1、第5章 有线数字电视系统传输平台技术第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.1 有线数字电视系统传输平台技术概述有线数字电视系统传输平台技术概述 5.2 有线数字电视系统信号基带传输技术有线数字电视系统信号基带传输技术 5.3 有线数字电视信号的载波传输技术有线数字电视信号的载波传输技术 5.4 有线数字电视光纤传输中的多路复用与多址复用技术有线数字电视光纤传输中的多路复用与多址复用技术 5.5 有线数字电视系统的传输媒体有线数字电视系统的传输媒体 5.6 光纤有线数字电视系统网络的拓扑结构光纤有线数字电视系统网络的拓扑结构 5.7 有线数字电视的基带光纤传输系统有线数字电视的基带光纤传输系统
2、 5.8 有线数字电视的载波光缆传输系统有线数字电视的载波光缆传输系统 5.9 SDH传输技术简介传输技术简介 5.10 ATM交换技术简介交换技术简介 5.11 宽带宽带IP技术简介技术简介 第5章 有线数字电视系统传输平台技术 5.1 有线数字电视系统传输平台技术概述有线数字电视系统传输平台技术概述5.1.1 有线数字电视传输技术的主要参数有线数字电视传输技术的主要参数国际电信联盟简称国际电联(ITU)，是以促进国际电信合作和提高世界电信业务功效为目标的一个国际组织，同时又是联合国的一个专门机构。国际电联下设三个常设委员会：国际频率注册委员会、国际无线电通信咨询委员会(CCIR)和国际电报
3、电话咨询委员会(CCITT)。国际电联标准化部门ITU-T建议的Rec.J83有关数字CATV传输的主要参数如表5-1所示。第5章 有线数字电视系统传输平台技术表 5-1 ITU-T Rec.J83数字 CATV 传输的主要参数 传输标准 主要参数 美国(1)欧洲 DVB 日本 美国(2)输入信号 修正 MPEG-2 MPEG-2 纠错码 RS(128，122)及卷积码 RS(204，188)RS(207，187)卷积交织 深度 128 深度 12 深度 52 传送带宽 6 MHz 8 MHz 6 MHz 调制方式 64、256QAM 16、32、64QAM 2、4、8、16VBS 滚降率 1
4、8%/12%15%13%11.5%第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.1.2 有线数字电视传输的技术基准有线数字电视传输的技术基准在CATV系统中，将模拟电视(NTSC、VSB-AM)与数字电视(64QAM、OFDM)利用频分复用一起传送时，应注意邻频信号的干扰，以使接收的信号不受影响。为此，在CATV广播法施行规则中，对邻频道间的信号功率电平比和用户端子的干扰信号电平的技术基准均做了规定。表5-2给出了CATV传送的技术基准。第5章 有线数字电视系统传输平台技术表 5-2 CATV传送的技术基准 项目 MTSC、VSB-AM 64QAM OFDM 接收端子电平 6085 dBV 5385
5、 dBV(峰值)4781 dBV(平均值)C/N 指标 38 dB 26 dB(平均值)24 dB(平均值)CTB 干扰 -43 dB-45 dB 单一频率干扰-50 dB-30 dB x2判为“1”，x1x2判为“0”，x1、x2为抽样时刻LPF的输出。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-4 FSK数字调制原理框图及波形 第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-5 FSK数字相干解调原理框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-6 FSK数字非相干解调原理框图及波形 第5章 有线数字电视系统传输平台技术3.相位键控相位键控(PSK)调制调制数字相位键控即数字相位调制，它用载波信
6、号的相位来传送数字信息。相位键控又可分为绝对移相和相对移相两种。绝对移相利用载波相位的绝对值来表示数字信号，记为PSK。若“1”码用0相位表示，则“0”码用相位表示。相对移相则是利用相邻码元的载波相位的相对变化来表示数字信号。当传送数字信息“1”时，后一码元信号相对于前一码元信号有相移变化，当传送数字信息“0”时，前后码元的相位不发生变化，记为DPSK。PSK信号可表示为：当输入为1时，SPSK(t)=A cos0t；当输入为0时，SPSK(t)=A cos(0t+)。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-7 PSK调制波形及原理图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术绝对移相信号可视为双
