农村有线电视与调频广播共缆传输方案分析

金晶

摘   要：文章首先简要分析了农村有线电视与调频广播共缆传输的优势，介绍了共缆传输的相关技术。其次，重点从系统构成、软件设计、硬件设计3个方面出发，对传输方案进行了介绍。

关键词：农村有线电视;调频广播;共缆传输方案

近年来，随着国家对农民生活质量重视程度的提高，我国农村居民生活的便利性显著提升。有线电视与调频广播进入农村后，打破了农村信息封闭的状态，为农村经济的发展提供了支持。传统的有线电视与调频广播传输方案，抗干扰能力差且成本高。将宽频共缆传输技术应用其中，可有效解决上述问题，提高数据传输质量。

1    农村有线电视与调频广播共缆传输优势

农村有线电视与调频广播共缆传输的优势，主要体现在以下方面：（1）成本低：采用共缆传输的设计方式，布线较少，成本较低，视频与音频信号可经同一电缆传播，电缆用量可显著减少，维护难度也将有所降低。（2）图像清晰度高：共缆传输要求借助频分复用技术而实现，目前，我国对该技术的应用已较为成熟，因此，广播以及电视信号的频谱特性均不会受影响，图像以及音频清晰度能够得到保证[1]。（3）抗干扰能力强：共缆传输技术，布线方式以树型结构为主，高频段部分，干扰信号少，干扰强度小。发生干扰后，信号载波频点可立即对其进行躲避，用户观看电视以及收听广播的连续性较强。

2    农村有线电视与调频广播共缆传输技术

2.1  频分复用技术

频分复用技术，为农村有线电视与调频广播共缆传输技术的一种。该技术要求将多个相互独立的信号相互合并，使其处于同一信道。以调频广播为例：农村调频广播所接收以及传输的信号，以音频信号为主，频率范围为300～3 400 Hz[2]。应用频分复用技术后，各信号的频谱，均可被调制至不同频段，继而相互合并，实现传输。待达到接收端后，各信号可相互分离。频分复用技术的优势，主要体现在频带利用率高。将该技术应用到农村有线电视与调频广播共缆传输改革过程中，能够有效减少电缆的使用量，使成本得以降低。此外，因信道所提供的宽带相对较宽，因此，信息的传输质量及速率同样能够得到保证。对共缆传输方案进行设计的过程中，有关人员可利用该技术，通过单边带调制的方式对信号的传输途径进行调整，提高信号传输质量。

2.2  调制解调技术

双规双边带调幅（Amplitude Modulation，AM）技术，可对高频正弦波幅度进行控制，使其能够与信号的变化规律一致[3]。已被调制的信号，时域与频域均可发生一定的变化，三者之间的关系可采用以下模型表达：

Sm（t）=[m（t）cosWct]×h（t）

上述模型中，m（t）代表调制信号，Sm（t）代表已经调制的信号，h（t）代表冲激响应。通过上述模型可以看出，调制信号的幅度，可随信号的变化而发生一定的变化。上述变化，往往具有线性规律。以该技术为基础，对农村有线电视与调频广播共缆传输方案进行设计，能够使信号的调制与解调水平得以提升，使不同信号的共缆传输成为可能。

2.3  总线技术

在农村有线电视与调频广播共缆传输方案中，总线技术的功能主要在于对单片机进行控制，从而实现对调制器与解调器的控制。本课题所设计的共缆传输方案，总线由数据线SDA与时钟SCL构成，为串行总线。有线电视及调频广播运行的过程中，总线可实时对数据进行发送与接收，使信号的传输效率得以提升。共缆传输系统中，CPU与总线之间可相互连接，总线与总线之间，可双向发送数据。数据及信号传输的过程中，总线中的主控器以及发送器可共同发挥功能，实现对信号的处理。为确保信号传输地址正确，系统CPU可借助地址码完成选址的过程。本控制线路共包括3条，均分布于同一总线中，但相互独立、无干扰，有线电视以及调频广播可相互独立使用。

3    农村有线电视与调频广播共缆传输方案的设计与实现

3.1  系统构成

“共缆”指“共用电缆”，要求利用同轴电缆宽带的特性，结合频分复用技术，将电视与广播信号调制至不同频率的载波中，继而借助信号耦合器，对多信号复用至同一宽频同轴电缆中，使两类信号可经同一电缆传输。通常情况下，农村有线电视每一套电视节目所占频率资源，均处于8 MHz左右。假设电视节目共30套，则电缆频率范围需达30×8=240 MHz方可满足居民收看电视的需求。为达到上述目的，本课题设置了共缆传输系统。本系统由“调制器”“解调器”“混合器”“高频电缆线”等部分构成。各部分中，调制器功能在于利用调制芯片，对电视与广播信号进行调制。解调器功能，在于对信号进行重新分配。混合器可将广播与电视信号混合至同一电缆中，高频电缆线则负责对信号进行传输。

