Основы проектирования систем эфирного и кабельного телевидения

Рекомендации при проектировании систем эфирного и кабельного телевидения

Эфирные каналы ТВ:
1-ый метровый диапазон (48.5-66.73) МГц.
2-ой метровый диапазон (76-100) МГц.
ДМВ диапазон (470-842) МГц.

Кабельные каналы ТВ:
1-ая кабельная полоса (110-174) МГц.
2-ая кабельная полоса (230-302) МГц.
3-я кабельная полоса (302-470) МГц.

Основные требования к параметрам сигнала

рекомендуемый уровень сигнала на абонентском выходе Uab_min более 62 dBuV (зависит от диапазона)
рекомендуемый уровень сигнала на абонентском выходе Uab_max менее 80 dBuV (зависит от диапазона)
минимальное отношение сигнал/шум S/Nmin: 43 дБ (ТВ), 55 дБ (FM-стерео)
минимальное отношение сигнала к интермодуляционным продуктам S/Imin 60 дБ вызывает снижение максимального выходного сигнала в соответствии с таблицей 1

Количество программ	2	3	4	5	6	7	8	12	16	20	24	28	36
Снижение уровня [дБ]	0	2	3,5	4,5	5	5,5	6	8	9,5	10,5	11,5	11,7	12,5

Таблица 1. Уменьшение максимального выходного сигнала усилителя в зависимости от количества программ.

все программы должны иметь одинаковый уровень мощности;
максимальная разница между уровнями сигнала;

- 3дБ (соседние каналы);
- 6дБ (в любой полосе шириной 60МГц);
- 10дБ (во всем спектре);

минимальная изоляция между двумя приемниками: -44 дБ.
все параметры раздаточной установки должны сохраняться более 95% времени.
коэффициент усиления используемых антенн не должен изменяться более чем на 0,5 дБ в пределах одного ТВ или FM канала.

Этапы проектирования распределительной сети телевидения

1) Измерения уровней сигналов на входе/ах усилителя (выходе/ах антенны).
Измерения можно выполнять с помощью измерителя уровня сигнала.
Цель состоит в том, чтобы определить, достаточны ли уровни для дальнейшей обработки, т.е. усиления и распределения сигналов для обеспечения заданных уровней сигнала во всех абонентских точках (Таблица 2). При необходимости следует использовать предусилители.

Диапазон	FM (mono)	FM (stereo)	FM (stereo Hi–Fi)	TV I	TV II	TV III	TV IV	TV V
Минимальный уровень сигнала [dBuV]	43	51	61	53	53	54	55	56

Таблица 2. Минимальные уровни сигналов на входах усилителей-распределителей ВЧ.

2) Определение мест размещения распределительных устройств (усилители, ответвители) и оптимальное размещение кабелей.

3) Выбор типа распределительной сети, определяется доступностью к каналам электроснабжением и т.п., но в первую очередь - концепцией разводки (например, программными пакетами).

4) В соответствии с выбранным типом сети необходимо построить ее схему. В сети на основе ответвителей, (наличие отводов на каждый этаж), характеризующихся адекватным сквозным и отводным затуханием (с учетом различий в уровнях сигнала из-за разной длины кабелей).
В случае сети, основанной на распределении сигнала из одной центральной точки по одной линии, все отводы находятся в этой линии. Лестничные клетки соединяются с помощью кабеля и ответвителей, с использованием, при необходимости дополнительных усилителей (для большего количества абонентов в лестничных клетках - тогда это двухступенчатая система).
Выбор длины кабеля и ответвителей должен обеспечивать одинаковое или очень близкое затухание сигнала до всех абонентов.

5) Расчеты затухания L между усилителем здания и абонентскими розетками. Расчеты позволят найти минимальное затухание Lmin (обычно в ближайшем к усилителю выходе) и максимальное затухание Lmax (обычно в самом дальнем выходе). Если Lmin и Lmax не соответствуют рекомендациям, необходимо пересмотреть конструкцию.

6) К значению L прибавляем уровень Uab_min и запас по уровню3 дБ, что позволяет подключить два приемника, имея требуемый уровень Uba на выходе усилителя.

7) Максимальный выходной уровень Uba_max усилителя определяется добавлением к Uba поправки на уменьшение интермодуляционных искажений, таблица 1, и запаса 3 дБ, что позволяет в дальнейшем увеличить количество распространяемых программ.

8) Последний этап – настройка набора канальных усилителей для выравнивания уровней всех программ.

