CN1533059A - 卫星电视分配 - Google Patents

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Abstract

用于射频信号的光纤链路，包括一个光发射机、一根多模光纤和一个光接收机，其中的多模光纤传递的是数字调制或非数字调制的模拟信号，该信号的频率大于大约1GHz。

Description

卫星电视分配
相关申请
本申请是1998年1月6日提交中国专利局的申请号为98802868.9名为“卫星电视分配”的专利申请的分案申请。
发明领域
本发明一般性地涉及卫星信号的分配，特别涉及可以用于这种分配的多模光纤链路。
发明背景
在有线电视网络里应用光纤在本领域中已经是众所周知。据信以下专利是本领域现状的代表：美国专利第5467212号、5499047号、4891694号、5517232号、5442472号、5394182号、5361091号、5345526号、4135202号、5136411号、5181106号、5204767号、5221983号、5303229号、5504609号、5541757号、5572347号、5657143号和5659351号。另外，德国专利文献P4334440.2描述了一个系统，其中电视信号被转换成一串频率较低的频带。将这些信号转换成光信号传送到每一用户接收机，在接收机里再将光信号转换回电信号。
有线电视网里通常都是工作在5~860MHz频率范围内的调幅模拟信号。
卫星信号是L、C、Ku和X波段这许多频带之一内频率是GHz范围的信号。典型的地面站终端利用构成大多数卫星信号接收天线一部分的低噪声下变频器(low noise block converter)将信号往下变频到0.95~2.2GHz(L波段)。这些信号很难用同轴电缆进行长距离传送。用在卫星收发信机和卫星天线之间实现点对点连接的是单模光纤。
在多单元住宅如公寓楼、宿舍、监狱和旅馆里的卫星电视通常都是使用传统的共用主天线电视(Shared Master Antenna Television，SMATV)分配系统。SMATV系统包括一个前端，它将卫星信号解调、译码并调制成低频调幅电视信号，然后用同轴电缆进行分配。SMATV系统有许多缺点。一个缺点是它能提供的频道数量有限，通常都是10到20个。既然这些信号都是普通的已解码电视信号，这些节目就很容易被未经授权的人偷看。另一个缺点是图像质量较差。
分配卫星电视信号的另一种方法是用同轴电缆分配从低噪声下变频器(LNB)输出的L波段信号。由于这种电缆对1~2GHz信号有很大的衰减，这些系统需要许多线路放大器来克服损耗，还需要均衡器来抵消频率倾斜失真。这些效应将同轴电缆分配系统限制在大约300米范围的大约200个用户以内。
对于数字卫星电视信号，在同轴电缆分配中积累起来的噪声和失真可以导致网络故障。每一个网络元件都有一点很小的阻抗失配。它引起微小的信号反射，在整个网络内相干积累起来以后可以引起信号失真。对于数字信号来说，接收机可能无法恢复时钟脉冲。这是一个众所周知的门限现象，它很难预测。
发明概述
本发明试图提供一个L波段卫星信号分配系统，它的性能显著地优于现有技术。
根据本发明的优选实施例，还有用于传输射频信号的光纤链路，包括一个光发射机、一根多模光纤和一个光接收机。
在多模光纤里传输频率高于大约1GHz的数字调制或非数字调制的射频信号、即模拟信号，是本发明的一个特点。
在本发明的优选实施例中，光发射机包括一个垂直空腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser)。
在本发明的优选实施例中，光发射机包括一个边缘发射激光器(edgeemitting laser)。
本发明的优选实施例还提供包括多个上述类型的光纤链路的一个星形网络。光发射机最好放在星形网络的集线器处。
附图简述
通过以下说明并参考附图，本领域的技术人员应当能够了解本发明。
图1是按照本发明一个优选实施例构造和工作的一个卫星信号分配系统的简化示意图；
图2是按照本发明另一个优选实施例构造和工作的一个卫星信号分配系统的简化示意图；
图3是图1中沿着线段III-III截取的截面图，示出了根据本发明的一个优选实施例而使用的一根复合电缆；
图4是根据本发明一个优选实施例传输射频信号的一根多模光纤的简化示意图；
图5是可以用在本发明里的一个光发射机的简化框图；
图6是根据本发明的一个优选实施例构造和工作的一个卫星信号接收和分配单元的简化框图，其中包括合并有线电视和卫星信号并输送到单独一根同轴电缆里去的设备；
图7是根据本发明的一个优选实施例将有线电视/超高频/甚高频(5~860MHz)和卫星信号进行合并并输入单一一根同轴电缆的示意图；
