自1974年4月我国第一套共用天线电视系统诞生以来,它随着广播电视事业的发展而得到广泛的推广应用。现在,共用天线电视系统已遍布全国各地,覆盖用户约千万端,而且系统的规模、传输距离以及频道的数量日益扩大,八十年代中期已进入了大型电缆电视系统阶段。但是绝大部分仍然是单向电缆电视系统,随着电子工业的突飞猛进和国民经济迅速发展的需要,近年来在我国开始研制生产和应用双向电缆电视。
双向电缆电视系统作为现代信息传输的一种手段日益受到重视,它融合现代广播电视技术、数据通信技术和计算机技术为一体,为宽带综合信息网一体化传输系统打下基础。系统能够提供广播型业务,如电视重播及自办广播电视等。能够开展信息型业务,如数据通信、计算机、文字及图形等信息的传送。由于宽带综合信息网具有最佳的经济效益和极高的数据传输率,因此双向电缆电视发展的前景是无可限量的。
双向电缆电视是在单向电缆电视的基础上发展起来的,即单向系统加上反向传输系统便可构成双向电缆电视系统。正向传输的技术原理和设计计算方法也适应反向传输系统,故本文不再赘述。典型双向电缆电视系统示意图如图1所示。它采用双向传输系统,即一个系统中有两个信号传输方向。系统前端接收的开路信号或闭路信号,按实线箭头所示的方向经过干线和分配线而传送给用户端,这个过程叫下行传输,也叫正向或顺向传输。与此相反,将用户端要传输的信息按虚线箭头所示的方向经分配线和干线向前端馈送,这个过程叫上行传输,也叫反向或逆向传输。下边对双向电缆电视的传输方式等问题作些简要的介绍。

1.双向电缆电视的传输方式:基本有空间、时间和频率分割等三种传输方式,各有其特点,可以根据具体情况统筹考虑加以选用。现对三种传输方式作一简介。
①空间分割方式:它是采用各自独立的传输线(电缆或光缆)和放大器而组成的上行和下行干线传输系统,这种方式的示意框图如图2所示。实际上是两个单向传输系统的组合,严格说不是真正的双向传输。这种方式的传输质量很好,基本上避免了上下行信号之间的影响。特别适用于中心前端和分中心前端之间点对点的双向干线传输,若采用多芯光缆作传输媒介更为有利。如辽河油田建立一条四芯光缆双向传输线路,其中两芯上行传送两套电视节目,另外两芯下行传送另两套电视节目。

②时间分割方式:这种方式是采用时分复用技术来分别传输上、下行信号,如图3所示。图中方波为控制信号脉冲,电路设计当上一列脉冲出现时,开关1、2闭合而开关3、4打开;当下一列脉冲出现时,开关1、2打开而开关3、4闭合。从图看出开关1、2闭合时下行传输信号,开关3、4闭合时上行传输信号。这种方式虽然避免了上、下行线路的相互干扰和调制,但不能去掉反射波成分。实现这一方式的技术难度大,设备价格昂贵,目前不宜采用。时间分割方式是以数字传输技术为基础的,今后随着数字化传送技术的发展,时分复用技术将被广泛采用。

③频率分割方式:这种方式是应用频分复用技术来分割上、下行信号,它又可分为两种方式。一种是电缆和放大器都采用一套,如图4(a)所示。这样在一个放大器内同时放大相反的两路信号而又不发生串扰,在技术上难度大,目前双向电缆电视系统中很少采用。另外一种是使用一套电缆和两套放大器,如图4(b)所示。这种方式简单易行,现在电缆电视系统中几乎都采用它。实现频率分割方式的关键部件是频率分割多路传输(FDM)滤波器,要求滤波器的阻带衰减量>50dB,通带波动为0.1dB,包络延时特性要好。