7、极性基带信号f(t)与载波相乘得到，即 SPSK(t)=f(t)A cos0t乘法器的输出为 u(t)=SPSK(t)2 cos0t=2Af(t)cos20t=Af(t)+Af(t)cos20t第5章 有线数字电视系统传输平台技术式中：第一项为双极性数字基带信号；第二项为20的高频信号，通过低通滤波器后，即滤除了Af(t)，从而实现了解调。但由于解调时的相干载波2 cos0必须从输入信号SPSK(t)中提取，一般是通过全波整流带通滤波变为20，再2分频而得，2分频没有定位信号，产生的相干载波相位可为0或，因此解调后的数字信息“0”和“1”可能发生颠倒，从而造成相位模糊。故绝对移相已被相对移相所
8、取代。相对移相键控时数字信息只和前后码元相位的相对变化有关，完全排除了相位模糊的问题。DPSK的波形及原理方框图如图5-9所示。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-8 鉴相器原理图第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-9 DPSK的波形及原理方框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术从波形图可知，相对移相信号SDPSK(t)可以看成数字基带信号f(t)和载波信号Acos0t的乘积，即SDPSK(t)=f(t)Acos0t。故首先要使用绝对码f(t)及相对码f(t)的转换器进行转换，再使用乘法器产生DPSK信号。相对移相信号的解调方法有两种，一是相干解调法，二是相位比较法。图5-10
9、为DPSK相干解调原理方框图。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-10 DPSK相干解调原理方框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术它实际上是用绝对移相信号的解调方法来解调相对移相信号，即 u(t)=SDPSK(t)2 cos0t=2A f(t)cos20t=Af(t)+A f(t)cos20t经低通滤波滤去高频20分量，输出f(t)，再经相对码/绝对码转换器解调出原数字信号。综合以上可看出，这三种基本载波调制方式(即幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)同属于二进制数字调制方式。从频带宽度考虑，当码元间隔为T时，ASK及PSK的频带宽度近似为2/T，而FSK系统
10、的带宽几乎是ASK或PSK系统的3倍左右。因此，从频带宽度利用率的角度来看，FSK最不可取。第5章 有线数字电视系统传输平台技术从误码率考虑，绝对移相相干接收PSK的抗噪声性能最好，其次是相干解调即码型变换PSK、差分相干DPSK，以下依次是相干PSK、非相干FSK、相干ASK、非相干PASK。从抗信道变化能力考虑，FSK及PSK对信道特性变化不敏感，抗信道变化能力强。而ASK系统的最佳判决门限为A/2，与接收输入信号幅度有关，故ASK性能最差。目前用得最多的数字调制方式是相干PSK、DPSK和非相干PSK。相干PSK、DPSK主要用于高速数据传输。第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.3.
11、3 多进制数字调制多进制数字调制数字码流在送入信道前，必须将数字码流调制到适合信道传输的载波上，或变换为适合信道传输的形式；为了提高频谱利用率，必须采用多进制的调制方法。这样，在一个码元上可以传输多个比特，以此来降低码速，减少信道带度。用M进制数字基带信号调制载波的幅度、频率和相位，可分别产生MASK、MFSK及MPSK等多种多进制载波数字调制信号。四相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)及残留边带调制(VSB)等都是常用的多进制调制方法。下面主要介绍有线数字电视系统采用的正交幅度调制技术。第5章 有线数字电视系统传输平台技术QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位
12、来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前，QAM星座点最高可达256QAM。QAM信号是利用正交载波对两路数字基带信号分别进行双边带抑制载波调幅形成的。若每一路信号有m个电平，则m电平正交调幅为mQAM，它有n=m2个状态，即nQAM代表n状态正交调幅。图5-11(a)为4QAM、16QAM及64QAM矢量端点图或星座图。图5-11(b)示出了16QAM时电平数与信号状态的关系。对于4QAM信号，当两路幅度相等时，其产生、解调及其性能均与QPSK信号相同。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-11 QAM矢量端点图(星座
