Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

сетях современных СКТВ в основном применяются коаксиальные кабели. Однако в разрабатываемых СКТВ планируется широкое использование оптических кабелей, т.е. волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Предполагается создание как комбинированных, так и полностью волоконно-оптических СКТВ. В комбинированных СКТВ в качестве магистральных кабелей используются ВОЛС, а домовая распределительная сеть выполняется на коаксиальном кабеле.

В современных СКТВ в основном применяется аналоговый способ передачи ТВ сигналов, так как при длине распределительной сети в пределах нескольких десятков километров обеспечивается достаточная помехоустойчивость систем благодаря достаточно высокой помехозащищенности как коаксиального кабеля, так и ВОЛС.

Способы построения систем кабельного телевидения на коак-

сиальном кабеле. Большинство современных СКТВ имеет в основном древовидную схему распределительной сети. Обобщенная функциональная схема подобных СКТВ приведена на рис. 9.3. На ГС 1, представляющей собой центральное оборудование системы, осуществляется преобразование по частоте ТВ сигналов разных программ. С помощью разветвителя на несколько направлений2 от ГС отходят несколько магистральных линий 3, состоящих из однотипных кабельных участков, магистральных усилителей (УМ), магистральных ответвителей 5. От магистральных линий отходят субмагистральные линии 6, содержащие однотипные кабельные участки, субмагистральные усилители 7, направленные ответвители 8. Наконец, от субмагист-

ральных линий ответвляются кабели домовой распределительной сети (ДРС) 9, содержащей домовые усилители10 и пассивные направленные ответвители 11, с помощью которых осуществляется подключение абонентских розеток 12.

Для распределения радиосигналов вещательных ТВ программ в кабельных распределительных сетях современных СКТВ допускается, наряду с радиоканалами в1–3 диапазонах частот, дополнительное использование частотных диапазонов110…174 и 230…300 МГц.

В данных полосах частот, не применяемых для эфирного ТВ вещания, предусмотрена организация 16 специальных радиоканалов для распределения ТВ сигналов со следующим частотным распределени-

ем: СК-1 110…118 МГц; СК-2 118…126 МГц; СК-3 126…134 МГц; СК-4 134…142 МГц; СК-5 142…150 МГц; СК-6 150…158 МГц; СК-7 158…166 МГц; СК-8 166…174 МГц; СК-11 230…238 МГц; СК-12 238…246 МГц; СК-13 246…254 МГц; СК-14 254…262 МГц; СК-15 262…270 МГц; СК-16 270…278 МГц; СК-17 278…286 МГц; СК-18 286…294 МГц. Для приема ТВ сигналов, передаваемых в специальных радиоканалах, перед входами стандартных телевизоров необходима установка частотных преобразователей, т.е. конверторов.

Рис. 9.3. Структурная схема СКТВ на коаксиальном кабеле

Характерной особенностью подобных современных СКТВ является передача ТВ сигналов преимущественно только в одном направлении от ГС к абонентам. Однако в древовидных СКТВ в принципе можно организовать узкополосные «обратные» каналы в частотном диапазоне, свободном от передачи ТВ сигналов в прямом направлении. Обычно для организации «обратных» каналов используется диапазон частот 5…40 МГц.

Используемое в настоящее время типовое оборудование СКТВ в основном имеет два варианта исполнения – серий «200» и «300».

Комплекс оборудования серии «200» предназначен для создания СКТВ с числом абонентов порядка10 000 и дает возможность распределять до пяти ТВ радиосигналов различных программ в1-м и 3-м частотных диапазонах и радиосигналов ОВЧ ЧМ радиовещания в диапазоне 66…73 МГц.

Оборудование СКТВ серии «300» относится к поколению радио-, телевизионной аппаратуры, выполненной на базе интегральной и микропроцессорной техники [2]. СКТВ серии «300» обеспечивает при-

ем ТВ радиосигналов метрового и дециметрового диапазонов волн (1–4-й частотные диапазоны с конвертированием их в сигналы метрового диапазона волн с последующим распределением по кабельным распределительным сетям различной сложности (от простых – десятки – сотни абонентов, до сложных – двусторонняя распределительная сеть с 20 000 и более абонентов). В СКТВ данного типа предусмотрена возможность сопряжения ГС с приемным оборудованием спутникового ТВ вещания, ВОЛС и РРЛ связи. Диапазон частот прямой передачи расширен до300 МГц. С целью увеличения числа органи-

зуемых каналов аппаратура обеспечивает работу в специальных частотных диапазонах: 110…174 МГц, 230…300 МГц. Обратный канал (5…30 МГц) используется для передачи внутрисистемных сигналов, служебной информации и может быть задействован для организации дополнительных информационных услуг.

