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摘 要： 在现阶段数字电视与模拟电视混合传输条件下，对数字电视在HFC网络上传输进行研究，分析影响传输质量的各种因素，并从设计上提出解决办法。
关键词： 数字电视；HFC网络；传输
中图分类号：TN949.197 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820097－02
0 前言
广播电视数字化是必然的发展趋势。现阶段，我国广播电视数字化工作己进入全面推广阶段。为与之相适应，各大中城市有线电视HFC网络作为传输广播电视的主要载体，必须按照广播电视数字化的要求进行网络改造。然而，由于多方面的原因，有线广播电视的数字化工作不可能一蹴而就，模拟电视向数字电视转换不可能一下完成，因而数字电视和模拟电视不可避免地还将在一个较长时期内在HFC网络上混合传输。
1 数字电视在HFC网络上传输存在的问题
1.1 系统带宽不够
很多地方HFC网络如果还未做升级改造的，系统大多是450MHz或550MHz单向传输网络，有的甚至是300MHz的，频道资源己没什么富裕，要增加传输数字电视节目或提供互动频道，系统带宽明显不够。
1.2 网络传输质量不够
未改造的HFC网络一般都是上世纪九十年代建设的，距今有近十年的时间。经过这十年的风吹雨打，网络线路及设备都出现不同程度的老化，各种接头状态尤其糟糕，系统指标劣化严重，目前收看模拟电视效果都不好，网络质量远远达不到正常传输数字电视的要求。
1.3 数模混传影响
数字电视与模拟电视同时在HFC网络上混合传输，由于二者传输特性不同，对HFC网络的噪声、干扰等因素敏感程度不同，同一网络对两种信号产生的影响不同；同时，二者的传输失真相互影响，进一步使传输质量下降，影响电视节目的正常收视。
2 影响数字电视传输质量的原因分析
2.1 系统噪声
噪声是一切干扰信号的泛指，它的存在影响着有用信号的清晰度。在有线电视HFC传输系统中，任何组成部分都可能产生噪声，并在信号传输的过程中逐步叠加，致使系统载噪比C/N指标下降。
系统噪声是一个综合的概念，既包括光传输系统产生的噪声，也包括电传输系统的噪声；既包括有源设备产生的噪声，也包括无源设备产生的噪声。
2.2 传输损耗
传输损耗是指在传输过程中，因传输介质和传输设备等因素引起的信号功率的损失。对有线电视HFC网络来说，传输介质主要是指光缆、同轴电缆。
2.2.1 光传输损耗
光纤的传输损耗是指光信号通过光纤传播时，其功率随传播距离的增加而减少的现象。影响光纤传输损耗的因素主要有以下几点：
1）吸收损耗
无论纤芯用什么材料制成，光信号通过时都或多或少地存在着吸收现象。光被吸收后，其能量转变为电子跃迁和分子振动造成热效应。材料对光吸收强弱与材料本身结构、光波长以及杂质等因素有关。
2）散射损耗
光信号在光纤中遇到微小粒子、材料密度的微观变化、成分的起伏、制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷、非线性效应等均会产生散射，可分为制作缺陷散射、瑞利散射、受激散射。
3）弯曲损耗
外力使光纤弯曲，破坏了光波的全反射条件，产生辐射损耗。损耗的大小与弯曲半径呈指数关系。弯曲半径小到一定程度损耗会急剧加大。
2.2.2 电传输损耗
同轴电缆是构成电缆传输系统的主要元素。由于构成同轴电缆的内外导体都存在一定的电阻，再加上绝缘体中不可避免地存在着漏电流，使得高频信号在同轴电缆中传输时，信号能量必然有一部分变成热能被损失掉。所以，同轴电缆中存在着信号的衰减。
2.3 非线性失真
在有线电视HFC传输系统中，系统指标的非线性失真主要包括以下几方面：光发射机的非线性失真；光纤色散引起的非线性失真；光接收机的非线性失真；电缆传输中的电放大器引起的失真等。
2.4 反射的影响
