有线电视网络技术教案

有线电视网络技术教案内容摘要：

外单元，又称之为 高频头，它的位置是在室外卫星电视接收天线的馈源之后。 卫星电视接收天线接收到卫星转发的信号经过了约 35786km 左右的远距离传输，所以其信号极其微弱，高频头将天线接收到的下行微弱的电磁波信号进行放大，并将它变成频率为 950～1450MHz（或 1750MHz，最高可达 2150MHz）的第一中频信号，以便通过射频电缆将它送给室内的卫星电视接收机进行电视信号的解调。 所以，整个室外单元主要任务是完成微波信号的低噪声放大和降频变换。 （ 2）室外单元的组成 高频头的内部主要有两部分组成：微波低噪声放大器和微波下变频器，所 以也称为低噪声下变频组件，英文缩写为 LNB(Low Noise Block)。 高频 19 头的基本组成框图如图 所示，从图中可以看出，高频头由波导 — 微带转换器、微波低噪声放大器、本机振荡器、混频器、前置中频放大器、二次稳压器和直流 — 直流变换器等部分组成。 图 高频头的基本组成框图 （ 3）高频头处理信号的流程 ① 波导 — 微带转换器的作用是将波导口输入的电磁波的场信号，转换成微带电路上的路信号，以便对信号进行放大和变频； ② 微波低噪声放大器一般有 2～ 4 级微波场效应管（ FET， Field Effect Transistor）放大器组成，提供约 20～ 40dB 的功率增益，以便将信号放大到足够的水平，供给混频电路进行下变频处理； ③ 本机振荡器一般采用介质谐振器稳频的场效应管振荡器，产生高稳定的固定振荡频率（ C 频段为 ， Ku 频段为 ），以便为混频器提供所需的本振信号； ④ 混频器一般由微波二极管或微波场效应管组成，它利用二极管或场效应管的非线性特性，产生输入信号与本振的差拍信号，并通过低通滤波器选出所需的中频信号； ⑤ 前置中频放大器一般由 3～ 4 级硅双极性晶体管放 大器或集成电路组成，工作与第一中频频率（ 950～ 1450MHz）上，提供 30～ 40dB 的功率增益，以便将信号放大到足够的强度，在通过射频电缆传送到室内接收解调 20 单元； ⑥ 因为高频头在室外工作，它的供电由室内单元的卫星接收机提供。 为了克服不同长度电缆对直流供电产生不同压降的影响，保证高频头各级电路静态工作点的稳定，并抑制外部干扰，在高频头内部要增加一个二次稳压电路。 此外，由于高频头内微波场效应管电路通常需要负偏压，故还需要一个直流 — 直流变换器，以便将正电源变换成负电源，供各级场效应管电路使用。 卫星电视接 收系统的室内单元 室内单元又称卫星电视接收机，通常是指卫星电视接收装置中放置于室内的那一部分。 根据其处理信号的种类，可分为模拟卫星电视接收机和数字卫星电视接收机。 为适应卫星电视广播技术的发展和家庭使用的新要求，卫星电视接收机在新功能的开发方面有了很大的进展。 多频道、多伴音、多制式、多功能的卫星电视接收机已是发展的趋势。 下面主要介绍模拟卫星电视接收机和数字卫星电视接收机的基本组成和功能。 1） 模拟卫星电视接收机 模拟卫星电视接收机的基本功能是将室外单元通过射频电缆送来的第一中频信号（ 950～ 1450MHz 或 950～ 2150MHz 等），经变换处理后得到视频和音频信号并提供给用户。 模拟卫星电视接收机通常包括以下几个部分：电子调谐选台器、中频放大与解调器、图像信号处理器、伴音信号解调器和射频调制器。 其结构框图如图所示。 图 模拟卫星电视接收机的基本组成框图 21 图中各个部分的主要作用和信号流程简介如下： （ 1）电子调谐选台器 其主要功能是从室外单元通过射频电缆送来的第一中频信号（ 950～1450MHz 或 950～ 2150MHz 等）中选出所要接收的某一卫星电视频道的频率，并将它转换成固定的第二中 频频率（通常是 ），送给后面的中频放大与解调器。 （ 2）第二中频放大与解调器 它将输入的固定第二中频信号经过滤波、 AGC 放大后，再进行频率解调，得到包含图像和伴音信号在内的复合基带信号，同时还输出一个能够表征输入信号大小的直流信号，用于控制前级放大电路的增益，也可用于指示信号电平的大小。 （ 3）图像信号处理器 它从复合基带信号中分离出视频信号，并经过去加重、能量去扩散和极性变换等一系列处理之后，将图像信号还原并输出给监视器或电视机。 （ 4）伴音信号解调器 它从复合基带信号中分离出伴音副载频信号 ，并将它放大、解调后得到音频信号，再经过去加重、音频放大输出推动扬声器。 （ 5）射频调制器 为了使没有视、音频输入接口的老式电视机能够看到卫星电视节目，需将输出的图像和伴音信号再次调制在某一个电视频道上，以便通过电视机的射频输入端传送给电视接收机。 2） 数字卫星电视接收机 数字卫星电视接收机是指数字卫星电视接收系统中放置于室内的那一部分设备，故又称为室内数字接收单元，或称为数字卫星电视机顶盒（ SetTopBox），有时也称综合接收解码器（ IRD， Integrated Receiver Decoder）等。 其基本功能是将室外单元通过射频电缆传送下来的第一中频信号（ 950～ 2150MHz），经本机变换器处理后输出视频和音频信号，提供给用户的电视机、监视器或其他调制转发设备。 与模拟卫星电视接收机不同的是，为了适应卫星电视广播技术的发展、满足开展新的数字业务的需求和方便不同用户的使用，数字卫星电视接收机在接收和处理数据能力上、新增的操作功能上、以及用户交互界面的设计上都有了很大的进步。 由卫星接收天线接收的数字卫星电视信号，经高频头进行下变频得到频率较低的第一中频信号，通过射频电缆送给数字卫星接收机。 数字卫星电视 接收机的系统组成见图。 22 图 数字卫星电视接收机系统的基本组成框图 下面简要介绍各部分单元电路的工作原理和信号流程： （ 1）电子调谐选台器 其主要功能是从室外单元通过射频电缆送来的第一中频信号中选出所要接收的某一卫星电视频道的频率，并将它变换成第二中频或零中频信号输出。 在早期，该模块和模拟卫星电视接收机的对应调谐器一样，也是由低噪声放大器、跟踪滤波器、混频器、本机振荡器和声表面滤波器等电路组成，输出中频频率为 的第二中频信号。 但随着技术的进步，该电路已经 逐渐被零输出中频方案所替代。 所谓的零中频方案，就是在混频时，使本机振荡器的输出频率与输入信号频率相同，从而使混频电路的输出信号为零中频的基带信号。 该基带信号可直接送到后面的数字解调和解码电路进行处理。 其好处就是节省了中频处理电路和声表面滤波器等元器件，从而简化了电路，降低了成本。 （ 2）信道解调和解码 该模块对应于发射系统的信道解码模块，其功能是对输入的零中频的 23 模拟信号进行模数转化，并进行载频和时钟的恢复，校正在模数转化过程中产生误差，产生正确的抽样值。 该模块的另一个作用是纠正传输过程中产生的误码，提高传输 的可靠性，为解多工复用电路提供无误的传输码流，从而保证了图像和伴音的信号质量。 （ 3）解多工复用 该模块对应于发射系统的多工复用模块。 它是根据传输码流中所定义的特殊语法（主要是利用 PAT 和 PMT 表的相互关系）来进行解复用的。 由于复用过程是分两级进行的，故解多工复用过程也是两个层次：先对传送流解复用，得到独立的节目流，接着对节目流进行解复用，分离出节目流中的视频、音频以及一些服务信息数据，送给信源解码模块。 （ 4）信源解码模块 该部分包含了视频解压缩和音频解压缩两大部分。 按照 MPEG2 的解码算法分别对压缩的 视频码流和音频码流进行编码，从而得到正常的视频数据和音频数据码流。 （ 5）视频编码和音频数模转换 视频解码器输出的色差信号和亮度信号是数字化的码流，它必须经过视频编码器编码产生 PAL 或 NTSC 制式图像信号，以便送给普通的模拟电视机收看。 音频解码恢复出的信号也是数字形式，也通过 D/A 变换器将它转化成模拟的音频信号，送给电视机重现伴音。 （ 6）射频调制器 该模块作用与模拟卫星接收机的对应模块一样，将视频和音频信号以残留边频带调幅方式调制在 UHF 或 VHF 频段的载频上，以便送入电视机的天线输入口，使不带 AV输入端子 的电视机也能收看到数字卫星电视节目。 （ 7） 32 bit CPU 数字卫星电视接收系统是一个庞大的复杂的系统，各个模块都有各自复杂的处理算法，彼此之间的数据交换十分频繁，数据的处理和传输速度要求很高。 此外，为了实现设备与用户之间的良好的交互性，也需要功能齐全的屏幕图形交互界面。 