Сеть кабельного телевидения

Рис.  10 – Транспортная магистраль СКТ г. Волгоград

При разработке концепции системы доступа был  произведен анализ возможных путей  и методов построения сети. Была выбрана цифровая система передачи,  - несомненно, современное и перспективное решение, которое сможет создать достойную конкуренцию уже существующим сетям кабельного телевидения.

На выбор  системы передачи повлияла подписанная  председателем Правительства Р.Ф. В. В. Путиным «Программы развития телерадиовещания в Р.Ф. на 2009-2015 годы». Эта программа подтвердила и конкретизировала планы Правительства по полному переходу к 2015 году на цифровое телевещание в нашей стране. Это означает, что к этому сроку полностью изменится формат эфирной трансляции и состав приемного оборудования у телевизионных абонентов.

В ходе разработки было принято решение строить  цифровую сеть на длине волны 1550 нм. В этом случае стоимость сети несколько выше, чем при использовании на длине волны 1310 нм. Однако при разработке концепции были выявлены следующие преимущества применения ВОЛС на длине 1550 нм при строительстве КТВ в г. Волгограде: в будущем при увеличении количества абонентов передачи данных и телефонии можно последовательно сегментировать системы на более мелкие участки; при использовании мультиплексирования окно прозрачности 1550 нм потери сигнала значительно меньше.

Решение о применении при строительстве  мультисервисной сети оптических технологий на длине 1550 нм позволило разбить строительство на этапы, что в будущем даст возможность последовательной сегментации сети при увеличении количества абонентов Интернета и телефонии.

При разработке концепции построения и выборе оптимальной конфигурации СКТ на базе транспортной сети с длинной волны 1550 нм были рассмотрены различные варианты построения КТВ: оптико-коаксиальная сеть (HFC); оптико-коаксиальная сеть, использующая пассивный канал (HFPC); оптико-коаксиальная сеть с оптикой, доходящей до здания (FTTB); оптика в квартиру (FTTH).

После рассмотрения стоимостных показателей различных  способов построения оптической среды  было принято решение о разработке стандартной FTTB. Таким образом, основные принципы построения мультисервисных сетей в городе Волгоград следующие: архитектура транспортной среды будет организовываться на базе FTTB-технологий, резервирование осуществляется только в прямом направлении, используемая длина волны 1550 нм.

Зоны  обслуживания узловых головных станций  также строятся по кольцевому принципу с резервированием только в прямом направлении на длине волны 1550 нм. От каждой узловой головной станции будет проходить от одного до трех оптических колец, соединяющих оптические узлы. От оптических узлов сигнал по коаксиальным сетям попадает абонентам. К каждому оптическому узлу подключается от 100 до 250 потенциальных абонентов с возможностью уменьшения зоны в два раза путем установления второго оптического приемника.

Коаксиальные  магистрали с организацией независимых  коаксиальных магистралей. Это дает возможность в будущем уменьшить  зону обслуживания одного оптического  приемника путем установки второго. Количество усилителей в каскаде  минимизировано, не более трех включая, домовой. Домовая распределительная  сеть – собственные независимые  стояки будут строиться по топологии «дерево». Распределение программ по пакетам осуществляется при помощи фильтров.

На базе системы кабельного телевидения  в города  Волгоград построена  сеть передачи данных и телематических служб. Транспортная сеть соединяет  центральную головную стацию с девятью  узловыми головными станциями. Центральная  головная станция является основным узлом перераспределения внутреннего  и внешнего сетевого трафика и  выполняет функции объединения  различных сетевых устройств  передачи данных и телематических служб. Базовый протокол Ethernet (IEEE 802.3). Пропускная способность магистральных линий   1000 Мбит/с. Для более детального рассмотрения проекта построения сети кабельного телевидения. Разработаем и произведем расчет проекта сети для одного из районов города.

Рис. 11 –  Модель сети Краснооктябрьского района

2.1 Антенный пост

Антенный  пост является важной частью КТВ. От качества сигнала, подаваемого с выхода антенного  поста на вход головной станции, будет  зависеть качество сигнала абонента. Плохое качество входного сигнала не сможет исправить даже самая лучшая головная станция. Основной задачей  при построении антенного поста  является подбор оптимального оборудования для получения максимально возможного качества транслируемых программ.

В первую очередь оператор КТВ должен определить, какие программы будут интересны  потребителям и должны транслироваться  в сети. Затем определить какие  программы будут приниматься  из эфира, какие со спутника. Для  этого изучается электромагнитная ситуация в городе, производится оценка качества транслирующих сигналов. Антенный пост можно разделить на две основные составляющие эфирную и спутниковую. Особое внимание необходимо уделить  месту установки антенного поста. Антенный пост и головная станция  должны находится в непосредственной близости друг от друга для минимизации  длины кабеля снижения. Спутниковая  часть антенного поста требует  большой площади для размещения антенн и достаточной прочности  перекрытия кровли. Эфирный антенный пост должен удовлетворять требованиям  к качеству приема сигналов.

2.1.1 Эфирный антенный пост – предназначен для приема ТВ-программ наземного вещания. В городах с разноэтажной застройкой могут существовать неблагоприятные условия приема, характеризующиеся высокой интенсивностью отраженных сигналов и наличием теневых зон с низким уровнем напряженности электромагнитных полей. Подбор оборудования антенного поста должен осуществляться на основе проведенных контрольных измерения. Методика  определения места установки приемной антенны подробна, изложена во «Временной инструкции по настройке крупных систем коллективного приема телевидения и систем кабельного телевидения».

