Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2014.pdf

100
В последние годы в ряде стран эксплуатируются СКТВ, позволяющие распределять телевизионные сигналы не только в диапазоне метровых волн, но и в диапазоне дециметровых волн (ДЦВ). Это поколение аппаратуры
СКТВ использует в распределительной сети рабочие частоты в интервале
5…600 МГц (с учетом обратного канала) [20].
5.3.3 Особенности систем кабельного телевидения на основе
волоконно-оптического кабеля
5.3.3.1 Способы построения волоконно-оптических СКТВ
По распределительной сети СКТВ, выполненной с использованием
ВОЛС, телевизионные сигналы могут передаваться за счет использования частотного уплотнения.
Частотное уплотнение ВОЛС возможно двумя способами [20]:
1) с помощью набора несущих частот с модуляцией каждой несущей частоты своим телевизионным сигналом;
2) посредством формирования полного многоканального сигнала с частотно-уплотненными каналами на относительно низких частотах с последующим переносом уже сформированного сигнала на опти- ческую несущую.
Однако первый способ в настоящее время в оптическом диапазоне практически не может быть реализован из-за отсутствия необходимого набо- ра оптических генераторов и фильтров разделения каналов; для реализации второго способа требуются широкополосные ВОЛС на одномодовых оптиче- ских волокнах (ОВ).
Чрезвычайно малые размеры поперечного сечения и масса ОВ делают выгодным использование пространственного уплотнения телевизионных сигналов (телевизионному сигналу каждой программы отводится свое ОВ в
ВОЛС).
Целесообразность применения этого метода объясняется еще и тем, что требуемая ширина полосы частот каждого из каналов, организованных на одиночном ОВ, относительно невелика (порядка 6…8 МГц) и ее легко реали- зовать не только на градиентных, но даже на ступенчатых волокнах. В дан- ном случае по каждому ОВ рассматриваемой ВОЛС СКТВ предполагается передавать аналоговый телевизионный сигнал, сигнал звукового сопровож- дения ЧМ поднесущей, расположенной за пределами видеоспектра, и слу- жебный цифровой сигнал (для передачи данных) на второй поднесущей, рас- положенной еще выше по шкале частот.
При использовании принципа пространственного уплотнения суммар- ный сигнал, включающий в себя телевизионный, звуковой и служебный сиг- налы, модулирует оптическую несущую, которая может быть одинаковой для всех ОВ кабеля. В будущем при переходе на ОВ с лучшими показателями по затуханию и широкополосности для уменьшения количества ОВ в ВОЛС при передаче телевизионных сигналов большого числа различных программ ста-

101 нет целесообразным формирование для каждого ОВ многоканального сигна- ла с частотно-уплотненными телевизионными сигналами нескольких про- грамм [20].
На ГС от приемных антенн или по специальным линиям связи посту- пают телевизионные сигналы различных программ, а также телевизионные сигналы от абонентов. Кроме того, ряд программ может формироваться не- посредственно самой ГС, например, с помощью видеомагнитофона, телеки- нодатчика, телевизионного синтезатора знаков.
Магистральные и субмагистральные ВОЛС должны соединить не- сколько десятков ОВ, которые используются в основном для передачи теле- визионной информации от ГС к абонентам, однако часть волокон предназна- чается для передачи видеоинформации от абонентов к ГС. Видеокоммутато- ры служат для подключения абонентского оборудования к соответствующе- му ОВ субмагистральной ВОЛС с целью выбора требуемой телевизионной программы.
ЭВМ видеокоммутатора связана как с ЭВМ ГС, так и с клавиатурными и оконечными управляющими устройствами, находящимися непосредствен- но у абонентов, и станциями для подачи команд на выбор телевизионных программ. ЭВМ управляет подачей абоненту телевизионного сигнала вы- бранной программы по команде, поступающей от абонента, а также переда- чей видеоинформации, формируемой у абонентов, в ГС. От видеокоммутато- ра через блок оптических соединений отходят абонентские линии, содержа- щие два ОВ. По одному ОВ передается телевизионный сигнал выбранной программы, по другому – телевизионная информация от абонентов в видео- коммутаторы [20].
Недостатками такой схемы построения СКТВ на ВОЛС являются необ- ходимость использования электронных коммутаторов для подключения або- нентских отводов к тому ОВ, по которому передается телевизионный сигнал выбранной программы, а также техническая сложность осуществления большого количества разветвлений и отводов телевизионных сигналов от ОВ.
5.3.3.2 Особенности модуляции и демодуляции ТВ-сигналов,
передаваемых по ВОЛС
В современных ВОСП телевизионные сигналы могут передаваться как в цифровой, так и в аналоговой форме. Цифровой способ передачи требует аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований и значительно более широкой полосы пропускания (более 100 МГц на один телевизионный сиг- нал). В настоящее время цифровой способ практически может быть приме- нен только на магистральных линиях распределительной сети.
Непосредственная модуляция мощности оптического излучения или модуляции интенсивности представляет собой наиболее простой в реализа- ции способ передачи при использовании полупроводниковых оптических из- лучателей. Однако при передаче телевизионных сигналов по ВОЛС методом

