天津大学
硕士学位论文
光纤传输有线电视网络系统的设计及实施
姓名：张广辉
申请学位级别：硕士
专业：仪器仪表
指导教师：解庆达
20021201
摘要
近年束，随着网络与数字技术的飞跃发展，有线电视『Ｆ在起着翻天覆地的变化。传统的模拟电视在频道利用率、节目数量、业务种类、收视质量等各方面已不能满足广播电视事业发展的需要，必将逐步向数字电视系统过渡。
本文结合沈阳有线电视台的有线电视网络改造项目对光纤传输有线电视网络系统进行了设计及实施，完成的主要内容有以下几个方面：
１．分析了沈阳有线电视网的具体现状，以及沈阳有线电视用户的需求，提出了网络升级改造的基本原则。
２．分析了光纤传输有线电视信号的原理、有线电视信号的技术参数和性能、有线电视技术指标的有关国家标准、ＨＦＣ犀Ｊ络结构，及当前光纤传输方面的新技术和新设备。
３．针对沈阳有线网络特点和现有的技术条件，提出了沈阳有线电视网络升级改造的设计方案与实施办法。
４．通过升级改造后的ＨＦＣ网络与原网络对比，表明采用光纤传输有线电视信号，极大的提高了有线电视信号的技术指标和图像质量，提高了网络运行的可靠性，减少了引发故障的因素。
应用光纤传输有线电视信号，采用分布式ＨＦＣ的网络结构，增加了沈阳有线电视网络的功能，使有线电视网络能够为人们提供期待已久的新业务。同时也为沈阳发展综合业务数字电视奠定了良好的基础。
关键词：有线电视光纤传输图像质量ＨＦＣ暖Ｊ络
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒ，ａｓｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｄｉｇｉｔａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｐｅｅｄｉｌｙ；ｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｓｙｓｔｅｍｈａｓａｎｅａｒｔｈｓｈａｋｉｎｇｃｈａｎｇｅ．ＩｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｆｏｒｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｏｇＴＶｓｙｓｔｅｍｔＯｆｕｌｆｉｌｌｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｅｍａｎｄｓｏｆｔｈｅｒａｄｉｏａｎｄｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｕｓｉｎｇ—ｒａｔｉｎｇ，ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｓｑｕａｎｔｉｔｙ，ｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｍａａｎｃｅａｎｄＣｔＣ．ＳｏｉｔｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅＤｉｇｉｔａｌＴＶｓｙｓｔｅｍｇｒａｄｕａｌｌｙ．
ＷｉｔｈｒｅｇａｒｄｔｏｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＣａｂｌｅＴＶＳｔａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｎｅｔｗｏｒｋｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．ＴｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈＷＯｒｋｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｎｃｌｕｄｅｓ：
１，ＡｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｓｙｓｔｅｍｉｎＳｈｅｎｙａｎｇ，ａｎｄｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｏｆｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｕｓｅｒ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｏｒｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ．
２．ＩｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｓｉｇｎａｌｓ．ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅＨＦＣｎｅｔｗｏｒｋ．Ａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｔｈｅｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｄｅｖｉｃｅｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．
