Кабельное цифровое телевидение
Содержание
Введение
Телевизионное вещание является одним из самых распространенных средств информационного обслуживания населения и находит широкое применение в различных сферах деятельности общества.
За последнее десятилетие быстрыми темпами развивается система телерадиовещания в цифровом формате, а это качественное улучшение важных характеристик по предоставлению информации. Цифровое телевидение позволяет передавать высококачественное изображение и звук, дает возможность доступа к огромному количеству сопутствующих услуг, таких как интерактивное телевидение, интернет, спутниковые каналы связи и т.д.
Учитывая выше сказанное, выделим основные тенденции и направления развития систем цифрового телевидения:
- двусторонний обмен
- развитие цифровых систем радиовещания,
-
взаимодействие систем
-
широкое применение систем
Поэтому необходимо обеспечить глобальный характер распространения цифрового телерадиовещания на все слои населения. Основное внимание необходимо уделить малонаселенным пунктам, где еще используются системы аналогового телевидения с малым количеством каналов и неудовлетворительного качества.
В данном курсовом проекте рассмотрен один из вариантов реализации цифрового телевещания с использованием кабельных систем распределения. Разработана структурная схема системы, подобранно необходимое оборудование и рассчитаны шумы и искажения на выходе усилительных систем.
1 Анализ систем цифрового телевидения
В настоящее время достигнуты серьезные успехи по внедрению новых, главным образом, цифровых методов передачи телевизионных и радиовещательных программ в различного вида каналах: тропосферных (наземных), спутниковых, кабельных.
В системах УКВ-ЧМ радиовещания идет процесс уплотнения каналов: вместо одной стереофонической программы передается до трех монофонических, причем в этом же канале может быть передана дополнительная цифровая информация со скоростью до 19,6 кбит/с.
Цифровые методы передачи
телевизионных и
Активно внедряются цифровые методы передачи в кабельных сетях, где в стандартном телевизионном канале с полосой 8 МГц может быть передано до шести телевизионных программ в цифровом формате, используя многопозиционные сигналы с модуляцией 16-КАМ - 256 КАМ.
Системы наземного цифрового телевидения по стандарту DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) работают в ряде стран Европы (Германия, Франция, Англия, Финляндия, Швеция).
В России проведены испытания системы DVB-T в опытных зонах Москвы, С.-Петербурга, Нижнего Новгорода. В настоящее время проводится опытная эксплуатация этой системы в Москве и С.-Петербурге на ряде дециметровых каналов. В дальнейшем планируется в Москве организовать 32 телевизионных канала, в С.-Петербурге - 34 и в Нижнем Новгороде - 50 телеканалов.
Испытания и опытная эксплуатация проводились в основном на аппаратуре, изготовленной отечественными предприятиями (ОАО «Телеком», АО «Март», ЛОНИИР и некоторые др.).
Для массового производства цифровых телевизионных приемников объединяют свои усилия заводы Москвы, С.-Петербурга, Новгорода.
В телерадиовещательных системах используются три среды распространения сигналов:
Тропосфера в наземных (эфирных) каналах, где для передачи сигналов могут применяться метровые и дециметровые волны, а также сантиметровые в полосе 27...29 ГГц и миллиметровые в полосе 40,5...43,5 ГГц. Системы в полосах частот 27...29 и 40,5...43,5 ГГц относят к сотовым сетям распределения программ телерадиовещания.
Кабели оптический и коаксиальный создают направляющую среду в кабельных сетях распределения программ.
Космос используется в спутниковых системах связи и телерадиовещания, причем, как правило, применяются спутники, размещаемые на геостационарной орбите (в экваториальной плоскости с удалением от Земли примерно 36 тыс. км).
По характеру среды распространения сигналов принято телерадиовещательные системы называть наземными (эфирными), спутниковыми и кабельными.
