有线电视网络技术.ppt

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1、有线电视网络技术,第1章 概况,有线电视网络是一种采用同轴电缆、光缆或微波等媒介进行传输，并在一定的用户中分配或交换声音、音像、数据及其他信号，能够为用户提供多套电视节目乃至各种信息服务的电视网络体系。随着社会需求的不断增长和科学技术的飞速发展，有线电视网络正在逐步演变成具有综合信息传输交换能力，能够提供多功能服务的宽带交互式多媒体网络。体现了现代广播电视技术、现代通信技术、现代计算机技术的交叉和融合，具有数字化、智能化、网络化、综合化等现代信息网络的一切特征。,1.1 有线电视系统的基本组成,无论规模大小、繁简程度、任何有线电视系统都可以抽象成图1-1所示的物理模型。,信 号 源：提供各类优

2、质信号的设备；前 端：将信号源输出的各类信号分别进行处理，并最终混合成一种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；分 配 网：准确高效地将传输信号分送到千家万户。,按干线传输方式分：全电缆系统、HFC、微波与电缆混合系统，卫星电视分配系统，全光缆系统；按网络宽带分：300MHZ、450M、550M、800M、1000M系统等；按功能分：单向系统、双向系统。,1.1.1 传统有线电视系统的基本组成 指只传模拟电视节目，采用邻频传输方式的单向系统。,1.1.2 前端主要设备 滤波器：高通、低通、带通、带阻（陷波器）卫星接收机 调制器：视频信号：残留边带调

3、幅 VSB-AM音频信号：调频方式视频调制度：87.5%色-亮时延差：45ns图像输出电平：113dBuv邻频抑制比：-45dB 混合器：要求具有滤除干扰和杂波能力，要能实现系统设备之间、电缆之间的阻抗匹配。插入损耗 4dB隔 离 度 20dB,1.1.3 现代有线电视网络的基本组成,1.2.1 电视频道的频带宽度视频信号通过残留边带调幅，带宽为6+1.25=7.25MHZ，伴音带宽为0.5MHZ，一个频道带宽为8MHZ。1.2.2 有线电视系统的频率划分和频道配置,1.2 有线电视系统的频率划分和频道配置,1.3.1 分贝比与电平（1）分贝比 某四端网络的输入功率为P1，阻抗为Z1，电压为U

4、1，输出功率为P2，电压为U2，阻抗为Z2。,1.3基础知识,将P2/P1取对数lg(P2/P1)所求出的数值单位为贝尔，在实际中，贝尔单位太大，为方便，将贝尔的十分之一作为一个新的实用单位，称之为分贝，记作dB。即：两个功率P2和P1的分贝比=10 lg(P2/P1)（dB）当Z1=Z2时，可得：U2和U1分贝比=20 lg(U2/U1)I2和I1分贝比=20 lg(I2/I1)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。,（2）电平当表示系统中的一个功率（或电压）时，不能用分贝比，要利用电平表示。系统中某一点的电平是指该点的功率P（或电压U）对某一基准功率PO（或

5、电压UO）的分贝比。10 lg(P/PO)=20 lg(U/UO)基准功率（即P=P2）的电平为零。对同一功率P（或电源U），选用不同的基准功率PO（或UO）所得的电平数值不同，因此后面需要加上不同的单位以示区别。实际应用中，基准P。常选做1W，1mW，基准电压U。常选做1mV，1uV，它们对所应的电平单位分别记做dBw,dBm,dBmv,dBuv，它们之间可相互核算。,1.3.2 电压的叠加余弦定量：a2=b2+c2-2bcCOSA(1)两个交流电压的情况设两个交流电压的表达式分别为：U1=U1 cos(t+1)U2=U2 cos(t+2)用矢量法和余弦定理可以算出叠加后总电压为 U2=U1

6、2+U22+2U1U2cos(2-1)由此可见，两个以上电压相加的叠加规律决定于它们的相位差。当它们的相位差为0时，总电压为分电压的算术和，这种叠加称为算术叠加；当它们的相位差为/2时，总电压平方为分电压的平方之和，这种叠加称为功率叠加或均方根叠加；当它们的相位差介于0和/2之间时，总电压的大小介于算术叠加和均方根叠加所得的结果之间，这种叠加称为减算的算术叠加。,用dB表示电压时，U1、U2与U 的相应电平分别为U1dB=20lgU1U2dB=20lgU2UdB=20lgU算术叠加时UdB=20lg（10U1dB/20+10U2dB/20）均方根叠加时UdB=10lg（10U1dB/10+10

