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住宅小区有线电视系统设计

23
2020年4月19日
文档仅供参考

课程设计任务书

题 目 住宅小区有线电视系统设计
学院(部) 电子与控制工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级
学生姓名
学 号

6 月 13 日至 6 月 19 日 共 1 周

指导教师(签字)
系 主 任(签字)

一．CATV系统设计方案概述
有线电视系统的设计主要有前端系统、干线传输系统和用户分配系统三大部分。
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，邻频前端系统主要由各种接收天线、调制器、解调器、多路射频信号混合器组成。
当前中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经过分配网络（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，每一路再分配而且经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，因此防雷、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：
1． 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 增益：6.8dB
8频道天线：V8LH12T 增益：6.5dB
10频道天线：V10LH12T 增益：11dB
19频道天线：U20LH17T 增益：16dB
35频道天线：U34LH20T 增益：17dB
40频道天线：UQLH14T 增益：7dB

2． 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=2.10dB/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=3.25dB/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=3.39dB/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=5.45dB/100m
35频道载波频率为687.25MHz，λ4=C/f=3x108/687.25x106=0.44m
馈线衰减常数为a=6.27dB/100m
40频道载波频率为727.25MHz，λ4=C/f=3x108/727.25x106=0.41m
馈线衰减常数为a=6.45dB/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=75.16dB
8频道接收场强 65dB V8LH12T 天线增益：8.5dB
8频道输出电平：
U0=65+8.5+20lg1.63-la-18=59.09dB
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=73.84dB
19频道接收场强 86dB U20LH17T 天线增益：16dB
19频道输出电平：
U0=86+16+20lg0.58-la-18=78.18 dB
35频道接收场强 82dB U34LH20T 天线增益：17dB
35频道输出电平：
U0=82+17+20lg0.44-la-18=72.62dB
40频道接收场强 72dB UQLH14T 天线增益：9dB
40频道输出电平：
U0=72+9+20lg0.41-la-18=53.97 dB

由于C6D-V/D解调器的输入电平标称为50~80 dB，因此满足要求，能够选用。
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120dB,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
因此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4km，因此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-07-750
光接收机：MIC-OR-750 BR-4
光缆：GYTG-Z-1

2．各种设备技术参数与选择依据
(1)衰减器JZCK20I
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120dB，而光发射机的最大输入电平为78dB，衰减量为42dB，因此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-07-750
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：4~20mW
(3)光接收机MIC-OR-750 BR-4
光波长：1290~1600nm
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
0
-1
-2
-3
C/N (dB)
54
53
52
51
50
(4)光缆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，能够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，因此选用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=0.4dB/km
光纤长度D=4km
因此，光链路损耗：
Z=α×D+0.1+0.5×2=0.40×4+0.1+0.5×2=2.70dB
光发射机的输出功率：
P=10(3-3)/10=1mW

（2）衰减器计算
前端输出的信号电平为120dB，而光发射机的最大输入电平为78dB，衰减量为42dB。
第一级衰减器整定衰减量为21dB，第二级衰减器衰减量为21dB，忽略电缆传输损耗。因此有光发射机输入电平值为：
Ui=120-21-21=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=50dB.设定其输出电平为120dB,斜率为10dB，接收机射频输出电平为120（110）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总分配器分成2路，一路经过六分配器分配给1~6号楼，另一路经过四分配器分配给7~10号楼。1~6号楼经分配器分成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。7~10号楼则经过置于6层的分配器分成2路分别给1-6层和7-12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

