宽带有线电视接入网从技术到应用 (2010 年度畅销榜NO.64616 )

本书详细阐述了光纤有线电视网的技术与应用。内容包括：宽带光纤/同轴混合网的概况，以及各种宽带接入技术；光纤传输的关键技术；电缆调制解调器和数字机顶盒等用户终端的特性和功能；用户家庭终端的传输协议、软件结构和各种应用，例如电缆调制解调器所采用的DOCSIS协议、电子节目向导(EPG)、视频点播(VOD)和Internet应用、数字机顶盒实现的电子邮件和电子商务。\r\n\r\n 本书可以作为高年级大学生和研究生的教材，也可作为工程师、科研人员、有线电视专业人士的常备参考书。 \r\n\r\n \r\n
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第1章 宽带光纤/同轴混合网概述 \r\n\r\n 1.1 简介 \r\n\r\n 1.2 传统的有线电视网络 \r\n\r\n 1.3 双向HFC接入网 \r\n\r\n 1.3.1 用户家庭终端 \r\n\r\n 1.3.2 电缆调制解调器 \r\n\r\n 1.3.3 IP电话 \r\n\r\n 1.4 其他有竞争力的接入技术 \r\n\r\n 1.4.1 非对称数字用户线(ADSL) \r\n\r\n 1.4.2 光纤环(FITL) \r\n\r\n 1.4.3 直接广播卫星(DBS) \r\n\r\n 1.4.4 多信道多点分配业务(MMDS) \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第2章 有线电视的基本内容：调制信号的格式和同轴电缆系统 \r\n\r\n 2.1 模拟调制视频信号的格式 \r\n\r\n 2.1.1 NTSC和AM-VSB视频信号 \r\n\r\n 2.1.2 NTSC信号的测试参数 \r\n\r\n 2.1.3 PAL和SECAM视频信号 \r\n\r\n 2.2 数字视频和音频信号 \r\n\r\n 2.2.1 MPEG-1标准 \r\n\r\n 2.2.2 MPEG-2标准 \r\n\r\n 2.2.3 MPEG和AC-3伴音 \r\n\r\n 2.2.4 MPEG-4标准 \r\n\r\n 2.2.5 其他的数字视频标准 \r\n\r\n 2.3 有线电视的频率安排 \r\n\r\n 2.4 同轴有线电视的元器件和系统 \r\n\r\n 2.4.1 同轴电缆 \r\n\r\n 2.4.2 RF放大器 \r\n\r\n 2.4.3 接头 \r\n\r\n 2.5 多信道同轴有线电视系统 \r\n\r\n 2.5.1 单个和级联放大器的CNR \r\n\r\n 2.5.2 非线性失真CSO. CTB和XMOD \r\n\r\n 2.5.3 多径反射(回波)和群时延 \r\n\r\n 2.5.4 AM的交流信号 \r\n\r\n 2.6 有线电视反向通道的传输特性 \r\n\r\n 2.6.1 反向通道的噪声源 \r\n\r\n 2.6.2 反向通道的噪声滤波 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第3章 直接调制的有线电视光波激光器发射机 \r\n\r\n 3.1 半导体激光二极管 \r\n\r\n 3.1.1 激光物理的基本概念 \r\n\r\n 3.1.2 半导体激光器的结构 \r\n\r\n 3.1.3 光电特性 \r\n\r\n 3.2 DFB和多量子井(MQW)激光二极管 \r\n\r\n 3.2.1 DFB激光二极管 \r\n\r\n 3.2.2 多量子井(MQW)激光器 \r\n\r\n 3.3 激光器的动态特性 \r\n\r\n 3.3.1 小信号响应 \r\n\r\n 3.3.2 大信号响应的电路模型 \r\n\r\n 3.4 激光二极管的噪声 \r\n\r\n 3.4.1 相对强度噪声(RIN) \r\n\r\n 3.4.2 激光器的相位噪声 \r\n\r\n 3.5 DFB激光器发射机 \r\n\r\n 3.5.1 DFB激光器发射机的系统设计 \r\n\r\n 3.5.2 光隔离器 \r\n\r\n 3.5.3 电热敏致冷器(TEC)的设计和工作原理 \r\n\r\n 3.5.4 线性化的方法 \r\n\r\n 3.5.5 DFB激光器发射机的性能要求 \r\n\r\n 3.6 反向通道的激光器发射机 \r\n\r\n 3.6.1 模式分配噪声和模式跳跃噪声 \r\n\r\n 3.6.2 性能指标 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第4章 外调制的有线电视光波激光器发射机 \r\n\r\n 4.1 LiNbO3光调制器 \r\n\r\n 4.1.1 LiNbO3强度调制器的基本工作原理 \r\n\r\n 4.1.2 MZI和BBI调制器的失真特性 \r\n\r\n 4.2 光调制器的线性化方法 \r\n\r\n 4.2.1 前馈线性化法 \r\n\r\n 4.2.2 预失真线性化法 \r\n\r\n 4.2.3 线性化器的电路 \r\n\r\n 4.3 光线性化法 \r\n\r\n 4.3.1 光双平行线性化法 \r\n\r\n 4.3.2 光双级连线性化法 \r\n\r\n 4.4 外调制激光器发射机的设计 \r\n\r\n 4.4.1 外调制YAG激光器发射机 \r\n\r\n 4.4.2 外调制DFB激光器发射机 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第5章 有线电视网络的光波接收机 \r\n\r\n 5.1 