第3章有線電視系統（CATV）設計隨著我國廣播電視事業的迅速發展，有線電視系統與人民的工作、學習、生活緊密相連，已成為智能建筑必不可少的一個組成部分。從事綜合布線設計的技術人員必須掌握有線電視系統的設計技術。讀者可以通過本章節的學習，了解有線電視技術發展狀況，掌握有線電視系統的構成及組網方案。重點內容：有線電視系統的組成、有線電視傳輸技術、有線電視傳輸網絡的規劃和設計。難點內容：有線電視傳輸網絡的規劃和設計。3.1有線電視系統的概述有線電視是利用高頻電纜、光纜、微波等傳輸介質，并在一定的用戶中進行分配和交換聲音、圖像以及數據信號的電視系統。最早的有線電視系統，是1948年在美國賓州曼哈諾依的一個公用天線電視接收系統（MATV）。它采用一副主天線接收無線電視信號，并用同軸電纜將信號分送到用戶家中，以解決城郊山區電視信號陰影區的居民收看電視的問題。我國有線電視開始于二十世紀七十年代，經過三十多年的發展，從無到有，從小到大，已經發展成為我國廣播電視領域一支新興產業。我國有線電視技術發展很快，從同軸電纜傳輸到光纜、MMDS、HFC等多種傳輸技術的混合應用，從只傳輸模擬信號到模擬、數字信號的混合傳輸，從單向廣播網到雙向交互網絡，我國有線電視技術的發展日益接近國際先進水平。目前，我國大多數省市已開通采用數字技術的光纜干線，實現了全省、全市范圍內的聯網。同時，全國骨干網采用先進的數字傳輸技術，為開展數字、數據傳輸業務提供了優質的服務平臺。我國有線電視進入了實現數字化、交互式高速多媒體信息網的實驗階段。3.2有線電視系統的組成有線電視系統由三部分組成：前端系統、干線傳輸系統和用戶分配網絡。系統的前端部分主要任務是將要播放的信號轉換為高頻電視信號，并將多路電視信號混合后送往干線傳輸系統。干線傳輸系統將電視信號不失真地輸送到用戶分配網絡的輸入接口。用戶分配網絡負責將電視信號分配到各個電視機終端。有線電視系統的構成，見圖3-1所示。圖3-1 有線電視系統的組成3.2.1前端系統前端系統對各種天線接收的信號、攝錄設備等輸出的信號調制為高頻電視信號，并通過混合設備同時將多路信號合并為一路電視信號，以便輸送到干線傳輸系統。前端設備常用的設備是天線放大器，調制器、解調器、混合器、濾波器等設備。天線放大器主要連接于天線與前端設備，用于天線信號的放大作用。調制器可以將各路輸入信號調制到指定的電視頻道信號，如圖3-2所示為前端模擬調制設備。混合器可以將輸入多路信號合并為一路電視信號，不同信號占用不同的電視頻道，如圖3-3所示為常用的鄰頻混合器。圖3-2前端模擬調制設備圖3-3鄰頻混合器利用前端系統的功能，電視臺可以通過衛星天線接收開路信號，使用錄像機和直播攝像機播放閉路信號。開路部分信號包括

VHF、UHF（特高頻）、FM（調頻）、微波中繼和衛星轉發的各種頻段信號，經頻道調制和放大處理后，與閉路信號一起送入混合器，從而實現了多電視節目和自辦節目的播出。3.2.2干線傳輸系統對于大型的有線電視系統而言，有線電視信號經過前端系統輸出后，需要通過干線傳輸系統遠距離傳輸到用戶終端設備。有線電視信號在傳輸過程中損耗較大，因此需要采用高質量的傳輸介質并安裝放大設備對信號進行放大，以保證輸送到用戶終端設備的電視信號的電平達到要求，確保節目播放的質量。干線傳輸系統主要位于前端系統和電纜分配系統之間，將前端系統輸入的電視信號傳送到各個干線分配點所連接的用戶分配網絡系統。干線傳輸系統采用的主要設備是干線放大器，如圖3-4所示。根據有線電視用戶總數不同，需要干線傳輸系統提供的信號強度有所差異，配備合適的干線放大器就可以補償干線上的傳輸損耗，把輸入的有線電視信號調整到合適的輸出電平。圖3-4 干線放大器干線傳輸系統一般分別采用室外同軸電纜、光纜、多路微波MMDS、HFC（同軸電纜和光纜混合）四種方式進行信號的傳輸。對于組建中小型的有線電視傳輸網絡可采用同軸電纜傳輸技術。對于組建大型或超大型的有線電視網絡采用光纜或HFC傳輸技術，可以提供經濟、可靠的信號傳輸平臺。