有线电视HFC传输系统，电视信号从前端机房经光、电缆传输系统，到达用户接收终端，其间要经过光发射机、光分路器、ODF架、传输光纤、光接收机、电缆放大器、分支器、分配器、传输电缆以及各类活动接头。由于传输线路长、设备器件多、接头多，在这些接头处很容易产生反射现象。而且反射问题影响面大，故障点不易查找，因此在做接头施工时必须特别重视。
2.5 数模混合传输的影响
目前正处在有线电视数字化过渡时期，完全过渡到数字电视传输、关闭模拟电视还有一个较长的过程。数字电视和模拟电视混合传输的情况下，数字电视信号与模拟电视信号在传输过程中产生的失真产物，不是分别只影响数字电视信号与模拟电视信号，而是相互影响，造成电视信号更大的失真。
3 设计上保证数字信号正常传输
3.1 减少系统噪声，提高系统载噪比
热噪声与设备工作频率、工作带宽以及工作温度有关，在网络建好后其大小较固定，属于稳态噪声。它一般对数字电视图像和伴音不会产生影响，只对模拟电视信号有一定影响。从影响热噪声的因素来看，在设计上，应该保证设备工作环境符合相关标准要求，减少热噪声对系统的影响。
3.2 减少传输损耗，保证用户指标需求
3.2.1 减少光传输损耗
光缆损耗产生的原因可分为光缆本身原因和外部原因两种。光缆本身原因是指光信号被光纤材料吸收、散射、泄漏，外部原因是指因外力致使光纤变形或弯曲而引起的损耗，以及因外部辐射引起的损耗。从设计上考虑，减少光缆的传输损耗可从三个方面着手。1）光缆选型。有线电视网络常用的光纤有G652标准单模光纤和G653色散位移单模光纤。在设计选型时，多选用G652标准单模光纤。在光缆定货以及验收时，必须要检测光缆的传输特性，以确保能满足设计需要。2）光缆长度设计。光纤的衰减常数是指单位长度光纤所引起的光信号损耗，单位为dB/km，如果能减少光缆的长度，就能减少光缆的损耗。因此，设计时，在满足光缆敷设条件要求、满足光中继点位置要求以及满足覆盖范围要求的情况下，尽量选择光缆线路最短的路由，减少光缆的传输损耗。3）路由选择。外力能改变光缆的传输损耗，因而光缆路由选择要求尽量避开易受外力破坏的场所，能管道敷设的不选择架空敷设，能架空敷设的不选择沿墙敷设。如不得己不能避开时，应采取必要的防护措施，指导施工来达到保护光缆的目的。
3.2.2 减少电传输损耗
电缆传输设计比光缆部分复杂得多，设计时要注意以下几个方面：1）电缆选型。尽量选择有实力厂家的电缆而且性能要优越。2）电缆长度设计。电缆的衰减常数定义为单位长度（一般指100m）的电缆所损失信号能量的分贝数。设计时合理确定设备位置，尽量选择电缆线路最短的路由，能有效减少电缆传输损耗。3）电缆规格合理搭配。不同规格型号的电缆传输相同距离损耗不一样，为了减少传输损耗，应优先选择导体尺寸较大的电缆。第四，电平设计和均衡。同轴网络电平设计要满足GY/T106和GY/T180对系统电平等指标的要求。对于现阶段，数字电视与模拟电视同时在HFC网络上传输，数字电视QAM信号电平可比模拟电视频道电平低 10dB左右。
3.3 改善系统非线性失真指标
在有线电视HFC传输系统中，系统非线性失真指标主要受以下因素影响：光发射机的非线性失真、光纤的非线性失真、光接收机的非线性失真、电放大器的非线性失真等。
从图1可知，要改善光发射机的非线性失真，要求激光器具有良好的P-I特性曲线，激光器工作区应有极好的线性。同时还要严格控制激光器的驱动电流，严禁使激光器工作在饱和区，否则，不但会产生失真，还会损坏激光器。因此设计时要从设备选型和激光器驱动电流控制两方面着手改善光发射机的非线性失真。
光纤对非线性失真指标的影响主要是由色散引起的。对于较短距离光传输，光纤对非线性失真影响不是太大，但在长距离光传输设计中，必须特别关注非线性失真的情况。设计时，一方面可控制光纤的入光功率，另一方面可采用色散补偿手段达到保证光传输指标的目的，如DCM系列色散补偿器，目前共供应DCM-80，DCM-60，DCM-40三个型号，对于G652光纤的色散补偿距离分别为80km，60km和40km，在设计时可供选用。
