Жилин В.В. Мобильные системы связи - файл n1.doc

Жилин В.В. Мобильные системы связи
скачать (3743.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc6180kb.17.10.2008 20:57скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Факультет по работе с иностранными студентами и дистанционным

технологиям

Кафедра информационных технологий и телекоммуникаций

В.В. Жилин
КУРС ЛЕКЦИЙ
по дисциплине «Мобильные системы связи»

для студентов заочной (ускоренной) формы обучения

по специальности 230201

«Информационные системы и технологии»


Воронеж 2006

Лекция №1

Тема: «Классификация телекоммуникационных систем»
Под телекоммуникационными системами (ТС) принято понимать структуры и средства, предназначенные для передачи больших объёмов информации (как правило, в цифровой форме) посредством специально проложенных линий связи или радиоэфира. При этом предполагается обслуживание значительного количества пользователей систем (от нескольких тысяч). Телекоммуникационные системы включают такие структуры передачи информации, как телевещание (коллективное, кабельное, спутниковое, сотовое), телефонные сети общего пользования (ТфОП), сотовые системы связи (в том числе макро- и микро- сотовые), системы персонального вызова, спутниковые системы связи и навигационное оборудование, волоконные сети передачи информации.

Следует отметить, что основным требованием к системам связи является отсутствие факта прерывания связи, но допускается некоторое ухудшение качества передаваемого сообщения и ожидание установления связи.

Типы телекоммуникационных систем

По назначению телекоммуникационные системы группируются следующим образом:

По типу используемой среды передачи информации:

По способу передачи информации:

Системы связи подразделяются по мобильности на:

Подвижные системы связи подразделяются по принципу охвата зоны обслуживания:

Системы телевещания

Системы телевещания (ТВ) по способу доставки сигнала и зоне охвата подразделяются на:

Сети телевизионного приёма, исторически - самые первые ТС, доставляют сигнал к потребителю посредством ретрансляторов (релейных линий связи), охватывающих территорию России (густонаселенные регионы). Расстояние между ретрансляторами составляет порядка 40-80 км.

На современном этапе 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 решать вопросы обеспечения качественной доставки программ в районах со сложными условиями приёма, а также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации - телетекстовой информации, каналы спутникового вещания.

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

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 радиовещания 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.

Системы спутникового телевидения получили новое развитие в направлении создания недорогих установок индивидуального прие­ма программ спутникового телевидения. Трансляция программ те­левидения через системы спутникового телевизионного вещания (СТВ) оказалась экономически выгодной для небольших территории. По ряду энергетических параметров подходящим диапазоном частот является диапазон в области 12 ГГц: на этих частотах сравнительно невелики потери в осадках (в Европе изменение затухания из-за осадков не превышает 3,3 дБ в течение 99,9% времени, приемлемы размеры антенн (диаметром 2 м) с узкой диаграммой направленности, разработана сравнительно дешевая элементная база.

Для прямой трансляции телевизионных программ используют ге­остационарные спутники. Спутни­ки для передачи телевизионных программ делятся на:

Системы подвижной связи

Сотовые системы подвижной связи (СПС), сети персонального радиовызова (СПР) и системы спутниковой связи предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, посколь­ку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различ­ного рода графическую информацию и пр. Увеличение объема информации требует сокращения времени на ее передачу и получение, в следствие чего наблюдается устой­чивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, сотовых радиотелефо­нов, спутниковых пользовательских терминалов).

Основное преимущество СПС: подвижная связь позволяет абоненту полу­чать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей; благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные уни­версальные абонентские терминалы (AT). СПС представляют потребителям возможность выхода в те­лефонную сеть общего пользования (ТфОП), передачу компьютерных данных.

К сетям подвижной связи относятся: сети сотовой подвиж­ной связи (ССПС); сети транкинговой связи (СТС); сети персонального радиовызова (СПР); сети персональной спутниковой (мобильной) связи.

Сети сотовой подвижной связи

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развива­ются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему эко­номичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах, но в разных зонах (сотах) и увеличить пропускную способность телекоммуникационных се­тей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты).

Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реали­зована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с уча­стием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переад­ресации (условной или безусловной) вызова и пр.

Современные технологии позволяют обеспечить абонентам ССС высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюр­ность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа.

Сети транкинговой связи

Сети транкинговой связи в некоторой степени близки к сотовым: это также сети на­земной радиотелефонной подвижной связи, обеспечивающие мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основ­ное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют або­нентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально ориентированы на ведомственную (корпоративную) мо­бильную связь. Основное применение СТС - корпоративная (служебная, ведомственная) связь, на­пример, оперативная связь пожарной службы с числом выходов (каналов) «в город», значи­тельно меньшим числа абонентов системы. Основными требованиями к СТС являются: обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения подвижных абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи; оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях; обеспечение связи через центры управления; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты подвижной станции (ПС); конфиденциальность разговоров.

