Принципы построения систем телевещания

На первом этапе развитие систем коллективного телевизионного приёма (СКТП) происходило, в основном, в направлении совершенствования используемого оборудования и практически не затрагивало схем построения сетей телевизионного приёма; системы строились по принципу - одна антенна на один подъезд. По мере расширения территорий, т.е. увеличения числа жилых и общественных зданий, обслуживаемых СКТП, всё чаще отмечались случаи неудовлетворительного качества телевизионного изображения: приёмные антенны оказывались либо в зоне затенения, где напряжённость поля была недопустимо низкой, либо в зоне с высокой интенсивностью запаздывающих сигналов, обусловленной отражениями электромагнитных волн в тракте распространения. Ситуация особенно осложнялась в связи с застройкой городов зданиями, резко различавшимися по высоте, что привело к образованию «пораженных» зон, охватывающих целые кварталы.

Проведенные исследования показали, что наиболее эффективным решением возникшей проблемы является создание крупных систем коллективного телевизионного приёма (КСКТП), каждая из которых рассчитана на обслуживание от одной антенной установки, расположенной в точке с благоприятными условиями приёма, нескольких тысяч абонентских устройств.

Развитие техники коллективного телевизионного приёма связано с созданием систем кабельного телевидения (СКТ), каждая из которых может обслуживать до нескольких десятков тысяч абонентов. Использование таких систем позволяет решить вопросы обеспечения качественной доставки программ в районах со сложными условиями приёма, а также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации - телетекстовой, каналов спутникового вещания.

Системы коллективного телевизионного приёма в зависимости от объёма охватываемых абонентов разделяют следующим образом:

• системы коллективного телевизионного приёма;
• крупные системы коллективного телевизионного приёма;
• системы кабельного телевидения.

При этом принимается, что СКТП рассчитаны на обслуживание абонентов одного подъезда или здания, КСКТП - нескольких зданий, СКТ - большого жилого массива. К отличительным особенностям СКТ следует отнести также технико-экономическую целесообразность использования в них наряду с эфирным приёмом в стандартных каналах ТВ и ЧМ вещания других видов программ (спутниковых, локальных видеостудий и пр.). Следует отметить, что необходимым условием успешного развития СКТ является выбор такой схемы построения, при которой можно использовать в качестве низших звеньев распределительных сетей линий КСКТП и СКТП без существенных переделок, иначе реализация СКТ в районах со сложившейся застройкой связана с большими дополнительными капитальными затратами.

Наибольшие искажения (или затухания) сигнала возникают на участке распространения от передающей антенны (телецентра) до приёмной (абонента). Выбор места установки приёмных антенн, улучшение их параметров не всегда приводят к желаемому результату. Решить проблему качественного приёма сигнала системой кабельного телевидения можно созданием специальных линий подачи программ на головные станции (ГС) СКТ, в частности - с излучением в СВЧ-диапазоне или с использованием волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Однако такие решения оправданы только при высокой насыщенности крупных городов системами кабельного телевидения.

Значительна роль систем кабельного телевидения при распределении программ, получаемых через спутниковые системы вещания. Совмещение приёмных установок с эфирными ретрансляторами сопряжено с ухудшением параметров сигнала, обусловленным отражением в тракте распространения радиоволн от ретранслятора до приёмной антенны абонента. Устранить этот недостаток можно использованием СКТ для распространения ТВ-программ, полученных со спутникового ретранслятора.

Системы кабельного телевидения имеют потенциальную возможность организации двустороннего обмена информацией между абонентом и головной станцией (в диапазоне частот, расположенных ниже стандартных телевизионных каналов, например, 5÷30 МГц), что фактически значительно расширяет сферу услуг, предоставляемых СКТ. При этом необходимо иметь в виду, что СКТ являются широковещательными, т.е. способными распространять циркулярную информацию и собирать определённую информацию, поступающую от абонентов, но не могут устанавливать связь между любыми (абонент - абонент) абонентами СКТ.

