Расчет и оптимизация уровней сигналов в распределительной сети системы кабельного телевидения

Если в СКТ используются аналоговые спутниковые приемники [4], то ОСШ на входе абонентской розетки может быть определено из выражения

Здесь Всп определяется как

ВСП =10−0,1ВвыхЧД ,

где ВвыхЧД – отношение сигнала к взвешенному шуму на выходе частотного демодулятора спутникового приемника, дБ.

Величина отношения сигнала к взвешенному шуму на выходе частотного демодулятора спутникового приемника может быть найдена как:

где

Uвых.К – уровень напряжения на выходе спутникового конвертора, дБмкВ; FСП – ширина полосы пропускания спутникового приемника, МГц; ТА.СП – шумовая температура спутниковой антенны (50°К); Тк.СП – шумовая температура конвертора; Ку.СП – коэффициент усиления конвертора, дБ.

Заметим, что шумовые свойства конвертора могут определяться с помощью шумовой температуры конвертора Тк.СП [83].

Коэффициент шума конвертора связан с шумовой температурой:

Kш.СП = 10log(1+ Tк.СПT0−1).

Таким образом, полученные выражения позволяют определить отношение сигнала к шуму на выходе абонентской розетки.

Показано, что ОСШ на выходе абонентской розетки зависит не только от параметров усилительного оборудования сети СКТ, но и от условий приема телевизионного сигнала.

Если в СКТ используются аналоговые спутниковые при-

71

емники, то величина ОСШ на выходе абонентской розетки в значительной степени также зависит от параметров оборудования спутниковых приемников.

3.5. Расчет отношения сигнала к помехам комбинационных частот

Определим ОСП комбинационных частот третьего порядка ВКП на выходе абонентской розетки:

где i = 1,2…n; n – количество каскадно включенного усилительного оборудования в сети СКТ; UРС – среднеквадратическое значение нестабильности уровней в распределительной сети СКТ, согласно [81] принимается равным 1,5 дБ; i – параметр, учитывающий перекос уровней между НЧ и ВЧ каналами на выходе усилителей, дБ; АЧХ i – параметр, учитывающий неравномерность АЧХ усилительного оборудования; UвыхУi – уровень напряжения на выходе i-го усилительного оборудования, дБмкВ; UmaxУi – максимальный выходной уровень напряжения двух каналов усилительного оборудования, при ОСП комбинационных частот третьего

порядка 60 дБ.

Определим параметры, учитывающие перекос уровней между НЧ и ВЧ каналами на выходе усилительного оборудо-

вания i, и их неравномерность АЧХ АЧХ.i:

i = [1−10− выхУi / 7,5 ][(1− 10)− выхУi / 7,5(m−1) ]−1,

где выхУi – разность уровней между НЧ и ВЧ каналами на входе усилительного оборудования, дБ; m – количество каналов в

СКТ, включая диапазоны УКВ ЧМ;

АЧХi = 0,5(1+ 10− У / 7,5 ),

где Уi – разность между максимальным и минимальным уровнями напряжения на выходе усилительного оборудова-

72

ния в рабочем диапазоне частот, дБ. При неравномерности АЧХ±1 дБ, Уi = 2 дБ.

Если считать, что параметры усилительного оборудования одинаковые, не учитывая перекос между НЧ и ВЧ каналами и неравномерность АЧХ, (UвыхУi = UвыхУ; UmaxУМi = UmaxУ; выхУi

=Уi = 0), то (3.1) примет вид:

ВК 3 = 60 − 2UРС + 2(Umax У − UвыхУ ) − 20log n −15log(m −1) . (3.2)

На рис. 3.9 показано, как изменяется ОСП комбинационных частот третьего порядка ВК3 на выходе абонентской розетки в зависимости от количества каскадно включенного магистрального усилительного оборудования n и количества каналов m в сети СКТ, включая диапазоны УКВ ЧМ.

Из представленных зависимостей видно, что с увеличением числа каскадно включенного магистрального усилительного оборудования и передаваемых по сети СКТ каналов ОСП комбинационных частот третьего порядка на выходе абонентской розетки падает.

Следует заметить, что если в СКТ используется импортное усилительное оборудование, то в этом случае необходимо воспользоваться его паспортными данными.

