金晶

摘 ? 要：文章首先簡(jiǎn)要分析了農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，介紹了共纜傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)。其次，重點(diǎn)從系統(tǒng)構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)3個(gè)方面出發(fā)，對(duì)傳輸方案進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村有線電視;調(diào)頻廣播;共纜傳輸方案

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)民生活質(zhì)量重視程度的提高，我國(guó)農(nóng)村居民生活的便利性顯著提升。有線電視與調(diào)頻廣播進(jìn)入農(nóng)村后，打破了農(nóng)村信息封閉的狀態(tài)，為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了支持。傳統(tǒng)的有線電視與調(diào)頻廣播傳輸方案，抗干擾能力差且成本高。將寬頻共纜傳輸技術(shù)應(yīng)用其中，可有效解決上述問(wèn)題，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

1 ? ?農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸優(yōu)勢(shì)

農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）成本低：采用共纜傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方式，布線較少，成本較低，視頻與音頻信號(hào)可經(jīng)同一電纜傳播，電纜用量可顯著減少，維護(hù)難度也將有所降低。（2）圖像清晰度高：共纜傳輸要求借助頻分復(fù)用技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，目前，我國(guó)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用已較為成熟，因此，廣播以及電視信號(hào)的頻譜特性均不會(huì)受影響，圖像以及音頻清晰度能夠得到保證[1]。（3）抗干擾能力強(qiáng)：共纜傳輸技術(shù)，布線方式以樹(shù)型結(jié)構(gòu)為主，高頻段部分，干擾信號(hào)少，干擾強(qiáng)度小。發(fā)生干擾后，信號(hào)載波頻點(diǎn)可立即對(duì)其進(jìn)行躲避，用戶(hù)觀看電視以及收聽(tīng)廣播的連續(xù)性較強(qiáng)。

2 ? ?農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸技術(shù)

2.1 ?頻分復(fù)用技術(shù)

頻分復(fù)用技術(shù)，為農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸技術(shù)的一種。該技術(shù)要求將多個(gè)相互獨(dú)立的信號(hào)相互合并，使其處于同一信道。以調(diào)頻廣播為例：農(nóng)村調(diào)頻廣播所接收以及傳輸?shù)男盘?hào)，以音頻信號(hào)為主，頻率范圍為300～3 400 Hz[2]。應(yīng)用頻分復(fù)用技術(shù)后，各信號(hào)的頻譜，均可被調(diào)制至不同頻段，繼而相互合并，實(shí)現(xiàn)傳輸。待達(dá)到接收端后，各信號(hào)可相互分離。頻分復(fù)用技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在頻帶利用率高。將該技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸改革過(guò)程中，能夠有效減少電纜的使用量，使成本得以降低。此外，因信道所提供的寬帶相對(duì)較寬，因此，信息的傳輸質(zhì)量及速率同樣能夠得到保證。對(duì)共纜傳輸方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有關(guān)人員可利用該技術(shù)，通過(guò)單邊帶調(diào)制的方式對(duì)信號(hào)的傳輸途徑進(jìn)行調(diào)整，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。

2.2 ?調(diào)制解調(diào)技術(shù)

雙規(guī)雙邊帶調(diào)幅（Amplitude Modulation，AM）技術(shù)，可對(duì)高頻正弦波幅度進(jìn)行控制，使其能夠與信號(hào)的變化規(guī)律一致[3]。已被調(diào)制的信號(hào)，時(shí)域與頻域均可發(fā)生一定的變化，三者之間的關(guān)系可采用以下模型表達(dá)：

Sm（t）=[m（t）cosWct]×h（t）

上述模型中，m（t）代表調(diào)制信號(hào)，Sm（t）代表已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)，h（t）代表沖激響應(yīng)。通過(guò)上述模型可以看出，調(diào)制信號(hào)的幅度，可隨信號(hào)的變化而發(fā)生一定的變化。上述變化，往往具有線性規(guī)律。以該技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠使信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)水平得以提升，使不同信號(hào)的共纜傳輸成為可能。

2.3 ?總線技術(shù)

