Принципы построения систем кабельного телевидения

4.    Наличие приспособлений для монтажа и удобство расположения разъемов для подключения устройства.

5.    Наличие защитных корпусов у изделий, устанавливаемых вне помещений. Это необходимо для предохранения от механических повреждений и атмосферного влияния. Как правило, профессиональные устройства (например, магистральные усилители) выполнены внутри собственных защитных корпусов, сделанных из антикоррозийного сплава.

Специфическое требование в российских условиях к распределительным  устройствам, вызванное плохим заземлением  в домах, заключается в необходимости гальванической развязки всех входов и выходов этих устройств по отношению друг к другу. Невыполнение этого требования может привести к выходу из строя отдельных участков кабельной сети. Развязка реализуется путем установки на всех входах и выходах разделительных конденсаторов. Следует иметь в виду, что гальваническая развязка отсутствует у ряда изделий американских производителей.

Для масштабного строительства  системы большое значение имеют  комплексные поставки оборудования, поскольку затраты зависят от объема закуп ки. Номенклатура изделий, производимых большинством фирм, весьма обширна (от головного оборудования до крепежных элементов). Другие производители специализируются на выпуске определенных видов оборудования. Непродуманный поиск и приобретение нужного оборудования может обойтись заказчику лишней потерей времени и средств. Здесь можно порекомендовать по возможности приобретать оборудование какого-либо одного производителя, уже хорошо зарекомендовавшего себя на рынке телекоммуникационного кабельного оборудования. Наиболее надежны в этом смысле устройства таких известных производителей как Wisi, Hircshmann, Ikusi, Terra и некоторых других. Правильнее выбирать поста вщика-дистрибьютора, который предлагает широкий спектр оборудования и предоставляет при покупке квалифицированную консультацию по его установке, наладке и эксплуатации. Желательно, чтобы приобретаемое оборудование было сертифицировано. Важно знать, что для сертификации своего оборудования производитель должен провести довольно дорогие тестовые измерения технических характеристик в центре сертификационных испытаний и далеко не каждая фирма, даже специализирующаяся на выпуске определенного вида оборудования, имеет такой сертификат. Дополнительно потребуется приобрести инструмент для разделки кабеля, обжима разъемов, а также различные измерительные приборы.

Кроме вышеназванных  компонентов в современной системе  КТВ присутствуют элементы, обеспечивающие постоянное управление системой в ходе ее эксплуатации и упрощающие ее техническое обслуживание. Целью всех процедур технического обслуживания является поддержание постоянного качества передачи в системе и, по возможности, обеспечения ее стабильной и непрерывной работы в ходе длительной эксплуатации. Ухудшение показателей качества передачи (шума и интермодуляции) почти всегда связано с изменением уровней передачи. Качество передачи может ухудшаться под влиянием естественных природных факторов, таких как сезонные и суточные колебания температуры окружающей среды, коррозия металлических элементов во влажной или химически активной среде, неблагоприятные погодные условия (сильный дождь, снег, ветер), и прочих факторов, таких как случайный обрыв кабеля или ошибки обслуживающего персонала при установке или настройке оборудования. Учет этих факторов и обеспечение адекватной защиты позволяет сделать качество передачи более предсказуемым и контролируемым.

В задачи технического обслуживания входит периодическое тестирование и измерение технических показателей; регулировка или замена блоков, показатели которых не соответствуют требуемым нормам; восстановление работоспособности системы в случае аварийного повреждения отдельных блоков и участков кабеля. Тестовые измерения составляют основу технического обслуживания (измерениям в системе КТВ посвящена большая часть стандарта ГОСТ Р52023-2003 и EN-50083). Предварительные испытания на соответствие требуемым техническим показателям проводятся в системе еще до ввода в эксплуатацию с целью ее настройки. Затем, в ходе эксплуатации, измерения должны проводиться регулярно. Кроме этого, каждая последующая установка нового оборудования или расширение системы требует соответствующих измерений. Другим важнейшим критерием служат отзывы абонентов о качестве обслуживания (изображения на экране телевизора или скорости передачи и т.д.). На основе полученных совокупных данных по результатам тестовых измерений и сообщений от абонентов составляется план технического обслуживания. В современных сетях КТВ задачи измерения и контроля выполняет система мониторинга. Мониторинг осуществляется из центра управления, находящегося на головной станции, и практически полностью автоматизирован. Оператор сети может наблюдать за состоянием всех элементов сети на экране компьютера. Система автоматического мониторинга основана на адресуемости терминалов и блоков линейного оборудования, рабочий статус которых можно контролировать с головной станции путем обмена управляющими сигналами.

