Расчет и оптимизация уровней сигналов в распределительной сети системы кабельного телевидения

Таблица 1.1. Окончание

11

Учитывая тот факт, что на волоконно-оптические соединительные линии внешние электромагнитные помехи не оказывают никакого влияния, ограничимся рассмотрением СКТ, распределительные сети которых построены на основе коаксиальных кабелей.

1.2. Анализ условий работы оборудования СКТ

Как правило, применяемые в районах со сложными условиями приема СКТ строят по схеме, содержащей антенную установку, оборудование ГС и линейный тракт распределительной сети, выполненный по двухили трехступенчатой схеме. В зависимости от конкретных условий эксплуатации составом оборудования можно варьировать.

В значительной степени качественные показатели всей системы определяют: качество сигналов на выходах антенн, поэтому в СКТ применяют антенны, обладающие необходимым коэффициентом усиления; хорошее согласование с 75-омным коаксиальным кабелем; высокая помехозащищенность. Антенны метрового диапазона, как правило, рассчитаны на работу в полосе одного ТВ канала и бывают одиночными, сдвоенными или счетверенными (типа «волновой канал»), что определяет их категорию сложности [50]. В особо сложных условиях применяют устройства, состоящие из нескольких сфазированных антенн [51, 52].

Несмотря на использование в СКТ весьма эффективных антенн, место их установки приходится определять достаточно тщательно и обычно экспериментальным путем в каждом конкретном случае [5].

С выходов антенн принятые сигналы поступают на входы оборудования ГС, где происходит усиление и выравнивание их уровней, подавление помех, преобразование частот сигналов дециметрового диапазона волн в метровый диапазон, стабилизация выходных уровней, сложение сигналов различных

12

каналов и подача их в общую магистраль. В соответствии с этими функциями на ГС могут использоваться в различных сочетаниях канальные усилители и дециметровые конверторы с автоматической регулировкой усиления (АРУ), пропускающие или заграждающие фильтры, устройства сложения сигналов, генератор пилот-сигнала [53, 54].

При построении систем для работы в условиях сильных электромагнитных полей на ГС, наряду с дециметровыми конверторами, используются конверторы, преобразующие частоты в пределах метрового диапазона волн, что необходимо для исключения помех, возникающих из-за прямых наводок на входы телевизоров и на абонентские кабели. Дело в том, что при подключении телевизора к КРС на его входе присутствуют два сдвинутых во времени сигнала. Один приходит по кабелю, а другой наводится из-за недостаточной экранировки элементов радиочастотного тракта.

Отметим, что даже при транспонировании частот принимаемых сигналов необходимо тщательно экранировать распределительные сети и входные цепи, так как при многопрограммном вещании из-за ограниченного числа каналов метрового диапазона приходится использовать каналы, соседние по отношению к каналам приема. Поскольку создаваемая при этом помеха значительно заметнее по сравнению с помехой в виде левого повтора, эффективность использования конвертирования несколько снижается.

Для создания благоприятных условий работы широкополосных усилителей линейного тракта необходимо выравнивание уровней сигналов различных каналов и их стабилизация на ГС. Постоянство уровней сигналов поддерживается с помощью канальных усилителей или конверторов с АРУ. Стабилизация и выравнивание уровней сигналов – необходимые условия (наряду с избирательностью телевизоров по соседнему каналу в 50–60 дБ и превышением уровней несущих изображения над уровнями несущих звукового сопровождения на

13

15–18 дБ) для обеспечения возможности распределения ТВ сигналов по соседним каналам.

С выхода оборудования ГС сигналы вводят в линейный коаксиальный тракт КРС, в который включены усилители и делители мощности сигналов. Для создания необходимой протяженности линейного тракта с требуемыми качественными показателями сигналов в КРС используют коаксиальные кабели с малым затуханием, высокой однородностью и экранировкой, усилители с высокой линейностью передаточной характеристики, хорошим согласованием с кабелем, низким коэффициентом шума, высокой равномерностью амплитуд- но-частотной характеристики (АЧХ) и ответвители с высокой направленностью и согласованием.

Одно из условий работы линий КРС – это широкий диапазон температур, приводящий к значительному изменению затухания в кабеле. При большой протяженности линий (несколько километров) затухание может меняться настолько значительно, что система без принятия мер по стабилизации уровней оказывается неработоспособной. Поэтому часть магистральных усилителей распределительной сети необходимо снабжать АРУ, компенсирующей изменение затухания сигналов. Для работы АРУ на ГС в распределительную сеть вводят эталонный сигнал, обладающий постоянством амплитуды и частоты. В системах большой протяженности применяют автоматическую регулировку усиления и наклона (АРУ и Н), для чего вводят эталонные сигналы двух частот.

1.3. Анализ технических требований к оборудованию распределительных сетей СКТ

При проектировании кабельных распределительных сетей СКТ особенно тщательно следует подходить к техническому заданию, в котором должны быть отражены все необходимые для проектирования сведения, такие как: электромагнитная

14

обстановка в зоне действия сети, число абонентов, количество каналов, предоставляемые абонентам услуги, технические характеристики оборудования и т. д. [55–57].