多路微波MMDS技術更適合于組建地形開闊、用戶分散的有線電視網絡。3.2.3用戶分配網絡用戶分配網絡位于干線傳輸系統和用戶終端設備之間，它將干線傳輸系統輸送的信號進行放大和分配，使各用戶終端得到規定的電平，然后將信號均勻地分配給各用戶終端。用戶分配網絡確保各用戶終端之間具有良好的相互隔離作用互不干擾。用戶分配網絡系統采用的設備主要有：分配器和分支器。分配器屬于無源器件，它的作用是將一路電視信號分成幾路信號輸出。分配器的規格有二分配器、三分配器、四分配器等，如圖3-5所示。分配器可以相互組成多路分配器，但分配出的線路不能開路，不用時應接入75歐的負載電阻。分配器的主要技術指標是分配損失、分配隔離度及駐波比。圖3-5 分配器分支器的作用是將電纜輸入的電視信號進行分支，每一個分支電路接一臺電視機分支器。分支器具有一個主路輸入端，一個主路輸出端和若干個分支輸出端構成，如圖3-6所示。分支器的主要技術指標有插入損耗、分支損耗、分支隔離度、駐波比及反向隔離度。圖3-6分支器分支器的規格有一分、二分、三分、四分支器，分支器的分支端直接接到終端用戶的電視插座中。電視機端的輸入電平按規范要求應控制在60～80dBmV之間，在用戶終端相鄰頻道之間的信號電平差不應大于3dB，但鄰頻傳輸時，相鄰頻道的信號電平差不應大于2dB，我們將根據此標準配置不同規格的分支器。用戶分配網絡中最常使用的電纜是物理發泡同軸電纜，其阻抗為75歐姆，如圖3-7所示。根據物理發泡同軸電纜的內部結構，該電纜較適合于室外布線，常用于連接分配器。對于室內用戶終端設備連接的電纜主要采用75歐姆的視頻電纜，如圖3-8所示。圖3-7 物理發泡同軸電纜圖3-8 室內視頻電纜3.3有線電視系統傳輸技術3.3.1電纜傳輸技術1.電纜傳輸系統的構成電纜傳輸系統采用同軸電纜作為有線電視網絡的干線或超干線的傳輸介質。電纜傳輸系統主要由同軸電纜和干線放大器間隔配置、級連構成，附屬設備有過電型分支器、分配器，主要用于干線分支，如圖3-9所示為電纜傳輸系統的構成。線路供電器和電源插入器用于干線放大器的電纜芯線供電。圖3-9電纜傳輸系統構成2.電纜的傳輸特性及其補償同軸電纜的傳輸特性有：（1）特性阻抗：75歐姆。（2）衰減特性：高頻衰減大于低頻衰減。細芯徑電纜衰減大于粗芯徑電纜衰減。衰減與電纜長度成正比。（3）溫度特性：隨溫度的升高，電纜的衰減量增大。一般電纜的溫度系數約為0.2%／度。（4）屏蔽特性：優質的電纜外導體有良好的屏蔽作用，傳輸信號不受外界干擾，也不會向外輻射、干擾其它信號。同軸電纜的屏蔽特性用屏蔽衰減表示，單位為dB。（5）機械特性：包括抗彎曲性能、防潮抗腐蝕性能和結構穩定性。由于同軸電纜的衰減與電纜的長度成正比，干線要遠距離傳輸，必須對電纜的傳輸特性進行補償。干線放大器用來補償電纜對信號電平的衰減，均衡電纜的頻率特性和溫度特性。干線放大器使用特性相同的放大器，各放大器的輸入和輸出電平值相同，采用“單位增益法”設計。3.電纜傳輸技術應用信號電平在電纜中的損耗較大，往往每隔幾百米就需要安裝一臺放大器，受外界環境影響較大，容易引入噪聲和非線性失真，而且系統中使用的器件多，可靠性較差，維護使用不便。因此純電纜傳輸技術目前僅用在較小的系統或大型系統中靠近用戶分配系統的部分。3.3.2多路微波系統MMDS傳輸技術在有線電視系統組網工程中，對于一些例如河流、鐵路、橋梁等障礙地形，傳輸線纜架設十分困難，必須采用微波傳輸技術來解決。多路微波分配系統MMDS是常用的一項微波傳輸技術。1.MMDS傳輸系統構成多路微波分配系統MMDS采用微波技術以一點發射或多點接收的方式將電視、聲音廣播及數據信號傳輸到各有線電視站、共用天線電視系統前端或直接到各用戶的微波系統，如圖3-10所示。圖3-10MMDS傳輸系統的構成該系統的信號頻率范圍為2500-2700MHz，采用空間傳輸方式，發射與接收應在視距范圍內進行。MMDS傳輸系統由發射系統和接收系統兩部分組成。發射系統的設備包括發射機、合成器、饋纜和發射天線，接收系統的設備包括接收天線、下變頻器和供電器。