Кабельное цифровое телевидение

В некоторых регионах России и Западной Европы уже действуют отдельные участки будущей глобальной сети.

Оптико-коаксиальная интерактивная сеть кабельного телевизионного вещания строится по современной структурной схеме, предусматривающей монтаж оптоволоконного кольца вокруг Центральной головной станции. От этого кольца в специальных оптических муфтах (иногда их называют «периферийными головными станциями») производятся разветвления к локальным и местным сетям. Это может быть как один большой жилой дом, так и группа домов, информация для пользователей поступает туда по коаксиальным магистральным и субмагистральным линиям.

Обратные каналы от пользователей  формируются в полосе от 5 до 30 (60) МГц. С их помощью может быть реализован ряд дополнительных услуг, в том  числе и предоставление доступа  в систему Интернет.

Основным достоинством кабельной  сети телевизионного вещания является обеспечение высокого качества сигнала, которое в ряде случаев для наземного вещания является труднодостижимым. Причиной тому являются помехи наземному (эфирному) телевизионному приему, с которыми весьма трудно бороться.

Очевидно, что радикальным путем борьбы с перечисленными и многими другими видами помех является распространение телевизионного сигнала по кабельным сетям.

В системах КТВ (кабельного телевидения) становится экономически целесообразным применять достаточно сложные антенны, а также внедрять конвертеры для преобразования сигналов на частоту другого телевизионного канала с целью борьбы с опережающими повторами. Кроме того, с помощью КТВ можно рационально организовать прием телевизионного вещания с нескольких телецентров, со спутников, а также поступающего по радиорелейным и другим системам связи. Эти факторы позволяют не только повысить качество телевизионного приема, но существенно увеличить количество принимаемых программ.

Таким образом, современное кабельное  телевидение представляет собой систему сбора различных телевизионных и радиовещательных программ, сигналов от систем передачи данных и их распределение с использованием кабельных, радиорелейных и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с высоким качеством большому числу абонентов. Один из основных факторов, сдерживающих развитие кабельного телевизионного вещания - это обеспечение высокого качества программ при существенных ограничениях на стоимость сети.

Разрешение этого противоречия возможно при правильном выборе структуры сети КТВ и оборудования, используемого при ее реализации.

Структура сети КТВ прежде всего  зависит от числа абонентов и  ее протяженности. При небольшом  числе абонентов (сеть низшей категории) наиболее часто используются системы радиального типа. Структура такой сети приведена на рис.1 ( 1 - усилитель-корекктор, 2 – абонент). В схеме радиального типа абонентские линии соединяют каждого абонента непосредственно с головной станцией, а сигналы телевизионных каналов различаются по частоте. Преимуществом такой системы является возможность коммутации каналов не у абонентов, а на головной станции. В этом случае из телевизионного приемника исключается блок переключения телевизионных программ. Ее недостатком является большая протяженность абонентских линий, что приводит к необходимости использования усилителей-корректоров.

Рисунок 1- Система радиального кабельного телевидения

 

Радиальная структура сети КТВ  по конфигурации напоминает телефонную сеть, что позволяет использовать для прокладки телевизионного кабеля существующую телефонную канализацию, а в будущем - создает предпосылки для интеграции этих сетей.

Разновидностью радиальной схемы  построения сети КТВ является многозвенная структура, при которой в линию включаются усилительно-распределительные пункты, обеспечивающие распределение сигналов группе абонентов (в пределах небольшого жилого дома или подъезда).

Наиболее распространенной является древовидная структура КТВ рис. 2 (1 - антенна, 3 - усилители-ответвители, 4 - разветвитель, 5 - абонент). Ее характерной особенностью является, подключение к головной станции магистральных линий распределения сигналов с усилителями-ответвителями, от которых в свою очередь отходят субмагистральные линии, распределяющие сигнал к абонентам через разветвители.

Как путь совершенствования древовидной  сети может рассматриваться гнездовая схема. Ее особенность заключается в том, что к основной головной станции древовидной сети подключаются несколько более простых дополнительных гнездовых станций, каждая из которых представляет собой сеть кабельного телевидения более низкого уровня. Отдельные гнездовые схемы могут располагаться на достаточном удалении от ГС, что препятствует непосредственной передаче сигналов по обычной магистральной кабельной линии. Поэтому сигнал передается по волоконно-оптическому кабелю или с использованием радиорелейной линии.