图8是根据本发明的一个优选实施例利用频率层叠技术(frequencystacking)的一个卫星信号分配系统的频谱简图；
图9是根据本发明的一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图；
图10是根据本发明另一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图；
图11是根据本发明又一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图；
图12是根据本发明再一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图；和
图13是根据本发明另一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图。
优选实施例
现在参考图1，它是按照本发明一个优选实施例构造和工作的一个卫星信号分配系统的示意简图。本发明的卫星信号分配系统试图为现有同轴网络不能提供满意服务的多单元住宅提供一个卫星电视分配方案。
图1的卫星信号分配系统最好包括一个前端10，它从卫星天线12接收卫星信号并包括沿光纤段14发射合并信号的一个射频光纤发射机，该光纤段上连接有多个卫星信号接收和分配单元16，它们通常是串联在一起。
每一个接收和分配单元16都包括一个光分路器20，它将收到的光信号分成提供给光纤接收机22的第一部分，和输入到另一段光纤14的第二部分。光纤接收机22将信号输出给射频分路器24，射频分路器24沿单独的卫星信号链路26提供射频信号，每一链路26至少向一个卫星接收机28提供射频信号。
卫星接收机和分配单元16最好具有以下功能：
1)接收光信号并将其转换成射频信号；
2)均衡主要由连接到卫星接收机的同轴电缆引起的所有的频率倾斜(frequency tilt)；
3)复用50~860MHz的超高频/甚高频/有线电视(UHF/VHF/CATV)信号和L波段的信号，同时用5~40MHz频带提供一条返回路径；
4)将信号分成多路输出，例如图6的16路输出；和
5)为标准卫星接收机提供一个接口。
为用户提供的一个共同功能是可以选择他想要的卫星信号。这可以用一个电压(13伏或者18伏)或者一个音调通过同轴电缆输送给卫星接收机来实现。卫星接收和分配单元16可以监测这一电压或音调，并切换到所指示的卫星接收机。应当明白图1描述的上述功能可以分成不同的物理模块。
现在参考图2，它是按照本发明另一个优选实施例构造和工作的一个卫星信号分配系统的示意简图。
在图2的实施例中，从卫星天线42接收卫星信号的前端40包括沿多根并行光纤44发射复合信号的一个射频光纤发射机，每一根光纤44都将卫星信号提供给一个卫星信号接收和分配单元46。
每一个接收和分配单元46都包括向射频分路器54输出信号的一个光纤接收机52，射频分路器54沿单独的卫星信号链路56提供射频信号，每一条链路56都向至少一个卫星接收机58提供射频信号。
现在参考图3，它是图1中沿着线段III-III截取的截面图，它说明根据本发明的一个优选实施例而使用的一根复合电缆60。可以看出复合电缆60包括为接收和分配单元(16和46)提供电源的多根铜线62和多根光纤64，这多根光纤最好是多模光纤。可以有任意根铜线62、任意根光纤64的任意组合。
另外，在普通的单用户系统中接收和分配单元(16和46)可以用LNB的电源供电。
图4是根据本发明一个优选实施例传输射频信号的一根多模光纤。在前端(10或40)和接收分配单元(16和46)之间用这样的多模光纤链路传输频率高于大约1GHz的数字或非数字调制的模拟信号是本发明的一个特点。
现在参考图5，它是可以用于本发明的一个光发射机的简化框图。通过同轴电缆从低噪声下变频器(LNB)66输入一个L波段的射频信号，由同一根同轴电缆供电。输入端使用了一个瞬间保护电路68来防止雷击。然后用一个放大器70将信号放大，一般情况下它都包括自动增益控制(AGC)72，如果信号强度下降到一个预定电平以下通常点亮告警发光二极管86。放大器部分的输出功率通过一个功率分路器74分成多路，通常是4路，输送给多个发射机模块。每一发射机模块都包括一个放大器76，根据需要进一步放大信号。放大器76的输出可以驱动一个激光二极管82或经过一个功率分路器78或分接头(没有示出)分成多路，通常是4路，以驱动多个激光二极管82。由电流或功率控制单元80提供电流或功率控制，这在本领域里众所周知。另外，在发射机模块里每一激光器的光功率可以用一个光纤分路器84，如1×4激光器而不是用4个单独的激光二极管，来分成多路。
