關于數字電視HFC網絡上的傳輸探究

作者/秦瑜軼，山西長治廣播電視臺

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關于數字電視HFC網絡上的傳輸探究

作者/秦瑜軼，山西長治廣播電視臺

文章摘要：數字電視是指信號在采樣、發射、接收和傳輸階段都以數字信號的形式。數字電視相較于模擬電視而言，畫面的分辨率更好，畫質更清晰，同時色域更廣，因此，數字電視的普及，是我國電視信號技術改革的重要舉措。目前，我國已經搭建了以HFC（光纖同軸混合）的數字信號傳輸網絡，在從模擬電視向數字電視的轉變過程中，只需要在信號發生端加裝數字信號的編碼和調制設備，并在信號接收端加裝數字信號的解碼和解調設備（數字機頂盒），即可完成模擬信號向數字信號的轉變。但是因為數字信號和模擬信號采用的是不同的編碼和調制方式，所以在進行轉換時，還會出現一系列的問題。本文基于信號在HFC網絡中的傳輸，簡要探究影響數字信號傳輸的因素，并提出解決措施。

關鍵詞：數字電視；HFC；傳輸探究

引言

數字信息化大潮的來臨，推動了電視技術的不斷進步。目前的電視技術，已經不再僅僅是用在廣播傳媒領域，還應用于醫療衛生、體育健康、公共交通等多個領域。電視技術發展到今天，經過了幾次重要的變革，電視技術的每一次變革，都給廣大電視技術研究者提出了新的挑戰。我國是在2003年開始啟動模擬電視轉變為數字電視項目，但是直到最近幾年，數字電視才真正走入百姓家中。在許多地方數字電視的普及過程中，都出現了許多的問題，因此，廣大電視技術研究者，要加強對于數字信號傳輸和HFC網絡的關系，避免信號在傳輸的過程中產生問題。

1.數字電視和HFC網絡概述

■1.1數字電視概述

數字電視是指電視節目在錄制、采集、傳輸和接收等環節，都以數字信息技術實現。數字電視系統主要由信號源編解碼、節目流多路復用/解多路復用、信號傳輸通道、接收端的解碼設備等組成，其中，信號源編碼主要采用MPEG-2的壓縮編碼方式，包括視頻、音頻和數據三部分。信道編碼主要采用RS編碼方式，調制方案有QPSK、QAM、COFDM、VSB等技術。在數字信號的接收端，采用數字信號解碼和解調設備（數字機頂盒），將調制信號進行解調，還原為原來的由視頻、音頻和數據組成的電視信號，這個信號可以用來在終端設備（電視）上進行播放。數字電視主要具有以下幾方面的優點：

（1）信號傳輸質量高，失真小。原來的模擬信號在傳輸的過程中，會產生失真，同時噪聲也會對信號造成一定的干擾，導致信號的信噪比下降。而數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，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性信號，導致顏色信號的變化都是連續的，在使用濾波器對兩種顏色進行分辨時，不能完全區分兩種顏色，使電視出現色調失真的現象。這種現象在數字電視中完全可以避免。在數字電視中，利用一塊集成的自適應數字濾波器，能夠有效區分不同的顏色，同時，數字電視采用場存儲器，將原來的隔行掃描變為逐行掃描，克服了光柵閃爍現象。

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

（4）安全性高。數字信號需要在信號源發生端加裝信號的調制和編碼設備，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的安全性。

■1.2HFC網絡概述

有線電視網絡主要由前端系統，傳輸系統和信號分配系統組成。

前端系統主要是將接收到的信號，包括模擬信號和數字信號進行調制，并輸送到傳輸系統。傳輸系統主要是進行信號的傳輸。分配系統是將接收到的信號解調和解碼，并分配到各終端設備。

2.影響數字電視傳輸質量的因素

■2.1系統噪聲干擾

系統噪聲是一個泛指，噪聲的來源可能是多方面的。在整個系統的任何一個環節，都可能產生噪聲干擾。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

熱噪聲是導體內熱電子不規則運動而引起的噪聲。主要是由光電發生器，放大器，供電器等電子設備產生。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。在電視網絡系統搭建完成后，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射機，光纖傳輸和光接收機等設備，所產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換為電信號，光電流經過前置放大器進行放大，用來滿足后續電路對電流大小的要求。放大器的輸入負載，是產生噪聲干擾的主要原因。

2.1.3電放大器噪聲

發射端的電信號放大器，用來將電信號放大，增強信號的發射功率，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，勢必會產生吸收損耗。光信號被吸收后，轉變為電子躍遷和分子振動，造成熱效應。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，會產生散射效應，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，會產生熱效應，一部分電能會轉變為熱能散失，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，光電信號在相應的傳輸介質中同樣會產生反射。信號在傳輸介質中，經過多次反射，信號的功率就會下降，導致能量損失。

■2.5數模混合傳輸的影響

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

3.提高數字電視傳輸質量的方法

■3.1降低噪聲干擾

降低系統熱噪聲干擾，需要選擇一些工作性能優良的設備，并保證設備工作在適合的環境溫度。光纖鏈路噪聲主要是由光設備產生的，影響光纖鏈路噪聲的主要設備參數有相對強度噪聲RIN和調制系數m，因此在選擇光設備時，主要應考慮設備的這兩個參數。

■3.2減少傳輸損耗，保證用戶指標需求

減少傳輸損耗，應從兩方面入手，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

從設計上考慮，減少光傳輸損耗主要應從以下幾方面入手。

（1）光纖選型。有線電視的HFC網絡主要采用G652標準單模光纖和G653色散位移單模光纖，在設計網絡時，應主要采用G652標準單模光纖。

（2）光纖的長度設計。光信號在光纖中傳輸時，會產生一定的衰減，光纖的長度越長，光信息的衰減越嚴重，因此在設計HFC網絡時，應重點考慮網絡的傳輸線路，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。外界環境會對光信息在光纜中的傳輸產生影響，為了避免這種影響，光纖路由應架設在環境相對穩定，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，主要應從以下幾方面入手。

（1）電纜的選型。在選擇電纜時，應盡量選擇電纜質量優良的廠家。

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

（3）合理規劃不同型號電纜的使用。根據電流的大小，選擇不同型號的電纜。

■3.3改善系統的非線性失真

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

■3.4降低反射影響

減少反射影響，應該在選擇傳輸設備時，盡量選擇活接頭和彎角少的設備，嚴格控制信號的反射損耗。同時在設計網絡時，優化網絡結構，盡量減少活接頭的使用。

■3.5降低數模混合傳輸影響

減少數模混合傳輸的影響主要就是減少失真產物的相互影響。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，從而提高系統的傳輸指標。

4.結束語

目前，我國所搭建的HFC（光纖同軸混合）數字信號傳輸網絡，在從模擬電視向數字電視的轉變過程中，只需要在信號發生端加裝數字信號的編碼和調制設備，并在信號接收端加裝數字信號的解碼和解調設備（數字機頂盒），即可完成模擬信號向數字信號轉變。數字信號在產生，傳輸和接收端還存在著許多問題，上文已經從噪聲損失，非線性失真，傳輸損耗，反射和數模混合傳輸五個方面，簡要論述在HFC網絡傳輸的主要問題。當然，信號在HFC網絡的傳輸還存在許多問題，需要廣大電視工作者共同努力，不斷完善數字信號的傳輸網絡，提高信號的傳輸質量。隨著數字信息化時代的來臨，數字電視得到了快速的發展，從黑白電視到彩色電視，從模擬電視到數字電視，一次次的變革，推動了整個電視行業的發展，未來的電視技術勢必會有更大的突破。

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