共用天線電視（CATV）系統(tǒng)

§6.4 共用天線電視（CATV）系統(tǒng)

6.4.1 概述

共用天線電視（Commun1ty Anteua Television）是一種新興的電視接收、傳輸、分配系統(tǒng)。由于它是利用電纜傳送和分配電視信號，故又稱為電纜電視（Cable Television）。在CATV系統(tǒng)中增添一些前端設備，就可演變成閉路電視系統(tǒng)（Closed Circuit Television）。

CATV系統(tǒng)是一套將天線接收到的電視信號進行放大、分配并通過電纜傳送給眾多用戶電視機的專用設備，它是通過無源分配網絡分配電視信號的有線分配系統(tǒng)，如圖6.4-1所示。它主要由前端設備（衛(wèi)星直播接收機、電視轉播機、錄象機、電影電視傳播機等）、混合器、放大器、分配器組成。

CATV系統(tǒng)比普通電視廣播優(yōu)越得多，它能克服高山或高大建筑物造成“陰影區(qū)”，防止有害電波的干擾，提高用戶電視機輸入電視信號的載噪比，節(jié)省眾多的天線，對于集體單位收看電視，如大飯店、學校、部隊、廠礦、大村莊等，使用CATV系統(tǒng)是十分適宜的。美國的一套“CATV”系統(tǒng)用戶高達20多萬個。在國外人們把CATV

系統(tǒng)的電纜線稱家庭生活中除了電燈線、電話線以外的必不可少的第三根線－－圖象線。

CATV系統(tǒng)具有下列功能：

1.優(yōu)質地傳輸從空中接收下的廣播電視信號，差轉一般用戶無法接收的其他地區(qū)電視節(jié)目。

2.在不干擾相鄰頻道的條件下，在VHF波段的空頻道中發(fā)送自辦電視節(jié)目，CATV系統(tǒng)配備包括攝象機在內的全套小型演播設備，就可形成完整的獨立廣播系統(tǒng)。

3.在前端設備中，加入錄象機、電影電視轉播機、高傳真音響設備、衛(wèi)星直播接收機等，CATV的每個用戶就能共享這些昂貴設備所提供的電視節(jié)目。

4.CATV的前端設備與電子計算機中心、數(shù)據(jù)資料庫、電化教育中心相連接，就能調用它們的數(shù)據(jù)和電教節(jié)目，給“系統(tǒng)”的用戶共享。

5.可將一般用戶不能接收的中、短波段廣播或調頻廣播納入CATV系統(tǒng)，每個用戶就能通過廣播插座收聽這些無線電廣播。

目前，CATV系統(tǒng)主要是擴大規(guī)模，并力求提高普及率，進一步擴大CATV系統(tǒng)的功能。采用光纜技術，以傳送質量更高、套數(shù)更多的電視和調頻立體聲節(jié)目，同時推廣雙向CATV系統(tǒng)，傳送多種信息，并與同步衛(wèi)星的電視廣播、通信相結合，以構成綜合的情報網。所謂雙向CATV系統(tǒng)，它不僅能為用戶提供更多的圖象信息，而且用戶還可以直接同信息的發(fā)出者進行交談，閉路圖象雙向傳輸系統(tǒng)，還具有鑒別來訪人員的面貌、監(jiān)護病房、防火、防盜、報警等功能。

由于CATV系統(tǒng)龐大，功能繁多，欲使整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，必須解決一系列技術難題。CATV系統(tǒng)的設計，關鍵在于前端電路，各種放大器性能的好壞，對整個“系統(tǒng)”起著重要的作用，改進放大器的線性，進行AGC控制和ASC斜率控制以及減小各種互調失真等都是急待解決的問題。各種無源分支、分配器的頻帶寬度要達到0～1000Mhz。

下面就CATV系統(tǒng)設計中必須考慮的技術要點作一簡略性的介紹。

6.4.2 CATV系統(tǒng)的技術要點

一、自動增益控制（AGC）和自動斜率控制（ASC）

我國CATV系統(tǒng)目前一般采用同軸電纜傳送，傳送距離一般在10公里以內，而國外已達48公里之遠。電纜中的電視信號隨距離的增加而衰減，故需要更多的干線放大器提高信號電平。