Следует отметить,
что вышеуказанное деление
В ближайшие 10-12
лет системы цифрового
- увеличение
числа передаваемых программ
нормальной четкости в отведенн
- внедрение интерактивных систем телевизионного вещания, обеспечивающих организацию диалога пользователей с центрами производства программ и другими источниками информации;
- повышение качества изображения передаваемых в цифровом формате программ за счет новых более помехоустойчивых методов модуляции, позволяющих применять высокоэффективные коды, корректирующие и исправляющие ошибки в цифровом потоке;
- реализация высокоскоростного доступа в Интернет с терминала пользователя;
- широкое внедрение и развитие мультисервисных сетей;
- модернизация существующей инфраструктуры распределения телевизионных программ - наземных передающих центров, ретрансляторов, перевод радиорелейных линий на передачу цифровых сигналов, обеспечивающих работу в интерактивном режиме.
Практическое внедрение сотовых систем многопрограммного телевизионного вещания и телекоммуникаций в верхней части сантиметрового диапазона (27,5...29,5 ГГц) и в миллиметровом диапазоне (40,5...43 ГГц).
Аналоговые
системы телевещания будут
К цифровому телевизионному приемнику в настоящее время предъявляются требования как к универсальному прибору, совмещающему функции персонального компьютера, телевизора, телефона, принтера и ряда других приборов.
Абонентский терминал не должен быть простой приставкой к телевизору, способной преобразовать принятую из канала связи цифровую программу, а представлять собой многофункциональное информационное устройство, которое наряду с приемом десятков высокого качества цифровых телепрограмм, позволяет обеспечить интерактивность для получения медицинских услуг на дому, информацию о погоде в различных регионах страны, о транспортных средствах для междугородных и международных поездок и о многом другом.
Внедрение цифрового телевидения стимулировало замену выработавших свой ресурс спутниковой группировки космических аппаратов «Горизонт» на современные высокостабильные космические аппараты (КА) типа «Экспресс АМ» с увеличенным сроком службы.
Новые спутники имеют значительно большее количество транспондеров, в том числе около 50% каналов в новых спутниках предназначаются для работы в Ки диапазоне. Частоты этого диапазона в настоящее время широко используются для непосредственного телевизионного вещания и в сетях с земными станциями типа VSAT (Very Small Aperture Terminal). На земных станциях типа VSAT планируется создание региональных сетей спутниковой связи во многих административных центрах федеральных округов и субъектов Российской Федерации с соответствующими сетями доступа. Эти сети будут иметь выход на взаимно увязанную сеть связи (ВСС) России и магистральную сеть спутниковой связи и вещания.
2 Разработка системы кабельного телевидения
Исходя из задания, необходимо разработать систему распределения 8 каналов стандарта DVB-C по коаксиальным кабельным сетям для небольшого населенного пункта на 200 абонентов. Прием цифровых сигналов предусматривается со спутника, так как это оптимальный вариант при отсутствии рядом с населенным пунктом оптоволоконных и других магистральных линий связи, откуда можно взять цифровой сигнал.
2.1 Основы построения систем кабельного телевидения
Главными преимуществами широкополосных интегрированных оптико-коаксиальных кабельных сетей перед другими являются:
- практически неограниченное число передаваемых телевизионных программ в аналоговом и цифровом виде;
- высокая помехозащищенность сигналов и возможность организации двусторонней связи от головной станции к абоненту и обратно.
Ряд фирм предлагают оборудование, обеспечивающее передачу данных от абонента со скоростью 2048 кбит/с и совместимое с системой ISDN (Intergrated Services Digital Network - цифровая сеть с интегрированными услугами). В кабельных каналах передачи данных может быть обеспечена любая степень защиты от несанкционированного включения другими лицами. Это обстоятельство особенно привлекательно для силовых ведомств (Минобороны, МВД и др.) и многих коммерческих структур.
Интерактивные (двусторонние) системы телевидения получили особенно широкое распространение в Канаде и США, функционируют они и в Европе: в Германии, Австрии, Болгарии, Эстонии, Польше и Финляндии. Как показала практика, эти системы, несмотря на их высокую стоимость (от 100 до 400 тыс. долл. в зависимости от вида услуг и фирмы-производителя), окупаются за 8-10 месяцев при использовании их в гостиничных комплексах высшей категории на 200 номеров за счет предоставления пользователям платных услуг.
