有線電視系統(tǒng)前端功能和前端設(shè)計

王彥杰

(同江市融媒體中心，黑龍江 同江 156400)

0 引言

有線電視系統(tǒng)由信號源、前端、傳輸系統(tǒng)和用戶分配網(wǎng)絡(luò)等組成。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，前端是信號源與傳輸系統(tǒng)之間的“接口”。它既是信號源所提供的各種信號的“接收者”，又是傳輸系統(tǒng)要求的高質(zhì)量復(fù)合射頻信號的“提供者”，還是與用戶進行特殊雙向交流的“對話者”，也是系統(tǒng)實現(xiàn)各種控制的“管理者”。有線電視系統(tǒng)前端是在信號源與干線傳輸系統(tǒng)間的設(shè)備，是系統(tǒng)的信號處理中心，它把信號源輸出的各類信號分別進行處理，并混合成一路復(fù)合射頻信號提供給傳輸系統(tǒng)。有線電視傳輸、系統(tǒng)設(shè)計的具體任務(wù)是要選定系統(tǒng)的最佳組成方式和所用設(shè)備類型，確定系統(tǒng)工作狀態(tài)，使系統(tǒng)的各個部分都能充分發(fā)揮作用。有線電視傳輸前端是整個有線電視系統(tǒng)的心臟，對它的設(shè)計要求非常高。前端的結(jié)構(gòu)由信號來源和節(jié)目套數(shù)、信號強弱、自辦節(jié)目多少以及系統(tǒng)規(guī)模、功能開發(fā)情況、質(zhì)量要求等諸多因素共同決定，其組成方式千變?nèi)f化，沒有一種固定的組成模式，前端的設(shè)計方法也沒有一成不變的套路和定式。

1 有線電視傳輸前端功能

社會對有線電視系統(tǒng)綜合功能提出了很高的要求，有線電視系統(tǒng)正面臨著日趨增多、途徑不同、性質(zhì)不同的節(jié)目來源，如本地或遠方的空中(開路)廣播電視節(jié)目、自辦節(jié)目、衛(wèi)星廣播電視節(jié)目以及微波傳送的電視節(jié)目等。系統(tǒng)功能的深入開發(fā)也使得用于系統(tǒng)管理和信息共享的計算機數(shù)據(jù)信號、圖文電視信號、電話信號及大量的數(shù)字電視信號等出現(xiàn)在有線電視系統(tǒng)中。另外，上行圖像信號的回傳、用戶節(jié)目點播及特殊的雙向交互信號等也將出現(xiàn)在一些特殊場合或特定區(qū)域中。系統(tǒng)要把上述信號進行準(zhǔn)確而優(yōu)質(zhì)的傳送，就必須在前端中完成對這些信號的接收、加工、處理、組合、控制等過程，使其滿足整個系統(tǒng)正常運行的要求，因此，前端是整個有線電視系統(tǒng)的心臟。

有線電視系統(tǒng)的規(guī)模、規(guī)格、程度及綜合業(yè)務(wù)的開發(fā)狀況不同，其前端的具體功能顯然也不同。現(xiàn)代有線電視網(wǎng)絡(luò)能夠提供的業(yè)務(wù)大致可以劃分為基本業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)、擴展業(yè)務(wù)。與此對應(yīng)，有線電視系統(tǒng)的前端也必須具有相應(yīng)的三個部分，一個完整的現(xiàn)代有線電視系統(tǒng)的前端可解剖為模擬前端(部分)、數(shù)字前端(部分)和數(shù)據(jù)前端(部分)三個功能模塊，本研究只討論模擬前端。

傳統(tǒng)的有線電視系統(tǒng)中只有模擬前端。模擬前端對信號的基本處理功能是：

鄰頻處理：采用鄰頻道配置方式，可充分利用頻道資源，在給定的頻帶范圍內(nèi)盡量多地傳輸節(jié)目套數(shù)，系統(tǒng)對前端提出了較高的技術(shù)要求。前端必須采取一系列嚴格技術(shù)手段來進行鄰頻處理，以最大限度地消除鄰頻道傳輸帶來的相互影響。

頻率變換：有時為實現(xiàn)傳輸頻道的合理配置，也為防止某些干擾，在前端采用信號處理器或解調(diào)---調(diào)制組合，變換某些頻道的頻率。

抑制非線性失真和寄生輸出：在前端設(shè)備中主要采用各種帶通濾波器和其他技術(shù)手段把各種失真、干擾減到最小。此時，前端的處理方式已經(jīng)是單頻道處理，各頻道間的互調(diào)失真和交調(diào)失真減小，對系統(tǒng)性能影響可忽略不計。前端的非線性失真主要考慮頻道內(nèi)的三次互調(diào)，這項指標(biāo)成為前端設(shè)備選型的重要依據(jù)。

調(diào)制、解調(diào)：在接收衛(wèi)星和微波信號時，采用解調(diào)技術(shù)從信號中分解出視、音頻信號，再經(jīng)過調(diào)制把該信號調(diào)制到需頻率的射頻信號；自辦節(jié)目信號也要在調(diào)制后才能供系統(tǒng)使用；一些開路信號也采用解調(diào)---調(diào)制的變換方式處理。

