Технические параметры головной станции

При выборе головной станции для системы КТВ следует исходить из следующих критериев, определяющих ее емкость и качество транслируемых сигналов:

• класс системы КТВ (определяет класс станции);
• число обслуживаемых абонентов;
• число транслируемых каналов;
• диапазоны входных и выходных рабочих частот;
• выходное отношение C/N;
• показатели канальных и диапазонных нелинейных искажений;
• возможность работы в соседних каналах ("канал в канал");
• показатели линейных искажений;
• многофункциональность (возможность транслировать аналоговые и цифровые ТВ сигналы разных стандартов и сигналы других служб);
• надежность и возможность резервирования каналов;
• поддержка стандарта OIRT D/K;
• стабильность параметров (эксплуатационная и температурная);
• наличие автоматического мониторинга рабочих характеристик модулей станции и кабельной распределительной сети;
• удобство установки, настройки, эксплуатации и обслуживания;
• стоимость станции на канал и на абонента.

Технические параметры головной станции определяют между ее входами и выходом. Величины нормируемых параметров зависят от класса станции. Перечислим наиболее важные характеристики головной станции в соответствии со стандартом EN 50083-5.

Для каналов головной станции с устройствами усиления и конвертирования сигналов диапазонов ТВ вещания и ОВЧ ЧМ нормируются следующие параметры:

• отношение уровня радиосигнала изображения к одночастотной помехе комбинационных частот третьего порядка IMA3(K), обусловленной взаимодействием радиосигналов изображения, звукового сопровождения и цветовой поднесущей;
• отношение уровня радиосигнала к побочным помехам в смежных каналах, обусловленным взаимодействием сигналов изображения и звукового сопровождения;
• максимальный уровень выходного радиосигнала, ограниченный отношением уровня сигнала изображения к одночастотной помехе комбинационных частот третьего порядка 1МА3(к), обусловленной взаимодействием сигналов изображения, звукового сопровождения и цветовой поднесущей;
• отношение уровня радиосигнала к побочным помехам в смежных каналах, которые обусловлены взаимодействием сигналов изображения и звукового сопровождения;
• диапазон входных уровней напряжения сигнала изображения;
• эффективность автоматической регулировки усиления (АРУ);
• диапазон регулировки выходного уровня сигнала;
• неравномерность АЧХ в полосе канала ТВ или ОВЧ ЧМ вещания; . избирательность в полосах частот смежных, несмежных, зеркальных каналов и в полосе ПЧ телевизора;
• отношение уровня сигнала к уровню фоновой помехи;
• коэффициент шума в канале усиления (конвертирования);
• затухание несогласованности со стороны входа и выхода;
• отклонение несущей частоты сигнала от номинального значения при конвертировании.

Для каналов с устройствами формирования радиосигналов ТВ вещания нормируется следующее:

• размах напряжения полного цветового видеосигнала на входе;
• отношение радиосигнала изображения к одночастотной помехе комбинационных частот третьего порядка IMA3{K), обусловленной взаимодействием^ радиосигналов изображения, звукового сопровождения и цветовой поднесущей;
• отношение радиосигнала изображения к побочным помехам в смежных каналах, обусловленным взаимодействием радиосигналов изображения и звукового сопровождения;
• максимальный уровень напряжения радиосигнала изображения на выходе, определяемый отношением радиосигнала изображения к одночастотной помехе комбинационных частот третьего порядка 1МА3(к), обусловленной взаимодействием радиосигналов изображения, звукового сопровождения и цветовой поднесущей;
• отношение радиосигнала к побочным помехам в соседних каналах, обусловленным взаимодействием радиосигналов изображения и звукового сопровождения;
• подавление боковых полос телевизионного модулятора;
• отношение радиосигнала изображения к внеполосной помехе;
• отклонение несущей частоты радиосигнала изображения от номинального значения;
• отклонение разности несущих частот радиосигналов изображения и звукового сопровождения от номинального значения,
• сквозная АЧХ канала изображения;
• дифференциальное усиление и дифференциальная фаза канала изображения;
• расхождение во времени сигналов яркости и цветности канала изображения;
• импульсная характеристика (К-фактор) канала изображения;
• нелинейность сигнала яркости канала изображения;
• перекос плоской части прямоугольных импульсов частоты полей и строк;
• отношение радиосигнала изображения к шуму;
• отношение сигнала к фоновой помехе;
• затухание несогласованности со стороны входа телевизионного модулятора;
• уровень мощности (номинальное значение напряжения на согласованной нагрузке) сигнала звукового сопровождения на входе телевизионного модулятора;
• девиация несущей частоты радиосигнала звукового сопровождения;
• нелинейные искажения сигнала звукового сопровождения;
• отклонение АЧХ канала звукового сопровождения от характеристики идеальной цепи предыскажений;
• отношение сигнала звукового сопровождения к шуму и фоновой помехе;
• разность уровней напряжения радиосигнала изображения и звукового сопровождения на выходе телевизионного модулятора.

С учетом сложения радиосигналов на выходе головной станции должны быть нормированы:

• разность уровней напряжения радиосигналов изображения;
• отношение радиосигнала изображения к одночастотной помехе в полосе ТВ канала.

В табл. 12.2 приведен сокращенный перечень параметров, нормируемых для головной станции с устройствами усиления и конвертирования сигналов ТВ вещания.

Вышеперечисленные характеристики и требования к ним являются критериями, определяющими выбор головной станции в системе КТВ. Разумеется, исходить нужно в первую очередь из типа головной станции, рабочей полосы частот, количества абонентов и канальное емкости. Далее необходим тщательный комплексный анализ параметров и характеристик с учетом стоимости. Анализируя параметры головных станций, можно сделать ряд выводов.

1. При оценке параметров головной станции необходимо различать условия приема сигналов спутникового телевизионного вещания (СТВ) и сигналов наземного телевизионного вещания (НТВ), поскольку они различаются методами модуляции сигнала и диапазонами частот. Спутниковые станции передают сигнал в частотной модуляции (или фазовой), а наземные станции передают, как правило, сигнал в амплитудной модуляции. Соответственно, и диапазоны частот передачи для этих двух видов эфирных источников различаются.

2. Выходное отношение сигнал/шум (C/N) является основным критерием выбора головной станции при большой протяженности распределительных магистралей. При трансляции большого число каналов необходимо учитывать фактор снижения выходного C/N по сравнению со значением для одного канала в силу неидеальной избирательности выходных канальных фильтров. При выборе приемника сигналов СТВ обращают внимание не столько на его шумовой порог, сколько на достижимое значение C/N на его выходе. Уровень входных сигналов СТВ не оказывает существенного влияния на выходное отношение C/N и должен быть не ниже порогового уровня, приводимого в документации приемника. Для приема сигналов НТВ необходим расчет требуемых минимальных уровней на выходе приемной антенны при различных коэффициентах шума F антенного усилителя. Пример расчета (для C/N на выходе спутникового приемника 54 дБ) приведен в табл. 12.3. Смысл расчета в том, чтобы показать, что чем больше коэффициент шума усилителя, тем выше должен быть уровень сигнала на выходе антенны.

Если коэффициент шума антенного усилителя не известен, его следует принимать равным 10 дБ для диапазонов MB и 12 дБ для диапазонов ДМВ, так как в большинстве случаев на входе конвертора установлен всеволновой селектор телевизионных каналов. При наличии входных защитных устройств эти значения следует увеличить на 2 дБ. При формировании сигналов СТВ и НТВ необходимо учитывать, что после приемника могут быть включены различные активные распределительные устройства, усилители и конверторы с собственными значениями C/N, поэтому отношение, полученное на выходе приемника уменьшится. Таким образом, итоговое отношение C/N головной станции будет меньше. Снижение будет наблюдаться после включения каждого активного устройства, при этом собственное отношение сигнал/шум каждого из активных устройств можно приблизительно определить по уже известной формуле:

