mail@tvbs.ru
Не забудьте пополнить запасы: коаксиального кабеля, витой пары, делителей, ответвителей, разъемов, переходов и штекеров ...
Оборудование и решения для операторов КТВ, IPTV, GPON
Спутниковый приемник или ресивер в профессиональной головной станции является частью канального процессора. Однако, ресиверы могут использоваться и как отдельные устройства, в частности, бытовые. Популярные бытовые спутниковые ресиверы выпускаются фирмами Nokia и Scientific Atlanta. Ресиверы имеет встроенные декодеры и предназначены для работы в системах SMATV и малых кабельных сетях.
Ресиверы, как правило, поддерживают все аналоговые видеостандарты (PAL, SECAM и NTSC) и цифровой стандарт DVB/MPEG-2. Цифровые сигналы поступают на декодеры видео и звука, с выхода декодера звукового на цифро-аналоговый преобразователь, а затем на выход приемника. Профессиональный приемник уметь работать с разными кодировками, для чего ему необходимо несколько декодирующих модулей условного доступа. В конструкции приемника есть четыре функциональных блока: спутниковый тюнер, демодулятор, декодеры потока MPEG-2 для видео и аудио сигналов и считывающее устройство для смарт-карт.
Настройка приемника осуществляются с помощью внутреннего микропроцессора. Настраивается четыре параметра: поддиапазон (путем выбора частоты гетеродина или промежуточной частоты), скорость передачи данных SR (Simbol Rate) в бодах, поляризация и отношение коррекции ошибок в цифровом потоке данных (FEC). Иногда требуется еще установить тип LNB (Universal или фиксированный). По этим параметрам формируется управляющий сигнал, подаваемый на схему сканирования частотного диапазона приемника. Остальные параметры, как правило, устанавливаются автоматически. Количество ошибок подсчитывается процессором приемника и может служить объективным показателем качества входного сигнала. Возможность ручной установки PID (идентификатора канала) позволяет принимать сигналы, качество которых далеко от идеального. Настройка выполняется на экранном меню либо на собственном дисплее, расположенном на передней панели приемника.
Главным элементом головной станции является блок канальной обработки сигнала, который также называется канальным процессором или канальной кассетой. Канальный процессор служит для демодуляции спутниковых сигналов СТВ для их преобразования в форму, воспринимаемую терминальным оборудованием абонента кабельной сети, и для конвертирования эфирных сигналов НТВ на отведенную ему частоту в кабельной сети. Сигналы подаются на канальные процессоры с выходов делителей спутникового и эфирного сигнала. Количество канальных процессоров, очевидно, должно быть равно количеству транслируемых с головной станции каналов.
В общем случае канальный процессор состоит из приемника (демодулятора) и модулятора с канальным конвертором, усилителями и полосовыми фильтрами. Каждый канальный процессор вырезает из выходного сигнала спутникового конвертора (950 - 2150 МГц) сигнал только своего канала и переносит его на другую несущую частоту, соответствующую принятому в данной кабельной сети частотному плану. Сигналы, передаваемые со спутника, модулированы иным способом модуляции, нежели в кабельной сети, поэтому на приемной стороне процессор сначала демодулирует сигнал, например, из широко используемого QPSK, а затем вновь модулирует его, например в AM для подачи его в распределительную кабельную сеть. Каждый спутниковый приемник имеет демодулятор, который восстанавливает исходный низкочастотный аудио-видео сигнал, и модулятор, который выдает модулированный теми же аудио/видео сигнал. В системе CATV на выходе спутникового ресивера имеем обычный AM телевизионный сигнал. Технические характеристики канальных процессоров большинства производителей позволяют распределять этим методом аналоговые и цифровые каналы. Цифровые канальные процессоры стандарта DVB/MPEG-2 пока имеют довольно высокую стоимость, поэтому вместо них можно использовать комбинацию бытового или полупрофессионального цифрового ресивера с модулятором.
Для создания конверторов канальных процессоров в разное время применялись различные схемотехнические решения. Рассмотрим канальные процессоры без преобразования частоты, с однократным и двукратным преобразованием частоты. Один из наиболее простых методов приема и обработки радиовещательных ТВ сигналов в канальном процессоре (без преобразования частоты) показан на рис. 12.4.
