单同轴电缆传输高清与多路视频技术

　　Macnica公司在2008年5月14日于东京有明国际会展中心开幕的“ESEC2008”展上，展示了使用同轴电缆的UWB(UltraWideband)传输系统“UWBoverCoax”。该系统使用美国SigmaDesigns的UWB传输芯片组，以约100m的同轴电缆为传输介质，在设备间传输了HDTV视频。实际传输速度约为120Mbit/s。此次演示是作为SigmaDesigns公司媒体处理器的一个应用示例进行的。提案将同轴电缆与无线通信结合，在家用电子设备间进行HDTV视频的传输。

　　目前，IEEE1394普及推进团体“1394TA”也在将UWBoverCoax作为高画质视频等的传输方法来制定标准。美国PulseLink等也在开发相同的技术，它除开发使用同轴电缆的UWB传输系统“UWBoverCoax”外，还致力于HDMI的无线传输应用等领域。PulseLink公司有一款UWB芯片可使无线或同轴线传送数率高达1Gbit/s。

　　超宽带UWB技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，它利用频谱极宽的超短脉冲进行通信，又称为基带通信、无载波通信。由于其具有低功耗、高带宽、高传输速率、低复杂性、抗多径能力强、发射信号功率谱密度低、安全性高等优点，预计未来几年UWB技术将在和人们生活密切相关的数字家电和消费网络设备中得到推广，在有线电视网络及家庭网络中会得到广泛应用。

　　同传统通信系统相比，超宽带系统有其独特之处：从时域上讲，一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制，而UWB是利用起、落点的时域脉冲(几十纳秒)直接实现调制，超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行，而且以这一过程中所持续的时间来决定带宽所占据的频率范围；从频域上讲，超宽带有别于传统的窄带和宽带，它的频带更宽。窄带是指相对带宽小于1%，相对带宽在1%～25%之间的被称为宽带，相对带宽大于25%，而且中心频率大于500MHz的被称为超宽带。

　　有线电视网是高效廉价的综合网络，它具有频带宽、容量大、多功能、成本低、抗干扰能力强、支持多种业务连接千家万户的优势，它的发展为信息高速公路的发展奠定了基础。有线电视网成为最贴近家庭的多媒体渠道，只不过它目前还是靠同轴电缆向用户传送电视节目，还处于模拟水平。而交互式电视点播系统和高清晰度电视业务的码率高、数据量大，需要占用很大的带宽和网络资源，而数量巨大的用户数引起了资源的短缺。为了解决有线电视网络的带宽问题，引入超宽带UWB技术，因为它使用无载波结构，网络配置成本低，只需要在系统前端和用户侧增加相应装置，就可以在不改变现有有线电视网络结构的基础上传输UWB数据流。UWB的短脉冲信号不会对载波信号造成干扰，于是在有线电视网络的公共传输媒质中实现了UWB脉冲信号与其他频域信号的共存。

　　在有线电视网络中使用UWB技术存在一个固有的问题，即有线电视网络本身的固有频率损耗会改变UWB脉冲信号的形状和幅度，为了解决这个问题，可以采用预补偿的方法。UWB数据进入有线电视网之前先进行预补偿，这样信号就容易通过同轴电缆系统。该技术的显着特点就是在现有有线电视网络中加入UWB信号调制解调器，而无需对有线电视网络进行较大的改变。UWB信号被扩展到50MHz～1GHz频段范围内，在任何频率处的信号能量都能低于该频段处的噪声电平。普通的有线电视系统或者混合光纤同轴电缆网一般使用的最大频率范围为870MHz，但系统仍具有1GHz左右的带宽，这样，UWB窄脉冲可以在同轴电缆中可靠地传输，可在相同时间内发送更多的数据。

　　将UWB技术应用于有线电视网络中，充分利用其技术优点，基本不干扰现有的电视频道，同时没有占用或者很少占用频道资源。同时，UWB的多址方式，可以实现数量不少的并发用户，有线电视网络服务商可以充分利用。

　　超宽带UWB技术，是一种能提供更大可扩展性和灵活性的优良技术。目前它能在100m或330英尺的距离上实现数据率接近所需400Mbps的最大数据率。该技术也是一种能很容易地提供一种包括有线和无线技术在内的混合方法。最重要的是，它是一种具有大量成员的基于标准的方案，尤其有利于对现有家庭内同轴电缆的重新使用。

　　UWB目前能支持高达480Mbps物理层(PHY)速率。这与高达320到400Mbps的吞吐率是一致的，比目前的带宽要求更充足。未来UWB将支持1GbpsPHY速率，为整个家庭多媒体传输或覆盖提供更大的吞吐率。

　　UWB是采用相同MAC和PHY支持有线和无线这两种方案，而对目前的规范没有重大修改的唯一技术。作为一种混合方案，它提供一种无线室内连接，因此，HD产品能被安放在房间内的任何位置，以实现真正的移动性。UWB固有的点对点和自组织分组无线网络(ad-hoc)特点，不需要接入点，使之易于部署和管理；UWB的另一个好处是，因为它是以时隙为导向的，所以最适合于具有严格QoS要求的应用。

　　UWB不会干扰CATV信号，因为CATV信号在不到1GHz的情况下运行，而UWB使用的频谱范围在3.1GHz到10.6GHz之间。然而，不是所有的这些频谱范围在电缆上都是可用的。大部分的分支器和电缆目前的额定工作频率高达2GHz。实验室研究表明，这些分支器、耦合器和同轴电缆能以可接受的衰减支持从3GHz到5GHz范围的UWB信号。如图7所示。
 

　　从3GHz到5GHz频率的衰减如表1所示。由表1可以看到，随着频率的增加，分支器、耦合器和同轴电缆的衰减也随之增加。然而，在3GHz到5GHz范围内，有一个可接受的插入损耗，衰减也是电缆长度的一个函数。但提请注意的是，传输的数据率对衰减的大小却没有直接的影响。
 

　　通过在发射端采用附加的放大-功率放大器(PA)和/或在接收端采用低噪声放大器(LNA)，可进一步增强以更高数据率运行的UWB-over-Coax的性能。

　　UWB-over-Coax方案将最终为消费者节约家庭安装的成本，这种最佳的家庭网络视频流方案具有ad-hoc连接性，是一种可信的整个家庭同轴骨干连接，也是一种在每个房间中的无线连接方案。

　　结束语

　　由上述可知，随着科学技术的发展，可通过各种技术方法利用单同轴电缆传输多路视频信号和高清视频信号。这样，原有的传统模拟视频监控系统所布置的同轴电缆线在视频监控发展到高清时代就照样可用了。因此，这不但使高清视频监控系统工程的施工变得简单容易，并且也绿色节能，节约了成本。

　　【作者单位：武汉乐通光电公司深圳高新技术研究所】