现在参考图6，它是根据本发明的一个优选实施例构造和工作的一个卫星信号接收和分配单元的简化框图，其中包括合并有线(CATV)电视和卫星信号并输送到单独一根同轴电缆里去的设备。多个光纤接收机120中每一个都用于单独一个信号，每一个光纤接收机120的输出都经过一个均衡器122连接到开关分路器(switch splitter)124，开关分路器选择性地将一个信号提供给多条卫星信号链路26或56中的每一条(图1或图2)。可以将一个有线电视信号126输入到每一条卫星信号链路，如图7所示。
图7是根据本发明的一个优选实施例将有线电视/超高频/甚高频和卫星信号进行合并并输入单一一根同轴电缆的总体图，该图说明的是接收和分配单元(16和46)的一个功能。接收和分配单元(16和46)最好包括一个双工器104，双工器从卫星天线如天线12或42接收卫星信号，也接收非卫星电视信号，如通常包括超高频和甚高频信号的有线电视输入。双工器104通过同轴电缆14或44(分别见图1和图2)输出。可以将合并后的信号提供给图1或图2里的设备。本发明的一个重要优点在于通过用单独一根同轴电缆(14或44)传输信号，大大地减少了电缆铺设。
就在卫星接收机的前面，多路信号分离器将有线电视信号与L波段卫星信号分离，单独提供给卫星接收机28或58(图1或图2)和电视机110的输入端。可以用一个机顶盒111来接收有线电视信号。
可以支持交互式电视，其中电视机110的终端用户可以通过双工器104的非卫星电视信号端口发送一个返回信号112。返回信号112通常是低频信号，频率范围是5~50MHz。
现在参考图8，它说明根据本发明的一个优选实施例利用频率层叠技术的一个卫星信号分配系统的频谱。如同上文中参考图5所描述的那样，可以从一个低噪声下变频器(LNB)将一个L波段射频信号输送给同轴电缆。LNB通常输出两个极性。通过将这两个不同极性中的一个往上变频，最好是从950~1450MHz频带变到更高的频带1550~2050MHz，可以在同一根同轴电缆里传输这两个信号。这一技术叫做频率层叠技术(frequency stacking)，至少是从1993年开始就已开始在商业领域应用这一技术。在本发明里的卫星信号分配系统里应用这一技术的优点是不需要上文中参考图6介绍的开关，而且还可以在用户那儿将卫星信号分给多台电视机。可以将频率层叠技术用于本发明里如图1和2所示的任意卫星信号分配系统里。
如上所述，在图1和2所示的卫星信号分配系统里，前端(分别是10或20)从卫星天线(12或42)接收卫星信号，射频光纤发射机发射一个复合信号，这一信号沿光纤(14或44)传输到卫星信号接收和分配单元(16或46)。卫星信号接收和分配单元(16或46)接收光信号，将其转换成射频信号，并将频率为50~860MHz的超高频/甚高频/有线电视信号与L波段的信号合并，从而在频带5~40MHz上提供一个返回路径。通过使用光纤接收机(22或52)和射频分路器(24或54)，信号被分成多路输出，然后这些信号被分离给标准的卫星接收机(28或58)和电视机(110)。
根据本发明的又一个优选实施例，可以在光纤发射机里而不是在接收机里合并超高频/甚高频/有线电视信号和卫星信号，光纤发射机最好放置在前端里，如同下文中参考图9~13所描述的一样。
现在参考图9，它是根据本发明的一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图。与图5类似，通过同轴电缆从一个频率层叠器(frequency stacker)或上变频器67输入一个L波段射频信号，电源由同一根同轴电缆提供。输入端可以用瞬间保护电路68来防止雷击。然后用放大器70放大这一信号，放大器70一般都有自动增益控制(AGC)72，如果信号强度下降到低于一个预定电平，它能点亮告警发光二极管86。
平行于L波段射频输入信号，用一个放大器202来放大电视(超高频/甚高频/有线电视)信号，放大器202一般包括一个自动增益控制(AGC)204。双工器/合并器206将自动增益控制72和204的输出合并，以驱动一个分布式反馈(DFB)激光器208，如激光二极管。最好用一个光纤分路器210将激光器208的光功率分开，并通过光纤212馈入多个光接收机。最好将每一光纤212与一个光电二极管214相连，光电二极管214将光信号变回电信号，最好再输出给放大器216。多路信号分离器/分路器218然后将电信号分离并分别输送给卫星和电视放大器220和222。用双工器224将卫星信号和电视信号合并，然后用分路器226、最好是一个阻性分路器分离，用于将信号馈送给标准的卫星接收机和电视机。
图9所示系统的优点是只需要一个双工器224。但它的缺点是分路器226损耗很大，同时分路器226的输出端口之间难以获得很好的隔离。