Схема включает серию идентичных усилителей, каждый из которых работает в VHF полосе. Этот метод применим только для приема каналов диапазона НТВ. Чтобы избежать проблем с интермодуляцией, усилители делались одноканаль-ными, а сигналы одного канала выделялись с помощью полосовых фильтров на входе и на выходе каждого усилителя. Недостатком этого способа является то, что он обеспечивает неполное подавление нежелательных сигналов соседних каналов, которые могут проходить как через фильтры, так и через усилители, интерферируя с полезным сигналом и создавая интермодуляционные искажения. Кроме того, он обладает лишь минимальной возможностью отдельного контроля видео и аудио несущих, ограниченным действием АРУ, а конвертирование канала на другую частоту в таком устройстве вовсе невозможно, поэтому в настоящее время такая схема не применяется.
Отказавшись от первого подхода, разработчики обратились к схеме с однократным преобразованием частоты, в которой применялся метод встречно-каскадного включения канальных демодуляторов и модуляторов с разделением сигналов видео и аудио, как показано на рис. 12.5.
Метод позволял легко производить конвертацию частоты каналов, но качество выходных сигналов зависело от установленной глубины модуляции как по видео, так и по аудио.
Кроме того, возникал вопрос о стабильности частоты ВЧ несущей, поскольку источником подаваемого в кабельную сеть сигнала теперь становился демодулятор/модулятор.
Следующим шагом в построении канальных процессоров был метод супергетеродинной обработки сигналов, основанный на двукратном преобразовании частоты. Практически во всех современных моделях используется схема с двойным преобразованием частоты, состоящая из двух конверторных блоков (понижающего конвертора и повышающего конвертора) и усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Схема оборудования показана на рис. 12.6. Устройство гетеродинной обработки каждого канала, состоит из понижающего конвертора (down-convertor), усилителя промежуточной частоты и конвертора в частоту канала (up-convertor).
Каждый конверторный блок включает в себя полосовые фильтры, настроенные на частоты канала приема, усилитель, смеситель и гетеродин. Усилитель УПЧ, включающий фильтр ПАВ на поверхностных акустических волнах (SAW), определяет избирательность конвертора по соседнему каналу. Сначала с помощью понижающего конвертора с гетеродином fri выполняется преобразование частоты входного сигнала на промежуточную частоту fm, потом сигнал усиливается на промежуточной частоте, а затем с помощью повышающего конвертора с гетеродином fr2 делается преобразование отфильтрованного сигнала промежуточной частоты вверх в диапазон входных частот fBbix. Как правило, в преобразователях берут частоту гетеродина выше частоты входного сигнала, а в качестве сигнала со смесителя используют разностно-частотный сигнал:
Таким образом, первый (понижающий) конвертор выдает входной сигнал на стандартной для всех каналов промежуточной частоте, который затем подается на сложный усилитель промежуточной частоты с высокой селективностью и устройством АРУ. Поскольку устройства гетеродинной обработки всех каналов используют одинаковые усилители ПЧ, то сложность конструкции этих усилителей не является недостатком. С выхода усилителя ПЧ сигнал подается на повышающий конвертор со своим локальным генератором, который может перенести данный канал с промежуточной частоты на любую удобную или выбранную частоту канала диапазона ОВЧ, используемую в системе КТВ.
При равенстве частот гетеродинов конвертор с двукратным преобразованием не смещает частоту входного сигнала и работает как канальный усилитель. Использование конвертора с двойным преобразованием в режиме канального усилителя, т.е. без конвертации частоты принимаемого сигнала, возможно при приеме сигналов диапазона НТВ. В этом случае конвертор настраивается его по входу и выходу на одну и ту же частоту. Фильтрация происходит на промежуточной частоте (38,0МГц или 38,9 МГц) с помощью ПАВ.
