關(guān)于數(shù)字電視HFC網(wǎng)絡(luò)上的傳輸探究

作者/秦瑜軼，山西長治廣播電視臺

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關(guān)于數(shù)字電視HFC網(wǎng)絡(luò)上的傳輸探究

作者/秦瑜軼，山西長治廣播電視臺

文章摘要：數(shù)字電視是指信號在采樣、發(fā)射、接收和傳輸階段都以數(shù)字信號的形式。數(shù)字電視相較于模擬電視而言，畫面的分辨率更好，畫質(zhì)更清晰，同時色域更廣，因此，數(shù)字電視的普及，是我國電視信號技術(shù)改革的重要舉措。目前，我國已經(jīng)搭建了以HFC（光纖同軸混合）的數(shù)字信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，在從模擬電視向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)變過程中，只需要在信號發(fā)生端加裝數(shù)字信號的編碼和調(diào)制設(shè)備，并在信號接收端加裝數(shù)字信號的解碼和解調(diào)設(shè)備（數(shù)字機頂盒），即可完成模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變。但是因為數(shù)字信號和模擬信號采用的是不同的編碼和調(diào)制方式，所以在進行轉(zhuǎn)換時，還會出現(xiàn)一系列的問題。本文基于信號在HFC網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，簡要探究影響數(shù)字信號傳輸?shù)囊蛩?，并提出解決措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；HFC；傳輸探究

引言

數(shù)字信息化大潮的來臨，推動了電視技術(shù)的不斷進步。目前的電視技術(shù)，已經(jīng)不再僅僅是用在廣播傳媒領(lǐng)域，還應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、體育健康、公共交通等多個領(lǐng)域。電視技術(shù)發(fā)展到今天，經(jīng)過了幾次重要的變革，電視技術(shù)的每一次變革，都給廣大電視技術(shù)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。我國是在2003年開始啟動模擬電視轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電視項目，但是直到最近幾年，數(shù)字電視才真正走入百姓家中。在許多地方數(shù)字電視的普及過程中，都出現(xiàn)了許多的問題，因此，廣大電視技術(shù)研究者，要加強對于數(shù)字信號傳輸和HFC網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，避免信號在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生問題。

1.數(shù)字電視和HFC網(wǎng)絡(luò)概述

■1.1數(shù)字電視概述

數(shù)字電視是指電視節(jié)目在錄制、采集、傳輸和接收等環(huán)節(jié)，都以數(shù)字信息技術(shù)實現(xiàn)。數(shù)字電視系統(tǒng)主要由信號源編解碼、節(jié)目流多路復(fù)用/解多路復(fù)用、信號傳輸通道、接收端的解碼設(shè)備等組成，其中，信號源編碼主要采用MPEG-2的壓縮編碼方式，包括視頻、音頻和數(shù)據(jù)三部分。信道編碼主要采用RS編碼方式，調(diào)制方案有QPSK、QAM、COFDM、VSB等技術(shù)。在數(shù)字信號的接收端，采用數(shù)字信號解碼和解調(diào)設(shè)備（數(shù)字機頂盒），將調(diào)制信號進行解調(diào)，還原為原來的由視頻、音頻和數(shù)據(jù)組成的電視信號，這個信號可以用來在終端設(shè)備（電視）上進行播放。數(shù)字電視主要具有以下幾方面的優(yōu)點：

（1）信號傳輸質(zhì)量高，失真小。原來的模擬信號在傳輸?shù)倪^程中，會產(chǎn)生失真，同時噪聲也會對信號造成一定的干擾，導(dǎo)致信號的信噪比下降。而數(shù)字信號是以脈沖的方式進行傳輸，在傳輸過程中，信號只有兩個狀態(tài)，高電平和低電平，脈沖信號不易受到噪聲的干擾，能夠保證信號的真實性。

（2）畫面清晰度高。由于模擬信號是連續(xù)性信號，導(dǎo)致顏色信號的變化都是連續(xù)的，在使用濾波器對兩種顏色進行分辨時，不能完全區(qū)分兩種顏色，使電視出現(xiàn)色調(diào)失真的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在數(shù)字電視中完全可以避免。在數(shù)字電視中，利用一塊集成的自適應(yīng)數(shù)字濾波器，能夠有效區(qū)分不同的顏色，同時，數(shù)字電視采用場存儲器，將原來的隔行掃描變?yōu)橹鹦袙呙瑁朔斯鈻砰W爍現(xiàn)象。

（3）自動化程度更高。由于采用數(shù)字信號，可以將電視系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)融合，利用計算機強大的計算功能，對電視系統(tǒng)進行監(jiān)控和自動控制。