Рекомендации по распределению сигнала в сети телевидения

в пределах одного участка от точки А до точки В (от усилителя и всех распределяющих элементов до следующего усилителя или приемника) эффективный коэффициент усиления должен быть равен 0 дБ, т.е. усилитель компенсирует только затухание на участке, (L дБ - A дБ = 0);

Иллюстрация подключения усилителей >>

из-за возрастающего с частотой затухания в коаксиальном кабеле используемые усилители должны обеспечивать достаточную коррекцию;
если в сети используется более одного последовательно соединенного усилителя, то из-за интермодуляционных искажений приходится адекватно снижать уровень выходного сигнала (2 усилителя - 3 дБ, 3 усилителя - 4,7 дБ, 4 усилителя - 6 дБ);

необходимо рассчитать эффективное отношение сигнал/шум сети и сравнить его со значением S/Nmin - правильно спроектированные системы MATV с одним усилителем гарантируют, что отношение лишь немного больше, чем у типичного телевизора, что означает незаметность изменение качества изображения и звука;

не рекомендуется использовать сплиттеры для распределения сигнала на большее количество приемников - отсутствие надлежащего согласования во всем частотном спектре и помехи, вносимые в сеть приемниками (гетеродинами), вызывают помехи, ухудшающие качество приема; отводы с ответвителей обеспечивают лучшее разделение между абонентскими розетками, что практически исключает эти проблемы;

каналы FM-радио рассматриваются как один канал, и при расчетах учитывается только самый сильный сигнал;
каждая программа должна приниматься отдельной антенной, если нет группы программ с очень похожими уровнями;

как правило, УКВ-антенны должны иметь меньшее энергетическое усиление, чем УВЧ-антенны;

рекомендуется использовать одно - или двухканальное разнесение (например, 50, 52, 54, 56, 58 или 51, 54 и т. д.), если только количество распространяемых программ не превышает возможного при таком распределении. Без разноса каналов существует риск помех от соседних каналов, особенно в старых телевизорах, которые не так избирательны, как современные телевизоры. Уменьшить неблагоприятное явление можно особо тщательным выравниванием сигнала в сети;

Иллюстрация разнесения каналов >>

лучший выбор – полосовые выходы (разделение FM и ТВ сигналов) – широкополосные решения характеризуются большим затуханием и низким разделением;
все выходы сетевых устройств должны быть закрыты согласующими резисторами, включая последние выводы в проходных сетях (если не используются выделенные согласующие выводы);

все входы используемых устройств должны быть закрыты, особенно когда выходной сигнал представляет собой сумму сигналов со входов (например, входов усилителя). В качестве исключения, когда неиспользуемые входы оснащены специальной регулировкой усиления, может быть достаточно установить минимальное усиление;

при использовании ряда антенных предусилителей необходимо обеспечить правильное питающее напряжение (12 В или 24 В постоянного тока) и выходной ток источника питания;
в случае больших сетей с длинными кабелями рекомендуется использовать преобразователи каналов, чтобы избежать распространения программ в каналах, используемых наземными ТВ-передатчиками;

антенны и мачты должны быть очень хорошо заземлены, то же самое относится к усилителям, ответвителям и разветвителям;
рекомендуется устанавливать уровень FM-вещания примерно на 10 дБ ниже, чем у телеканалов;
расчеты необходимы для достижения хорошего качества распределительной сети;

если сеть раздает более двух программ, каждое удвоение количества программ заставляет нас уменьшать уровень выходного сигнала на 3 дБ, если в руководстве пользователя усилителя нет другой рекомендации;
следует избегать распространения программ по парам каналов, указанных ниже:

Мешающий канал/диапазон	1	2	FM	6	7	8
Телеканал помех	4	5	3	10	11	12

Таблица 3. Нерекомендуемые пары каналов/диапазонов (1)

При необходимости распределения программ по парам каналов, указанных в таблице 3, разнос между близкими приемниками должен быть более 54 дБ, а для каналов, перечисленных в таблице 4, - более 50 дБ.

Основной канал	Канал/ы с помехами
1	3, 6, 28, 39, 49, 50, 60
2	5, 8, 23, 35, 47, 59
3	12, 34, 48
4	23, 39, 54
5	27, 44, 60
6	42
7	45
8	48
9	51
10	54
11	57
12	60
21	26
22	27
:	:
Количество каналов с помехами больше на 5 по сравнению с мешающим каналом
:	:
54	59
55	60

Таблица 4. Нерекомендуемые пары каналов/диапазонов (2)

Основные условия для построения сети

Коллективная антенная система (система MATV) может быть определена как антенная установка, в которой компенсация затухания в сети выполняется одним (центральным) набором усилителей. Усилители могут быть подключены каскадом.

В отличие от MATV, система кабельного телевидения компенсирует затухание в сети за счет ряда комплектов секционных усилителей, развернутых в разных частях сети. Еще одной особенностью больших кабельных инсталляций является многослойная (древовидная) структура.

Общественная антенна (система MATV) - способ приема и распределения FM и ТВ-сигналов в многоквартирных домах, кондоминиумах и коммунальных службах.

Уровень мощности сигнала (также: уровень сигнала или уровень) - отношение мощности сигнала к опорному уровню, выраженное в децибелах (дБ). Опорный уровень мощности 0 дБмВ означает мощность, рассеиваемую на сопротивлении 75 Ом при подаче на него сигнала напряжением 1 мВ. Затем уровень сигнала представляет собой отношение приложенного напряжения к опорному 1 мВ (при стандартном сопротивлении 75 Ом).