同軸電纜對電視信號的衰減量隨著溫度的變化而變化。由于夏季和冬季的溫差很大，因而造成末端信號電平變化很大；距離越遠，這種變化越大，因此必須采用AGC進行電纜的溫度補償。

同軸電纜對高低頻道電視信號的損耗是隨頻率的增加而增加的，結果導致用戶端高低頻道信號電平存在差值；干線越長，這種差別越大。因此，必須在干線放大器中采用ASC進行自動頻率補償。

AGC和ASC的方法很多，例如可以使用熱敏電阻，用其阻值隨氣溫變化的特性來控制放大器的增益；也可采用導頻信號通過前端而使其輸出的信號為一定值來控制放大器的增益。在干線放大器中，可以采用手動斜率控制；也可以由前端設備發(fā)出兩個導頻信號，在放大器中進行檢波比較，然后再控制放大器的斜率。[Page]

國外通常大量使用多級AGC/ASC放大器來進行信號增益的溫度與頻率補償，它是用AGC/ASC放大器檢出兩個參考載波的電平，以調整放大器的增益和斜率，從而補償任何變化帶來的影響。由于多級AGC/ASC放大器的累接，如果設計處理不當，則會引起整個系統(tǒng)電平周期性變化和電視屏幕的閃爍。因此串接級數(shù)有一定的限度，并且在AGC放大器串接時，應盡量減少轉移調制。為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止或降低暫態(tài)過程的影響，可在所有放大器測量使用大規(guī)?；旌霞蛇^壓保護電源。

二、前端信號切換技術

在CATV系統(tǒng)中，為了利用數(shù)目有限的頻道，增加可供選擇的節(jié)目，插入電視廣告等，必須在系統(tǒng)前端進行信號切換。切換可對中頻信號或基帶信號進行，前者稱為中頻切換，后者稱為基帶切換。中頻切換的優(yōu)點是可直接進行切換，不必附加信號處理，成本較低，因此常被采用。缺點是各種信號源的中頻信號，分別通過多根電纜到達切換開關。由于信號匯漏并且頻率大體相同而產生嚴重干擾，因此要選用雙層屏蔽電纜和細心選擇開關來解決?；鶐袚Q的優(yōu)點是：由于基帶信號的頻率比中頻低，所以隔離度較好，各種信號源的信號泄漏干擾較?。煌瑫r，基帶信號接口電平已標準化（1Vpp），一般不必用放大器和衰減器。但是基帶切換增加額外的解調和調制，會使信號失真加大。較之中頻切換，它用得較少。

切換裝置可選用機械開關、繼電器和電子開關，切換方式的選擇要從隔離度、損耗和復雜性等方面綜合考慮。實現(xiàn)切換的具體方法也有多種，從完全手動到全自動程控。

三、CATV中的相位交調

在信號傳輸系統(tǒng)中，若某一載頻的幅度或相位隨其他載頻幅度的變化而變化，則前者稱為幅度交調，后者稱為相位交調，兩者均能引起電視圖象的可見性干擾。

相位交調產生的原因是，載頻的相位變化等效于圖象載頻產生頻率偏移，而接收機的圖象中頻正好位于中放曲線高端斜邊50％處，因此，圖象載頻的頻率偏移，將轉換成輸出信號的幅度變化，而在電視屏幕上反映出來。以往通常認為相位交調對圖象質量的影響較小，不易察覺，其實這是一種誤解。

幅度交調和相位交調對電視圖象的干擾形式不同：前者引起大幅度的明暗交替（對應于調制方波的持續(xù)期和占空期），后者則表現(xiàn)為前者兩根垂直線，一亮一暗，位于幅度交調干擾的兩邊，即對應于方波（假設其他載頻都被15.75Mhz的方波調幅）的前沿和后沿，兩者對圖象產生的干擾分別如圖6.4-2（a）、（b）所示。因此，在CATV系統(tǒng)中，應該同時消除這兩種交調干擾，否則，就會造成對圖象的干擾。

