Расчет и оптимизация уровней сигналов в распределительной сети системы кабельного телевидения

DA ≥ 10(BР− ЭИММ ) , м.

Расчеты показывают, что для обеспечения ОСШ В = 54 дБ при РЭИИМ = 44 дБ необходима антенна с диаметром рефлектора 3,2 м. Для обеспечения ОСШ В = 42 дБ при индивидуальном приеме необходима антенна с диаметром 0,8 м.

При выборе приемника-демодулятора сигналов СТВ следует учитывать не только его шумовой порог, но и максимально допустимое значение несущая/шум Вн.ш на его входе, причем в первую очередь. Как правило, для снижения шумового порога стандартного тюнера, из-за ограниченности собственного динамического диапазона, используется частотный детектор (ЧД) на основе активной системы ФАПЧ с большими собственными шумами в области больших входных сигналов.

На рис. 3.4 представлены типовые демодуляционные характеристики стандартного тюнера и приемника-демодулято- ра ГС [61].

Рис. 3.4. Типовые демодуляционные характеристики

Кроме того, при формировании уровней сигналов спутникового или наземного телевизионного вещания необходимо

61

учитывать, что при использовании активного распределительного оборудования (усилителей, конверторов и т.п.), обладающих собственным значением ОСШ Вi, суммарное ОСШ ВΣ уменьшится на величину ОСШ, зависящую от разности:

= В – Вi, дБ, т. е. Ввых = ВΣ – ОСШ, дБ. Зависимость ОСШ (DОСШ) от (D) приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Зависимость снижения ВΣ от ОСШ

Такое снижение будет наблюдаться после каждого включения активного оборудования, при этом его собственное ОСШ Вi будет определяться по формуле:

Вi = Uвх – Кш.об – 2,41, дБ,

где Uвх – уровень сигнала на входе активного оборудования, дБмкВ; Кш.об – коэффициент шума активного оборудования, дБ.

Уровень входных сигналов спутникового телевизионного вещания, как правило, не оказывает какого-либо существенного влияния на выходное ОСШ. Он должен быть не ниже порогового уровня, приводимого в паспорте на приемник-демо- дулятор.

Ориентировочное значение ОСШ на выходе приемникадемодулятора Ввых.пд при стандартной девиации F = 27 МГц

62

устанавливаемая ширина полосы пропускания приемника в этом случае должна составлять 24 МГц, при известных значениях коэффициента усиления приемной антенны Gпр.A и шумовой температуре приемной системы Тс (шумы антенны и конвертора с учетом потерь во входных волноводных устройствах) на частоте исследуемого канала F (ГГц) можно определить из выражения:

Ввых.пд = Вд +20 log(ΔF) + 6,8 =

= (Gпр.AТс-1) + Рэиим – 23,2 – 20 log(F F-1), дБ,

где Рэиим – эквивалентная изотропно излучаемая мощность, дБВт, отражающая величину произведения излучаемой мощности передатчика бортового ретранслятора на коэффициент усиления передающей антенны в направлении к точке приема.

3.2. Расчет уровня напряжения телевизионного сигнала и ОСШ на входе и выходе головной станции

Обычно место размещения оборудования ГС определяется экспериментально выбранным местом установки ее антенн. Как правило, оно размещается в специальных помещениях, находящихся на нижних этажах зданий. Размещение оборудования ГС на верхних этажах допускается лишь по согласованию с организацией, осуществляющей техническое обслуживание СКТ. Помещение должно удовлетворять требованиям, изложенным в [5, 6].

Если уровень на выходе кабеля снижения по какому-либо каналу оказывается ниже номинального входного уровня оборудования ГС, то предусматривается использование антенных усилителей или более сложных антенных устройств с большим коэффициентом усиления и меньшим затуханием в кабеле снижения.

Напряжение телевизионного сигнала на входе ГС может быть определено из выражения:

63

Uвх.ГС = Uс.А – Аф, дБмкВ,

где Аф – затухание фидера, соединяющего антенну с оборудованием ГС, дБ.

