楼宇自动化课程设计卫星及有线电视系统

楼宇自动化课程设计课题名： 卫星及有线电视系统 学 号： 0815030058 姓 名： 李家威 广州大学机电学院 2011年12月31日目录1.概述1.1项目概述1.2选题的意义1.3主要工作介绍1.4目前国内外现状2.系统原理及组成2.1系统原理2.2系统组成2.3系统原理图3.项目具体设计3.1组成系统各单元原理3.2组成系统各单元型号及说明3.3系统施工图3.4单元汇总表3.5注意事项4.课程学习体会1. 概述1.1项目概述某单位综合办公楼及住宅小区，总建筑面积约为5万多平方米。综合办公室是集办公室、娱乐和酒店为一体的综合性大楼，小区为职工住宅。设置卫星及有线电视系统。1.2选题的意义现代化的智能大厦，设置多频道多信息的有线电视系统是一种必不可少的接收信息的方法，通过有线电视及卫星电视，人们可以及时了解现时经济、新闻、科技知识，还可以在工作之余收看到丰富多彩的娱乐、教育等综合性多样化的节目，满足平时客人和办公人员的一般休闲娱乐要求。有线电视系统的特点和优点（1）收视节目多，图像质量好。在有线电视系统中可以收视当地电视台开路发送的电视节目，他们包括VHF和UHF各个频道的节目。有线电视采用高质量信号源，保证信号的高水平，因为用电缆或灌篮传送，避免了开路发射的重影和空间杂波干扰等问题。 （2）有线电视系统可以收视卫星上发送的我国以及国外C波段及ku波段电视频道的节目。 （3）有线电视系统可以收视当地有线电视台（或企业有线电视台）发送的闭路电视。闭路电视可以播放优秀的影视片，也可以是自制的电视节目。 （4）有线电视系统传送的距离远，传送的电视节目多，可以很好地满足广大用户看好电视的要求。当采用先进的邻频前端及数字压缩等新技术后，频道数目还可大为增加。 （5）根据不少地方有线电视台和企业有线电视台的经验，有线台比个人直接收视既经济实惠，又可以极大地丰富节目内容。对于一个城市而言，将会再也看不到杂乱无章的大量的小八木天线群，而是集中的天线阵，使城市更加美化。 （6）有线电视随着技术的不断发展和人民生活水平的不断提高，还可以进一步的发展，例如电视频道数目可以不断加多，自办节目也可以不断增加，而且还可以发展双向传送功能，利用多媒体技术把图像、语言、数字、计算机技术综合成一个整体进行信息交流。国外双向系统早已实用化，其主要功能主要有以下几个方面： 1）保安、家庭购物、电子付款、医疗。 2）付费电视节目可放诵最新电影等，可以按月付费租用一个频道，也可以按租用次数付费，用户还能点播所需节目。付费用户装有解密器，未付费用户则无法收看。 3）用户可与计算中心联网，进行数据信号，实现计算机通信。 4）交换电视节目。 5）系统工作状态监视。1.3主要工作介绍 系统按HFC的双向传输有线电视系统设计。考虑到综合办公楼的使用性质，在综合办公楼内自建卫星地面接收站，一方面能够为用户提供卫星转发的电视节目，一方面能接入当地有线电视。住宅小区距离综合楼较远，终端点数较多，为了保证信号传输的质量和足够的宽带，住宅小区设计为HFC的双向传输有线电视网。1.4目前国内外现状有线电视系统：（电缆电视，缩写CATV）是用射频电缆、光缆、多频道微波分配系统（缩写MMDS）或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。有线电视系统最初是为了解决偏远地区收视或城市局部倍高层建筑遮挡影响收视而建立的功用天线系统。真正意义上的CATV出现在20世纪50年代后期的美国，人们利用卫星、无线、自制等节目源通过线路单向广播传送高清晰、多套的电视。进入90年代后，我国CATV建设如雨后春笋般发展起来。中国有线电视系统的发展中国有线电视的发展走的是一条由上至下，由局部到整体的路线。各地有线电视的发展一般都是由最初的居民楼闭路电视，发展到小区有线电视互连，进而整个城域（行政辖区）的有线电视互连。自1990年以后，中国有线电视从各自独立的、分散的小网络，向以部、省、地市（县）为中心的部级干线、省级干线和城域联网发展，并已成为全球第一大有线电视网。目前中国有线电视体系结构存在着调整趋势，这主要体现在“网台分离”和“有线电视产业化”两个方面。 目前，我国的有线电视网有两大优势：带宽很宽；覆盖率高于电信网。电信网形成时 只是为了一个业务，那就是打电话，而打电话只要求64kbps的带宽，所以整个网络的设计也就仅局限于这64kbps。这样一来电信网的带宽就存在瓶颈，限制了网络速度的提高。尽管电信采取了ISDN、ADSL（非对称线性环路），目前可做到6Mbps、8Mbps、10Mbps的带宽，但在当前价位上提高的余地不大，再往前走，成本将非常高。