9.5. Системы кабельного телевидения
9.5.1. Принципы построения систем кабельного телевидения
Системами кабельного телевидения (СКТВ) называются системы приема и распределения значительного числа сигналов высококачественных телевизионных программ большому числу абонентов по кабельным линиям связи. В районах с низкой напряженностью электромагнитного поля, в условиях многолучевого распространения радиоволн (в больших городах с разноэтажными зданиями, горных, холмистых районах) использование СКТВ оказывается единственно возможным техническим решением, позволяющим обеспечить высококачественный прием цветных телевизионных программ.
Известны три основных структуры построения СКТВ: древовидная, радиальная, кольцевая. Древовидная схема распределительной сети СКТВ, обеспечивающая экономное расходование кабеля, по своей структуре напоминает крону дерева. При радиальном построении распределительной сети СКТВ от головной станции (ГС) к каждому абоненту прокладывается специальный кабель, по которому организуется передача телевизионных сигналов нескольких программ (схема подключения «основная звезда»). По конфигурации распределительная сеть СКТВ радиального типа аналогична телефонной сети, поэтому появляется возможность их объединения. Это упростит построение и удешевит эксплуатацию таких СКТВ, а в будущем позволит организовать единую универсальную сеть двусторонней широкополосной связи с абонентами. Для организации двустороннего обмена между абонентами может применяться система с кольцевой схемой распределения телевизионных сигналов. В этом случае магистральный кабель прокладывается по кольцевой трассе, т.е. вход и выход кабеля заводятся на ГС. При этом один и тот же магистральный кабель может использоваться для организации двусторонней связи. Основной недостаток СКТВ кольцевого типа заключается в невозможности одновременной передачи по магистральному кабелю достаточно большого количества различных телевизионных сигналов.
Конкретное техническое решение СКТВ во многом определяется типом используемых кабельных линий связи. В распределительных сетях современных СКТВ в основном применяются коаксиальные кабели. Однако в разрабатываемых СКТВ планируется широкое использование оптических кабелей, т.е. волоконно-оптических линий связи. Предполагается создание как комбинированных, так и полностью волоконно-оптических СКТВ. В комбинированных СКТВ в качестве магистральных кабелей используются ВОЛС, а домовая распределительная сеть выполняется на коаксиальном кабеле.
В действующих СКТВ в основном применяется аналоговый способ передачи телевизионных сигналов, так как при длине распределительной сети в пределах нескольких десятков километров обеспечивается достаточная помехоустойчивость систем благодаря высокой помехозащищенности как коаксиального кабеля, так и ВОЛС. Однако во вновь создаваемых СКТВ все чаще используется цифровой способ передачи как телевизионных, так и других сигналов.
9.5.2. Способы построения систем кабельного телевидения на коаксиальном кабеле
Особенности функциональной схемы СКТВ на коаксиальном кабеле. Большинство действующих СКТВ имеет, как правило, древовидную схему распределительной сети. Для примера функциональная схема кабельной интерактивной телевизионной системы мультимедийного типа с древовидной распределительной сетью приведена на рис. 9.18. В состав головной станции 1, представляющей собой центральное оборудование системы, входят аппаратура формирования вещательных телевизионных сигналов 2, аппаратура формирования сигналов мультимедиа 3, аппаратура цифрового сжатия и мультиплексирования передаваемых сигналов 4, процессор сигналов телевидения и мультимедиа 5. На устройство 2 непосредственно поступают совокупность сигналов программ спутникового телевидения, сигналы программ эфирного телевидения, а также сигналы от локальных телевизионных студий, обслуживающих местные СКТВ. На устройство 3 поступают информация из банка данных компьютерной сети, информация из специализированной библиотеки, содержащей большое количество дисков типа CD-ROM и видеокомпакт-дисков, сигналы с факс-модемов телефонной и сотовой сети, сигналы специальных видеопрограмм для дистанционного образования, сигналы звуковых программ. На ГС осуществляется формирование непосредственно передаваемых для абонентов сигналов телевидения и мультимедиа. С помощью разветвителя на несколько направлений 6 от ГС отходят несколько магистральных линий 7, состоящих из однотипных кабельных участков, магистральных усилителей 8, магистральных ответвителей 9. От магистральных линий отходят субмагистральные линии 11, содержащие однотипные кабельные участки, субмагистральные усилители 12, направленные ответвители 13. Наконец, от субмагистральных линий ответвляются кабели домовой радиорелейной сети (ДРС) 14, содержащей домовые усилители 15 и пассивные направленные абонентские разветвители 16, с помощью которых осуществляется подключение абонентских терминалов, содержащих процессор мультимедиа 18, интерактивный пульт управления 19, абонентский телевизор 20. Нагрузочные резисторы Rн обеспечивают согласование отрезков коаксиального кабеля.