p-i-n光检测器 \r\n\r\n 5.2 光波接收机的噪声源 \r\n\r\n 5.2.1 散粒噪声 \r\n\r\n 5.2.2 热噪声 \r\n\r\n 5.2.3 激光器的RIN噪声 \r\n\r\n 5.3 接收机的载噪比 \r\n\r\n 5.4 p-i-n光检测器的非线性特性 \r\n\r\n 5.5 基本的有线电视接收机的设计 \r\n\r\n 5.5.1 低阻抗和高阻抗前端接收机的设计 \r\n\r\n 5.5.2 互阻抗前端接收机的设计 \r\n\r\n 5.5.3 有线电视的高性能接收机的设计 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第6章 有线电视网络的光纤放大器 \r\n\r\n 6.1 光纤放大器的元器件 \r\n\r\n 6.1.1 波分复用设备 \r\n\r\n 6.1.2 掺铒光纤(EDF) \r\n\r\n 6.1.3 泵浦激光器 \r\n\r\n 6.2 EDFA系统的基本结构 \r\n\r\n 6.3 放大器的噪声和CNR的计算 \r\n\r\n 6.3.1 光纤放大器的噪声 \r\n\r\n 6.3.2 CNR和噪声指数的计算 \r\n\r\n 6.3.3 噪声指数的测量 \r\n\r\n 6.4 有线电视网络中EDFA的要求 \r\n\r\n 6.4.1 EDFA噪声指数的要求 \r\n\r\n 6.4.2 EDFA的CNR指标 \r\n\r\n 6.4.3 增益平坦的EDFA \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第7章 RF数字QAM调制解调器 \r\n\r\n 7.1 RF QAM调制解调器的组成部分 \r\n\r\n 7.2 MPEG传送成帧 \r\n\r\n 7.3 Reed-Solomon码 \r\n\r\n 7.4 交叉器/解交叉器 \r\n\r\n 7.5 Trellis编码调制(TCM) \r\n\r\n 7.5.1 穿孔卷积编码 \r\n\r\n 7.5.2 Viterbi解码 \r\n\r\n 7.5.3 64/256-QAM调制的TCM \r\n\r\n 7.5.4 差分预编码器 \r\n\r\n 7.6 扰码器/解扰器 \r\n\r\n 7.7 M相QAM调制器的设计和工作原理 \r\n\r\n 7.7.1 基带整形滤波器 \r\n\r\n 7.7.2 M相QAM调制器的组成结构 \r\n\r\n 7.8 M相QAM接收机的设计和工作原理 \r\n\r\n 7.9 适配均衡器 \r\n\r\n 7.10 载波和定时恢复 \r\n\r\n 7.10.1 QAM接收机的载波恢复 \r\n\r\n 7.10.2 QAM接收机的定时恢复 \r\n\r\n 7.11 MER和EVM \r\n\r\n 7.11.1 MER和EVM的定义 \r\n\r\n 7.11.2 MER和EVM的测试过程 \r\n\r\n 7.12 AWGN信道中M相QAM信号的BER \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第8章 用户家庭终端 \r\n\r\n 8.1 数字机顶盒的组成单元 \r\n\r\n 8.2 有线电视的RF调谐器 \r\n\r\n 8.3 带外(OOB)接收机 \r\n\r\n 8.3.1 带外扰码器 \r\n\r\n 8.3.2 OOB的Reedsolomon编码 \r\n\r\n 8.3.3 OOB交叉器 \r\n\r\n 8.3.4 OOB QPSK映射 \r\n\r\n 8.4 RF QAM收发机 \r\n\r\n 8.4.1 RF上行的FEC \r\n\r\n 8.5 MPEG视频/音频分离器和解码器 \r\n\r\n 8.5.1 VBI恢复器和解码器 \r\n\r\n 8.6 条件接入和控制 \r\n\r\n 8.6.1 数字加密/解密的基本概念 \r\n\r\n 8.6.2 接入控制的基本概念 \r\n\r\n 8.6.3 可恢复的安全性 \r\n\r\n 8.7 图形处理器 \r\n\r\n 8.7.1 3D图形的基本概念和技术 \r\n\r\n 8.7.2 屏幕上视频和2D/3D图形构图的要求 \r\n\r\n 8.8 CPU和存储器 \r\n\r\n 8.8.1 机顶盒的CPU \r\n\r\n 8.8.2 机顶盒的存储器 \r\n\r\n 8.9 内置DOCSIS电缆调制解调器的高级机顶盒 \r\n\r\n 8.10 HFC网络中M-QAM传输的损伤 \r\n\r\n 8.10.1 机顶盒的前端损耗 \r\n\r\n 8.10.2 QAM发射机的损耗 \r\n\r\n 8.10.3 附加的高斯白噪声(AWGN) \r\n\r\n 8.10.4 多径反射 \r\n\r\n 8.10.5 幅度和群时延的变化 \r\n\r\n 8.10.6 突发和脉冲噪声 \r\n\r\n 8.10.7 AM的交流调制 \r\n\r\n 8.10.8 64/256QAM系统的功率预算 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第9章 WDM多信道AM/QAM光波系统中的传输损伤 \r\n\r\n 9.1 截止引起的非线性失真 \r\n\r\n 9.1.1 截止噪声的渐进统计特性 \r\n\r\n 9.1.2 由截止噪声引起的M相QAM信道的BER \r\n\r\n 9.1.3 和实验结果的比较 \r\n\r\n 9.1.4 由“动态截止”噪声导致的QAM信道的BER \r\n\r\n 9.1.5 