而CATV得同轴电缆带宽很容易可以做到800Mbps，就现在的带宽要求而言，CATV网的能力绰绰有余。 今年来，深圳、上海、大连、青岛、苏州、南京、广东等有线电视台进行了多功能业务先导网实验。现已实验开通的业务有高速因特网接入、计算机联网、视频点播、音频点播、网上购物、可视电话、电视会议等内容。实验验证了有线电视网的关键技术，如回传噪声的客服、Cable MODEM应用等的可行性，为多项功能的全部铺开积累了经验。2. 系统原理及组成2.1系统原理卫星电视是近几年迅速发展起来的，利用地球同步卫星将数字编码压缩的电视信号传输到客户端的一种广播电视形式。主要有两种方式。一种是将数字电视信号传送到有线电视前端，再由有线电视台转换成仿真电视传送到用户家中。这种形式已经在世界各国普及应用多年。另一种方式是将数字电视信号直接传送到用户家中即：Direct to Home（DTH）方式。美国Direct TV公司是第一个应用这一技术的卫星电视营运公司。与第一种方式相比，DTH方式卫星发射功率大，可用较小的天线接收，普通家庭即可使用。同时，可以直接提供对用户授权和加密管理，开展数字电视，按次付费电视（PPV），高清晰度电视等类型的先进电视服务，不受中间环节限制。此外DTH方式还可以开展许多电视服务之外的其他数字信息服务，如INTERNET高速下载，互动电视等。一个典型的DTH系统由六个部分组成： 1）前端系统（Headend) 前端系统主要由视频音频压缩编码器，复用器等组成。前端系统主要任务是将电视信号进行数字编码压缩，利用统计复用技术，在有限的卫星转发器频带上传送更多的节目。DTH按MPEG-2标准对视频音频信号进行压缩，用动态统计复用技术，可在一个27MHz的转发器上传投啻?0套的电视节目。 2）传输和上行系统（Uplink) 传输和上行系统包括从前端到上行站的通信设备及上行设备。传输方式主要有中频传输和数字基带传输两种。 3）卫星（Satellite) DTH系统中采用大功率的直播卫星或通讯卫星。由于技术和造价等原因，有些DTH系统采用大功率通讯卫星，美国和加拿大的DTH公司采用了更为适宜的专用大功率直播卫星（DBS）。 4）用户管理系统（SMS） 用户管理系统是DTH系统的心脏，主要完成下列功能： A. 登记和管理用户资料。 B. 购买和包装节目。 C. 制定节目记费标准及用户进行收费。 D. 市场预测和营销。 用户管理系统主要由用户信息和节目信息的数据库管理系统以及解答用户问题，提供多种客户服务的Call Center构成。 5）条件接收系统（CA） 条件接收系统有两项主要功能： A. 对节目数据加密。 B. 对节目和用户进行授权。 目前国际上DTH系统所采用的条件接收系统主要有：美国NDS，以色列Irdeto，法国Via Access，瑞士Nagra Vision等。 美国Direct TV公司以及采用Direct TV技术的加拿大Star Choice公司使用的是NDS条件接收系统；美国Dish Network（Echostar)公司以及采用Echostar技术的加拿大Bell ExpressVu公司使用的是Nagra Vission条件接收系统。 6）用户接收系统（IRD） DTH用户接收系统由一个小型的碟形卫星接收天线（Dish)和综合接收解码器（IRD）及智能卡（Smart Card)组成。 IRD负责四项主要功能： A. 解码节目数据流，并输出到电视机中。 B. 利用智能卡中的密钥（Key)进行解密。 C. 接收并处理各种用户命令。 D. 下载并运行各种应用软件。 DTH系统中的IRD已不是一个单纯的硬件设备，它还包括了操作系统和大量的应用软件。目前较成功的IRD操作系统是Open TV。美国Dish Network公司已开始逐步升级用户的IRD为Open TV系统。2.2系统组成卫星电视和有线电视系统如图所示，系统主要由以下几个部分构成。1、接收单位 设置2座卫星地面接收站，分别接收“亚洲3s”和“亚洲2号”卫星电视信号。并设置有线电视台光纤信号的接口和回传视频接口。2、前端单位卫星接收部分：由模拟卫星接收机和数字卫星接收机组成。领频调制部分：将卫星信号调制在所需的频道上，避开有线电视信号所用的频道。混合输出部分：将调制器输出信号与有线台信号混合后放大输出。信号发布部分：由视频分配放大器组成。信号监视部分：由多台彩色监视器组成。电源部分：稳压电源和电源供电器组成。3、传输分配单元干线传输部分：采用750MHz双向网络系统。用户分配部分：采用51000MHz高频蔽、高隔离、低交调分支分配器。卫星接收系统部分的组成卫星电视接收系统主要由：抛物面天线、高频头（LNB）、专用卫星接收机和智能卡，功分器等组成。