102 непосредственной модуляции оптической несущей по интенсивности трудно обеспечить низкий уровень нелинейных искажений (менее 2%) телевизион- ного сигнала при большом (более 50 дБ) отношении сигнал–шум, которое, в первую очередь, зависит от глубины модуляции. С ростом глубины модуля- ции возрастают и нелинейные искажения [20].
Способом модуляции, обеспечивающим эффективное использование частотного спектра, является амплитудная модуляция с частично подавлен- ной боковой полосой (АМ-ЧПБ). При таком способе модуляции сигналы представлены в виде, в котором они обрабатываются абонентскими телеви- зорами без каких-либо дополнительных устройств.
ЧМ несущей с последующей модуляцией мощности оптического излу- чения обеспечивает повышение отношения сигнал – шум по сравнению с
АМ, но требует более сложной аппаратуры (ЧМ модуляторов и демодулято- ров). При этом снижаются требования к линейности модуляционной характе- ристики, благодаря чему может допускаться большая глубина модуляции, чем при АМ, а, следовательно, увеличиваться предельная дальность переда- чи. Системы с ЧМ телевизионных сигналов в основном применяются на ма- гистральных линиях.
В распределительных сетях СКТВ системы передачи с ЧМ телевизион- ных сигналов использовать нецелесообразно из-за их сложности. В этом слу- чае абонентские телевизоры дополнительно оборудуются специальными се- лекторами ЧМ сигналов, осуществляющими демодуляцию, т. е. преобразова- ние ЧМ телевизионных сигналов в АМ сигналы. Частотный разнос между передаваемыми телевизионными сигналами составляет 40 МГц. Многока- нальные системы передачи телевизионных сигналов с ЧМ также не являются перспективными для СКТВ на ВОЛС, так как им присущи практически те же недостатки, что и системам с АМ [20].
Более перспективно в СКТВ применять сложные виды модуляции с ис- пользованием импульсного режима работы оптических излучателей, при ко- тором допускается большая глубина модуляции. Поэтому представляет инте- рес использование в СКТВ помехоустойчивых аналого-импульсных методов модуляции, к числу которых, в первую очередь, относятся широтно- импульсная модуляция (ШИМ), частотно-импульсная модуляция (ЧИМ).
Особенно перспективным является применение ЧИМ, приближающей- ся по своим параметрам к ЧМ, тем более что данный переход достаточно просто технически реализуется. ЧИМ позволяет использовать наиболее де- шевые элементы волоконно-оптической техники, устройства цифровой тех- ники и обеспечивает качество передачи, мало уступающее цифровым мето- дам, но превосходит их по простоте и стоимости. В будущем системы пере- дачи с ЧИМ полностью перейдут на применение цифровой техники [20].
В настоящее время цифровой способ применяется на супермагистраль- ных волоконно-оптических линиях, связывающих, например, две ГС различ- ных СКТВ или ГС с местным телецентром. Примером цифровой волоконно- оптической системы передачи для СКТВ является аппаратура «Телебит-4», предназначенная для передачи со скоростью 486 Мбит/с по ОВ на длине волн