7、U2dB/10）减算的算术叠加时，一般取值为UdB=15lg（10U1dB/15+10U2dB/15）（2）n个交流电压的情况 n个交流电压，其振幅分别为U1，U2，Un，则算术叠加时总电压的振幅U=U1+U2+Un,总电平为UdB=20lg（10U1dB/20+10U2dB/20+10 UndB/20)当U1=U2=Un时：UdB=20lgn10UndB/20=UndB+20lgn均方根叠加时U2=（U12+U22+Un2)总电平 UdB=10 lg（10U1dB/10+10U2dB/10+10 UndB/10）当U1=U2=Un时：UdB=10lgn10UndB/10=UndB+10lgn

8、减算的算术叠加时，UdB=15lg（10UndB/15+10U2dB/15+10 UndB/15）当U1=U2=Un时：UdB=15lgn10UndB/15=UndB+15lgn,第2章 有线电视系统的性能分析和性能参数,系统性能参数是客观判定有线电视系统性能好坏的基本依据。本章的目的在于通过对有线电视系统在传输模拟电视信号时的性能进行深入分析，分析模拟信号波形失真和噪声产生的根源和性质，研究和掌握其规律，并讨论采用什么性能参数才能准确、恰当地进行度量，以及如何采取技术措施来确保失真和噪声的影响程度被控制在国家标准允许的范围内。,2.1.1 系统噪声的产生和分类噪声是指能使图像遭受损伤的与传输

9、信号本身无关的各种形式寄生干扰的总称，它是一种紊乱、断续、随机的电磁振动。,2.1 系统噪声,固有内部噪声是任何系统中均客观存在并无法消除的，研究其性质，规律及如何减少其影响程度，具有十分重要的意义。,外部噪声：宇宙空间噪声、大气噪声、各类外界电磁波 工业射频泄漏、汽车点火等，可减少或消除。内部噪声：非固有内部噪声：系统中各种振荡分量和设 备激电源交流声等，可减少或消除。固有内部噪声：电阻等无源器件产生的基础 热噪声，半导体器件产生的散弹噪声、分配 噪声，闪烁噪声等，不可消除。,2.1.2 热噪声热噪声主要是由导电体（包括电阻等无源器件）内部自由电子无规则的热运动所产生。大小用热噪声功率来衡量

10、。热噪声功率：Pno=KTf f等效噪声带宽一个线性无源网络的噪声功率与网络的阻值无关，而只与其等效噪声带宽和温度有关。等效噪声带宽：噪声功率分布曲线下的总面积除以其最大功率值。,PAL-D制：f=5.75MHZ 当网络阻抗为75时,基础热噪声电压为：Uno=1.32v（2.4dBuv),2.1.3 噪声系数 有源器件总噪声:基础热噪声、散弹噪声、分配噪声和闪烁噪声。放大器的噪声功率由放大器本身的固有性质决定，与外来噪声无关，与放大倍数G无关。用分贝来表示噪声系数：FdB=10lgF在噪声系数较小时，常用噪声温度来表示放大器的噪声系数。T=293（F-1）或T=293（10FdB/10-1）,

11、2.1.4 信噪比与载噪比（1）信噪比（S/N）信噪比定义为高频信号解调后所得的视频信号功率与噪声功率之比，S/N=Ps/Pn 用分贝表示（S/N）dB=10lg(Ps/Pn)=PsdB-PndB 图像等级（Q）和S/N是密切相关的（S/N）dB=23-Q+1.1Q2（2）载噪比（C/N）对射频系统而言，用载噪比指标来描述系统的噪声性能最为方便。载噪比定义为图像或声音载波功率与噪声功率之比。C/N=Pc/Pn 用分贝表示：（C/N）dB=10lg（Po/Pn）=20lgUc/Un,2.1.5 载噪比的计算放大器n级串联，整个系统等效噪声系数Ft=F1+(F2-1)/G1+(Fn-1)/G1G2

12、G3Gn整个系统载噪比（C/N）dB=Si-FtdB-2.4Si=10lgPc 为输入载波电平,对VSB-AM调制方式，调制度为87.5%时(S/N)dB=（C/N）dB-6.4 dB 载噪比与噪声系数的关系：F=（C/N）i/（C/N)O FdB=10lgF=10lg(C/N)i10lg(C/N)O=(C/N)idB-(C/N)OdB,2.2 系统非线性失真,2.2.1 系统非线性失真的产生及分析有线电视系统是由众多设备和部件组成的。有源设备中由于包含非线性器件或电路，不同程度地呈现非线性特性，在有线电视系统中引起非线性失真。非线性失真最严重，对信号质量影响最大的设备是放大器。分析时，忽略设

13、备在高频时的分布参数影响，不考虑其动态特性，而直接采用低频分析的办法（即只描述其静态特性）来进行处理。放大器实际传输特性的数学近似模型 UO=K1Ui+K2Ui2+K3Ui3 UO、Ui分别为放大器的输出、输入电压。,（1）失真的类型 交调干扰和互调干扰都是由于放大器的非线性引起。但交调是其他频道信号叠加到所需频道上，并没有产生新的频率成分；互调则产生了新的干扰频率（和频、差频和倍频）。交调干扰在屏幕上表现为雨刷和负像。（2）失真的大小 在输入信号中各频率分量的幅度均相等的情况下，A=B=C=E，对二次失真来说，二次互调失真比二次谐波失真大一倍（电平高6dB）；在三次失真中，三次差拍项的幅度是