Название транкинговой связи происходит от английского trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой системе содержит несколько физических (как прави­ло, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Указанная особенность отличает СТС от предшествовавших ей систем двухсторон­ней радиосвязи, в которых каждый абонент имел возможность доступа лишь к одному кана­лу, но последний должен был поочередно обслуживать ряд абонентов. СТС по сравнению с такими системами обладают значительно более высокой емкостью (пропускной способно­стью) при тех же показателях качества обслуживания.

Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС - это од­на ячейка сотовой системы, но при несколько специфическом (узком) наборе услуг. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации (ЦК), с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходи­мости наращивания емкости сотовой сети производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределения частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически, радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчи­ка, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса абонентского оборудования.

Даже если СТС строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делает­ся в первую очередь с целью расширения зоны действия, а не ради повышения емкости; при этом раз­меры ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупно­стью зон остается при этом ограниченным, как и передача обслуживания из зоны в зону, ко­торая (если она вообще реализуется) приводит к кратковременному прерыванию связи.

Для повышения пропускной способности обычно накладываются ограничения на дли­тельность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе при­оритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает более высокие, в среднем, по сравне­нию с сотовой связью, требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме речевой информации в СТС возможна передача и некоторых других видов информации, в част­ности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др.

Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи являет­ся переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, более эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью.

Сети персонального радиовызова

Сети персонального радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), - это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).

В простейшем случае СПР состоит из пейджингового терминала (ПТ), базовой стан­ции (БС) и пейджеров. Терминал, включающий пульт оператора и контроллер системы, вы­полняет все функции управления системой. БС состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства, и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону дейст­вия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы. В более сложных случаях СПР может иметь не­сколько радиопередатчиков, по возможности равномерно распределенных в пределах зоны действия, что позволяет более надежно обеспечить связью всю зону.

В СПР могут передаваться сообщения четырех типов: тональные, цифровые, буквенно-цифровые, речевые. Тональные сообщения были единственным типом сообщений в ранних моделях пейджеров. Цифровое сообщение может содержать номер телефона, по ко­торому следует позвонить. Наиболее распространена передача текстового сообщения длиной до 100-200 символов. Сообще­ние отображается на дисплее пейджера, который может иметь от одной до восьми строк, до 12-20 символов в строке, длинные сообщения отображаются по частям. Передача речевых сообщений широкого распространения пока не получила. Вызов абонента, т.е. адресация со­общения, может осуществляться одним из трех способов: индивидуально, нескольким абонентам (общий вызов) или группе абонентов (групповой вызов (ГВ)). В первом случае вызов адресуется конкретному абоненту по его индивидуальному номеру, во втором - нескольким абонентам с последовательной передачей их индивидуальных номеров, в третьем - вызов адресуется одновременно группе абонентов по общему групповому номеру. Сообщения, подлежащие передаче, также вводятся в систему одним из трех способов: голосом через телефонную сеть и оператора пейджинговой связи; через телефонную сеть с тональным набором - сообщение набирается на клавиатуре телефонного аппарата и проходит сразу на пейджинговый терминал, минуя оператора; с компьютера (через телефонную сеть) с набором сообщения на компьютере и выходом непосредственно на ПТ.

К недостаткам пейджинговой связи следует отнести передачу сообщения вне реального времени: сообщение передается не в момент его выдачи отправителем, а в порядке очереди с анало­гичными сообщениями других отправителей; практически задержка от момента получе­ния сообщения до его передачи в эфир невелика - обычно она не превышает нескольких ми­нут. Следует иметь так же в виду, что в случае передачи сообщения на пейджер, находящийся на момент передачи в «теневой» зоне, сообщение будет потеряно (не получено абонентом).

Асинхронность (очерёдность) передачи сообщений в сочетании с краткостью последних, передаваемых, как правило, только в одну сторо­ну, обеспечивается весьма эффективное использование канала связи, по меньшей мере, на два порядка более эффективное (по числу обслуживаемых абонентов), чем в сотовой связи, даже с учетом повторного использования частот в последней. В результате пейджинг оказывается технически проще и экономичнее сотовой связи, т.е., в конечном итоге, значительно дешевле для абонента.

