第二章第一节前端系统设备和设计优秀课件.ppt

第二章第一节前端系统设备和设计1第1页，本讲稿共32页2.1.1 2.1.1 邻频前端系统的组成邻频前端系统的组成2.1.2 2.1.2 邻频前端系统的设计方案邻频前端系统的设计方案2.1.3 2.1.3 邻频前端系统设计配置图邻频前端系统设计配置图2.1.4 2.1.4 前端系统技术参数的设计前端系统技术参数的设计本节要点本节要点2.1 2.1 前端类型及其组成前端类型及其组成第2页，本讲稿共32页任务任务：接收和提供多路电视节目信号及其他各种非电视信号（系统控制信号、电话语音信号、双向传输的数据信号系统控制信号、电话语音信号、双向传输的数据信号），并将这些信号进行相应地处理混合成一路信号送给干线传输系统进行传输。主要设备主要设备：各种接收天线，各种接收机、解调器，各种信号处理器等。信号源信号源前端前端干线及用户分配部分干线及用户分配部分前端系统设计的好坏是整个有线电视系统设计的关键第3页，本讲稿共32页前端的功能前端的功能主要完成对信号源传送过来的信号的接受、加工、处理、组合、控制等过程，以满足整个系统正常运行的要求。从这个意义上说，前端是整个有线电视系统的心脏。传统的有线电视系统对信号的基本处理功能大致可以概括如下：（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（7）电平控制 （8）混合（9）产生导频第4页，本讲稿共32页 目前大多采用邻频传输系统目前大多采用邻频传输系统类型类型隔频传输系统隔频传输系统邻频传输系统邻频传输系统 前端类型前端类型第5页，本讲稿共32页2.1.1 2.1.1 邻频前端系统的组成邻频前端系统的组成 1。邻频前端系统的组成邻频前端系统的组成两种类型-频道处理型频道处理型：主要针对开路电视信号的接 收与传输 调制解调型调制解调型：主要针对来自视频设备信号 的接收与传输第6页，本讲稿共32页频道处理型频道处理型图图2.1 2.1 频道处理型前端原理图频道处理型前端原理图第7页，本讲稿共32页调制解调型调制解调型图图2.2 2.2 调制解调型前端原理图调制解调型前端原理图调制解调型邻频前端系统中，在接收开路电视信号（调制解调型邻频前端系统中，在接收开路电视信号（U U段段/V/V段）时，通常也采用调制解调型的处理方式，即将接收段）时，通常也采用调制解调型的处理方式，即将接收到的开路电视信号送入解调器，解调出到的开路电视信号送入解调器，解调出A A、V V信号，之后再信号，之后再进行中频调制及上变频，将它们变换到邻频系统的任一频进行中频调制及上变频，将它们变换到邻频系统的任一频道上。道上。第8页，本讲稿共32页两种类型的优缺点两种类型的优缺点 频道处理型频道处理型前端成本低，但信号质量稍差，一般 适合小型系统采用；调制解调型调制解调型前端成本高，信号质量好，一般适合 大型系统采用。所有上变频输出的信号都要经过混和器所有上变频输出的信号都要经过混和器传输后方可送入传输网络进行传输传输后方可送入传输网络进行传输第9页，本讲稿共32页2 2。邻频传输系统的特点。邻频传输系统的特点（1）前端设备中普遍采取中频处理中频处理、A/VA/V可调可调及幅频稳定幅频稳定技术技术，信号邻频配置并启用增补频道，使干扰大为减少，系统稳定性及可靠性大为提高，频道容量大为增加，对750MHz的邻频系统来说可多达80个频道（2）在系统传输方式方面可实现双向传输功能可实现双向传输功能。上行传输到前端的数据、信号等，目前国标最新标准规定为565MHz，可延伸到87MHz；下行信号主要安排在1101000MHz的频段上。