Кабельная сеть Австрии функционирует в Инсбруке и Вене. В Вене она обслуживает около 400 тыс. абонентов, в Дрездене (Германия) - 200 тыс., в Софии (Болгария) - 320 тыс., в Таллинне (Эстония) - более 64 тыс. абонентов. Эти сети работают на оборудовании фирмы Hirschmann.
Проектировщики кабельных
- возможность перспективного развития сети;
- особенности монтажа и наладки системы на конкретной территории;
- срок эксплуатации сети, который, как правило, должен быть не менее 10 лет;
- возможность контроля и мониторинга сети в процессе ее эксплуатации и оперативного резервирования вышедших из строя участков;
- эксплуатационные характеристики (стоимость оборудования, проекта, монтажных и наладочных работ, а также последующей эксплуатации);
- возможность сопряжения с другими кабельными сетями при укрупнении.
Поэтому и подготовительный этап, связанный с обоснованием задания, и этап проектирования крайне важны для правильной оценки долговечности сети и ее окупаемости.
В настоящее время специалистами в области телевизионного вещания разрабатывается концепция организации глобальной интерактивной телевизионной сети, в которой основными элементами будут наземные и кабельные сети, а также геостационарные спутники с многолучевыми антеннами. В соответствии с этой концепцией предполагается всю населенную территорию земного шара разделить на несколько географических зон (геодомов). В каждой из этих зон будет создана центральная сеть с волоконно-оптическими линиями связи, локальными сетями кабельного телевидения, компьютерными сетями и подвижными средствами радиосвязи. Таким образом, сформируется глобальная иерархическая многоуровневая сеть, нижним уровнем которой будут локальная и городская сети.
Примерные этапы создания такой глобальной сети.
1. Создание локальных кабельных
сетей малой и средней
Для малонаселенных районов (поселков, совхозов, сел и других населенных пунктов) предназначается оборудование малоканальных установок спутникового и наземного телевидения, которое будет устанавливаться в домах культуры, школах и других общественных зданиях на 4-16 ресиверов (спутниковых приемников) и телевизоров.
2. Объединение небольших локальных сетей в больших городах, а также в поселках, районных и областных центрах в общую кабельную сеть. Объединившая практически всех операторов этого региона. Такие объединения позволяют выработать единую техническую политику и находить оптимальные решения, как при создании единой сети, так и на последующих этапах ее модернизации.
3. Создание единой городской (для сельской местности - районной) сети кабельного телевидения с последующим включением ее в областную (региональную) сеть. Такое объединение возможно, по-видимому, лишь в регионах с хорошо развитой сетью радиорелейных и кабельных волоконно-оптических широкополосных линий связи, позволяющих передавать десятки и сотни телевизионных каналов. Перевод на цифровые методы телевизионных сигналов облегчит реализацию этого этапа программы.
Для отдаленных и малонаселенных регионов, в которых отсутствуют волоконно-оптические линии связи, задача многопрограммного телевизионного вещания может решаться путем разумного компромисса по приему спутниковых программ на малые земные станции типа VSAT, распределения их в пределах зон компактного проживания населения по кабельным каналам и при помощи наземных ретрансляторов. Между отдаленными поселками ретрансляция сигналов может быть организована при использовании радиальных сотовых сетей в диапазонах 27...29,5 и 40,5...43,5 ГГц. В таких регионах достаточно широкое распространение могут получить телевизионные ретрансляторы дециметрового диапазона (2500...2700 МГц), позволяющие передавать пользователю в полосе 200 МГц до 24 аналоговых каналов в стандартах PAL, SECAM.
В некоторых регионах России и Западной Европы уже действуют отдельные участки будущей глобальной сети.