13、图)第5章 有线数字电视系统传输平台技术QAM信号相互正交的两个分量可以独立地分别以ASK方式传输数字信号。若原始数字信号是二进制信号，则首先应将二进制信号转换为m电平的多进制信号，然后进行正交调制，最后相加输出。图5-12为产生QAM信号的原理框图。图中x(t)由序列a1，a2，ak组成，y(t)由序列b1，b2，bk组成，它们是两组相互独立的二进制信号，经2/m变换器变换为m电平的信号x(t)及y(t)。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-12 QAM信号产生原理框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术QAM也是二维调制技术，在实现时也采用正交调幅的方式。QAM信号可用正交相干解调
14、方法解调，其原理框图如图5-13所示。解调后输出两路独立的多电平基带信号。最后根据多电平码元与二进制码元的关系，可恢复出原二进制基带信号。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-13 QAM信号正交相干解调原理框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术与相移键控QPSK调制相比，QAM可传送更多的信息，频带利用率较高；但QAM会受到载波幅度失真的影响，其可靠性不如相移键控QPSK。表5-3为QAM调制的信息速率和所占用的频带宽度，供参考。表5-3 QAM 调制的信息速率和所占用的频带宽度 调制方式 16QAM 32QAM 64QAM 128QAM 256QAM 信息速率/(Mb/s)20 2
15、8 25 35 30 42 35 49 40 56 占用带宽/MHz 5.75 8.05 5.75 8.05 5.75 8.05 5.75 8.05 5.75 8.05 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.4 有线数字电视光纤传输中的多路复用与多址复用技术有线数字电视光纤传输中的多路复用与多址复用技术1.有线数字电视系统中的多路复用技术有线数字电视系统中的多路复用技术1)光波分复用(WDM)技术如果在一根光纤上不只传送一个光载波，而是同时传送波长不同的多个光载波，则这种传输方式就称为光纤的波分复用(WDM)。这样，可以在一根光纤上使原来只能传送一个光载波的单一光信道变为同时在单根光纤上可传
16、送多个不同波长的光信道，使光纤的传输能力成倍增加。也可以利用不同波长沿不同方向传输来实现单根光纤的双向(双工)传输，以增加用户接入网中组网的灵活性。第5章 有线数字电视系统传输平台技术目前使用的光波分复用器主要是无源器件，结构简单，体积小，可靠性高，易与光纤耦合，成本低。光波分复用器件具有方向的可逆性，即同一器件可用作合波器，也可用作分波器，因此可以在同一光纤上实现双向传输。光波分复用器件的性能可用三个指标来衡量，即插入损耗、隔离度和信道宽带。插入损耗是指由于WDM器件的引入而导致的功率损耗，这些损耗包括WDM器件自身的固有损耗以及WDM器件与光纤的连接损耗。隔离度是指一个信道耦合到另一信道中
17、的信号的大小。隔离度越大，耦合过去的信号越小；隔离度越小，耦合过去的信号越大，原则上隔离度大一些好。信道宽带是指分配给某一特定光源的波长的变化。激光器本身也有带宽，因而波分复用中光源的信道带宽应足够宽，即相邻光源之间的间隔应足够大，才能避免不同光源之间的串扰。第5章 有线数字电视系统传输平台技术在光波分复用技术中，各个波长工作的系统是彼此独立的，各个系统所用的调制方式、传输速率和传送信号类型(模拟信号或数字信号)等彼此没有关系，而是互相兼容，本身是透明的，因而在使用上带来很大的方便性和灵活性。在光波分复用技术中，必须使用各种波长不同的光源。目前可使用粗调波分复用技术，先将信号调制在1310 n
18、m DFB光发射机，其输出光信号通过1310/1550光波分复用器，再与550 nm光信号合并。也可利用高密波分复用(DWDM)技术，将四路信号或八路信号直接调制在波长为1550.9 nm、1552.5 nm、1554.1 nm和1555.7 nm的四个分布式反馈激光器(DFB)上，由这些激光器输出不同波长的光信号，通过波分复用器进行合并，用一根光纤进行传输。第5章 有线数字电视系统传输平台技术2)密集光波分复用(DWDM)技术DWDM技术是由波分复用(WDM)技术发展而来的，它把1536.611560.61 nm波长细分成若干个不同波长的光波后对信号进行传输。目前已能分成64个，随着技术的不
19、断发展，将来能分成更多个波长。据朗讯公司贝尔研究实验室宣称，已研制成功128个波长的10 Gb/s基础速率的DWDM系统；据报导，日本NEC公司也实现了132个波长的DWDM系统；日本富士通公司成功开发了32个波长、基础速率为10 Gb/s的FWX320GDWDM系统。第5章 有线数字电视系统传输平台技术3)光波频分复用(FDM)技术频分复用(频率分割复用)与波分复用(波长分割复用)在本质上没有什么区别，在光纤上，频率表示电磁波每秒出现的波峰数，波长表示此电磁波的一个波峰到另一波峰的长度，两者互为倒数。当光载波间隔比较大时，用波长来衡量比较方便，一般称为波分复用；当光载波间隔比较小时，用频分复
