Расчет и оптимизация уровней сигналов в распределительной сети системы кабельного телевидения

СКТ показал, что наиболее важными параметрами усилительного оборудования СКТ являются максимальный уровень выходного сигнала и приведенный динамический диапазон, характеризующий количество шумов, вносимых усилительным оборудованием, которые могут быть накоплены по магистрали. Применение фиксированного межкаскадного эквалайзирования позволяет значительно повысить энергетический потенциал усилительного оборудования за счет снижения уровней низкочастотных сигналов, подаваемых на вход оконечного каскада.

Рассмотренный механизм накопления шумов по магистрали кабельной распределительной сети СКТ показал, что количество шумов, вносимых активными устройствами, которые могут быть накоплены по магистрали, характеризует величина приведенного динамического диапазона, определяющая итоговую величину ОСШ по магистрали.

Для реализации возможно большего ОСШ по магистрали необходимо выбирать усилители с большим уровнем выходного сигнала при минимальном коэффициенте усиления и минимальном коэффициенте шума. Однако необходимо учитывать, что при заданной длине магистрали применение усилителей с малым коэффициентом усиления приводит к увеличению их числа и, следовательно, удорожанию магистрального оборудования.

Для сохранения по магистрали ОСШ 44–50 дБ при СТВ = 60–66 дБ и Кш = 6–8 дБ усилитель должен обладать оптимальным, с экономической точки зрения, коэффициентом передачи порядка 28–38 дБ. Если предъявляются более жесткие требования по поддержанию ОСШ, то коэффициент передачи не должен превышать 20–27 дБ.

Проанализирован механизм накопления искажений по магистрали кабельной распределительной сети СКТ. Показано, что по мере увеличения протяженности магистральных сетей СКТ происходит накопление не только шумов, но и ис-

51

кажений, которые можно разделить на два класса: линейные и нелинейные. К линейным искажениям относятся групповое время задержки и неравномерность АЧХ. Нелинейные искажения вызваны в основном присутствием в кабельных сетях усилительного оборудования. Их можно разделить на канальные и диапазонные.

Для эффективной борьбы с линейными искажениями используют корректоры АЧХ, позволяющие осуществить плавное выравнивание АЧХ с малыми начальными потерями. Единственный и эффективный способ борьбы с нелинейными искажениями – правильный выбор режима работы усилительного оборудования.

52

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ УРОВНЕЙ СИГНАЛОВ И ПОМЕХ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ СКТ

Основной этап проектирования распределительных сетей кабельного телевидения – расчет уровней напряжений сигналов в распределительной сети. При этом необходимо обеспечить требуемое качество телевизионного сигнала на абонентских устройствах, как правило, в условиях постоянного воздействия различного рода электромагнитных помех.

Как известно, критерием качества телевизионного сигнала в СКТ являются ОСШ и ОСП комбинационных частот третьего порядка в телевизионном канале на любой абонентской розетке [14, 77, 78]. Согласно ГОСТ Р52023-2003 [14], эти соотношения составляют не менее 43 и 54 дБ, соответственно.

Увеличение уровня напряжения на входе, а значит, и на выходе усилителей, входящих в состав СКТ, приводит к увеличению ОСШ. Возрастание же уровня напряжения на выходе усилителей уменьшает ОСП комбинационных частот.

Цель данной главы – разработка методики определения допустимых входных и выходных уровней напряжений усилительного оборудования распределительных сетей СКТ, при которых обеспечивается требуемое ОСШ и ОСП комбинационных частот третьего порядка на выходе абонентской розетки в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.

53

3.1. Расчет уровня напряжения телевизионного сигнала и ОСШ на выходах приемных антенн головной станции

Как известно, в значительной степени показатели работы СКТ зависят от качества принимаемых сигналов, поэтому большое значение имеют параметры используемых приемных антенн. Основное требование, предъявляемое к антеннам,

– высокая помехозащищенность с бокового и заднего направления при необходимом коэффициенте усиления и согласования с 75-омным коаксиальным кабелем.

Данная задача решается с помощью антенн типа «волновой канал». Как правило, в метровом диапазоне волн используются антенны, каждая из которых рассчитана на работу в полосе одного телевизионного канала, что позволяет значительно улучшить помехозащищенность и согласование в рабочей полосе частот. Целесообразность канальных антенн обусловлена также тем, что места их установки обычно приходится определять в процессе изыскания отдельно по каждому каналу.

В дециметровом диапазоне волн, как правило, применяются два варианта антенн типа «волновой канал», работающих соответственно в полосах частот 470–638 МГц и 638–862 МГц. В особо трудных условиях рекомендуется применять сдвоенные антенны. При этом ослабление влияния отраженного сигнала достигается путем формирования диаграммы направленности, в которой угол, соответствующий ее нулевому значению, совпадает с углом прихода отраженного сигнала.

Одним из основных факторов, определяющих состав и параметры используемого оборудования СКТ, является напряженность поля принимаемых сигналов. При выборе места установки антенны необходимо учитывать, что качество изображения в устанавливаемой точке должно быть не менее 4 баллов в соответствии с требованиями ГОСТ Р52023-2003 [14].

54

Для выполнения этого условия необходимо провести изыскания по определению мест установки приемных антенн. При этом следует иметь в виду, что на пространственную диаграмму направленности значительно влияют кровля здания и расположенные в непосредственной близости от антенны надстройки. Влияние кровли можно использовать для уменьшения уровня приема отраженных сигналов. Для высоких зданий с горизонтальной кровлей рекомендуется устанавливать антенны на небольшой высоте от поверхности кровли (примерно 0,5–1,0λ), подальше от края кровли по направлениям прихода отраженных сигналов и ближе к нему по направлению прихода на передающую станцию. В качестве экранов для отраженных сигналов следует использовать лифтовые и другие надстройки.

