网真正走进信息基础设施的行列。数字化能够充分挖掘有线电视的双向传输能力，真正实现宽带高速接入，使有线电视网络在,21,世纪的信息时代与广大用户更紧密地连接在一起。,展望未来，有线电视的数字化决不仅仅是个产业的问题，它还有着更丰富的内涵，这就是多媒体时代将随着有线电视的数字化进入千家万户。大家知道，因特网的出现标志着网络媒体时代已经到来，网络媒体的最大优点是高速的交互式媒体，以极低的价格和方便的形式为最基本的用户服务。它既不同于传统的报纸媒体和广播媒体这些单向媒体，也不同于目前的因特网。网络媒体的出现使传统媒体由“被动观众”变成“主动用户”,(,互动用户,),，网络媒体的互动用户有充分的表现主体意识的主动空间，因此具有更大的吸引力。此外，网络媒体的出现不仅会启动一个巨大的产业，而且“数字生活”会引起巨大的社会观念和社会文化的变革，其影响无论怎样估计都不为过。但是，因特网不是网络媒体的主体，今后的网络媒体中占主导地位的是经过改造后的有线电视网。有线电视的宽频带的特性可以解决因特网存在的若干方面的缺点，如用户的交换速率低，对文化的要求高，信息离散性太大，使用费用太高等不利于普及的问题。因为因特网无法面向基本的社会群众，对这一点，,IT,界的业内人士都看得很清楚，所以才要努力进入有线电视领域。,针对有线电视数字化发展的机遇和挑战，世界各国有线电视界都在积极应战，都在采取促进技术和业务发展的务实措施。这些务实措施首先是对已有的有线电视基础网络的改造，许多国家花巨资进行光纤传输网络和现代,HFC,网的改造，使得有线电视的光节点尽量靠近家庭；其次是在业务开展方面，完善有线电视节目的分层体制,(,即基本类、付费类和点播类业务,),，通过数字技术的引入，为用户提供上百套的数字电视节目和宽带多媒体业务；第三是在网络运营管理上，在有线电视用户家中普遍采用机顶盒进行有线数字电视节目的收费管理，使有线电视网成长为集约型的经营实体。目前在美国等先进国家，有线电视公司和电信公司都在开发高速入户数据服务，全球知名的计算机公司如微软，电信公司如,AT&T,等也纷纷把眼光投向了引领潮流的数字有线电视。,第,2,章 模拟有线电视技术基础,2.1,有线电视技术的基础知识,2.2,模拟有线电视网络的基本组成,2.3 CATV,网络系统常用设备、器件、器材及部件介绍,2.1,有线电视技术的基础知识,2.1.1,电视频道的频带宽度,众所周知，要使多套电视节目同时在空间或同一条电缆中传送，必须将它们分别调制到不同频率的高频载波上，这样电视接收机才能通过将高频头调谐到不同的频率来实现每一套节目的正确接收。也就是说，不同的电视节目在传送时必须被安排到一个个不同的“频道”上。由于无线电频率资源有限，不可能给一个电视频道太宽的频带，因而地面电视广播中视频信号的调制都采用残留边带调幅,(VSB-AM),方式，而卫星电视则采用调频方式。,让我们回顾一下,VSB-AM,高频电视信号的形成过程，如图,2-1,所示。所谓残留边带调幅，即是用普通的双边带调幅方式，把带宽为,6 MHz,的视频信号调制到图像载频,v,上，得到带宽为,12 MHz,的双边带调幅信号，再让该双边带信号通过一个残留边带滤波器，把下边带的绝大部分滤去，最后保留上边带的全部及下边带的少部分信号。同双边带传送相比，残留边带传送方式所占用的频带要小得多，只有上边带的,6 MHz,，加上下边带的,1.25 MHz,，共计,7.25 MHz,。再加上给伴音信号留的,0.5 MHz,的带宽,(,伴音副载波的频率为,v+6.5 MHz),，一个频道只需,8 MHz,，因为把,12 MHz,带宽减少到了,8 MHz,，所以可容纳更多的频道。当然，若采用单边带传送，即把下边带全部去掉，则频带会更窄，也不会失去视频信号中的任何信息，但这种方式失真大，对滤波器的要求高，技术上较困难。,图,2-1 VSB-AM,高频电视信号的形成示意图,2.1.2,地面电视广播的频道配置,地面电视广播能够使用的无线电频率主要有,48.5,108 MHz,，,167,223 MHz,，,470,566 MHz,，,606,958 MHz,四个频段。我国规定的开路电视频道的具体配置方案见表,2-1,。