一．CATV系统设计方案概述

     本有线电视系统采用邻频传输，采用邻频传输使系统频道容量大、稳定性高、非线性失真小，前端系统主要有各种接收天线、调制器、解调、多路射频信号混合器组成。

目前我国有线电缆电视传播媒介主要有电缆传输、光缆传输和微波传输三种方式，本有线电视系统采用光缆传输。

有线电视分配系统是通过分配网络（有分支器、分配器、用户分配放大器和射频电缆组成）给系统的每一个用户终端提供一个适当的电视信号的系统。本系统采用分配-分支形式从用户分配放大器输出的信号先经过分配器分成几路，每一路再通过不同的分支器向终端用户提供符合要求的信号。

每年夏季，由于雷雨较多，气候异常，是有线电视系统发生故障的高峰季节。雷电对有线电视系统的危害十分强烈，所以防雷、避雷与接地问题，就成了有线电视系统设计不可忽略的重要问题。本系统就如何做好相关网络的防雷措施有所说明。

二．前端系统设备与设计

   前端系统作为有线电视传输的开端，是有线电视系统最重要的一个环节，是有线电视系统的心脏。前端信号质量的高低直接影响到用户端信号的好坏。

前端采用邻频传输，前端设计配置图如下图。

 

前端设备的初选

前端设备主要包括信号源部分，如各种接收天线、接收机、自办节目源等；信号处理部分，如调制器、解调器、混合器、分配器、导频信号发生器等；馈线部分,同轴电缆或者光缆。

本系统初步前端设备选择如下：

馈线： SYWV-75-12高发泡电缆

解调器：C6D-V/D

调制器: STX-199

混合器：HD16-1（无源）

4频道天线：V4LH5T

8频道天线：V8LH12T

10频道天线：V10LH12T

19频道天线：U20LH17T

前端系统技术参数的设计

天线输出电平的计算：

假设馈线长度为20m，

 4频道载波频率为77.25MHz，λ₁=C/f=3x10⁸/77.25x10⁶=3.88m

馈线衰减常数为a=2.06 dB/100m

8频道载波频率为184.25MHz，λ₂=C/f=3x10⁸/184.25x10⁶=1.63m

馈线衰减常数为a=3.26dB/100m

10频道载波频率为200.25MHz，λ₃=C/f=3x10⁸/200.25x10⁶=1.50m

馈线衰减常数为a=3.46 dB/100m

19频道载波频率为519.25MHz，λ₄=C/f=3x10⁸/519.25x10⁶=0.58m

馈线衰减常数为a=5.89 dB/100m

4频道接收场强 75dB    V4LH5T 天线增益：6.8dB

4频道输出电平：

U₀=75+6.8+20lg3.88-La-18=75.17dB

8频道接收场强 60dB    V8LH12T 天线增益：8.5dB

8频道输出电平：

U₀=60+8.5+20lg1.63-la-18=54.08 dB

10频道接收场强 78dB    V10LH12T 天线增益：11dB

10频道输出电平：

U₀=78+11+20lg1.50-la-18=78.83dB

19频道接收场强 85dB    U20LH17T 天线增益：16dB

19频道输出电平：

U₀=85+16+20lg0.58-la-18=77.09 dB

由于C6D-V/D解调器的输入电平标称为50~80 dB，所以满足要求，可以选用。

STX-199调制器频率范围为47-860MHz，满足要求，调制器载波输出电平为≥110dB,设置其输出电平为115dB,信噪比S/N=60dB.

单频道载噪比：C/N₁=S/N+6.4=66.4dB

前端总载噪比验算：C/N_总=C/N₁-10lgN=60.02dB

所以C/N_总≥45.5dB（国家标准前端系统分配指标值），满足要求。

三．光缆传输系统的设备选择与设计

光缆传输系统主要由衰减器、光发射机(包括下行光发射机和上行光发射机)、光分支器、光缆、光接收机（包括下行光接收机和上行光接收机）、光中继站、光配线盒、光接线盒（熔接点）,由于前端距离分配网络2km，所以本系统只包括衰减器、光发射机、光缆、光接收机。

光缆传输系统组成结构图如图

 