Рисунок 2 – Древовидная структура кабельного телевидения

За счет оптимизации структуры гнездовой сети можно минимизировать затраты при условии обеспечения заданных заказчиком требований на объем услуг. При рациональном выборе мест размещения дополнительных головных станций существенно сокращается протяженность магистральных и распределительных сетей, число усилителей и других дополнительных элементов. Все это позволяет повысить качество сигнала и сократить расходы на создание сети.

Необходимо  отметить, что как в радиальной, так и в древовидной системе при необходимости создания обратного канала потребуется применение дополнительных технических средств.

 

Основные  элементы сетей кабельного телевидения.

Анализ  структуры построения сетей КТВ  показывает, что в их состав входят следующие элементы: головная станция, усилители (магистральные, усилители-корректоры и др.), ответвители, разветвители, а также линии (магистральные, субмагистральные, абонентские), обеспечивающие соединение составных частей сетей.

Головная станция (ГС) обеспечивает обработку (прием, усиление, преобразование частоты) и распределение сигналов телевизионного и ЧМ-радиовещания, поступающих от приемных антенн, а также сигналов спутникового телевидения. Кроме того, головная станция позволяет формировать местные телевизионные программы. Головная станция в зависимости от ее назначения может включать ряд элементов - антенные и приемные устройства наземного, спутникового, телевизионного и радиовещания, конвертеры, студийное оборудование (видеокамеры, видеомагнитофоны, микрофоны и др.), коммутаторы, а также усилители различного назначения, включая выходные.

В устаревшых станциях использовалось однократное преобразование рабочей частоты, что ограничивает выбор каналов, которые могут использоваться для трансляции телевизионных программ вследствие «поражения» некоторых каналов продуктами преобразования.

В современных станциях используется двукратное преобразование частоты, что снимает ограничения по преобразованию каналов с одной частоты на другую и обеспечивает более высокое качество телевизионных программ за счет низкого уровня комбинационных частот, а также более высокой избирательности по зеркальному каналу и промежуточной частоте. Они являются более совершенными, разработаны на основе современной элементной базы и обеспечивают создание телепрограмм на головной станции КТВ, сервисное обслуживание и др. Полоса частот передаваемых станцией сигналов расширена и составляет от 5 до 300 МГц. Частоты 48...300 МГц используются для передачи телепрограмм и сигналов ЧМ-вещания, причем в полосах частот 110... 174 и 230...300 МГц организованы 16 специальных внутрисистемных телевизионных радиоканалов со стандартной полосой частот 8 МГц. Частоты 5...30 МГц отведены для организации обратных каналов от абонентов к головной станции КТВ.

Если  не удается расположить оборудование ГС поблизости от приемных антенн, то для  сохранения уровня сигнала используются малошумящие усилители, включаемые в тракт между антенной и оборудованием головной станции. Установка таких усилителей также целесообразна в районах с низкой напряженностью поля принимаемых сигналов.

Наряду  с отечественными головными станциями широкое применение нашли в России ГС различных зарубежных фирм.

Современные головные станции производятся фирмами  WISI (Германия), «Терра» (Литва), IRCO (Испания).

Головная  станция фирмы WISI - широкополосная комбинированная ГС, позволяет принимать весь спектр передаваемых телевизионных сигналов (45...2050 МГц) и обеспечить передачу большого числа программ во всем телевизионном диапазоне частот (5...862 МГц). Высокая помехоустойчивость по соседнему каналу (более 60 дБ) позволяет оптимально использовать телевизионный диапазон частот.

Станция имеет модульное построение и  состоит из базового модуля OV50 на 10 каналов, телевизионных модуляторов OV33 VHF/OV35 UHF, конвертера эфирных каналов OV43 VHF/OV45 UHF, приемника-модулятора спутникового телевидения OV53 VHF/OV55 UHF (моно) и OV83 VHF/OV85 UHF (стерео), а также ЧМ усилителя OV22. Станция обеспечивает работу в стандартах D/K, B/G, I. L, М, N, имеет автоматическую установку параметров.

Комбинированная станция фирмы «Терра» обеспечивает трансляцию программ спутникового и наземного телевидения, имеет модульную конструкцию, автоматическую диагностику состояния элементов станции. Станция состоит из приемника-модулятора спутникового телевидения RS10, телевизионного модулятора МТ06 и конвертера телевизионных сигналов СТ06. Диапазон входных частот приемника спутникового телевидения 920...2050 МГц, модулятор и конвертер телевизионных сигналов работают в стандартах D/K и OIRT, обеспечивают трансляцию выходных каналов 1-2/3-5/S1-S8 6-12/S11-S18/S19-S37/S21-41. Благодаря использованию в станции фильтров на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) реализуется высокая селективность каналов.