20、用。通常把光载波间隔在1 nm以上的系统称为波分复用，将光载波间隔小于1 nm的系统称为频分复用。第5章 有线数字电视系统传输平台技术目前频分复用主要有两种方法，即采用高选择性的可调谐光滤波器和相干光通信技术。前者简单方便，采用无源方式，成本低，易于实现稳定的频率调制合解复用；后者接收灵敏度高，易于实现稳定的频率调制合解复用，实现更窄的信通间隔，从而允许容纳更多的信道数，但光路复杂，成本高。两种FDM方式各有千秋，均在平行发展之中。第5章 有线数字电视系统传输平台技术4)光波时分复用(TDM)技术光的时分复用与电的时分复用的工作原理是相似的。可以将一帧时间T划分为几个时隙，每一个时隙为T/N，
21、其中第1，2，N路的时隙依次排列，每个时隙只传输固定的信道，这种复用方式称为光波时分复用(TDM)方式。5)光波空分复用(SDM)技术所谓光波空分复用(SDM)，是利用空间分割构成不同的信道进行光复用的一种复用方式。比如，在一根光缆中利用两根光纤构成两个不同的信道，或利用两根光纤构成不同方向的两个信道(上、下行信道)。空间分割复用是目前广泛采用的最简单的一种复用方式，这种方式很有实用价值。第5章 有线数字电视系统传输平台技术6)光波副载波复用(SCM)技术将多个基带信号分别调制成不同频率的电载波，也就是进行电的频分复用，然后把这些经过频分复用的电信号群对一个光源(光载波)进行调制，进入光纤；在
22、接收端，先经光解调即光电转换检测出电频分复用的电信号群，再用电信号处理的方法把各路电载波分开，经过解调，恢复原来的各个基带信号。整个通信过程要经过两次调制和两次解调，第一次调制是电载波，第二次调制是光载波。一般把电载波称为副载波复用(SCM)技术。SCM技术最主要的优点是可以充分利用已成熟的微波技术，易于实现。每一个副载波所传送的信号与另一个副载波所传送的信号不相关，相互独立，故可以实现模拟和数字电话及图像和各种数据业务的兼容。SCM技术适用于用户接入网的CATV多频道的传输系统。第5章 有线数字电视系统传输平台技术2.有线数字电视系统中的多址复用技术有线数字电视系统中的多址复用技术有线电视通
23、道的多址方式主要有时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)等方式。时分多址(TDMA)与时分复用(TDM)类似，它将一个信道的工作时间分割成周期性、互不重叠的时隙，每个时隙分配给不同的用户使用。第5章 有线数字电视系统传输平台技术频分多址(FDMA)与频分复用(FDM)类似，它将一个信道的可用频带分割成互不重叠的部分，并分配给不同用户所要发送的载波使用。在FDMA中各载波的频率互不相同，每个用户的数据流占用1个载波频率，所有用户的数据流可在同一时间内发送。正交频分复用(OFDM)作为一种高质量的频分多址复用技术，不仅用于数字音频广播(DAB)和不对称数字用户环路(ADS
24、L)，还用于HFC接入网的上行信道。码分多址(CDMA)是一种基于扩展频谱(扩频)技术的通信方式。扩频是指发送信号所占频谱远大于信号本身所需的最小带宽。由于在传输速率不变的情况下，信号的频带宽度与信噪比成反比，因此，当频带宽度很大时，即使在信噪比很低的情况下也可以不变的速率传递信息。所以，CDMA抗干扰能力较强，是以牺牲频带利用率为代价的。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-14 CDMA基本原理 第5章 有线数字电视系统传输平台技术每个用户被分配一个特定的扩频码，分别为PN1PNk。在发送端，各用户使用的扩频码是正交或接近正交的。所有用户的调制解调器共用1个射频信道，每个用户的调制解调
25、器用1个扩频码(PN)对信号码相乘，进行扩频，再进行调制输出。在接收端，分别用与发送端完全相同的扩频码对发送来的扩频信号作相关解调处理(解扩)，可以把混合在同一频带内的不同用户的信号分离出来，而彼此之间互不影响或影响极小。因此，在同一扩频带宽内，各用户能同时互不干扰地发送信号和接收信号，实现多址通信。在异步CDMA码分多址系统中，由于用户码不能在接收端对齐，因而使信号失去了正交性而产生相互间的干扰，这种由自身而产生的相关干扰(也称多址干扰)相当于增加了系统的噪声。为了减少由自扰而产生的噪声，S-CDMA采用相同相位且正交的扩频序列，并使不同用户发送信号的扩频序列保持精确同步。第5章 有线数字电