３．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｉｎＳｈｅｎｙａｎｇ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｕｐｇｒａｄｅａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｈｅｎｙａｎｇＣａｂｌｅＴＶｎｅｔｗｏｒｋ．
４．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅＨＦＣｎｅｔｗｏｒｋｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｎｅｔｗｏｒｋ．ＡｎｄｔｈｅＯｐｔｉｃｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｓｉｇｎａｌｓ，ａｎｄｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｂｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｃａｎｉｎｄｕｃｅｔｈｅｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ
ＴｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｔｈｅＣａｂｌｅＴＶｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｓ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨＦＣｎｅｔｗｏｒｋｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＳｈｅｎｙａｎｇＣａｂｌｅＴＶｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｌｏｎｇｗａｉｔｅｄｎｅｗｓｅｒｖｉｃｅｓｆｏｒｔｈｅａｕｄｉｅｎｃｅ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ；ｉｔｈａｓｌａｉｄｔｈｅｆａｖｏｒａｂｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｅｒｖｉｃｅｄｉｇｉｔａｌＴＶｉｎＳｈｅｎｙａｎｇ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣａｂｌｅＴＶ，Ｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙ，ＨＦＣｎｅｔｗｏｒｋ
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本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁注盘茎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：绍于辞签字吼炒ｚ年堋彭
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学位论文作者签名形广礴签字日期加≯年ｆ≥月≯ｉＲ聊虢出营谆导师签名：＜垫扣色廖签字同期：泖年／三月衫日
第一章概述
第一章概述
ＣＡＴＶ（ＣｏｎｌｍｕｎｉｔｙＡｎｔｅｎｎａＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）系统，亦称电缆电视（ＣａｂｌｅＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）系统。它是用高频同轴电缆、光缆等传输，并在一定的用户中进行分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。
１．１国内外有线电视网络现状
有线电视最早起源于美国俄勒冈州阿斯特利亚镇，为解决电视阴影区居民收看电视的困难，在山顶上架设了增益较高的大型天线，通过电缆把天线接收下来的信号传送到居民区分配给用户，这就是最早的公共天线电视。几十年来，ＣＡＴＶ在世界各地迅速发展起来，从一开始只是接收开路电视节目发展到自己制作节目，从开始的两三个频道发展到上百个频道，从几十个用户的小系统发展到几百万户的大系统，传输距离从几百米发展到几十、甚至到几百公里，从隔频传输发展到邻频传输，从单纯的电缆电视发展到集光缆、微波、电缆于一体的综合大系统，从单一的传输电视节目发展到多种信息的传送，从单向传输发展到双向互传。今天的有线电视已不是原来的含义，而是具有双向传输功能的全方位服务系统。
几十年来，ＣＡＴＶ在世界各地迅速发展起来，一开始只是接收丌路电视节目发展到自己制作节目，从开始的两三个频道发展到上百个频道，从几十个用户的小系统发展到几百万户的大系统，传输距离从几百米发展到几十、甚至到几百公里，从隔频传输发展到邻频传输，从单纯的电缆电视发展到集光缆、微波、电缆于一体的综合大系统，从单一的传输电视节目发展到多种信息的传送，从单向传输发展到双向互传。今天的有线电视已不是原来的含义，而是具有双向传输功能的全方位服务系统。
１．１１国外发达国家的有线电视现状及技术水平
国外发达国家的有线电视发展迅速，多功能的有线电视网已经Ｆ１趋完善，基本上达到了如下功能：
（１）高品质电视节目
采用数字广播系统，为用户提供４００线以上的分辨率，达到ＤｖＤ图像及音响效果的电视效果。
（２）远程教育
利用数字广播系统，提供针对各类学习班的远程教育。
第一章概述
（３）电子商务
通过机顶盒的通信端口，用户可利用有线电视的端口，进行银行转帐，网上购物和电子付费等
（４）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ功能
用户通过利用有线电视端口上网，可以进行高速数据下载，网页游览。
（５）股票实时行情
采用ＤＶＢ数据实时广播系统，在播出中心与股票交易中心连接专线，可实现通过电视机获得有关股票的实时交易情况。
（６）全新的多功能业务
实现用户和各信息提供源交互通信，用户可自由点播节目，自由选取各种信息，提供多种数据业务服务。
目前，美国正大力发展ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ，利用有线电视网上互联网。据了解，１９９０年底，ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ全球用户为３６０万，美国为１４０万。据美国ＤａｔａＱｕｅｓｔ报告。２０００年全球用户超过１０００万，同年６月，美国有３００万ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ用户，年底达５００万。如在ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ上接入一个分线盒，一个ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ可供１６个用户共用。美国ＭｙｅｒｓＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇ预计，至２００３年，美国ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的渗透率将达到２５００万户，占有线电视用户的３０％。
基于ＨＦＣ结构利用ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ实现宽带接入不仅提供了对Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的高数数据接入服务，提供高清晰度、交互式数字电视服务，而且还可以提供ＩＰＰｈｏｎｅ话音服务。通过Ｃａｂｌｅ网络提供电信级话音服务有可能成为极具前景的增值业务项目。据美国ＳｔｒａｔｅｇｉｅｓＧｒｏｕｐ估计，在未来五年，美国利用Ｃａｂｌｅ网络提供本地和国内外长途电话业务将从２０００年的３０万户发展到１００４年的１２５０万户，ＣａｂｌｅＴｅｌｅｐｈｏｎｅ设备销售额也将从２０００年的４．８５亿美元，增长到２００４年的３０亿美元。
Ⅵ“ｍ｛Ｏｎｅ是全荚第ｉ火存线电视网络系统，用户数仅次ｊ二ＴＣＴ和Ｔｉｆｉｌｅ
％ｒＩＩＣＦ。洛杉机ＭｅｄｉａＯｎｅ现拥订美国两部１００万用户，设计上洛杉机ＭｏｄｉａＯｎｅ考虑建殴ｌ５００典艰光纤、６０００个ＩＵ渊、３５００个光节点：每个光柑点膨盖用户５００户．最终总用户数达到如０力户。目前洛杉桃ＭｅｄＪａＯｎｅ已有光节点１２００个．供电电源２２００个。
【幺州络已建成了环形网，１二干光纤例络分成二三级：即总前端和８个数字河端及２个通信前端ｒ已＂通电话、Ｉｋ务、组成第一级环，每个数‘ｊｔ分ｉＵ端与ｌ一：｛个模拟分时端组Ｊ戊篼：级环，每个模拟ｆｊｄ端限蒂６０个光霄点组成第。级网。１个光符点５（１０户．最终发展到２，５０户，。
刚Ｊ二增｛ｙ§＞ｌｋ务：目ｉＵ咳嘲卜已川：通了ｃａｈ］ｅ～Ｉｏｄｅｍ、ＩＰＰｈｏｎｅ、ＰＰＶ等增值、№务。其中ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ粟刖Ｌａｎｃｌｔ．ｖ（ＢａｙＮｅｔｗｏｒｋ）Ｊ“品，双向刈称（１０Ｍｂｐｓ）。
山丁浚Ｊ６：品是Ｌａ；ｌｃｉｔＹ早期产品，现ＪＦ准备升级换代。洛杉机ＭｅｄｉａＯｎｅ的
Ｃａｂｌｅ孙（Ｉｏｍ用Ｊｏ现已仃１５０００，“。
ＩＰＰｈｌｍ（，也是ＩｒｌｅｄｉａＯｎｅ网Ｉ：：的蘑头戏，该喇采用ＡＤＣ公司的产晶（包括交换设备及用户端设备），投资２００万黄金，电疆容量为１００００户．瞄ｌ讨已钉７０００ｌｒ式用，！ｔ，发展阿景很好。
这翠耍提出的是该网诒ｊ划户端真证做到了采盼有线电视电缆‘英现ｉ㈣合。，条ｆ『线ｆ乜视ｌｑ轴线进入用，ｏ家中，这是条?叮供借鉴的可行的方案。
嘲络？状态临控：存其时端选用乩ｍ小型机作为控制ｌｉ机，路由设备选用
Ｃｉｓｃ０７５００．交换设备选川（：ｉｓｃ０５５０５、ｄｓｃ０５５００等。
Ｍ。【】ｊａＯｎｅ网上有多家的光纤设备产‘品，包括ＧＩ、ＡＮＴＡＥＣ、ＡＤＣ等，这螋小同ｊ¨家的设备都是各自彳ｉ同的状态监控系统，怎样建成‘套完整有效的监控系统，ｎＨ０‘所有＿ｉ州厂家的网络发备都监控起来？～ｌｅｄｉａＯｎｅ为我们提供了一个很好的借鉴方案，他们选用ｒｃＪｌＥＥ’ｒＡＥ公司的设备，可对全嘲光设备进行躲控。
｜｜ｉＵ洛杉机ＭｅｄｉａＯｎｅ的总莳端已安装了２２套Ｃ｝ＩＥＥＴＡＥ控制器，每个控制器ｎＪ．管理１２８个光节点设备，从目ｉｉ配莆看共町管理２８１６个矧Ｊ：光设箭，完全可满足现有要求。
１．１．２国内有线电视发展现状及技术水平
中国广播电视有着非常不同于国外广播电视的特点。首先是其党的喉舌的地位不可动摇。另外，其概念与国外也不同。除此之外，在广播影视的管理上也有很多不同，在频道上有频率和节目套数的双重管理，增加或减少频道需得到广电总局批准。目前，在广电内部『Ｆ在进行一系列影响深远的改革，从而将使广播电视行业能充分利用市场机制的同时不会动摇党的喉舌地位。
国内有线电视网络发展到现在大都还不到十年，各个网络都把重点放在网络建设上，网络的规模从无到有，从小到大，取得了飞速发展。目前大多有线电视网络的规模发展已完成超常规跃进式高速发展阶段，开始进行缓慢增长的饱和期。有线电视网络多数已经覆盖了所在地区绝大部分居民，但仍然是单向传输，频率没有充分利用，功能单一，造成资源严重浪费。
目前国内水平和国外发达国家相比还有一定距离，国内也只有少数大城市对现有有线电视网络进行了初步升级，实现了一些简单功能。若真『Ｆ建成多功能宽带有线电视网络，还有很多问题要解决。
据考察，郑州有线台于１９９９年２月开始对原有的电视网络实行改造，使之能成为传输数字、图像等多媒体信息的综合业务网络，该网络由目前市内１０个节点和７个郊县节点组成，构成覆盖整个郑州市及郊县的城域宽带综合网络平台。其
核一Ｅｌ，节点均选用了最先进的ＧＳＲｌ２００８千兆交换路由器，配置有ＳＲＰ模块，构造数率为２ｘ６２２Ｍｂｐｓ的ＤＰＴ双向环结构。作为核心节点的设备，具有汇聚边缘节点的低速信息流能力和进行高速交换的功能，其汇聚和交换的能力直接影响整个网络的性能，因此在三个核心节点配置具有第三层交换能力、模块化的ＣＩＳＣＯＧＳＲｌ２０００系列作为核心设备并采用其最新模块ＳＲＰ（ＳｐａｔｉａｌＲｅｕｓｅＰｒｏｔｏｃ０１）。该产品将ＩＰ的路由能力与ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ的失效与性能监控能力相结合，为ＩＳＰ和企业用户提供了非常优秀的解决方案。ＳＲＰ在一个模块上设计了两个端口，使互联时形成两个速率为６２２Ｍｂｐｓ的环路，使得线路的总带宽提升了一倍，达到了１．２Ｇｂｐｓ。而且通过特殊的封包机制或ＭＡＣ编址，使ＩＰ更适合多媒体视频的应用。
三个核心节点之所以采用双环结构是为了保证骨干网络的可靠性和健壮性。这样，无论是某两个核心节点之间的物理链路的部分或全部，还是罗辑链路出现故障，均有备分链路作为冗余，因而不会影响网络的正常运行。
一期工程于１９９９年１１月１同『Ｆ式开通，系统运行正常，取得了良好的社会效益和经济效益，后来对网络进行二期改造，重点推出了ＩＰ网络的强壮性建设、广电信息港建设、ＨＦＣ网络双向改造。
此外，南宁有线台自１９９８以来，丌始对原有网络逐步进行了升级改造，主干网全部采用光纤铺设。整个网络改造具有７５０≥Ｅ带宽，采用中分割频带的较为先进的ＨＦＣ网络，每个分支光节点４芯光纤，２芯传摸拟电视信号，２芯传话音、数据等综合业务。并建立起分别承担节目传输的Ａ平台和开展综合信息业务的Ｂ平台，为逐步实施数字数据广播及准双向传输、双向传输打下了坚实基础。该有线台于２０００年５月起逐步实施数字电视广播系统，并于同年６Ｉｌ底完成首期工程。该系统采用了国际标准的数字化传输方式，应用了国际上先进的技术设备，可以提供视频图像压缩、卫星数字电视转播、数据广播以及视频点播等业务。并参考了国际上有益的合作运营方式，与国内相关研究机构合作建立了一个完整的业务台。这个平台具有标准性，视频压缩采用ＭＰＥＧ－２标准，信道传输采用ＱＡＭ调制，数据广播采用ＤＶＢ—ＤＡＴＡ标准，在首期工程共投入７个受干扰模拟频道，其中两个频道用于转播１２套国内卫星数字电视节目：一个模拟频道用于数据广播：四个模拟频道用于多媒体视频服务器播送数字节目，初步设计为６路专业数字电视频道（一个模拟频道），三个物理频道，共２４路数字频道用于ＮＶＯＤ试验，南宁有线台现可以提供３６套数字电视节目和一个高速的数据广播频道。
１．２课题研究的目的和意义
沈阳市作为全国特大城市之一，是东北地区核心城市，不但是东三省贸易、金融和物质集散中心，而且是联合国确认的最具有可持续发展的城市。沈阳市区
面积１８０多平方公里，东西最长１８公罩，南北最宽１２公罩．年最高气温３７度，最低气温３ｊ度．覆盖用户１００多万，覆盖率９５％，覆盖面积９５％，已安装有线电视用户６７万，入户率达６０％以上。
沈阳有线电视网经过近９年的建设和发展，现已开通频道３３个，网络干、支线电缆１３３０公里，线路铺设到楼近１３０００座，网络总投资近２亿多。网络带宽为５５０Ｍｌ＇ｔｚ的光纤／电缆混合网，属于广播式单向传输网，网络为ＦＳＡ型结构。近年来，随着网络与数字技术的飞跃发展，有线电视『Ｆ在起着翻天覆地的变化，沈阳有线电视在频道利用率、节目数量、业务种类、收视质量等方面已不能满足广播电视事业发展的需要。为此，台领导研究决定对沈阳现有电视网络进行升级改造。我和台星其他三位同志先后去了青岛、大连、上海等省市电视台进行实地考察学习，并参与了沈阳有线网升级改造的规划设计与实施工作。
１．３课题的主要研究内容及解决的技术关键
目前有线电视已经成为高科技产物，它包括和应用了世界上广播电视、通信、计算机等各个方面的最新技术。现在各地有线电视网都在升级或规划升级，遇到了各种各样的问题。有线电视网大体由４部分组成：前端设备、骨干传输网、接入网、用户终端设备。现在的骨干传输网都『Ｆ在向高速、宽带发展，这些传输手段技术先进、稳定可靠。但是建立什么样的接入网，特别是宽带接入网，是广播电视要解决的关键问题，也是未来信息高速公路的发展重点。广播电视要把现在的同轴电缆接入网升级成真正的ＨＦＣ网（每个光节点覆盖２５０—５００户左右），是当前比较难解决的问题。因此，如何规划沈阳有线电视网的升级，建立什么样的ＨＦＣ网络，如何实现有线电视网的交互业务，充分发挥有线电视网的内在潜力以及网络多功能业务开发，是本论文所研究的问题。并着重对目前如何提高电视收视质量及降低引发大故障的问题，进行了专门的研究和探讨。
本文结合沈阳有线电视台的有线电视网络改造项目对光纤传输有线电视网络系统进行了设计及实施，完成的主要内容有以下几个方面：
１．分析了沈阳市的具体现状，以及沈阳有线电视用户的需求，提出了网络升级改造的基本原则。
２．分析了光纤传输有线电视信号的原理、有线电视信号的技术参数和性能、有线电视技术指标的有关国家标准、ＨＦＣ网络结构，及当前光纤传输方面的新技术和新设备。
３．针对沈阳有线网络特点和现有的技术条件，提出了沈阳有线电视网络升级改造的设计方案与实施办法。
４．通过升级改造后的ＨＦＣ网络和原有网络的对比，表明采用光纤传输有线电视信号，极大的提高了有线电视信号的技术指标和图像质量，提高了网络运行的可靠性，减少了引发故障的因素。
应用光纤传输有线电视信号，采用分布式ＨＦＣ的网络结构，增加了沈阳有线电视网络的功能，使有线电视网络能够为人们提供期待已久的新业务。同时也为沈阳发展综合业务数字电视奠定了良好的基础。
第一市光纤传输有线电视信｝’的原理
第二章光纤传输有线电视信号的原理
２１有线电视的优点
２１１可以增加频道，提供给用户更多的电视节目
由于无线电波频率资源有限，无线电管理委员会只能分给各地很少的频道来传送电视节目。一般来说，包括ＶＨＦ和ＵＨＦ频段在内，一个大城市只能发七、八套电视节目，中小城市只能发四、五套节目，否则将会与Ｉ临近地区的电视台形成同频干扰。因此，仅靠开路传输节目，一个用户的电视机能收到的电视节目很少。有线电视系统本身是一个独立的系统，在系统内部传输的信号一般不受开路信号的影响，更不可能干扰其他系统的信号，因而可最大限度地利用频率资源。除了国家统一规定的标准频道外，还可以设立几十个增补频道。若采用先进的数码压缩技术，则可以为用户提供上百套不同的节目。
２．１．２抗干扰能力强
在空中有很多干扰信号，或由于电视信号的多路传播，使用户电视机上出现各种干扰、重影、杂波等，严重影ｎ向图像质量。有线电视可以采用高质量的信号源，采用屏蔽性能好的电缆和设备，采用各种先进技术，使有线电视系统的用户接收的图像比从空中收到的图像质量要好的多。
２．１．３提高电视的覆盖率。
为了让更多的用户看到电视，常常采用多建发射台、差转台，加高发射塔的高度，加大发射功率等方式。但差转的次数越多，信号质量下降越多，发射天线越高，发射功率越大，反射波的强度也越大，超过电视接收机的门限电平后，用户看到的重影更严重了。所以那些远离发射台的用户，那些被高山、高楼阻挡，位于电视阴影区的用户，不能『Ｆ常收看电视。
有线电视可以采用卫星地面站作为信号源，采用同轴电缆或光缆网络传输，抛丌了环境、地形影响，使用户收看到满意的电视节目，提高了电视覆盖率。
２２４美化市容
如果每家每户都安装一副室外天线容，而有线电视可以利用地埋管网传输，城市中到处天线林立，将会严重影响市术湍网络可以予埋在楼内，使市容没有
任何网络痕迹。
２．２有线电视系统的频率设置
２２１波段划分
波段划分见表２—１所示。
表２—１波段划分表
波段频率范围（ＭＨｚ）业务内容
月５一一６５上下业务
ｘ６５—８７过渡带
ＦＭ８７一一１０８广播业务
爿１１０－－１０００模拟电视数字电视数据业务
２．２２模拟电视频道划分
模拟电视频道的划分见表２—２所示。
表２－２模拟电视频道划分表
频道频率范围（ＭＨｚ）
Ｚ１一Ｚ７１１１．Ｏ一１６７．０
ＤＳ６一ＤＳｌ２１６７．Ｏ一２２３．０
Ｚ８一Ｚ３７２２３．Ｏ一４６３．０
ＤＳｌ３一ＤＳ２４４７０．Ｏ一５６６．０
Ｚ３８一Ｚ４２５６６．Ｏ一６０６．０
ＤＳ２５一ＤＳ５６６０６．Ｏ一８６２．０
２．３有线电视系统组成
有线电视系统主要由信号源、前端、传输、用户分配等四部分组成。
２３．１信号源
信号源是需要传输的电视节目的源头，它一般包括电视接收天线，调频广播接收天线，卫星地面站，微波站，其它有线电视网送来的节目以及有线电视台自己
拍摄、放映、制作的广播电视节目等
２３２前端
前端主要是用来处理要传输的各种信号源，其中有电视信号、调频信号和数据信号。主要设备有：
卫星地面站：用来接收卫星传送的各套电视和调频节目
微波接收机：用来接收微波传送的电视和调频节目
自动播出系统：播出自办的电视和调频节目
混合器：将不同频率的各套电视和调频节目混合成一路传输
２．３．３传输
传输系统主要是把前端输出的电视和调频信号传输给用户分配系统。传输方式主要有光纤、和同轴电缆等两种。
光纤传输：主要是通过光发射机把射频信号变成光信号，通过光纤进行传输，在接收端再通过光接收机把光信号恢复成射频信号。光纤传输具有频带宽、损耗低、抗干扰能力强、保真度高、性能稳定可靠等优点。
同轴电缆传输：用同轴电缆直接传输射频信号，当射频信号损耗到一定程度时，用干线放大器将射频信号再放大继续传输。具有成本低、安装方便等优点。
２．３４用户分配系统
用户分配系统是把从前端传送来的有线电视信号分配给千家万户，是由延长放大器、分配放大器、分支分配器、用户终端等组成。
２３．５ＨＦＣ网设备组成
ＨＦＣ网络中传输的信号是射频信号，所有服务或信息经由相应调制（如ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等）转换成模拟射频信号，这些模拟射频信号和其他模拟音频、视频信号经由频分复用方式合成一个宽带射频信号，加到前端的光发射模块上，并调制成光信号传输到光节点并经同轴网络传输到用户。在用户端，用户接收相应频带的信息，并进行解调得到所需数据。ＨＦＣ网络结构图如图２—１所示。
ＨＦＣ网络结构图与传统ＣＡＴＶ网相比，ＨＦＣ网络结构无论从物理上还是逻辑拓扑上都有重大变化，现代ＨＦＣ网基本上是星型／总线结构。
因而，ＨＦＣ网络由下面几个主要部分组成：
第一二章光纤传输有线ｌＵ视信¨的原理
１．前端：完成信号收集、交换及信号调制与混合，并将混合信号传输到光纤。目前应用的主要设备有：
（１）调制器Ｃ６Ｍ—ＩＩ—Ｃ：将模拟音频及视频信号调制成射频信号。
（２）上变频器Ｃ６Ｕ—Ｃ：完成音频视频中频信号或数据中频信号至射频信号的转换。
（３）数据调制器：完成数据信号的ＱＰＳＫ或ＱＡＭ调制，将数据信号转换成数据中频信号。
（４）信号混合器：将不同频率的射频信号混合，组成宽带射频信号。
（５）激光发射机：将宽带射频信号转换成光信号，并将光信号传输至光纤。２．光节点：完成光信号转换成电信号的功能，并将电信号放大传输到同轴电缆网络。
３．同轴电缆放大器：完成同轴电缆信号放大并传输至用户家中的功能。
４．用户终端设备：接收并解调网络传输信号，并显示相应信息。
图２一ｌＨＦＣ网络结构图
ＨＦＣ网优势：
１．带宽大
在现有的ＨＦＣ网络中，经由６４ＱＡＭ调制，可以在６ＭＨｚ模拟带宽上传输３０Ｍｂｐｓ的数据流，以现有ＨＦＣ网络可以传输８６０ＭＨｚ模拟信号计算，其数据传输能力为４Ｇｂｐｓ。如果采用２５６ＱＡＭ调制，数据通信能力还可以扩大。
２．传输信号无限制
ＨＦＣ网络还是一个透明的传输平台，其对传输信息几乎没有任何限制。无论是模拟信号、数字信号、计算机网络数据信息等等，对ＨＦＣ来说，只是如何分配频带资源的问题，而没有其他任何的传输障碍。
３．易实现双向
山光纤网络将传输信号分别传送至不同光节点，由光节点将下行信号传送至用户，拓扑结构是星状网络。由于每个光节点服务用户有限，因而回传汇集噪声有限，双向通信实现更方便。
４．用户覆盖面广
ＨＦＣ网络非常经济，安装、维护方便。有线电视网络建设的成本每户只合几百元人民币。ＨＦＣ网络没有特殊的数据接口协议，所有连接只是物理连接，很容易覆盖大规模用户群。
５．带宽利用举例
以目前ＨＦＣ网络传输规划计算，５０Ｍ～５５０ＭＨｚ传输模拟音视频信息，可传输５９套ＰＡＬ制式电视节目。５５０Ｍ～７５０ＭＨｚ传输数字信息，可传输３４个数字信道（６ＭＨｚ）即１０２０Ｍｂｐｓ数据流。按空分方式，此数据流可由５００用户共享（每光节点下５００用户），每户可实际同时享有数据带宽为２Ｍｂｐｓ。
因此，ＨＦＣ网络应当是针对普通用户的多媒体通信网络的接入网，是信息高速公里的最后一公里最佳接入手段。
ＨＦＣ宽带接入设计方法
１．建立综合高速管道设立以大约每５００户为一个片区的光节点，首先要建立从前端（局端）到光节点的模拟光传输平台。在光节点处将光信号转换为ＲＦ信号．沿树枝形同轴电缆传输。这样形成“光一ＲＦ”的物理传输介质层，如图２—２所示。
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图２－２“光－－ＲＦ”的物理传输介质层
２．建立ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的物理层和链路层
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的前端设备叫ＣＭＴＳ（ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍＴｅｒｍｉｎａｌＳｙｓｔｅｍ），用户端的设备叫ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ。这两个设备将所传输的数据以模拟数字调制的方式在ＨＦＣ上传输。由于ＨＦＣ网络设计本身就满足将一定的模拟信号传输到用户家中
因此在ＨＦＣ网络上，数据传输的距离可以不受限制，不像ＡＤＳ［，那样，传输速率随着双绞线的长度而下降。
将ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ和ＣＭＴＳ所建立的通路叫做“ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ控制层”，如图２－３所示。它在ＯｓＩ协议中横跨物理和链路两层。在物理层中，它采用了ＱＡＭ调制的方式将数字信号得以在ＨＦＣ中传输。在链路层中，利用ＤＨＣＰ服务器、ＴＯＤ服务器可以实现ＭＡＣ层和ＴＣＰ／ＩＰ的管理。
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的下行通道可以为１路或多路６ＭＨｚ带宽的ＱＡＭ信号。上行采用ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ的ＱＡＭ或ｑＰＳＫ信号。ｌ路下行信号可以提供２７Ｍｂｐｓ的纯数掘流，１路上行最大可提供ｌＯＭｂｐｓ的传输速率。一个ＣＭＴＳ可以送出和处理多路的下行与上行信号。
ＣＭＴＳ的配置可以随着用户使用率的增长而逐步增加。
幽２－３ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ控制层
２．４有线电视技术指标介绍
衡量一个有线电视光纤网络系统的性能好坏，关键是看其技术性能指标。在技术性能指标中，主要有载噪比（ｃ／Ｎ）、载波复合二次差拍比（ＣＳＯ）和载波三次差拍比（ＣＴＢ）。
２．４．１载噪比（Ｃ／Ⅳ）
载噪比定义为图像载波功率与噪声功率之比。即：
Ｃ｜Ｎ＝Ｐｃ／Ｐｏ
用分贝表示为
（Ｃ／Ｎ）ｄＢ＝１０ｌｇ（Ｐｃ／Ｐｎ）＝２０１９（Ｕｃ／Ｕｎ）（２－１）噪声是来自于外界和由系统内部产生的紊乱、断续、随机的电磁振动，出
现在屏幕上表现为雪花状的、杂乱无章的干扰。来自于外部的噪声主要是通过接收天线进入的，它包括来自宇宙空间的噪声、大气噪声以及来自地面的工业噪声等。内部产生的噪声主要包括由电阻等无源器件产生的基础热噪声。
（１）基础热噪声
任何一个无源网络，不管多么复杂，也不管什么结构，它都会产生一个恒定的热噪声功率。这个噪声功率就是基础热噪声功率。它是固定存在的，和外部的信号没有关系。基础热噪声功率由下式决定：
Ｐｎｏ＝ＫＴＢ（２－２）式中：Ｋ是一个常数，称波尔兹曼常数，其值为１．３８Ｘ１０。。Ｊ／Ｋ：Ｔ是绝对温度值，对于常温可取为２９３。托Ｂ是噪声的带宽，根据我国的电视制式，图像的噪声带宽应为５．７５Ｘ１０６舷。所以基础热噪声功率为
只。＝１．３８×１０。３×２９３×５．７５×１０６＝２．３２×１０“４Ｗ（２－３）有线电视的阻抗为７５Ｑ，因此可求出基础热噪声电压：
只。，＝ＰｎｏＲｏ＝２．３２Ｘ１０“４×７５＝１．３２×１０“Ｗ（２－４）有线电视系统中常取１Ｆ哟Ｏ出电平，以分贝微伏为单位。由此可得基础热噪声电压为：
Ｕｎｏ＝２０ｌｇ１．３２＝２．４ｄＢ／．ｚＶ（２－５）（２）噪声系数
有源器件的噪声，其噪声大小是以噪声系数来衡量的，它是设备的一个重要参数。有源器件内产生的噪声不仅有基础热噪声，还有半导体器件等产生的散弹噪声、分配噪声和Ｉ刈烁噪声等，噪声系数研究的是有源器件的总噪声。
噪声系数Ｆ定义为：
Ｆ＝输入载噪ＬＬ／输出载噪ＬＬ：（Ｃ／Ｎ）入／（Ｃ／Ｎ）出
用分贝表示则为：
（Ｆ）ｄＢ＝１０１９Ｆ＝１０１９（输入载噪Ｌ％／输出载噪比）
＝输入载噪比（ｄＢ）一输出载噪比（ｄＢ）（２—６）（３）单个设备的载噪比
当放大器输入端仅有无源电路时，输入噪声仅有基础热噪声Ｐｎｏ，连同放大器自身产生的噪声，折合到输入端的总噪声功率为ＦＰ＂ｏ，其中Ｆ为放大器的噪声系数。设输入功率为凡，则陔放大器的载噪比为
Ｃ｜Ｎ＝Ｐ：｜ＦＰ。ｊｉ２—１１用分贝来表示为：
钨一帚光纤传输甫蚴乜说竹～ｊ的原理
（ｃ／Ｎ）ｄＢ＝１０ｌｇ只／，Ｅ。＝２０ｌｇ（Ｕ。／ｕＭ，）一１０１９Ｆ（２－８）
＝２０１９Ｕ一１０１９Ｆ一２０ｌｇＵｎｏ
＝Ｓ。一Ｆ（ｄＢ）一２．４ｄＢ
其中妇为输入载波电平，Ｆ（ｄＢ）是用分贝来表示的放大器噪声系数，基础热噪声电平为２．４ｄＢｐＶ。
（４）多个设备串接时的载噪比
当两个设备串接时，设输入信号为ＪＤｃ，两个设备的放大倍数分别为ＧＩ｝ｎＧ２，噪声系数分别为，，和朋，则第一个设备产生的噪声折合到其输入端为（Ｆ１—１），＿，第二个设备产生的噪声折合到其输入端为（，２—１）匕，折合到第一个设备的输入端为（Ｆ２—１）尸。，／Ｇ，则输入的总噪声功率为：
只＋（Ｆ１一１）只。＋（Ｆ２—１）只。／Ｇｌ（２－９）两个设备合成的噪声系数为：
Ｆ＝Ｆ１＋（Ｆ２—１）／Ｇ１（２—１０）若多台设备串接时，总等效噪声系数为：
Ｆ＝Ｆ１＋（Ｆ２一ｔ）／Ｇｌ＋??ｔ－?－（Ｆｎ一１）／Ｇ１Ｇ２?－…?Ｇｎ—ｌ（２—１１）由此看出，当各放大器的增益较大时，整个系统的噪声系数仅取决于前几级。
在传输系统中设备的增益『Ｆ好和无源器件的损耗抵消，任两放大器问的增益可视为ｌ，当各设备噪声系数相同均等于Ｆ，Ｈ＇Ｊ，则总噪声系数为：Ｆ＝ｎＦ，用分贝表示：
Ｆ＝ｌＯｌｇｎＦｉ＝厅船＋ｌＯｌｇｎｄＢ（２－１２）则相同设备串接时的载噪比为：
ｆｃ／Ｎ）ｄＢ＝Ｓａ—ＦｄＢ一１０１９ｎ一２．４ｄＢ（２一１３）不同设备串接时的载噪比为：
（ｃ／Ｎ）ｄＢ＝１０１９（１０一‘叫州１０＋…．，１０州”’州ｏ）ｄＢ（２—１４）（５）信噪比
信噪比的定义为视频信号功率与噪声功率之比，即
ｓ｜Ｎ＝Ｐｓ渖，０２－１５≈用分贝表示为：
（Ｓ／Ｎ）ｄＢ＝ｌＯｌｇ（ｐ，，／Ｐ，）＝ｐ，ｄＢ—Ｐ，ｄＢ（２－１６）即信号电平与噪声电平之差
世界各国对电视图像质量的评价多采用五级记分法，我国国家标准ＧＢ７４０１对图像质量主观评价的五级损伤标准如表２—３所示．
第１二常光纤传输有线［也姚信甘的原理
表２３五级损伤标准
等级图像质量损伤程度
５分（优）图像上不察觉有损伤或干扰存在
４分（良）图像上有稍可察觉的损伤或干扰，但不另人讨厌
３分（中）图像上有明显察觉的损伤或干扰，另人感到讨厌
２分（差）图像上损伤或干扰较为严重，另人相当讨厌
１分（劣）图像上损伤或干扰极为严重，不能观看
信噪比与图像等级的关系可近似用欧广联的公式来计算：
（剐Ｎ）ｄＢ＝２３—９＋１．１９２（２一１７）其中Ｑ为图像等级。可以由Ｑ计算信噪比，也可以由信噪比计算图像等级。
根据我国的电视制式，信噪比和载噪比的关系为：
剐Ｎ＝Ｃ／Ｎ一６．４ｄＢ（２一１８）有线电视系统的噪声是频谱密度相等的白色噪声，加权后的信噪比将增加７．：３ｄＢ。
２．４，２载波复合二次差拍比和载波三次差拍比
任何模拟电路都不可能避免失真。所谓失真，就是输出波形与输入波形不完全一致。失真可分为线性失真和非线性失真，线性失真是由于电路的幅频特性和相频特性不均匀，造成各频率信号的比例失调，它并不产生新的频率成分。而非线性失真则是由于信号通过放大器等非线性元件，不仅使各频率分量的幅度和相位发生变化，而且产生新的频率成分，对有用信号进行干扰。复合二次差拍和复合三次差拍就是非线性失真。
（１）非线性失真的产生
一般说来，放大器的输出电压％与输入电压Ｕ之间满足如下关系：
Ｕｏ＝≈Ｉｕ，＋ｋｚＶ２＋也“，’（２一１９）式中：乩为输出信号电压，Ｕ为输入信号电压，４次方以后各项忽略不计。Ａ，、也、ｂ为各阶次项的系数。
设有三个电视信号同时输入，用『Ｆ弦波来表示输入信号Ｕ，
则Ｕｉ＝Ａｃｏｓ形，ｆ＋Ｂｃｏｓ蛾，＋Ｃｃｏｓ彬ｆ（２—２０）
籀一搴光纤传输自线『Ｕ视箭０的原理
式中：Ａ，Ｂ，ｃ分别为载波振幅，％．％，职分别是载波的角频率。
将这三个信号合成的输入电压Ｕ『送入设备后，可得输出信号电压％。
Ｕｏ＝Ｋ（Ａｓｏｓ％ＨＢｅｏｓ％ＨＣｃｏｓ形Ｄ（２—２１）
＋Ｋｌ（Ａｃｏｓｗｏｆ＋ＢｃｏｓＷ＾ｔ＋Ｃｃｏｓ形ｆ）２
＋丘１（Ａｃｏｓ睨，＋ＢｃｏｓＷｄ＋Ｃｃｏｓ吸，）３
式中：幻备项是有用信号，它们被放大了七，倍。如各项所产生的产物都称为二次失真，ｂ各项所产生的产物都称为三次失真。这些产物都是新产生的，输入信号中没有这些分量。
（２）载波复合二次差拍比
将式中ｂ项展开，得到：
Ｋ，＝ｌＡ２／２＋８２／２＋ｃ２／２（２—２２）＋Ａ２／２ｃｏｓ２Ｗｏｔ＋Ｂ２／２ｃｏｓ２Ｗ＾，＋Ｃ／２ｅｏｓ２Ｗ。ｔ
＋ＡＢｃｏｓ（ｗ＋％）ｔ＋ＡＢｃｏｓ（ｗｏ＋％）ｒ
＋ＢＣｃｏｓ（ＷＢ＾＋睨Ｖ＋ＢＣｃｏｓ（％＋％弦
＋ＣＡｃｏｓ（ｗ＋ｒＶｏ）ｒ＋ＣＡｃｏｓ（阡：＋Ⅳ：）ｆＪ
由此可见，二次失真产物有１２项。第ｌ、２、３项是直流项，在设备中会被隔直电容阻隔掉，不会起干扰作用。第４、５、６项是二次谐波项，它落入工作频道中会造成干扰。第７～１２项是任意两个频道差拍出来的和差频率项，也ｎｑ＿次差拍。它们的数量随着频道数量的增加而大量增加，这最后９项是由于放大器的非线性而增加的频率项，这些新产生的频率落在工作频道内，会产生垂直、倾斜或水平条纹干扰，干扰频率越接近被干扰频道的图像载波频率，网纹表现的越粗。我们把这些二次差拍项的总和称为复合二次差拍失真（ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｅｃｏｎｄＯｒｄｅｒｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，简称ＣＳＯ）。
同时输入的频道数越多，所得的二次干扰项越多。若有－Ｎ４＂频道输入，则会出珊．Ⅳ个二次谐波项。Ｎ（Ｎ－Ｉ）／２个和频项，ⅣｆＭｌ）／２个差频项，共有Ⅳ，个干扰项，在二次产物中，两频率的和、差所得到的二次差拍项的振幅ＡＢ比二次谐波项振幅爿切要大～倍，因而更重要。
载波复合二次差拍比定义为：
在系统指定点，图像载波电平与在带内成簇集聚的二次差拍产物的复合电平之比，以ｄＢ表示。
（３）载波复合三次差拍比
将式中ｋ，展开，得到三次产物共２８项。其中有三项
３／４Ｋ３Ａ。ＣＯＳ％ｆ：３／４Ｋ３Ａ’ＣＯＳ％，：３／４Ｋ３Ａ３ＣＯＳ肜，：（２－２３）仍是输入信号的频率，但幅度与输入信号的幅度三次方成正比，会出现幅度