Если Uвх.ГС больше номинального входного сигнала Uвх.н.ГC, то на входе ГС включается аттенюатор, снижающий его уро-

вень до значения Uвх.ГС. Если уровня сигнала не хватает, то около приемной антенны устанавливается антенный усилитель.

При отсутствии АУ на вход ГС поступает полезный сиг-

нал с уровнем Uвх.н.ГC и шум антенны с уровнем:

Uш.А.ГС = Uвх.н.ГС – ВА, дБмкВ.

Пересчитанный ко входу собственный уровень шума ГС

Uш.вх.ГС = Uш.75 + Кш.ГС, дБмкВ,

где Кш.ГС – коэффициент шума ГС, показывающий, на сколько децибел собственный уровень шума ГС превосходит уровень шума сопротивления 75 Ом.

Суммарный уровень шума на входе ГС будет равен:

U ∑ ш.вх.ГС = 10log(100,1Uш.А.ГС +100,1Uш.вх.ГС ) , дБмкВ.

ОСШ на входе (и на выходе) ГС:

ВГС = Uвх.н.ГС – U∑ш.вх.ГС, дБмкВ,

Уровень полезного сигнала на выходе ГС:

Uвых.н.ГС = Uвх.н.ГС + Ау.ГC, дБмкВ.

где Ау.ГC – усиление усилителей головной станции, дБ.

При наличии АУ полагаем, что уровень полезного сигнала на его входе может быть установлен равным его номинально-

му значению Uвх.н.АУ. При этом от приемной антенны на вход АУ поступает напряжение шума с уровнем.

Uш.А.АУ = Uвх.н.АУ – ВА, дБмкВ.

Пересчитанный ко входу АУ уровень его собственного шума будет равен:

Uш.вх.АУ = Uш.75 + Кш.АУ, дБмкВ.

Суммарный уровень шума на входе АУ

U ∑ ш.вх.АУ = 10log(100,1Uш.А.АУ +100,1Uш.вх.АУ ) , дБмкВ.

ОСШ на входе (выходе) АУ

64

65

где СТВmin принимается равной наименьшему из заданных значений СТВi илиСТВ.

Если в техническом паспорте на ГС указаны максималь-

ные выходные уровни Umax3 (IMD3 = 60 дБ) и Umax2 (IMD2 = 60 дБ) для mп каналов, то рабочий выходной уровень ГС Uвых.р при наличии выходного широкополосного усилителя для трансля-

ции m каналов выбирается как наименьшая величина из двух значений [36]:

Uвых.р.1 ≤ 30 + Umax3 – 10log(mmп-1) – 0,5В3; Uвых.р.2 ≤ 60 + Umax2 – 4,3log(mmп-1) – В2,

где В3 и В2 – допустимые уровни интермодуляционных продуктов ГС, соответственно, третьего и второго порядка, рассчитанных по традиционным методикам, исходя из количества каскадно включенного усилительного оборудования по магистрали, конструктивных запасов на перепады температуры окружающей среды и т.п.; mп и m – соответственно, число транслируемых каналов, заявленных по техническому паспорту, и на выходе ГС.

Запасы в выполнении норм ГОСТа на ОСШ сш и ОСП сп при сложении сигналов на выходе ГС фильтровым мето-

дом, дБ:

сш.ГС = ВГС – ВГОСТ; сп.ГС → ∞.

Значение сп.ГС → ∞ достигается путем схемных решений оборудования ГС (например, использование в конверторах двойного преобразования частоты).

Таким образом, полученные соотношения позволяют осуществить расчет уровней полезного сигнала и шума на входе и выходе ГС при наличии и при отсутствии АУ. При сложении сигналов на выходе ГС фильтровым методом запасы на выполнение норм ГОСТ на ОСШ и ОСП зависят от характеристик

67

оборудования ГС. При этом запас на выполнение норм ГОСТ на соотношение сигнал/помеха, за счет схемных решений оборудования ГС, может быть очень большой величины.