现在参考图10，它是根据本发明另一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图。图10所示系统与图9所示系统基本相同，其中相同的部件用相同的数字来标识。图10所示系统与图9所示系统的不同之处在于，N个双工器228中每一个都将两个N路分路器230和232的成对输出合并，两个分路器分别分离卫星信号和电视信号。分路器230和232的带宽最好比图9中的分路器226的窄，因此能够降低损耗，增大输出端口之间的隔离度。分路器230和232可以是电抗性的分路器。图10所示系统的缺点是需要N个双工器。
现在参考图11，它是根据本发明又一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图。图11所示系统与图9的基本相同，其中相同的部件用相同的数字来标识。图11所示系统与图9所示系统的不同之处在于提供的是交互式电视，其中提供了非卫星电视的返回路径234。返回路径234最好通过放大器236发送一个非卫星电视返回信号，以驱动给光电二极管240提供信号的光发射器238。光电二极管240将光信号变成电信号，并通过放大器242将这一电信号送给合并器244的非卫星电视信号端口。如上所述，返回信号通常是低频信号，频率范围是5~50MHz。可以将光电二极管240和放大器242封装成一个集成光模块。
现在参考图12，它是根据本发明再一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图。图12所示系统与图11的基本相同，其中相同的部件用相同的数字来标识。图12所示系统与图11所示系统的不同之处在于非卫星电视返回路径234不是在单独的光纤里发送非卫星电视返回信号，而是利用波分多路复用器250用一根光纤来传送返回信号。此外，波分多路复用器250可以是一个光合并器。多路复用器250通过同一根光纤212将光信号传送到与分路器210相连的另一个波分多路复用器252。多路复用器252将信号输出给光电二极管240，如同上文中参考图11所描述的一样。可以选择将一个光合并器254与多路复用器252相连，此时可以将合并器254、光电二极管240和放大器242全部或部分地封装成一个集成光模块。
显然图12和13的系统也可以在图10的系统里实现。
现在参考图13，它是根据本发明另一个优选实施例构造和工作的一个光发射机卫星和电视信号合并器系统的简化框图。图13所示系统与图9的基本相同，其中相同的部件用相同的数字来标识，除了图13的系统有一个垂直或串联结构(vertical or series architeture)以外。在衰减器262和放大器264之间的一个自动增益控制260，最好放置在放大器216和多路信号分离器/分路器218之间。自动增益控制线260监测放大器264的输出，需要时发送一个信号给衰减器262以改变放大器264的输出。其中自动增益控制260的目的是保证所有层的用户都能收到基本相同的功率。这意味着在“菊花链”序列的最顶层，自动增益控制260将放大器264的增益降到最低，而在“菊花链”序列的最底层，将放大器264的增益提到最高。
本领域的技术人员应当明白，上述介绍并不是对本发明的限制。相反，只有以下的权利要求才对本发明的范围做出限定。

Claims (10)

1、用于射频信号的光纤链路，包括一个光发射机、一根多模光纤和一个光接收机，其中的多模光纤传递的是数字调制或非数字调制的模拟信号，该信号的频率大于大约1GHz。
2、权利要求1的光纤链路，其中的光发射机还包括一个垂直空腔表面发射激光器。
3、权利要求1的光纤链路，其中的光发射机还包括一个边缘发射激光器。
4、一个星形网络，包括多条光纤链路，每一条光纤链路都包括：
一个光发射机、一根多模光纤和一个光接收机。
5、权利要求4的星形网络，其中的多模光纤传输的是数字调制或非数字调制的模拟信号，该信号的频率大于大约500MHz。
6、权利要求4的星形网络，其中的光发射机还包括一个垂直空腔表面发射激光器。
7、权利要求4的星形网络，其中的光发射机还包括一个垂直空腔表面发射激光器。
8、权利要求4的星形网络，其中的光发射机被放置在星形网络的集线器上。
9、权利要求4的星形网络，还包括与卫星接收机相连的一根同轴电缆，其中的一根同轴电缆传递的是具有多个极性的信号，其中某一极性被往上变频到与其他极性不同的更高频带。
10、权利要求4的系统，其中的电网还包括多个信号双工器和与相应的信号双工器相连的多对电缆，其中每一个双工器通过电分配网中多根电缆中的相应一根接收卫星和非卫星信号，并通过与相应的一个双工器相连的那对电缆中的一根提供卫星信号，并通过与这一双工器相连的那对电缆中的另一根提供非卫星信号。
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