26、视系统传输平台技术 5.5 有线数字电视系统的传输媒体有线数字电视系统的传输媒体 1.双绞线双绞线把两根互相绝缘的铜导线用规则的方法扭绞起来就构成了双绞线，两根线绞接在一起可以使线间及周围的电磁干扰最小。双绞线是现在最普通的传输介质，其典型直径为1 mm。电话系统中使用双绞线较多，差不多所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。通常将一对或多对双绞线捆成电缆，在其外面包上硬的护套(见图5-15)。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-15 双绞线第5章 有线数字电视系统传输平台技术双绞线用于模拟传输或数字传输，其通信距离一般为几千米到十几千米。对模拟传输，当传输距离太长时要加放大器，可将衰减了
27、的信号放大到合适的数值。对数字传输则要加中继器，以将失真的数字信号进行整形。导线越粗，其通信距离就越远，但造价也越高。双绞线主要用于点到点的连接，如星形拓扑结构的局域网中，计算机与集线器(Hub)之间常用双绞线来连接，但其长度不超过100 m。双绞线也可用于多点连接，作为一种多点传输介质，它比同轴电缆的价格低，但性能要差一些。第5章 有线数字电视系统传输平台技术双绞线按其是否有屏蔽，可分为屏蔽双绞线(STP)和无屏蔽双绞线(UTP)。屏蔽双绞线是在一对双绞线外面用金属箔缠绕，有的还在几对双绞线的外层用铜编织网包上，均用作屏蔽，最外层再包上一层具有保护性的聚乙烯塑料。与无屏蔽双绞线相比，其误码率
28、明显下降，约为10-610-8，但价格较贵。无屏蔽双绞线除少了屏蔽层外，其余均与屏蔽双绞线相同，阻抗值在1 MHz时通常为100，中心芯线为24AMG(直径为0.5 mm)，每条双绞线最大传输距离为100 m。无屏蔽双绞线抗干扰能力较差，误码率高达10-510-6，但因其价格便宜、安装方便，故广泛用于电话系统和局域网中。第5章 有线数字电视系统传输平台技术双绞线还可以按其电气特性进行分级或分类。电气工业协会/电信工业协会(EIA/TIA)将其定义为3类、5类、超5类、6类以及7类五种型号。3类双绞线的速率为10 Mb/s，5类双绞线的速率可达100 Mb/s，超5类可达1550 Mbit/s以
29、上，可以适合未来多媒体数据传输的需求。局域网中常用第3类和第5类双绞线，它们都为无屏蔽双绞线，均由4对双绞线构成一条电缆。第3类双绞线常用于局域网10Base-T的数据传输或用做话音传输等。第5类双绞线比第3类双绞线有更好的传输特性，可用于10Base-T、100Base-T等局域网中。第5章 有线数字电视系统传输平台技术现行双绞线电缆中一般包含4个双绞线对，共四组。计算机网络通常使用12、36两组线对，分别用来发送和接收数据。双绞线接头为具有国家标准的RJ45插头和插座(统称为RJ45水晶头)。RJ45水晶头与双绞线配套使用，用于制作双绞线与网卡接口间的接头，其质量好坏直接关系整个网络的稳定
30、性，不可忽视(见图5-16)。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-16 水晶头 第5章 有线数字电视系统传输平台技术现在常用的双绞线为5类非屏蔽双绞线，其频率带宽为100 MHz，能够可靠地运行4 MB、10 MB和16 MB的网络系统。当运行100 MB以太网时，可使用屏蔽双绞线以提高网络在高速传输时的抗干扰特性。6类、7类双绞线可分别工作于200 MHz和60 MHz的频率带宽之上，且采用特殊设计的RJ45插头(座)。值得注意的是，频率带宽(MHz)与线缆所传输的数据的传输速率(Mb/s)是有区别的：Mb/s衡量的则是单位时间内线路中电信号的振荡次数。第5章 有线数字电视系统传输平台
31、技术2.同轴电缆同轴电缆广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比)同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75 同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。如图5-17所示，同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层和保护塑料外层组成。这种结构中的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号，具有很好的抗干扰特性。由于同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性，因此被广泛用于比较高速率的数据传输。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-17 同轴电缆第5章 有线数字电视系统传输平台
32、技术同轴电缆传输的特性参数如下：1)特性阻抗同轴电缆的特性阻抗取决于内、外导体的直径和内外导体间绝缘材料的介电常数。常用电缆的特性阻抗有75和50两种。有线电视系统中都采用损耗最小的75电缆。实际使用的电缆，由于工艺水平的限制，不可能严格等于75，而且各段电缆的特性阻抗也并非完全相等。选用电缆时应注意选择特性阻抗均匀、尽可能接近75的电缆，否则会造成阻抗失配。当阻抗失配严重时，会引起多重反射，造成重影或失真。第5章 有线数字电视系统传输平台技术2)衰减特性同轴电缆在传输信号的过程中会产生衰减。衰减由导体损耗和介质损耗两部分组成。由于导体损耗的增加与频率的平方根成正比，介质损耗的增加与频率成正比