降低截止噪声的方法 \r\n\r\n 9.2 突发的非线性失真 \r\n\r\n 9.3 多次光反射 \r\n\r\n 9.3.1 DRB引起的干涉噪声 \r\n\r\n 9.3.2 由多次离散的光反射引起的激光器的RIN \r\n\r\n 9.3.3 多次光反射对AM-VSB信道的影响 \r\n\r\n 9.3.4 多次反射对QAM信道的影响 \r\n\r\n 9.4 色散引起的非线性失真 \r\n\r\n 9.5 光纤的非线性效应 \r\n\r\n 9.5.1 受激布里渊散射效应 \r\n\r\n 9.5.2 自相位调制和外相位调制效应 \r\n\r\n 9.5.3 受激拉曼散射效应 \r\n\r\n 9.5.4 交叉相位调制效应 \r\n\r\n 9.6 与极化有关的失真的影响 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第10章 基于EDFA的WDM多信道AM/QAM视频光波接入网络 \r\n\r\n 10.1 多信道AM-VSB/QAM视频光波网络的结构和性能 \r\n\r\n 10.1.1 多信道AM/QAM视频光波干线系统 \r\n\r\n 10.1.2 多信道AM-VSB视频光波干线的结果 \r\n\r\n 10.1.3 多信道AM-VSB/QAM视频光波干线的结果 \r\n\r\n 10.1.4 AM-VSB视频干线系统的差分检测 \r\n\r\n 10.1.5 AM视频干线系统中的SPM和EPM效应 \r\n\r\n 10.1.6 AM视频干线系统中的极化效应 \r\n\r\n 10.1.7 AM视频干线系统的增益斜率失真 \r\n\r\n 10.2 目前HFC网络存在的问题 \r\n\r\n 10.3 下行DWDM接入网络的结构 \r\n\r\n 10.4 上行DWDM接入网络的结构 \r\n\r\n 10.4.1 频率累积技术 \r\n\r\n 10.4.2 数字反向通道的传送 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第11章 有线电视接口数据规范(DOCSIS)协议 \r\n\r\n 11.1 DOCSIS通信协议 \r\n\r\n 11.2 下行物理层 \r\n\r\n 11.3 上行物理层 \r\n\r\n 11.3.1 上行信道的参数和指标 \r\n\r\n 11.3.2 脉冲轮廓 \r\n\r\n 11.3.3 脉冲定时 \r\n\r\n 11.3.4 上行寄生的功率输出 \r\n\r\n 11.3.5 脉冲的帧结构 \r\n\r\n 11.4 下行传输的汇聚子层 \r\n\r\n 11.5 媒质接入控制(MAC)层 \r\n\r\n 11.5.1 MAC帧的格式 \r\n\r\n 11.5.2 MAC的管理消息 \r\n\r\n 11.6 随机接入和竞争分辨法 \r\n\r\n 11.6.1 随机接入法 \r\n\r\n 11.6.2 带二进制指数补偿算法的p持久法 \r\n\r\n 11.7 MAC层协议的工作方式 \r\n\r\n 11.8 服务质量(QoS)和分割技术 \r\n\r\n 11.8.1 基本概念和工作原理 \r\n\r\n 11.8.2 上行业务流的调度 \r\n\r\n 11.8.3 上行的分割 \r\n\r\n 11.9 CM和CMTS的互相配合 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 第12章 数字机顶盒的软件结构和应用 \r\n\r\n 12.1 数字机顶盒的软件结构 \r\n\r\n 12.1.1 实时操作系统(RTOS) \r\n\r\n 12.1.2 机顶盒的中间件 \r\n\r\n 12.2 固有的应用 \r\n\r\n 12.2.1 电子节目导视(EPG) \r\n\r\n 12.2.2 家长的控制 \r\n\r\n 12.3 基于TV的互动式应用 \r\n\r\n 12.3.1 付费电视(PPV)和脉冲式的PPV(IPPV) \r\n\r\n 12.3.2 增强的广播. 互动和目标明确的广告 \r\n\r\n 12.3.3 视频点播(VOD)和准VOD(NVOD) \r\n\r\n 12.4 基于Internet的应用 \r\n\r\n 12.4.1 机顶盒网络浏览器 \r\n\r\n 12.4.2 E-mail \r\n\r\n 12.4.3 电子商务 \r\n\r\n 12.4.4 家庭银行. 家庭教育和家庭游戏 \r\n\r\n 12.5 综合的机顶盒应用 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 附录A DAVIC和DOCSIS规范的比较 \r\n\r\n 附录B 国际有线电视的频率安排 \r\n\r\n B.1 CCIR系统的B/G的频率安排 \r\n\r\n B.2 CCIR系统I的频率安排 \r\n\r\n B.3 CCIR系统D的频率安排 \r\n\r\n 附录C 用于有线电视网络的卫星转发器的参数 \r\n\r\n 缩略语 \r\n
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20世纪80年代后期, 宽带有线电视接入网在世界范围内迅速普及. “信息就在你的指尖”, 这个技术梦想已经开始成为现实, 一些富有想象力的企业家(例如微软公司的比尔·盖茨)已经对它进行了描述. 随着Internet和Intranet的发明和出现, 同时作为信息高速公路的主要技术, 有线电视的用户和小型商业用户不甘落后, 他们渴望高速接人.