2.MMDS傳輸技術的應用MMDS傳輸系統屬于無線傳輸，帶有無線傳輸的通用缺點，如信號怕遮擋、反射出重影、易受干擾。這種方式不適用于人口稠密、高層建筑林立的大中城市，只適合于地形開闊、建筑物密集度不高的電視傳輸場合。3.3.3光纖傳輸技術1.光纖傳輸系統的特性光纖傳輸技術具有傳輸距離遠、信號失真小、傳輸容量大、免受雷擊等特點，目前該技術已廣泛應用于有線電系統的干線傳輸。有線電視系統中用于干線傳輸的同軸電纜傳輸750MHz信號時，損耗也有40dB／km左右，而采用波長1310nm的光信號，其損耗約為40dB／100km，顯然光纜的損耗比同軸電纜降低100倍。使用同軸電纜作為干線傳輸介質，則需要每隔幾百米必須設置一臺放大器，而采用光纜作為干線傳輸介質則可以實現跨越幾十公里的直傳，徹底解決了干線放大器級聯造成傳輸信號技術指標下降的問題。2.光纖傳輸系統的構成最基本的光纖傳輸系統由光發射機、光纖、光接收機、光中繼器組成，如圖3-11所示。光發射機的功能是將有線電視電信號轉換為光載波信號，光信號可以在光纖內傳輸，如果超過光纖傳輸長度限制，則可以使用光中繼器進行光信號放大。光信號傳輸到目的后，可以通過光接收機將光信號轉換為有線電視電信號，并通過同軸電纜傳輸到各樓宇用戶端。圖3-11光纖傳輸系統為了實現多路電視信號在光纖上傳輸，采用了復用方式進行信號傳輸。常用的復用方式有空間復用方式（SDM）、頻分多路復用方式（FDM）、時分多路復用方式（TDM）、波分多路復用方式（WMD）。空間復用方式是指光纜內每根光纖傳輸一路電視信號的方式。頻分多路復用方式是指將多路信號調制到不同的頻率帶寬內，使一根光纖可以同時傳輸多路信號。時分多路復用方式是指各路信號采用分時占用傳輸介質的方式，使一根光纖可以同時傳輸多路信號。波分多路復用方式是指對光信號頻帶進分割，不同的頻段傳輸不同的信號，從而使一根光纖可以傳輸多路信號。3.光纖傳輸技術的應用光纖有線電視網不僅僅局限于有線電視業務，它可以為開展寬帶綜合業務傳輸提供一個開放的平臺，是寬帶綜合業務網的一個重要組成部分。用光纜構成廣域的包括電視業務在內的多媒體網絡具有廣闊的發展前景。3.3.4 HFC（光纖同軸混合網）傳輸技術1.HFC傳輸系統的構成HFC有線電視網由光纖作干線、同軸電纜作用戶分配網傳輸介質，構成光纖同軸混合的網絡。它充分發揮了光纖和同軸電纜所具有的優良特性，較好地完成了有線電視信號的高質量傳輸與分配。HFC是一個以前端為中心、光纖延伸到小區并以光節點為終點的光纖星形布局，同時，以一個樹形同軸電纜網絡從光節點延伸覆蓋用戶。因而，HFC有線電視網絡拓撲是一個星-樹形結構。在HFC寬帶接入網中，模擬電視和數字電視、綜合數據業務信號在前端或分前端進行綜合，合用一臺下行光發射機，將下行信號用一根光纖傳輸至相應的光節點。在光節點，將下行信號變換成射頻信號。每個光節點通過同軸電纜，以星樹形拓撲結構覆蓋用戶。從用戶來的上行信號在光節點變換為上行光信號，通過上行光發射機和上行回傳光纖傳回前端或分前端。上下行信號在光傳輸中采用的是空分復用，在電纜傳輸中采用的是頻分復用。2.HFC網絡的頻分復用技術HFC網絡采用頻分復用技術，將5-1000MHz的頻段分割為上行和下行通道。5-65MHz為上行通道，87-1000MHz為下行通道。上行通道為非廣播業務，主要傳輸包括狀態監控信號、視頻點播信號以及數據通信業務等。下行通道將87-550MHz為普通廣播電視業務，該頻段全部用于模擬電視廣播時，除調頻廣播業務外，可安排約54個頻道的模擬電視節目。550-750MHz為下行數字通信信道，用于傳輸數字廣播電視、VOD數字視頻以及數字電話下行信號和數據，上行數據一般利用5-65MHz頻段，為了提高抗干擾能力，采用QPSK(或16QAM)調制。3.HFC傳輸技術的應用HFC寬帶接入網具有巨大的接入帶寬的優勢，可提供各種模擬和數字傳輸業務。HFC寬帶接入網絡的主要業務可分為兩大類，即廣播電視業務和交互業務。