Основы кабельного телевидения

       Стоит заметить что при этом основными отличиями кабеля являются его внешняя защита, экранирование, количество передающих волокон, тип трассировки, внутреннее же строение однотипно.

       Сердечник (Core) (обычно из стекла) используется для передачи светового сигнала. Внешний диаметр отражающей оболочки унифицирован для всех типов кабелей и составляет 125±2 мкм. В этот размер входит и 2 - 3 мкм слой лака, который служит защитой от влаги и связанной с ней коррозии. Первичную механическую прочность и гибкость рассматриваемой конструкции придает защитное покрытие из эпоксиакриолата, часто называемое буфером. Для удобства монтажа его окрашивают в разные цвета. Толщина покрытия составляет 250±15 мкм. Кроме этого, для лучшей защиты волокна и более удобного монтажа разъемов часто применяются конструкции с вторичным буфером диаметром 900 мкм, который без зазора уложен на первичный. Схема строение оптоволоконного кабеля изображена на рисунке 1.1.

       Рисунке 1.1. Схема строения оптоволоконного кабеля

       Коаксиальный  кабель представляет собой несбалансированную линию передачи, т.е. такую линию, в которой один из проводников  используется для передачи сигнала, а второй служит заземляющим с  волновым сопротивлением, стандартное  значение которого равно 75 Ом. До сих  пор он широко используется для строительства  последней мили, т.е. на магистральном  и домовом участках системы КТВ в основе кабель марки RG-6 и RG-11. Технически коаксиальные кабели различаются только внешним диаметром, жесткостью внешней оболочки и потерями на децибел на метр-километр кабеля. Схема построения коаксиального кабеля не отличается друг от друга и состоит из центрального проводника в коаксиальном кабеле чаще всего изготавливают из меди, которую покрывают изолирующим материалом. Поверх изоляции проходит второй проводник. В его роли может выступать алюминиевая фольга или медная пленка, оплетенная лужеными медными или алюминиевыми проволоками (экран). Схематичное строение коаксиального кабеля представлено на рисунке 1.2.

       Рисунок 1.2. Схематичное строение коаксиального  кабеля

         На транспортном уровне сети коаксиальный кабель в настоящее время практически полностью вытеснен волоконно-оптическим кабелем, имеющим несравнимо лучшие показатели качества, но более высокую стоимость. 
Выбор кабеля производится исходя из его технических характеристик, наиболее важными из которых являются потери в заданной полосе частот, возвратные потери, коэффициент экранирования. Кроме этого, при проектировании кабельной структуры необходим серьезный экономический анализ для заданных условий проектирования, при котором учитывается стоимость прокладки, пригодность кабеля для разных участков сети, возможность последующей реконструкции и стоимость эксплуатации и технического обслуживания. Сделать правильный выбор кабеля можно на основе сравнительного анализа результатов, полученных для нескольких альтернативных вариантов с различными марками кабеля и плотностями ответвленной нагрузки на километр кабеля. 
Отражения в кабельной системе возникают вследствие несовпадения импедансов в точках соединения участков кабеля с входами и выходами приборов системы, а также из-за механических повреждений внутренней структуры кабеля. Показателем, с помощью которого разработчик оценивает величину отражений в системе, является коэффициент возвратных потерь, измеряемый в децибелах. Показатели возвратных потерь определяют степень влияния отражения на качество передачи в оконечных точках системы. Для кабеля существенными являются возвратные потери во внутренней структуре, но ими можно пренебречь. Для приборов существенны значения возвратных потерь по входу и по выходу. 
Если задержанный по времени сигнал действует на вход ТВ приемника вместе с первичным сигналом, то задержка выражается в горизонтальном смещении задержанного изображения. При оценке влияния отражения на качество изображения должны учитываться как соотношение амплитуд первичного и отраженного сигналов, так и сдвиг фаз между первичным и отраженным сигналами. Сдвиг фаз зависит от соотношения длины волны передаваемого сигнала и пройденного им расстояния. Вероятность точного равенства расстояний, при котором отражения становятся помехой, в реальных системах мала. Обычно в кабельной системе присутствует множество отражений от разных точек, причем уровни сигналов в этих точках могут меняться очень существенно. В некоторых случаях, когда суммарное отражение растет очень сильно, существует возможность перераспределения ответвленной нагрузки для ограничения отражений. Однако, в большинстве случаев достаточно просто использовать приборы показатели возвратных потерь которых соответствуют стандарту.