При выборе антенного оборудования необходимо учитыватьтакиетехническиехарактеристики,как:коэффициентусиления, ширину диаграммы направленности, уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности (защитное отношение) [58]. Так как антенна является входным устройством, особое внимание следует уделять ее шумовым соотношениям. Для повышения отношения сигнал/шум (ОСШ) на входе ГС целесообразно использовать малошумящие антенные усилители. С повышением частоты принимаемого телевизионного канала все большее влияние оказывает коэффициент шума антенного усилителя, при этом минимальный требуемый уровень сигнала на выходе антенны снижается.

Если антенное оборудование расположено далеко от телецентра, то решающую роль играет максимальное усиление в принимаемых каналах. Если антенное оборудование установлено недалеко от телецентра, то важным фактором являются защитное отношение и ширина диаграммы направленности, которые и определяют уровень мешающих отраженных сигналов.

Для повышения качества приема в СКТ необходимо применять канальные антенны в метровом диапазоне и полосовые – в дециметровом диапазоне. При использовании спутниковых антенн необходимо знать величину эквивалентной изотропно излученной мощности в точке приема [58].

Технические требования к оборудованию ГС полностью определяются требованиями, предъявляемыми к распределительной сети СКТ. Наиболее важным параметром оборудования ГС является выходное ОСШ, которое, в конечном счете, и определяет емкость (количество абонентов) СКТ.

Технические требования к активному оборудованию определяются уровнем сигнала на его выходе, при котором не-

15

линейные искажения 2-го и 3-го порядка меньше заданной величины. Часто используют понятие приведенного динамического диапазона активного оборудования. Из него вытекает, что для реализации возможно большего ОСШ необходимо использовать активное оборудование с большим уровнем выходного сигнала при минимальном коэффициенте усиления и минимальном коэффициенте шума. Однако необходимо учитывать, что при заданной длине сети применение активного оборудования с малым коэффициентом усиления приводит к увеличению их числа, а следовательно, к удорожанию СКТ. Кроме того, величина приведенного динамического диапазона характеризует количество шумов, вносимых активными устройствами, которые могут быть накоплены по сети.

Важнейший параметр активного оборудования СКТ в условиях работы интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех – радиогерметичность [59]. Согласно международному стандарту EN 50083-2002 внешняя невосприимчивость к электромагнитным полям (радиогерметичность) корпуса активного оборудования СКТ должна удовлетворять значениям, приведенным в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Предельные значения радиогерметичности

Активное оборудование класса А рекомендуется использовать при наличии в зоне их действия очень больших мешающих внешних электромагнитных полей, когда произвести

16

частотное перераспределение транслируемых каналов невозможно. Для увеличения итоговой внешней невосприимчивости к электромагнитным полям необходимо, по возможности, устанавливать активное оборудование не на открытом пространстве, а в зданиях, заземленных металлических шкафах или, что еще лучше, в подземных коммуникациях. В этом случае, за счет дополнительной внешней экранировки, электромагнитная защищенность оборудования будет еще выше.

Одно из важнейших технических требований к пассивному оборудованию сети – линейность их характеристик во всем частотном диапазоне. Это обусловлено тем, что при высокой застройке, характерной для крупных городов, количество пассивного оборудования после последнего усилителя составляет от 6 до 12. Следовательно, если пассивное оборудование имеет невысокую линейность, то необходимо проводить расчет сети на различных частотах, что приводит к значительному удорожанию проектных работ. Кроме того, следует учитывать возможность работы пассивного оборудования по обратному каналу. Специфическая особенность пассивного оборудования распределительных сетей – требование гальванической развязки всех входов и выходов. Невыполнение этого требования может привести к выходу из строя целых участков КРС.

В зависимости от значения затухания несогласованности активные и пассивные элементы КРС делятся на категории (табл. 1.3 и 1.4) [14].

При выборе типа магистрального кабеля для его прокладки в сложной электромагнитной обстановке необходимо в первую очередь обратить внимание на степень его экранирования. Особенно важен этот параметр, когда уровни электромагнитных помех очень велики, что особенно характерно для крупных городов. Степень экранирования коаксиальных кабелей в этих условиях для распределительных сетей СКТ должна быть не менее 85–90 дБ. Для коаксиальных кабелей, применяемых для внутриквартирной разводки, – не менее

17

Таблица 1.3

Категории элементов линейной сети

Таблица 1.4

Нормы на затухание несогласованности

75–80 дБ. Для магистральных кабелей степень экранирования должна быть не менее 100 дБ. Всякое сочленение кабеля с помощью кабельных насадок с целью его удлинения необходимо полностью исключить, особенно при воздушной прокладке.

18

Согласно стандарту ГОСТ 52023-2003 нормируемые параметры КРС должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.5 [14].

Таблица 1.5

Нормируемые параметры КРС

1.Прямое направление

1.1.Уровни напряжения радиосигналов изображения в полосе частот распределения радиосигналов, дБ (мкВ):

19

Таблица 1.5. Продолжение

20