14、互调分量项的两倍（6dB），是三次谐波项的6倍（15.6dB）。,（3）失真的数量 在频道数较少时（如十几个频道以下），主要考虑交调失真，而在频道数较多时，则应主要考虑三次差拍失真。（4）CSO和CTB 将一个频道内聚集成簇的所有二次互调干扰的总和称为组合二次差拍CSO（Composite Sencond Order）；将落在一个频道内的聚集成簇的所有三次差拍的总和称为组合三次差拍CTB（Composit Triple Beat）。,非线性失真的规律和特点总结：放大器的非线性失真特性带来了许多二次，三次失真产物，在二次失真产物中，以二次互调的影响最大，在三次失真产物中，则以交调和三次差拍的影响

15、为甚，因而实际中主要考虑上述三种失真。一般来说，现代的同轴电缆系统可以不考虑二次失真的影响，但光传输系统则必须重点考虑；在频道数量较少的系统中，主要考虑交调的影响，而在频道数量较多的场合，则应主要考虑三次差拍而可以不再顾及交调；另外，在多频道系统中，无论是二次互调还是三次差拍，均应考虑它们的组合效应。因此，在现代HFC网络而言，同时考虑CSO和CTB是全面评价系统非线性失真性能的必要而充分的手段。,2.2.2 衡量非线性失真影响程度的性能参数（1）载波互调比（IM）定义：在系统指定点，传输频道的载波电压对落入该频道的某一类互调产物电压之比。IM=20lg（指定频道上图像载波电压/落入该频道的互

16、调产物电压）有二次互调比IM2（非线性失真中二次产物的影响），三次互调IM3，频道内互调比IM内之分。国标规定，全系统指标：IM257dB IM357dB IM内54dB IM在输入频道数较少的情况下进行测量，能够说明系统非线性指标的实际情况。（2）C/CSO和C/CTB C/CSO定义：在系统指定点，图像载波电压与落入该频道带内成簇集聚的二次差拍产物的复合电压之比。C/CSO=20lg(V1/V复合),C/CTB定义：在系统指定点，图像载波电压与围绕在图像载波中心附近群集的组合三次差拍产物的峰值电压之比。C/CTB=20 lg(V1/三次差拍加权叠加电压)（3）交扰调制比（CM）定义：在系统

17、指定点，指定频道上已调载波有用调制信号的峰峰值对由其他频道转移过来的交扰调制成分峰峰值之比。CM=20 lg（有用调制信号峰峰值/交扰调制成分峰峰值）在频道数较多时，各频道引起的交扰调制电压满足功率叠加规律，若各交扰调制电压的大小都相同，则总的 CM=CM1-10lg(N-1)N：频道数 CM1：任一频道对a频道的交调比。,在频道数较少时，各频道引起的交扰调制电压满足减算的电压叠加规律，总的 CM=CM1-15lg(N-1)（4）微分增益（DG）失真和微分相位（DP）失真微分增益失真和微分相位失真是由前端设备（如调制器、解调器）的视频通道部分的非线性特性所引起的，它直接影响着图像色彩的真实程度

18、。DG为某一设备输出电压与输入电压特性曲线各点的斜率，该增益为复数；而该复数的相角称为微分相位，用DP表示。DG的存在，造成不同亮度电平上的颜色浓淡变化。DP的存在，产生色调失真，改变了原彩色画面的颜色。国标DG10%DP10度。,（5）信号交流声比（HM）定义：标准图像调制电压峰峰值和交流声调制电平的峰峰值之比；HM=20lg（标准图像调制电压峰峰值/交流声调制电压峰峰值）（dB）国标规定HM46dB2.2.3 非线性失真指标同放大器工作电平的关系放大器工作电平越高，输出特性曲线偏离线性越严重，非线性失真指标越差。当各频道信号电平降低1dB时，系统的二次非线性失真（C/CSO、IM2）可以改

19、善1dB；系统的三次非线性失真（CM、IM3、C/CTB等）可以改善2dB。,2.2.4 非线性失真指标的计算对放大器C/CSO和C/CTB进行测试须在满频道的情况下进行，测试结果一定要注明相应的测试工作电平。某一传输系统由n台相同放大器串接而成，系统非线性失真指标为：C/CTB=C/CTB1-20lgn=C/CTBO+2(Sot-SO)-20lgnC/CSO=C/CSO1-15lgn=C/CSOO+(SOt-SO)-15lgnC/CTBO、C/CSOO是在输出电平为SOt（dBv）时的指标（即放大器测试指标）,2.3 系统线性失真,2.3.1 系统线性失真的产生及其分析 有源器件产生非线性失

