13.3. Кабельное телевидение

Повышению качества ТВ вещания и расширению основных видов услуг призвано служить кабельное телевидение, в котором прием и распределение сигналов ТВ программ к большому числу абонентов осуществляется по кабельным линиям связи (рис. 13.8).

Рис.13.8. Структурная схема кабельного телевидения

На телевизионный узел (головную станцию) поступают сигналы разных ТВ программ, обрабатываются, преобразуются по частоте и усиливаются, В одном из вариантов систем кабельного телевидения (КТВ) используется так называемый древовидный принцип построения распределительной сети, которая содержит широкополосные магистральные кабели, магистральные усилители (в зависимости от протяженности их может быть несколько десятков) и разветвительные устройства для подключения домовых распределительных сетей. Последние состоят из усилителей и распределительных устройств, к которым подключаются абонентские отводы.

Кабельное телевидение наилучшим образом сможет удовлетворить потребности в средствах связи и способствовать наиболее полному использованию достижений в области электросвязи. Предполагается создать комплексные системы массового обслуживания населения всеми видами связи: телевидение и радиовещательные программы, телефон и видеотелефон, телеграф и фототелеграф, почтовая корреспонденция (электронная почта), газета и журналы, доступ в библиотеку и услуги вычислительных центров.

Для приема почтовой корреспонденции, включая газеты, журналы и библиотечную информацию, абонент должен иметь электронное буквопечатающее устройство.

Кабельное телевидение обеспечивает двухстороннюю связь: обмен информацией между телезрителями и ТВ станцией. Система КТВ позволяет передавать множество отдельных кадров изображения, например, стоп-кадры фрагментов: газет, журналов книг из библиотеки фотографии, справки из энциклопедии, справочников, адресной книги, расчеты и инструкции с ЭВМ, прогнозы погоды, каталоги и образцы товаров, результаты соревнований, местные объявления и др. Интересующую информацию абонент может задокументировать на бумаге или на магнитной ленте. В режиме выполнения числовых расчетов абонент дистанционно вводит в ЭВМ исходные данные и получает ответ на экране телевизора. Появится возможность заказа товаров по каталогам и образцам, демонстрируемых по телевидению.

13.3.1. Классификация систем кабельного телевидения

Системы кабельного телевидения можно классифицировать по числу абонентов, видам и протяженности распределительных линий, источникам ТВ сигналов, числу программ и по другим пара­метрам.

В зависимости от сложности, протяженности и количества абонентов распределительной сети КТВ условно подразделяются на четыре категории [15].

К первой категории относят простые распределительные сети, в которых число абонентов не превышает 100. Такая сеть обеспечивает распределение ТВ сигналов в многоэтажном жилом доме или группе близко расположенных жилых домов. Простая распределительная сеть состоит из распределительной (магист­ральной) линии, магистрального ответвителя, обеспечивающего согласование при распределении сигнала между абонентскими линиями, абонентских распределительных устройств, расположен­ных на лестничной клетке каждого этажа здания, и абонентских линий, передающих сигнал потребителям. Для компенсации по­терь сигнала в сетях первой категории может использоваться ши­рокополосный телевизионный усилитель.

В сетях второй категории число абонентов может достигать 1000. Их применяют в больших жилых и общественных зданиях, а также в группе близко расположенных зданий. В таких сетях могут использоваться два последовательно включенных усилителя, обес­печивающие требуемый уровень сигнала на входе ТВ приемников.

В распределительных сетях третьей категории число або­нентов может достигать 10 000. Это крупные распределительные системы коллективного приема кабельного телевидения, что дос­таточно для обслуживания целого микрорайона. Системы третьей категории характеризуются трехступенчатой распределительной сетью. В таких системах могут использоваться пилотное регулиро­вание уровня, передача внутрисистемных сигналов, а также двунаправленная передача.

К четвертой категории относятся распределительные сети с числом абонентов, превышающим 10 000. Такие структуры обра­зуются при объединении сетей КТВ нескольких микрорайонов.

В зависимости от технического оснащения в сети КТВ может транслироваться различное число ТВ программ.