1、接收天线2、高频头3、功率放大器4、卫星电视接收机5、卫星电视解码器6、邻频调制器7、混合器2.3系统原理图卫星电视接受系统原理图 如下卫星电视是近几年迅速发展起来的，利用地球同步卫星将数字编码压缩的电视信号传输到客户端的一种广播电视形式。有线电视系统组成原理图 有线电视系统主要由信号源、前端、干线传输和用户分配网络组成。信号源接收部分的主要任务是向前端提供系统欲传输的各种信号。它一般包括开路电视接收信号、调频广播、地面卫星、微波以及有线电视台自办节目等信号。 系统的前端部分的主要任务是将信号源送来的各种信号进行滤波、变频、放大、调制、混合等，使其适用于在干线传输系统中进行传输。 系统的干线传输部分主要任务是将系统前端部分所提供的高频电视信号通过传输媒体不失真地传输给分配系统。其传输方式主要有光纤、微波和同轴电缆三种。 3.项目具体设计3.1组成系统各单元原理卫星电视接收系统部分卫星电视接收系统主要由：抛物面天线、高频头（LNB）、专用卫星接收机和智能卡，功分器等组成。接收天线高频头功率放大器卫星电视接收机卫星电视解码器邻频调制器混合器1) 抛物面天线是把来自空中的卫星信号能量反射会聚成一点（焦点）。2) 馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个聚卫星信号的喇叭，称为馈源，意思是馈送能量的源，要求将会聚到焦点的能量全部收集起来。前馈式卫星接收天线基本上用大张角波纹馈源。3) 高频头（LNB亦称降频器）是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。高频头的噪声度数越低越好。4) 卫星接收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像信号和伴音信号。5) 领频调制器是将视频信号及音频信号变换成射频信号的设备。考虑到本项目卫星接收系统为较大系统，选择美国PBI的PBI-4000M U/V型邻频调制器。6) 调制后的卫星电视节目在有线电视机房与当地的有线电视节目完成混合后，再传送到办公楼的各个有线电视终端和楼层分配箱内。有线电视系统组成部分：1、 前端接收部分：负责电视信号的接收与处理。主要设备包括：卫星接收天线、卫星接收机、卫星节目解码器、870M电视节目调制器、功分器、混合器等。2、 干线传输部分：负责信号传输与损耗补偿。主要设备包括：干线放大器、楼内放大器、干线传输电缆等。MMDS系统组成示意图：3、 分支分配部分：负责用户终端的分配。主要设备包括：分支器、分配器、用户终端等。3.2组成系统各单元型号及说明（1）PBI-4000MUV广播级全频道捷变式邻频调制主机l 入网证书编号：011040100427l 3C 证书编号：2003020815000065l 技术参数：输出频率 48MHz870MHz (Ch1Ch56, Z1Z43 频道连续可调)图像载频准确度 5KHz (VHF); 10KHz (UHF)射频输出频率微调范围 最大4MHz (0.5MHz 步进)图像载波输出电平 120dB?VRF 输出电平调节范围 0 -20dB图像/伴音功率比 1020dB连续可调输出阻抗 75欧姆射频输出端反射损耗 VHF：12dB，UHF：10dB 带内寄生输出抑制比 60dB邻频抑制比 -45dB中频图像频率 38MHz中频伴音载频 31.5MHz中频输入，输出阻抗 75欧姆图像中频输入，输出电平 95dB?V视频输入电平 1.0Vp-p 调制度为 87.5%微分增益 5%微分相位 5色度/亮度时延差 |45n s视频箝位能力 26dB视频输入形式 正极性图像合成信号视频带内平坦度 2dB视频调制度范围 090%连续可调视频输入阻抗 75欧姆视频信噪比(S/N) 45dB(10KHz5MHz,4.43 MHz 陷波，非加权，调制度为87.5%)2T 脉冲K 系数K2t 4%音载调制频偏 50KHz（音频输入电平范围：0 dBm6 dBm）音频副载波频率 6.5MHz1KHz音频谐波失真 1%音频频率响应 1.5dB (40Hz15KHz,基准频率为1K Hz )音频输入阻抗 600?音频信噪比 55dB音频预加重 50?s电源供电 AC 220V 50Hz 20W工作环境温度 540C工作环境湿度 85%工作环境大气压 86106Kpa体积 483mmx320mmx45mm重量 4Kg（2）PBI-4016C十六路无源频道混合器PBI-4016C CATV 870MHz 十六路无源频道混合器，宽工作频率范围、高稳定、低驻波、低插损、高隔离度；具有良好的电磁屏蔽性，能很好地满足各种类型邻频有线电视系统的配套要求。