Например, за счет использования данного канала абоненты СКТВ смогут дополнительно получить доступ к различным базам данных для обмена цифровой информацией. Возможно подключение абонентов и к различным разветвленным системам сигнализации: пожарной, охранной, экстренного вызова медицинской помощи и т..дНаличие дополнительного обратного канала открывает большие возможности по организации в будущем информационной службы коммунального хозяйства, обеспечивающей автоматическое снятие, передачу и обработку на ЭВМ показаний счетчиков расхода электроэнергии, воды, газа, тепла в жилых домах,сигнализацию о состоянии лифтов, кодовых замков в подъездах и т.д.

В действующих СКТВ максимально возможное число организуемых ТВ радиоканалов соответствует 20 при полосе пропускания распределительной сети от 40 до 230 МГц, 28 – при полосе частот 40…294 МГц.

Однако на практике из-за ограничений на возможность совместного усиления и передачи ТВ сигналов ввиду недостаточной избирательности телевизоров по соседним каналам максимально возможное количество используемых радиоканалов снижается более чем в2 раза, т.е. приходится чередовать «рабочие» и «нерабочие» каналы.

В последние годы в ряде стран интенсивно разрабатываются и уже эксплуатируются СКТВ нового поколения, позволяющие распределять ТВ сигналы не только в диапазоне метровых волн, но и в диапазоне ДЦВ. Новейшее поколение аппаратуры СКТВ использует в распределительной сети рабочие частоты в интервале5…600 МГц (с учетом обратного канала). Примером подобных СКТВ является отечественная система КТ-600, позволяющая организовать до 60 ТВ радиоканалов [3].

Конструктивные особенности систем кабельного телевидения на основе волоконно-оптического кабеля. По распределительной сети СКТВ, выполненной с использованием ВОЛС, ТВ сигналы могут

передаваться способами частотного уплотнения. Частотное уплотнение ВОЛС возможно либо с помощью набора несущих частот с модуляцией каждой несущей частоты своим ТВ сигналом, либо посредством формирования полного многоканального сигнала с частотноуплотненными каналами на относительно низких частотах с последующим переносом уже сформированного сигнала на оптическую несущую. Однако первый из названных способов в настоящее время в оптическом диапазоне практически не может быть реализован из-за отсутствия необходимого набора оптических генераторов и фильтров разделения каналов; для реализации второго способа требуются широкополосные ВОЛС на одномодовых ОВ.

Чрезвычайно малые размеры поперечного сечения и масса ОВ делают выгодным использование пространственного уплотнения ТВ сигналов (ТВ сигналу каждой программы отводится свое ОВ в ВОЛС). Целесообразность применения этого метода объясняется еще и тем, что требуемая ширина полосы частот каждого из каналов, организованных на одиночном ОВ, относительно невелика (порядка 6…8 МГц)

и ее легко реализовать не только на градиентных, но даже на ступенчатых волокнах. В данном случае по каждому ОВ рассматриваемой ВОЛС СКТВ предполагается передавать аналоговый ТВ сигнал, сигнал звукового сопровождения ЧМ поднесущей, расположенной за пределами видеоспектра, и служебный цифровой сигнал(для передачи данных) на второй поднесущей, расположенной еще выше по шкале частот. При использовании принципа пространственного -уп лотнения суммарный сигнал, включающий в себя ТВ, звуковой и служебный сигналы, модулирует оптическую несущую, которая может быть одинаковой для всех ОВ кабеля. В будущем при переходе на ОВ

с лучшими показателями по затуханию и широкополосности для уменьшения количества ОВ в ВОЛС при передаче ТВ сигналов большого числа различных программ станет целесообразным формирование для каждого ОВ многоканального сигнала с частотно-уплот- ненными ТВ сигналами нескольких программ.

