有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)研究綜述

郭宗輝 欒秋平

摘 要：有線電視網(wǎng)（CATV網(wǎng)）是世界上一個(gè)比較大網(wǎng)絡(luò)，具有其傳輸質(zhì)量好、容量大、保密性好、應(yīng)用方便、可以雙向傳送等優(yōu)點(diǎn)，在世界上得到的認(rèn)可和應(yīng)用。文章主要論述了有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成、傳輸方式以及用戶分配系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：有線電視網(wǎng)絡(luò)；電纜傳輸技術(shù)；光纖傳輸技術(shù)；MMDS；HFC

有線電視網(wǎng)絡(luò)（CATV）是一種采用電纜、光纜或者微波等方式進(jìn)行傳輸，在用戶中分配信號(hào)，為用戶提供上百套電視節(jié)目以及各種信息服務(wù)的電視網(wǎng)絡(luò)體系。1950年，美國(guó)首先使用共用天線電視系統(tǒng)；1973年，中國(guó)第一個(gè)使用共用天線電視系統(tǒng)；80年代，有線電視開(kāi)始在城市出現(xiàn)發(fā)展；2003年我國(guó)開(kāi)始有線電視數(shù)字化；到2014年2月：我國(guó)有線數(shù)字電視用戶保有量達(dá)到16426.3萬(wàn)戶，有線數(shù)字化程度約為73.33%。有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展是從小型到大型共用天線電視系統(tǒng)，再到城市電纜電視系統(tǒng)，最后是光纖/電纜混合網(wǎng)（HFC）以及雙向HFC寬帶網(wǎng)絡(luò)。

1 有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成

有線電視系統(tǒng)是由接收信號(hào)源系統(tǒng)、前端處理系統(tǒng)、干線傳輸系統(tǒng)、用戶分配系統(tǒng)、用戶終端四部分組成。信號(hào)源包括衛(wèi)星地面站、微波站、電視廣播接收天線、攝像機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)控制。前端處理系統(tǒng)指的是對(duì)信號(hào)源傳來(lái)的傳輸信號(hào)進(jìn)行一些技術(shù)處理的設(shè)備組合。干線傳輸系統(tǒng)指遠(yuǎn)距離傳輸?shù)某删€或干線，它位于前端處理和用戶分配系統(tǒng)之間。干線傳輸包括同軸電纜網(wǎng)、光纜網(wǎng)、微波網(wǎng)和混合網(wǎng)四種方式。用戶分配系統(tǒng)是把干線傳輸系統(tǒng)傳來(lái)的的信號(hào)進(jìn)行放大和分配，把信號(hào)均勻地分配給每家用戶，讓每家用戶終端都能得到規(guī)定的電平。

圖1 有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2 有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)干線傳輸系統(tǒng)

有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)干線傳輸方式技術(shù)有：同軸電纜傳輸、光纜傳輸、微波傳輸和混合傳輸（光纖-同軸混合網(wǎng)、微波-同軸網(wǎng)、光纖-微波-同軸網(wǎng)）。

（1）同軸電纜傳輸系統(tǒng)主要包含同軸電纜網(wǎng)、干線系統(tǒng)放大器間隔配置、放大器級(jí)連等；附屬設(shè)備包括用于干線分路的過(guò)電型分支器、分配器等。同軸電纜由內(nèi)是用介質(zhì)使內(nèi)外導(dǎo)體絕緣并且保持軸心重合的電纜，由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣體、外導(dǎo)體和護(hù)套四部分組成。通過(guò)結(jié)構(gòu)可以分為封閉竹節(jié)型、藕芯型以及物理發(fā)泡聚乙烯絕緣型三種類(lèi)型。

同軸電纜開(kāi)始為實(shí)芯聚乙烯絕緣同軸電纜，后來(lái)發(fā)展為化學(xué)發(fā)泡聚乙烯絕緣同軸電纜，縱孔聚乙烯同軸電纜，現(xiàn)在多采用物理發(fā)泡聚乙烯型絕緣電纜。

同軸電纜特性阻抗一般為75Ω，電纜衰減特性與信號(hào)的頻率、電纜粗細(xì)、長(zhǎng)度有關(guān)，低頻信號(hào)、細(xì)芯的電纜衰減量大，因?yàn)樗p量與電纜的長(zhǎng)度成正比，用干線放大器來(lái)補(bǔ)償電纜對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行補(bǔ)償，使干線能夠遠(yuǎn)距離傳輸。溫度升高，衰減量升高，溫度系數(shù)約為0.2%/℃。

同軸電纜信號(hào)傳輸距離越遠(yuǎn)，級(jí)連越大，系統(tǒng)指標(biāo)下降越多， 系統(tǒng)維護(hù)就比較困難，服務(wù)水平就會(huì)下降。

（2）光纜傳輸系統(tǒng)是由光纜、光源發(fā)射機(jī)、光線放大器、和光線接收器組成。從切面看，光纜包括導(dǎo)電線芯、光纖、加強(qiáng)的構(gòu)件、還有保護(hù)層四部分。光纖按電磁場(chǎng)分布可分為單模光纖和多模光纖，單模光纖的工作帶寬較寬，有線電視多采用單模光纖。

圖3 光纜斷面結(jié)構(gòu)

1970年，在美國(guó)首先發(fā)明出來(lái)20dB/km光纖；1989年在美國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)有線電視光纖傳輸； 1992年我國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)電視信號(hào)光纖傳輸。