電平調(diào)整控制：為使傳輸頻道內(nèi)的“不平度”符合系統(tǒng)的要求，為傳輸部分提供合適的工作電平和平坦的復(fù)合射頻信號，前端中采用固定和可變衰減器調(diào)整各頻道的電平。為減小前端輸出電平的波動，以獲得良好的系統(tǒng)性能，需采用ACC技術(shù)，此技術(shù)系統(tǒng)尤為重要。當(dāng)空中信號的場強變化為±10 dB量級時，可使前端輸出電平的波動控制在+0.5 dB范圍內(nèi)，以保證干線獲得相對穩(wěn)定的工作電平。

2 有線電視傳輸前端設(shè)計

2.1 合理分配系統(tǒng)指標(biāo)

指標(biāo)分配的經(jīng)驗比例大致可按規(guī)范考慮，具體確定的比例大小一定要結(jié)合系統(tǒng)的實際情況，具體問題具體分析。

對大型系統(tǒng)甚至超大型多級系統(tǒng)來說，由于系統(tǒng)使用頻率越來越高、容量越來越大、范圍越來越廣，各個環(huán)節(jié)矛盾重重、錯綜復(fù)雜，在設(shè)計時統(tǒng)籌兼顧已十分困難，此時任何固定的指標(biāo)分配方案不盡合理，為此，必須采用動態(tài)設(shè)計法，即對前端指標(biāo)的要求應(yīng)該在條件許可的情況下盡可能高，以使它占用系統(tǒng)指標(biāo)的比例盡量減小，從而留出足夠的指標(biāo)余量給傳輸分配部分。應(yīng)具體算出前端指標(biāo)實際占用的比例和留給后級指標(biāo)的具體大小，如果不能滿足要求，則還應(yīng)設(shè)法調(diào)整前端方案，選用高檔的前端設(shè)備，使前端指標(biāo)再上一個臺階。

2.2 選擇最佳信號源

各地各級電視臺發(fā)出的開路信號是有線電視網(wǎng)重要的信號源之一。在全國大多數(shù)地區(qū)，衛(wèi)星電視信號都比開路路號的質(zhì)量要高，凡是有衛(wèi)星電視的信號源，都應(yīng)該盡量選擇衛(wèi)星接收，不采用開路接收的方法。

2.3 做好節(jié)目規(guī)劃與頻道配置

系統(tǒng)的頻道資源都是可用頻道，原則上沒有什么限制，哪個頻道傳輸哪套節(jié)目更是沒有任何技術(shù)上的必然聯(lián)系。但在實際設(shè)計過程中，頻道配置還是要兼顧一定的原則統(tǒng)籌安排。

2.4 確定前端的組成方式

信號來源、性質(zhì)不同，前端的處理辦法就不相同，因而每一通道所需的設(shè)備和組合方式也不相同。在規(guī)劃前端的構(gòu)成方案時，也應(yīng)考慮前端柜、控制臺、監(jiān)視檢測架和前端電源的設(shè)計、選擇和安置方式。

2.5 關(guān)于輸入電平的考慮

在接收點處于弱場強區(qū)，天線接收信號不能滿足前端設(shè)備的輸入電平要求時，必須設(shè)置天線放大器。正確使用天線放大器可以提高載噪比和圖象質(zhì)量等級，在什么樣的情況下使用放大器，以及使用天線放大器后對載噪比指標(biāo)帶來了多大的改善，應(yīng)在設(shè)計中針對實際情況進行計算。

2.6 關(guān)于輸出電平的考慮

前端設(shè)備的輸出電平是為達到傳輸系統(tǒng)要求而設(shè)計的，其中還必須考慮彌補在前端中由于調(diào)整平衡、混合等發(fā)生的損耗，因而總是希望前端設(shè)備的輸出電平盡量高一些，但前端設(shè)備由于受到非線性指標(biāo)的限制，輸出電平又不宜過高，一般不失真輸出電平能達到120 dBμV即可。為減少失真而又能做到輸出電平較高和方便調(diào)整，前端設(shè)備所用到的放大器基本上都采用了窄帶型的單頻道放大器，同時還采用ACC電路保持穩(wěn)定的輸出電平。

當(dāng)前端中只使用了單頻道設(shè)備而無寬帶放大器存在時，前端輸出電平只受頻道內(nèi)互調(diào)指標(biāo)的限制，此時以各單頻道設(shè)備的工作輸出電平都不超過其標(biāo)稱最大輸出電平為原則。

前端中使用寬帶放大器時，如一些大型系統(tǒng)的前端在混合后加寬放，前端的輸出電平則主要受C/CTB指標(biāo)的限制，此時必須注意選用線性好、動態(tài)范圍大的優(yōu)質(zhì)寬帶放大器，其工作輸出電平應(yīng)嚴格控制在滿足C/CTB指標(biāo)允許的范圍內(nèi)。