,从表,2-1,可以看出，我国原来规定的开路电视频道一共有,68,个，但第,5,频道与调频广播使用的频段重叠，一般不再使用。目前，广播电视实际使用的频道只有,47,个,(1,4,，,6,48),，其中每个频道的带宽都是,8 MHz,，其频率范围由,v,-1.25 MHz,到,v,+6.75 MHz,，其中,v,是图像载波频率，而伴音副载波频率,a,比图像载波频率高,6.5 MHz,。表,2-1,中的,1,12,频道属于甚高频,(VHF),频段，,13,68,频道属于特高频,(UHF),频段。此外，还有专用于调频广播的频段，其频率范围为,87,108 MHz,。综合开路电视与调频广播的频率分布可知，在,VHF,频段，可分成三个部分：,V,频段为,1,4,频道，频率范围为,48.5,84 MHz,，但,3,、,4,频道之间有,3.5 MHz,的频率间隔,(,主要是为了避开电视中频,38 MHz,的二次谐波干扰,),。在,V,频段，有,6,12,频道，频率范围为,167,223 MHz,；调频广播则位于,V,和,V,之间。在,UHF,频段，则分成两个部分：,U,频段为,13,24,频道，频率范围为,470,566 MHz,；,U,频段为,25,68,频道，频率范围为,606,958 MHz,。所有这些频道的序号都是连续排列的，但其中某些序号相邻的频道的频率却相差很多,(,如,CH12,与,CH13),。这,68,个频道的频谱分布如图,2-2,所示。,图,2-2,电视频道的频谱分布图,2.1.3,有线电视系统的频率划分和频道配置,早期的有线电视系统完全是地面开路电视的公共接收系统，因而当时的有线电视系统中采用的频道配置方案也完全照搬了开路的频道设置，这就是当时的所谓“全频道系统”。随着有线电视的发展，全频道方案已经不能满足要求，人们开始寻求一种更能体现有线电视特点的方案。,在能体现有线电视特点的方案中，除需考虑到与开路电视的兼容，即把开路的频道设置完整保留,(,称为有线电视的标准频道,),外，还要开发利用有线电视独有的可用频道,(,称为有线电视的增补频道,),。从图,2-2,中可以看出，在调频广播与,6,频道之间有,59 MHz,的间隔，在,12,频道与,13,频道之间有,247 MHz,的间隔，在,24,频道与,25,频道之间有,40 MHz,的间隔。这些频率被分配给邮电、军事等通信部门,(,例如，我国寻呼机全国联网与区域联网的频率为,152.650 MHz,、,151.350 MHz,及,150.725 MHz,等,),，开路电视信号不能采用，否则会造成电视与通信的互相干扰。由于有线电视系统是一个独立的、封闭的系统，一般不会与通信造成互相干扰，因此可以采用这些频率来扩展节目的套数，这就是有线电视系统中的增补频道。,在,5,频道和,6,频道之间，除调频广播外，还有,59 MHz,的间隔，可以传,7,套电视节目，我们选择,111,167 MHz,这个范围，并分别命名为增补,1,频道增补,7,频道；在,12,频道和,13,频道之间有,247 MHz,的间隔，也可以增加,30,个增补频道，分别命名为增补,8,频道增补,37,频道；在,24,频道和,25,频道之间有,40 MHz,的间隔，可以增加,5,个增补频道，分别命名为增补,38,频道增补,42,频道。,这样，对于单向有线电视系统而言，,300 MHz,的邻频系统拥有,28,个频道资源,(12,个标准频道，,16,个增补频道,),，即如果系统的最高传输频率为,300 MHz,，则最多可以传送,28,套模拟电视节目；,450 MHz,的邻频系统拥有,47,个频道资源,(12,个标准频道，,35,个增补频道,),，或者说,450 MHz,邻频系统的系统传输容量为,47,个频道；同样，,550 MHz,邻频系统的系统容量为,59,个频道,(22,个标准频道，,37,个增补频道,),；,750 MHz,邻频系统的系统容量为,84,个频道,(42,个标准频道，,42,个增补频道,),；,862 MHz,邻频系统的容量为,98,个频道,(56,个标准频道，,42,个增补频道,),。在双向有线电视系统中，由于同轴电缆分配网实现双向传输时只能采用频分复用的方式，因此系统中必须考虑上、下行频率的分割问题。