20、真，无源器件产生线性失真，又称频率失真，线性失真包括振幅频率失真和相位频率失真 UO（）/Ui（）=KO=常数 振幅频率无失真条件（）=o 即与成正比相位频率无失真条件,2.3.2 衡量线性失真的性能参数（1）幅频特性定义：某规定的频带范围内，系统输出端与输入端之间信号的增益随频率的变化情况。国标：频道内幅频特性的不平度在整个频道范围内不超过2 dB，在任意的0.5MHZ范围内不超过0.5dB。在有线电视系统中，频道内幅频特性不好主要是前端造成的。（2）色亮时延差定义：彩色电视信号中的色度信号和亮度信号经系统传输时由于时延不一致而存在的时延差别。国标规定：色亮时延差100ns（1ns=10-9

21、）,2.4 系统的反射,2.4.1产生反射的原因由于设备、部件阻抗不匹配，产生反射。有线电视系统中，由于不匹配产生的反射是客观存在的。2.4.2 衡量反射的性能参数(1)反射系数=反射波电压U2/入射波电压U1 当电缆特性阻抗Zc=负载阻抗ZH时=0,(2)反射损耗=20lg(入射波电压U1/反射波电压U2)=-20lg 当阻抗完全匹配时,=,当出现全反射时=OdB（3）电压驻波比（VSWR）S反射波与入射波叠加在一起会形成波形不向前传输的驻波 S=Umax/Umin Umax=U1+U2 Umin=U1-U2 S=(1+)/(1-)=(S-1)/(S+1)=20lg（S+1）/（S-1）,（

22、4）回波值E为了准确了解系统内部的实际反射情况，国标规定必须对有线电视系统的回波值E进行测量。所谓回波值是在规定测试条件下测得的系统由于反对而产生的滞后于原信号，并与原测试信号内容相同的干扰信号的相关值，回波值没有明确的物理定义。回波主要是在高频通道内产生，但回波值只能在频视部分测量，测量时用E标尺。国标规定：E7%2.4.3 有线电视系统中的重影有线电视系统主要存在三种类型重影：接收重影、反射重影、串入重影,2.5 系统指标的叠加和分配,2.5.1 指标叠加（1）载噪比叠加 遵循功率叠加的规律 Pn=Pn1+Pn2+Pnk(C/N)=10(C/N)dB/10(C/N)dB=-10 1g10-

23、（C/N)1dB/10+10-（C/N)2dB/10+10-(C/N)kdB/10 各设备载噪比都相等时（C/N）dB=(C/N)1dB-10lgK,(2)非线性失真指标的叠加在频道数不太多时，二次非线性失真（CSO等）的叠加满足减算的算术叠加。(C/CSO)dB=-15lg10-(C/CSO)1dB/15+10-(C/CSO)ndB/15在频道数很多时满足功率叠加(C/CSO)dB=-10lg10-(C/CSO)1dB/10+10-(C/CSO)ndB/10三次失真分量服从算术叠加规律(C/CTB)dB=-20lg10-(C/CTB)1dB/20+10-(C/CTB)ndB/20(CM)dB

24、=-20lg10-(CM)1dB/20+10-(CM)ndB/20(IM3)dB=-20lg10-(IM3)1dB/20+10-(IM3)ndB/20,2.5.2 指标分配一般情况，只需要对系统的C/N、C/CTB、C/CSO等几个主要技术指标进行分配，系统设计过程中分配比例确定得是否科学合理，决定着系统的造价，质量和实现的难易程度。（1）载噪比分配（C/N）1dB=（C/N）dB-10lg q1（2）非线性失真指标分配 频道数不太多时（C/CSO）idB=（C/CSO）dB-15lgqi频道数多时：（C/CSO）idB=（C/CSO）dB-10lgqi(CM)idB=CMdB-20lgqi(

25、IM3)idB=IM3dB-20lgqi（C/CTB）idB=（C/CTB）dB-20lgqi,第3章 前端系统,3.1.1 前端的功能前端是整个有线电视系统的心脏，完成对信号的接收，加工、处理、组合、控制、管理。完整的现代有线电视系统可分为三个功能模块：模拟前端（部分）、数字前端（部分）和数据前端（部分）。本章只讨论模拟前端。模拟前端对信号的基本处理功能大致如下：,3.1 前端的功能和技术要求,（1）提高载噪比；（2）频率变换；（3）邻频处理（4）抑制非线性失真和寄生输出（5）调制、解调；（6）电平调整、控制；（7）混合；（8）产生导频,3.1.2 系统对前端的技术要求（1）前端的主要技术指