Частотный план телевизионного вещания (таблица 2.1) охватывает спектр частот в метровом диапазоне 48.5-100 МГц и 170-230 МГц (частоты 100-170 МГц для вещания не используются), в дециметровом диапазоне - 470-790 МГц. Полоса частот одного канала составляет 8 МГц.

Структурная схема СВТ определяется в каждом конкретном случае и зависит от различных факторов: условий приёма, планировки жилого массива, характера застройки и т.п.

Наибольшее распространение среди различных схем построения СКТ получила древовидная структура с аналоговым способом передачи сигналов и частотным разделением каналов в метровом диапазоне волн.

На рис. 2.1 приведена простейшая схема СКТП, предназначенная для обслуживания абонентов одного здания. Сигналы ТВ и ЧМ-вещания, принятые антенной, после усиления и преобразования (если приём осуществлялся в дециметровом диапазоне) складываются на общую нагрузку. С выхода устройства сложения сигналы подаются в домовую распределительную сеть, включающую несколько распределительных линий (обычно, соответственно количеству подъездов). К ответвительным устройствам через абонентские коробки посредством кабеля подключаются оконечные устройства (телевизоры, видеомагнитофоны, ЧМ-приёмники). Направленные ответвители обеспечивают разделение мощности сигнала в равных пропорциях и обеспечивают высокую степень защищенности абонентских отводов от отраженных волн кабеля.

Таблица 2.1. Частотный план телевизионного вещания

Необходимость конвертирования частот дециметрового диапазона в свободные в данной местности каналы метрового диапазона диктуется также экономическими соображениями: оборудование распределительных сетей рассчитано на работу в диапазоне до 230 МГц (т.е. в метровом диапазоне), что позволяет использовать существующие PC без каких-либо изменений. Реализация же сети в дециметровом диапазоне сопряжена с существенным увеличением её стоимости. Перенос каналов метрового диапазона на другие частоты обеспечивает исключение помех, обусловленных прямой наводкой ретрансляторов на входы телевизоров и абонентские кабели. При подключении телевизора к СКТ на его входе присутствуют два сдвинутых во времени сигнала; один приходит по кабелю, второй - наводится в силу недостаточной экранировки входных цепей, что приводит к наличию на экране опережающего левого повтора изображения. Благодаря селективности входных цепей телевизионного приёмника и переносу канала в другой частотный диапазон помеха в виде эхо-изображения отсеивается.

При создании СКТ значения параметров усилительных устройств должны быть на уровнях, необходимых для построения многоканального линейного тракта требуемой протяженности и емкости. Реализуется это посредством широкополосных усилителей, обладающих высокой линейностью передаточной характеристики, низким коэффициентом шума, высокой равномерностью АЧХ. Причём, если усилители предназначены для использования в трактах большой протяженности, должны быть приняты меры по автоматической, стабилизации уровней, сигнала. Для уменьшения влияния искажений из-за отражения от неоднородностей необходимо высокое согласование элементов тракта и коаксиального кабеля.

Потенциальная пропускная способность распределительной сети соответствует полосе 20-ти телевизионных каналов и 70 каналов радиовещания, однако реализовать её трудно из-за недостаточной избирательности по соседнему каналу используемых телевизоров и наличия на их входах, напряжений гетеродинов селекторов каналов с достаточно высоким уровнем. Необходимость преобразования частоты принимаемых сигналов из-за недостаточной экранировки входных цепей телевизоров также снижает пропускную способность распределительных систем. С учётом указанных факторов существующие СКТ обеспечивают возможность распределения 5-8 ТВ программ.

Качественные показатели СКТ во многом определяются качеством сигнала на выходах антенн; требования к коэффициенту усиления антенн - порядка 5-8 дБ (в зависимости от диапазона), к помехозащищённости - порядка 20-30 дБ. Несмотря на использование довольно эффективных антенн, качество приёма во многом зависит от места расположения, определяемого обычно эмпирическим путем.