（4）安全性高。數(shù)字信號需要在信號源發(fā)生端加裝信號的調(diào)制和編碼設(shè)備，將信號以一種加密的方式進行封裝，這樣可以增強信號傳輸?shù)陌踩浴?/p>

■1.2HFC網(wǎng)絡(luò)概述

有線電視網(wǎng)絡(luò)主要由前端系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)和信號分配系統(tǒng)組成。

前端系統(tǒng)主要是將接收到的信號，包括模擬信號和數(shù)字信號進行調(diào)制，并輸送到傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)主要是進行信號的傳輸。分配系統(tǒng)是將接收到的信號解調(diào)和解碼，并分配到各終端設(shè)備。

2.影響數(shù)字電視傳輸質(zhì)量的因素

■2.1系統(tǒng)噪聲干擾

系統(tǒng)噪聲是一個泛指，噪聲的來源可能是多方面的。在整個系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)，都可能產(chǎn)生噪聲干擾。其中主要的噪聲干擾包括熱噪聲，光纖鏈路噪聲和電放大器噪聲。

2.1.1熱噪聲干擾

熱噪聲是導(dǎo)體內(nèi)熱電子不規(guī)則運動而引起的噪聲。主要是由光電發(fā)生器，放大器，供電器等電子設(shè)備產(chǎn)生。由于熱噪聲是一個隨機信號，在不同時刻，其幅度和相位是不確定的，所以只能通過一定的方式測量出其功率，用來參考。在電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)搭建完成后，熱噪聲基本就確定不變了，因此熱噪聲也被成為白噪聲，其一般只受到溫度的影響，在所有的工作頻率都是穩(wěn)定的。

2.1.2光纖鏈路噪聲干擾

光纖鏈路噪聲是指光信號在光發(fā)射機，光纖傳輸和光接收機等設(shè)備，所產(chǎn)生的噪聲干擾的總稱。在光接收裝置中，光二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電流經(jīng)過前置放大器進行放大，用來滿足后續(xù)電路對電流大小的要求。放大器的輸入負載，是產(chǎn)生噪聲干擾的主要原因。

2.1.3電放大器噪聲

發(fā)射端的電信號放大器，用來將電信號放大，增強信號的發(fā)射功率，防止信號在傳輸過程中的衰減和損失。在接收端的電信號放大器，主要是將接收到的，有衰減的電信號再次進行放大。放大器是一個有源器件，其內(nèi)部由多個晶體管、電阻等電子器件組成，所以在進行信號的放大時，勢必會產(chǎn)生噪聲。

■2.2傳輸損耗

2.2.1光傳輸損耗

光信號主要是在光纜中進行傳輸。光纜是由多根光纖加強成纜組成。光信號在光纜中進行傳輸時，由于光纖材料的限制，勢必會產(chǎn)生吸收損耗。光信號被吸收后，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮榆S遷和分子振動，造成熱效應(yīng)。光纖材料對于光的吸收作用主要由材料的特性、光的波長決定。除了吸收損耗之外，光信息在光纖中也存在散射損耗。光在光纖中進行傳輸時，會產(chǎn)生散射效應(yīng)，造成一部分能量的損失。

2.2.2電傳輸損耗

同軸電纜是電信息的主要載體。電流在電纜中進行傳輸時，由于電纜都存在電阻，會產(chǎn)生熱效應(yīng)，一部分電能會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹?，這樣也會造成傳輸損耗。

■2.3非線性失真

非線性失真主要包括光發(fā)射機引起的失真，光纖色散失真，光接收機的失真和放大器的失真。在光發(fā)射機，接收機和放大器等裝置中，還存在著大量的模擬電子元器件，如二極管、三極管等。這些元器件都有截止電流、啟動電流和擊穿電流等多個電特性，許多微小的電流不能使這些元器件工作，或這些元器件對于微弱電流的反映不強烈，這樣就導(dǎo)致許多器件的電特性曲線并不是線性的。

■2.4反射的影響

與光信號在光纖中存在散射一樣，光電信號在相應(yīng)的傳輸介質(zhì)中同樣會產(chǎn)生反射。信號在傳輸介質(zhì)中，經(jīng)過多次反射，信號的功率就會下降，導(dǎo)致能量損失。

■2.5數(shù)?；旌蟼鬏?shù)挠绊?/p>

目前信號的傳輸方式還是以數(shù)字和模擬信號混合傳輸?shù)姆绞?，這種混合傳輸方式，使得數(shù)字信號和模擬信號之間產(chǎn)生干擾，在傳輸過程中，無法準確的區(qū)分兩種信號，造成信號的失真。