1．      光缆传输系统设备初选

衰减器：JZCK20I

光发射机：MIC-750DFB

光接收机：MIC-750RT

光缆：GYTG-Z-1

2．      各种设备技术参数与选择依据

①衰减器JZCK20I技术参数：

频率范围：40~860MHz

最大衰减量：20±3dB

插入损耗：≤2dB

衰减量可调

选择依据：

由于前端发出的信号为115dB，而光发射机的最大输入电平为78dB，衰减量为37dB，所以选用衰减器先将前端发来信号进行衰减，为减少设备选择次数，选择衰减量可调的JZCK20I衰减器。

②光发射机MIC-750DFB技术参数：

射频输入电平：电视78dB

数据 70dB

带宽：47~750MHz

波长:1290~1580nm

光输出功率：≤ 12mW（典型值）

③光接收机MIC-750RT：

光波长：1290~1580nm

频率范围：47~750MHz

输出斜率：10dB（0~24dB可选）

光功率输入范围：-5~-1dB

射频输出电平：≥106dB

工作温度：-25~+55

光链路C/N表

光功率/dBm	-1	-2	-3	-4	-5
C/N (dB)	53	52	51	50	49

④电缆GYTG-Z-1：

工作波长：1310~1550nm

应用：架空或管道

使用温度/℃：-30℃~+50℃

光纤芯数：2~8

结构特征：刚带纵包铠装

损耗常数/(dB/km)：0.35 ,0.40,0.50.

选择依据：在光纤传输的三个波长中，850nm波长损耗较大，不宜在有线电视系统中使用；1310nm波长损耗较低，色散最小，价格也比较便宜；1550nm波长损耗最小，可以采用光纤放大器进行中继放大，应用于远距离传输，色散较大，价格较高，现有技术不是很成熟。在本系统中由于传输距离较小，所以选用1310nm光波长进行传输。

3．      光缆传输系统电平计算

⑴ 光发射机输出功率的计算

对于一级光纤传输系统，输入光接收功率取值为-3dB。根据

对于1310nm，光纤衰减系数α=0.40dB/km

光纤长度D=2km

所以，光链路损耗

Z=α*D+0.5*2=0.40*2+0.5*2=1.80dB

所以光发射机机的输出功率为1.80+（-3）=-1.20dB

光发射机的输出功率P=10 =0.76mW

（2）衰减器计算

前端输出的信号电平为115dB，而光发射机的最大输入电平为78dB，衰减量为37dB。

第一级衰减器整定衰减量为18dB，第二级衰减器衰减量为19dB，忽略电缆传输损耗。所以有光发射机输入电平值为：

U_i=115-18-19=78dB≤78dB，满足要求。

（3）光发射机参数整定与校验

前端信号经衰减器衰减后输出电平为78dB，满足光发射机输入电平要求，由上述光发射机输出电平的计算，设置光发射机光输出功率为0.76mW。

（4）光接收机的参数整定

由于前端信号已满足器输入电平要求，根据C/N光链路表可知载噪比C/N=51dB.设定其输出电平为115dB,斜率为10dB，接收机射频输出电平为115（105）dB

四．用户分配系统的设计

1．分配网络设计内容

用户分配系统采用分配-分支的分配形式。其分配网络如下：

 

从用户分配放大器输出的信号先经由分配器分成3路，每一路分配给每一号楼，1，2号楼再经分配器分成3路分别给3个单元的一层，再经分支器给每一层的每一用户进行输送信号。3号楼则经过置于7层的分配器分成3路路分别给7层，1-6层和8-12层，经分支器向下向上给每一个用户传送信号。

2．用户分配系统各点电平计算

假设光接收机、分配器设定在1号楼与2号楼中间，所以1号楼和2号楼的计算完全相同，在此值计算1号楼各点电平值。另假设分配器至每一单元的距离相等，1,2号楼单元分配器置于1,2号楼的一层，3号楼分配器置于3号楼的7层。总分配器到1，2号楼的单元分配器距离为90m，到3号楼的分配器距离为250+3*6=268m

总分配器选用国产WFP-306高隔离度分配器

技术参数：

插入损耗(max)/dB:5.8

频率：5~550MHz

相互隔离度：22dB

电磁屏蔽（min）：80dB（树脂）

1,2号楼单元分配器选用WFP-306高隔离度分配器

技术参数同上

3号楼单元分配器选用WFP-204高隔离度分配器

技术指标：

插入损耗：3.6dB

工作频率：5~550MHz

相互隔离度：22dB

电磁屏蔽（min）：80dB（树脂）

1,2号楼2分支器选用WFZX-2高隔离度分支器

其技术指标如下

项目	分值损耗标称值/dB
	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28
插入损耗（max）/dB	3.5	2.5	2.2	1.5	1.5	1.2	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
反向隔离（min）/dB	23	23	25	27	29	30	30	30	30	30	30
频率范围	5~550MHz
相互隔离	22