26、标 载噪比C/N:前端最重要的技术指标之一。（C/N）1dB43-10lgq(dB)小系统q=50%（C/N）1dB46 dB大系统q=10%（C/N）1dB53 dB 非线性失真指标：由于使用低噪声放大器，一般C/CTB和C/CSO分配给前端指标为10%(C/CTB)1dB54-20lg10%=74 dB(C/CSO)1dB54-15lg10%=69 dB 国标规定：单频道载波互调比IM内dB54 dB，此项指标全部分配给前端。,回波值E国标规定E（%）7，由于反射波受到放大器单方向性限制，它不可能反向通过放大器而只局限于一定范围内，所以该指标不存在指标分配或叠加的问题，而是要求整个CATV

27、系统中各个部分的回波值均应控制在7%以内。DG和DP：这两项指标全部分配给前端国标规定：DG10%DP10,色亮时延差此项指标全部分配给前端国标：色亮时延差（ns）100 频道内幅频特性此项指标全部分配给前端国标：任何频道内幅度变化不能大于2dB，在任何0.5MHZ频带内，幅度变化不大于0.5 dB（2）邻频道传输对前端的特殊要求 邻频抑制度 无用混杂频道信号低于有用频道信号载波基准电平60dB以下。,带外抑制度要求本频道信号的边带成分在8MHZ带宽外相对于基准电平小60dB，同时输出的杂散信号也应比基准电平小60dB,以免对其他频道特别是邻频道产生干扰。V/A比可调使伴音载波电平比图像载波电

28、平低17dB,才能使下邻频伴音载波在本频道中产生的互调干扰降低到国标要求的57dB以下。对载波的频率偏差要求一般要求输出图像载波频率与标称值的偏差不能超过20KHZ 陷波处理,3.2前端的类型和组成,3.2.1 前端的类型（1）传统有线电视系统的前端类型 直接混合型前端 频道放大器和频道变换器混合型前端 频道处理混合型前端（2）现代有线电视网的前端类型 现代前端必须同时具备良好的信号处理能力和完善的系统管理能力。,3.2.2 实际前端的组成见附图13.3 前端的主要设备 主要包括天线放大器、频道放大器、调制器、混合器、频道变换器、导频信号发生器等。,第4章 同轴电缆网络,同轴电缆网络是由同轴电

29、缆、放大器以及各种无源分配部件按照实际需要并遵循一定的原则组合而成的。,4.1 同轴电缆4.1.1 同轴电缆的结构与类型（1）结构由内导体、绝缘层、外导体及护套由里向外层层组合而成，这四部分轴心重合。,内导体（芯线）：用来传送RF信号，AC电源绝缘介质：是阻止沿径向的漏电电流，同时也要对内外导体起支撑作用，使整个电缆构成稳定的整体，绝缘介质的介电常数越小，电缆的衰减量和温度系数也越小。,外导体：防止自身RF信号的泄露和外部RF信号的侵入，同时也是RF信号和AC电源的“地”，跟内导体一起构成完整的传输回路。同轴电缆的屏蔽能力取决于外导体的密度和厚度，传输的频率越低，外导体厚度越厚、越密。外护套：

30、增加电缆的抗磨损、抗机械损伤，抗化学腐蚀的能力，对电缆起保护作用。高频电流在导体中流过时存在超肤效应，即只沿导体表面流过，在导体内部没有电流。高频信号在导体内传输时存在趋肤效应，且频率越高，趋肤深度越浅。,（2）类型 我国同轴电缆的命名由四部分组成，每两部分之间都用短横线隔开。第一部分分别用四五个字母来代表分类代号、绝缘材料、外导体材料、外护套材料和派生特性；第二部分代表同轴电缆的特性阻抗；第三部分代表绝缘介质的外径、第四部分则是代表结构序号的数字。,4.1.2 同轴电缆的特性和指标（1）指标 电气性能：包括特性阻抗、衰减常数、相移常数、回波损耗，屏蔽性能等几项测试参数；机械性能：包括最小弯曲

31、半径，最大拉力等参数；温度特性：主要是指衰减常数（衰减量）随温度的变化率，单位为%/；防潮性能；成本及使用寿命。（2）主要特性 阻抗特性：电缆中存在电阻、电感、电导、电容等分布常数，其特性阻抗ZO=（R+jL）/（G+jC）1/2=2f,对同轴电缆：ZO=（138/r1/2）lgD/d r：介电常数 D、d为外、内导体直径。衰减系数=3.56f1/2（K1/D+K2/d）/ZO+9.13r1/2ftg（dB/Km）f为工作频率，tg为绝缘介质损耗角的正切值，K1、K2是由内、外导体的材料和形状决定的常数。在传输频率的低端，衰减常数基本由电缆直径决定，介质影响很小，但随着频率的升高，介质影响会越