l 技术参数：频率范围 40860MHz输入口隔离度 24dB插入损耗 16dB反射损耗 15dB输入输出口阻抗 75带内平坦度 2dB工作环境温度 040C工作环境湿度 85%工作环境大气压 86106Kpa体积 430mmx205mmx66mm重量 2.5Kg（3）分配器l 锌合金压铸外壳，表面镀锡处理。l 体积小，重量轻。安装简单，两边孔位用来固定主体。l 采用全锡封方式，屏蔽度：5-1000MHz100dB。l 微带电路设计，性能指标优。l 表面喷漆处理，防氧化、不变色。l 技术指标：内容/型号772H773H774H776H778H插入损耗IN-OUT(dB)4-40MHz 3.567910.540-550MHz 3.6679.510.5550-750MHz 3.86.57.51012750-1000MHz 46.88.310.512.5相互隔离度OUT-OUT(dB)5-40MHz 302527252540-550MHz 3028302525550-750MHz 2825302525750-1000MHz 2823252525反射损耗IN/OUT(dB)5-40MHz 222220202040-550MHz 2020202020550-750MHz 2018181818750-1000MHz 1818171717尺寸mm 53*49*1774*50*1774*50*17118*60*17118*60*17重量g 405560110115（4）分支器l 锌合金压铸外壳，表面镀锡处理。l 体积小，重量轻。安装简单，两边孔位用来固定主体。l 采用全锡封方式，屏蔽度：5-1000MHz100dB。l 微带电路设计，性能指标优。l 表面喷漆处理，防氧化、不变色。l 技术指标：项目/分支损耗(dB)68101214161820222426283032分支损耗偏差(dB)1.2插入损耗IN-OUT(dB)4-470MHz 2.521.80.810.80.80.80.80.80.80.80.80.8470-750MHz 32211.2111110.80.80.80.8750-1000MHz 32.42.41.21.2111111111反向隔离度TAP-OUT(dB)4-470MHz 2530253030353535384042424245470-750MHz 2425252828303232353538383842750-1000MHz 2224252626282830323536363738反射损耗IN/OUT/TAP(dB)4-470MHz 2020202020202020202020202020470-750MHz 2020202020202020202020202020750-1000MHz 1717171717171717171717171717尺寸 mm 53*49*17重量 g 403.3系统施工图（12）3.5注意事项有线电视前端改造几大要点及注意事项有线电视前端是有线电视系统的核心，也是整个有线电视网络的心脏。不管是同轴电缆网还是光缆传输网，如果有线电视前端处理不好，信号质量不高，线路传输、用户分配系统再好也无济于事。因此，搞好有线电视前端，提高有线电视前端信号质量至关重要。前端信号的优劣是一个综合因素，牵扯到多个环节，既有设备因素、环境因素，又有人为因素，但只要我们抓住主要环节，就能播出、传送优质的电视节目。一、改造用电视调制器前面讲了前端机房是有线电视系统的核心，那么前端机房的核心便是电视调制器，调制器性能的高低决定了网络信号的质量好坏。性能好的调制器，给人画面感观图像清晰、逼真、色彩不失真、图像画面有层次；性能差的调制器，图像灰淡，层次不清，给人以朦胧感觉，用再好的监视器收看也不能令人满意。当然，调制器的性能指标有多项，应以仪器测评，需要提及的是，除了认定性能优的调制器外，还应注意调制器有邻频调制器（如：艾特斯ITS-T8004）和隔频调制器之分。作为有线网，隔调制器应少用或不用，因邻频调制器采用宽带滤波器输出，当传输频道较多时，会使系统噪声叠加。当然，隔频调制器因其输出频率可调，给使用带来方便，可购一两台作备份使用。在调制器的使用中，对输出电平、AV比、图像调制度及音频的调试是非常重要的。1、输出电平调整，输出电平的大小和平坦度直接影响到三项指标和传输级数。对前端来说除按线路设计控制输出电平外，高低电平差的大小也要控制好，频道间电平差调的越小，频率线性就越好，或平坦度就好。2、调制度，调制度的大小直接影响图像效果。调制度太深，图像会泛白、刺眼，甚至在伴音中出现噬噬的噪声。调制度太浅，图像显得灰暗，一般调至7585左右，最大87.5。