1.5. Принципы проектирования кабельных  систем

Проект выполняется  на основе технического задания, выданного проектной организации заказчиком проекта (оператором системы КТВ). Нормы, касающиеся состава, порядка разработки и утверждения технического задания, приведены в документе СНИП 11-01-95. Оператор может самостоятельно выполнить проект или обратиться в стороннюю проектную организацию, имеющую разрешение на такие проектные работы. Техническое задание должно включать следующие исходные данные:

•    область обслуживания системы КТВ;

•    максимальное количество абонентов;

. число транслируемых  каналов;

•    перечень услуг, предоставляемых абонентам;

•    диапазоны частот прямого и обратного каналов;

•    характеристики антенного оборудования головных станций;

. используемое головное  и абонентское оборудование;

•    используемое усилительное оборудование;

•    используемые типы кабеля;

•    ситуационный план местности с расположением объектов;

•    способ электропитания системы;

•    места установки головных станций;

•    трассы прокладки кабеля;

•    условия прокладки кабеля (грунтовая, подвесная, по канализации);

•    основные технические показатели системы.

На основании предоставленных  данных производится расчет технических  и экономических показателей  будущей системы, разрабатывается  частотный план, составляются топологические карты транспортной, магистральной и распределительной сетей с точками размещения головного и линейного усилительного оборудования и длинами кабельных участков. Готовый проект должен содержать основное техническое решение в виде чертежей и планов сетей с результатами расчетов технических характеристик системы, архитектурно-строительные решения, включающие чертежи помещений для установки оборудования, конструкций для установки антенно-фидерных устройств и креплений мачт, расчет прочности троса в случае воздушной прокладки кабеля, монтажные схемы кабелей и разъемов, расчет численности и состава штата сотрудников, экономическое обоснование, а также сведения об охране окружающей среды.

Процесс проектирования системы КТВ  включает несколько этапов, как технического, так и чисто организационного характера. Организационные вопросы рассмотрим позже, а сейчас остановимся на технической реализации проекта. На первом этапе, который можно назвать концептуальным или этапом общего проектирования, в ходе уяснения и согласования с заказчиком условий технического задания на проект разрабатывается концепция будущей системы. Оценивается ее масштаб и выбирается наиболее подходящий вариант структуры (класс СКТ), производится разбиение области обслуживания на распределительные сегменты (если в системе будет транспортный уровень), выбираются места установки головных станций, определяется, будет система передачи цифровой или аналоговой, оптической, коаксиальной или гибридной, с обратным каналом или без него. На этом же этапе делается выбор головного, усилительного, пассивного оборудования и кабеля для всех уровней системы передачи. Выбор оборудования, как правило, делается самим заказчиком проекта. После этого разработчик переходит к основной расчетной части проекта, которая связана с проектированием основного элемента распределительной кабельной сети - магистрального усилительного участка. На этом этапе учитывается вся нагрузка, которую должен обслуживать данный участок, т.е. потери на всех включаемых в участок ответвителях. Затем выполняется проектирование распределительной сети, путем ее сборки из рассчитанных на предыдущем этапе усилительных участков, рассчитываются показатели качества передачи в магистральных каскадах, включающих требуемое для охвата данной области количество усилительных участков, проектируется система питания кабельной сети (рассчитываются точки установки источников питания на усилительных участках). На последнем этапе уточняются детали, связанные с прокладыванием кабеля, монтажом оборудования, тестированием и настройкой системы.

Методика инженерного расчета системы КТВ должна обеспечивать правильный расчет ее технических показателей и быть универсальной, т.е. применимой к любому типу сети. В последнее время появились множество специализированных программ для расчета показателей сети КТВ. Из наиболее известных программ можно назвать Cable Tools, TV Designer, Antenna Network Design, CATV CAD. Стоимость таких программ может составлять тысячи долл. Эти программы довольно удобны для практического применения и, несомненно, их нужно использовать для автоматизации расчетов. Тем не менее, разработчик кабельной сети должен знать и понимать механизм расчета показателей, чтобы уметь анализировать полученные результаты и принимать правильные решения. Зачастую расчет приходится проводить вручную, чтобы проверить некоторые результаты, отклоняющиеся от ожидаемых значений. В последующих главах будут пояснены принципы расчета кабельной системы и представлены примеры расчета. Воспользовавшись этими принципами, разработчик сможет самостоятельно спроектировать сеть любого масштаба - от небольшой сети коллективного приема до крупной системы масштаба города или округа

Рассмотрим в общих  чертах те особенности передачи сигнала  по кабелю, которые учитываются при  проектировании кабельных сетей  и составляют, собственно, основу методики ее инженерного расчета. Начнем с коаксиальных кабельных систем.