廣播電視業務包括目前的模擬電視節目的傳輸和正在逐步發展的數字廣播、數字電視等其它廣播業務。交互業務包括INTERNET接入、視頻點播VOD、可視電話、會議電視、遠程教育、遠程醫療等。3.4有線電視電纜傳輸網絡規劃與設計3.4.1工程概況某住宅小區地上總建筑面積15萬平方米，其中住宅建筑面積13萬平方米，1040戶；公建建筑面積2萬平方米，包括中心會館、幼兒園、小學、商業用房、小區服務用房、公共配套設施。小區住宅部分建筑劃分為A、B、C、D、E五個區，其中A、C和D區是小高層住宅，B區是多層住宅，E區是高層住宅。該小區是集自然、生態、藝術、人文于一體的新型生活居住區，整體建筑新穎、戶型豐富、環境優美、交通便捷。根據需求分析可以得知，該住宅小區共需要安裝有線電視信息點1193點。3.4.2 工程方案設計1.系統總體設計本工程有線電視系統按1000MHZ鄰頻方式雙向傳輸要求設計，采用光纖和同軸電纜混合網（HFC）組網。用戶終端電平按64±4dB設計。2.系統設備選型（1）系統選用設備與部件具有雙向性，其視頻輸入與輸出電纜特性阻抗均為75歐姆，能滿足VOD點播等雙向傳輸的要求。（2）室外同軸電纜選用SYWL-75-12型，室內同軸電纜選用SYWV-75-9及SYWV-75-5型。光纜選用室外4芯單模光纜。（3）家庭信息箱內提供1進4出有線電視通道。3.小區主干網絡設計有線電視系統信號通過12芯單模光纜，從市有線電視網引來。小區有線電視中心設在中心會館一層的小區設備間內。在整個住宅小區設置3個有線電視光節點，分別設在中心會館的小區設備間、C-5樓、D-2樓，C-5樓、D-2樓兩處光節點的有線電視信號均通過室外4芯單模光纜從中心會館小區設備間內引來，如圖3-12所示。圖3-12小區主干光纜布設圖中心會館處的光節點將有線電視光信號分成5路射頻信號通過SYWL-75-12型同軸電纜分別引至B-2樓、E-2樓、小學、幼兒園及中心會館有線電視分中心的電視前端箱內。B、E區的有線電視分中心前端箱將信號放大分配后，通過SYWL-75-12型同軸電纜引到本區塊各樓有線電視前端箱內。C-5樓處光節點將有線電視光信號分成7路射頻信號通過SYWL-75-12型同軸電纜送到C-1~C-7樓各樓有線電視前端箱內。D-2樓處光節點將有線電視光信號分成5路射頻信號通過SYWL-75-12型同軸電纜送到D-1~D-4樓有線電視前端箱及A-4樓有線電視分中心前端箱內。A-4樓有線電視前端箱將信號放大、分配后，通過SYWL-75-12型同軸電纜引到A區各樓有線電視前端箱內。4.小區用戶分配網絡設計（1）住宅部分各單元分別在中間樓層弱電井內或走廊（B區），設置有線電視單元分配器箱，內設置放大器、分配器。單元分配器箱設置位置為：多層住宅B區設在三層，小高層住宅A、C、D區設在六層，高層住宅E區設在五層和十二層。單元有線電視分配器箱信號通過同軸電纜SYWV-75-9從各樓有線電視前端箱引來，在單元分配器箱內有線電視信號經過放大分配后，通過同軸電纜SYWV-75-9引到單元各層每個住戶的家庭信息箱內。家庭信息箱通過SYWV-75-5將信號引到住戶有線電視插座。每戶家庭信息箱用1根SYWV-75-5電纜引至在客廳設置1個有線電視點。家庭信息箱內設有可擴容的分支器，用戶裝修時可通過在家庭信息箱內設置的分支器進行有線電視點的擴充。（2）公建部分小學、幼兒園、中心會館在中間樓層弱電井設置分配器箱（內設分配器、放大器），信號由各樓前端箱通過同軸電纜SYWV-75-9引來，經過放大分配后，將信號通過同軸電纜SYWV-75-5送到各房間有線電視終端。每個教室設置1個有線電視信息點，會議、活動、娛樂、休息場所每自然間設置1個有線電視信息點。3.5歸納與思考有線電視系統是綜合布線系統中非常重要的一項應用系統，在智能大廈和智能生活小區中有線電視系統是必不少的一個組成部分。要掌握有線電視系統的設計關鍵是掌握有線電視系統的構成及相應設備的性能，熟悉有線電視系統的常用傳輸技術。根據工程項目的特點和要求，靈活地選擇符合要求的傳輸技術，選配合適的傳輸設備，從