33、，所以随着频率的升高，总损耗将增大。在有线电视传输的频率范围内，介质损耗约小于10%。第5章 有线数字电视系统传输平台技术3)温度特性同轴电缆的损耗不但与工作频率有关，而且还随着使用环境温度的不同而变化，当温度升高时损耗将会增加，一般电缆的温度系数为0.2%()-1，即当温度变化1时，电缆的衰减量一般有0.2%的变化。例如，在炎热的夏天，白天最高气温为+40，在寒冷的冬天，夜间最低气温为-10，这样同一根电缆夏天与冬天的温度差为50，则电缆的衰减量变化为500.2%=10%。如果一根同轴电缆干线全程衰减量为180 dB，则夏天的衰减量比冬天的衰减量多18dB。第5章 有线数字电视系统传输平台技
34、术4)其他特性同轴电缆质量的好坏，除了要求阻抗尽可能接近75，衰减尽可能小，温度系数尽可能小以外，还应具有以下特性：(1)屏蔽性能好，使电缆中传输的信号不受外界杂波的干扰，也不会干扰外界的电磁场。这个性能主要取决于外导体的密封程度，网状编织层的密度越大，层数越多，铝管越厚，屏蔽性能就越好。一般铝管电缆的屏蔽衰减均在120 dB以上。目前在接入网中采用四屏蔽电缆就具有很好的屏蔽特性，四屏蔽电缆的屏蔽衰减为110 dB。第5章 有线数字电视系统传输平台技术(2)结构反射损耗大，以避免反射波造成的重影对图像的影响。一般要求反射损耗大于20 dB。(3)机械性能好，即内外导体要连成一个整体，耐折弯、不
35、易变形。否则，电缆变形后破坏其对称性和特性阻抗，使电磁波在电缆中的传输受到影响。(4)防水防潮性能好。电缆受潮后会破坏绝缘介质的绝缘性能，还会使导体受腐蚀，这些都会使电缆的衰减增大，寿命降低，因此要十分注意电缆的防潮问题。物理发泡电缆比藕芯电缆的防水防潮性能要好一些。(5)防污染。电缆的防护套不应采用有毒的聚氯乙烯塑料。第5章 有线数字电视系统传输平台技术3.光纤和光缆光纤和光缆光纤即光导纤维，是软而细的、利用内部全反射原理来传导光束的传输介质。光纤是新一代的传输介质，与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优势。单根光纤很细，强度很低，不能用于有线电视干线，将多根光纤组合制成光缆后，可用于有线电视
36、和通信。单芯光缆示意图见图5-18。因为光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用光纤介质的网络无论是在安全性、可靠性，还是网络性能方面都有了很大的提高。光缆传输的带宽大大超出了铜质线缆，而且光缆支持的最大连接距离达两千米以上，是组建较大规模网络的必然选择。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-18 单芯光缆 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6 光纤有线数字电视系统网络的拓扑结构光纤有线数字电视系统网络的拓扑结构5.6.1 光纤光纤CATV系统网络的几种拓扑结构系统网络的几种拓扑结构光纤CATV网络拓扑结构大体上可分为树形拓扑、星形拓扑、双星拓扑、环形拓扑、网孔拓扑、母线星形拓扑和星树形
37、拓扑结构。第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6.2 光纤树形拓扑结构光纤树形拓扑结构树形拓扑结构是采用一系列12光分路器的联级，从光纤主干道分出多支连接节点的一种结构，如图5-19所示。目前，有些CATV光纤网由于光纤芯数不够，因而采用树形结构。但是，树形结构存在着以下弊端：(1)由于分路较多，造成较多的熔接点，这不但引入了较大的插入损耗，耗费了光功率，缩短了传输距离，而且由于各光分路器和各熔接点造成的多重反射，从而使系统的噪声和非线性失真变大，系统指标下降；(2)这种结构可靠性差，若主干距前端某处断线，则将影响整个系统；(3)这种结构确定以后，就基本定型，给将来网络的延伸和升级改造十分
38、困难，不到万不得已的情况下，一般不应采用。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-19 树形拓扑结构第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6.3 光纤星形拓扑结构光纤星形拓扑结构星形拓扑是前端光纤到各分前端或到多个节点光纤进行光一次分配到位，由各自的光纤辐射到各节点的一种结构，如图5-20所示。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-20 星形拓扑结构 第5章 有线数字电视系统传输平台技术这种结构的好处是，所用光分路器少，光纤熔接点少，传输质量高，系统可取性高，当某一部分光纤出现故障时，不会影响其他分支路上的用户。它还具有一个很大的优势，就是便于交互式业务的应用。第5章 有线数字电视系统