光接收机对非线性失真的影响是由光检测二极管内光电变换和接收机内的放大器引起的。在设计时，保证光接收机的输入光功率在合理的范围内，一般不得超过+2dBm，太高会引起明显的失真甚至损坏光接收组件，太低又不能保证光接收机正常工作。
电放大器的非线性失真特性带来了许多二次、三次失真产物。因此，对HFC网络而言，同时考虑CSO和CTB是全面评价系统非线性失真性能的必要而充分的手段。设计时，一方面通过放大器设备选型，保证放大器的设备技术性能符合设计规划要求；另一方面要保证放大模块有足够的驱动电平，又不能让驱动电平过大，以免引起非线性失真。
3.4 减少反射的影响
电视信号从前端机房到用户终端整个传输链路中信号被反射。对模拟电视信号，图像出现重影；对数字电视信号，反射的影响严重得多，不同时到达解码器的信号流直接影响判决的准确性，导致误码率增加。因而从网络设计时就必须考虑反射对系统的影响。1）光电传输设备和各种接头选型时，严格控制反射损耗指标，有时又叫回波损耗指标；对传输光缆和电缆，则要求材料的均匀性指标要好。2）通过设计优化，尽量减少活接头数量，采用斜8°活接头，减少反射的产生源。
3.5 减少数模混合传输的影响
减少数模混合传输的影响主要就是减少失真产物的相互影响。从频道配置方面着手，在有可能的情况下使用频带尽量不超过2倍频程，即最高频率小于最低频率的两倍，这样可以有效地将谐波值置于使用频带之外，从而提高系统的传输指标。
4 结束语
数字电视在HFC有线电视网络上传输时，所有的影响最终都通过误码率指标反映在电视终端的音视频信号上，关系着每一位电视观众的切身感受。根据对影响数字电视传输质量的因素的分析，在HFC有线电视网络规划设计时，就应该采取相应的措施保证网络传输质量。
参考文献：
[1]鲁业频编，数字电视基础，北京：电子工业出版社，2002：11-12.
[2]施国强等编，有线电视网络技术手册，北京：电子工业出版社，2002：117-119.
[3]喻彤、糜东林，从模拟到数字——你现有的HFC网络需要改造吗，2004国际有线电视技术研讨会论文集，北京：中国广播电视出版社，2004，35.
关键词： 数字电视；HFC网络；传输
中图分类号：TN949.197 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820097－02
0 前言
广播电视数字化是必然的发展趋势。现阶段，我国广播电视数字化工作己进入全面推广阶段。为与之相适应，各大中城市有线电视HFC网络作为传输广播电视的主要载体，必须按照广播电视数字化的要求进行网络改造。然而，由于多方面的原因，有线广播电视的数字化工作不可能一蹴而就，模拟电视向数字电视转换不可能一下完成，因而数字电视和模拟电视不可避免地还将在一个较长时期内在HFC网络上混合传输。
1 数字电视在HFC网络上传输存在的问题
1.1 系统带宽不够
很多地方HFC网络如果还未做升级改造的，系统大多是450MHz或550MHz单向传输网络，有的甚至是300MHz的，频道资源己没什么富裕，要增加传输数字电视节目或提供互动频道，系统带宽明显不够。
1.2 网络传输质量不够
未改造的HFC网络一般都是上世纪九十年代建设的，距今有近十年的时间。经过这十年的风吹雨打，网络线路及设备都出现不同程度的老化，各种接头状态尤其糟糕，系统指标劣化严重，目前收看模拟电视效果都不好，网络质量远远达不到正常传输数字电视的要求。
1.3 数模混传影响
数字电视与模拟电视同时在HFC网络上混合传输，由于二者传输特性不同，对HFC网络的噪声、干扰等因素敏感程度不同，同一网络对两种信号产生的影响不同；同时，二者的传输失真相互影响，进一步使传输质量下降，影响电视节目的正常收视。
2 影响数字电视传输质量的原因分析
2.1 系统噪声
噪声是一切干扰信号的泛指，它的存在影响着有用信号的清晰度。在有线电视HFC传输系统中，任何组成部分都可能产生噪声，并在信号传输的过程中逐步叠加，致使系统载噪比C/N指标下降。