В СКТ с преобразованием частот накладывается много ограничений, связанных с распределением частот и с особенностями работы самих конверторов. В частности:

• сдвиг по частоте (для однократного преобразования) не должен превышать 8 МГц, поскольку иначе будет трудно отфильтровать сигнал на выходе смесителя;
• частоты гетеродинов, телевизоров и конверторов не должны попадать в полосы других каналов распределения, чтобы не создавать помех;
• номера каналов должны сочетаться так, чтобы уровни комбинационных помех, возникающих в смесителе конвертора, находились ниже уровней, определяемых допустимыми защитными отношениями;
• каналы желательно сочетать так, чтобы полосы частот, принимаемых сигналов не были зеркальными по отношению друг к другу для используемых в данной местности конверторов.

Для обеспечения равномерного деления мощности сигналов между отводами, подключенными к одной линии, коэффициент ответвления должен увеличиваться к концу линии по закону, обратно-пропорциональному закону затухания сигнала - это основное требование к ответвителям. Кроме того, ответвители должны иметь практически линейную характеристику переходного затухания при высокой направленности и согласовании. Наиболее полно этим требованиям соответствуют направленные ответвители (НО) с использованием трансформаторов на магнитных сердечниках. При построении домовых разветвительных устройств широко распространены УАР-6, выполненные по принципу НО с электромагнитной связью и имеющие переходное затухание в отвод около 17 дБ.

Оборудование систем телевещания

Рассмотрим построение типовой системы кабельного телевидения. На рисунке 2.2 приняты следующие условные графические обозначения:

Наличие отдельных антенн для каждого канала обусловлено различным расположением передающих станций, исключение составляют 1-й, 4-й и 21-й каналы, передающие антенны которых расположены на одной вышке; кроме того, антенны метрового диапазона рассчитаны на приём 1-3 соседних каналов.

Сигнал, полученный с антенн, выравнивается (усиливается или ослабляется) антенными усилителями для достижения уровня, достаточного для обеспечения качественного приёма программ. Посредством канальных фильтров отсеиваются боковые каналы приёма и помехи. Каналы, расположенные в дицеметровом диапазоне, переносятся посредством конверторов в свободные метровые каналы; занятыми являются 1-й и 4-й метровые каналы. Конверторы также обеспечивают стабилизацию уровня сигнала. Сумматор производит сложение сигналов принимаемых программ для дальнейшей передачи по коаксиальному кабелю в магистраль СКТ. Программы спутникового телевидения после преобразования ресивером и конвертором также поступают в сумматор. С выхода сумматора сигналы вводятся в линейный коаксиальный тракт, включающий коаксиальные кабели, широкополосные линейные усилители и распределители мощности сигналов. Следует отметить необходимость хорошего согласования линейного оборудования с кабелем во избежание потерь мощности сигнала. Поскольку магистральные кабели подвержены влиянию температуры внешней среды (от -35° до +40)°, магистральные усилители снабжены блоками автоматической регулировки уровня, компенсирующими изменения затухания сигнала в кабеле.

Унифицированное телевизионное оборудование (УТО) для СКТП используется в качестве составного элемента линейного тракта СКТ. В состав УТО входят необходимый набор канальных усилителей (или комплект диапазонных усилителей) метрового диапазона частот, конвертор и смеситель сигналов. Канальный усилитель предназначен для усиления сигнала одного определенного канала, т. о. существуют канальные усилители на 1-й,. 2-ой, 3-й и т.д. ТВ каналы в УТО устанавливаются канальные усилители соответственно транслируемым в данном здании ТВ каналам. Диапазонные усилители перекрывают несколько соседних каналов (см. табл. 3.1). Наряду с описанными канальными усилителями используется более поздние разработки - диапазонные усилители УТД-1,11 и УТД-111,, перекрывающие соответственно диапазоны 1-5 каналов (48.5-100 МГц) и 6-12: каналов (174-230 МГц). Наряду с описанными усилителями в состав УТО входит дециметровый конвертор, включающий трёхрезонаторный коаксиальный фильтр, устройство сложения мощностей сигнала и гетеродина, смесителя, гетеродина и усилителя промежуточной частоты. Схема конвертора (и конструкция) позволяет настраивать его на любые заданные сочетания каналов, за исключением несовместимых.