39、传输平台技术5.6.4 光纤双星拓扑结构光纤双星拓扑结构双星拓扑是星形拓扑的级联，适用于大型区域联网，主前端以星状向分前端辐射，各分前端再以星状向各节点辐射，如图5-21所示。目前，AM光纤采用1310 nm分布反馈式DFB光端机，在传输覆盖35 km以内的距离时，可采用这种结构。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-21 双星拓扑结构 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6.5 光纤环形拓扑结构光纤环形拓扑结构环形拓扑是主前端同各分前端用光纤构成一个封闭环路连接起来的结构形式，一般光纤环形网络以双纤环(传输方向相反)作为整个网络的主干线。光发射机置于主前端，它可以通过双光纤环从两个方
40、向把信号传递给若干个分前端，每个分前端选择两个输入信号中较好的一个，并把它传送到所属的节点中。根据光纤链路损耗情况的不同，该分前端也可继续提供光信号中继、形成星形或树状拓扑进行光信号再分配。第5章 有线数字电视系统传输平台技术环形网络的最大优点是可靠性高，自愈能力很强，当环在某一处断裂时，不会影响信号中断。这种拓扑结构一般用于特大型综合数据网络。这种网络系统必须配置一个网络管理系统，能对网络中的所有光发射机、光接收机、混合、切换、交换器进行寻址，并对它们分别进行监测和控制。目前各省和全国建立的广播电视数据传输网(即SDH同步数字光纤网)均采用这种拓扑结构。在环形拓扑中还可由多环组合成相交和相切
41、的拓扑结构，其结构如图5-22所示。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-22 环形拓扑结构 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6.6 光纤网孔拓扑结构光纤网孔拓扑结构网孔拓扑结构是现代大型数字光纤传输网络的主要拓扑结构，如图5-23所示。它是在环形拓扑的基础上，将在主环网上和不在环网上的分前端采用直线或环形光纤传输线路把它们连接起来，网络中各节点通过SDH的数字交叉连接设备或ATM的交换连接设备，可通过任意一条路径同主前端联通，具有更高的可靠性和自愈能力。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-23 网孔拓扑结构 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6.7 光纤母线光纤母线星
42、形拓扑结构星形拓扑结构母线星形拓扑是树形结构的一种变型，在连接前端的光纤干线系统上串接有两个以上的多路光分路器，干线构成母线，多路光分路器构成星形，如图5-24所示。这种结构具有成本低之优点，适用于数字光纤CATV网。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-24 母线星形拓扑结构 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.6.8 光纤星光纤星树形拓扑结构树形拓扑结构星树形拓扑是前端与各分前端构成星状，各分前端之后为树形结构进行传输的一种结构。这种结构显著的特点是成本低，是目前世界各国CATV广泛采用的光纤/同轴电缆混合网络拓扑(HFC)，如图5-25所示。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图
43、5-25 星树形拓扑结构 第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.7 有线数字电视的基带光纤传输系统有线数字电视的基带光纤传输系统光缆传输系统是目前主流的CATV传输平台，在数字光缆传输系统中传输的是数字视频、音频和数据信号。数字基带光缆传输系统可在1根光纤中传输多路数字视频、音频和数据信号。它是由模/数变换模块(A/D)、数/模变换模块(D/A)、时分多路/分路开关、光发送机和光接收机组成的，如图5-26所示。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图5-26 数字基带传输方框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术在发送端，V、A信号经过视频/音频处理后送入A/D转换器模块(或者编码器)，转换