В сетях первой и второй категории обычно транслируются только программы наземного телевидения. Ввиду относительно небольшого количества абонентов включение в состав таких сетей станций приема спутникового телевидения пока является нерента­бельным. Число транслируемых программ ограничивается техни­ческими возможностями головной станции.

Абоненты сетей третьей и четвертой категории наряду с про­граммами наземного телевидения, как правило, имеют возможность принимать программы местных новостей, справочные, спортивные и учебные программы. Учитывая достаточно большое число або­нентов, в таких сетях становится рентабельным организация веща­ния программ спутникового ТВ на коммерческой основе.

В зависимости от протяженности распределительных линий и числа абонентов для передачи сигналов используются коакси­альные кабели и волоконно-оптические линии. Преимущество во­локонно-оптических линий (ВОЛ) по сравнению с коаксиальными кабелями заключается в возможности передачи сигналов с малыми потерями и в широкой полосе частот. В то же время по эконо­мическим соображениям применение ВОЛ может быть целесооб­разным лишь при достаточно большом числе абонентов.

Основными элементами сети КТВ являются: приемные ТВ антенны, антенные усилители, головные станции (ГС), а также распределительные сети, включающие кабельные магистральные и распределительные линии, магистральные усилители, ответвители, домовые распределительные сети. Головные станции в свою очередь включают: усилители, конвертеры, сумматоры, направ­ленные ответвители и другие элементы.

Современные сети КТВ обычно оснащены устройствами ав­томатического поддержания стабильности параметров сигнала, передаваемого по распределительной сети, а также кодирующими (декодирующими) устройствами и системами автоматического ре­зервирования основных элементов.

Число ТВ программ зависит от видов источников сигналов и в случае приема только сигналов наземного телевидения, как правило, не превышает 10-20. Если в составе головной станции имеется спут­никовый приемник, то число транслируемых каналов может достигать 40-50 и практически ограничивается полосой пропускания кабельной сети, а также техническими возможностями абонентских ТВ приемни­ков. Для сети КТВ с большим количеством абонентов (10 тыс. и бо­лее) в состав головной станции обычно включают небольшую ТВ сту­дию, позволяющую формировать местные программы.

Структура сети КТВ определяется как расположением голов­ной станции и абонентов, так и необходимостью выполнения до­полнительных функций, например, обеспечения обратных каналов и сервисных услуг, в том числе подключения к сети Интернет и др.

Для сети, основным назначением которой является прием сигналов наземного ТВ и их распределение абонентам, приемные антенные системы и аппаратуру головной станции стараются раз­местить на одном из наиболее высоких зданий из входящих в сис­тему и находящемся, по возможности, ближе к центру «тяжести» распределения абонентов. При этом также учитывается наличие мешающих эхо-сигналов, подземных коммуникаций, связывающих данное здание с другими зданиями сети КТВ, возможность даль­нейшего расширения кабельной сети и объединения нескольких систем в одну более крупную.

Необходимость обеспечения дополнительных требований – подключения к системе Интернет, реализации обратных каналов связи – также оказывает влияние на структуру сети КТВ.

В современных сетях КТВ используются структуры трех ви­дов: радиальные, древовидные и кольцевые.

Основными требованиями, предъявляемыми к различным вариантам сетей КТВ, является минимально возможное ослабле­ние и искажение ТВ сигналов при их передаче абонентам, наи­меньшая стоимость создания и эксплуатации сети, а также воз­можность ее дальнейшего расширения.

К числу дополнительных требований могут быть отнесены следующие: подключение к сети Интернет, обратные каналы связи (интерактивное телевидение) и др. Наибольшие возможности по реализации дополнительных функций представляют системы кольцевого типа.

Структура сети КТВ прежде всего зависит от количества або­нентов и ее протяженности. При небольшом числе абонентов (сеть низшей категории) наиболее часто используются системы ради­ального типа. Структура такой сети приведена на рис 13.9.

В схеме радиального типа абонентские линии соединяют ка­ждого абонента непосредственно с головной станцией, а сигналы ТВ каналов различаются по частоте.