四、CATV中的脈沖間隔和寬度調制（PIWM）

脈沖間隔和寬度調制（Pulse Interval and Width Modulation）是一種適于CATV系統(tǒng)進行視頻傳送的脈沖模擬調制方式。其特點是已調脈沖的寬度和間隔均含有信息，它與其他模擬調制系統(tǒng)相比，具有設備簡單、傳輸帶寬較窄等優(yōu)點。

圖6.4-3為PIWM系統(tǒng)的方框圖及各點波形圖。輸入信號加至PEM調制器，調制器則輸出間隔正比于輸入信號取樣點幅度的脈沖串。假設平均取樣頻率為25MHz，此脈沖串再加至T觸發(fā)器電路，變換成脈沖間隔和寬度調制

信號，其平均重復頻率為取樣頻率的一半，即12.5MHz。顯然，此脈沖信號的間隔和寬度均帶有信息，即都對應于輸入信號在各取樣點的幅度。若設各脈沖間隔對應于輸入信號奇數(shù)取樣點的幅度，則脈沖寬度就對應于偶數(shù)取樣點的幅度。PIWM脈沖串再去激勵發(fā)光二極管，便得到了PIWM光脈沖。此光脈沖經光纖傳輸?shù)絇IN發(fā)光檢波器，又轉換成電脈沖，經放大限幅后，再輸入觸發(fā)脈沖發(fā)生器，在每個PEWM脈沖的前沿和后沿形成觸發(fā)脈沖，又去觸發(fā)鋸齒發(fā)生器，得到鋸齒波，其包絡與輸入信號形狀相同，再經低通濾波器，便得到了視頻信號。如果不考慮系統(tǒng)引入的失真，則此視頻信號的波形與輸入信號完全相同。

PIWM屬于非同步系統(tǒng)，因此設備簡單；它相當于脈沖間隔調制（PIM）和脈沖寬度調制（PWM）的混合。假設取樣頻率都相同，在PIWM系統(tǒng)中單位時間內的脈沖數(shù)是PIM系統(tǒng)或PWM系統(tǒng)中的一半，因此，PIWM系統(tǒng)的傳輸帶寬只是PIM或PWM的一半。[Page]

五、使用光纖電纜的CATV系統(tǒng)

不言而喻，使用光纖電纜的CATV系統(tǒng)與使用同軸電纜的CATV系統(tǒng)相比，前者比后者優(yōu)越得多，具有許多顯著的優(yōu)點：

1.光波頻率高，傳輸容量大，在單一、堅固耐用的光纜內可提供多個頻道。

2.在所有頻帶內，光纖損耗的頻率特性是均勻的，長距離傳輸CATV有較高的保真度。

3.由于光纖損耗小，中繼站之間的傳輸距離可增加，因而減少了中繼機。

4.光纖成本低，投資省，維護費用少，經濟效益高。

5.光纖不導電，抗干擾性能好，不受電磁干擾和其他工業(yè)干擾。

目前，使用光纖的CATV系統(tǒng)是以不相同的調制載波去傳輸CATV信號，每條線路都包括發(fā)送機、中繼機和接收機等部分。

基帶模擬信號對光源器件的強度調制（IM）。

基帶模擬信號先對某一副載波進行調頻，再對光源器件進行強度調制。這是副載波FM/IM。

利用A/D變換數(shù)字通信，由二進制數(shù)字信號對光波進行通繼控制，或通過脈碼調制（PCM）方式，由其信號的1碼或0碼對光源進行強度調制，使光纖信號為PCM/IM。

研究表明，對在CATV系統(tǒng)中使用的多路傳輸FM/IM和PCM/IM兩種方式進行比較，考慮綜合性能，對長距離干線，推薦使用三路復用的數(shù)字通信系統(tǒng)；而對較短的干線，使用兩路殘留邊帶的數(shù)字傳輸更有利，因為它對標準的電視接收機有更好的互換性。從經濟與性能來考慮，對于初期CATV干線，很可能是一個光纖干線與普通同軸電纜分配系統(tǒng)的混合體。