2.双向电缆电视系统传输媒介:同轴电缆作为电缆电视系统的传输媒介,已经实现了普及化,技术比较成熟,投资少而比较经济。在短距离传输线路中,衰减量较大的缺点并不突出,特别适宜在树枝型网络中分配信号。因此,同轴电缆仍是当前和今后相当长的时期被广泛采用的传输媒介。
光缆具有频带宽、通信容量大、损耗低和抗干扰能力强等优点,同时还具有重量轻、材料资源丰富和节能等特点。特别适用于双向电缆电视系统中长距离点到点的干线传输,不需要放大器且干扰极小,传输性能良好。是一种性质良好具有发展前途的传输媒介。光缆在电缆电视系统中不适用于树枝状分支的网络布局,而是适宜于星形网络布局,不过光缆星形布局的安装费用较贵。国外有利用光缆和同轴电缆组成的纤维光导同轴网络,可以传输数字信号,它比单一的光纤网络费用便宜60~70%,但比使用同轴电缆的费用还高得多,近期尚无普遍使用的可能。
总的来看,在我国双向电缆电视系统传输媒介应以同轴电缆为主,而在较长的点到点干线段,可以采用光缆传输媒介,特别是干扰严重的地方适宜采用光缆。
3.双向电缆电视系统的关键部件:双向传输系统需要很多设备,原正向传输系统中的设备仍然可以使用,现将某些关键部件作些简要介绍。
①双向线路放大器:正如上述,目前最常用的是图4(b)所示的频率分割方式,即用一套电缆和两套放大器组成的双向线路放大器。图5示出双向干线分支放大器的框图,主要由放大组件、FDM滤波器、分配组件和AGC组件等组成。其中关键组件是频率分离网络FDM滤波器,要把下行传输频率(47~300MHz)和上行传输频率(5~30MHz)分开来,才能进行无串扰的传输和放大。图中实心箭头表示正向传输方向,空心箭头表示反向传输方向。放大器用来补偿上、下行传输中的衰减,一般都设有自动增益控制电路,保证传输电平稳定。

②反向调制器和频率变换器:反向调制器的作用是将用户端或干线、支干线上某点收集的视频信号和伴音信号,调制到5~30MHz的某个频率上,通过定向耦合器经上行通道传输到前端。再经过频率变换器进行上变频,变到下行某电视频道上,由前端进行正向传输到用户。
以上介绍的是调制——变频的方法,由于设备简单易行而被广泛采用。也可采用调制——解调——再调制的方法,它的特点是解调后的视频信号,可利用前端的标准化调制器而调制到你所需要的任何电视频道上,再进行下行传输。解调后的视频信号可以经过特殊处理来提高信号质量,通用性灵活性强。但设备复杂价格昂贵而没有得到广泛应用。
③分支器:双向传输系统中的定向耦合器即为分支器,它与单向传输系统中分支器基本相同,但要将频率范围扩展到低频段,以便传输5~30MHz范围内的反向信号。因此双向传输系统中的分支器的频带宽度应为5~223MHz,一般实现起来并不困难。使用中应特别注意定向耦合器的方向不得接反。
4.建立双向电缆电视系统时考虑要点:一般从以下几个方面考虑,然后进行合理设计。现将这方面问题作些简介。
①从实际情况出发,合理确定双向传输干线的网络结构、传输线路距离和分支点等。
②必须选用传输损耗低、屏蔽性能好、稳定性能高、阻抗特性均匀、结构牢靠以及防水性能好的同轴电缆。
③要选用高质量、高可靠以及功能比较齐全的双向干线放大器。根据实际需要确定放大器的实用参数,为放大器的选用提供条件。
④必须选用远馈电系列设备,包括低压交流电源、电源插入器和电流通过型的分支分配器等。
⑤根据建立的系统所要求的技术质量标准,确定分配给干线传输系统的指标。包括干线放大器的输入和输出电平;干线放大器的供电;串接放大器的级数;电缆长度及衰减特性;分配部件如分支器、分配器的技术要求等。再根据这些指标来选用合适的设备及部件。
5.发展前景:自七十年代初双向电缆电视系统问世以来,在一些发达国家发展的很快,系统的功能不断提高和完善,广泛用于工业、国防、教育、商业、医疗等各个领域,已逐渐发展成为电视、广播、电话、数据资料和其它信息传输交换的综合系统了。1985年武汉无线电天线厂在大庆石油化工总厂的万户级大型电缆电视系统中,建立了双向传输通道,对双向传输技术进行了实际试验和探索,为我国双向电缆电视的发展迈出了可喜的一步,受到人们的普遍欢迎和重视。相信双向电缆电视在我国会有一定的发展。(谷由石)