Поскольку все усилители ПЧ работают с одной и той же частотой, данный метод имеет множество преимуществ. Например, одна телевизионная программа может подаваться одновременно на все канальные блоки на ПЧ и в случае аварийной ситуации в системе единственный модулятор с выходом по ПЧ может обеспечить аварийную замену программы, переключая ее на нужный канал. Также получаем надежную возможность регулировки уровня как аудио так и видео несущей, а, кроме того, поскольку в схеме нет демодуляторов, то отношение между несущими изображения и звука остается неизменным, каким оно было изначально установлено на передающей станции. Еще одним достоинством этого метода является гибкость оборудования. Если, например, следует добавить к принимаемым эфирным каналам UHF каналы, необходимо только установить другой входной понижающий конвертор, чтобы получить на его выходе ту же ПЧ. Метод обеспечивает и многие дополнительные свойства, такие как генерация резервной несущей холостого хода (stand-by), которую кабельная структура получает даже если эфирный сигнал был прерван. Это позволяет использовать эти несущие как пилотные сигналы в целях АРУ или АРН усилителей системы. Конвертировать эфирные каналы в каналы кабельной сети можно практически без ограничений с перестановкой каналов или без нее. Так эфирный 3 канал можно продолжать называть 3 каналом в кабельной сети или переименовать его в 6 канал или 11 канал или какой-либо другой по желанию. Важным свойством устройства гетеродинной обработки является его способность конвертирования частот обратного канала на промежуточную частоту. Сигналы, передаваемые на головную станцию в диапазоне 5-30 МГц, могут быть просто перенесены на соответствующие частоты в дополнение к сигналам ОВЧ прямого направления передачи кабельной сети.
Недавно появились новые канальные конверторы диапазона НТВ с четырехкратным преобразованием частоты. Такой конвертор разработан фирмой WISL В его структуре также присутствует понижающий и повышающий конвертор, но каждый из них, в свою очередь, выполнен по схеме с двойным преобразованием частоты, т.е. включает два конверторных блока (понижающий и повышающий). Весь диапазон в нем разбит на несколько участков с помощью не-перестраиваемых фильтров, что позволило снизить величину интермодуляции во входных цепях и расширить динамический диапазон. При перестройке конвертора по частоте, встроенный микроконтроллер подключает к входу соответствующий фильтр. Предварительный малошумящий усилитель для диапазона НТВ можно отключить, если уровень сигнала с антенны достаточно высок. Диапазон выходных частот конвертора составляет 47 - 862 МГц, выходное отношение C/N составляет 56 дБ.
В современных канальных процессорах используются гетеродины, построенные на базе цифровых синтезаторов частоты, причем в качестве опорной частоты для синтезаторов первого и второго гетеродинов может быть использована либо единая опорная частота, вырабатываемая общим кварцевым генератором и подаваемая на синтезаторы, либо для каждого синтезатора может использоваться свой собственный опорный кварцевый генератор. Конвертор фирмы Blankom GKU-301 построен по схеме с единым опорным генератором и имеет возможность включения режима фазовой синхронизации гетеродинов, что позволяет использовать его в режиме канального усилителя без опасности возникновения помех. В конверторе OV43 фирмы WISI предусмотрена установка режима работы канального усилителя, но синхронизация гетеродинов в этом режиме отсутствует, что приводит к возможности появления помех. То же можно сказать и о более современной модели конвертора OV45A фирмы WISI и модели CKU-ЗОЗх фирмы Hirschmann. Российские разработчики в начале 90-х создали модулятор кабельного телевидения МТ 300, который имел в своем составе конвертор с двойным преобразованием. В настоящее время из-за низкого уровня развития элементной базы и отсутствия финансирования такие модуляторы в России не выпускаются.
Достоинством профессиональных станций, в которых осуществляется двойное преобразование частот неперестраиваемыми канальными конверторами с высокой избирательностью, является малая неравномерность АЧХ (±0,5 дБ), а недостатком является невозможность перестройки выходной частоты, что бывает необходимо при многоканальном вещании. В полупрофессиональных станциях без двойного преобразования для обработки принимаемых сигналов используется один конвертор, который переносит спектр каждого канала по первой стандартной промежуточной частоте, которая равна 38,9 МГц. Отрицательный эффект заключается в этом случае в поражении некоторых каналов гетеродином самого конвертора. Использование таких станций допустимо только при трансляции небольшого числа каналов (до 10). Очевидно, что любая станция для средних и больших систем коллективного приема с количеством абонентов более 5000 и любая станция для малых систем при трансляции большого числа каналов должна осуществлять двойное конвертирование частот.
Выходные сигналы процессоров станции суммируются и направляются че-резобщий кабель в распределительную сеть. Перед подачей отдельных несущих в общий кабель необходимо их объединение на выходе головной станции. Производители предоставляют широкий выбор оборудования для объединения сигналов. Это оборудование должно обеспечивать хорошую развязку между отдельными канальными блоками и малые потери. Сумматором (combiner) называется прибор для объединения сигналов, в котором поступающие сигналы с двух или более входов суммируются в одном выходном порте. В качестве сумматоров могут применяться делители, включенные в обратном направлении.