系统噪声是一个综合的概念，既包括光传输系统产生的噪声，也包括电传输系统的噪声；既包括有源设备产生的噪声，也包括无源设备产生的噪声。
2.2 传输损耗
传输损耗是指在传输过程中，因传输介质和传输设备等因素引起的信号功率的损失。对有线电视HFC网络来说，传输介质主要是指光缆、同轴电缆。
2.2.1 光传输损耗
光纤的传输损耗是指光信号通过光纤传播时，其功率随传播距离的增加而减少的现象。影响光纤传输损耗的因素主要有以下几点：
1）吸收损耗
无论纤芯用什么材料制成，光信号通过时都或多或少地存在着吸收现象。光被吸收后，其能量转变为电子跃迁和分子振动造成热效应。材料对光吸收强弱与材料本身结构、光波长以及杂质等因素有关。
2）散射损耗
光信号在光纤中遇到微小粒子、材料密度的微观变化、成分的起伏、制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷、非线性效应等均会产生散射，可分为制作缺陷散射、瑞利散射、受激散射。
3）弯曲损耗
外力使光纤弯曲，破坏了光波的全反射条件，产生辐射损耗。损耗的大小与弯曲半径呈指数关系。弯曲半径小到一定程度损耗会急剧加大。
2.2.2 电传输损耗
同轴电缆是构成电缆传输系统的主要元素。由于构成同轴电缆的内外导体都存在一定的电阻，再加上绝缘体中不可避免地存在着漏电流，使得高频信号在同轴电缆中传输时，信号能量必然有一部分变成热能被损失掉。所以，同轴电缆中存在着信号的衰减。
2.3 非线性失真
在有线电视HFC传输系统中，系统指标的非线性失真主要包括以下几方面：光发射机的非线性失真；光纤色散引起的非线性失真；光接收机的非线性失真；电缆传输中的电放大器引起的失真等。
2.4 反射的影响
有线电视HFC传输系统，电视信号从前端机房经光、电缆传输系统，到达用户接收终端，其间要经过光发射机、光分路器、ODF架、传输光纤、光接收机、电缆放大器、分支器、分配器、传输电缆以及各类活动接头。由于传输线路长、设备器件多、接头多，在这些接头处很容易产生反射现象。而且反射问题影响面大，故障点不易查找，因此在做接头施工时必须特别重视。
2.5 数模混合传输的影响
目前正处在有线电视数字化过渡时期，完全过渡到数字电视传输、关闭模拟电视还有一个较长的过程。数字电视和模拟电视混合传输的情况下，数字电视信号与模拟电视信号在传输过程中产生的失真产物，不是分别只影响数字电视信号与模拟电视信号，而是相互影响，造成电视信号更大的失真。
3 设计上保证数字信号正常传输
3.1 减少系统噪声，提高系统载噪比
热噪声与设备工作频率、工作带宽以及工作温度有关，在网络建好后其大小较固定，属于稳态噪声。它一般对数字电视图像和伴音不会产生影响，只对模拟电视信号有一定影响。从影响热噪声的因素来看，在设计上，应该保证设备工作环境符合相关标准要求，减少热噪声对系统的影响。
3.2 减少传输损耗，保证用户指标需求
3.2.1 减少光传输损耗
光缆损耗产生的原因可分为光缆本身原因和外部原因两种。光缆本身原因是指光信号被光纤材料吸收、散射、泄漏，外部原因是指因外力致使光纤变形或弯曲而引起的损耗，以及因外部辐射引起的损耗。从设计上考虑，减少光缆的传输损耗可从三个方面着手。1）光缆选型。有线电视网络常用的光纤有G652标准单模光纤和G653色散位移单模光纤。在设计选型时，多选用G652标准单模光纤。在光缆定货以及验收时，必须要检测光缆的传输特性，以确保能满足设计需要。2）光缆长度设计。光纤的衰减常数是指单位长度光纤所引起的光信号损耗，单位为dB/km，如果能减少光缆的长度，就能减少光缆的损耗。因此，设计时，在满足光缆敷设条件要求、满足光中继点位置要求以及满足覆盖范围要求的情况下，尽量选择光缆线路最短的路由，减少光缆的传输损耗。3）路由选择。外力能改变光缆的传输损耗，因而光缆路由选择要求尽量避开易受外力破坏的场所，能管道敷设的不选择架空敷设，能架空敷设的不选择沿墙敷设。如不得己不能避开时，应采取必要的防护措施，指导施工来达到保护光缆的目的。