第10页，本讲稿共32页（3）在传输干线系统方面采用集成模块技术集成模块技术及具有自自动电平控制（动电平控制（ALCALC）、自动增益控制（自动增益控制（AGCAGC）、自动斜率自动斜率控制（控制（ASCASC）、自动温度补偿（自动温度补偿（ATCATC）等功能的干线放大器，在干放中加入反向模块即可实现双向传输；配以较粗口径的同轴电缆，可使传输干线的最远距离达10Km,而且保持良好的图像和声音质量。若采用光缆传输系统，无中继传输距离可达3550Km。（4）电视机方面，要求电视机本振漂移小本振漂移小，选择性好选择性好，且具有邻频接收功能。具有邻频接收功能。第11页，本讲稿共32页 当网络较长时，由于电缆的温度特性影响，用户端的信号电平将会有较大当网络较长时，由于电缆的温度特性影响，用户端的信号电平将会有较大的变化，这是不容许的，为此必须要采用具的变化，这是不容许的，为此必须要采用具AGCAGC控制的放大器，这类放大器是控制的放大器，这类放大器是将工作频带内，靠近中间点的频道载波作为参考导频，来控制放大器的增益，将工作频带内，靠近中间点的频道载波作为参考导频，来控制放大器的增益，从而稳定放大器的输出电平。但是从电缆的温度特性可知，当温度变化时不从而稳定放大器的输出电平。但是从电缆的温度特性可知，当温度变化时不只是信号的电平会发生变化，信号的斜率也会发生变化，为此引入了自动斜只是信号的电平会发生变化，信号的斜率也会发生变化，为此引入了自动斜率控制（率控制（ASCASC），），通常将通常将既有既有AGCAGC功能功能又具有又具有ASCASC功能功能的称为的称为自动电平控制自动电平控制（ALCALC），），ALCALC常采用如下两种方式：常采用如下两种方式：放大器对电平的波动控制方式有：放大器对电平的波动控制方式有：手动控制（手动控制（MGCMGC）（用于较短的网络）自动增益控制（自动增益控制（AGCAGC）自动电平控制（自动电平控制（ALCALC）自动斜率控制（自动斜率控制（ASCASC）手动控制增益（机械和电调）（机械和电调）均衡（用于较长网络）（用于较长网络）第12页，本讲稿共32页a。用检温器用检温器。如使用热敏电阻或热敏半导体等温感原件取出温度变化量来控制放大器的斜率和增益。b。采用两个频率的导频信号采用两个频率的导频信号，一个作AGC控制，令一个作ASC控制。通常用低导频作ASC（可采用我国标准频道1或3 的载频）；用高导频信号作AGC（可选标准频道42频的载频），这样使高端电平牢牢钳位不变，ASC以此作为参考电平通过其控制使低导频点与高导频点的相对电平保持在最佳值。第一种方法控制精度不高，但电路简单；第二种方法控制精度很高，但电路较复杂。通常高档的放大器均用第二种方法第13页，本讲稿共32页3 3。邻频前端系统的技术要求。邻频前端系统的技术要求 在邻频前端中，为了避免个频道之间相互干扰，一般在邻频前端中，为了避免个频道之间相互干扰，一般每个频道都用一套独立的接收和调制设备，各频道之每个频道都用一套独立的接收和调制设备，各频道之间设有共用的有源设备。这样可以避免产生非线性失间设有共用的有源设备。这样可以避免产生非线性失真，各频道较容易实现高电平输出，弥补了无源混和真，各频道较容易实现高电平输出，弥补了无源混和器的高插入损耗，使前端输出电平的调整较为方便，器的高插入损耗，使前端输出电平的调整较为方便，确保整个有线电视系统的质量。对邻频前端系统的技确保整个有线电视系统的质量。对邻频前端系统的技术要求是：术要求是：第14页，本讲稿共32页（1 1）边带特性边带特性。为保证邻频系统中各频道之间互不干。为保证邻频系统中各频道之间互不干扰，要求邻频前端输出信号在扰，要求邻频前端输出信号在-1.25MHz-1.25MHz和和+6.75MHz+6.75MHz的的边带抑制比大于边带抑制比大于-50dB-50dB，否则难以保证邻频传输系统的，否则难以保证邻频传输系统的质量。质量。（2 2）带外抑制比带外抑制比。为了防止某频道寄生产物对其它频道。