 

3号楼的6分支器选用WFZX-2高隔离度分支器

项目	分值损耗标称值/dB
	14	16	18	20	22	24	26	28	30	32	34
插入损耗（max）/dB	3.8	3.0	2.5	1.5	1.5	1.2	1.2	1.0	1.0	1.0	1.0
反向隔离（min）/dB	27	27	27	30	32	35	32	30	35	35	35
频率范围	4~550MHz
相互隔离	20

由于系统为邻频系统，频率范围为55~550MHz，支线电缆采用SYWV-75-9电缆，其在信号频率高、低端的衰减量分别为7.73dB/100m和2.25dB/100m。从分支器到用户端采用SYWV-75-5电缆，其在信号频率高、低的衰减量分别为14.72dB/100m和4.40dB/100m。

光接收机射频输出电平为115（105）dB

总分配器插入损耗为5.8dB

其输出电平109.2（99.2）dB

1，2号楼单元分配器输入电平=109.2-0.9*7.73=102.24dB

（99.2-0.9*2.25=97.18dB）

3号楼分配器输入电平=109.2-（2.5+18）*7.73=88.48dB

                                  （99.2-(2.5+18)*2.25=93.17dB）

1，2号楼分配器输出电平=102.24-5.8=96.44dB

                       （97.18-5.8=91.38dB）

对1号楼1单元各层个用户的电平值计算如下，括号内为频率低端电平。每层分支器距离该层用户的距离为10m，层间距为3m。

一层分支器的分支输出电平=96.44-24=72.44dB

                          （91.38-24=67.38）

一层用户端口电平=72.44-0.1*14.72=70.97dB

                           （67.38-0.1*4.40=66.94dB）

二层分支器的输入电平=96.44-0.8-0.03*14.72=95.20dB

                             （91.38-0.8-0.03*4.40=90.45dB）

二层用户端口电平=95.20-24-0.1*14.72=69.73dB

                            （90.45-24-0.1*4.40=66.01dB）

三层分支器的输入电平=95.20-0.8-0.03*14.72=93.96dB

（90.45-0.8-0.03*4.40=89.52dB）

三层用户端口电平=93.96-20-0.1*14.72=72.49dB

                            （89.52-20-0.1*4.40=69.08dB）

四层分支器的输入电平=93.96-0.8-0.03*14.72=92.72dB

                                   （89.52-0.8-0.03*4.40=88.59dB）

四层用户端口电平=92.72-20-0.1*14.72=71.25dB

                            （88.59-20-0.1*4.40=68.15dB）

五层分支器的输入电平=92.722-0.8-0.03*14.72=91.48dB

                                 （88.59-0.8-0.03*4.40=87.86dB）

五层用户端口电平=91.48-20-0.1*14.72=70.01dB

                            （87.86-20-0.1*4.40=67.22dB）

六层分支器的输入电平=91.48-0.8-0.03*14.72=90.24dB

                                （87.46-0.8-0.03*4.40=86.54dB）

六层用户端口电平=90.24-20-0.1*14.72=68.57dB

                            （86.53-20-0.1*4.40=66.09dB）

由于完全对称，所以1，2号楼的其他单元端口电平也符合上述计算。

对3号楼的各点电平计算如下，括号内为低频率端电平。每层分支器距离该层的每一用户8m。

3号楼分配器输出电平=89.88-5.8=84.08dB

(93.58-5.8=87.78dB)

由于分配器的输出电平较小，因此在信号进入分配器前使用用户放大器进行信号放大。用户放大器选用SB-7530MZ1楼栋放大器。

SB-7530MZ1楼栋放大器技术参数

设定分配放大器的输出电平为104dB，斜率为6dB。

3号楼分配器输入电平=104（98）dB

其输出电平值=104-3.6=100.4dB

              (98-3.6=95.4dB)

 