在農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸方案中，總線技術(shù)的功能主要在于對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制器與解調(diào)器的控制。本課題所設(shè)計(jì)的共纜傳輸方案，總線由數(shù)據(jù)線SDA與時(shí)鐘SCL構(gòu)成，為串行總線。有線電視及調(diào)頻廣播運(yùn)行的過(guò)程中，總線可實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送與接收，使信號(hào)的傳輸效率得以提升。共纜傳輸系統(tǒng)中，CPU與總線之間可相互連接，總線與總線之間，可雙向發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)及信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，總線中的主控器以及發(fā)送器可共同發(fā)揮功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理。為確保信號(hào)傳輸?shù)刂氛_，系統(tǒng)CPU可借助地址碼完成選址的過(guò)程。本控制線路共包括3條，均分布于同一總線中，但相互獨(dú)立、無(wú)干擾，有線電視以及調(diào)頻廣播可相互獨(dú)立使用。

3 ? ?農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 ?系統(tǒng)構(gòu)成

“共纜”指“共用電纜”，要求利用同軸電纜寬帶的特性，結(jié)合頻分復(fù)用技術(shù)，將電視與廣播信號(hào)調(diào)制至不同頻率的載波中，繼而借助信號(hào)耦合器，對(duì)多信號(hào)復(fù)用至同一寬頻同軸電纜中，使兩類(lèi)信號(hào)可經(jīng)同一電纜傳輸。通常情況下，農(nóng)村有線電視每一套電視節(jié)目所占頻率資源，均處于8 MHz左右。假設(shè)電視節(jié)目共30套，則電纜頻率范圍需達(dá)30×8=240 MHz方可滿(mǎn)足居民收看電視的需求。為達(dá)到上述目的，本課題設(shè)置了共纜傳輸系統(tǒng)。本系統(tǒng)由“調(diào)制器”“解調(diào)器”“混合器”“高頻電纜線”等部分構(gòu)成。各部分中，調(diào)制器功能在于利用調(diào)制芯片，對(duì)電視與廣播信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。解調(diào)器功能，在于對(duì)信號(hào)進(jìn)行重新分配。混合器可將廣播與電視信號(hào)混合至同一電纜中，高頻電纜線則負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸。

3.2 ?軟件設(shè)計(jì)

通信軟件為農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸系統(tǒng)的主要軟件類(lèi)型，功能在于為信號(hào)的傳輸提供通路。本系統(tǒng)傳輸及接收的信號(hào)，包括“開(kāi)始信號(hào)”“結(jié)束信號(hào)”“應(yīng)答信號(hào)”3種。對(duì)后者進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將數(shù)據(jù)控制在8 bit以上。數(shù)據(jù)發(fā)送后，CPU可向控制單元發(fā)送一信號(hào)，而控制單元?jiǎng)t可于接收數(shù)據(jù)后，向CPU發(fā)出應(yīng)答信號(hào)。此時(shí)，CPU將根據(jù)應(yīng)答信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)的通信狀況進(jìn)行判斷。如未收到信號(hào)，則表明系統(tǒng)信號(hào)傳輸存在故障。本系統(tǒng)的信號(hào)，由主控器發(fā)起。通信啟動(dòng)后，信號(hào)以S代表，通信結(jié)束時(shí)，信號(hào)以P代表。經(jīng)系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，無(wú)字節(jié)限制。啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，地址字節(jié)將隨之發(fā)出。采用上述方法對(duì)共纜傳輸系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效提高廣播及電視信號(hào)的傳輸效率。

3.3 ?硬件設(shè)計(jì)

3.3.1 ?調(diào)制器設(shè)計(jì)

本課題所設(shè)計(jì)的農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸系統(tǒng)，調(diào)制器由調(diào)制芯片、單片機(jī)、放大器、濾波器等構(gòu)成。系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，有線電視的視頻信號(hào)，將經(jīng)攝像頭采集，并隨之進(jìn)入調(diào)制芯片中。而高頻廣播信號(hào)，則可將音頻硬件采集，同樣進(jìn)入調(diào)制芯片。調(diào)制器的芯片，可受微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）智能化控制而發(fā)揮功能。當(dāng)兩種信號(hào)進(jìn)入后，MCU可立即對(duì)頻道數(shù)值進(jìn)行讀取，并對(duì)調(diào)制芯片的分頻比進(jìn)行調(diào)整，繼而通過(guò)總線，將調(diào)整命令發(fā)送至調(diào)制芯片。接受命令后，調(diào)制芯片可立即對(duì)廣播與電視信號(hào)進(jìn)行分頻，將視頻與音頻信號(hào)與混合電路進(jìn)行阻抗匹配，并使兩者在相互獨(dú)立的情況下，經(jīng)同一電纜傳輸至接收端。采用上述方法設(shè)計(jì)調(diào)制器，可使有線電視與調(diào)頻廣播信號(hào)相互分離，避免出現(xiàn)干擾。