103 1,3 мкм четырех телевизионных сигналов с использованием восьмиразрядно- го композитного кодирования сигналов системы SECAM-III с частотой дис- кретизации 13,5 МГц и девяти стереосигналов звукового сопровождения с использованием четырнадцатиразрядного кодирования с частотой дискре- тизации 48 кГц.
Для улучшения качественных характеристик СКТВ предусмотрено ис- пользование десятиразрядного композитного кодирования видеосигнала с частотой дискретизации до 20 МГц и шестнадцатиразрядного кодирования звуковых сигналов с частотой дискретизации 96 кГц [20].
5.3.4 Цифровые сети интерактивного кабельного телевидения
5.3.4.1 Особенности передачи цифровых сигналов по сетям кабельного
телевидения
Волоконно-оптическая технология позволяет создавать интерактивные широкополосные сети, с передачей информации в полностью цифровом виде.
В правильно спроектированной кабельной сети отношение сигнал-шум должно быть не ниже 43 дБ. При этом полоса частот каналов кабельной сети составляет 8 МГц, что обуславливает применение для цифровой передачи многопозиционной модуляции, например, такой, как QAM. Более высокое отношение сигнал-шум снижает вероятность ошибок и позволяет обойтись одной ступенью помехоустойчивого кодирования. Однако для исключения пакетных ошибок в процессе канального кодирования используется переме- жение.
Структурная схема кодера стандарта DVB-C, используемого в цифро- вых кабельных сетях, показана на рис. 5.5 [20].
Рис. 5.5. Структурная схема кодера стандарта DVB-C [20]
Источником входного сигнала, как и в других кодерах семейства DVB, служит транспортный поток MPEG-2 с пакетами размером 188 байтов.
В скремблере пакеты организуются в группы по 8, синхробайт каждого пер- вого пакета из группы инвертируется и служит в дальнейшем для цикловой

104 синхронизации. Скремблирование, как и в стандарте DVB-S, осуществляется сложением по модулю 2 с псевдослучайной последовательностью (ПСП), по- рождаемой многочленом g(x)=x
15
+x
14
+1. На период следования каждого син- хробайта скремблирование прерывается.
Учитывая относительно высокое отношение сигнал-шум, внутреннее кодирование не используется, а в качестве вида модуляции принята квадра- турная амплитудная модуляция, от QAM-16 до QAM-256. Дополнительное повышение помехоустойчивости достигается относительным кодированием двух старших битов каждого байта с выхода перемежителя [20].
5.3.4.2 Функциональная схема цифровой мультисервисной сети

105
Для реализации интерактивного режима в состав головной станции входит аппаратура доступа, содержащая оптоэлектронный преобразователь, станционный кабельный модем (СКМ), кабельный контроллер [20].
Распределительная кабельная сеть с обратным каналом обеспечивает передачу цифровых телевизионных программ и данных по прямому каналу
(в диапазоне 47,5…862 МГц) и передачу цифровых сигналов по обратному каналу (в диапазоне 5…30 МГц) [20].
Абонентские места оборудованы аналоговыми телевизионными при- емниками с приставками для приема цифровых телевизионных программ в стандарте DVB-C. Чтобы иметь возможность работать в интерактивном режиме, в состав абонентских мест включен абонентский кабельный модем
(АКМ) и персональный компьютер (ПК), оснащенный дополнительными программно-аппаратными средствами в зависимости от вида предоставляе- мых абоненту информационных услуг.
Кроме доставки абонентам эфирных и спутниковых цифровых телеви- зионных программ в стандарте DVB-C, рассматриваемая мультисервисная сеть обеспечивает высокоскоростной выход в сеть Интернет с предоставле- нием доступа к соответсвующим услугам связи.
5.4 Сотовые системы телевидения
Для организации многопрограммного телевидения перспективным на- правлением считается целесообразной замена традиционного наземного спо- соба передачи телевизионных сигналов, в том числе и цифровых, микровол- новой распределительной телевизионной системой с низким уровнем излу- чения электромагнитных волн. На практике используются различные вариан- ты микроволновых распределительных телевизионных систем [20]:
 MMDS – Multichannel Microwave Distribution System – многоканаль- ная микроволновая система распределения;
 LMDS – Local Multipoint Distribution System – локальная многото- чечная система распределения;
 MVDS – Multipoint Video Distribution System – многоточечная сис- тема распределения телевизионных программ.
Часто подобные системы называются сотовыми системами телевеща- ния (системы Cellular Vision). Разница в названиях данных систем весьма ус- ловна, поскольку рекомендации для них разрабатывались в разных странах.
С внедрением цифровых методов передачи и организацией обратных каналов в системах MMDS, LMDS и MVDS появилась возможность предос- тавления полного набора телекоммуникационных услуг широкополосного радиодоступа абонентам. Причем архитектура подобных распределительных систем может быть двух типов [20]:
− «точка-точка»;
− «звезда», т. е. «точка – много точек».