设定光接收机、总分配器设定在2号楼与5号楼中间，又设定六分配器也放置于2号楼与5号楼中间，四分配器放置于5号楼后面，单元分配器放置在2单元一层，分配器的输出端距离1、3单元1层分支器为10m。为计算方便，在2单元的分配器与2单元1层分支器之间留出10m电缆的裕量，因此单元分配器至每一单元的距离相等，2~6号楼也和1号楼同样布线。7~10号楼分配器置于每号楼的6层。总分配器到六分配器的距离是0m，到四分配器的距离是150m，六分配器至1，3，4，6号楼的单元分配器距离为167m，至2号楼和5号楼的距离是48m，四分配器到8,9号楼距离是109m，到7,10号楼的分配器距离为190m。
总分配器选用国产WFP-204高隔离度分配器
其技术参数：
插入损耗(max)/dB:3.6
频率：5~550MHz
相互隔离度：22dB
电磁屏蔽（min）：80dB（树脂）
六分配器选用国产WFPX-610高隔离度分配器
其技术参数：
插入损耗(max)/dB:9.2
频率：5~550MHz
相互隔离度：25dB
电磁屏蔽（min）：120dB（锡封）
四分配器选用国产WFP-408高隔离度分配器
其技术参数：
插入损耗(max)/dB:7.2
频率：5~550MHz
相互隔离度：22dB
电磁屏蔽（min）：80dB（树脂）
单元分配器选用WFP-306高隔离度分配器
其技术指标：
插入损耗：5.8dB
工作频率：5~550MHz
相互隔离度：22dB
电磁屏蔽（min）：80dB（树脂）
1~6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
7~10号楼的6分支器选用WFZX-6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120（110）dB
总分配器插入损耗为3.6dB
其输出电平116.4（106.4）dB
1~6号楼总分配器输入电平=116.4-0×7.73=116.4dB
（106.4-0×2.25=106.4dB）
1~6号楼总分配器输出电平=116.4-9.2=107.2dB
（106.4-9.2=97.2dB）
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。
1号楼单元分配器输入电平=107.2-1.67×7.73=94.29dB
(97.2-1.67×2.25=93.44dB)
1号楼单元分配器输出电平=94.29-5.8=88.49dB
(93.44-5.8=87.64dB)
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
频率范围
45~750MHz
标称增益
30dB
建议输入电平
72dB
最大输出电平
117dB
增益调节范围
0~20dB
斜率调节范围
0~18dB
噪声系数
≤7dB
设定分配放大器的输出电平为105dB，斜率为5dB。
1号楼单元分配器输入电平=105（100）dB
输出电平=105-5.8=99.2dB
（100-5.8=94.2dB）
一层分支器的分支输出电平=99.2-28=71.2dB
（94.2-28=66.2dB）
一层用户端口电平=71.2-0.1×14.72=69.73dB
（66.2-0.1×4.40=65.76dB）
二层分支器的输入电平=99.2-0.8-0.03×14.72=97.96dB
（94.2-0.8-0.03×4.40=93.27dB）
二层用户端口电平=97.96-28-0.1×14.72=68.49dB
（93.27-28-0.1×4.40=64.83dB）
三层分支器的输入电平=97.96-0.8-0.03×14.72=96.72dB
（93.27-0.8-0.03×4.40=92.34dB）
三层用户端口电平=96.72-24-0.1×14.72=71.25dB
（92.34-24-0.1×4.40=67.90dB）
四层分支器的输入电平=96.72-0.8-0.03×14.72=95.48dB
（92.34-0.8-0.03×4.40=91.41dB）
四层用户端口电平=95.48-24-0.1×14.72=70.01dB
（91.41-24-0.1×4.40=66.97dB）
五层分支器的输入电平=95.48-0.8-0.03×14.72=94.24dB
（91.41-0.8-0.03×4.40=90.48dB）
五层用户端口电平=94.24-24-0.1×14.72=68.77dB
（90.48-24-0.1×4.40=66.04dB）
六层分支器的输入电平=94.24-0.8-0.03×14.72=93.00dB
（90.48-0.8-0.03×4.40=89.55dB）
六层用户端口电平=93.00-24-0.1×14.72=67.53dB
（89.55-24-0.1×4.40=65.11dB）
2号楼单元分配器输入电平=107.2-0.48×7.73=103.49dB
(97.2-0.48×2.25=96.12dB)
输出电平=103.49-5.8=97.69dB