Оптико-коаксиальная интерактивная сеть кабельного телевизионного вещания строится по современной структурной схеме, предусматривающей монтаж оптоволоконного кольца вокруг Центральной головной станции. От этого кольца в специальных оптических муфтах (иногда их называют «периферийными головными станциями») производятся разветвления к локальным и местным сетям. Это может быть как один большой жилой дом, так и группа домов, информация для пользователей поступает туда по коаксиальным магистральным и субмагистральным линиям.
Обратные каналы от пользователей формируются в полосе от 5 до 30 (60) МГц. С их помощью может быть реализован ряд дополнительных услуг, в том числе и предоставление доступа в систему Интернет.
Основным достоинством кабельной сети телевизионного вещания является обеспечение высокого качества сигнала, которое в ряде случаев для наземного вещания является труднодостижимым. Причиной тому являются помехи наземному (эфирному) телевизионному приему, с которыми весьма трудно бороться.
Очевидно, что радикальным путем борьбы с перечисленными и многими другими видами помех является распространение телевизионного сигнала по кабельным сетям.
В системах КТВ (кабельного телевидения) становится экономически целесообразным применять достаточно сложные антенны, а также внедрять конвертеры для преобразования сигналов на частоту другого телевизионного канала с целью борьбы с опережающими повторами. Кроме того, с помощью КТВ можно рационально организовать прием телевизионного вещания с нескольких телецентров, со спутников, а также поступающего по радиорелейным и другим системам связи. Эти факторы позволяют не только повысить качество телевизионного приема, но существенно увеличить количество принимаемых программ.
Таким образом, современное кабельное телевидение представляет собой систему сбора различных телевизионных и радиовещательных программ, сигналов от систем передачи данных и их распределение с использованием кабельных, радиорелейных и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с высоким качеством большому числу абонентов. Один из основных факторов, сдерживающих развитие кабельного телевизионного вещания - это обеспечение высокого качества программ при существенных ограничениях на стоимость сети.
Разрешение этого противоречия возможно при правильном выборе структуры сети КТВ и оборудования, используемого при ее реализации.
Структура сети КТВ прежде всего зависит от числа абонентов и ее протяженности. При небольшом числе абонентов (сеть низшей категории) наиболее часто используются системы радиального типа. Структура такой сети приведена на рис.1 ( 1 - усилитель-корекктор, 2 – абонент). В схеме радиального типа абонентские линии соединяют каждого абонента непосредственно с головной станцией, а сигналы телевизионных каналов различаются по частоте. Преимуществом такой системы является возможность коммутации каналов не у абонентов, а на головной станции. В этом случае из телевизионного приемника исключается блок переключения телевизионных программ. Ее недостатком является большая протяженность абонентских линий, что приводит к необходимости использования усилителей-корректоров.
Рисунок 1- Система радиального кабельного телевидения
Радиальная структура сети КТВ по конфигурации напоминает телефонную сеть, что позволяет использовать для прокладки телевизионного кабеля существующую телефонную канализацию, а в будущем - создает предпосылки для интеграции этих сетей.
Разновидностью радиальной схемы построения сети КТВ является многозвенная структура, при которой в линию включаются усилительно-распределительные пункты, обеспечивающие распределение сигналов группе абонентов (в пределах небольшого жилого дома или подъезда).
Наиболее распространенной является древовидная структура КТВ рис. 2 (1 - антенна, 3 - усилители-ответвители, 4 - разветвитель, 5 - абонент). Ее характерной особенностью является, подключение к головной станции магистральных линий распределения сигналов с усилителями-ответвителями, от которых в свою очередь отходят субмагистральные линии, распределяющие сигнал к абонентам через разветвители.
Как путь совершенствования древовидной сети может рассматриваться гнездовая схема. Ее особенность заключается в том, что к основной головной станции древовидной сети подключаются несколько более простых дополнительных гнездовых станций, каждая из которых представляет собой сеть кабельного телевидения более низкого уровня. Отдельные гнездовые схемы могут располагаться на достаточном удалении от ГС, что препятствует непосредственной передаче сигналов по обычной магистральной кабельной линии. Поэтому сигнал передается по волоконно-оптическому кабелю или с использованием радиорелейной линии.
