§6.4 共用天线电视（CATV）系统

6.4.1 概述

共用天线电视（Commun1ty Anteua Television）是一种新兴的电视接收、传输、分配系统。由于它是利用电缆传送和分配电视信号，故又称为电缆电视（Cable Television）。在CATV系统中增添一些前端设备，就可演变成闭路电视系统（Closed Circuit Television）。

CATV系统是一套将天线接收到的电视信号进行放大、分配并通过电缆传送给众多用户电视机的专用设备，它是通过无源分配网络分配电视信号的有线分配系统，如图6.4-1所示。它主要由前端设备（卫星直播接收机、电视转播机、录象机、电影电视传播机等）、混合器、放大器、分配器组成。

CATV系统比普通电视广播优越得多，它能克服高山或高大建筑物造成“阴影区”，防止有害电波的干扰，提高用户电视机输入电视信号的载噪比，节省众多的天线，对于集体单位收看电视，如大饭店、学校、部队、厂矿、大村庄等，使用CATV系统是十分适宜的。美国的一套“CATV”系统用户高达20多万个。在国外人们把CATV

系统的电缆线称家庭生活中除了电灯线、电话线以外的必不可少的第三根线－－图象线。

CATV系统具有下列功能：

1.优质地传输从空中接收下的广播电视信号，差转一般用户无法接收的其他地区电视节目。

2.在不干扰相邻频道的条件下，在VHF波段的空频道中发送自办电视节目，CATV系统配备包括摄象机在内的全套小型演播设备，就可形成完整的独立广播系统。

3.在前端设备中，加入录象机、电影电视转播机、高传真音响设备、卫星直播接收机等，CATV的每个用户就能共享这些昂贵设备所提供的电视节目。

4.CATV的前端设备与电子计算机中心、数据资料库、电化教育中心相连接，就能调用它们的数据和电教节目，给“系统”的用户共享。

5.可将一般用户不能接收的中、短波段广播或调频广播纳入CATV系统，每个用户就能通过广播插座收听这些无线电广播。

目前，CATV系统主要是扩大规模，并力求提高普及率，进一步扩大CATV系统的功能。采用光缆技术，以传送质量更高、套数更多的电视和调频立体声节目，同时推广双向CATV系统，传送多种信息，并与同步卫星的电视广播、通信相结合，以构成综合的情报网。所谓双向CATV系统，它不仅能为用户提供更多的图象信息，而且用户还可以直接同信息的发出者进行交谈，闭路图象双向传输系统，还具有鉴别来访人员的面貌、监护病房、防火、防盗、报警等功能。

由于CATV系统庞大，功能繁多，欲使整个系统稳定可靠的工作，必须解决一系列技术难题。CATV系统的设计，关键在于前端电路，各种放大器性能的好坏，对整个“系统”起着重要的作用，改进放大器的线性，进行AGC控制和ASC斜率控制以及减小各种互调失真等都是急待解决的问题。各种无源分支、分配器的频带宽度要达到0～1000Mhz。

下面就CATV系统设计中必须考虑的技术要点作一简略性的介绍。

6.4.2 CATV系统的技术要点

一、自动增益控制（AGC）和自动斜率控制（ASC）

我国CATV系统目前一般采用同轴电缆传送，传送距离一般在10公里以内，而国外已达48公里之远。电缆中的电视信号随距离的增加而衰减，故需要更多的干线放大器提高信号电平。

同轴电缆对电视信号的衰减量随着温度的变化而变化。由于夏季和冬季的温差很大，因而造成末端信号电平变化很大；距离越远，这种变化越大，因此必须采用AGC进行电缆的温度补偿。

同轴电缆对高低频道电视信号的损耗是随频率的增加而增加的，结果导致用户端高低频道信号电平存在差值；干线越长，这种差别越大。因此，必须在干线放大器中采用ASC进行自动频率补偿。

AGC和ASC的方法很多，例如可以使用热敏电阻，用其阻值随气温变化的特性来控制放大器的增益；也可采用导频信号通过前端而使其输出的信号为一定值来控制放大器的增益。在干线放大器中，可以采用手动斜率控制；也可以由前端设备发出两个导频信号，在放大器中进行检波比较，然后再控制放大器的斜率。[Page]

国外通常大量使用多级AGC/ASC放大器来进行信号增益的温度与频率补偿，它是用AGC/ASC放大器检出两个参考载波的电平，以调整放大器的增益和斜率，从而补偿任何变化带来的影响。由于多级AGC/ASC放大器的累接，如果设计处理不当，则会引起整个系统电平周期性变化和电视屏幕的闪烁。因此串接级数有一定的限度，并且在AGC放大器串接时，应尽量减少转移调制。为了维持系统的稳定性，防止或降低暂态过程的影响，可在所有放大器测量使用大规模混合集成过压保护电源。