为了防止某频道寄生产物对其它频道产生干扰，要求前端设备通过调制器和频道处理器对信产生干扰，要求前端设备通过调制器和频道处理器对信号进行中频处理，使其输出的该频道载波电平与寄生信号进行中频处理，使其输出的该频道载波电平与寄生信号电平比值应达到号电平比值应达到60dB60dB以上。所以，在邻频前端中，要以上。所以，在邻频前端中，要求使用严格的残留边带滤波器，使其具有很高的选择性，求使用严格的残留边带滤波器，使其具有很高的选择性，保证每个频道频谱的纯净，避免对其他频道产生干扰。保证每个频道频谱的纯净，避免对其他频道产生干扰。第15页，本讲稿共32页（3 3）载波频率稳定度载波频率稳定度。在邻频传输系统中，邻频输出有图。在邻频传输系统中，邻频输出有图像和伴音两个载波，要求这两个载波的频差应严格保持像和伴音两个载波，要求这两个载波的频差应严格保持在在6.5MHz6.5MHz，其绝对频率偏差不能超过，其绝对频率偏差不能超过20kHz20kHz。图像载波。图像载波和伴音载波振荡器应采用和伴音载波振荡器应采用石英晶体振荡器石英晶体振荡器，并利用，并利用锁相锁相环技术环技术稳定两个载波频率，否则会因频率飘移产生图像失稳定两个载波频率，否则会因频率飘移产生图像失真和伴音失真。真和伴音失真。（4 4）伴音、图像载波功率比（伴音、图像载波功率比（A/VA/V）可调）可调。由于邻频传输时，。由于邻频传输时，两个频道之间的伴音载频与图像载频只相距两个频道之间的伴音载频与图像载频只相距1.5MHz1.5MHz，所以伴，所以伴音载波功率与图像载波功率之比，不仅对本频道有影响，同音载波功率与图像载波功率之比，不仅对本频道有影响，同时对相邻频道的图像也有影响时对相邻频道的图像也有影响A/VA/V过大会在电视屏幕上出现过大会在电视屏幕上出现网纹干扰。因此，要求系统中所有频道的网纹干扰。因此，要求系统中所有频道的A/VA/V必须可调，一必须可调，一般般A/VA/V可在可在-23-17dB-23-17dB之间调整。另外，在系统中所有频道的之间调整。另外，在系统中所有频道的A/VA/V还应尽量调整一致，否则，将会出现电视机更换频道时，还应尽量调整一致，否则，将会出现电视机更换频道时，各频道声音大小不一致。各频道声音大小不一致。第16页，本讲稿共32页（5 5）前端设备输出电平的稳定性前端设备输出电平的稳定性。在邻频传输系统中为了。在邻频传输系统中为了防止高电平频道对低电平频道的干扰，各频道信号的电平防止高电平频道对低电平频道的干扰，各频道信号的电平差越小越好。一般规定差越小越好。一般规定相邻频道之间的输出信号电平差应该相邻频道之间的输出信号电平差应该在在1.5dB1.5dB内内，同时要求在系统内的任何频道幅度变化不大，同时要求在系统内的任何频道幅度变化不大于于2dB2dB，以免造成图像清晰度下降、镶边和轮廓不清以免造成图像清晰度下降、镶边和轮廓不清等现等现象。象。（6 6）要有宽频带高隔离度的混和器要有宽频带高隔离度的混和器。由于邻频传输系统的电视。由于邻频传输系统的电视频道多，故混和器的频道要宽，其隔离度为频道多，故混和器的频道要宽，其隔离度为-30dB-30dB，插入损，插入损耗为耗为-20-20-15dB-15dB，反射损耗应优于，反射损耗应优于16dB16dB，传输特性要平，传输特性要平坦。坦。对邻频传输系统的技术要求还包括对邻频传输系统的技术要求还包括载噪比、载波互载噪比、载波互调比及回波值调比及回波值等参数。邻频传输技术的关键是前端系等参数。邻频传输技术的关键是前端系统，因此，在设计系统时，对前端系统提出的技术要统，因此，在设计系统时，对前端系统提出的技术要求越高，系统性能越好。求越高，系统性能越好。第17页，本讲稿共32页2.1.2 2.1.2 邻频前端系统的设计方案邻频前端系统的设计方案前端系统的设计要考虑各方面的综合因素，既要考虑目前的传输要求，又要给未来的发展留有余地，设计时通常按以下步骤进行：1 1。