Рисунок 2 – Древовидная структура кабельного телевидения
За счет оптимизации структуры гнездовой сети можно минимизировать затраты при условии обеспечения заданных заказчиком требований на объем услуг. При рациональном выборе мест размещения дополнительных головных станций существенно сокращается протяженность магистральных и распределительных сетей, число усилителей и других дополнительных элементов. Все это позволяет повысить качество сигнала и сократить расходы на создание сети.
Необходимо отметить, что как в радиальной, так и в древовидной системе при необходимости создания обратного канала потребуется применение дополнительных технических средств.
Основные элементы сетей кабельного телевидения.
Анализ структуры построения сетей КТВ показывает, что в их состав входят следующие элементы: головная станция, усилители (магистральные, усилители-корректоры и др.), ответвители, разветвители, а также линии (магистральные, субмагистральные, абонентские), обеспечивающие соединение составных частей сетей.
Головная станция (ГС) обеспечивает обработку (прием, усиление, преобразование частоты) и распределение сигналов телевизионного и ЧМ-радиовещания, поступающих от приемных антенн, а также сигналов спутникового телевидения. Кроме того, головная станция позволяет формировать местные телевизионные программы. Головная станция в зависимости от ее назначения может включать ряд элементов - антенные и приемные устройства наземного, спутникового, телевизионного и радиовещания, конвертеры, студийное оборудование (видеокамеры, видеомагнитофоны, микрофоны и др.), коммутаторы, а также усилители различного назначения, включая выходные.
В устаревшых станциях использовалось однократное преобразование рабочей частоты, что ограничивает выбор каналов, которые могут использоваться для трансляции телевизионных программ вследствие «поражения» некоторых каналов продуктами преобразования.
В современных станциях используется двукратное преобразование частоты, что снимает ограничения по преобразованию каналов с одной частоты на другую и обеспечивает более высокое качество телевизионных программ за счет низкого уровня комбинационных частот, а также более высокой избирательности по зеркальному каналу и промежуточной частоте. Они являются более совершенными, разработаны на основе современной элементной базы и обеспечивают создание телепрограмм на головной станции КТВ, сервисное обслуживание и др. Полоса частот передаваемых станцией сигналов расширена и составляет от 5 до 300 МГц. Частоты 48...300 МГц используются для передачи телепрограмм и сигналов ЧМ-вещания, причем в полосах частот 110... 174 и 230...300 МГц организованы 16 специальных внутрисистемных телевизионных радиоканалов со стандартной полосой частот 8 МГц. Частоты 5...30 МГц отведены для организации обратных каналов от абонентов к головной станции КТВ.
Если
не удается расположить
Наряду с отечественными головными станциями широкое применение нашли в России ГС различных зарубежных фирм.
Современные головные станции производятся фирмами WISI (Германия), «Терра» (Литва), IRCO (Испания).
Головная станция фирмы WISI - широкополосная комбинированная ГС, позволяет принимать весь спектр передаваемых телевизионных сигналов (45...2050 МГц) и обеспечить передачу большого числа программ во всем телевизионном диапазоне частот (5...862 МГц). Высокая помехоустойчивость по соседнему каналу (более 60 дБ) позволяет оптимально использовать телевизионный диапазон частот.
Станция имеет модульное построение и состоит из базового модуля OV50 на 10 каналов, телевизионных модуляторов OV33 VHF/OV35 UHF, конвертера эфирных каналов OV43 VHF/OV45 UHF, приемника-модулятора спутникового телевидения OV53 VHF/OV55 UHF (моно) и OV83 VHF/OV85 UHF (стерео), а также ЧМ усилителя OV22. Станция обеспечивает работу в стандартах D/K, B/G, I. L, М, N, имеет автоматическую установку параметров.