32、来越明显。电缆直径越大，则衰减值越小。工作频率越高，衰减值越大。通常所说的电缆衰减值是指电缆在系统最高工作频率下的衰减值。,反射损耗A、当断面尺寸或介质的性质在长度方向上有变化时，会造成特性阻抗的不均匀而在电缆内部产生的反射。B、当施工引起电缆变形或电缆老化引起材质变化时，也会因特性阻抗的不均匀而造成内部反射。屏蔽特性：是衡量同轴电缆抗干扰性能的一个参数，可以用屏蔽系数，屏蔽衰减，表面转移阻抗（耦合阻抗）等指标来反映。温度特性同轴电缆衰减量随温度的变化而变化。温度升高，衰减量增大，温度降低，衰减量减小，一般变化量约为0.2%(dB)/,传输速度与波长缩短率电波在电缆内的传输速度主要是由其绝缘体

33、的特性决定。Vg=VO/r1/2=3108r1/2（m/s）g=Vg/f=VO/r1/2f=o/r1/2,4.2 放大器4.2.1 放大器的类型和用途分干线放大器和分配系统用的放大器。4.2.2 放大器的技术指标 工作频率带宽,能使放大器正常工作的频率范围称为放大器的工作频带，工作频带内最高频率与最低频率之差，称放大器的带宽。,一个放大器的幅频特性，可用带内平坦度和带外衰减两个指标来描述。带内平坦度表示在工作频带内各频率点电平相对基准频率点f。输出电平的变化量。带内不平度，工作频带内最高输出电平与最低电平之差。带外衰减指放大器工作频带外一定范围内最大输出电平比基准频率点输出电平小的dB数。放大

34、器的带宽越大，幅频特性越好，放大器的性能就越好，适用范围越广，但价格越高。国标规定，宽带放大器的带内平坦度为+3dB和-1dB。,输出电平SO放大器输出电压用dBmv或dBuv来表示的数值称为放大器的输出电平SO。对宽带放大器，常用其工作频带内最高频道的输出电平来代表放大器的输出电平。增道G增益是放大器对信号的放大倍数，常用dB来表示，也就是输出电平与输入电平之差。噪声系数F噪声系数越低，放大器的性能越好，一般小于10dB。反射损耗和驻波比S一般要求10dB S1.92,非线性失真指标对于一个确定的放大器，工作电平越高，频道数越多，非线性失真指标越差。增益控制和斜率控制增益控制表示放大器对增益

35、的控制能力，即输入电平在较大范围变化时，输出电平保持在变化较小的范围。分自动增益控制和手动增益控制（衰减器）斜率控制表示对高、低频道增益差的控制能力。分自动斜率控制和手动斜率控制（均衡器）阻抗放大器输入，输出阻抗都应是75纯电阻。,其它特性对一个放大器，还应有一些其它要求。如环境温度，电源电压，电源电流、馈电方式，屏蔽性能，防水、防潮、防晒等性能。4.2.3 放大器的基本组成4.2.4 放大器的电路结构4.2.5 提高放大器性能的措施,使用放大器的注意事项：放大器的实际输出电平取决于系统设计中指标的分配，但一般应低于标称最大输出电平3dB-5dB。这样，即使偶然原因使放大器输出电平提高，输出电

36、平仍不高于最大输出电平，以满足交调、互调、复合三次差拍比等非线性失真指标。尽量减少串联放大器的个数，以减少噪声和交调，且有效控制整个电缆系统的电平斜率以及电缆随温度变化引起的季节性增益变化。干线放大器一般在中等电平下工作，使非线性失真尽可能小，而分配放大器则应在高电平下工作，以带动更多的用户。,4.3 主要无源部件无源部件必须具备以下特点：75阻抗，较好的定向传输分配能力，较高的相互隔离度，较大的反射损耗和屏蔽系数以及很宽的工作频带。4.3.1 分配器分配器是将一个输入口的信号大体均匀地分配到两个或多个输出口的装置。（1）分配器的电气特性分配损失：在各输出端良好匹配的情况下，传输信号在输入端与

37、输出端的信号电平之差。Ls=10lgn n为分配路数由于存在能量泄漏，散热等原因，分配器的实际分配损失大于理想分配损失Ls。,阻抗 75相互隔离度：在指定频率范围内，从某输出端加入一个信号，其电平与其它输出端测得的输出电平之差称为该分配器的相互隔离度。此指标越大，各输出口之间的相互干扰就越小，行标GY/T106-1999要求，邻频传输时应达到30dB以上。驻波比与反射损耗 邻频系统 16dB（2）分配器简单介绍 P127,4.3.2 分支器分支器的作用是从传输线路中取出一部分信号并馈送到用户终端盒。分支器中信号传输具有方向性，即只能由主路输入端向分支输出端传送信号，而不能反过来由主路输出端向分