了解服务区基本情况，确定前端位置。了解服务区基本情况，确定前端位置 前端位置的确定一般从以下几方面考虑：（1）本地前端最好位于服务区的中心本地前端最好位于服务区的中心 （2）电视接收天线应安装在场强大、干扰小、反射弱的地电视接收天线应安装在场强大、干扰小、反射弱的地区区 （3）卫星接收天线应选在视野比较开阔，且干扰较少的地卫星接收天线应选在视野比较开阔，且干扰较少的地方方，要尽量低架，以避开当地微波传输链路的干扰。（4）前端位置的设置还应综合考虑供电、避雷等因素前端位置的设置还应综合考虑供电、避雷等因素。对于供电，有条件的地区尽可能采用具有双路供电系统条件的地点，或备用发电机设备。同时要避开落雷区。第18页，本讲稿共32页2 2。根据用户要求，确定前端功能。根据用户要求，确定前端功能 要确定基本的功能和前期的功能，同时要为后期的功能扩展留有接口。需注意的事项有：需注意的事项有：系统的传输信号系统的传输信号 系统是否双向传输系统是否双向传输 系统是否具有自动管理功能系统是否具有自动管理功能 是否采用光缆传输是否采用光缆传输 是否采用是否采用MMDSMMDS传输传输第19页，本讲稿共32页3 3。确定邻频系统带宽，合理安排电视频道。确定邻频系统带宽，合理安排电视频道 在选择有线电视频道时应注意以下几点：在选择有线电视频道时应注意以下几点：（1）应避开当地强信号电视台的频道和调频广播的频段。（避免重影和同频干扰）（2）应避开当地无线电通信的干扰。（如无线寻呼系统，集群电话系统等，这些信号的频率正好落在Z-1、Z-2或DS-6频道内）（3）可优先考虑采用标准频道和多数电调谐彩色电视机能收到的Z-3 Z-8和Z-35 Z-37 等频道。（以减轻用户购买机上变换器的经济负担）（4）优先考虑使用频率较低的频道。同时，考虑到双向传输功能及今后的增值业务，在选择频道时，应避开DS-1DS-5及Z-1、Z-2等频道。（因为交调干扰、复合三次差拍比失真在高频端比较严重）第20页，本讲稿共32页4 4。根据用户要求，选择最佳信号源。根据用户要求，选择最佳信号源5 5。前端设备的选择。前端设备的选择 应尽量采用性能优良的广播级设备 V段和U段接收，应采用单频道接收；对场强弱的频道应加装低噪声天线放大器；对调制器的选择，应尽量考虑选用固定频道 调制器，一般不提倡使用捷变型调制器，因 其噪声会影响其他调制器；对混和器的选择，其插入损耗应尽量小，相 互隔离性应尽可能高。第21页，本讲稿共32页2.1.3 2.1.3 邻频前端系统设计配置图邻频前端系统设计配置图框图见书本P38 包括：信号源部分（各种接收天线，接收机，自办节目源等）信号处理部分（调制器，解调器，混和 器，分配器，到频信号发生 器等）双向传输功能及系统自动管理功能设备等。6 6。绘制邻频前端系统配置。绘制邻频前端系统配置图图第22页，本讲稿共32页2.1.4 2.1.4 前端系统技术参数的设计前端系统技术参数的设计前端系统技术参数前端系统技术参数（1 1）载噪比）载噪比C/NC/N 载噪比是前端最重要的技术指标之一，一般系统的总载噪比指标（国标规定为43dB）将视系统的规模大小按一定比例分配给前端，设分配比例为q(q1)，则前端的载噪比指标是：(C/N)1dB 4310 lg q(dB)如在小系统中，选择q50，则(C/N)1dB46 dB；在特大系统中，选择q10，则(C/N)1dB53 dB。第23页，本讲稿共32页（2 2）非线性失真指标）非线性失真指标 一般，系统分配给前端的C/CTB和C/CSO指标为10，这样，前端应满足的指标为：(C/CTB)1dB5420lg10 74dB(C/CSO)1dB5415lg10 69dB 另外，在前端中由于采用单频道处理方式，其频道内的三阶互调必定存在，它是衡量前端设备性能好坏的一项重要指标。国家标准规定，单频道载波互调比IM内(dB)54dB。