,过去，为了确保下行的频率资源得到充分利用，我们通常采用“低分割”方案，即,5,30 MHz,上行，,30,48.5 MHz,为过渡带，,48.5 MHz,以上全部用于下行传输，频道资源可以得到最充分的利用。随着有线电视综合业务的逐渐开展，“低分割”方案的上行带宽已经显得越来越不够，可能出现“信道拥塞”的情况；另外，上行信道在频率低端严重的噪声积累现象使该频段的利用也受到了限制，进一步凸现了上行带宽的不足。于是，双向系统需要考虑采用上、下行频率的“中分割”方案，才可能真正开展双向业务。行标,GY/T106-1999,规定，上行频率范围为,5,65 MHz,，过渡带为,65,87 MHz,，这样，下行传输便只能从,87 MHz,开始，原来的,DS1,DS5,频道只好忍痛割爱了。因此，,750 MHz,双向系统所拥有的下行频道资源实际上应为,79,个频道,(37,个标准频道，,42,个增补频道,),；,862 MHz,的双向系统所拥有的下行频道资源实际上应为,93,个频道,(51,个标准频道，,42,个增补频道,),。详细的频率分割和频道配置方案见表,2-2,和表,2-3,所示。,2.1.4,电磁波传输的基本概念,1,电磁波的基本概念,无线电系统,(,例如广播、通信、电视,),都是利用电磁波来传递信息的。在广播电视系统中，必须首先将视频信号调制在高频载波上，然后把调制后的高频,(,射频,),电视信号放大，并通过发射天线转换为电磁波辐射到空间，传播到四面八方的电视用户那里。当把高频电流送入天线导体时，高频电流在导体周围产生变化的磁场，变化的电场和磁场便以馈电导体为中心，以周围的空气为媒介向远处传播，这种传播具有波动特性，所以称为电磁波。在自由空间里，电磁波的电场方向与磁场方向是互相垂直的，且朝着与电场和磁场都互相垂直的方向传播。如图,2-3(a),所示，电磁波的电场方向为,x,轴，磁场方向为,z,轴，电磁波的传播方向为负,y,轴，该图进一步说明了电磁波传播的基本原理。,极化是电磁波的一个重要概念。电磁波在空间传播时，电场矢量和磁场矢量在空间具有一定的取向，这种现象就称为电磁波的极化。通常我们以电磁波的电场矢量的方向作为波的极化方向，在此方向上电场强度最大,(,在垂直于传播方向的平面上，由电场矢量端点的轨迹呈线状、圆形或椭圆形，极化可分为线极化、圆极化、椭圆极化,),。在工程上，通常以大地作为参照标准平面，把电场方向与大地平面相平行的电磁波称为水平极化波，如图,2-3(a),所示；把电场方向与大地平面相垂直的电磁波称为垂直极化波，如图,2-3(b),所示。,图,2-3,电磁波的传播及电磁波的极化,电磁波在真空和大气中的传播速度近似于光速，即,300 000 km/s,。电磁波相邻两对应点,(,如同一相位的波腹,),的空间距离为电磁波的波长，其速度,v,和波长,之间的比值为电磁波的频率,f,，三者之间的关系为,因此，可以按波长和频率对电磁波划分波段，不同的波段，用途也不同。根据电磁波理论，只有当天线的几何尺寸大到可以和电磁波波长相比拟时，天线才能有效地辐射电磁波。受实际天线尺寸的限制，电磁波发射必须提高到高频频段。,2.,电磁波的波段划分,随着科技的发展，作为一种自然资源，电磁波的应用频率范围已十分宽广。国际上把电磁波的整个频率范围划分为许多波段，各波段的频率范围、对应的波长和波段名称见表,2-4,。,3.,电磁波的发射和接收,在广播电视系统中，天线是实现高频电流,(,或电压,),与电磁波相互转换的装置。天线可分为发射天线和接收天线。发射天线是将高频电流,(,或电压,),转换为电磁波并向空间传播出去；接收天线则是将空间接收到的电磁波转换成在传输线中传输的高频电流,(,或电压,),。因此，无论发射天线还是接收天线，都属于能量变换器，具有可逆性，即一副天线既可以作为发射天线使用，也可以作为接收天线使用，且参数保持不变。,电磁波的极化方向取决于发射天线的放置方向。当发射天线平行于地面放置时，电磁波中的电场方向也平行于地面，所辐射的电磁波就是水平极化波；当发射天线垂直于地面放置时，电磁波中的电场方向也垂直于地面，所辐射的电磁波就是垂直极化波。