38、支输出端传送信号，因此，常被称为定向耦合器。插入损失Ld定义：主路输入端电平与主路输出端电平之差为分支器Ld。Ld=10lg（Pi/Po）分支损失C定义：主路输入端电平与分支输出端电平之差。C=10lg(Pi/P分)C=-10lg(1-10-Ld/10)分支损失越大，插入损失越小。,分支隔离度指分支器各分支输出口之间相互影响的程度。国标要求邻频传输时该项指标大小30dB。根据定向耦合器的性质：任意两个输出端之间的相互隔离比从输入端到该两个输出端之间衰减的总和要大得多。可估计任意两个分支输出端之间的相互隔离SmSm C1+C2 一般Sm 比C1+C2大至少10 dB则Sm=C1+C2+10 反向

39、隔离度定义：从主路输出端加入的信号电平与分支输出端测得的电平之差。反向隔离度越大，分支损失越小，说明分支器的定向耦合性能越好。一般应大于40 dB反向隔离度较大，可使干线上由于阻抗不匹配而产生的反射波不会从主路输出端进入分支输出端，而影响分支输出的信号。,（2）分支器的基本原理（3）分支器与分配器的比较分配器的几个输出端大体平衡，分成不同路数的分配器具有不同的分配损失。分支器没有这样的对称性，一般来说，主路信号比分支输出信号要大得多，不同分支器的分支损失在8-24dB之间，主路信号的插入损失约1-3dB。分配器的任一输出端口开路，会破坏其对称性，使系统阻抗不匹配，容易形成反射波影响整个系统的性

40、质，同时，因为分配器无反向隔离本领，支路信号容易对主路干扰，在使用中一定不能使任一支路开路。分支器中分支输出的能量较小，开路后对主路影响不大，故用户电视机可以不接在分支器上，但其主路输出端最末端的电阻也不能开路。在用户分配网络中，分支器一般联成一串，而分配器则常采用树枝型联接。,4.4 同轴电缆传输网络4.4.1 基本结构形式 主要有三种：树枝形、星形和环形。4.4.2 基本组成,4.4.3 同轴电缆传输网络的工作状态同轴电缆传输网络的工作状态取决于干线放大器的工作状态，它直接决定了传输网络的性能指标。干线放大器的工作状态包括干线放大器的工作方式和工作电平。（1）干线放大器的工作方式,全倾斜方

41、式高、低频道的输入电平相同，高频道的输出电平比低频道的输出电平高。这种工作方式输入电平较低，放大器容易工作在线性区，有较高的非线性失真指标。平坦输出方式：高、低频道输出电平都一样，但输入电平不同。半倾斜方式高频道的输入电平比低频道输入电平低，高频道的输出电平比低频道的输出电平要高。非线性失真指标和载噪比指标介于上两者之间。,即：电长度E为干线串接放大器的增益和。干线实际长度D与其电长度的关系：D=E/LH（m）,（2）干线放大器的工作电平 电长度的概念,Gi为干线中放大器的增益,LH为电缆在最高工作频率处单位长度的衰减值（dB/m）。,干线放大器的最大输出电平 Somax=Sot-(C/CTB

42、min-C/CTB。)/2-10lgn式中：C/CTB。是厂家给出的干放在满频道工作时对应测试输出电平为Sot（干放的额定输出电平）时的载波组合三次差拍比指标；C/CTBmin为已知干线应该满足的指标，n为串联的干放台数。干线放大器的最小输入电平：Simin=C/Nmin+F+10lgn+2.4式中：C/Nmin为干线应满足的指标 F是干放的噪声系数（dB）,V型曲线,V形曲线所形成的V型区域是非线性失真和C/N指标同时满足的区域，也是干线放大器允许工作的区域。,G一般取22dB，Em为干线最长传输距离（电长度），Gn为最大级联数，Somax、Simin为单台干放满足指标所允许的最大输出电平和

43、最小输入电平对实际工程设计来说，求最远传输距离没有太大实际意义，一般情况电缆干线比Dm要小很多，求干线级联后的系统指标是系统设计中最常遇到的。,同轴电缆干线的最远传输距离,干线放大器最佳工作电平的确定当干线系统所需要的放大器台数n和所使用的放大器性能以及干线应满足的指标确定后，可以很方便计算出相应的Somax和Simin设放大器实际增益为G，极限增益为Gm 则放大器输入电平：,(3)干线放大器的控制方式在传输系统中，放大器的引入是为了全面补偿电缆的衰减特性。由于同轴电缆的衰减特性具有“动态”特点，它是温度变化的函数，电缆的衰减特性会引起系统电平的波动而使系统电长度E大大缩短。另外，在实际工程中

44、不可避免的间隔误差，电缆的老化等因素都要求传输系统放大器具备“动态”电平控制能力，即对系统的增益和斜率都能加以控制。考虑温度变化，实际电长度 E=So/t So：系统允许电平变动的最大范围：电缆衰减温度系数，一般为0.2%/t：温度变化量因此实际E大大缩短。,减小和控制温度变化影响的解决办法：采用有温度补偿作用的放大器；采用有导频信号的自动控制放大器；采用温度系数较小的电缆或埋地式敷设，可大大减小温度变化的直接影响。,4.5 用户分配网 一般来说，用户分配系统是指从信号分配点至系统输出口之间的传输分配网络。组成：分配放大器、同轴电缆、分支器、分配器等功能：将传输系统传送来的信号准确、优质、高效

