Принципы построения систем кабельного телевидения

Рис. 1.1. Архитектура системы  кабельного телевидения

 

Рассмотрим подробнее  назначение всех трех сетевых уровней  системы КТВ. Транспортный уровень  является базовым уровнем сети. Качество передачи в транспортной сети должно быть очень высоким, а ее канальная емкость (или скорость передачи) очень большой, поэтому она выполняется на основе волоконно-оптических линий связи. Транспортная сеть соединяет центральный оптический передатчик, установленный на центральной головной станции, с несколькими оптическими приемниками, установленными на узловых станциях. Транспортная сеть, таким образом, является частью линейного тракта между выходом центральной головной станции и входами узловых станций или между несколькими узловыми станциями. Она является полностью оптической частью системы и не требует включения какого-либо линейного промежуточного оборудования.

Магистральная линия  соединяет оптический приемник узловой  головной станции (или местную головную станцию в СКПТ) с распределительной  сетью. Следовательно, магистральная сеть является частью линейного тракта между выходом узловой (ипи местной) станции и точкой подключения коаксиальной распределительной сети. Этот уровень может строиться, как и предыдущий, на базе волоконно-оптических линий связи, но часто для этого применяется и высококачественный коаксиальный кабель (например, серии 565), специально предназначенный для строительства магистральных линий. В последнем слу чае для поддержания характеристик сигнала на приемлемом уровне используются магистральные усилители, включенные в каскад друг за другом. Возможны и варианты комбинирования ВОЛС и коаксиального кабеля в магистрали.

Третий уровень сети КТВ - это уровень домовой и  абонентской сети. Распределительные  домовые сети подключаются к магистрали с помощью магистральных ответвителей. Строится распределительная сеть на основе коаксиального кабеля типа RG-6 или RG-11. На этом участке используются домовые усилители, устройства распределения сигнала и абонентские ответвители. Абонентские ответвления, выполненные также из коаксиального кабеля (в основном типа RG-6) являются низшим уровнем распределения и заканчиваются абонентскими розетками.

Домовая сеть является самой критичной  частью линейного тракта, поскольку  она находится на наибольшем удалении от центральной головной станции. Домовая распределительная сеть является наименее помехозащищенной частью распределительной сети, особенно в низкочастотной области спектра. Качеству сигнала в оконечных точках домовой распределительной сети нужно уделять особое внимание, поскольку это является главным критерием работоспособности всей системы.

Участок сети от узловой станции  до абонентской розетки в сфере  сетевых технологий принято называть “последней милей”. Последняя миля, таким образом, включает магистральный  участок и домовой распределительный участок сети. Часть системы, подключенная к выходу узловой станции (т.е. обслуживаемая одним оптическим приемником), образует распределительный сегмент. Распределительный сегмент может быть чисто коаксиальным или состоять из оптической и коаксиальной части. Емкость одного распределительного сегмента может достигать нескольких десятков тысяч абонентов.

Все три описанных уровня обязательно  присутствуют только в системах СКТ-4. В системах СКТ-3 может отсутствовать  верхний, транспортный, уровень. В системах СКТ-2 присутствуют два нижних уровня - магистральный и домовой -а транспортный уровень отсутствует. В системах класса СКТ-1 присутствует только домовая и абонентская сеть, т.е. только нижний уровень распределения. На рис. 1.2, 1.3 и 1.4 показаны обобщенные структурные схемы телевизионных кабельных систем разных классов. По рисункам видно, что системы классов СКТ-1 и СКТ-2 имеют общие черты - отсутствие транспортного уровня и получение сигнала от независимой местной головной станции. Система класса СКТ-4 не является оригинальным вариантом структуры, а лишь объединяет несколько систем класса СКТ-3 в одну крупную систему посредством транспортной сети таким образом, как показано на рис. 1.5. Центральная головная станция системы СКТ-4 может быть источником сигнала не только для узловых головных станций, но также и непосредственно для распределительного оптического узла магистрали, т.е. выполнять роль узловой станции.

