Расчет и оптимизация уровней сигналов в распределительной сети системы кабельного телевидения

терь R, связанным с коэффициентом отражения |Г|, коэффициентом стоячей волны по напряжению КстU и коэффициен-

В табл. 5.1 приведены сравнительные характеристики различных коэффициентов согласования согласно (5.4) [67, 88].

Частотный ход затухания эквалайзера должен быть согласован под конкретный тип кабеля. Глубина эквалайзирования

Частотный ход затухания эквалайзера, предназначенного для конкретного типа кабеля, вычисляется через величину ра-

Именно под данный частотный закон изменения затухания всегда стремятся изготовить кабельный эквалайзер.

Эквалайзеры выпускаются двух типов: фиксированные (встраиваемые) и переменные (регулируемые). В эксплуатации переменные эквалайзеры более удобны, однако они менее

121

надежны, значительно менее согласованы и обладают значительно худшей линейностью (сопряженностью с любым кабелем). Переменный эквалайзер имеет в своем составе регулируемый аттенюатор, конструктивное исполнение которого принципиально не позволяет реализовать качественные параметры регулирования в столь широком диапазоне частот. В лучшем случае переменные эквалайзеры обладают линейностью ±1,0 дБ. Типовые же значения 1,5–2,0 дБ. Фиксированные эквалайзеры исполняются методом поверхностного монтажа с применением миниатюрных ЧИП-резисторов повышенной точности (не хуже ±0,25 дБ при отклонении от линейного закона не более ±0,2 дБ).

Необходимо учитывать и условия эксплуатации эквалайзеров при температурных воздействиях. Для компенсации амплитудных изменений предназначена АРУ, а для компенсации наклонов АЧХ – АРУН, работающая по двум пилот-частотам. Сейчас появились пассивные АРУ и даже АРУН, представляющие собой термозависимые аттенюаторы и эквалайзеры.

К менее значимому параметру эквалайзера относятся начальные потери. В основном они зависят от качества согласования эквалайзера (см. табл. 5.1) и добротностей используемых реактивных элементов. Типовые начальные потери эквалайзеров, как правило, не превышают 1,0–1,5 дБ.

Неравномерность АЧХ связана, прежде всего, с типом используемого реактивного столбика (в переменных эквалайзерах). Как уже отмечалось, конструктивные особенности переменного аттенюатора ограничивают его предельно достижимые параметры. Более того, следует отметить такую особенность, как непреднамеренный скачок в эквалайзировании на его начальном участке регулирования. Обычно величина такой «ступеньки» составляет 10% от максимального значения эквалайзирования. Такая особенность также обусловлена конструктивными особенностями переменного аттенюатора.

122

В значительной степени качество эквалайзера характеризует коэффициент возвратных потерь. Типовое значение коэффициента возвратных потерь переменных эквалайзеров во всем диапазоне регулирования составляет 10 дБ. Согласно [102], это относится к классу D.

Глубина эквалайзирования зависит от диапазона регулирования используемого переменного аттенюатора. Как правило, выпускаемые резистивные столбики имеют ряд 10, 15 и 20 дБ. Гарантированный диапазон регулирования будет всегда меньше за счет неиспользуемого низкочастотного диапазона регулирования и начальных потерь. Кроме того, и сам регулируемый аттенюатор имеет технологический разброс в ±2 дБ.

Самый значимый параметр эквалайзера – отклонение от линейного закона эквалайзирования. У эквалайзеров разных фирм такое отклонение может достигать 2 дБ [93]. Фактически это означает, что неравномерность АЧХ при каскадировании, например, усилителей будет накапливаться. Вследствие предельного значения неравномерности АЧХ, регламентируемого типом системы, число каскадно устанавливаемых изделий резко ограничивается и обычно не превышает 3 – 4 изделий.

К эксплуатационным параметрам также относятся надежность и стабильность параметров.

Пример технических параметров кабельных эквалайзеров отечественного производства дан в табл. 5.2 [11].

Таблица 5.2

Технические параметры кабельных эквалайзеров

123

Таблица 5.2. Окончание

* Реверсный канал с верхней частотой 862 МГц только в ЭЛМ-862, ЭАМ-862 ** Под заказ могут быть выполнены эквалайзеры до 450 – 606 МГц

Маркировка частотных корректоров. Первые три символа определяют тип эквалайзера: ЭЛМ – эквалайзер линейный магистральный, ЭАМ – эквалайзер абонентский малогабаритный. Следующие три цифры указывают на рабочий диапазон частот (например: 862 – 862 МГц). Последняя буква П указывает на проход по питанию (эта буква может и отсутствовать).

124

5.5. Расчет энергетического выигрыша от глубины эквалайзирования

Как было показано выше, кабельный эквалайзер представляет собой не что иное, как частотно-зависимый аттенюатор, снижающий суммарную мощность, поступающую на вход выходного каскада (рис. 5.22).

Рис. 5.22. Структурная схема, поясняющая принцип эквалайзирования

За счет снижения входной мощности улучшаются показатели по СТВ и CSO или, что эквивалентно, допустимо увеличение уровня входного (следовательно, и выходного) сигнала.

На рис. 5.23 приведено амплитудное распределение сигналов в реальном масштабе частоты для 42 каналов, согласно CENELEC.

125

Согласно (5.7), амплитуда сигнала на любой частоте может быть найдена через входное напряжение Uвх и заданную

Используя формулы (5.8), (5.10), можно построить графики зависимости энергетического выигрыша U (в дБ) от используемого частотного растра и вводимого эквалайзирования при любой расстановке частот (рис. 5.24).