       Но  нельзя забывать, что сигнал нельзя лишь подать по кабелю. На расстоянии сигнал имеет свойство затухать в связи  с кабельными потерями, для его  увеличения дальнейшей мощности используются усилители магистральные и домовые, а также оптически приемники при использовании оптоволоконных кабелей как магистрали сети.

       Оптический  приемник является электрооптическим  прибором для преобразования оптических сигналов в электрические сигналы. Он состоит из оптического детектора  и промежуточных соединительных компонентов между оптическим входом и коаксиальным выходом. На вход оптического  приемника подается оптический сигнал с выхода волоконно-оптической линии. Приемник обрабатывает полученный электрический  сигнал, усиливая его и преобразуя импульсы тока в импульсы напряжения, чтобы сигнал с выхода приемника  был совместим с той радиочастотной системой передачи, которая подключается к его выходу. Именно параметры  оптического приемника во многом определяют технические возможности  распределительной системы, среди  которых длина регенерационного участка, рабочая полоса частот реверсного канала и качество выходного сигнала. 
Основными факторами при выборе оптических приемников являются: 
1. Чувствительность фотодетектора. Она измеряется соотношением его выходного напряжения к входной оптической мощности. 
2. Квантовая эффективность. Это характеристика, которая аналогична чувствительности диода, выраженная как отношение числа фотонов, падающих на диод, к числу порожденных ими электронов, образующих ток во внешней цепи. Эффективность, равная 1 (или 100 %), означает, что каждый фотон увеличивает ток во внешней цепи на один электрон. 
3. Темновой ток. Даже в отсутствии падающего света через диод протекает некоторый ток, объясняющийся тепловой генерацией электронно-дырочных пар. Этот ток, величина которого зависит от температуры прибора, называется темновым или током утечки. 
4. Эквивалентная или средняя мощность шума (NBP). Это среднеквадратическая мощность сигнала, требуемая для получения единичного отношения сигнал/шум или минимальная оптическая мощность, необходимая для создания тока, равного собственному среднеквадратическому шумовому току прибора, который аналогичен тепловому порогу детектирования приемника. 
5. Время нарастания (время срабатывания). Это время, которое требуется детектору для увеличения уровня его выходного электрического сигнала от 10 до 90 процентов пикового значения. Это время может составлять порядка 1 не для лавинных диодов, около 3 – 4 не для pin-диодов и зависит от напряжения смещения. 
6. Напряжение смещения. Работая с током, детектор требует смещения в рабочую область с помощью приложения к нему напряжения смещения. Обычно pin-диоды требуют смещения менее 100 В, тогда как лавинные диоды требуют приложения нескольких тысяч вольт. Тем, что подача напряжения смещения повышает температуру фотодетектора, объясняется его влияние на время отклика, темновой ток и чувствительность прибора. С ростом смещения изменяются рабочие характеристики фотодиода. 
Основным элементом приемника является фотодетектор, который преобразует поступающую энергию света в электрическую энергию выходного сигнала. Главной особенностью оптического приемника конечно является преобразование и увеличение мощности  оптического сигнала в электрический, который и должен поступать в домовую и абонентскую сеть.

       Для коаксиальных кабелей в сетях  КТВ используются магистральные, промежуточные, домовые усилители сигнала различных производителей, разнообразие которых на сегодняшний день очень велико.

• Стандарт EN 50083 обязывает производителя приводить в технической документации усилителя следующий перечень параметров:
• полоса рабочих частот прямого и обратного каналов (МГц);
• максимальный выходной уровень прямого и обратного каналов (дБ-мВ);
• показатели нелинейных искажений;
• коэффициент усиления (дБ);
• коэффициент шума (дБ);
• приведенный динамический диапазон (дБ);
• показатели линейных искажений;
• развязка между прямым и обратным каналами (дБ);
• потребляемая мощность (Вт).