一般来讲, 有线电视网是提供模拟视频信道单向广播的宽带同轴网络. 现已建立了各种有关光电设备和元器件物理特性的基础理论并且开发了关键的光纤传输技术, 例如1310nm和1550nm的大功率直接调制和外调制的DFB激光器发射机. 光纤放大器和光接收机. 这些光纤技术把有线电视网的结构转变到750MHz和更高带宽的光纤／同轴混合网(HFC)的结构. 此外, 低成本. 高集成度的通信芯片. 模块和系统的开发, 例如正交幅度调制器(QAM). 收发器和MPEG编解码器的开发使有线电视运营商能够通过数字机顶盒把很多数字视频节目传送到千家万户. 与采用拨号调制解调器的低速Internet接人不同, 通过有线电视网, 利用电缆调制解调器, 可以实现高速Internet接人, 这种电缆调制解调器既可以是一个单独的盒子, 也可以嵌在数字机顶盒中.

对高“带宽”和多业务的强烈需求已经迫使有线电视运营商重新考虑他们的双向HFC网络结构, 并且正在向双向密集波分复用(DWDM)的有线电视网发展.

1992年到1996年, 作为贝尔通信研究所(Bellcore)的研究人员, 我能够有幸和很多世界级的科学家一起工作, 并且参加光纤和QAM接收机技术的研究工作. 利用一个内部的HFC测试床, 我和同事们能够为那些地区的贝尔运营公司(如太平洋贝尔和Ameritech), 以及有线电视设备厂商提供有价值的技术分析和检测服务. 1996年到2000年, 我在通用仪器的数字网络系统公司任主要负责人, 开始从事数字机顶盒和电缆调制解调器软硬件开发工作. 特别是我在参加各种有线电视标准会议(如DOCSIS. IEEE 802. 14和OpenCable)期间, 我加入到各种有线电视网和机顶盒规范的讨论和争论中.