Впаспортных данных на усилитель указывается максимальный выходной уровень напряжения для заданного зна-

чения числа каналов mк (mк = 36, 42 или 77) при оговоренных значениях отношения сигнала к суммарным помехам комбинационных частот третьего порядка CTB (Composite Triple Beat).

По стандарту EN 50083, это – UCTB. Иногда может быть указан максимальный выходной уровень напряжения двух каналов усилителя при ОСП комбинационных частот третьего порядка 60 дБ [14]. По стандарту DIN 45004B, это – UDIN [15].

Вэтом случае максимальные выходные уровни, определенные по указанным стандартам [15], могут быть найдены по эмпирическим зависимостям:

73

Таким образом, расчет ОСП комбинационных частот третьего порядка на выходе абонентской розетки распределительной сети СКТ показал, что ОСП комбинационных частот третьего порядка зависит не только от количества каналов в СКТ и среднеквадратического значения нестабильности уровней в распределительной сети, но и от таких параметров усилительного оборудования, как: разность уровней (перекос) между НЧ и ВЧ каналами на его выходе; неравномерность АЧХ; разность между максимальным и минимальным уровнем напряжения на выходе усилительного оборудования в рабочем диапазоне частот.

Эмпирические выражения позволяют осуществить расчет максимальных выходных уровней напряжения для импортного усилительного оборудования, включенного в распределительные сети, для заданного числа каналов в СКТ.

74

3.6. Расчет уровня напряжения на выходе магистрального усилительного оборудования

Уровень напряжения на выходе усилительного оборудования будем определять, исходя из допустимого значения ОСП комбинационных частот третьего порядка, обусловленных взаимодействием несущих частот изображения распределяемых в сети СКТ каналов.

Определим выходной уровень усилительного оборудования в магистральной линии СКТ:

где UвыхУД – выходной уровень домового усилительного оборудования, дБмкВ; UmaxУД – максимальный выходной уровень домового усилительного оборудования, дБмкВ; UmaxУМ – максимальный выходнойуровень магистрального усилительного оборудования,

НЧ и ВЧ каналами на входе домового и магистрального усилительного оборудования, дБмкВ; U*РС и КП – параметры, определяемые из выражений:

U РС = UРС + 7,5log K; КП = 0,5(B К 3 − В3 ),

где В*К3 – требуемый уровень помех комбинационных частот третьего порядка, дБ; В3 = 60 дБ;

К = 0,5(1+ 10− УМ / 7,5 ).

Если не учитывать перекос между НЧ и ВЧ каналами и не-

равномерность АЧХ (Δвых УД = вых УМ = УМ = 0), то (3.3) примет более простой вид:

Uвых УМ = Uвых УД + Umax УМ − Umax УД −10log n +

(3.4)

75

Если считать, что все каскадно включенное усилительное оборудование в распределительной сети СКТ принадлежит к

одному типу (UmaxУД = UmaхУМ) и имеет один и тот же уровень напряжения на выходе (UвыxУД = UвыxУМ), то из (3.4) получаем известное соотношение [81]:

На рис. 3.10 представлены уровни напряжения на выходе усилительного магистрального оборудования, в зависимости от количества оборудования n и передаваемых каналов m, определяемые исходя из допустимого ОСП комбинационных частот третьего порядка, обусловленных взаимодействием несущих частот изображения, распределяемых в сети каналов. При расчете выходных уровней считалось, что усилительное оборудование в магистральной линии было однотипным и имело каскадное включение.

76

Как видно из данных зависимостей, для сохранения требуемого ОСП комбинационных частот третьего порядка в сети СКТ с увеличением количества усилительного оборудования и распределяемых в сети каналов уровни напряжения на выходе усилительного оборудования необходимо снижать.

Согласно стандарту EN 50083-2003, для определения максимального уровня выходного сигнала усилительного оборудования Umax при трансляции большого числа каналов m принято вести оценку интермодуляционных составляющих по композитным биениям второго CSO и третьего порядков СТВ. В паспорте любого усилительного оборудования должны быть приведены уровни выходного сигнала, при которых

CSO ≤ –60 дБ, СТВ ≤ –60 дБ, т. е., соответственно, Umax3 и Umax2. При трансляции m каналов выходной уровень усилитель-

ного оборудования Umax должен быть снижен относительно Umax3 на величину U1(3), получаемую из условия сохранения суммарной мощности сигнала, приходящейся на усилительное оборудование [67]:

Uвых = Umax3 – U1(3) = Umax3 – 10log(m/2), дБмкВ. Величину уменьшения уровня выходного сигнала в зави-

симости от числа транслируемых каналов можно определить из графика на рис. 3.11.