 Важное  значение имеет выбор оборудования  антенного поста. Основные параметры,  подлежащие оценке при выборе  оборудования антенного поста:  диапазон принимаемых сигналов, коэффициент усиления, защитное  отношение стоимость, механическая прочность, добротность, удобство при монтаже и наладке. Основной характеристикой приемной антенны является коэффициент усиления в прямом и обратном направлениях Ка (положительная величина, обычно выражаемая в децибелах) и коэффициент усиления в обратном направлении R (отрицательная величина, также выражаемая в дБ), также именуемым защитным соотношением.

Для городских  условий важна разность этих параметров

S=Kус – R.                                                                             (1)

В оборудовании антенного поста рекомендуется  применять канальные фильтры  с использованием канальных антенн или блоков фильтров телевизионных  каналов для приема нескольких каналов  с одной диапазонной антенны  в диапазоне МВ.

При приеме программ в диапазоне ДМВ используются мачтовые усилители для компенсации  потерь в кабеле и на разветвителе. В диапазоне МВ применение усилителей малоэффективно (вследствие низких потерь в кабеле).

При выборе мачтового усилителя основное внимание следует уделять собственному значению коэффициента шума усилителя Кш. Чем  меньше данная величина, тем выше ОСШ  на входе головной станции. Целесообразно  применение малошумящих мачтовых усилителей с коэффициентом шума не более 3 дБ. Коэффициент усиления мачтового  усилителя выбирается из условия  реализуемости максимально допустимого  входного уровня, подаваемого на вход модулей головной станции. Важным фактором при выборе мачтового усилителя  является его надежность и возможность  установки на мачте в непосредственной близости от антенны, так как длинный  кабель между антенной и усилителем может израсходовать выигрыш  по отношению сигнал шум от применения усилителей.

Усилители антенные состоят из одного или двух полосно-пропускающих фильтров и малошумящего усилителя, они бывают двух видов  канальные и диапазонные. Канальные  антенные усилители применяются  при неуверенном приеме конкретного  ТВ-канала и устанавливаются после  канальной или диапазонной антенны, применяемой в качестве канальной. Например, в Волгограде не которых  районах неуверенный прием был  у 35 ТВК (ТНТ), для приема этого сигнала в схеме на рис. 12 использована диапазонная антенна, примененная в качестве канальной, а канальный усилитель антенны. Вещание 46 ТВК осуществляется, как и у большинства ДМВ-каналов, РТПЦ, однако уровень сигнала в точке приема довольно низкий (на 15-20 дБ ниже уровня остальных ДМВ-программ). При использовании диапазонного антенного усилителя вместе со слабым сигналом будут усилены и другие ДМВ-каналы, усилитель будет перегружен, а при использовании канального усилителя будет усилен только  слабый  сигнал, произойдет выравнивание  сигналов.

Рис. 12 – Схема эфирного антенного поста

Если  длины кабелей снижения антенн до головной станции довольно велики, для предотвращения потерь в кабеле можно установить диапазонный антенный усилитель на выходе диапазонной  антенны. При приеме сигналов с нескольких диапазонных антенн применяют многодиапазонные антенные усилители, что позволяет  уменьшить количество кабелей снижения и снизить общую стоимость  оборудования.

Расчет  отношения сигнал шум на входе  головной станции осуществляется следующим  образом. Определяется шумовая температура  антенны:

                                                    (2)

где Ta – шумовая апертура антенны;

То=293, К;

 f – несущая изображения, МГц;

А – постоянная, равная 1,5 для директорной  антенны, 2 доля логопериодической и 1доля канальной.

Определяются  суммарные шумы, вносимые кабелем, разветвителем, антенным усилителем:

                                      (3)

где l_каб – длина кабеля снижения до усилителя головной станции, м;

а - потери в кабеле на частоте, несущей изображение, дБ/м;

 F_ус(гс) – коэффициент шума мачтового усилителя или, если он не применяется, входного модуля головной станции, дБ;

L_разв – потери в разветвителе, устанавливаемом до усилителя или головной станции.

Рассчитываем  мощность шума (Вт):

                                                          (4)

где, к=1,38*10²³ Дж/К– постоянная Больцмана,

П – ширина полосы видео, Гц;

Ta – шумовая апертура антенны, К.

Определяется  уровень шума дБмкВ:

                                                       (5)

где, R= сопротивление антенны, Ом;

Р_ш – мощность шума, Вт.

Рассчитываем отношение сигнал шум :

                                                      (6)

где U_вых.АО – уровень сигнала на выходе антенны с нулевым коэффициентом усиления – результатам контрольных измерений, дБмкВ;

К_усА – коэффициент проектируемой антенны, дБ.

Практические  выводы:

- с повышением  частоты всё большее влияние оказывает коэффициент шума антенного усилителя;

- с повышением  частоты снижается минимальный  требуемый уровень сигнала на  выходе антенны; 

- во всех  случаях целесообразно использование  малошумящих антенных усилителей, повышающих отношение сигнал/шум  на входе ГС (особенно для диапазона  ДМВ);

- если антенный  комплекс расположен далеко от  телецентра, то решающую роль  при подборе антенн играет  максимальное усиление в требуемых  каналах;