（96.12-5.8=90.32dB）
为计算方便，能够在信号进入分配器前使用用户放大器进行放大，同样选用SB-7530MZ1楼栋放大器，设定与1号楼分配放大器相同的输出电平值，由于1、2号楼布线相同，因此1、2号楼每个单元计算过程完全相同，同理3，4，6号楼与1号楼相同，5号楼与2号楼相同。
对7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。
7~10号楼总分配器输入电平=116.4-1.5×7.73=104.81dB
（106.4-1.5×2.25=103.03dB）
7~10号楼总分配器输出电平=104.81-7.2=97.61dB
(103.03-7.2=95.83dB)
7号楼单元分配器输入电平=97.61-1.68×7.73=82.92dB
(95.83-1.90×2.25=91.56dB)
由于分配器的输出电平太小，在信号进入分配器前应使用用户放大器进行信号放大。同样用户放大器选用SB-7530MZ1楼栋放大器，参数同上。
设定分配放大器的输出电平为105dB，斜率为5dB。
7号楼分配器输入电平=105（100）dB
输出电平值=105-5.8=99.2dB
(100-5.8=94.2dB)
六层分支器的输入电平=99.2dB
（94.2dB）
六层层每一用户的端口电平=99.2-30-0.08×14.72=68.02dB
（94.2-30-0.08×4.40=63.85dB）
由于五层七层相对六层对称，因此两者计算结果相同，其它对应楼层同理。
五、七层分支器的输入电平=99.2-0.03×14.72=98.76dB
（94.2-0.03×4.40=94.07dB）
五、七层每一用户的端口电平=98.76-28-0.08×14.72=69.58dB
（94.07-28-0.08×4.40=65.72dB）
四、八层分支器的输入电平=98.76-1.0-0.03×14.72=97.32dB
（94.07-1.0-0.03×4.40=92.94dB）
四、八层每一用户的端口电平=96.32-28-0.08×14.72=67.14dB
（92.94-28-0.08×4.40=64.59dB）
三、九层分支器的输入电平=97.32-1.0-0.03×14.72=95.88dB
（92.94-1.0-0.03×4.40=91.81dB）
三、九层每一用户的端口电平=94.88-26-0.08×14.72=67.70dB
（91.81-26-0.08×4.40=65.46dB）
二、十层分支器的输入电平=95.88-1.2-0.03×14.72=94.24dB
（91.81-1.2-0.03×4.40=90.48dB）
二、十层每一用户的端口电平=94.24-24-0.08×14.72=69.06dB
（90.48-24-0.08×4.40=66.13dB）
一、十一层分支器的输入电平=94.24-1.2-0.03×14.72=92.60dB
（90.48-1.2-0.03×4.40=89.15dB）
一、十一层每一用户的端口电平=92.60-24-0.08×14.72=67.42dB
（89.15-24-0.08×4.40=64.80dB）
十二层分支器的输入电平=92.60-1.2-0.03×14.72=90.96dB
（89.15-1.2-0.03×4.40=87.82dB）
十二层每一用户的端口电平=90.96-22-0.08×14.72=67.78dB
(87.82-22-0.08×4.40=65.47dB)
由上述计算可知，对于邻频系统用户端口电平在62~72dB以内，符合设计要求。
3. 分配系统指标验算
由于有线电视系统的频道数较少，因此分配系统的非线性失真指标的验算能够忽略，对分配系统的验算主要是载噪比C/N的验算。
用户分配放大器的载噪比：
（C/N）min=Ui-Nf-2.4=79.62-10-2.4=67.22dB≥53dB(国家HFC网络分配网络标准)，因此满足要求。
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190m
∴Δα=LXKTXΔT=190×(7.73/100)×0.2%×30=0.88dB
(C/N)T=C/N-Δα=78.6-0.88=77.72dB≥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经过，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，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。
在本系统中开路信号天线4个，卫星电视接收天线1个，卫星接收天线一般已有防雷作用。现只考虑开路信号接收天线，经过架设避雷针的方式防雷，假设避雷针高度为10m，天线保护角为45°，天线架设间距55cm 最高5.6m。

参考文献
1．《有线电视工程设计与新技术应用》 科学出版社
2．《有线电视工程设计、安装与调试》 人民邮电出版社

评 语

评审人：