       Рассмотрим  эти параметры подробнее. 
Диапазон частот прямого канала определяется степенью линейности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) активных элементов усилителя во всей используемой полосе. В системе передачи каждый усилитель должен иметь полосу частот не меньшую установленной для системы передачи полосы. Это означает, что каждый усилитель должен обеспечивать по возможности постоянное усиление на всех частотах внутри этой полосы. Широкополосность является непременным требованием к усилителям современных кабельных сетей. Ширина полосы частот прямой передачи современных систем КТВ, напомним, составляет 47-1000 МГц. Количество транслируемых аналоговых каналов в таких системах возрастает до 60, а с учетом цифрового уплотнения более 200. Однако, увеличение полосы усилителя приводит к росту нелинейных искажений и вынуждает уменьшать выходной уровень усилителя, что, в свою очередь, сокращает протяженность магистрального усилительного участка. В результате на магистральной линии той же длины потребуется установить большее число усилителей и затраты на строительство системы увеличатся. С другой стороны, если использовать усилители более высокого качества с высокой линейностью АЧХ, для которых нелинейные искажения ниже при том же числе каналов, увеличится стоимость каждого усилителя. Таким образом, при увеличении полосы частот неизбежно получаем некоторое увеличение стоимости строительства системы в расчете на одного абонента, хотя стоимость системы на один канал уменьшается. Этот экономический эффект всегда необходимо учитывать при создании современной широкополосной кабельной сети. Ни в коем случае нельзя забывать о том что в каждом индивидуальном случае потери мощности и качества сигнала будут зависеть от электромагнитной обстановки факторов  окружающей среды дня и ночи, температурных режимов, качества разъемных соединений и пассивного оборудования применяемого в домовых и общедомовых участках сети. Основным пассивным оборудованием в сетях КТВ являются распределители и ответвители, ниже рассмотрим что представляет и для чего служат каждый из них.

       Распределителем называется прибор, который делит  входящую РЧ энергию поровну между  несколькими выходами. Распределители также называют делителями или разветвителями. В зарубежной литературе делитель называют сплиттером (splitter). Делители применяются, например, на участке домовой сети, где сигнал делится между несколькими коаксиальными абонентскими ответвлениями. Если половина мощности направляется на каждый выходной порт делителя, то уровень сигнала, поступающего на каждый выходной порт, теоретически будет на 3 дБ ниже, чем уровень сигнала на входе. Но и сам делитель имеет внутренние потери, поэтому обычное затухание делителя определяется величиной 3,5 дБ или более для каждого из двух выходных портов. Каскадное включение нескольких делителей на 2 позволяет получить делители с любым числом выходов. 
Потери передачи зависят от целого количества “делений на два” энергии входящего сигнала. Возможно деление сигнала и на нечетное число выходов -в этом случае энергия сигнала распределяется между выходами делителя не поровну. Например, делитель с тремя выходами имеет на одном выходе затухание 3,5 дБ, а на двух других по 7 дБ На рис. 7.1 показаны приборы с двумя, тремя и четырьмя выходами. Поскольку на выходе потери вычитаются из входного уровня сигнала, величина потерь показана со знаком “минус”. Делитель не имеет свойств направленности по какому-либо выходному порту, но между его выходными портами существует высокое переходное затухание РЧ сигнала. Делители могут устанавливаться в ветви домовой сети для обслуживания нескольких квартир или в квартирах абонентов для подключения нескольких телевизионных приемников или для организации нескольких равноправных магистральных направлений передачи. Делитель также может использоваться для объединения сигналов от нескольких РЧ источников на одном выходе путем его обратного включения, т.е. в качестве сумматора, что часто и делается в оконечных устройствах систем КТВ или на головных станциях. Для делителя определяются следующие параметры: 
• количество выходов; 
• полоса пропускания (МГц); 
• потери на выходах (дБ); . возвратные потери (дБ); 
• развязка между выходами (дБ); 
• пропускаемый переменный ток (А).