При построении сети внутри одного уровня применяются различные  физические топологии или конфигурации соединения устройств. Транспортная сеть строится по кольцевой и звездообразной конфигурации. Наиболее часто используется кольцевая конфигурация, при которой центральная головная станция соединена со всеми узловыми станциями с помощью одной транспортной линии, замкнутой в кольцо. Сигнал в кольцевой структуре транслируется от одной станции к другой по принципу эстафеты, пока его не получат все станции в кольце, причем сигнал может передаваться по кольцу в обоих направлениях.

Рис. 1.2. Система класса СКТ-1

Звездообразная структура  строится по радиальному принципу, при котором транспортные участки  передачи расходятся в виде лучей  от центральной головной станции. Кольцевая структура является наиболее выгодной, поскольку расход кабеля на ее создание увеличивается незначительно, но при этом обеспечивается резервирование в системе - если один участок кольца выходит из строя, вся система в целом остается работоспособной. Тем самым повышается надежность системы, что особенно важно на транспортном уровне сети. В звездообразной структуре при выходе из строя одного участка транспортной сети работоспособность всей системы не нарушается, но резервирование не обеспечивается. Древовидная структура широко применяется на магистральном и домовом уровнях распределения. Она представляет собой одну

Рис. 1.3. Система класса СКТ-2

ветвь, в которой все  блоки расположены друг за другом (ее также можно представить как  кольцо, но незамкнутое). В древовидной  структуре при нарушениях на одном  участке сети может нарушиться работа всей системы или, по крайней мере, большой ее части. На рис. 1.5 показаны обобщенные схемы сетей, построенных по топологиям дерево, звезда и кольцо.

Сеть магистрального уровня может строится на основе любой  из трех конфигураций. Оптическая часть  магистрали, как правило, строится по кольцевой конфигурации. На более низком уровне, сеть практически всегда строится на основе древовидной конфигурации.

Структура каждой отдельной  магистральной линии представляет собой дерево, ветвями которого являются домовые распределительные сети, подключенные к магистрали в определенных точках с помощью магистральных ответвителей.

Рис. 1.4. Система класса СКТ-3

Рис. 1.5. Топологии “дерево", “звезда”, “кольцо”

Сама домовая распределительная  сеть также строится по принципу дерева, в котором сигнал с выхода домового усилителя разводится с помощью  распределительного устройства (делителя) по стоякам или по подъездам многоквартирного дома. Далее, от стояков сигнал доводится до конечных точек сети (абонентских розеток) с помощью абонентских ответвителей, поддерживающих конфигурацию типа дерево или звезда. Выбор того или иного варианта структуры определяется требованиями к надежности системы (степенью резервирования). Также выбор структуры в большой мере зависит от географических условий местности и конфигурации существующей в данной местности кабельной и канализационной инфраструктуры.

1.4. Комплекс оборудования кабельных сетей

Комплекс производимого  в настоящее время оборудования, предназначенного для построения современной  сети КТВ, содержит множество различных  устройств и компонентов. Все  оборудование коаксиальных кабельных  сетей можно разделить на два больших класса - активное оборудование и пассивное оборудование. Активным называется прибор, потребляющий при работе электроэнергию. К активному оборудованию относятся в основном усилители и источники питания. Пассивное оборудование не требует питания для выполнения своих функций. К пассивному оборудованию относятся различные распределительные устройства, корректоры АЧХ и аттенюаторы. Кабель также можно отнести к пассивной части оборудования. С точки зрения выполняемых функций главное отличие активного оборудования от пассивного состоит в том, что первое, как правило, увеличивает уровень передаваемого сигнала или, иначе говоря, выполняет усиление сигнала. Пассивное оборудование, наоборот, снижает уровень передаваемого сигнала или, что означает то же самое, вносит потери в сигнал.

Конкретизируем перечень оборудования современных сетей  КТВ и приведем основные компоненты, входящие в его состав. Кабельная  сеть может строится на основе следующих  компонентов:

•    антенные устройства;

•    гоповные станции;

•    оптические приемники;

•    оптические передатчики;

•    широкополосные и диапазонные радичастотные усилители;

•    пассивные распределительные устройства (делители, ответвители);

•    сумматоры;

•    корректоры АЧХ (эквалайзеры)

•    аттенюаторы;

•    коаксиальные и оптические кабели;

•    источники питания;

•    абонентские терминалы.