光纜傳輸技術(shù)具有損耗?。?310nm ：0.4 dB/km，1550nm：0.25 dB/km），可以實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)的長(zhǎng)距離傳送，保證電視信號(hào)質(zhì)量完好。光纖頻帶比較寬，在最低損耗區(qū)的頻帶寬度數(shù)值為30000GHz，由于單個(gè)光源占用的帶寬比較小，采用相干光通信技術(shù)，可以在30000GHz范圍內(nèi)容納上百萬(wàn)個(gè)頻道，使有線電視信號(hào)能夠均勻地傳輸?shù)礁鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)。光纖傳輸只傳輸光，不導(dǎo)電，不受電磁場(chǎng)影響，所以抗干擾能力強(qiáng)。

（3）微波傳輸系統(tǒng)是由微波發(fā)射系統(tǒng)和微波接收系統(tǒng)組成，微波發(fā)射系統(tǒng)有微波發(fā)射機(jī)、電纜、合成器、還有發(fā)射天線等，接收系統(tǒng)有微波接收天線、供電器、變頻器等。微波傳輸場(chǎng)合有國(guó)家微波干線的大微波、衛(wèi)星、單路與多路FM（調(diào)頻）微波、AM（調(diào)幅）微波、多路微波分配系統(tǒng)MMDS。微波傳輸優(yōu)點(diǎn)有：頻帶寬，空間傳輸2500-2700MHz，接收分配111-750MHz；傳輸質(zhì)量高，穩(wěn)定性強(qiáng)，適應(yīng)性和靈活性強(qiáng)。微波傳輸缺點(diǎn)是發(fā)射與接收應(yīng)在視距范圍內(nèi)進(jìn)行，信號(hào)怕遮擋，易受干擾，反射出重影等。

（4）混合傳輸比如光纖同軸混合網(wǎng)-HFC，它是由光纖作為干線、同軸電纜作為分配網(wǎng)，構(gòu)成光纖同軸混合網(wǎng)（HFC）。HFC具有光纖和電纜共同的優(yōu)良特性，它們通過(guò)有效的結(jié)合，使有信號(hào)能夠高效高質(zhì)的傳輸、分配。在雙向有線電視中，由前端向用戶終端傳送的信號(hào)叫下行信號(hào)或正向通路信號(hào)；信號(hào)從用戶端向前端傳送的通路成為反向通路或上行通路。HFC采用頻分復(fù)用的技術(shù)，將5-1000MHz的頻段分為上行通道和下行通道：5-65MHz為上行通道，可作為非廣播業(yè)務(wù)，為了提高抗干擾能力，采用QPSK（或16QAM）調(diào)制。87-1000MHz為下行通道87-550MHz，全部用于模擬電視廣播；550-750MHz為下行數(shù)字通信信道。

3 用戶分配系統(tǒng)

用戶分配系統(tǒng)主要由雙向分配放大器、同軸電纜、分支分配器、用戶終端組成。分配方式有串接分支鏈方式、分配-分配方式、分支-分支方式、分配-分支方式、分配-分支-分配方式。

雙向用戶分配放大器采用雙模塊功率倍增型或雙模塊推挽型，將信號(hào)放大到所需要的電平，通常用戶電平取70 dB，這是有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中唯一需要高電平工作的地方。[8]雙向分配放大器主要功能是對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行均勻的功率分配，分成幾路，對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行匯集。

同軸電纜采用的是物理發(fā)泡的同軸電纜。分支器與分配器的連接采用-5電纜。放大器與分配器連接電纜比較長(zhǎng)，采用-7或-9電纜。還有為了降低回傳通道的噪聲影響，需要選用四屏蔽的電纜。[9]

終端分支器是連接用戶終端與分支線的裝置，它是串聯(lián)在分支線中，把信號(hào)能量的一部分分給用戶。分支器是由一個(gè)主路輸入端（IN），一個(gè)主路輸出端（OUT）和若干個(gè)分支輸出端（BR）組成。分支器還要匯集主路輸出端和分支輸出端的回傳信號(hào)。常用的分支器有一分支器、二分支器、四分支器、六分支器等。

用戶終端指的是與電視機(jī)相連得用戶端口。用戶終端包括機(jī)頂盒、電纜調(diào)制解調(diào)器、解擾器等。數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，還可以進(jìn)行所有廣播和交互式多媒體應(yīng)用，如數(shù)字電視廣播接收、軟件在線升級(jí)、電子節(jié)目指南（EPG）、電子郵件、Internet接入、IP電話和視頻點(diǎn)播等。

用戶分配系統(tǒng)工作流程為干線系統(tǒng)傳來(lái)的下行信號(hào)傳送到分配放大器，分配放大器將信號(hào)放大后，經(jīng)過(guò)同軸電纜、分配器、分支器，再傳送給每個(gè)用戶。來(lái)自用戶的上行信號(hào)，從回傳發(fā)射機(jī)，經(jīng)過(guò)分支器、分配器和同軸電纜，匯集到雙向用戶分配放大器，再回到傳輸系統(tǒng)。

有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)有前景的行業(yè)，發(fā)展方向?yàn)橛尚【W(wǎng)向大網(wǎng)、由模擬向數(shù)字、由單向向雙向、由用戶看電視向用電視、由標(biāo)清向高清的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)“三網(wǎng)合一”的數(shù)據(jù)傳輸。有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使電視機(jī)成為多媒體綜合信息終端，不僅可以看電視、聽(tīng)廣播，還能夠開(kāi)展視頻點(diǎn)播、銀行支付、付費(fèi)電視等業(yè)務(wù)，也可以接收電子政務(wù)、交通旅游、生活資訊、醫(yī)療保健、文化教育、金融股票等信息服務(wù)。

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