3.3. Расчет минимального уровня напряжения сигнала на входе усилительного оборудования

Определим минимальный уровень напряжения сигнала на входе усилительного оборудования распределительной сети СКТ.

Минимальный уровень напряжения сигнала на входе усилительного оборудования СКТ может быть найден из выражения:

, дБмкВ, где ВРА = 44 дБ – требуемое ОСШ на выходе абонентской розетки [81];

Втш = 10log(kT0 Пk Р0−1) = 2,4, дБмкВ

– тепловой шум телевизионного канала, где k = 1,38×10-23 Дж/гр – постоянная Больцмана; Р0 = 10-12/75 – опорная мощность, выделяющаяся на нагрузке 75 Ом при действующем напряжении 1 мкВ; Пk = 5,75 МГц – эффективная шумовая полоса телевизионного канала для системы SECAM; n – количество каскадно включенного магистрального усилительного оборудования в распределительной сети; Кш – коэффициент шума усилительного оборудования СКТ (УМ, УД и ГС), дБ; Т = ТаТ0-1 ≤ 50 – относительная шумовая температура телевизионной антенны.

Подставив в выражение численные значения, получим:

Umin вх = 46,4 +10log((n + 2)100,1КШ + T) , дБмкВ.

На рис. 3.8 приведены минимальные ориентировочные значения уровней напряжений сигнала на входе усилительно-

го оборудования распределительных сетей СКТ Uminвх в зависимости от числа n магистральных усилителей при различных

значениях коэффициента шума Кш.

68

Из приведенной зависимости видно, что с увеличением длины магистральной линии уровень напряжений сигнала на входе усилительного оборудования должен также возрастать. Однако увеличение уровня напряжения сигнала на входе, а значит, и на выходе усилительного оборудования приводит к увеличению ОСШ, а возрастание уровня напряжения сигнала на его выходе уменьшает ОСП комбинационных частот.

Таким образом, для нормальной работы СКТ необходимо определить не только оптимальное количество усилительного оборудования, но и оптимальное значение напряжений сигнала на его входе и выходе.

3.4. Расчет отношения сигнала к шуму на выходе абонентской розетки в распределительной сети СКТ

Определим ОСШ на выходе любой абонентской розетки в сети СКТ из выражения:

69

где i = 1,2…n; n – количество каскадно включенного магистрального усилительного оборудования в распределительной сети СКТ.

Составляющие, входящие в правую часть выражения, могут быть найдены, соответственно, из соотношений:

ВУМi = 100,1(КшУМi −UнУМi + КУМi + вхУМ );

где КшУМ.i – коэффициент шума магистрального усилительного оборудования, дБ; UнУМi – выходной уровень магистрального усилительного оборудования, дБ; КУМi – коэффициент усиления магистрального усилительного оборудования, дБ; вхУМ – разность уровней между ВЧ и НЧ каналами на входе магистрального усилительного оборудования, дБ;

ВУД = 100,1(КшУД −UнУД + КУД ),

где КшУД – коэффициент шума домового усилительного оборудования, дБ; UнУД – выходной уровень домового усилительного оборудования, дБ; КУД – коэффициент усиления домового усилительного оборудования, дБ;

ВГС = 10−0,1UКвхГС (Т ×100,1(КшА − АФ + КА ) + 100,1 шГС );

где UвхГС – уровень входного напряжения сигнала СГ, дБ; КшГС – коэффициент шума ГС, дБ; КА – коэффициент усиления АУ, дБ; КшА – коэффициент шума АУ, дБ; Аф – потери в фидере, включая потери на ответвителе и входном аттенюаторе, дБ;

ВA = 10−0,1UАР ,

где UАР – уровень напряжения на выходе абонентской розетки, дБ.

Зависимость относительной шумовой температуры приемной антенны типа «волновой канал» от частоты может быть рассчитана с помощью эмпирического соотношения [82]:

Т = ТаТ0−1 = 50(50 fн−1)2 + 0,5,

где fи – несущая частота изображения телевизионного канала, МГц.

70