Мережі цифрового інтерактивного кабельного телебачення

Особливості передачі цифрових сигналів мережами кабельного телебачення. Волоконно-оптична технологія дозволяє створювати інтерактивні широкосмугові мережі, придатні для подачі та розподілу інформації в повністю цифровому вигляді. У правильно спроектованій кабельної мережі ставлення сигнал-шум має бути досить високим, вище, ніж у супутниковій системі (за стандартом воно має бути не нижче 43 дБ). При цьому смуга частот каналів кабельної мережі значно вже (8 МГц), ніж смуга частот стовбура супутникового ретранслятора, тому доцільне застосування модуляції багатопозиційної, наприклад, QAM. Більш високе відношення сигнал-шум знижує ймовірність помилок і дозволяє обійтися одним ступенем стійкого до перешкод кодування. Однак пакетні помилки не виключені, тому перемежування залишається складовою процесу канального кодування.

Аналіз перешкод і спотворень, типових для лінійного тракту, показав, що цифрові сигнали менш чутливі до інтермодуляційних спотворень, ніж аналогові завдяки значно меншому необхідному захисному відношенню «цифровий сигнал - цифрова перешкода» в збігається і сусідніх каналах і більш гладкому спектру. У той самий час цифрові QAM-сигнали чутливіші до амплітудним і особливо фазовим спотворень у тракті, тому питання узгодження, корекції характеристик залишаються досить гострими.

Структурну схему кодера стандарту DVB-С, використовуваного в цифрових кабельних мережах, показано на рис. 9.24 [18]. Джерелом вхідного сигналу, як і в інших кодерах сімейства DVB, служить транспортний потік MPEG-2 з пакетами розміром 188 байтів. У скремблері пакети організуються групи по 8, синхробайт кожного першого пакета з групи інвертується і служить надалі для циклової синхронізації.Скремблювання, як і в стандарті DVB-S, здійснюється додаванням по модулю 2 з псевдовипадковою послідовністю (ПСП), що породжується багаточленом g(х) = х 15 + х 14 + 1. На період кожного синхробайту скремблювання переривається.

Враховуючи відносно високе відношення сигнал-шум, внутрішнє кодування не використовується, а як метод модуляції пропонується квадратурна амплітудна модуляція різної кратності, від QAM-16 до QAM-256. Додаткове підвищення стійкості до перешкод досягається відносним кодуванням двох старших бітів кожного байта з виходу перемежувача.

цифрового

Мал. 9.24. Структурна схема кодера стандарту DVB-C

Функціональна схема цифрової мультисервісної мережі кабельного телебачення. Узагальнена схема подібної мережі наведена на рис. 9.25. Головна станція здійснює прийом як аналогових, так і цифрових ефірних телевізійних сигналів, конвертування відповідно до частотного плану, перетворення аналогових сигналів у цифрові стандарти DVB-С та передачу цифрових телевізійних сигналів у розподільну кабельну мережу. На додаток до цього одна із супутникових антен забезпечує прийом цифрових телевізійних програм у стандарті DVB-S. Сигнали цифрового телевізійного мовлення формату DVB-S приймаються спеціальним цифровим модулем телевізійної станції, перетворюються на стандарт DVB-С, підсумовуються сигналами ефірних програм і надходять у розподільну кабельну мережу [50].

Для реалізації інтерактивного режиму до складу головної станції входить апаратура доступу, що містить оптоелектронний перетворювач, кабельний станційний модем (СКМ), кабельний контролер. Через оптоелектронний перетворювач, що забезпечує перетворення електричних сигналів на оптичні і назад, головнастанція має широкосмуговий доступ до мережі Інтернет (зі швидкістю до 155 Мбіт/с).

Розподільна кабельна мережа із зворотним каналом забезпечує передачу цифрових телевізійних програм і даних прямому каналу (в діапазоні 47,5. 862 МГц) і передачу цифрових сигналів зворотним каналом (в діапазоні 5. 30 МГц).

Абонентські місця обладнані аналоговими телевізійними приймачами із приставками для прийому цифрових телевізійних програм стандарту DVB-С. Щоб мати можливість працювати в інтерактивному режимі, до складу абонентських місць включено абонентський кабельний модем (АКМ) та персональний комп'ютер (ПК), оснащений додатковими програмно-апаратними засобами залежно від виду інформаційних послуг, що надаються абоненту.

