有线电视
- 有线电视(Cable Television，CATV)
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什么是有线电视[1]
有线电视也叫电缆电视，是由无线电视发展而来，最初出现于1950年的美国宾夕法尼亚州。有线电视仍保留了无线电视的广播制式和信号调制方式，并未改变电视系统的基本性能。有线电视把录制好的节目通过线缆(电缆或光缆)送给用户，再用电视机重放出来，而不向空中辐射电磁波，所以又叫闭路电视。有线电视是一种由观众而不是资助者支付费用的付费电视。
有线电视的优势[1]
有线电视相比无线电视的优势包括：
- 由于电视信号通过线缆传输，不受高楼山岭等的阻挡，所以收视质量好。
- 有线电视可以采用邻频传输，不像无线电视为防止干扰，在一个地区必须采用隔频发射，所以频谱资源能得以充分利用，能提供更多的频道。
- 有线电视通过线缆还能实现信号的双向传输，能够提供交互式的双向服务，也可以很容易实现收费管理，开展多种有偿服务。
- 有线电视台不需要昂贵的发射机和巨大的铁塔，所以建台费用低，有利于快速发展。
- 有线电视系统不仅接收和转播大电视网的节目，还提供自己录制的具有不同专题内容的节目，为订户提供了更多的节目选择。
有线电视的发展历程[2]
有线电视技术的产生和发展离不开现代科学技术的孕育和催生。1949年，美国俄勒冈州的阿斯特利亚镇为了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高的大型天线，通过电缆把天线接收下来的信号传输到居民区，分配给用户，这就是最早的共用天线系统(MATV)，这种方式一直沿用至今。随着城市建设的逐步发展，高层建筑物越来越多，对电视信号形成遮挡，加之各类电波的干扰，致使MATV的发展受到限制。另一方面，随着人们对文化、教育和信息等方面需求大幅度的提高，大家不再满足于当地电视台开路播放的电视节目，而是期望实现高质量、多频道、多功能的电视传播，面对电视大众新的更高的需求，共用天线系统已无法适应新的形势。换言之，共用天线系统作为有线电视系统的初始阶段的历史使命已经完成。大众需求促进了技术进步，技术进步使有线电视跨出了共用天线阶段，步入了有线电视的闭路电视阶段。这一阶段通常被人们称为有线电视的开路电视阶段。
CATV闭路电视阶段在技术上的主要特点是以电缆传播方式为主的公寓、办公大楼、小型住宅区、大型企业或城域网络，所以闭路电视又称为电缆电视系统。电缆电视系统有效解决了电视节目的传输质量和节目数量的增加，并在20世纪60～70年代得到全面发展。电缆电视采用了邻频传输技术，提高了频带利用率，增加了频道容量，同时采用了电平控制技术，提高了信号传输的质量。它是在有线电视台、站配备前端设备，并用同轴电缆做干线传输，以闭路的方式组建电视台网，其规模小到几十户，大到上万户。中小型有线电视网通常采用电缆传输方式，而大型有线电视网在体制和结构上己从电缆向光缆干线与电缆网络相结合的HFC形式过渡。
有线电视网络技术发展的第三个阶段为有线网络电视阶段。有线网络电视的发展是伴随着微波技术、卫星电视技术和光纤传输技术的发展而同步进行的。20世纪80年代，采用多路微波分配系统、光纤传输代替同轴电缆进行干线和超干线传输的方式进入实用阶段，使有线电视的网络结构更为合理，规模更加扩大，使大范围布网成为可能。有线电视由单向传输模拟电视节目向双向传输多功能综合业务方向发展已成为信息社会的必然趋势。电信网、有线电视网和计算机数据网的“三网合一”是信息社会发展的需要。
随着光纤技术逐步引入网络主干网，使网络带宽的瓶颈转移到网络最后1000米范围的用户接入系统。相比之下，采用同轴电缆分配结构的有线电视分配网要比采用铜绞线的电信接入网更具有优势。HFC结构的有线电视网，其数据传输速率是目前采用ADSL或N—ISDN接入方式的电信网的20～200倍，且传输距离长，运行成本低。，因此近几年来，有线电视网的宽带特性备受关注，使得在国外有多个电信业巨头不断出资并购有线电视网。总之，CATV网络以其实用性、经济性、技术性和先进性，不仅在国外，而且在国内仅仅用了十多年时间，就已发展和形成了一个巨大的产业。为了适应数字电视广播或未来高清晰度电视广播的传输要求，并满足不断增长的数据业务对网络带宽的需求，有线电视系统的数字化势在必行。