本书向读者介绍目前双向HFC有线电视网技术的基本概念, 以及向DWDM网络结构演变的方式. 这本书可以作为研究生水平的基础教材, 并且适用于工程师. 科研人员. 有线电视专业人士和打算多学习一些目前和未来有线电视技术和应用的学生.

本书由5个主要部分组成：

● 第1部分包括第1章和第2章, 介绍双向IWC网络的概况, 以及与之竞争的接入技术, 包括数字用户环路(DSL). 光纤环路(FITL). 直接广播卫星(DBS)和多信道多点分配业务(MMDS). 第2章介绍基本的有线电视系统的知识, 包括各种模拟和数字视频的调制方式, 有线电视的频率规划, 同轴电缆的元器件和系统, 以及反向信道的传输特性.

● 第2部分包括第3章. 第4章. 第5章和第6章, 介绍光纤传输的关键技术, 包括直接调制和外调制激光器的发射机(如工作在1310 nm和1550nm的分布反馈式激光器(DFB)和YAG激光器的发射机). 光接收机和掺铒光纤放大器(EDFA).

● 第3部分包括第7章和第8章, 主要讨论用户终端中关键元器件的硬件结构和用户终端的特性和功能. 这些用户家庭终端包括电缆调制解调器和数字机顶盒. 第8章还介绍了在各种HFC网络损伤的情况下, 对数字机顶盒进行的链路预算分析.

● 第4部分包括第9章和第10章, 深入分析了HFC和DWDM网络在同时承载AM-VSB和QAM信道时单一波长和多波长光纤传输性能的损伤. 另外, 第10章还讨论了未来将出现的双向DWDM网络结构.

● 最后一部分包括第11章和第12章, 讨论用户家庭终端的传输协议. 软件结构和各种应用. 这其中包括电缆调制解调器所采用的DOCSIS协议, 像电子节目向导(EPG)那样的基本应用, 像数字机顶盒实现的视频点播(VOD). 电子邮件和电子商务那样的基于电视和Internet的应用.

我还要衷心感谢那些在我的工作中给予我帮助的人们, 其中包括亚里桑那大学光学中心的Hyatt Gibbs教授和Murray Sargent Ⅲ教授, 他们指导了我的光双稳器件和非线性光学的博士论文. , 还有马里兰大学的Chi Lee教授. 我还要感谢Bellcore的Chinlin Lin博士. William T. Andemon和Burt Unger, 他们不仅向我推荐了各种宽带光纤传输系统和网络的技术文献, 而且对我在BeHcore HFC测试床实验室的工作给予了大力支持. 在通用仪器／摩托罗拉公司, 我很高兴能够和各方面的人士一起工作, 包括Mark Kolber. Victor Hou. Reem Safadi. Qin Zhang. Robea Mack. Steve Kimble和Matt Waight, 他们帮助我进一步理解有线电视网的运行和OpenCable标准的各种技术观点. 我要特别感谢Mark Kolber. Victor Hou. Petr Peterka和QinZhang所作的努力, 以及Keith Williams. Philip Antoney和Ron Hranac, 他们欣然同意审查我这本书的各个部分. 另外, 我还要衷心感谢英特尔网络通信集团的有线网络运行事业部的管理人员, 他们为本书的出版给予了鼓励和支持.

最后, 我要感谢我的父母Moshe和Mazal, 感谢他们多年以来对我的关爱和支持. 我还要特别感谢我的妻子Nina和我的孩子Yafit. Shlomit. Binyamin. Leora, 在我写这本书的两年多时间里, 无数的夜晚和周末, 他们给予了我极大的关爱.

Shlomo Ovadia

于美国加里福尼亚州圣何塞

Shlomo Ovadia于1978年在特拉维夫大学获得物理学学士学位, 分别于1982年和1984年在亚利桑那州立大学光学科学中心获得光学硕士和博士学位. 他在马里兰大学的电子工程系作了两年博士后, 研究各种III-V类光电材料和器件. 1987年, Shlomo作为光学的科研人员进入IBM公司, 开发各种IBM的光通信和存储产品. 1992年, 他进入Bellcore, 开发了一个HFC测试床, 并且研究多信道AM／QAM视频传输系统的传输性能. 作为项目经理和高级科研人员, Shlomo给地区贝尔运营公司和各个有线电视设备厂商提供技术分析和咨询服务. 1996年, Shlomo进入通用仪器公司的数字网络系统部, 作为科研技术负责人, 开发用于国内和国际市场的数字机顶盒.