Над горизонтальной кровлей антенну целесообразно устанавливать на небольшом расстоянии и небольшой высоте в районах, близких к передающей станции. При этом угол возвышения, под которым видна передающая антенна, должен быть больше нескольких градусов. В этих условиях можно получить больший уровень прямого сигнала за счет отражений от участка горизонтальной кровли, расположенного перед антенной, и несколько уменьшить уровень приема отраженных сигналов, приходящих под углами в вертикальной плоскости, близкими к 0° из-за отражения от участка кровли, находящегося в направлении прихода этих сигналов.

При условии прямой видимости напряженность поля в точке установки антенны определяется как:

E0 = 222×103(Pпер Gпер)0,5 R-1, мкВ/м,

где Рпер – мощность передатчика, кВт; Gпер – коэффициент усиления передающей антенны относительно полуволнового вибратора в абсолютных единицах; R – расстояние от передающей антенны до приемной, км.

При определении напряженности полей принимаемых сигналов можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 3.1 [79].

55

Заметим, что при расчетах напряженности поля на расстояниях от передающей антенны примерно до 5 км в метровом диапазоне и до 10 км в дециметровом диапазоне необходимо учитывать уменьшение уровня сигнала, обусловленное характеристикой направленности передающей антенны.

Величина напряженности поля принимаемых сигналов может быть определена экспериментальным путем, по результатам измерений уровней сигналов несущих на выходах приемных антенн:

E0 = Апр.А – 20log(λ/2π) – Gпр.А, дБмкВ/м,

где Апр.А – уровень сигнала несущей изображения на выходе приемной антенны, дБмкВ; λ – длина волны несущей изображения, м; Gпр.А – коэффициент усиления антенны относительно полуволнового вибратора, дБ.

Напряжение на выходе приемной антенны будет определяться [80]:

Uc.A = Eо + 33,57 – 20log(fk) – Gпр.А, дБмкВ, где fk – частота телевизионного канала, МГц.

Эффективная температура шумов приемной телевизионной антенны Ta с учетом тепловых шумов окружающей среды, шумов радиоизлучения Галактики и шумов сопротивления потерь антенны зависит от частоты. Приемная антенна всегда согласована с сопротивлением 75 Ом. Эффективное напряжение шумов антенны на этом сопротивлении (т.е. на входе антенного фидера) может быть найдена, исходя из выражения:

Uш.A = Uш.75 + 10log(ТаТ0-1), дБмкВ,

где Uш.75 = 2,4 дБмкВ – напряжение шумов сопротивления 75 Ом в полосе частот 5,75 МГц телевизионного канала при температуре Т0 = 293°К.

Шумовая температура антенны, в зависимости от диапазона частот, времени года, угла, места и других факторов, изменяется довольно в широких пределах. Для определения ее ориентировочных значений, в конкретных условиях эксплуа-

57

тации, можно воспользоваться графиками, представленными на рис. 3.2 [56].

Т0/Tа/0Т0

120

100

70

50

Рис. 3.2. Зависимость шумовой температуры антенны от диапазона принимаемых частот

ОСШ на входе антенного фидера будет определяться, исходя из выражения:

Ввх.А = Uс.А – Uш.А, дБ.

Минимальный уровень сигналов наземного телевизион-

ного вещания на выходе приемной антенны UА вых.min зависит от требуемого ОСШ и коэффициента шума Кш.АУ антенного уси-

лителя (или усилительного оборудования ГС).

Зависимость UА вых.min от Кш.АУ антенного усилителя при ОСШ В = 54 дБ приведена на рис. 3.3.

58

Минимальный уровень принимаемого сигнала на выходе

приемной антенны UА вых.min, для формирования ОСШ В = 54 дБ при различных значениях коэффициента шума Кш.АУ антен-

ного усилителя (или усилительного оборудования ГС), может быть определен из табл. 3.1 [61].

Необходимо отметить, что данная таблица составлена при условии отсутствия потерь между антенной и входом антенного усилителя или ГС. Для учета этих потерь (потери в сплиттерах, диплексерах, кабелях снижения и т.п.) необходимо их суммировать с коэффициентом шума усилителя или ГС, если они установлены на входе.

Если информация о коэффициенте шума антенного усилителя или ГС отсутствует, то в этом случае следует принимать

59

Таблица 3.1

Минимальный уровень сигнала на выходе антенны

Кш.АУ = 10 дБ для метровых диапазонов и 12 дБ для дециметровых диапазонов. При наличии входных защитных устройств эти значения следует увеличить еще на 2 дБ.

Если по каким-либо причинам требуется другое значение ОСШ (Втр), то в этом случае необходимое значение уровня сигнала на выходе антенны следует определять, исходя из выражения:

UА вых = UА вых.min + Втр – 54, дБ.

При определении уровней сигналов на входах антенн ГС, принимаемых сигналы спутникового телевизионного вещания (СТВ), используют известные значения эквивалентной изотропно излучаемой мощности РЭИИМ, дБВт. Это справочная величина, отражающая величину произведения излучаемой мощности передатчика бортового ретранслятора на коэффициент усиления передающей антенны в направлении к точке приема.

Для приближенной оценки диаметра рефлектора параболической антенны DА при требуемом ОСШ В на выходе прием- ника-демодулятора можно воспользоваться соотношением:

60