二、前端信号切换技术

在CATV系统中，为了利用数目有限的频道，增加可供选择的节目，插入电视广告等，必须在系统前端进行信号切换。切换可对中频信号或基带信号进行，前者称为中频切换，后者称为基带切换。中频切换的优点是可直接进行切换，不必附加信号处理，成本较低，因此常被采用。缺点是各种信号源的中频信号，分别通过多根电缆到达切换开关。由于信号汇漏并且频率大体相同而产生严重干扰，因此要选用双层屏蔽电缆和细心选择开关来解决。基带切换的优点是：由于基带信号的频率比中频低，所以隔离度较好，各种信号源的信号泄漏干扰较小；同时，基带信号接口电平已标准化（1Vpp），一般不必用放大器和衰减器。但是基带切换增加额外的解调和调制，会使信号失真加大。较之中频切换，它用得较少。

切换装置可选用机械开关、继电器和电子开关，切换方式的选择要从隔离度、损耗和复杂性等方面综合考虑。实现切换的具体方法也有多种，从完全手动到全自动程控。

三、CATV中的相位交调

在信号传输系统中，若某一载频的幅度或相位随其他载频幅度的变化而变化，则前者称为幅度交调，后者称为相位交调，两者均能引起电视图象的可见性干扰。

相位交调产生的原因是，载频的相位变化等效于图象载频产生频率偏移，而接收机的图象中频正好位于中放曲线高端斜边50％处，因此，图象载频的频率偏移，将转换成输出信号的幅度变化，而在电视屏幕上反映出来。以往通常认为相位交调对图象质量的影响较小，不易察觉，其实这是一种误解。

幅度交调和相位交调对电视图象的干扰形式不同：前者引起大幅度的明暗交替（对应于调制方波的持续期和占空期），后者则表现为前者两根垂直线，一亮一暗，位于幅度交调干扰的两边，即对应于方波（假设其他载频都被15.75Mhz的方波调幅）的前沿和后沿，两者对图象产生的干扰分别如图6.4-2（a）、（b）所示。因此，在CATV系统中，应该同时消除这两种交调干扰，否则，就会造成对图象的干扰。

四、CATV中的脉冲间隔和宽度调制（PIWM）

脉冲间隔和宽度调制（Pulse Interval and Width Modulation）是一种适于CATV系统进行视频传送的脉冲模拟调制方式。其特点是已调脉冲的宽度和间隔均含有信息，它与其他模拟调制系统相比，具有设备简单、传输带宽较窄等优点。

图6.4-3为PIWM系统的方框图及各点波形图。输入信号加至PEM调制器，调制器则输出间隔正比于输入信号取样点幅度的脉冲串。假设平均取样频率为25MHz，此脉冲串再加至T触发器电路，变换成脉冲间隔和宽度调制

信号，其平均重复频率为取样频率的一半，即12.5MHz。显然，此脉冲信号的间隔和宽度均带有信息，即都对应于输入信号在各取样点的幅度。若设各脉冲间隔对应于输入信号奇数取样点的幅度，则脉冲宽度就对应于偶数取样点的幅度。PIWM脉冲串再去激励发光二极管，便得到了PIWM光脉冲。此光脉冲经光纤传输到PIN发光检波器，又转换成电脉冲，经放大限幅后，再输入触发脉冲发生器，在每个PEWM脉冲的前沿和后沿形成触发脉冲，又去触发锯齿发生器，得到锯齿波，其包络与输入信号形状相同，再经低通滤波器，便得到了视频信号。如果不考虑系统引入的失真，则此视频信号的波形与输入信号完全相同。

PIWM属于非同步系统，因此设备简单；它相当于脉冲间隔调制（PIM）和脉冲宽度调制（PWM）的混合。假设取样频率都相同，在PIWM系统中单位时间内的脉冲数是PIM系统或PWM系统中的一半，因此，PIWM系统的传输带宽只是PIM或PWM的一半。[Page]

五、使用光纤电缆的CATV系统

不言而喻，使用光纤电缆的CATV系统与使用同轴电缆的CATV系统相比，前者比后者优越得多，具有许多显著的优点：

1.光波频率高，传输容量大，在单一、坚固耐用的光缆内可提供多个频道。

2.在所有频带内，光纤损耗的频率特性是均匀的，长距离传输CATV有较高的保真度。

3.由于光纤损耗小，中继站之间的传输距离可增加，因而减少了中继机。

4.光纤成本低，投资省，维护费用少，经济效益高。

5.光纤不导电，抗干扰性能好，不受电磁干扰和其他工业干扰。

目前，使用光纤的CATV系统是以不相同的调制载波去传输CATV信号，每条线路都包括发送机、中继机和接收机等部分。

基带模拟信号对光源器件的强度调制（IM）。

基带模拟信号先对某一副载波进行调频，再对光源器件进行强度调制。这是副载波FM/IM。

利用A/D变换数字通信，由二进制数字信号对光波进行通继控制，或通过脉码调制（PCM）方式，由其信号的1码或0码对光源进行强度调制，使光纤信号为PCM/IM。

研究表明，对在CATV系统中使用的多路传输FM/IM和PCM/IM两种方式进行比较，考虑综合性能，对长距离干线，推荐使用三路复用的数字通信系统；而对较短的干线，使用两路残留边带的数字传输更有利，因为它对标准的电视接收机有更好的互换性。从经济与性能来考虑，对于初期CATV干线，很可能是一个光纤干线与普通同轴电缆分配系统的混合体。