Рис.13.9. Системы кабельного телевидения радиального типа:

1 – усилители-корректоры; 2 – абоненты

Первые сети КТВ, построенные по радиальной схеме, по­зволяли организовать до 12 телевизионных каналов для передачи широковещательных программ, а также местных новостей, учеб­ных и спортивных передач и т.д.

Радиальная структура сети КТВ по конфигурации напомина­ет телефонную сеть, что позволяет использовать для прокладки ТВ 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 его подъезда).

Наиболее распространенной является древовидная струк­тура КТВ (рис. 13.10). 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.

Рис. 13.10. Система кабельного телевидения древовидного типа:

1,2– приемные антенны наземного и спутникового телевидения; 3 – головная станция; 4 – усилители-ответвители; 5 – распределительные линии; 6 – разветвители; 7 – магистральные линии; 8 – абоненты

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 ТВ 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.

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.

Организацию двустороннего обмена информацией без до­полнительных технических средств могут обеспечить структуры кольцевого типа. Магистральная линия при этом прокладывается по кольцевой трассе, т.е. вход и выход магистрали заводят на узел коммутации (рис.13.11). Это позволяет передавать прямой и обрат­ный сигнал по магистрали по одним и тем же каналам в одну сто­рону. Пассивные (принимающие) и активные (передающие) або­нентские отводы подключаются через ответвители к магистрали или включаются в концентраторы, располагающиеся на кольцевой магистрали.

Построение системы по кольцевой схеме расширяет ее воз­можности, так как одни и те же каналы используются в прямом и обратном направлении. В случае применения в системе дополни­тельного кабеля, появляется возможность по одному кабелю пе­редавать информацию в прямом направлении, а по второму пере­давать в обратном направлении не только узкополосные, но и ши­рокополосные сигналы.

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

Рис13.11. Система кабельного телевидения кольцевого типа:

1, 2 приемные антенны наземного и спутникового телевидения; 3 – головная станция; 4, 5 – входящие и исходящие линии связи; 6 – разветвители; 7 – усилители-корректоры; 8 – концентраторы; 9 – абонентские отводы; 10 – абоненты; 11 – кольцевая магистраль

Головная станция обеспечивает обработку (прием, усиле­ние, преобразование частоты) и распределение сигналов веща­тельного ТВ и ЧМ радиовещания, поступающих от приемных ан­тенн, а также сигналов спутникового телевидения. Кроме того, го­ловная станция позволяет формировать местные ТВ программы.

Первые отечественные ГС серий 100 и 200 обеспечивали прием не более пяти ТВ программ, а также сигналов ЧМ радиове­щания в диапазоне частот 66. ..74 МГц. Станция серии 100 предназначена для работы в сети КТВ с числом абонентов до 3000. В этих станциях использовалось однократное преобразова­ние рабочей частоты, что ограничивает выбор каналов, которые могут использоваться для трансляции ТВ программ вследствие «поражения» некоторых каналов продуктами преобразования.

Головная станция серии 200 относится ко второму поколе­нию и предназначена для работы в сетях КТВ, обслуживающих до 10 тыс. абонентов. В этой станции используется двукратное пре­образование частоты, что снимает ограничения по преобразова­нию каналов с одной частоты на другую и обеспечивает более вы­сокое, чем в ГС серии 100 качество ТВ программ за счет низкого уровня комбинационных частот, а так же более высокой избира­тельности по зеркальному каналу и промежуточной частоте. Диа­пазон рабочих частот станций серий 100 и 200 соответствует 1-3 ТВ диапазонам (48,5...229,75 МГц).

Головные станции серии 300 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 ТВ 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.

Системы кабельного телевидения появились как способ повышения качества изображения. Поэтому требования к параметрам качества программ являются определяющими при проектировании сетей кабельного телевидения. Более подробную информацию о кабельном телевидении читатель найдет в работе [25].

Таким образом, кабельное телевидение играет весьма важную роль в сфере обслуживания населения всеми видами связи, экономя время и материальные ценности, создавая комфорт и уют для каждой семьи.