3.2.2 减少电传输损耗
电缆传输设计比光缆部分复杂得多，设计时要注意以下几个方面：1）电缆选型。尽量选择有实力厂家的电缆而且性能要优越。2）电缆长度设计。电缆的衰减常数定义为单位长度（一般指100m）的电缆所损失信号能量的分贝数。设计时合理确定设备位置，尽量选择电缆线路最短的路由，能有效减少电缆传输损耗。3）电缆规格合理搭配。不同规格型号的电缆传输相同距离损耗不一样，为了减少传输损耗，应优先选择导体尺寸较大的电缆。第四，电平设计和均衡。同轴网络电平设计要满足GY/T106和GY/T180对系统电平等指标的要求。对于现阶段，数字电视与模拟电视同时在HFC网络上传输，数字电视QAM信号电平可比模拟电视频道电平低 10dB左右。
3.3 改善系统非线性失真指标
在有线电视HFC传输系统中，系统非线性失真指标主要受以下因素影响：光发射机的非线性失真、光纤的非线性失真、光接收机的非线性失真、电放大器的非线性失真等。
从图1可知，要改善光发射机的非线性失真，要求激光器具有良好的P-I特性曲线，激光器工作区应有极好的线性。同时还要严格控制激光器的驱动电流，严禁使激光器工作在饱和区，否则，不但会产生失真，还会损坏激光器。因此设计时要从设备选型和激光器驱动电流控制两方面着手改善光发射机的非线性失真。
光纤对非线性失真指标的影响主要是由色散引起的。对于较短距离光传输，光纤对非线性失真影响不是太大，但在长距离光传输设计中，必须特别关注非线性失真的情况。设计时，一方面可控制光纤的入光功率，另一方面可采用色散补偿手段达到保证光传输指标的目的，如DCM系列色散补偿器，目前共供应DCM-80，DCM-60，DCM-40三个型号，对于G652光纤的色散补偿距离分别为80km，60km和40km，在设计时可供选用。
光接收机对非线性失真的影响是由光检测二极管内光电变换和接收机内的放大器引起的。在设计时，保证光接收机的输入光功率在合理的范围内，一般不得超过+2dBm，太高会引起明显的失真甚至损坏光接收组件，太低又不能保证光接收机正常工作。
电放大器的非线性失真特性带来了许多二次、三次失真产物。因此，对HFC网络而言，同时考虑CSO和CTB是全面评价系统非线性失真性能的必要而充分的手段。设计时，一方面通过放大器设备选型，保证放大器的设备技术性能符合设计规划要求；另一方面要保证放大模块有足够的驱动电平，又不能让驱动电平过大，以免引起非线性失真。
3.4 减少反射的影响
电视信号从前端机房到用户终端整个传输链路中信号被反射。对模拟电视信号，图像出现重影；对数字电视信号，反射的影响严重得多，不同时到达解码器的信号流直接影响判决的准确性，导致误码率增加。因而从网络设计时就必须考虑反射对系统的影响。1）光电传输设备和各种接头选型时，严格控制反射损耗指标，有时又叫回波损耗指标；对传输光缆和电缆，则要求材料的均匀性指标要好。2）通过设计优化，尽量减少活接头数量，采用斜8°活接头，减少反射的产生源。
3.5 减少数模混合传输的影响
减少数模混合传输的影响主要就是减少失真产物的相互影响。从频道配置方面着手，在有可能的情况下使用频带尽量不超过2倍频程，即最高频率小于最低频率的两倍，这样可以有效地将谐波值置于使用频带之外，从而提高系统的传输指标。
4 结束语
数字电视在HFC有线电视网络上传输时，所有的影响最终都通过误码率指标反映在电视终端的音视频信号上，关系着每一位电视观众的切身感受。根据对影响数字电视传输质量的因素的分析，在HFC有线电视网络规划设计时，就应该采取相应的措施保证网络传输质量。
参考文献：
[1]鲁业频编，数字电视基础，北京：电子工业出版社，2002：11-12.
[2]施国强等编，有线电视网络技术手册，北京：电子工业出版社，2002：117-119.
[3]喻彤、糜东林，从模拟到数字——你现有的HFC网络需要改造吗，2004国际有线电视技术研讨会论文集，北京：中国广播电视出版社，2004，35.