因此，需要采用速度快、功能强大的 32 bit CPU。 它所要完成的主要功能有：控制电子调谐选台、信道解调和解码、解多工复用、信源解码等模块的工作，并保证这些模块的相互协调，随时响应并处理用户的操作指令。 随着集成电路技术的发展，数字卫 星接收机的整机构成芯片数量越来越少。 从七片方案到目前的单片方案，使得数字卫星接收机的体积不断减小，成本不断降低，而功能不断增强。 24 卫星电视接收技术的发展 略 主要内容有： C 波段向 KU波段过渡； 模拟向数字过渡；。 （ P34） 常用前端设备的基本结构和工作原理 有线电视的 前端应该称为是有线电视系统的核心。 前端的功能是把来自各种信号源的信号 进行处理，使其满足射频传输的要求，最终合成一路信号输出给电缆或光发射器等干线传输系统。 前端的好坏会直接影响有线电视系统的 传输质量与收视效果。 前端作为有线电视系统的核心，它的 组成主要包括 电视调制器、频道处理器、电视解调器、前端放大器、导频信号发生器和多路混合器 等设备。 根据组成的有线电视系统的不同 ， 有选择的使用以上的设备来构成前端。 一、电视调制器 调制器是将视频和音频信号变换成射频电视信号的装置 ,它常与录像机、摄像机、卫星接收机等配合使用。 调制器有 高频 (直接 )调制和中频调制 两种方案 ,在中高档调制器中常使用后者。 高频直接调制方案的框图如下图所示。 调制电路大多采用三极管高电平调制方式 ,输出幅度大 ,失真和干扰也大。 （注 ： BPF 在通信中（ bandpass filter），即带通滤波器 ） 中频调制的方式如下图示 25 二、 频道转换器与频道处理器 频道转换器 是只进行载频搬移而不改变频谱结构的频率变换器 ,主要有以下几种 : ● UV 转换器。 将 UHF 的电视信号转换成 VHF 的电视信号 ,在 VHF 较低频率上传输 ,容易保证信号质量和降低系统成本。 ● UZ 转换器。 采用增补频道进行信号传输时需要 UZ 转换器。 ● VU 转换器。 在全频道有线电视系统中 ,可以用 VU 转换器把 VHF 的电视信号转换为 UHF 的电视信号。 ● VV 转换器。 在强场强区 ,为了克服空间波直接窜入高频头而形成前重影 ,往往采用 VV 转换器。 频道转换器从工作原理上分 ,有一次变频和二次变频两种。 前者结构简单、体积小 ,但存在许多干扰 ,而且涉及的品种多。 后者干扰少、品种也少 ,易实现系列化 ,但是体积大 ,成本高。 一次变频的频道转换器的原理框图示如下。 为保证频谱不倒置 ,通常采用低本振取差频方式 ,即 fP2=fP1fL。 26 一次变频频道转换器 二次变频频道转换器 频道处理器 有两种类型 ,即外差型和解调 调制型。 与二次变频的频道转换器相比 ,它主要多了中频处理器和中频 AGC 两部分。 因此 ,它可以在中频将图像与伴音进行分离 ,并进行伴音电平的调节。 然后 ,再与图像信号进行混合。 下图为一 PAL/D178。 K 制电视频道处理器框图。 解调 调制型频道处理器主要用于通过微波中继的超大型系统 ,而一般常用的是外差型。 频道处理器框图 三、电视解调器 电视解调器的作用是：把接收的开路射频 RF 信号，经过处理分离出音频与视频信号，送入电视调制器等设备。 其作用往往是用于改善原射频信号中电视信号的品质。 四、多路混合器 多路混合器 是把两路或多路信号混合成一路射频输出的设备。 其主要技术 指标是 :插入损耗 (要小 )、隔离度 (要大 ,一般要求＞ 20dB)、带外衰减 (要大 )、输入输出阻抗 (通常为 75Ω )。 27 混合器分为二类： 1 是宽带传输线 变压器式与 2 是滤波器式两类。 宽带传输线变压器式的优点是用分支器与分配器构成，频道变化不调整，使用方便，但其插入损耗大。 见教材 P40 倒二段 滤波器式混合器，优点是插入损耗小，但调试较困难，如图 此处应注意几个主要的技术概念： 如什么是插入损耗、什么是相互隔离度 、等见 P41 的 五、前端放大器 前端系统中的放大器 ,按结构和实用性可分天线放大器、频道放大器 和高电平输出 (功率 )放大器等几种。 (1) 天线放大器 对于天线放大器，输出信号可达到 Sa≤ 57~60dBμ V ●宽带型天线放大器 同。