Конвертеры служат для преобразования частоты сигналов из одного телевизионного канала в другой с целью исключения помех, связанных с просачиванием прямого сигнала наземного телевидения. Конвертеры приемных станций спутникового телевидения преобразуют принимаемые сигналы в стандарты наземного телевидения.

На  входы конвертеров ГС могут быть поданы цифровые спутниковые сигналы. На выходе эти сигналы посредством преобразования переносятся в цифровой поток ASI или аналоговый телевизионный сигнал. Выходные сигналы отдельных конвертеров для исключения их вредного влияния друг на друга объединяются с использованием направленных ответвителей. Объединенные выходные сигналы отдельных конвертеров поступают на вход широкополосного усилителя.

С целью обеспечения надежности головная станция имеет два полных комплекта  аппаратуры (конвертеров, выходных усилителей и др.), причем оба комплекта подключены к питающему напряжению, т.е. используется так называемое «горячее резервирование». Переключение блоков аппаратуры с рабочего на резервный комплект происходит автоматически.

В профессиональной аппаратуре для обеспечения  высокого уровня характеристик используются балансные смесители, гетеродины, стабилизированные по частоте кварцевыми генераторами, фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Абонентские разветвители и усилители служат для распределения сигнала из домовой распределительной линии к абонентам и устанавливаются при вводах в дом и на лестничных площадках. Абонентские разветвители могут выполняться по трем вариантам схемного построения: по мостовым схемам с ферритовыми сердечниками; на основе направленных ответвителей с электромагнитной связью; на резисторах, соединенных по схеме «звезда». За счет изменения параметров трансформаторов (ответвителей, резисторов) изменяется коэффициент передачи сигналов.

В настоящее время наиболее широко используются широкополосные усилители квартирной разводки, которые перекрывают весь рабочий диапазон частот наземного телевидения и в отличие от пассивных разветвителей не имеют потерь сигнала.

Магистральные и субмагистральные усилители. Для компенсации потерь сигнала в кабельных линиях используются широкополосные усилители.

В магистральных и субмагистральных устройствах предусмотрена изменяемая полоса обратного канала за счет применения встраиваемых модулей диплексоров, а также регулировка коэффициента усиления и регулировка наклона АЧХ. Усилители имеют модульную структуру, что позволяет встраивать в их состав корректоры, аттенюаторы, диплексоры и модули обратного канала различных типов. За счет этого их характеристики могут быть адаптированы к параметрам проектируемой кабельной сети.

Конструктивно эти приборы выполнены  в герметичном корпусе и обеспечивают работоспособность в сложных климатических условиях (от -20 до +50 °С).

Магистральные ответвители предназначены для разветвления сигнала в линиях и представляют собой, как правило, мостовые устройства, выполненные на высокочастотных трансформаторах. В ответвителях предусмотрены элементы, позволяющие передавать ток дистанционного питания магистральным усилителям.

Современные магистральные ответвители, выпускаемые фирмой «Терра», обеспечивают работу в диапазоне частот наземного (5...862 МГц) и спутникового (950...2400 МГц) ТВ. Ответвители обладают низкими потерями сигнала, высокой равномерностью частотной характеристики, широким диапазоном рабочих температур (-20...+50 °С).

При проектировании сетей распределения  телевизионного сигнала, особенно протяженных, наиболее важным параметром является величина затухания. Рекомендуется  использовать коаксиальные кабели с минимальным затуханием на верхних частотах 800...860 МГц.

 

2.2 Синтез структурной  схемы

 

Проектирование системы кабельного распределения цифровых каналов  для небольшого населенного пункта основывается на данных технического задания. Синтез функциональной схемы, а в дальнейшем и выбор необходимого оборудования зависит от таких параметров как:

- стандарт выходного цифрового  телевизионного сигнала,

- количество абонентов и удаленность  их от головной станции,

- стандарт входного сигнала  используемого для трансляции  абонентам,

- количество транслируемых телеканалов, от чего зависит состав и сложность головной станции.

Согласно заданию входным сигналом принят цифровой спутниковый стандарта  DVB-S/S2, поэтому в состав формируемой головной станции войдет 8 спутниковых приемников-декодеров согласно количеству каналов.