有线电视网络技术综述

有线电视网络技术综述 中国有线电视经过二十多年的发展，从同轴电缆传输到光缆、电缆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，已日益接近国际先进水平，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。 一、有线电视系统性能指标及相关标准 1．基本概念 1）有线电视（Cable televition）：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（Bead end）：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（hub head-end）：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(Trunk feeder system)：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（optical link）：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）及其他必需的光器件（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人网。 9)光节点位her node)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（downstream transmiwssion path）：HFC网络的一部分，其信号在下行方向从前端或任何其他中心节点分配到用户的网络部分。 11）上行传输通道（upstream transmissionpath）：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他中心节点的网络部分。 12)系统输出口(System outlet)：连通用户线和接收机引人线的接口装置。 13）双向用户端口（two-waysubscrider port):用户室内的可向下传输信号和向上传输信号的双工接人端口。 2.性能定义 l）图像载波电平：在7552终端上调制包络峰处（同步头）的图像载波电压的有效值，以dBpv表示。 2）伴音载波电平：在75,12终端上无调制声音载波电压的有效值，以dBpV表示。 3)载噪比(C／M: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－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作为相互隔离，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人的干扰，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，在用户端可以注人的最大上行电平值。 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。下行图像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等于上行信号电平（双向通信设备上行射频接收端口）减上行汇集噪声电平（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：当某用户端引人强干扰时，可能导致某信号频段（信道）停止服务。系统对其引人干扰抑制的分贝值。 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(PO)比的分贝值，即lO1gP1／PO。通常用dBwV表示。以在75f负载电阻上产生1 [,V电压的功率(0.0133卜助为基准。 23）上行传输增益：在双向用户端口注人电平为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侧量到的电平为A2,上行传输增益G=A2-A1，以dB值表示。 3.系统性能指标 (1）下行传输系统主要技术参数要求 系统输出口电平60-80dBRV；载噪比办43dB（B=5.75MHz）；载波互调比57dB（对电视频道的单频干扰）54dB（电视频道内单频互调干扰）；载波复合三次差拍比3 54dB载波复合二次差拍比54dB；交扰调制比46+lOLg (N一1) dB (N为电视频道数）；波交流声比健3％；色亮度时延差loons；回波值--7%；；微分相位100微分增益10%r系统输出口相互隔离度(VHF)〕22dB：特性阻抗：75f o (2）上行传输通道主要技术要求： 特性阻抗75n；频率范围5-65MHz（基本信道）；标称上行端口输人电平：l00dB,V,V（标称值）；上行传输路由增益差IOdB（任意用户端口上行）；上行通道频率响应簇lOdB(9.4DZHz-61.8MHz）1.5dB（32MHz范围内）；上行最大过载电平）112dBRV（三路载波输人，当二次或三次非线性产物为一OdBc时测量）；上行通道传输延时800娜；回波值--10％；上行通道群延时落30娜（任意3.2MHz范围内）；信号交流声调制比7dB；用户电视端口噪声抑制能力40dB ;通道串扰抑制比54dB二、有线电视系统的组成有线电视系统由前端系统、传输系统和电缆分配系统三部分组成。，．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。 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.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。 三、有线电视系统传输技术 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。供电器和电源插人器用于干线放大器的电缆芯线供电。 (2)电缆的传输特性及其补偿 1)同轴电缆的传输特性特性阻抗：75f 衰减特性：高频衰减大干低频衰减。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。 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%a／℃。 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、干扰其他信号。同轴电缆的屏蔽特性用屏蔽衰减表示，单位为dB,机械特性：包括抗弯曲性能、防潮杭晗tdh性能和结构稳定性。 2)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，各放大器的输人和输出电平值相同。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。 2.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。 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/0),光纤和光电变换器(0／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，在系统中实行多工传输。空分多工：SDM（上下各一光纤）；时分多工：TDM；波分多工：WDM；副载波多工：SCM。 (3)为开展宽带综合业务传输提供开放平台‘一‘ 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上毛‘ 从。 3.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。H邵是二个以前端为中心、光纤延伸到小区并以光节点为终点的光纤星形布局，同：时，以一个星树形同轴电缆网络从光节点延伸覆盖用户，因而犷HFC有线电视网络拓扑是一‘个星／树形结构。 在HFC宽带接人网中，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5MHz -.1000MHz的频段分割为上行•和下行通道。5MHz -65MHz为上行通道，87MHz -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87MHz--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。550MHz -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5MHz-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Cable modem和机顶盒Set-top-Box, Cable modem系统由置于用户端的Cable modem（cm）和设置于前端的CMTS（电缆调制解调端接收系统）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接人网的主要优势为：巨大的接人带宽，可提供各种模拟和数字业务；Cable modem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。有线电视接人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、数字电视等其他广播业务。交互业务包括INTERNET接人视频点播VOD,可视电话、会议电视远程教育、远程医疗等。 四。有线电视电缆传输网络 有线电视电缆传输网络从思路、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，已不再像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。现在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。 1．双向传输的实现方式 在HFC接人网中，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。 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。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HFC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、网络结构噪声和侵人噪声。(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)结构噪声主要来源干系统中有源设备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人造成。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，即窄带短波信号的干扰、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。 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放大模块、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，从分配放大器的输人端口沿着正向传输的途径进行反向回传，经同轴电缆、线路分支器、分配器、延长放大器，进人光节点，送人回传激光器。（2)分配系统包括双向分配放大器（即楼栋放大器）、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人端。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，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人传输系统。 五、电缆分配网络的规划设计由于住宅小区的网络规划受土建规划的制约，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，以达到尽量减少电缆传输的最远距离，并减少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户左右的服务区。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、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。 (3)分配器的主要性能指标：分配衰减：指分配器输人端的输人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。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。端口阻抗与反射损耗：有线电视系统中的所有设备均采用755,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。（2)分支器的主要性能指标：分支衰减：是指分支器输入端输人电平与输出端输出电平的差值。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。插人损耗：是指分支器输人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，其插人损耗越大。