3.提高數(shù)字電視傳輸質(zhì)量的方法

■3.1降低噪聲干擾

降低系統(tǒng)熱噪聲干擾，需要選擇一些工作性能優(yōu)良的設(shè)備，并保證設(shè)備工作在適合的環(huán)境溫度。光纖鏈路噪聲主要是由光設(shè)備產(chǎn)生的，影響光纖鏈路噪聲的主要設(shè)備參數(shù)有相對強度噪聲RIN和調(diào)制系數(shù)m，因此在選擇光設(shè)備時，主要應(yīng)考慮設(shè)備的這兩個參數(shù)。

■3.2減少傳輸損耗，保證用戶指標需求

減少傳輸損耗，應(yīng)從兩方面入手，一方面是減少光傳輸損耗，一方面是減少電傳輸損耗。

3.2.1減少光傳輸損耗

從設(shè)計上考慮，減少光傳輸損耗主要應(yīng)從以下幾方面入手。

（1）光纖選型。有線電視的HFC網(wǎng)絡(luò)主要采用G652標準單模光纖和G653色散位移單模光纖，在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)主要采用G652標準單模光纖。

（2）光纖的長度設(shè)計。光信號在光纖中傳輸時，會產(chǎn)生一定的衰減，光纖的長度越長，光信息的衰減越嚴重，因此在設(shè)計HFC網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)重點考慮網(wǎng)絡(luò)的傳輸線路，在滿足傳輸要求的前提下，盡可能的減少單根光纜的長度。

（3）路由選擇。外界環(huán)境會對光信息在光纜中的傳輸產(chǎn)生影響，為了避免這種影響，光纖路由應(yīng)架設(shè)在環(huán)境相對穩(wěn)定，同時不易受到外力作用的地方。

3.2.2減少電傳輸損耗

減少電傳輸損耗，主要應(yīng)從以下幾方面入手。

（1）電纜的選型。在選擇電纜時，應(yīng)盡量選擇電纜質(zhì)量優(yōu)良的廠家。

（2）電纜長度的設(shè)計。電纜是有電阻的，電信息在電纜中傳輸時，會產(chǎn)生熱效應(yīng)，電纜的長度越長，電阻越大，電流的熱效應(yīng)越強烈，因此，應(yīng)盡量保證單根電纜的長度不要過長。

（3）合理規(guī)劃不同型號電纜的使用。根據(jù)電流的大小，選擇不同型號的電纜。

■3.3改善系統(tǒng)的非線性失真

系統(tǒng)的非線性失真，主要受到光電設(shè)備的影響，光功率和電流在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，但是當電流小于門限電流時，光功率與電流呈非線性關(guān)系。因此，為了改善系統(tǒng)的非線性失真，首先要考慮設(shè)備的特性曲線，盡量選擇門限電流小的設(shè)備。同時也要準確控制設(shè)備的驅(qū)動電流，保證設(shè)備工作在線性區(qū)。

■3.4降低反射影響

減少反射影響，應(yīng)該在選擇傳輸設(shè)備時，盡量選擇活接頭和彎角少的設(shè)備，嚴格控制信號的反射損耗。同時在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，盡量減少活接頭的使用。

■3.5降低數(shù)?；旌蟼鬏斢绊?/p>

減少數(shù)?；旌蟼鬏?shù)挠绊懼饕褪菧p少失真產(chǎn)物的相互影響。從頻道配置方面著手，在有可能的情況下使用頻帶盡量不超過2倍頻程，即最高頻率小于最低頻率的兩倍，這樣可以有效地將諧波值置于使用頻帶之外，從而提高系統(tǒng)的傳輸指標。

4.結(jié)束語

目前，我國所搭建的HFC（光纖同軸混合）數(shù)字信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，在從模擬電視向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)變過程中，只需要在信號發(fā)生端加裝數(shù)字信號的編碼和調(diào)制設(shè)備，并在信號接收端加裝數(shù)字信號的解碼和解調(diào)設(shè)備（數(shù)字機頂盒），即可完成模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)變。數(shù)字信號在產(chǎn)生，傳輸和接收端還存在著許多問題，上文已經(jīng)從噪聲損失，非線性失真，傳輸損耗，反射和數(shù)?；旌蟼鬏斘鍌€方面，簡要論述在HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕獑栴}。當然，信號在HFC網(wǎng)絡(luò)的傳輸還存在許多問題，需要廣大電視工作者共同努力，不斷完善數(shù)字信號的傳輸網(wǎng)絡(luò)，提高信號的傳輸質(zhì)量。隨著數(shù)字信息化時代的來臨，數(shù)字電視得到了快速的發(fā)展，從黑白電視到彩色電視，從模擬電視到數(shù)字電視，一次次的變革，推動了整個電視行業(yè)的發(fā)展，未來的電視技術(shù)勢必會有更大的突破。

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