Кроме сообщений, предназначенных конкретным абонентам или группам абонентов, в пейджинговых системах обычно организуется своеобразный общий информационный канал, содержащий оперативную информацию о биржевых новостях, погоде, обстановке на дорогах и т.п. В пейджерах, как правило, предусматривается ряд дополнительных услуг: часы, кален­дарь, возможность регулировки типа и громкости звукового сигнала, сохранение в памяти полученных ранее сообщений с возможностью их повторного чтения и др.

Сети персонального радиовызова предоставляют услуги удобного и относительно де­шевого вида мобильной связи, но с существенными ограничениями: связь односторонняя, не в реальном времени и только в виде коротких сообщений. СПР получили в мире довольно широкое распространение - в целом, того же порядка, что и сети сотовой связи, хотя их распространенность в разных странах существенно различается.

Сети мобильной спутниковой связи

Наряду со ставшими уже общедоступными СПС (персонального радиовызова и сото­выми), все более активно развиваются сети спутниковой связи. Актуальными являются следующие области применения мобильной спутниковой связи:

В частности, при удалении абонента за пределы зоны обслуживания местных сотовых сетей спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по при­вязке абонента к конкретной местности. Во многих регионах мира спрос на услуги подвижной связи может быть эффективно удовлетворен только с помощью спутниковых систем.

Спутниковая связь достаточно органично сочетается с сотовой. Прак­тически во всех СПСС предусматривается довольно высокая степень интеграции с сотовой связью; в частности, кроме AT, предназначенных для спутниковых систем, предполагается создание двухрежимных терминалов, предназначенных для работы в спутниковой системе и в каком-либо из сотовых стандартов.

Для абонента пользование спутниковым терминалом не требует специальных знаний. Набор номера производится пользователем с помощью клавиа­туры, как и при пользовании обычным телефоном. Система автоматически выделяет свобод­ный канал и закрепляет его за собеседниками на время разговора. Как правило, используется уплотнение (временное, частное или кодовое), хорошо зарекомендовавшее себя в многока­нальной связи.

Безусловно, оборудование (не только абонентское) сетей спутниковой связи является более дорогим, чем у ССС, соответственно, и значительно выше абонентская плата. Некоторое неудобство представляет и задержка речевого сигнала в силу удаленности базовой (спутниковой) станции (порядка 36 000 км), составляющая доли секунды.

Различные СПСС обладают своими особенностями, обусловленными, главным обра­зом, характеристиками их орбитальных группировок, но в сфере пользовательских характе­ристик и предоставляемых услуг они имеют много общего (как между собой, так и с назем­ными сотовыми системами). Передача всех видов информации ведется в цифровой форме со скоростями от 1200 до 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в AT устройств преобразования скорости передачи сигналов. Кроме дуплексной телефонной связи, персональные AT позволяют подключать компьютер и поддерживают разнообразный набор услуг, таких, как передача факсимильных сообщений, электронная и голосовая почта, персональный вызов и приоритетное обслуживание, шифрование, а также определение ме­стоположения абонента.

Волоконно-оптические сети

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под назва­нием "оптическое волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связую­щими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Тех­нологии волоконно-оптических сетей, помимо вопросов волоконной оптики, охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, прото­колов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Преимущества ВОЛС

Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 ГГц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отече­ственными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет зату­хание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.

Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих мед­ных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромаг­нитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В много­волоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. На­пример, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см может быть заменен одним во­локном диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" во множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оп­тической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновен­но отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, ис­пользующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по раз­ным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колеба­ниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при созда­нии линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "зе­мельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.

Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волок­но повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет дву­окись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от ме­ди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использо­вании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть, только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.

Длительность срока эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это оз­начает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря со­вершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.

Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с опти­ческими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широ­ко используется как в России, так и за рубежом.

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи ин­формации, волоконно-оптические сети имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков, вероятнее всего, будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.

Недостатки ВОЛС

Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовы­ваться в оптические, и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высокона­дежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соедини­тели с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.

Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же поврежда­ется ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструмен­ты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретиче­ски - да. Стекло, как материал, выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это, казалось бы, означает, что волокно в единичном коли­честве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не дос­тигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно ни было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптиче­ский кабель упрочняется, например, нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удов­летворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимо­сти оптического кабеля.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значитель­ны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспекти­вы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

Лекция №2

Тема: «Телевидение коллективного пользования»

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:

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, 5ч30 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,

Т
аблица 2.1

Частотный план телевизионного вещания

Диапазон

Номер канала

Полоса частот, МГц

1

1

48,5...58,5

2

58...66

2

3

76...84

4

84...92

5

92...100

3

6

174...182

7

182...190

8

190...198

9

198…206

10

206…214

11

214...222

12

222...230

4

21-34

470-582

5

35-60

582-790


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.

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:

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.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации