多音频调制CATV远程数据传输和设备控制

马青玉

　　CATV网络是各个城市都有的闭路电视系统，它为人们的生活娱乐提供了各种各样的节目，丰富了人们的生活。由于闭路电视的网络遍布整个城市，深入每一个家庭，加上信号传输是用同轴电缆和光导纤维，信号频率可以达到1 GHz，如果只是将它作为广播电视信号播送的载体来使用是一种功能的浪费，因此在闭路电视网络上扩展其他的功能是一个非常有前途的研究方向。

　　目前CATV系统已经十分普及，但由于系统建设时间较长，功能单一，不能充分发挥CATV系统的全部作用。如何在CATV网络中增加计算机数据传输和远程控制的功能而不影响电视传输的作用，实现自动控制和管理，提高系统的价值，是本系统研究的主要内容。

　　计算机串行接口是一种简单而且可靠的数据传输和远程控制的标准接口，它可以利用一根数据线将要传输的数据由多位并行数据转化成为串行数据一位一位地传输出去，可以有效减少传输线，增加传输距离，实现串行中断下的数据传输和控制。

　　计算机的串口信号是一种±12 V的方波信号，不能长距离传输，要想提高信号的传输距离，必须对其输出的数据信号进行必要的处理，常规的方法是使用488接口方式或使用CAN总线，但是这些方法也只能传递几百米，而且需要按照要求重新布线，增加了系统的成本和难度。而闭路电视系统已经是成熟的网络，现有的传输网络就是一个良好的数据传输载体，只要将发送的信号调制到某一个频道上，经过闭路电视系统的传输，在终端可以接收并解调出信号就能实现数据的远程传输和控制。

　　假设计算机输出的串行数据的波特率为9 600 bps的方波信号，可以看成是音频信号，将它送给调制器进行CATV音频调制（可以用电视调制器的音频输入，也可以使用专用的调频调制器，使用的频道或频率要偏离用户使用的频点），和电视节目以及其他的调频节目一起混合后进入CATV系统，经过放大后传送给远处的终端，在远程的接收端，使用相应频率的电视解调器或调频接收器解调接收信号。由于计算机串行方波信号是一个宽带信号，含很多的谐波成分，而音频调制器是一个窄带的处理器，默认的上限频率为20 kHz，因此经过调制传输和解调后，方波信号的高频成分被滤除，剩下的低频信号解调后，加上系统中的非线性失真，接收到的信号变成一个不规则并且不容易识别的信号，使远程接收的数据不能够做到准确无误。

　　要想使计算机串行数据能够在传送和接收的过程中不存在失真和畸变，必须使信号的频谱范围全部在调制解调的频谱范围内，所以，要尽可能将高频成分很多的方波信号转化成为正弦信号进行调制。计算机输出不同的串行数据存在很大的可变性，因此如何将不同的数据转化成为可以识别的正弦信号是多音频调制

　　(a)串行方波信号的频谱

　　(b)接收信号的波形

　　1多音频调制

　　多音频调制技术是双音频（DTMF）技术的进一步发展，利用多个音频信号的不同组合来代表不同的数据。为了使信号稳定可靠，选用的音频信号要求互不干扰，频率之间不存在倍频关系并且要尽可能增加频率之间的差距，但是音频信号的频率要在适当的范围之内。

　　多音频调制计算机串行数据发送系统，包括计算机串行数据音频变换、多音频混合、音频调制3个部分，系统以一个单片机为中心完成数据转换。计算机输出的数据用串行接口以RS232格式输出，单片机接收到信号以后将8位的数据分解成高低4位，并且用4位二进制数的每一位分别控制选通4路不同的音频信号（4路音频信号是已经存在的LC正弦波信号，并且频率固定），选择后的信号输出到信号混合电路，得到一个多音频混合信号，它是一个多音频正弦信号的混合信号，其中包含300 Hz、500 Hz、1 300 Hz、1 700 Hz的4个信号，反映的是数字15，如果数字不同，则波形会有相应的变化。混合信号的频谱，4个音频信号幅度相同，每一条线谱反映其中的1个信号的存在，也就是数据的某一位是1。

　　(a)多波形

　　(b)多频谱

　　由于所选择的音频信号的频率较低，都在调制器的音频信号的低频段，因此调制后的失真很小，能完全满足数据传输的要求。但是由于音频信号频率较低，传送一个数据需要的时间较长，因此数据传输的速度较低，一般适用于每秒传送几十个字节。要想提高传送速率，可以适当提高4个音频信号的频率，但是不能超出调制器的音频输入频率要求。

　　2多音频数据解调

　　多音频信号数据解调电路结构,包含CATV接收和FM解调电路、音频信号处理、信号鉴频电路、单片机判别电路4部分。CATV分配器输出的复合信号经过调频接收机或电视解调器的解调以后，输出多音频信号，由于信号的频谱在调制解调系统的频响范围以内，因此信号失真很小，接收到的信号基本相同。多音频信号经过信号放大后送给4个独立的鉴频电路，和各自的基准频率信号（300 Hz、500 Hz、1 300 Hz、1 700 Hz）进行鉴频，当接收信号中的某一频率成分和基准频率基本相同，则输出高电平，这样就能将4位二进制数据完全判别出来，单片机则根据收到的多个4位二进制数来判别数据并进行相应的工作。

　　多音频信号解调系统也可以由计算机进行，先进行高速信号波形采集，然后进行频谱分析，根据谱线分析计算数据，实现相应的工作。多音频信号解调系统的选择要根据不同的要求和使用环境而设计。

　　本多音频调制CATV远程数据传输和控制的方法适用于已有的CATV系统，适用于数据传输或控制距离较远、速度较低、数据量较小的场合，尤其适用于控制中心对多编码外设的远程管理和控制。

　　3结束语

　　本设计完成后在南京师范大学的3个校区的自动广播和铃声系统中使用，通过电视台的计算机软件设定好全校的广播节目(广播操、每周一歌等)，并且控制不同地点同时自动发出铃声来统一全校的作息时间，使3个校区在计算机的管理下井井有条地运行。本系统经过两年的运行，证明多音频调制远程控制是一种使用方便、性能稳定的CATV控制技术。

摘自 中国有线电视