基础电子中的有线电视网HFC传输系统的设计方案分析
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2020-11-12
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基础电子中的有线电视网基础电子中的有线电视网HFC传输系统的设计方案分析传输系统的设计方案分析
由于我们的设计对象是一个“光缆、电缆CATV综合网络”，其传输网络功能设计的指导思想应该是：从目前的
以“模拟”为主的“广播电视网”，逐步过渡到将来的以“数字”为主的“模数混合宽带综合信息网”。因此，在讨论设计
前，有必要简单了解一下HFC传输的几种调制方式和网络拓朴结构。 1.HFC传输系统的几种调制方式方案
CATV传输系统从调制方案上分为模拟信号传输系统和数字信号传输系统。根据信号的接口方式又分为基带
信号传输系统和射频信号传输系统。目前应用较多的系统是模拟射频传输系统，主要原因为VSB-AM系统与数字
系统相比造价相对较低，且可采用6MHz带宽传输，它与电缆分配网络及前端接口之间匹
由于我们的设计对象是一个“光缆、电缆CATV综合网络”，其传输网络功能设计的指导思想应该是：从目前的以“模拟”为主
的“广播电视网”，逐步过渡到将来的以“数字”为主的“模数混合宽带综合信息网”。因此，在讨论设计前，有必要简单了解一下
HFC传输的几种调制方式和网络拓朴结构。
1.HFC传输系统的几种调制方式方案
CATV传输系统从调制方案上分为模拟信号传输系统和数字信号传输系统。根据信号的接口方式又分为基带信号传输系统
和射频信号传输系统。目前应用较多的系统是模拟射频传输系统，主要原因为VSB-AM系统与数字系统相比造价相对较低，且
可采用6MHz带宽传输，它与电缆分配网络及前端接口之间匹配良好。当选用光缆作干线时，还要考虑光缆延伸的范围，决定
分配电缆网的大小。光纤传输有线电视信号需对电视信号进行处理(调制)，然后对光源进行调制。对光源进行调制分为外调制
和内调制两种。外调制光发射机采用稳定光源(常用YAG固体激光器)由电信号加在外光调制器上对通过激光束进行光强调制，
这种外调制光发射机调制失真小，输出信号噪声低，传输距离远，动态范围大，负载能力强，但需对失真进行补偿，且价格也
较昂贵。电信号直接对分布反馈(DFB)半导体激光器进行光强调制，称之为内调制。此类光发射机价格便宜，使用方便，现在
被大量采用。根据对电信号的处理，可分为下面三种调制方式。
1.1 幅度调制光缆传输(VSB-AM)
这是一种模拟传输方式，常简称为AM光纤技术。这种方式是电视信号对相应频道的载波(VHF或UHF)进行残留边带调幅
调制，然后把各路已调制的载波混合在一起对激光器进行强度调制。这是一种模拟的传输方式。AM光缆技术的最大优点是可
以与通常的电缆CATV网兼容；光接收机输出信号可以直接作为电缆CATV网的输入信号，不需解调和调制。目前，AM光缆传
输是最便宜的方式，也是目前应用最广泛的一种，但对激光器的线性要求非常严格。现在，AM光缆传输设备的典型指标为：
光损耗10dB，C/N为50dB CSO/CTB为(60～63)dB。一级AM光纤链路可达25km。同样的距离如果用电缆需要50个放大器级
联。
1.2 频率调制光缆传输(FM-IM)
这也是一种模拟传输方式。首先，电视信号对每个频道的载波进行频率调制(FDM)，然后把各个经过FDM调制后的信号混
合起来对激光进行强度调制。采用FM方式有以下显著优点：①传输带宽27MHz，由于宽频带增益和加强增益，可以把S/N对
C/N改善20dB以上。②由于不易受到失真干扰之影响，故可确保较高的光调制度；于是可大幅度放宽对LD性能之要求。对所
要求之接收光功率可降低到约-20dBm。③由于不易受到反射光的影响，故可进一步降低对接收光功率之要求。采用FM方式尚
需解决的技术问题是与同轴CATV的连接。若内装BS调谐器在TV接收机中，则可廉价地实现包括HDTV在内的卫星广播业务之
FTTH系统(FiberToTheHome)。
总之，其最大的缺点是原电缆CATV系统不兼容，每个频道都需要调制器和解调器，因此成本较高。另外，由于FM占用
频带较宽，传输节目数量受到限制。其优点是对激光器的线性不敏感，灵敏度高，光路允许损耗大，传输距离相对AM光纤要
长。目前，FM光纤的典型水平是用1310nm波长的单模光纤，允许光损耗为20dB，传输距离大于40km。一般可传输16个电视
频道。
1.3 数字调制光缆传输(PCM-IM)
数字光缆传输采用脉冲编码调制(PCM)方式。这种方式是将基带电视信号经取样，编码，复接后对光进行强度调制，一般
使用6～8bA/D(模/数)变换。一路电视信号编码数率为140Mb/s，经过压缩编码后可低于34Mb/s。一根光纤能传输8～12路电视
节目，数字光缆传输距离长，单级传输距离达60km，其S/N可达60dB，CTB和CSO为70dB。这种方式在传输中无噪声积累，
无非线性失真，可多次进行中继，仍保持很高的图像质量。同FM光缆一样，数字光缆和CATV分配网相联接时，需要增加调
制解调器，其成本高于FM光缆。但由于其传输距离长，传输质量好，是网间长距离传输的最佳方式，随着成本的下降，这种
方式将会被更普遍地采用，特别是省内干线联网。光CATV系统向数字化方向发展适应了社会向信息化方向发展之必然趋势。
随着信息化社会之迅速发展，人们对多媒体技术之关注与日俱增。以数字技术为基础，把广播、通信和信息处理融为一体，不
仅进行简单的图像分配，而且出现了把图像、声音、数据、图形等巧妙地组合起来的多媒体业务。CATV采用光纤传输加上数
字化，则将与B-ISDN之联系更紧密，可进一步实现CATV业务之多样化；并可担负提供多媒体业务的重要一翼。
因此，人们对光CATV的数字化、高质量化和双向化的研究寄予厚望。目前，数字传输方式基本上有两种：一是直接PCM
方式，它不进行信号频带压缩；二是按MPEG标准进行频带压缩之方式。在中继回路中，为了确保演播室的质量，须采用直接
PCM方式。在干线及分配系统中，由于允许一定程度的质量恶化，以及由于编码-译码机价格之下降，故采用频带压缩方式比
要求宽频带的直接PCM方式有利。目前，研究开发数字传输光CATV的关键技术有：单模光纤网络技术、数字/频带压缩技术
以及多媒体技术。
2 HFC传输网的网络拓扑结构
同轴电缆、光缆、微波和卫星是传输和分配CATV信号的四种传输介质，根据不同的环境条件和要求构成不同的网络拓扑
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