3.3.2 ?解調(diào)器設(shè)計(jì)

本課題所設(shè)計(jì)的農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸系統(tǒng)，解調(diào)器由解調(diào)芯片、模擬開(kāi)關(guān)、控制芯片等構(gòu)成。經(jīng)共纜傳輸?shù)碾娨曅盘?hào)與廣播信號(hào)，經(jīng)調(diào)制器發(fā)出后，可進(jìn)入分配器，形成2路射頻信號(hào)，繼而進(jìn)入至解調(diào)芯片中。此時(shí)，解調(diào)芯片將發(fā)揮功能，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，使其分別以視頻及音頻的形式被發(fā)送至信號(hào)接收端，使用戶(hù)達(dá)到收看電視、收聽(tīng)廣播的目的。解調(diào)器中，控制芯片的功能最為重要。設(shè)計(jì)過(guò)程中，有關(guān)人員應(yīng)通過(guò)串行總線的方式，對(duì)該芯片進(jìn)行控制。此外，還需對(duì)外圍電路進(jìn)行擴(kuò)展，使芯片的功能能夠滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。為達(dá)到上述目的，本課題設(shè)計(jì)了C8051F340MCU控制芯片，該芯片為混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，具有完全集成的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用價(jià)值顯著。

3.4 ?系統(tǒng)性能測(cè)試

3.4.1 ?調(diào)制器性能測(cè)試

農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸系統(tǒng)中，調(diào)制器的性能決定著信號(hào)的傳輸質(zhì)量。為改善居民收看電視以及收聽(tīng)廣播的體驗(yàn)，對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試較為重要。本課題測(cè)試的過(guò)程中所用的調(diào)制器，最大輸出電平為112 dB，微分增益<5%、載波頻率準(zhǔn)確率<5%。調(diào)制器性能測(cè)試的流程如下：（1）對(duì)有線電視以及調(diào)頻廣播的信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行測(cè)試，使其輸出信號(hào)。（2）對(duì)調(diào)制器的可調(diào)衰減器進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)電平輸出達(dá)到112 dB時(shí)停止調(diào)整。（3）對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)載波頻率為49.75 MHz時(shí)，電視圖像與廣播載頻的準(zhǔn)確率為49.75 MHz。當(dāng)載波頻率為120.62 MHz時(shí)，電視圖像與廣播載頻的準(zhǔn)確率為120.594 1 MHz。隨著載波頻率的升高，準(zhǔn)確率有所下降，但仍能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)調(diào)制器性能的要求。

3.4.2 ?解調(diào)器性能測(cè)試

農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸系統(tǒng)中，解調(diào)器的功能主要在于輸出原始信號(hào)。本課題測(cè)試的過(guò)程中所用的解調(diào)器，最大輸出電平為74±4 dB，微分增益<10%、載波頻率準(zhǔn)確率<10%。性能測(cè)試的流程如下：（1）對(duì)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行調(diào)整，使廣播與電視信號(hào)能夠輸出。（2）對(duì)調(diào)制器的圖像調(diào)制度進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到87.5%。（3）借助視頻分析儀，對(duì)輸出電平的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。（4）對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)載波頻率為49.75 MHz時(shí)，視頻與音頻的信噪比為44.6 dB。當(dāng)載波頻率為120.62 MHz時(shí)，視頻與音頻的信噪比為44.5 dB。隨著載波頻率的升高，信噪比下降，但對(duì)解調(diào)器性能基本無(wú)影響。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

本課題所設(shè)計(jì)的農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播共纜傳輸方案，能夠滿(mǎn)足居民收看電視及收聽(tīng)廣播的需求，圖像質(zhì)量高、數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)標(biāo)、干擾小，應(yīng)用價(jià)值顯著。未來(lái)，建議有關(guān)領(lǐng)域?qū)⑸鲜龉怖|傳輸方案推廣應(yīng)用到農(nóng)村有線電視與調(diào)頻廣播的設(shè)計(jì)中，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)水平，使農(nóng)村居民的生活質(zhì)量得以進(jìn)一步提升。

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