C/Nвх = Sвх - Sш.вх = Sвх - Sшо - F,

где Sвх - входной уровень сигнала активного устройства, F- коэффициент шума активного устройства, Sшо- входной пороговый шум (2,4 дБ-мкВ или -58 дБ-мВ)

3. О показателях искажений уже было достаточно сказано в главе 6, поэтому коротко укажем только на основные моменты. Показатель канальной интермодуляции является критерием оценки максимальных входных и выгодных уровней каждого канального модуля. Возникновение канальной интермодуляции обусловлено взаимодействием в активных элементах обработки канала звуковой и цветовой несущей с несущей изображения. Способы измерения канальной интермодуляции предусмотрены стандартами ГОСТ Р52023-2003 и EN-50083. Согласно последнему, максимальный выходной уровень определяется напряжением, при котором отношение уровня несущей изображения к уровню помехи комбинационных частот третьего порядка составит 60 дБ. Показатель кроссмодуляции характеризует уровень помехи, возникающей на выходе головной станции в результате взаимодействия сигналов двух и более каналов. Кроссмодуляции возникает в выходном широкополосном усилителе, на выходном сумматоре, в качестве которого используется многопортовый делитель. Для снижения кроссмодуляции необходимо увеличить величину развязки между выходами отдельных каналов. Этого можно достичь, например, включением высокоизбирательных полосовых фильтров на выходах повышающих конверторов. В профессиональных станциях в качестве выходного сумматора используется набор направленных ответвителей с высоким ответвлением (не менее 36 дБ) с дополнительной установкой на выходе каждого конвертора канальных фильтров. Помимо нелинейных искажении необходимо уделить внимание линейным искажениям, особенно ГВЗ, так как именно этот параметр в основном определяет четкость изображения. Линейные искажения на головной станции в основном связаны с зависимостью коэффициента усиления от частоты. Канальное групповое время задержки (ГВЗ) должно быть максимально равномерным в полосе телевизионного канала. Суммарное ГВЗ всех канальных модулей станции не должно превышать 60 нс.

4. Число транслируемых каналов является параметром, зависящим от нескольких характеристик. Прежде всего, это диапазон рабочих частот. Диапазон входных сигналов СТВ определяется выбором малошумящего понижающего конвертора LNB нужного диапазона (С или Ки). Диапазон входных сигналов НТВ обеспечивается большинством станций. При большом числе каналов необходимо обратить внимание на качество канальных процессоров, так как полный диапазон выходных частот поддерживается далеко не всеми станциями из-за сложности и высокой стоимости конверторов с перестройкой частоты. Настройка канальных модуляторов головной станции выполняется в соответствии с частотным планом создаваемой системы КТВ. При этом надо понимать, какие частоты каналов можно использовать на выходе головной станции, а какие нельзя. В непрофессиональных станциях с недостаточной избирательностью по соседнему каналу невозможна расстановка каналов на соседних частотах "канал в канал". Возможность работы в соседних каналах зависит не от диапазона конвертирования при обработке сигналов наземного и спутникового ТВ вещания, а от типа и качества используемого модулятора, в первую очередь от уровня внеполосных продуктов модуляции на его выходе. О частотном планировании рассказывалось в гл. 2. В диапазоне MB нужно обращать внимание каналы п±4 для стандарта OIRT и каналов л±5 для стандарта CCIR, поскольку они могут оказаться пораженными. В диапазонах ДМВ при использовании модулей со сплошным частотным перекрытием следует обратить внимание на уровни ложных сигналов в каналах п±9 для OIRT и л±11 для CCIR. Отношение уровня несущей к уровню ложных сигналов является важным параметром при значительном числе транслируемых каналов (более 20), определяющим возможность использования соседних и зеркальных каналов или каналов совпадающих по частоте с частотой гетеродина любого из конверторов. При использовании качественных профессиональных станций частотное планирование можно проводить относительно свободно.