七层分支器的输入电平=100.4dB

                     （95.4dB）

七层层每一用户的端口电平=100.4-30-0.08*14.72=70.22dB

                                   （95.4-30-0.08*4.40=66.05dB）

由于六层八层相对7层对称，所以两者计算结果相同，其他对应楼层同理。

六、八层分支器的输入电平=101.4-0.03*14.72=99.96dB

                                    （96.4-0.03*4.40=95.27dB）

六、八层每一用户的端口电平=99.96-30-0.08*14.72=68.78dB

                                        （95.27-30-0.08*4.40=65.92dB）

五、九层分支器的输入电平=99.96-1.0-0.03*14.72=98.52dB

                                    （95.27-1.0-0.03*4.40=94.14dB）

五、九层每一用户的端口电平=98.52-27-0.08*14.72=70.34dB

                                    （94.14-27-0.08*4.40=65.79dB）

四、十层分支器的输入电平=98.52-1.0-0.03*14.72=97.08dB

                                    （94.14-1.0-0.03*4.40=93.01dB）

四、十层每一用户的端口电平=97.08-27-0.08*14.72=69.90dB

                                    （93.01-27-0.08*4.40=65.66dB）

三、十一层分支器的输入电平=97.08-1.0-0.03*14.72=95.63dB

                                    （93.01-1.0-0.03*4.40=91.88dB）

三、十一层每一用户的端口电平=95.63-26-0.08*14.72=68.45dB

                                    （91.88-26-0.08*4.40=65.53dB）

二、十二层分支器的输入电平=95.63-1.2-0.03*14.72=93.99dB

                                    （91.88-1.2-0.03*4.40=90.55dB）

二、十二层每一用户的端口电平=93.99-24-0.08*14.72=68.81dB

                                    （90.55-24-0.08*4.40=66.20dB）

一层分支器的输入电平=93.99-1.2-0.03*14.72=92.35dB

                                  （90.55-1.2-0.03*4.40=89.22dB）

一层每一用户的端口电平=92.35-22-0.08*14.72=69.17dB

                                    (89.22-22-0.08*4.40=66.87dB)

有上述计算可知，对于邻频系统用户端口电平在65~72dB以内，符合设计要求。

4．      分配系统指标验算

由于有点电视系统的频道数较少，所以分配系统的非线性失真指标的验算可以忽略，对分配系统的盐酸主要是载噪比C/N的验算。

用户分配放大器的载噪比：

（ ）_min=U_i-N_f-2.4=88.48-7-2.4=79.08dB≥53dB(国家HFC网络分配网络标准)，所以满足要求。

五．温度变化对用户电平的影响

   温度系数表示一年四季温度变化对同轴电缆损耗值的影响大小。同轴电缆的衰减系数会随着温度的变化二变化，温度增加，电缆损耗增加；温度减低，电缆损耗降低。

   一般同轴电缆的温度系数为0.2dB%/℃，现只计算温度对最长户外电缆的影响。假设温度变化为-10℃~50℃，即温度变化ΔT=±30℃

最长电缆为250+3*6=268m

∴Δα=LXK_TXΔT=268*(7.73/100)*0.2%*30=1.24dB

(C/N)_T=C/N-Δα=78.6-1.24=77.36dB≥53dB,能够满足系统分配的指标的要求。

六．天线的防雷

前端是整个有线电视系统的核心，前端包括各种开路天线、卫星天线、卫星接收机、调制器解调器、光发光收等设备。万一这些设备被雷击损坏，除造成严重的经济损失外，还会造成大范围的停播，对有线台的形象造成影响，因此前端的防雷措施至关重要。

接收天线的防雷措施有：A、确定好接收天线地理位置，架设天线时既要保证接收信号的质量又要避开雷区；B、加入信号防雷器，这种防雷保护器的主要功能是使信号顺利通过，而万一出现雷电造成异常高电压时，对其内部的放大管立即起作用，阻止雷电对设备造成损坏；C、架设避雷针，这是一种普遍而又比较有效的防雷措施，由于接收天线一般架设在楼顶上，很容易将雷电引入前端，特别是卫星天线，防雷措施一定要考虑周全，一方面要使接收天线在避雷针的保护区内，另一方面还要降低避雷针的接地电阻，避雷针要选用直径较粗的优质金属材料，要深埋地下可靠接地，接地电阻要控制在4Ω以内。

 

 

参考文献

1．《有线电视工程设计与新技术应用》 科学出版社  2006

2．《有线电视工程设计、安装与调试》 人民邮电出版社 2004