44、为数字格式，每路信道采用时分多路开关(多路复用器)将多路数字视频、音频信号合并为串行数据流，对光发送机进行光数字调制。在接收端，光接收机将强度调制光信号转换为串行电数据流，经过时分多路开关(多路复用器)和D/A后，还原为模拟V、A信号。第5章 有线数字电视系统传输平台技术图中，模/数变换模块能够把模拟信号转变成数字信号，它的分辨率可以是8 bit，也可以是10 bit。8 bit能够得到较好效果，10 bit能够得到满意效果，其对应的量化级数分别为28=256和210=1024。若为8 bit的，则每路视频信号编码后的速率为135.7 b/s。一个模/数变换模块可同时对1路视频、4路音频进行模
45、/数转换，并有1路RS-232数字通信接口，其波特率为9.6 kb/s，共有4个模块，可传输16路视频和32路音频，经过多路复用器后产生一个2.4 Gb/s的数字信号流。D/A变换模块则与A/D变换模块的过程相反，可把数字信号变换为模拟信号。第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.8 有线数字电视的载波光缆传输系统有线数字电视的载波光缆传输系统 图5-27 数字载波光缆传输系统方框图 第5章 有线数字电视系统传输平台技术视频编码器完成对PAL信号的编码、数字化处理及数据压缩，输出恒定码率的视频数据。音频编码部分完成对输入立体声信号的A/D变换及数字压缩，输出恒定码率的声音数据。信道复接部分将视
46、频数据、声音数据和其他输入数据复接组成帧。视频和音频编码压缩是数字有线电视的核心和关键，目前均釆用MPEG-2编码国际标准。第5章 有线数字电视系统传输平台技术信道编码完成前向纠错。数字电视中普遍采用RS码，它是一种性能优良的分组线性码，在同样编码的冗余度下，RS码具有最强的纠错能力。正交振幅调制(QAM)将二进制信号调制在正弦波上传输，其目的是进行频率匹配。QAM调制有16QAM、32QAM、64QAM、128QAM和256QAM等。该调制方式具有很高的频率利用率，但对传输信道的信噪比有很高的要求。系统解码器的工作过程是编码的逆过程，恢复的视频分量信号经数字PAL解码器解码，产生复合电视信号
47、输出。第5章 有线数字电视系统传输平台技术5.9 SDH传输技术简介传输技术简介5.9.1 SDH传输技术传输技术SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是一种同步数字体系，一种高速传输的数字通信技术，在电信网、计算机网和有线电视数字传输网中具有极为广泛的应用。这里所谓的同步，是指其复接时各支路的低速信号是互相同步的。在SDH网中，一般采用主从同步方式，即在每一个网络内有一个高精度的主时钟，用它来控制多个一级从时钟，再用每个一级从时钟来分别控制多个二级从时钟形成树形结构。各个从时钟的频率和相位通过锁相环锁定到上一级时钟上，最后实现全网的同步。第5章 有线数字电视系统
48、传输平台技术主从同步的优点是组网灵活，控制简单，网络的稳定性较好，对从时钟的要求不高；缺点是对基准主时钟要求较高，对网络故障比较敏感，一旦主时钟出了问题，容易造成整个网络的混乱。为了增加网络的可靠性，可以采用主时钟与同步分配网络的多重备份。例如设立一个副时钟，平时由主时钟来控制，在主时钟出现问题后，改由副时钟对整个网络进行控制。SDH网也可以采用相互同步方式，即各交换节点都有一个精度较高的时钟，相互进行控制。这种方式对节点时钟的要求比主从同步中的主时钟要低，设备较便宜，对同步分配链路故障也不敏感；缺点是网络稳定性不如主从同步方式。此外，还可以把上面两种同步方式结合组成混合同步方式，例如高级节点
49、时钟之间采用相互同步，而低级节点则通过主从同步方式与高级节点同步。第5章 有线数字电视系统传输平台技术SDH的传输速率分级，也称为同步转移模块STM，其中，STM-1的传输速率为155.520 Mb/s，STM-4的传输速率为622.080 Mb/s，STM-16的传输速率为2488.320 Mb/s，STM-64的传输速率为9953.280 Mb/s等。SDH网络中的设备主要有终端复用器、分插复用器、交叉连接设备和再生器等。终端复用器(TM)是在网络的终端把多路低速信号复用成一路高速信号，或反过来把一路高速信号分接成多路低速信号的设备。分插复用器(ADM)用于网络的交叉节点，从输入的高速信号
50、中分接部分低速信号(或向输出的高速信号中插入部分低速信号)。第5章 有线数字电视系统传输平台技术数字交叉连接设备(DXC)是具有一个或多个信号端口，可以对任意端口之间的信号进行可控连接(包括再连接)的设备。它兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管等多项功能。再生器(RG)位于传输链路中途，是能够接收STM-N信号，并经过适当的处理使信号按照规定的幅度、波形和定时特性继续向前传送的设备。第5章 有线数字电视系统传输平台技术在SDH网中，常常采用环形自愈网的方式来进行保护，以增强通信的可靠性。所谓环形自愈网保护，是把各个ADM节点组成一个环形，在某段线路或某个网元出现故障时，利用分插复用器ADM的