Для продуктов второго порядка аналогичная зависимость может быть получена из следующего эмпирического выражения [67]:

Uвых = Umax2 – U1(2) = Umax2 – (3,5–4,3)10log(m/2), дБмкВ. Зависимость величины уменьшения уровня выходного

сигнала усилительного оборудования Umax2 от числа транслируемых каналов приведена на рис. 3.12.

При определении максимального уровня выходного сигнала реверсивного канала желательно, чтобы выполнялось соотношение Uрев max3 ≥ 116–118 дБмкВ.

Полученные выражения (3.2) и (3.5) практически полностью совпадают с выражениями для определения значений

77

ОСП комбинационных частот третьего порядка на выходе телевизионного приемника и уровня напряжения на выходе магистрального усилителя, применяемыми ведущими фирмами по оборудованию СКТ, такими как TELESTE OY, WISI, IKUSI и др.

Если в СКТ планируется эксплуатировать магистральное усилительное оборудование различных типов, то в этом слу-

78

чае расчет его выходных уровней необходимо проводить так же, только в (3.3) и (3.4) вместо n следует поставить приведенное значение количества магистрального усилительного оборудования:

где n – количество различных типов магистрального усилительного оборудования; ni – количество магистрального усилительного оборудования i-го типа; Umax УМ.1 – максимальный выходной уровень напряжения двух каналов магистрального усилительного оборудования первого типа при ОСП комбинационных частот третьего порядка 60 дБ по ГОСТ [14]; Umax УМ i – максимальный выходной уровень напряжения двух каналов магистрального усилительного оборудования i-го типа при ОСП комбинационных частот третьего порядка 60 дБ по ГОСТ [14]; Увых – разность выходных уровней магистрального усилительного оборудования 1-го и i-го типов.

Если в магистральной сети СКТ планируется использовать всего два типа усилительного оборудования, то в этом случае выражение упрощается и принимает вид:

Таким образом, расчет уровня напряжения на выходе магистрального усилительного оборудования СКТ показывает, что уровень напряжения на выходе магистрального усилительного оборудования определяется допустимым значением ОСП комбинационных частот третьего порядка, обусловленных взаимодействием несущих частот телевизионного изображения распределяемых в СКТ каналов.

Полученные выражения практически полностью совпадают с выражениями, применяемыми ведущими мировыми фирмами по выпуску оборудования СКТ при определении значений ОСП комбинационных частот третьего порядка на

79

входе телевизионного приемника и уровня напряжения на выходе магистрального усилителя. Они позволяют определять уровень напряжения на выходе магистрального усилительного оборудования в СКТ, использующих усилительное оборудование различных типов.

3.7. Расчет максимально допустимого значения уровня выходного напряжения домового усилительного оборудования

Как правило, значение уровня напряжения на выходе домового усилительного оборудования всегда больше выходного напряжения магистрального усилительного оборудования [84–86]. Отношение сигнала к суммарным помехам комбинационной частоты третьего порядка всей СКТ в значительной степени зависит от уровня напряжения на выходе домового усилительного оборудования.

Найдем максимальное значение выходного уровня домового усилительного оборудования, при котором отношение сигнала к суммарным помехам комбинационной частоты третьего порядка всей СКТ не будет превышать допустимого значения.

Рассматривая (3.3) более подробно, отметим, что:

Отсюда найдем максимально допустимый выходной уровень домового усилительного оборудования:

Uд max УД = Umax УД – U*РС – 7,5logΔУД +0,5(60 – ВКз).

При проектировании СКТ уровень напряжения на выходе домового усилительного оборудования целесообразно принимать на 2–3 дБ меньше значения, определенного по полученному выражению, обеспечивая тем самым запас по ОСП комбинационных частот третьего порядка, обусловленных взаимодействием несущих частот изображения распределяемых в сети каналов.

80