此项指标全部分配给前端。第24页，本讲稿共32页（3 3）回波值）回波值E E 国标规定，回波值E（）7。由于反射波受到的放大器单方向性的限制，它不可能反向通过放大器而只局限于一定范围内，要求整个CATV系统中各个部分的回波值均应控制在7之内。（4 4）微分增益失真）微分增益失真(DG失真)，微分相位失真微分相位失真(DP失真)这两项指标主要针对调制器、解调器和视频处理电路，其次是频道型部件，而在宽带传输和分配系统中几无损失。所以，系统的这两项指标可以考虑全部分配给前端。第25页，本讲稿共32页（5 5）色亮度时延差）色亮度时延差 该指标主要是由系统内部部件或设备的群时延造成的，群时延是相位频率特性的斜率。在CATV系统中，它主要产生于前端窄带滤波器频率特性的畸变。因此，这项指标也全部分配给前端。国标规定，色亮度时延差（ns）100。（6 6）频道内幅频特性）频道内幅频特性 这项指标一般用不平度来衡量。频道内幅频特性的好坏主要决定于频道滤波器质量的优劣，一般与宽带设备无关，因此，这项指标也理所当然地全部分配给前端全部分配给前端。国标规定，电视广播任何频道内幅度变化不能大于2 dB，在任何0.5MHz频带内，幅度变化不大于0.5 dB。第26页，本讲稿共32页 以上最重要的是载噪比或信噪比的计算。对射频信号以上最重要的是载噪比或信噪比的计算。对射频信号计算得到的是载噪比，对计算得到的是载噪比，对V V、A A信号计算得到的是信噪比，信号计算得到的是信噪比，将信噪比换算为载噪比，以载噪比较小的那个通道载噪将信噪比换算为载噪比，以载噪比较小的那个通道载噪比作为前端输出口的载噪比。比作为前端输出口的载噪比。1 1。天线输出电平的估算。天线输出电平的估算 2 2。射频通道载噪比。射频通道载噪比3 3。多频道混合后前端输出口载噪比。多频道混合后前端输出口载噪比4 4。前端输出电平的确定。前端输出电平的确定5 5。干扰和重影。干扰和重影第27页，本讲稿共32页1 1。天线输出电平的估算。天线输出电平的估算U-U-天线输出端到前端处的电平（天线输出端到前端处的电平（dBdB）E-E-接收点的场强（接收点的场强（dBdB）G-G-天线的绝对增益（天线的绝对增益（dBdB）-信号的波长（信号的波长（m m）La-La-接收天线至前端间的电缆衰减量（接收天线至前端间的电缆衰减量（dBdB）注意注意：天线的输出电平不等于场强加增益。通常接收天：天线的输出电平不等于场强加增益。通常接收天线采用多单元引向天线，增益在线采用多单元引向天线，增益在915 915（dBdB）之间）之间第28页，本讲稿共32页2 2。射频通道载噪比。射频通道载噪比Ui-Ui-有源设备的输入电平有源设备的输入电平 （dBdB）F-F-有源设备的噪声系数有源设备的噪声系数2.4-2.4-常数，频道数量较少时的取值，频道数量常数，频道数量较少时的取值，频道数量多时取多时取2.5 2.5 第29页，本讲稿共32页3 3。多频道混合后前端输出口载噪比。多频道混合后前端输出口载噪比-单频道时的载噪单频道时的载噪比比n-n-系统的节目套数系统的节目套数第30页，本讲稿共32页4 4。前端输出电平的确定。前端输出电平的确定 前端输出电平一般在110dB110dB左右，一般尽可能高一些，有利于信号的传输，又可以提高后面传输系统的载噪比。但也不能太高，否则会产生交调失真；通常输出电平应比最大输出电平低35dB；对多个频道混合时，一般最大输出电平降低7.5lg(n-1)dB作为实际输出电平，n为频道数。第31页，本讲稿共32页5 5。干扰和重影。干扰和重影减少干扰和重影的方法：尽量提高有用信号的强度，在前端的输入端加滤波器和陷波器以滤除干扰；采用方向性好的天线及调整天线的高度，位置避免出现重影；尽量避开干扰源；注意隔部件的连接及阻抗匹配，减小因其引起的反射而产生的重影。第32页，本讲稿共32页