§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(hào)，故又稱為電纜電視（Cable Television）。在CATV系統(tǒng)中增添一些前端設(shè)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(hào)進(jìn)行放大、分配并通過(guò)電纜傳送給眾多用戶電視機(jī)的專用設(shè)備，它是通過(guò)無(wú)源分配網(wǎng)絡(luò)分配電視信號(hào)的有線分配系統(tǒng)，如圖6.4-1所示。它主要由前端設(shè)備（衛(wèi)星直播接收機(jī)、電視轉(zhuǎn)播機(jī)、錄象機(jī)、電影電視傳播機(jī)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(jī)輸入電視信號(hào)的載噪比，節(jié)省眾多的天線，對(duì)于集體單位收看電視，如大飯店、學(xué)校、部隊(duì)、廠礦、大村莊等，使用CATV系統(tǒng)是十分適宜的。美國(guó)的一套“CATV”系統(tǒng)用戶高達(dá)20多萬(wàn)個(gè)。在國(guó)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(zhì)地傳輸從空中接收下的廣播電視信號(hào)，差轉(zhuǎn)一般用戶無(wú)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(jī)在內(nèi)的全套小型演播設(shè)備，就可形成完整的獨(dú)立廣播系統(tǒng)。

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

4.CATV的前端設(shè)備與電子計(jì)算機(jī)中心、數(shù)據(jù)資料庫(kù)、電化教育中心相連接，就能調(diào)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(diào)頻廣播納入CATV系統(tǒng)，每個(gè)用戶就能通過(guò)廣播插座收聽(tīng)這些無(wú)線電廣播。

目前，CATV系統(tǒng)主要是擴(kuò)大規(guī)模，并力求提高普及率，進(jìn)一步擴(kuò)大CATV系統(tǒng)的功能。采用光纜技術(shù)，以傳送質(zhì)量更高、套數(shù)更多的電視和調(diào)頻立體聲節(jié)目，同時(shí)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(jié)合，以構(gòu)成綜合的情報(bào)網(wǎng)。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(jìn)行交談，閉路圖象雙向傳輸系統(tǒng)，還具有鑒別來(lái)訪人員的面貌、監(jiān)護(hù)病房、防火、防盜、報(bào)警等功能。

由于CATV系統(tǒng)龐大，功能繁多，欲使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，必須解決一系列技術(shù)難題。CATV系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于前端電路，各種放大器性能的好壞，對(duì)整個(gè)“系統(tǒng)”起著重要的作用，改進(jìn)放大器的線性，進(jìn)行AGC控制和ASC斜率控制以及減小各種互調(diào)失真等都是急待解決的問(wèn)題。各種無(wú)源分支、分配器的頻帶寬度要達(dá)到0～1000Mhz。

下面就CATV系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的技術(shù)要點(diǎn)作一簡(jiǎn)略性的介紹。

6.4.2 CATV系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)

一、自動(dòng)增益控制（AGC）和自動(dòng)斜率控制（ASC）

我國(guó)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(nèi)，而國(guó)外已達(dá)48公里之遠(yuǎn)。電纜中的電視信號(hào)隨距離的增加而衰減，故需要更多的干線放大器提高信號(hào)電平。

同軸電纜對(duì)電視信號(hào)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(hào)電平變化很大；距離越遠(yuǎn)，這種變化越大，因此必須采用AGC進(jìn)行電纜的溫度補(bǔ)償。

同軸電纜對(duì)高低頻道電視信號(hào)的損耗是隨頻率的增加而增加的，結(jié)果導(dǎo)致用戶端高低頻道信號(hào)電平存在差值；干線越長(zhǎng)，這種差別越大。因此，必須在干線放大器中采用ASC進(jìn)行自動(dòng)頻率補(bǔ)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(lái)控制放大器的增益；也可采用導(dǎo)頻信號(hào)通過(guò)前端而使其輸出的信號(hào)為一定值來(lái)控制放大器的增益。在干線放大器中，可以采用手動(dòng)斜率控制；也可以由前端設(shè)備發(fā)出兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，在放大器中進(jìn)行檢波比較，然后再控制放大器的斜率。[Page]

國(guó)外通常大量使用多級(jí)AGC/ASC放大器來(lái)進(jìn)行信號(hào)增益的溫度與頻率補(bǔ)償，它是用AGC/ASC放大器檢出兩個(gè)參考載波的電平，以調(diào)整放大器的增益和斜率，從而補(bǔ)償任何變化帶來(lái)的影響。由于多級(jí)AGC/ASC放大器的累接，如果設(shè)計(jì)處理不當(dāng)，則會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)電平周期性變化和電視屏幕的閃爍。因此串接級(jí)數(shù)有一定的限度，并且在AGC放大器串接時(shí)，應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)移調(diào)制。為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止或降低暫態(tài)過(guò)程的影響，可在所有放大器測(cè)量使用大規(guī)?；旌霞蛇^(guò)壓保護(hù)電源。

二、前端信號(hào)切換技術(shù)

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(jìn)行信號(hào)切換。切換可對(duì)中頻信號(hào)或基帶信號(hào)進(jìn)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(diǎn)是可直接進(jìn)行切換，不必附加信號(hào)處理，成本較低，因此常被采用。缺點(diǎn)是各種信號(hào)源的中頻信號(hào)，分別通過(guò)多根電纜到達(dá)切換開(kāi)關(guān)。由于信號(hào)匯漏并且頻率大體相同而產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，因此要選用雙層屏蔽電纜和細(xì)心選擇開(kāi)關(guān)來(lái)解決?；鶐袚Q的優(yōu)點(diǎn)是：由于基帶信號(hào)的頻率比中頻低，所以隔離度較好，各種信號(hào)源的信號(hào)泄漏干擾較小；同時(shí)，基帶信號(hào)接口電平已標(biāo)準(zhǔn)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(diào)和調(diào)制，會(huì)使信號(hào)失真加大。較之中頻切換，它用得較少。