Головная станция является основой системы кабельного телевидения, обеспечивая трансляцию всех сигналов в кабельную сеть. Головные станции  различаются по классам, определяющим их функциональное назначение и масштаб обслуживаемой сети, а также по категориям качества (профессиональная или полупрофессиональная). Профессиональная головная станция должна иметь в своем составе конверторы с двойным преобразованием частоты и встроенное оборудование системного мониторинга для контроля состояния сети. Комплекс приемного антенного оборудования можно рассматривать как часть оборудования головной станции.

Оптический приемник и оптический передатчик вместе с  оптическим кабелем образуют оптическое звено системы передачи. Оптическое звено имеет два окончания - головное и узловое. На стороне головного окончания оптический приемник и передатчик является частью оборудования головной станции (местной или узловой). На стороне узлового окончания оптический приемник и передатчик образуют оптический узел, предназначеный для обслуживания коаксиального распределительного сегмента. Желательно иметь на узле возможность резервирования оптического оборудования и средства мониторинга коаксиального сегмента.

Радиочастотный усилитель является отновным элементом коаксиальной распределительной сети. Он поддерживает необходимый для обслуживания всех абонентов уровень сигнала в сети, компенсируя потери сигнала в кабеле и распределительных устройствах. Рззличают магистральные и домовые радиочастотные усилители. Подробнее они будут рассмотрены в главе об активном оборудовании коаксиальных систем передачи.

К пассивным распределительным  устройствам относятся делители (распределители) и ответвители. Они  предназначенных для обслуживания нескольких кабельных направлений передачи. На сегодняшний день в индустрии кабельных сетей существует разделение на профессиональные и бытовые изделия, которые принято различать по цвету корпуса. В светлых корпусах (с покрытием сплавом олово-висмут или никелем) выпускаются изделия профессионального качества, а изделия с желтым корпусом (цинковое покрытие) обладают менее высоким, бытовым, качеством.

Помимо качественных различий по техническим показателям (полоса частот, проходное затухание, неравномерность АЧХ и др.) существуют очевидные конструктивные различия этих классов изделий. Основным недостатком желтых изделий является низкое качество разъемов. Качество пайки крышек корпусов у них также оставляет желать лучшего, в результате чего они обеспечивают меньшую помехозащищенность. Цена желтых изделий, разумеется, может быть значительно ниже. То же самое относится и к усилительному оборудованию.

Для создания современных  кабельных сетей применяется  коаксиальный и волоконно-оптический кабель. Оба типа кабеля имеют свои недостатки и преимущества. В частности, волоконно-оптический кабель выигрывает по ширине доступной для передачи полосы частот и защищенности от внешних помех, но традиционный коаксиальный кабель более дешев и удобен в прокладке. На сегодня оба типа кабеля продолжают активно и наравне использоваться в сетях гибридной архитектуры, каждый на своем иерархическом уровне. Оптический кабель преимущественно применяется на транспортных и частично магистральных линиях, а на основе коаксиального кабеля строится распределительная магистральная и домовая сеть.

Хотя конечным обслуживаемым  прибором кабельной сети является телевизор, кроме него, для приема сигналов у абонентов могут устанавливаться  терминальные устройства, выполняющие  конвертирование частот принимаемых сигналов и (или) декодирование кодированных сигналов. Терминальное устройство может быть индивидуальным, т.е. обслуживающим одного абонента, или коллективным, предназначенным для группы абонентов.

Выбор того или иного  компонента или устройства зачастую делается, прежде всего, на основе ценового фактора, однако, выбор должен выполняться с учетом не только стоимости устройства, но и его технических характеристик. При выборе устройства рекомендуется обращать внимание на следующие существенные моменты.

1.    Полноту технической документации (спецификации) устройства. Перечень технических характеристик, которые должны быть приведены в спецификации устройства, определяется специально разработанным стандартом, используемым в данной кабельной системе.

2.    Соблюдение требований, предъявляемых используемым стандартом к техническим характеристикам устройства. За выполнением этого требования, разумеется, должен следить производитель устройства, но обязанностью разработчика является проверка того, чтобы при строительстве сети использовалось только оборудование одного данного стандарта.

3.    Минимальные размеры и вес устройства. Это позволит установить устройство в труднодоступных местах и уменьшит вероятность его кражи.