Возможная функциональная схема СКТВ, использующей ВОЛС с пространственным разделением ТВ сигналов, реализующей принцип обратной связи от абонентов (режим интерактивности), приведена на рис. 9.4. В состав данной СКТВ входят ГС1, содержащая устройства приема, преобразования и усиления ТВ сигналов вещательных программ 2, видеомагнитофон 3, телекинодатчик 4, ТВ синтезатор знаков 5, блок приема, обработки ТВ сигналов, принимаемых непосредственно от абонентов с целью их передачи другим абонентам6, мини-ЭВМ 7, которая управляет работой всех СКТВ; передающие оптические устройства 8 на базе лазерных диодов, приемное оптическое устройство 9, содержащее фотодиод; распределительная сеть, состоящая

из магистральных ВОЛС10 с магистральными разветвителями11, субмагистральных ВОЛС 12 с направленными ответвителями 13 абонентских линий; видеокоммутаторы 14, имеющие на входах и выходах приемные 15 и передающие 16 оптические устройства, включающие в себя электронный коммутатор ТВ сигналов17, управляющую микроЭВМ 18; абонентское оборудование 19, которое состоит из блока оптических соединений 20, приемного 21 и передающего 22 оптических устройств, оконечного управляющего устройства 23, ТВ приемника 24, передающей камеры 25 и клавиатурного устройства 26.

На ГС от приемных антенн или по специальным линиям связи поступают ТВ сигналы различных программ, а также ТВ сигналы от абонентов. Кроме того, ряд программ может формироваться непосредственно самой ГС, например, с помощью видеомагнитофона, телекинодатчика, ТВ синтезатора знаков. Магистральные и субмагистральные ВОЛС должны соединить несколько десятков ОВ, которые используются в основном для передачи ТВ информации от ГС к абонентам, однако часть волокон предназначается для передачи видеоинформации от абонентов к ГС. Видеокоммутаторы служат для подключения абонентского оборудования к соответствующему ОВ субмагистральной ВОЛС с целью выбора требуемой ТВ программы. Микро-ЭВМ видеокоммутатора связана как с мини-ЭВМ ГС, так и с клавиатурными и оконечными управляющими устройствами, находящимися непосредственно у абонентов, и станциями для подачи команд на выбор ТВ программ. Микро-ЭВМ управляет подачей абоненту ТВ сигнала выбранной программы по команде, поступающей от абонента, а также передачей видеоинформации, формируемой у абонентов, в ГС. От видеокоммутатора через блок оптических соединений отходят абонентские линии, содержащие два ОВ. По одному ОВ передается ТВ сигнал выбранной программы, по другому – ТВ информация от абонентов в видеокоммутаторы.

Недостатками такой схемы построения СКТВ на ВОЛС являются необходимость использования электронных коммутаторов для подключения абонентских отводов к тому ОВ, по которому передается ТВ сигнал выбранной программы, а также техническая сложность осуществления большого количества разветвлений и отводов ТВ сигналов от ОВ.

Основные сведения о компонентах волоконно-оптических систем передачи. Важнейшими компонентами волоконно-оптичес- ких систем передачи являются источники и приемники оптического излучения.

В системах связи по ВОЛС широко применяются источники излучения двух видов: светоизлучающие (СИД) и лазерные (ЛД) диоды. Как в СИД, так и в ЛД генерация света обусловлена рекомбинацией электронов и дырок в полупроводниках, результатом которой является образование фотонов. Для СИД и ЛД характерна прямая модуля-

использовании типовых ОВ hв для СИД

составляет (1–5)×10–3, а для ЛД 0,2–0,5. СИД уступают также и по величине максимально допустимой частоты модуляции. Поэтому в широкополосных системах связи, рассчитываемых на максимально допустимые расстояния между промежуточными усилительными пунктами, применяются исключительно ЛД. В системах передачи на короткие расстояния (десятки и сотни метров), когда затухание ОВ невелико, целесообразно применение СИД.

Прогресс в развитии СИД связан с появлением конструкций, в которых осуществляется усиление спонтанного излучения без обратной связи. Подобные СИД называются люминесцентными. Они занимают по параметрам промежуточное значение между ЛД и поверхностными СИД. Спектр излучения суперлюминесцентных СИД сплошной, так же, как и у поверхностных, однако значительно уже¢ (3…5 нм). Диаграмма направленности излучения более узкая, чем у поверхностных СИД. Эффективность ввода суперлюминесцентных СИД в многомодовые волокна выше, чем у поверхностных. Мощность излучения лежит в пределах 1…10 мВт, мощность, вводимая в многомодовый световод, составляет 0,1…1 мВт.

Значительные перспективы использования в системах связи по ВОЛС имеют волоконные лазеры.

В качестве оптических передатчиков в СКТВ целесообразно использовать серийные передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), которые предназначены для передачи по ВОЛС цифровых сигналов.