На рис. 12.7 показана наиболее широко используемая схема с делителями и ответвителями. Здесь делители установлены в обратном направлении, противоположном их нормальному включению для разделения сигналов, чтобы улучшить развязку между отдельными канальными блоками обработки сигнала. На рисунке также показана тестовая точка головной станции, которая служит для тестирования и контроля уровня сигнала. В эту схему включен дополнительный направленный ответвитель для подачи специальных тестовых сигналов, например, от генератора развертки для настройки системы. Правильная эксплуатация системы предполагает периодическое измерение и установление нормального уровня сигнала в тестовой точке головной станции наряду с регистрацией этих показаний. Это помогает анализировать проблемы с работой системы, которые могут возникнуть в будущем.
В качестве дополнительной функции головная станция может осуществлять питание кабельной (коаксиальной) сети. В это случае головная станция располагается так, чтобы удобно было устанавливать источники питания переменного напряжения, особенно если на ее выходе сигнал делится для обслуживания нескольких распределительных сетей. В этом случае оборудование головной станции должно быть изолировано по частоте 50 Гц по цепи питания, а делитель должен пропускать ток питания.
Наличие на головной станции встроенной системы автоматического регулирования усиления (АРУ) позволяет формировать стабильный выходной сигнал вне зависимости от погодных условий. Как правило, простейшие станции прямого усиления, состоящие из набора канальных усилителей, не имеют в своем составе системы АРУ. При наличии системы АРУ следует обратить внимание на зависимость коэффициента шума или выходного отношения C/N в зависимости от уровня входного сигнала. Диапазон входных сигналов наземного ТВ указывает на наличие или отсутствие АРУ и позволяет косвенным образом определить отношение сигнал/шум на выходе канального модуля. На раннем этапе развития систем КТВ контрольные несущие для автоматической регулировки (АРУ и АРН) обычно обеспечивались отдельными генераторами, которые устанавливались на головной станции системы. К переносимым системой сигналам добавлялась одна или две несущих, в зависимости от вида авторегулировки. Если продолжать увеличивать канальную нагрузку системы с 12 каналов сначала до 20, потом до 35 и более каналов, обнаруживается, что при использовании для авторегулировки служебных модулированных видеосигналом несущих можно снизить количество сигналов, проходящих через каждый усилитель, снижая таким образом интермодуляционные искажения. Сегодня большинство кабельных усилителей регулируется по видеонесущей телевизионного сигнала.
В настоящее время почти все системы КТВ проектируются со способностью двунаправленной передачи. Для этого на головной станции необходимо оборудование выделения информации, получаемой по обратному каналу. На рис. 12.8 показан возможный вариант выделения сигналов обратного канала с помощью двунаправленных фильтров, которые включены в оба распределительных кабеля. С технической точки зрения было бы допустимо использовать для выделения сигналов обратного канала двунаправленный фильтр, который расположен на одном из выходов делителя или на выходе единственного кабеля от головной станции. В случае с двумя фильтрами, показанном на рис. 12.8, оба кабеля изолируются с точки зрения обратной передачи. Это обеспечивает необходимую полосу частот в каждом распределительном кабеле, а не один обратный канал не разделяется между всеми направлениями обратной передачи. Кроме того, это позволяет ретранслировать несущие обратной передачи во второй кабель, поскольку оба кабеля изолированы. Это может снизить количество требуемых частот обратного канала и, следовательно, уменьшить стоимость оборудования обратной передачи. Еще одна веская причина изолирования участков системы по обратному направлению передачи заключается в необходимости снижения шума в обратном канале.
На рис. 12.9 показан пример структуры головной станции. В приемном антенном оборудовании СТВ включена фидерная головка с отдельным выходом для каждого направления поляризации, который подключены каждый посредством своего антенного фидера к двум делителям мощности. С выходов делителей сигналы подаются на блоки канальной обработки. Для каждого канала установлен свой канальный блок, способный выполнять демодуляцию, усиление и модуляцию. Канальными блоками выполняется преобразование частот в диапазон, используемый для распределения каналов в кабельной сети. После модуляции сигналы всех каналов объединяются (мультиплексируются) в сумматоре и направляются в распределительную кабельную сеть. На другой вход сумматора подаются сигналы от антенн эфирного вещания НТВ.