因此，在接收端，为了接收到较强的电磁波，接收天线的放置方向必须与发射天线放置的方向一致。当电磁波为水平极化波时，接收天线应水平放置；当电磁波为垂直极化波时，接收天线应垂直放置。,2.1.5,高频传输线的基本概念,1.,传输线,传输线是有线传输电磁波的传输媒体。,CATV,系统就是用同轴电缆等作为传输线，把各种设备、部件连接起来而构成的电视信号传输系统。,CATV,系统中传输的是高频信号，它所采用的传输线是高频传输线。高频电磁波在自由空间传播过程中，沿传播途径的分布具有波动性。同样，高频电磁波在传输线中传播的过程中，当传输信号频率较高，其波长可以与传输线的长度相比拟时，例如传输线的长度等于信号波长，或等于一个波长，则传输线就成为了“长线”，在某一瞬间的传输过程中，传输信号的电压,(,电流,),将沿线起伏分布，即呈现“波动状态”。,由于电压,(,电流,),起伏分布，也就是说传输线的特性参数需采用分布参数来描述，因此一般表示为分布电阻,R,、分布电感,L,、分布电容,C,和分布电导,G,。在无限长的传输线中，这四个特性参数如果能保持处处相等，则这样的传输线称为均匀传输线。在这四个特性参数中，分布电感,L,、分布电容,C,表征传输线存储磁能和电能的作用，分布电阻,R,、分布电导,G,表征传输线对所传能量的损耗。对于分布电阻,R,、分布电导,G,引起能量损耗大而不能忽略的传输线，称为有损传输线，而能量损耗可以忽略不计的传输线称为无损传输线。,在运用传输线的过程中，因其终端所接负载不同而呈现以下一些重要特性：,(1),所接负载等于传输线的特性阻抗，在无限长的传输线的任何一点的输入阻抗,Z,i,等于特性阻抗,Z,c,，这时传输线只有入射波而无反射波，使传输呈行波状态，输入的能量全部为负载吸收。,(2),当传输线终端短路,(,称为短路线,),时，其输入阻抗随长度发生以下变化：,(3),当传输线终端开路,(,简称开路线,),时，其情况与上述短路线情况相反。,(4),当传输线接任意负载时，其输入阻抗,Z,i,一般呈复数阻抗，在传输线上既有入射波又有反射波，两个分量相叠加形成分布电压,(,或电流,),曲线。只有在电压波峰或电压波谷点，输入阻抗,Z,i,才呈现为纯电阻。,2.,阻抗匹配,我们知道，当信号源的内阻抗等于负载阻抗时，负载可获得信号源最大功率值。这种情况称之为阻抗匹配。阻抗匹配是实现信号源供给负载最大功率的条件。高频信号在传输线上是以波的方式传播的，但阻抗匹配时，传输线上只有入射波而没有反射波，此时电压,(,电流,),沿线分布为行波状态。入射波在传输线各处的电压幅度相等。,2.1.6,分贝比与电平的概念,1),分贝比,在有线电视系统和卫星接收系统中，各点的电压和功率相差很大。例如，从电视接收天线上得到功率的数量级可小到,10,-2,W,，而高输出放大器的输出功率却能达到,10,4,W,，两者相差,100,万倍，在卫星接收系统中，这个差别甚至可以达到,100,亿倍。这样大的差别，要用乘除法来计算其中某一级的增益、衰减等很不方便。为了简化这种运算，人们采用分贝比来表示系统中两个功率,(,或电压,),大小的区别，这不仅简化了数字表示方法，而且原来需要用乘除法的地方改为加减法来计算，用起来非常方便。,设某四端网络的输入功率为,P,1,，输入电压为,U,1,，输入阻抗为,Z,1,，输出功率为,P,2,，输出电压为,U,2,，输出阻抗为,Z,2,，如图,2-4,所示。,图,2-4,四端网络示意图,这时，输出、输入功率比,P,2,/,P,1,可能是一个很大的数,(,例如,1 000 000),，电压比就更大了,(,为,1 000 000 000 000),，使用起来很不方便。若将这个功率比取对数，变为,lg(,P,2,/,P,1,),，则为一个较小的数,6,，显然要方便得多。人们定义这个对数的单位为贝尔，于是，可以说该四端网络的功率增益为,6,贝尔。但在实际中发现，贝尔这个单位太大，例如当功率比为,2,时，用对数来表示的增益仅为,0.3,贝尔，使用起来也不方便。因此，就把贝尔的十分之一作为一个新的实用单位，称之为分贝,(,用,dB,来表示,),。,两个功率,P,2,和,P,1,的分贝比定义为,其单位用分贝,(dB),来表示。