3.2  软件设计

通信软件为农村有线电视与调频广播共缆传输系统的主要软件类型，功能在于为信号的传输提供通路。本系统传输及接收的信号，包括“开始信号”“结束信号”“应答信号”3种。对后者进行设计时，应将数据控制在8 bit以上。数据发送后，CPU可向控制单元发送一信号，而控制单元则可于接收数据后，向CPU发出应答信号。此时，CPU将根据应答信号，对系统的通信状况进行判断。如未收到信号，则表明系统信号传输存在故障。本系统的信号，由主控器发起。通信启动后，信号以S代表，通信结束时，信号以P代表。经系统所传输的数据，无字节限制。启动信号发出后，地址字节将随之发出。采用上述方法对共缆传输系统软件进行设计，能够有效提高广播及电视信号的传输效率。

3.3  硬件设计

3.3.1  调制器设计

本课题所设计的农村有线电视与调频广播共缆传输系统，调制器由调制芯片、单片机、放大器、滤波器等构成。系统运行的过程中，有线电视的视频信号，将经摄像头采集，并随之进入调制芯片中。而高频广播信号，则可将音频硬件采集，同样进入调制芯片。调制器的芯片，可受微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）智能化控制而发挥功能。当两种信号进入后，MCU可立即对频道数值进行读取，并对调制芯片的分频比进行调整，继而通过总线，将调整命令发送至调制芯片。接受命令后，调制芯片可立即对广播与电视信号进行分频，将视频與音频信号与混合电路进行阻抗匹配，并使两者在相互独立的情况下，经同一电缆传输至接收端。采用上述方法设计调制器，可使有线电视与调频广播信号相互分离，避免出现干扰。

3.3.2  解调器设计

本课题所设计的农村有线电视与调频广播共缆传输系统，解调器由解调芯片、模拟开关、控制芯片等构成。经共缆传输的电视信号与广播信号，经调制器发出后，可进入分配器，形成2路射频信号，继而进入至解调芯片中。此时，解调芯片将发挥功能，对信号进行解调，使其分别以视频及音频的形式被发送至信号接收端，使用户达到收看电视、收听广播的目的。解调器中，控制芯片的功能最为重要。设计过程中，有关人员应通过串行总线的方式，对该芯片进行控制。此外，还需对外围电路进行扩展，使芯片的功能能够满足数据传输的需求。为达到上述目的，本课题设计了C8051F340MCU控制芯片，该芯片为混合信号片上系统型MCU，具有完全集成的优势，应用价值显著。

3.4  系统性能测试

3.4.1  调制器性能测试

农村有线电视与调频广播共缆传输系统中，调制器的性能决定着信号的传输质量。为改善居民收看电视以及收听广播的体验，对其性能进行测试较为重要。本课题测试的过程中所用的调制器，最大输出电平为112 dB，微分增益<5%、载波频率准确率<5%。调制器性能测试的流程如下：（1）对有线电视以及调频广播的信号发生器进行测试，使其输出信号。（2）对调制器的可调衰减器进行调节，当电平输出达到112 dB时停止调整。（3）对载波频率进行调整。通过对测试结果的观察发现，当载波频率为49.75 MHz时，电视图像与广播载频的准确率为49.75 MHz。当载波频率为120.62 MHz时，电视图像与广播载频的准确率为120.594 1 MHz。随着载波频率的升高，准确率有所下降，但仍能够满足系统对调制器性能的要求。

3.4.2  解调器性能测试

农村有线电视与调频广播共缆传输系统中，解调器的功能主要在于输出原始信号。本课题测试的过程中所用的解调器，最大输出电平为74±4 dB，微分增益<10%、载波频率准确率<10%。性能测试的流程如下：（1）对信号发生器进行调整，使广播与电视信号能够输出。（2）对调制器的图像调制度进行调整，使其达到87.5%。（3）借助视频分析仪，对输出电平的参数进行测试。（4）对载波频率进行调整。通过对测试结果的观察发现，当载波频率为49.75 MHz时，视频与音频的信噪比为44.6 dB。当载波频率为120.62 MHz时，视频与音频的信噪比为44.5 dB。随着载波频率的升高，信噪比下降，但对解调器性能基本无影响。

4    结语

本课题所设计的农村有线电视与调频广播共缆传输方案，能够满足居民收看电视及收听广播的需求，图像质量高、数据传输速率达标、干扰小，应用价值显著。未来，建议有关领域将上述共纜传输方案推广应用到农村有线电视与调频广播的设计中，降低设计成本，提高设计水平，使农村居民的生活质量得以进一步提升。

[参考文献]

[1]陈宇波，张照锋，陈毅华.基于有线电视同轴电缆传输WiFi信号的设计与仿真[J].电子器件，2017（3）：717-721.

[2]韩冰，贾延彬，郭林丽.有线共缆传输实现移动室内覆盖的研究和实践[J].科技经济导刊，2016（6）：32-33.

[3]王超.有线电视环网的思考和建设—以盐都广播电视网络信息有限公司为例[J].电脑知识与技术，2015（25）：7-8.