ПОМ состоит из оптической головки и электронной схемы, основным назначением которой является модуляция излучаемого света. В оптической головке с СИД должны находиться полупроводниковый лазер, модулятор, фотодиод и специальная электрическая схема, с помощью которой стабилизируется режим работы ЛД. Необходимые для стабилизации данные поступают на вход схемы от фотодиода,

Глава 9. Системы телевизионного вещания

регистрирующего интенсивность излучения ЛД.

На рис. 9.6 приведена принципиальная схема простейшего ПОМ с СИД[5]. В данном случае модулятор представляет собой микроэлектронную схему– преобразователь «напряжение – код», управляющую током накачки I н в цепи питания светодиода.

Преобразование оптической мощности

на ВОЛС наиболее широкое распространение, несмотря на то, что они требуют источник высокого напряжения(около 220 В) для получения необходимого напряжения смещения),а также устройства автоматической регулировки для стабилизации величины лавинного усиления и устранения влияния температуры. При передаче по ВОЛС цифровой информации, которая допускает малое отношение сигнал– шум, применяются только ЛФД. P-i-n фотодиоды имеют худшие значения основных параметров по сравнению с ЛФД, но они относительно дешевы.

Серийный приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ) представляет собой собранное в общем корпусе устройство, состоящее из фотодетектора (p-i-n фотодиода или ЛФД) и малошумящего предварительного усилителя. На рис. 9.7 приведены принципиальные схемы ПРОМ двух типов– модуля с подключением фотодетектора к усилителю (схема «прямой линии») и модуля с трансимпедансным

Рис. 9.7. Принципиальные схемы приемных оптических модулей:

а – с интегрирующим усилителем; б – с трансимпедансным усилителем

модулированной ТВ сигналом. В зависимости от типа используемого фотодиода (ЛФД, p-i-n типа) и значения поднесущей, на которой осуществляется передача ТВ сигнала, на выходах демодуляторов обеспечивается отношение сигнал–шум, равное 35…55 дБ. Причем величина yш может быть дополнительно увеличена на4…9 дБ за счет специальной обработки ТВ сигнала, например с помощью блока адаптивной фильтрации (БАФ) 7. Работа БАФ основана на анализе спектра демодулированного ТВ сигнала и коммутации частотноограничивающих ФНЧ с частотами среза, соответственно равными 2 и 6 МГц.

Особенности модуляции и демодуляции телевизионных сигналов, передаваемых по волоконно-оптическим линиям связи. В

современных ВОСП ТВ сигналы могут передаваться как в цифровой, так и в аналоговой форме. Цифровой способ передачи требует ана- лого-цифрового и цифроаналогового преобразований и значительно более широкой полосы пропускания(более 100 МГц на один ТВ сигнал). В настоящее время цифровой способ практически может быть применен только на магистральных линиях распределительной сети.

Непосредственная модуляция мощности оптического излучения или модуляции интенсивности представляет собой наиболее простой

вреализации способ передачи при использовании полупроводниковых оптических излучателей. Однако при передаче ТВ сигналов по ВОЛС методом непосредственной модуляции оптической несущей по интенсивности трудно обеспечить низкий уровень нелинейных искажений (менее 2 %) ТВ сигнала при большом(более 50 дБ) отношении сиг- нал–шум, которое, в первую очередь, зависит от глубины модуляции. С ростом глубины модуляции возрастают и нелинейные искажения.

Способом модуляции, обеспечивающим эффективное использование частотного спектра, является амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой(АМ-ЧПБ). При таком способе модуляции сигналы представлены в виде, в котором они обрабатываются абонентскими телевизорами без каких-либо дополнительных устройств.

ЧМ несущей с последующей модуляцией мощности оптического излучения обеспечивает повышение отношения сигнал– шум по сравнению с АМ, но требует более сложной аппаратуры (ЧМ модуляторов и демодуляторов). При этом снижаются требования к линейности мо-

дуляционной характеристики, благодаря чему может допускаться бóльшая глубина модуляции, чем при АМ, а следовательно, увеличиваться предельная дальность передачи. Системы с ЧМ ТВ сигналов

восновном применяются на магистральных линиях. В распределительных сетях СКТВ системы передачи с ЧМ ТВ сигналов использовать нецелесообразно из-за их сложности. В этом случае абонентские телевизоры дополнительно оборудуются специальными селекторами ЧМ сигналов, осуществляющими демодуляцию, т.е. преобразование