Комбинированная
станция фирмы «Терра»
Конвертеры служат для преобразования частоты сигналов из одного телевизионного канала в другой с целью исключения помех, связанных с просачиванием прямого сигнала наземного телевидения. Конвертеры приемных станций спутникового телевидения преобразуют принимаемые сигналы в стандарты наземного телевидения.
На входы конвертеров ГС могут быть поданы цифровые спутниковые сигналы. На выходе эти сигналы посредством преобразования переносятся в цифровой поток ASI или аналоговый телевизионный сигнал. Выходные сигналы отдельных конвертеров для исключения их вредного влияния друг на друга объединяются с использованием направленных ответвителей. Объединенные выходные сигналы отдельных конвертеров поступают на вход широкополосного усилителя.
С целью обеспечения надежности головная станция имеет два полных комплекта аппаратуры (конвертеров, выходных усилителей и др.), причем оба комплекта подключены к питающему напряжению, т.е. используется так называемое «горячее резервирование». Переключение блоков аппаратуры с рабочего на резервный комплект происходит автоматически.
В профессиональной аппаратуре для обеспечения высокого уровня характеристик используются балансные смесители, гетеродины, стабилизированные по частоте кварцевыми генераторами, фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ).
Абонентские разветвители и усилители служат для распределения сигнала из домовой распределительной линии к абонентам и устанавливаются при вводах в дом и на лестничных площадках. Абонентские разветвители могут выполняться по трем вариантам схемного построения: по мостовым схемам с ферритовыми сердечниками; на основе направленных ответвителей с электромагнитной связью; на резисторах, соединенных по схеме «звезда». За счет изменения параметров трансформаторов (ответвителей, резисторов) изменяется коэффициент передачи сигналов.
В настоящее время наиболее широко используются широкополосные усилители квартирной разводки, которые перекрывают весь рабочий диапазон частот наземного телевидения и в отличие от пассивных разветвителей не имеют потерь сигнала.
Магистральные и субмагистральные усилители. Для компенсации потерь сигнала в кабельных линиях используются широкополосные усилители.
В магистральных и
Конструктивно эти приборы выполнены в герметичном корпусе и обеспечивают работоспособность в сложных климатических условиях (от -20 до +50 °С).
Магистральные ответвители предназначены для разветвления сигнала в линиях и представляют собой, как правило, мостовые устройства, выполненные на высокочастотных трансформаторах. В ответвителях предусмотрены элементы, позволяющие передавать ток дистанционного питания магистральным усилителям.
Современные магистральные ответвители, выпускаемые фирмой «Терра», обеспечивают работу в диапазоне частот наземного (5...862 МГц) и спутникового (950...2400 МГц) ТВ. Ответвители обладают низкими потерями сигнала, высокой равномерностью частотной характеристики, широким диапазоном рабочих температур (-20...+50 °С).
При проектировании сетей распределения телевизионного сигнала, особенно протяженных, наиболее важным параметром является величина затухания. Рекомендуется использовать коаксиальные кабели с минимальным затуханием на верхних частотах 800...860 МГц.
2.2 Синтез структурной схемы
Проектирование системы
- стандарт выходного цифрового телевизионного сигнала,
- количество абонентов и
- стандарт входного сигнала используемого для трансляции абонентам,
- количество транслируемых телеканалов, от чего зависит состав и сложность головной станции.
Согласно заданию входным

- Кабель оптический связь волокно трасса
- Кабинет черчения
- Кабінеты і калекцыі пры вышэйшых навучальных установах на тэрыторыі Беларусі ў XVIII- пачатку XX стст
- Кава на ринку України
- Кавитация
- Кавказкая кухня
- Кавказская война
- Кoнфликты в cиcтеме упpaвления и cтpaтегии иx пpеoдoления
- Кoнфликты в упрaвлении, ocнoвные пути, метoды и cредcтвa их рaзрешения
- Кoнцeпция гocудapcтвeннoй cлужбы в PФ
- Кабардино-балкарская кухня
- "Кабацкая глава" в жизни и творчестве Сергея Есенина
- Кабельдік – желілік тораптар
- Кабельдік жуйе