有线数字电视阶段又称数字有线网络电视阶段，它是有线电视技术发展的高级阶段，是先进的有线电视系统。有线数字电视汇集了当代电子技术许多领域的新成就，包括电视、广播、微波传输、数字通信、自动控制、遥控遥测和电子计算机技术等，而且还将与“信息高速公路”紧密地联系在一起。卫星传送与地面有线电视覆盖的星网相结合的结构模式不仅成为21世纪广播电视覆盖的主要技术手段，也将构成“信息高速公路”的基础框架。它将改变传统的信息传递模式，打破行业界限，做到统一规划，建立一个宽频带、高速率的公用信息网络，利用多媒体技术把计算机、电视机、录像机、录音机、电话机、电传机和游戏机等融为一体，进行文字、图像、音频、视频的多功能处理，将各种社会所需的信息服务业务纳入网络，从而给人们的工作、学习、卫生保健、商业购物和娱乐方式带来一次革命。
目前世界范围内通用的数字有线电视网结构为光纤同轴电缆混合网，即HFC网。该网既可以传输数字电视节目，也可以传输模拟电视节目，还可以传输数据，以及与Internet网相接。我国最早使用的数字电视系统是中央电视台的卫星加密频道。
考虑到我国电视广播的主要传输方式是有线电视广播，如何充分利用有线电视的带宽优势和HFC双向传输网络使数字电视在有线电视网中得到充分应用，成为众多厂家都在考虑的问题。人类已步入2l世纪，这是个信息技术飞速发展的时代，其基本特征是数字化、网络化和信息化。纵观世界，各国都在提出自己的信息基础建设计划。美国在1988年就成立了“有线电视实验室”，由它来制定业界的标准。日本也于2000年6月成立了“日本有线电视实验室”，开始了制定标准的工作。为了进一步发展有线电视技术，从2000年4月起，日本开始了大容量有线电视传输技术、有线电视安全技术和双向传输技术的研究开发。我国的有线电视经历了30余年的发展，已经成为世界第一有线电视用户国。我国的有线电视网络覆盖率达52％，入户率达27％，它已成为国家主要的信息基础网络之一。当前，我国的有线电视正在向数字化、多功能化、产业化和全国联网的方向普及和发展。我国有线数字电视传输标准已经公布，该标准为大力发展有线数字电视奠定了坚实的技术基础。我国的数字电视广播得到各级政府、有线电视运营商、设备制造商、投资商的普遍认同，目前全国各有线电视台(网)都已开始了数字电视广播，他们在积极探索如何利用有线电视网开展数字电视业务，有线电视的数字化改造和整体转换已拉开序幕并取得了巨大成功。据统计资料显示，2005年全国已有49个大中城市开通了数字有线电视，目前正向中小城镇纵深发展。
有线数字电视对于生产机顶盒和其他一些升级数字电视所必需的设备的国内外公司来说，将是一个巨大的机会，这一产业将为他们提供巨大的商机。同样，对供应节目的媒体公司而言，数字有线电视所提供的巨大的频道空间也为他们带来了极好的机遇。
定义[3]
有线电视系统是指单独或混合利用电缆、光缆或者微波的特定频段传送电视节目的公共电视传输系统。分为：(一)接收、传送无线广播电视节目，播放自办广播电视节目的有线电视台；(二)接收、传送无线电视节目的共用天线系统。
特点[4]
- 1．规模大，相对成本低
有线电视系统的规模大主要体现在用户数量多、节目套数多、覆盖范围大等方面。它可以将几十套高质量的电视信号传送给千家万户。系统采用高质量的信号源，保证信号的高水平接收；既可以接收当地的开路电视信号(U段和V段信号)，也可以接收卫星电视节目，还可以传送多套自办节目；利用有线电视系统的多种传输方式(电缆、光缆、微波)，可以远距离地、高质量地传输电视信号，覆盖范围大，用户多，采用邻频前端技术，可使频道数目大为增加，其相对成本较低。
- 2．功能多，附加增值潜力大
有线电视系统如采用双向传输技术，可使其功能大大增加。系统除了能传输电视信号外，还能提供电话服务、视频点播及上网等多项增值服务。此外还能完成自动收费、自动加解扰功能，完成对系统工作状态的监控、故障诊断及报警等功能。
- 3．组网灵活，可逐步发展
有线电视系统的建立可以在现有财力范围内，分区、分阶段逐步进行建设。由于有线电视系统传输方式的多样性，既可以电缆传输，也可以光缆传输，还可以混合传输(HFC)，在建网时只需要预留出相应的接口就行，组网非常灵活，可以边建网边受益。
- 4．节省费用，美化城市
如果每一个电视用户都装一副或几副室外天线，不但总的费用很高，而且天线众多，馈线到处乱拉影响市容美观，不利于现代城市的发展。采用有线电视系统可以打破地域界限，做到统一规划，合理布线，只在前端架设一组天线，电缆采用地埋或管道布线，节省了费用，美化了城市环境。
- 5．频率资源充分利用，设备非常成熟
频率资源是有限的，国家对无线传播的电磁波频段有着严格的规定，为了避免各种无线电信号的相互干扰，有许多频率点被空置起来，频率资源不能充分利用。而有线电视系统由于是采用闭路传输，同轴电缆上传输的信号不会辐射到空间形成干扰，因此，不仅可以采用邻频传输，而且还可以利用无线传输的其他频段，从而使频率资源得到充分利用。另外，经过长期的发展和实践检验，有线电视系统中的各种相关设备，其标准性越来越高，设备非常成熟，提供的电视信号质量非常好。
系统的组成[4]
目前比较典型的有线电视系统主要由以下4个部分组成：信号源部分、前端设备部分、干线传输部分及用户分配部分，如图所示。
- 1．信号源部分
有线电视系统的信号源分为两大类：一类是从空中收转的各种电视信号，它包括卫星电视信号，V段、U段电视信号，以及其他有线台通过微波(或光缆)传送过来的电视信号；另一类是有线电视系统自办的电视节目。其主要设备包括卫星地面站，微波站，V段、U段接收天线，摄像机，录像机，电视转播车，播控设备及系统管理计算机等。
为了接收无线电视台地面发射的广播电视节目，有线电视台需要安装较高质量的接收天线。通常，有线电视台在接收VHF频段的电视节目时采用单一频道的天线，同时，天线放大器也是单频道式的，可有效地避免其他频道信号的干扰；接收UHF频道的节目时，则采用频段天线，即由一副天线接收频率相差不大的几个频道的电视节目；对于空中场强较弱的频道，可在天线下面加装放大器，以实现高增益、高信噪比的接收。
为了接收卫星转发的广播电视信号，有线电视台需安装口径为3—6m的抛物面卫星接收天线及相应的馈源、高频头和卫星接收机等。一般来说，接收每一颗卫星的电视节目，需要一副抛物面天线和一个馈源，以及若干台卫星接收机。由于卫星转发的电视信号有模拟和数字两种，所以卫星接收机也分为模拟和数字两种。
为了接收从其他有线电视台通过微波或光缆送来的电视节目，还要加装微波接收天线、微波接收机及光信号接收机。
为了播出自办节目，还应有必要的播控设备，以及摄像机、录像机、广告编辑机、切换台、系统管理计算机等。
- 2．前端系统部分
前端系统是指在有线电视系统中用以处理通过天线收到的和自办的电视信号并使之适合信道传输的一系列设备。它位于信号源和干线传输系统之间，其作用是将信号源送来的多套电视信号进行必要的处理，然后将其混合成一路信号送到干线传输系统。其主要设备有接收机、调制器、频道放大器及变换器、导频信号发生器、混合器、解调器、制转器和时基校正器。由于信号源和前端设备通常在一起，目前，在系统中将它们合称为前端系统。
对于大型的有线电视系统，其前端可能不止一个，根据其作用可分为本地前端、远地前端及中心前端。其中直接与本地用户分配网相连的前端称为本地前端；经过长距离地面传输或卫星线路把信号发送到本地的前端称为远地前端；设置于服务中心，其输入来自开路无线电视信号、卫星电视信号及其他可能信号源的前端称为中心前端。
- 3．干线传输系统部分
干线传输系统的作用是传输系统信号，它主要由各种类型的干线放大器、干线电缆、干线光缆、光发射机、光接收机、多路微波分配系统和调频微波中继等设备和器材组成。其任务是把前端输出的高频电视信号高质量地传输给用户分配网络。干线系统的传输方式主要有同轴电缆传输、光纤传输和微波传输以及它们的混合传输。
- 4．用户分配系统部分
用户分配系统是有线电视系统的最后部分，其作用是把来自传输干线的信号分配给千家万户，它包括用户分配放大器、分配器、分支器、用户终端盒等设备和器件。分配放大器的功能是补偿支线书的信号损失，放大信号功率以支持更多的用户。分配器和分支器是为了把信号分配给各条支路和各个用户的无源器件，要求其有较好的隔离和适当的输出电平。用户分配网一般采用较细的同轴电缆，以降低成本和便于施工。
另外，在整个有线电视系统组成中，还有两个方面的问题要注意：一个是系统供电问题，另一个是系统防雷问题。对系统前端的供电一般问题不大，但对干线部分及分配部分的供电，应根据当地的电源环境进行适当考虑，一般有集中供电方式和分散供电方式两种。有线电视系统中为了改善接收信号的条件使接收天线向前端提供高质量的电视信号，通常将天线架设在高处，所以天线是系统中最容易受到雷击的部位。为了防止雷击，在接收天线的区域内应安装避雷针，同时在每副天线的输出端还应安装保安器。另外，架设的电缆也容易受到雷击，故当有线电视系统传输干线较长时，可每隔适当距离(200—300m)将电缆外导体接地一次。