Рис. 9.18. Функциональная схема СКТВ мультимедийного типа с древовидной распределительной сетью и обратными каналами
Ввод «обратных» сигналов от абонентов в коаксиальный кабель осуществляется с помощью абонентского устройства управления 17, выполняющего роль мультиплексора ДРС. Кроме того, в местах подключения ДРС к субмагистральному кабелю, а также субмагистрального кабеля к магистральному дополнительно устанавливаются мультиплексоры 10. Следует заметить, что совокупность мультиплексоров обеспечивает схему множественного доступа с временным разделением для «обратных» сигналов абонентов. В данном случае в ГС для приема «обратных» сигналов имеется специальное приемное устройство 21, обеспечивающее обработку информации от абонентов, поступающей по магистральным линиям распределительной системы. Для передачи «обратных» сигналов можно применять квадратурную амплитудную модуляцию типа 64-QAM, позволяющую достичь эффективности использования спектра частот порядка 4,5 (бит/с)/Гц. При этом максимальная суммарная скорость передачи обратной информации от всех абонентов СКТВ может составлять 180 Мбит/с [46], однако для передачи широкополосных сигналов пропускная способность «обратных» каналов является недостаточной.
Частотный план сетей кабельного телевидения. Частотный план кабельных телевизионных сетей нормируется в ГОСТ 28324-89 [47]. В целом, прямой канал СКТВ находится в диапазоне частот 47...862 МГц, по нему передается входящий трафик в направлении к абонентам. Причем полоса пропускания прямого канала делится на две части:
- полоса частот для вещательного телевидения (47...606 МГц), в которой услуги, не требующие непосредственной обратной связи с абонентом, предоставляются всем без исключения абонентам;
- полоса частот для интерактивных услуг (606...862 МГц) предназначена для телекоммуникационных интерактивных услуг, требующих обратной связи с абонентом.
Обратный канал древовидных СКТВ лежит в области 5...40 МГц, а по нему передается исходящий трафик от абонентов. Без организации обратного канала об интерактивном кабельном телевидении не может быть и речи, поскольку именно по нему абоненты могут обращаться к головной станции и через головную станцию друг к другу.
Например, за счет использования данного канала абоненты СКТВ смогут дополнительно получить доступ к различным базам данных для обмена цифровой информацией. Возможно подключение абонентов и к различным разветвленным системам сигнализации: пожарной, охранной, экстренного вызова медицинской помощи и т.д. Наличие дополнительного обратного канала открывает большие возможности по организации в будущем информационной службы коммунального хозяйства, обеспечивающей автоматическое снятие, передачу и обработку на ЭВМ показаний счетчиков расхода электроэнергии, воды, газа, тепла в жилых домах, сигнализацию о состоянии лифтов, кодовых замков в подъездах и т.д.
Для распределения радиосигналов вещательных телевизионных программ в кабельных сетях современных СКТВ допускается, наряду с радиоканалами в 1-3 диапазонах частот, дополнительное использование частотных диапазонов 110...174 и 230...300 МГц. В данных полосах частот, не применяемых для эфирного телевизионного вещания, предусмотрена организация 16 специальных радиоканалов для распределения телевизионных сигналов со следующим частотным распределением: СК-1 110...118 МГц; СК-2 118...126 МГц; СК-3 126...134 МГц; СК-4 134...142 МГц; СК-5 142...150 МГц; СК-6 150...158 МГц; СК-7 158...166 МГц; СК-8 166...174 МГц; СК-11 230...238 МГц; СК-12 238...246 МГц; СК-13 246...254 МГц; СК-14 254...262 МГц; СК-15 262...270 МГц; СК-16 270...278 МГц; СК-17 278...286 МГц; СК-18 286...294 МГц. Для приема телевизионных сигналов, передаваемых в специальных радиоканалах, перед входами стандартных телевизоров необходима установка частотных преобразователей, т.е. конвертеров.
В действующих СКТВ максимально возможное число организуемых телевизионных радиоканалов соответствует 20 при полосе пропускания распределительной сети от 40 до 230 МГц, 28 - при полосе частот 40...294 МГц. Однако на практике из-за ограничений на возможность совместного усиления и передачи телевизионных сигналов ввиду недостаточной избирательности телевизоров по соседним каналам максимально возможное количество используемых радиоканалов снижается более чем в 2 раза, т.е. приходится чередовать «рабочие» и «нерабочие» каналы.
В последние годы в ряде стран интенсивно разрабатываются и уже эксплуатируются СКТВ нового поколения, позволяющие распределять телевизионные сигналы не только в диапазоне метровых волн, но и в диапазоне дециметровых волн. Новейшее поколение аппаратуры СКТВ использует в распределительной сети рабочие частоты в интервале 5...600 МГц (с учетом обратного канала). Примером подобных СКТВ является отечественная система КТ-600, позволяющая организовать до 60 телевизионных радиоканалов [48].