5. Канальная емкость любой станции ограничена, поэтому для увеличения числа каналов применяют каскадирование - если емкости одной станции недостаточно, устанавливается еще одна. Выходные сигналы всех станций (всех каналов) суммируются, усиливаются широкополосным усилителем и затем подаются в распределительную сеть.
Поскольку каналы СТВ с точки зрения передачи по сети ничем не отличаются от каналов НТВ, то одну распределительную сеть можно использовать без каких-либо ограничений, если сигналы не распределяются в модуляции QPSK, когда все элементы распределительной сети должны иметь полосу 5-2150 МГц. Каскадируемые станции с наращиваемой канальной емкостью позволяют построить широкополосную систему с трансляцией до 40 каналов. Однако применение таких станций в системах с большим количеством абонентов может ограничиваться, поскольку наращивание емкости станции путем каскадирования модулей вносит дополнительную неравномерность в АЧХ, затрудняет достижение необходимого подавления внеполосных продуктов модуляторов, а наличие широкополосного усилителя на группу модулей может увеличивать интермодуляционные искажения.

6. Для крупных систем КТВ центральная станция должна обеспечивать резервирование каналов. Возможность резервирования каналов определяется условиями эксплуатации станции. Различают резервирование по направлению и по назначению, второе обычно называется резервированием "л + 1". Резервирование по направлениям позволяет создать в системе аварийный канал и может быть сделано как по низкой частоте аудио-видео сигнала, так и по стандартной ПЧ, чтобы при необходимости передачи важной информации по всем каналам можно было транслировать одну и ту же программу. Резервирование по назначению более экономично, но требует соответствующего программного управления, поскольку один резервный канальный модуль будет находится в дежурном режиме для нескольких каналов. Отдельный резервный канал должен выделяться для сигналов НТВ и СТВ.

7. О качестве станции можно судить не только по значениям, но и по количеству нормируемых технических параметров. Дополнительные параметры, которыми, как правило, характеризуются профессиональные станции, важны при построении широкополосных сетей с обратным каналом и гибридной волоконно-оптической архитектурой (HFC), которая сейчас является наиболее перспективной, и фактически уже стала основой для создания больших систем КТВ. Для профессиональных станций с возможностью оптической передачи задаются параметры C/N, СТВ и CSO отдельно для прямого канала (47 - 862 МГц) и обратного канала (5 - 30 МГц). Наряду с техническими параметрами не менее важными факторами является надежность, стабильность параметров, возможность расширения и модернизации станции без существенных затрат.

Экономичность головной станции оценивается, как правило, стоимостью на канал или(и) стоимостью на абонента. Средняя стоимость полупрофессиональной станции составляет 400 - 500 долл. на канал. Для создания системы КТВ небольшого и среднего масштаба (до 5000 абонентов) обычно выбираются универсальные станции. Большинство строящихся в настоящее время систем можно отнести как раз к системам среднего масштаба, так как они являются наиболее эффективными по соотношению цена-качество. С выхода такой станции, как правило, транслируются одновременно каналы СТВ и НТВ, хотя для приема сигналов НТВ может быть установлена и отдельная головная станция.

Для построения крупных систем КТВ и КСКПТ (более 10000 абонентов) большей протяженности, трансляцией большого числа каналов СТВ и НТВ (более 40) потребуется профессиональная станция со встроенной системой АРУ, дистанционным мониторингом и управлением, которые могут быть использованы в качестве станции сегмента (района) или центральной станции в крупном городе. Для трансляции в создания большой или средней системы с меньшим числом каналов также будет нужна профессиональная станция. Для средних систем с небольшим числом каналов в городских условиях подойдет станция со встроенной системой АРУ и двойным преобразованием частоты. Для небольших станций с небольшим и средним числом каналов НТВ подойдет станция прямого усиления без системы АРУ.