цифрового

Мал. 9.25 Функціональна схема цифрової мультисервісної мережі кабельного телебачення інтерактивного типу:

∑ - суматор; ЦТВП – цифрова телевізійна приставка DVB-C

Стільникові системи телебачення

На думку багатьох фахівців у галузі телебачення для організації багатопрограмного телебачення вважається за доцільну заміну традиційного наземного способу передачі телевізійних сигналів, у тому числі і цифрових, мікрохвильовою розподільчою телевізійною системою з низьким рівнем випромінювання електромагнітних хвиль. На практиці використовуються різні варіанти мікрохвильових розподільних телевізійних систем, які відповідно мають такі назви: MMDS - Multichannel Microwave Distribution System - багатоканальна мікрохвильова система розподілу; LMDS – Local Multipoint Distribution System – локальна багатоточкова система розподілу; MVDS Multipoint Video Distribution System – багатоточкова система розподілу телевізійних програм. Часто подібніСистеми називаються стільниковими системами телемовлення (системи Cellular Vision) [51]. Слід зазначити, що різниця в назвах цих систем дуже умовна, оскільки рекомендації їм розроблялися у різних країнах, що є різних континентах. Особливо ефективним є використання мікрохвильових розподільчих систем у районах із слабо розвиненою інфраструктурою лінійно-кабельних споруд та на територіях із малою щільністю житлової забудови.

Основні переваги радіосистем широкосмугового доступу полягають у наступному:

- висока якість сигналів та практично повна відсутність «мертвих» зон за рахунок вибору розмірів стільники (комірки) у межах від 1 до 6 км;

- можливість абонентам вибору великої кількості сигналів різних телекомунікаційних служб, зокрема телевізійних програм;

- Висока надійність мережі при розосереджених ретрансляторах;

- Забезпечення екологічно безпечних для населення рівнів електромагнітних випромінювань радіопередавачів;

- Порівняльна дешевизна абонентської установки за рахунок використання кімнатної малогабаритної антени з лінійними розмірами 15. 25 см;

- висока якість сигналів через порівняно низький рівень перешкод у виділених цих систем діапазонах частот (2,5. 2,7 ГГц; 25. 45 ГГц);

- незалежність умов прийому від телевізійних стандартів NTSC, PAL, SECAM за рахунок оцифрування сигналів;

- відносно низька вартість розгортання радіосистем широкосмугового доступу в умовах великих міст порівняно з монтажем та експлуатацією гібридних оптикоаксіальних систем кабельного телебачення.

Приватним випадком радіосистем широкосмугового доступу (стільникових систем телемовлення) є система MMDS, яка єширокосмуговий передавальний комплекс, здійснює трансляцію інформації, що передається на його вхід, у смузі частот шириною 200 МГц. Вона аналогічна радіорелейної лінії, але відрізняється тим, що призначена для охоплення телекомунікаційними послугами великих територій. В Україні для систем MMDS виділена смуга частот 2,5. 2,7 ГГц за умови амплітудної модуляції. До складу передавального комплексу входить один або кілька радіопередавачів, суматори, лінії зв'язку між радіопередавачами та передавальною антеною, одна або кілька передаючих антен.

цифрового

Мал. 9.26. Функціональна схема системи MMDS при використанні одноканальних радіопередавачів:

М – модулятор; П – передавач; А – антена

інтерактивного

Мал. 9.27. Функціональна схема системи MMDS при використанні багатоканальних радіопередавачів:

М – модулятор; П – передавач; А – антена

У практиці проектування та монтажу систем MMDS використовуються два варіанти побудови структурних схем: одноканальний та багатоканальний.

В одноканальному варіанті для передачі n телевізійних програм застосовуються передавальних пристроїв, що включають модулятор і власне радіопередавач, а підсумовування потужності різних передавачів здійснюється безпосередньо в антені (рис. 9.26).

У багатоканальному варіанті передані n телевізійних сигналів різних програм спочатку надходять на свої модулятори, далі з них формується груповий сигнал, який модулює широкосмуговий радіопередавач, що працює на загальну антену (рис. 9.27).

Багатоканальні чи групові передавачі доцільно використовувати у невеликих містах та селищах міського типу, де радіус зони покриття не перевищує 6 км.

Порівняно з передавачами традиційного наземного телебачення потужністьпередавачів MMDS значно нижче. Її типове значення області частот 2,5 ГГц трохи більше 100 Вт. Можливий як індивідуальний прийом сигналу в межах прямої видимості за допомогою малогабаритних приймальних антен, поєднаних з конвертором, який переносить груповий сигнал, що приймається, в область більш низьких частот, так і через антенні пристрої SMATV (Satellite Master Antenna TV - телевізійна система колективного користування), що забезпечують телевізійними сигналами житлові масиви. У разі неможливості обслуговування необхідної території з однієї точки в тіньових зонах встановлюються автономні ретранслятори.