系统的分类[4]
有线电视系统分类只是在某一方面突出地、简单地反映系统中的某一特点，它们并不能说明各种类型的有线电视系统有什么本质的区别。因此，分类的方法不同，分得的类型也不同。
- 1．按频道利用方式分类
(1)隔频传输系统。电视接收机接收开路电视信号时对相邻频道的抑制能力较差，为了防止相互干扰，各级电视台必须按照全国统一规划实行隔频传输。通常，在V段每隔一个频道安排一套节目，在u段每隔两个频道以上安排一套节目。有线电视系统在早期由于频道数不是很多，通常也采用隔频传输。由于其频道容量少，现在已不再使用。
(2)邻频传输系统。这种系统将标准广播电视频道中相邻频段间的频率资源充分利用起来，在闭路系统中进行传输，如5频道和6频道之间，增加了增补1—7频道；在12频道和13频道之间，增加了增补8～37频道；在24频道和25频道之间，增加了增补38．42频道。如图所示为邻频传输有线电视系统组成方框图。这种系统频道利用率较高，但对前端设备和电视接收机的要求较高，是目前普遍使用的有线电视系统。此系统中最高工作频率已发展到1000 MHz。
- 2．按信号传输媒介分类
(1)同轴电缆传输方式。这是一种最简单、使用最早的传输方式，且设备成本低，安全可靠，安装方便。但因为电缆对信号电平损失较大，每隔几百米就要安装一个干线放大器来提高信号电平，由此将引入较多的噪声和非线性失真，使信号质量下降，其传输距离受到限制。因此对干线放大器提出了较高的要求。由于电缆的传输在高频道上的损耗值要高于在低频道的损耗值，因而要求干线放大器应具有频率均衡能力；为了补偿温度变化对干线放大器技术指标的影响，在干线传输线路上还应分段使用带自动温度补偿(ATC)和自动电平控制(ALC)的干线放大器。同时，干线放大器还要有灵活的输出方式。同轴电缆传输方式一般只在小系统或大系统中靠近用户分配系统的最后几千米中使用。
(2)微波传输方式(MMDS)。微波传输方式是把电视信号调制到微波频段，定向或全向向服务区发射无线信号，在接收端再把它解调还原成电视信号，送人用户分配系统。微波传输方式不需要架设电缆、光缆，只需要安装微波发射机、微波接收机及收发天线即可。此方式施工简单，成本低，收效快，且不受地形、地域限制，特别适合于山区、丘陵地区传输电视信号，但信道带宽有限，所能容纳的频道数有限，易受建筑物的阻挡和反射，产生阴影区和重影区，微波传输还易受到雨、雪、雾等气候条件的影响。
(3)光缆传输方式。光缆传输方式是通过光发射机把高频电视信号转换成为光信号，使其沿着光导纤维传输，接收端再通过光接收机把光信号变换成射频电视信号。这种传输方式具有频带宽、容量大、损耗低、抗干扰能力强、失真小、噪声低、性能稳定可靠等优点，是未来信息传输的主要方式。但目前其设备成本较高，因而应用受到了一定的限制。
(4)光缆／电缆混合传输方式(HFC)。这种传输方式用光缆作为主干线或支干线，用电缆作分配网络。HFC网络是当前大型有线电视系统的主要传输方式，其传输的信号质量较高、成本相对较低，尤其适合于在大、中型有线电视网络中应用，也是今后相当一段时期内有线电视网络发展的主流。
- 3．按系统交互特性分类
(1)单向传输系统。在有线电视系统中，由前端向用户终端传送的信号称为下行信号或正向传输信号；从用户向前端传送的信号称为上行信号或反向传输信号。单向传输系统是指有线电视系统只进行正向传输信号的一点对多点的单向传输电视信号的系统。传统的有线电视系统均属此类。
(2)双向交互式传输系统。它是能进行正向和反向传输信号的系统。交互式要求双向传输，可以满足用户提出的双向服务的要求，主要功能有：各种家政服务，付费电视，计算机及数据通信，视、音频信号的上传，家庭水、电、气的自动监测与抄表，防盗、防火报警及系统工作状态的监测等。双向交互式传输系统目前尚处于不断完善、不断发展的阶段，交互式的业务部分完成。
另外，按干线放大器的供电方式不同，还可分为分散供电系统和集中供电系统。分散供电系统是指干线放大器就近接市电的供电方式；而集中供电系统可以从前端或干线上某一点加入电源插入器和集中供电电源，电源电流通过干线电缆对干线放大器进行供电。这种供电方式便于集中管理电源，保证电源质量，便于维护，但由于系统中接头较多，容易造成短路，电源应有过载保护电路。