利用分贝比可以表示有线电视系统的增益、衰减、交调比、互调比、载噪比等。例如，功率放大倍数为,10 000,的放大器的增益，用分贝比来表示为,将一个功率,P,1,均分成两份的理想分配器，则每一路输出功率为,P,1,/2,，用分贝比来表示，该分配器的衰减为,因为有线电视系统的输入、输出阻抗都为,75,，,Z,2,=,Z,1,，利用公式,所以电压比可用分贝比表示为,2),电平当需要表示系统中的一个功率,(,或电压,),时，不能用分贝比，而可利用电平来表示。系统中某一点的电平是指该点的功率,(,或电压,),对某一基准功率,(,或基准电压,),的分贝比，即,显然，基准功率,(,即,P,=,P,0,),的电平为零。对同一个功率，选用不同基准功率,P,0,(,或基准电压,U,0,),时所得电平数值不同，故后面要加上不同的单位。,若以,1 W,为基准功率，则功率为,P,时对应的电平为,10 lg(,P,/1 W),，单位记为分贝瓦,(dBW),。例如功率为,1 W,时，电平为,0 dBW,；功率为,100 W,时，电平为,20 dBW,；功率为,100 mW,时，对应的电平为,已知系统中某点的电压，也可用,dBW,来表示该点的电平。例如某输入端的电压为,100 mV,，系统的输入阻抗为,75,，则其输入功率为,对应的电平为,若以,1 mW,为基准功率，则功率为,P,时对应的电平为,10 lg(P/1 mW),，单位记为分贝毫瓦,(dBm),。例如功率,P,为,1 W,时，电平为,30 dBm,；功率为,1 mW,时，电平为,0 dBm,；功率为,1W,时，电平为,-30 dBm,；电压为,1 mV,时，对应的功率为,对应的电平为,若以,1 mV,作为基准电压，则电压为,U,时对应的电平为,20 lg(,U,/1 mV),，单位记为分贝毫伏,(dBmV),。例如电压为,1 V,时，对应的电平为,60 dBmV,；电压为,1 V,时，对应的电平为,-60 dBmV,；功率为,1 mW,时，电压为,对应的电平为,若以,1 V,为基准电压，则电压为,U,时对应的电平为,20 lg(,U,/1 V),，单位记为分贝微伏,(dBV),。例如电压为,1 mV,时，电平为,60 dBV,；电压为,100 mV,时，电平为,100 dBV,；功率为,1 mW,时，电压为,对应的电平为,电平的四个单位,dBW,、,dBm,、,dBmV,、,dBV,之间有一定的换算关系。表,2-5,所示为左边的原单位变换为上边的新单位时需要增加的数值。利用表,2-5,可以方便地把电平由一种单位转换为另一种单位。例如要把,115 dBV,转换为其他单位表示，可利用表中最后一行：转换为,dBW,时用第一列数,-138.75,，即用原来的数加,-138.75,，得,-23.75,，说明,115 dBV,相当于,-23.75 dBW,。类似地，,115 dBV,相当于,115-108.75=6.25 dBm,，相当于,115-60=55 dBmV,。若把,dBmV,转换为其他单位，则应用第三行；若把,dBm,转换为其他单位，则应用第二行；若把,dBW,转换为其他单位，则应用第一行。,2.2,模拟有线电视网络的基本组成,2.2.1,概述,有线电视系统是一个复杂的完整体系，它由各种各样的具体设备和器件按一定的方式组合而成。从功能上来说，任何有线电视系统无论其规模大小如何、繁简程度怎样，都可抽象成如图,2-5,所示的物理模型，也就是说，任何有线电视系统均可视为由信号源、前端、传输系统、用户分配网四个部分,(,或称四个功能模块,),组成。,图,2-5,有线电视系统的物理模型,图,2-5,中，信号源是指提供系统所需各类优质信号的各种设备；前端则是系统的信号处理中心，它将信号源输出的各类信号分别进行处理，并最终混合成一路复合射频信号提供给传输系统；传输系统将前端产生的复合信号进行优质、稳定的远距离传输；用户分配网则准确高效地将传输信号分送到千家万户。,有线电视系统有多种分类方法，按用户数量可分为,A,类系统,(10,万户以上的系统,),、,B,类系统,(2000,10000,户的系统,),和,C,类系统,(300,2000,户