При передаче сигнала  по хоть сколько-нибудь протяженной  кабельной сети качество сигнала  неизбежно ухудшается. Ухудшение  качества передачи связано с шумами и искажениями сигнала. Существуют искажения двух типов - линейные и нелинейные. Под линейными искажениями понимается падение уровня сигнала (также используют термины ослабление, затухание или потери сигнала) по мере прохождения сигналом дистанции кабеля. Под нелинейными искажениями понимаются искажения, вносимые активным оборудованием ко аксиального тракта, неизбежно возникающие при передаче более двух каналов. Линейные искажения обусловлены двумя причинами. Во-первых, сам кабель вносит в передаваемый сигнал затухание, которое в общем случае зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля. Проблема потерь сигнала из-за его затухания является центральной для любой коаксиальной системы передачи. Во-вторых, любое разветвление или ответвление кабеля с помощью пассивных распределительных устройств (ответвителей и делителей), также будет создавать потери сигнала. Ввиду этих двух факторов становится понятно, что для создания кабельной системы какой-либо значительной протяженности необходимо периодически обеспечивать компенсацию потерь сигнала путем его усиления. Для компенсации потерь в линейный коаксиальный тракт включаются широкополосные усилители, которые поднимают уровни всех сигналов в рабочей полосе частот до требуемого значения. Минимальный промежуток системы, на котором осуществляется компенсация потерь, называется усилительным участком. Каждый усилительный участок состоит из одного усилителя, соединительного коаксиального кабеля, и включенных в кабель пассивных распределительных устройств. Поскольку усиление усилителя должно быть равно суммарным потерям на усилительном участке (в кабеле плюс на пассивных устройствах), все потери на участке эквивалентно компенсируются усилением, и, в результате участок имеет нулевое усиление. Схема усилительного участка коаксиальной системы передачи показана на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Усилительный коаксиальный участок

Однако, вместе с усилением  усилитель вносит в кабельную  систему некоторую долю собственного шума, генерируемого его внутренними элементами. Чем более высокого уровня сигнал подается на вход усилителя, тем больший шум он производит. Следовательно, чтобы уменьшить шум достаточно подать на вход усилителя сигнал как можно более низкого уровня. Казалось бы, этим проблема решена, но на самом деле в этом случае сталкиваемся с другой проблемой. Если уровень сигнала на входе усилителя мал, то сам усилитель должен будет обеспечить очень высокое его усиление для полной компенсации потерь в кабеле. Но сложность в том и состоит, что, чем большее усиление создает усилитель, тем сильнее он искажает (нелинейно) сигнал на своем выходе. Нелинейные искажения выражаются в появлении в спектре передачи паразитных частотных составляющих или так называемых колебаний комбинационных частот вследствие неустранимой нелинейности частотной характеристики его активных элементов. Следовательно, чтобы уменьшить нелинейные искажения необходимо подавать на вход усилителя сигналы как можно более высокого уровня и сделать усиление как можно меньшим. Таким образом, сталкиваемся с дилеммой. Одновременные требования низкого шума и низких нели нейных искажений противоречат друг другу - с точки зрения шума выгодно уменьшать входной уровень и, соответственно, увеличивать усиление, а с точки зрения нелинейных искажений, наоборот, выгодно увеличивать входной уровень и уменьшать усиление. Учитывая оба эти ограничения, можно найти оптимальное решение путем компромисса межцу шумом и нелинейными искажениями, т.е. выбрать некоторые промежуточные значения входного уровня и усиления, при которых и шумы и искажения будут не слишком высоки. В этом случае говорят также, что входной уровень нужно сделать умеренно низким, а усиление умеренно высоким. Идея этого компромисса лежит в основе всей методики расчета при проектировании кабельной коаксиальной системы передачи. Разработчик должен, балансируя между крайними значениями шума и нелинейных искажений, привести их к требуемым (нормативным) значениям путем наилучшего выбора входного уровня и усиления

Описанный эффект относится к отдельному усилительному участку. В реальных коаксиальных системах, которые строятся из нескольких следующих друг за другом усилительных участков, этот эффект усиливается. В кабельной коаксиальной системе усилители включаются последовательно или, как говорят, в каскад. Оказывается, что в каскаде усилителей шумы и нелинейные искажения имеют очень неприятное свойство - накапливаться при увеличении количества усилителей, поскольку каждый усилитель вносит свой вклад в общее искажение сигнала. При регулярном распределении частот каналов продукты искажений имеют тенденцию собираться в группы (кластеры) вблизи несущих видео и звука в полосе канала. Число различных продуктов в каждой группе быстро увеличивается с ростом числа каналов. В каскаде они суммируются различными путями в зависимости от степени взаимосвязи между передаваемыми сигналами и относительными фазами продуктов искажения. Избежать роста шумов и искажений нельзя, поскольку они обязаны своим появлением самому принципу действия усилительного оборудования. Можно лишь ограничить их, используя как можно меньшее количество усилителей в каскаде коаксиального тракта передачи. В этом смысле задачей является спроектировать систему так, чтобы в ней между головной станцией или оптическим узлом и любой абонентской точкой было включено минимальное количество усилителей. На практике число последовательно включенных широкополосных усилителей ограничено значением, зависящим от шумовых характеристик и степени нелинейности конкретного типа усилителей. Обычно магистральный усилительный каскад включает 6-8 усилителей, хотя встречаются и более длинные каскады. Максимальное количество усилителей в каскаде, в свою очередь, накладывает ограничение на протяженность магистрали. Для создания большой кабельной системы приходится устанавливать усилители очень высокого качества или увеличивать количество головных станций. То и другое приводит к увеличению стоимости проекта.