45、地分配到千家万户，同时将用户端需要回传的信号汇聚到信号分配点上。4.5.1 基本结构在用户分配网中，分支、分配线路部分多采用星形呈放射状分布，特点是线路短、放大器少，覆盖效率高，经济合理。,常见分配系统结构形式示意图,用户分配网中的放大器工作在高电平状态，因而分配网的载噪比指标通常不成问题，但非线性失真比较突出，一般全系统的非线性失真指标要分配一半左右给分配网。,4.5.2 无源分配网(1)组成方式分配器的分配损耗较小，有利于高电平输出，且其各输出端口能实现均等输出，多利用分配器来实现信号的分路，但分配器在阻扰不匹配时易产生反射，也不具备良好的相互隔离能力，故实际中很少采用分配器来直接将信号分

46、配至系统输出口。分支器反向隔离性能好，因而大多采用它来直接入户。,四种组成方式：分配分配网络分支分支网络分配分配网络分配分支分配,（2）无源分配网的计算顺算法：即从前往后计算，根据分配点或放大器输出电平的大小，用递减法顺次求出用户端电平。倒推法：即从后往前计算，首先确定用户端电平，然后逐点往前推算出各个部件的电平，最后算出分配点或放大器所应具备的输出电平。设计时大多采用倒推法。计算时，应首先选择路距最远、用户最多、条件最差的分配线路进行计算；同时也应将最高传输频道和最低传输频道的电平分别计算。,第5章 光纤传输技术基础,5.1 激光与激光器5.1.1激光的产生实现粒子数反转，满足阈值条件和谐振

47、条件，是产生激光的三个条件。5.1.2 激光的特点 激光是以受激辐射的光放大为基础的发光现象。（1）单色性好；（2）方向性好；（3）亮度高；（4）相干性好。相 干 性：就是指空间任意两点光振动之间相互关联的程度。光的干涉：满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布。获得稳定干涉的必要条件：两束光的频率相同；振动方向相同；在叠加出两束光的振动有恒定的相位差。,5.1.3 激光器激光器是产生激光的器件或装置，主要包括工作物质（激活动物质），激励系统和谐振腔三部分（1）激光器的性能指标；输出光功率：激光器在各项

48、指标都正常的情况下输出的光功率。相对强度噪声RIN：定义为单位频带宽度中噪声与输出光强的比值，用dB/Hz，该值越小越好。激励阈值：定义为使激光器能正常工作的最小激励。线性范围：激光器能线性工作的最大范围。激光器的温度特性：即激光器的波长、噪声、阈值电流、饱和电流等性质随温度的变化情况。谱线宽度：激光器发生激光波长的范围。,（2）光通信中常用激光器用于光通信的激光器应体积小，重量轻，坚固耐用，寿命长，在室温下工作能输出较高的连续功率，所输出的激光应具有单色性好，频带宽、光谱纯，频率稳定，线性好，易于调制。激光二极管（LD）：又称法布里柏罗（F-P）激光器。优点：效率高、体积小、寿命长（100万

49、小时）缺点：输出功率小（1mw）、线性差、单色性不太好，不能传输多频道，高性能模拟信号。分布反馈激光器（DFB）激光器优点：单色性好、温度系数小、输出功率大，线性好，便于调制，容易引起单模振荡，可传输较宽频带。掺钕钇铝石榴石激光器（Nd:YAG）优点：输出功率大（50mw-200mw）、激励阈值低，能量转换效率高，对反射不敏感，相对强度噪声RIN小，是目前指标最高的激光器。,5.2 光纤与光缆5.2.1 光纤的结构和原理由纤芯、包层、两层被覆层组成。模场直径：描述光向包层内渗入的参数。（一定大于纤芯直径。按工作波长分为：0.85m，短波长光纤 1.31m和1.55m长波长光纤。按照光纤中容许传

50、输的电磁波模式的多少，光纤分为只能传输一种电磁波模式的单模光纤（SM）和有多个电磁波模式同时传输的多模光纤(MM)有横电磁波TEM、横电波TE、横磁波TM等SM：用于长距离，大带宽传输MM：近距离，传输调频信号和数字信号,5.2.2 光纤的特性（1）光纤的损耗光在光纤中传输一定距离后其能量损失的程度。单位：dB/Km。光纤的损耗与它所传输光的波长有关,光纤损耗随波长的变化曲线,光纤的温度系数很小，一般不考虑损耗随温度的变化，但在较低温度下，损耗明显增加：-25-35时，附加损耗为0.03dB/km0.04dB/km，-40时 0.060.08dB/km。,（2）光纤的色散色散：输入信号中包含的