Таким образом, фактический уровень сигнала можно определить как:

P=20logU

где: U - напряжение на нагрузке 75 Ом в мВ.

Уровень ЧМ-радиосигнала определяется как среднеквадратичное значение несущей частоты, ТВ-сигнала - среднеквадратичное значение несущей частоты видеосигнала в пиках импульсов синхронизации.

Уровень напряженности поля - напряженность электрического поля, выраженная в децибелах (дБмВ/м) - опорный уровень 1 мВ/м.

Максимальный выходной уровень - максимальный уровень сигнала на выходе (на каждом выходе - если их больше одного) активного устройства с номинальной нагрузкой, ограниченный интермодуляционными искажениями.

Виды систем MATV:

с одним каскадом усиления
с двумя каскадами усиления

Система MATV с одним каскадом усиления - антенная установка до 200 розеток на базе одного усилителя или комплекта усилителей - встраивается в небольшие или средние здания.

Система MATV с двумя каскадно соединенными каскадами усиления - антенная установка до 1000 розеток, основанная на каскаде из двух усилителей (или двух комплектов усилителей), расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Этот тип установки используется в больших зданиях или в случае групп зданий, например, в кондоминиуме.

Топологии систем MATV (master antenna television)

звездообразная топология (активные и пассивные элементы, расположенные в небольшом количестве узловых точек) - от малогабаритных (10-15 розеток) до средних установок (100-200 розеток), гарантирующая малую разницу уровней сигнала между розетками;

Топология звезды >>

распределенная шина (с отводными ответвлениями) - установки среднего размера (100-200 розеток) - простота сборки и гарантия хорошей изоляции между абонентскими розетками;

Распределение на два направления и с последующим распределением каждого направления еще на два >>

линейная топология - в настоящее время не используется, на 100-200 розеток, без возможности использования программных пакетов. В старых установках часто использовались розетки с резисторами, а их частотный диапазон ограничивался 230 МГц или 606 МГц.

Топология линии — сквозная сеть >>

древовидная топология (два уровня) - два усилителя, соединенных каскадом - до 1000 розеток.

Распределение на четыре направления и с последующим усилением сигнала в каждом направление дополнительным усилителем >>

гибридные топологии — они объединяют две или более топологий — используются в больших системах.

Классификация усилителей, используемых в системах MATV

- по частотным диапазонам:

канальный усилитель - усиливает один телеканал или FM-диапазон;
диапазонный усилитель - усиливает один ТВ диапазон;
многополосный усилитель - усиливает два и более ТВ-диапазона;
широкополосный усилитель - усиливает как минимум два ТВ диапазона и имеет непрерывные частотные характеристики в пределах диапазонов.

- по регулировке усиления:

нет регулировки усиления;
ручная регулировка усиления;
автоматическая регулировка усиления (АРУ).

- по расположению в сети:

входной усилитель (или предусилитель);
линейный/конечный усилитель.

- по питанию:

местное питание;
дистанционное питание (обычно через сигнальную линию).

Классификация оконечных/абонентских розеток в зависимости от применения в распределительной сети определенного типа:

проходная - характеризуется высоким затуханием отвода, используется как промежуточный элемент на вертикальном участке линии;
оконечная розетка - характеризуется высоким затуханием отвода, используется как последний элемент в ряду на вертикальном участке линии, оснащена согласующим резистором;
оконечный выход с малыми потерями (без петли) - характеризуется низким затуханием, используется, например, в конце линии в звездообразной сети.

Преобразование каналов - сдвиг исходного канала на любой подходящий, например с 28 на 10.

Приложение:

способ ухода от каналов, занятых эфирными ТВ-передатчиками, снижающий помехи и отражения в сети;
способ использования низкочастотных каналов - единственный доступный в старых установках - в пределах I, II, III (а иногда и IV) ТВ-диапазонов.

в системах SMATV - изменение частоты программ с первой спутниковой ПЧ (сигналы с LNB на спутниковый приемник: 950 МГц - 2150 МГц) с целью организации структуры принимаемых каналов, а также для исключения возможности коллизии (одна и та же частота ) программ с разных спутников и поляризаций в однокабельной установке, построенной без мультисвичей.

Преобразование каналов позволяет:

группировка некоторых программ для формирования программных пакетов (решение, используемое в более крупных сетях или системах кабельного телевидения, предлагающих различные наборы программ по разным ценам). Обычно в базовый набор входят наземные трансляции;
увеличение максимального радиуса действия сети за счет использования низкочастотных каналов.

AM-радиопрограммы не распространяются в кабельных установках, если только некоторые из них не конвертированы (из AM в FM-модуляцию и не переведены в FM-диапазон). Поэтому сети способны предоставить обратный канал (ниже 50 МГц) для передачи данных.

Преобразование каналов >>