切換裝置可選用機(jī)械開(kāi)關(guān)、繼電器和電子開(kāi)關(guān)，切換方式的選擇要從隔離度、損耗和復(fù)雜性等方面綜合考慮。實(shí)現(xiàn)切換的具體方法也有多種，從完全手動(dòng)到全自動(dòng)程控。

三、CATV中的相位交調(diào)

在信號(hào)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(diào)，后者稱為相位交調(diào)，兩者均能引起電視圖象的可見(jiàn)性干擾。

相位交調(diào)產(chǎn)生的原因是，載頻的相位變化等效于圖象載頻產(chǎn)生頻率偏移，而接收機(jī)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(zhuǎn)換成輸出信號(hào)的幅度變化，而在電視屏幕上反映出來(lái)。以往通常認(rèn)為相位交調(diào)對(duì)圖象質(zhì)量的影響較小，不易察覺(jué)，其實(shí)這是一種誤解。

幅度交調(diào)和相位交調(diào)對(duì)電視圖象的干擾形式不同：前者引起大幅度的明暗交替（對(duì)應(yīng)于調(diào)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(diào)干擾的兩邊，即對(duì)應(yīng)于方波（假設(shè)其他載頻都被15.75Mhz的方波調(diào)幅）的前沿和后沿，兩者對(duì)圖象產(chǎn)生的干擾分別如圖6.4-2（a）、（b）所示。因此，在CATV系統(tǒng)中，應(yīng)該同時(shí)消除這兩種交調(diào)干擾，否則，就會(huì)造成對(duì)圖象的干擾。

四、CATV中的脈沖間隔和寬度調(diào)制（PIWM）

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

圖6.4-3為PIWM系統(tǒng)的方框圖及各點(diǎn)波形圖。輸入信號(hào)加至PEM調(diào)制器，調(diào)制器則輸出間隔正比于輸入信號(hào)取樣點(diǎn)幅度的脈沖串。假設(shè)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(diào)制

信號(hào)，其平均重復(fù)頻率為取樣頻率的一半，即12.5MHz。顯然，此脈沖信號(hào)的間隔和寬度均帶有信息，即都對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)在各取樣點(diǎn)的幅度。若設(shè)各脈沖間隔對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)奇數(shù)取樣點(diǎn)的幅度，則脈沖寬度就對(duì)應(yīng)于偶數(shù)取樣點(diǎn)的幅度。PIWM脈沖串再去激勵(lì)發(fā)光二極管，便得到了PIWM光脈沖。此光脈沖經(jīng)光纖傳輸?shù)絇IN發(fā)光檢波器，又轉(zhuǎn)換成電脈沖，經(jīng)放大限幅后，再輸入觸發(fā)脈沖發(fā)生器，在每個(gè)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(luò)與輸入信號(hào)形狀相同，再經(jīng)低通濾波器，便得到了視頻信號(hào)。如果不考慮系統(tǒng)引入的失真，則此視頻信號(hào)的波形與輸入信號(hào)完全相同。

PIWM屬于非同步系統(tǒng)，因此設(shè)備簡(jiǎn)單；它相當(dāng)于脈沖間隔調(diào)制（PIM）和脈沖寬度調(diào)制（PWM）的混合。假設(shè)取樣頻率都相同，在PIWM系統(tǒng)中單位時(shí)間內(nèi)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(diǎn)：

1.光波頻率高，傳輸容量大，在單一、堅(jiān)固耐用的光纜內(nèi)可提供多個(gè)頻道。

2.在所有頻帶內(nèi)，光纖損耗的頻率特性是均勻的，長(zhǎng)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(jī)。

4.光纖成本低，投資省，維護(hù)費(fèi)用少，經(jīng)濟(jì)效益高。

5.光纖不導(dǎo)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(diào)制載波去傳輸CATV信號(hào)，每條線路都包括發(fā)送機(jī)、中繼機(jī)和接收機(jī)等部分。

基帶模擬信號(hào)對(duì)光源器件的強(qiáng)度調(diào)制（IM）。

基帶模擬信號(hào)先對(duì)某一副載波進(jìn)行調(diào)頻，再對(duì)光源器件進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。這是副載波FM/IM。

利用A/D變換數(shù)字通信，由二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行通繼控制，或通過(guò)脈碼調(diào)制（PCM）方式，由其信號(hào)的1碼或0碼對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，使光纖信號(hào)為PCM/IM。

研究表明，對(duì)在CATV系統(tǒng)中使用的多路傳輸FM/IM和PCM/IM兩種方式進(jìn)行比較，考慮綜合性能，對(duì)長(zhǎng)距離干線，推薦使用三路復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)；而對(duì)較短的干線，使用兩路殘留邊帶的數(shù)字傳輸更有利，因?yàn)樗鼘?duì)標(biāo)準(zhǔn)的電視接收機(jī)有更好的互換性。從經(jīng)濟(jì)與性能來(lái)考慮，對(duì)于初期CATV干線，很可能是一個(gè)光纖干線與普通同軸電纜分配系統(tǒng)的混合體。