Безпосередньо до стільникових систем телебачення належить дуже перспективна система LMDS, що у смузі частот понад 23 ГГц, тобто. на майже міліметрових хвилях, і використовує перешкодостійкий вид модуляції QPSK, що застосовується у супутниковому мовленні.

Система стільникового телебачення LMDS працює за таким принципом: у межах зони охоплення встановлюється мережа радіопередавачів (базових станцій - БС) з радіусом дії близько 5.6 км. Приймальний пристрій використовує невелику плоску за розмірами антену, яка може встановлюватися як в приміщенні, так і поза ним. У системі LMDS телеглядач отримує сигнали з кількох супутників. Спеціальні пристрої, встановлені на БС, вловлюють сигнали різних програм із різних ШСЗ та ретранслюють їх абонентам. Така система забезпечує можливість абонентам приймати в середньому до 100 телевізійних програм, причому відпадає потреба мати дешифратор (як у випадку зі звичайною супутниковою системою) - до телеглядачів телевізійні сигнали з різних супутників надходять уже в розшифрованому вигляді. Система LMDS зручна ще й тим, що може працювати в інтерактивному режимі і включати цілийнабір телекомунікаційних послуг.

Стільникові системи телемовлення MVDS працюють у смузі частот 40,5. 42,5 ГГц і використовують радіопередавач потужністю близько 1 Вт. В даному випадку один радіопередавач з ненаправленою антеною або група передавачів з антена секторної спрямованості, що мають великий коефіцієнт посилення, складають БС. Радіопередавач БС передає в ефір сигнал з декількома несучими в діапазоні частот міліметрових хвиль. Випромінюваний сигнал має ширину спектра 1. 2 ГГц і містить інформацію великої кількості регіональних програм, а також прийнятих зі зв'язкових ШСЗ. Багатоканальний сигнал може надходити на вхід радіопередавача вже скомпонованим на спеціальній регіональній станції або безпосередньо формуватися на БС за допомогою відповідних мультиплексорів.

За допомогою системи MVDS у смузі частот 2 ГГц можна організувати від 96 до 128 аналогових телевізійних каналів з наданням інтерактивних послуг (або в кілька разів більше цифрових), причому кожен із них займатиме смугу частот від 29,5 до 39 МГц. Однак максимального значення число частотних каналів досягає лише при роботі одиночної БС. За наявності в мережі безлічі стільників застосовуються БС з чотирисекторними антенами. Частотне планування мережі здійснюється завдяки використанню різних радіочастот або поляризації сигналу, що випромінюється в кожному секторі. Фіксування абонентської антени в такій системі дозволяє використовувати сигнали з різною поляризацією. В результаті виконання зазначених умов, що виключають вплив сусідніх БС один на одного, можлива кількість програм, що транслюються, зменшується в 4 рази.

Сучасні системи такого типу забезпечують передачу радіосигналів на екологічно безпечних рівнях потужності – 100. 300 мВт на один канал.

Слід особливо відзначити, що подібні системи добре працюють саме в містах, де НВЧ-сигнал доходить до абонентів, які не перебувають у зоні прямої видимості, після багаторазового відображення стін будинків. Для покращення прийому в особливо затінених місцях застосовують порівняно недорогі пристрої – пасивні ретранслятори.

Абонентське обладнання стільникових систем телебачення є традиційним супутниковим тюнером, що працює в діапазоні частот 950. 2050 МГц. Антена виконується разом з НВЧ-приймачем, що здійснює перше перетворення частоти з метою її зниження, в єдиному блоці, що є легким компактним пристроєм діаметром близько 150 (в діапазоні 40 ГГц) або 250 мм (в діапазоні 23 ГГц).

Узагальнена функціональна схема інтерактивної радіосистеми широкосмугового доступу, побудованої на основі принципів мобільного телебачення з можливістю отримання абонентами повного набору послуг, наведено на рис. 9.28. Абонентський радіомодуль мікрохвильової розподільної системи включає прийомопередавальну антену (трансвертер) і демодулюючий приймальний пристрій (тюнер). Антена виконується разом з НВЧ-приймачем, що здійснює перше перетворення частоти з метою її зниження, в єдиному блоці, що є легким компактним пристроєм діаметром близько 150 (в діапазоні 40 ГГц) або 250 мм (в діапазоні 23 ГГц). Після понижуючого перетворювача антени на вхід тюнера надходить сигнал у смузі частот 950. 2050 МГц, що збігається зі смугою першої проміжної частоти супутникового системи безпосереднього прийому.

мережі

Мал. 9.28. Функціональна схема двонаправленої радіосистеми широкосмугового доступу