126

В табл. 5.3 даны результаты энергетического выигрыша U в зависимости от величины устанавливаемого эквалайзи-

рования Аэ для разных стандартов измерения [89].

Таблица 5.3

Результаты энергетического выигрыша для разных стандартов измерения

Под энергетическим выигрышем понимается разность между входной и выходной суммарными мощностями (или напряжениями), выраженными в децибельном исчислении (например, дБВт или дБмкВ).

На практике при выборе магистрального или домового усилителя СКТ в первую очередь обращают внимание на максимальный уровень выходного сигнала, при котором формируются искажения по заданному критерию, обычно это 60 дБ. Выбор усилителя для СКТ по критерию максимального выходного уровня является определяющим. В основном именно этот параметр интересует операторов СКТ и определяет ценовую политику усилителя. Однако на усилители от разных фирм-производителей приводится разное число каналов при разных уровнях эквалайзирования и разных системах цветности. Для того чтобы выбрать тип усилителя по критерию

127

максимального выходного уровня при любом стандарте заявляемых параметров, необходимо осуществить соответствующий перерасчет. Проанализируем методику проведения таких перерасчетов из любой системы в стандарт CENELEC, воспользовавшись результатами исследований, полученных в работе [89].

Для общности рассуждений примем нестандартно заявленные параметры 77 NTSC + N QAM каналов при произвольно введенном эквалайзировании, отличные от 42 каналов CENELEC.

Первоначально найдем максимальные уровни выходных сигналов, соответствующие СТВ = CSO = 60 дБ при нулевом уровне эквалайзирования. С учетом энергетического выигрыша Uс, определяемого по табл. 5.3, согласно справочной сис-

где UCTB c, UCSO с – уровни выходных сигналов усилителя, для которых заявлены справочные значения СТВс и CSOc.

Затем вычислим значения максимальных уровней выходных сигналов, соответствующих 42 каналам (или другому числу каналов, в зависимости от выбранного стандарта сравне-

Здесь К – коэффициент, зависящий от схемотехнических особенностей усилителя. К = 0,5 для традиционных (не балансных) усилителей; К = 0,35–0,42 для балансных (Push – Pull) усилителей и К = 0,28–0,35 для двухбалансных усилителей (Power Doubler) или двухкаскадных балансных усилителей, у которых усилитель, предшествующий выходному каскаду, также выполнен по балансной схеме (на трансфлюкторах); Nc

– справочное число гармонических сигналов, участвующих в испытаниях (59, 77, 110 или иное число); N – число каналов

128

в новом стандарте, относительно которого ведется сравнение; NQAM c – число QAM каналов в справочном стандарте, участвующих в испытаниях; NQAM – число QAM каналов, которое будет участвовать в новой системе.

Если в новой системе отсчета предусмотрено эквалайзирование (стандарт [102] допускает такую возможность), то необходимо сделать перерасчет на величину энергетического

Объединив формулы (5.11)–(5.16), получим конечные выражения для перерасчета максимальных выходных уровней усилителя при переходе из одного стандарта в другой:

Использование тех или иных формул перерасчета вносит определенную погрешность. Рассмотрим основные виды погрешностей в данном способе перерасчета искажений из одного стандарта измерения в другой.

Первый вид погрешности связан с разницей между заявленным типовым и гарантированным значением параметров. Большинство производителей оборудования в погоне за более высокими показателями приводят не гарантированные, а «типовые» параметры, объясняя это технологическими разбросами изготовления усилителей. Как известно, максимальный выходной уровень усилителя в основном зависит от типа используемой выходной микросборки (или гибридных микросхем), причем технологический разброс у них довольно невелик [103]. Типовая разница между заявленным типовым и гарантированным значением составляет 2–3 дБ. Именно этот вид погрешности и является основным.

129

Второй вид погрешности связан с коэффициентом К (см. (5.14) и (5.18)), зависящим от схемотехнических особенностей усилителя. Заметим, что данный вид погрешности сказывается только на искажениях второго порядка, и, кроме того, он невелик по своему значению.

Третий вид погрешности связан с тем фактом, что во всех приводимых выше рассуждениях предполагалось, что предварительные каскады усиления идеальные, т.е. не вносят изменений в суммарные значения СТВ и CSO. На практике это не так. Допустим, что из заявленного значения по СТВ 61 дБ приходится на выходной каскад и 80 дБ – на предварительный каскад (или каскады). При введении межкаскадного эквалайзера или аттенюатора, для поддержания прежнего выходного уровня сигнала на вход первого каскада будет поступать более мощный сигнал (увеличенный на величину энергетического выигрыша). При этом выходной каскад будет работать в прежнем энергетическом режиме (сохраняется уровень входного сигнала и сохраняется СТВ). А вот входной каскад уже будет работать в более нагруженном режиме. Так, при энергетическом выигрыше в 3 дБ СТВ входного каскада понизится на 6 дБ

исоставит уже 74 дБ, в силу чего суммарное СТВ (усилителя) уже составит 59,6 дБ (вместо 60 дБ). При энергетическом вы-

игрыше в 6 дБ суммарное СТВΣ понизится до 57,8 дБ.

Таким образом, данный фактор (неидеальность входных

ипредварительных каскадов усиления) также сказывается на результатах перерасчетов. Есть еще ряд факторов, влияющих на погрешность перерасчетов, однако они значительно менее значимы.

5.6.Влияние кабельных эквалайзеров на АЧХ сетей СКТ

Как известно, АЧХ коэффициента передачи в магистральных сетях имеет большую неравномерность. Это связано с целым рядом причин, к числу которых можно отнести: плохое

130