当然，要视被接收信号的图像情况而定，边看图像，边调试大小。在没有仪器的条件下，将电视机的亮度、对比度、色度调适中，通过目测调整视频调制度，使图像达最佳效果。3、伴音调整，伴音的调整主要控制其伴音制式，在中国，默认采用的伴音制式是D/K，用户听到的所有频道伴音正常，不会出现杂音等现象。4、A/V比调整，有的调制器，厂家在生产时已将A/V比大小在机内调好锁定，面板上再无调整钮。作为对调制器的技术要求，面板或设备机盖内应设有1020dBV连续可调钮。A/V比调的太小，伴音会干扰图像。二、节目来源1、数字电视机顶盒，目前国内拥有多台电视机的酒店、宾馆等场所，一般情况下都采用广电的数字电视机顶盒作为节目源，这样做不仅可以节省多台机顶盒的购机费用，而且每年可以省下很多收视费，而且节目质量都非常不错。2、卫星接收机卫星接收机信号的好坏决定于天线、高频头、接收机的选用和人为操作。A、天线安装调试是一项极为细致的工作，在根据接收地的经纬度计算出天线的方位角和仰角后，要反复微调天线的方位角和仰角以及高频头的极化和焦距。按接收极化大概固定一下高频头，用罗盘对天线的方位角和俯仰角做好标记，然后在较大范围内改变天线的方位角和俯仰角，寻找更好的接收点。天线的方位角和俯仰角调好后，将天线位置固定好，再调试高频头，即进行极化和焦距的调整，直至信号电平最大，使图像与声音质量最佳为止。B、选择好了天线，还要配用优质的高频头，为了提高接收信噪比，应采用噪声温度低的高频头，如25K、20K。天线的安装调试必须使接收信号达到收转要求。接收信号不好，就会影响转播质量，特别是收转频道的载噪比指标主要取决于天线接收部分和调制器的好坏，而天线调整是提高前端信号质量的第一步。3、自办电影频道播放器ITS-T8008G 实际收视情况证明大家都喜欢看电影和电视剧频道，2个高质量的电影或电视剧频道可看性相当于5-6个普通电视频道。采用2个自办频道播放器能创建属于自己酒店的电影和电视剧频道，还可以插播酒店自身的经营广告，在需要时还能由人工控制播放企业通知或宣传片。三、前端改造机房其它设备 1、接地工作：接地工作是机房的重要环节，不管是广播发射机房还是电视发射机房，都十分重视对工作地线（网）的技术处理。有线机房同样，地线不好，会影响设备的正常运行和设备性能的充分发挥，影响传输效果。前端电视调制器和接收机的接地尤为重要，除了机架接地外，设备之间要用截面大的铜质线连接至一点接入地线。2、信号连接线：由于机房设备多，环节多，因此大量使用视音频连接线。电缆质量差就会影响信号传输，产生互相串扰。其主要表现为：画面图像出现重影，部分频道上有杂乱网纹干扰。芯线太细且屏蔽层稀疏的电缆，对信号的损耗必然也大。因此，机房技术人员，必须认购高质量的电缆。音频线同样要注意阻抗匹配问题，不得乱用，特别是视频线和音频线不能相互替代。要注意对所有调制器、放大器测试口、混合器剩余口、功分器插口等全部用75终端负载封口，杜绝相互串扰和其它频率的干扰。 3、电源：为了用电设备的稳定性和安全性，现有机房都使用稳压电源，但都仅仅是一般的稳压电源，没有隔离和抗干扰作用。由于有线电视传输频带宽，会有各种频率的用电设备干扰通过电源引入机房，造成某个频道或某段频带的干扰，影响播出质量。采取的措施是除了使用1：1的隔离变压器外，稳压电源本身还必须具有抗干扰功能，或根据系统电源的分路情况酌情考虑。4、 课程学习体会在这次的课程学习中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在学习过程中，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。通过这次楼宇自动化课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次楼宇自动化课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次卫星及有线电视系统设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了卫星及有线电视系统等课程所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。 感谢我们的刘华老师，老师严谨细致、严于要求的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和严格的思路给予我无尽的启迪；由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指教。在此，我对辛勤培育我们的刘华老师致以最崇高的敬意和衷心的感谢！