Оптическое суммирование в гибридных СКТВ

Появление оптических линий связи и наличие широкого выбора оптического оборудования сняло ограничения на размеры сетей кабельного телевидения. Результатом этого стала общая тенденция к укрупнению таких сетей. Сейчас не редкость создание единой сети кабельного телевидения для города с более чем миллионным населением. Кабельные сети повсеместно строятся по технологии с глубоким проникновением оптики.

Плюсы и минусы крупных оптических сетей

В такой сети имеется единый центр формирования программ. Программы в нем с помощью оптических передатчиков вводятся в оптическую распределительную сеть, которая включает в себя оптические линии связи, усилители, разветвители, коммутаторы и т.д. Из оптического формата в радиочастотный телесигналы преобразуются только на последнем участке сети, в отдельном доме или группе домов.

Оптические распределительные сети позволяют обеспечить высокое качество предоставляемых услуг, имеют высокую надежность и низкую стоимость обслуживания. Однако крупные оптические сети не лишены и недостатков. Они избыточно централизованы, в них трудно обеспечить вещание локальных программ местных студий, зона действия которых ограничена небольшой частью сети, например, районом или округом. А программы таких студий высоко востребованы как населением, так и местной администрацией. Кроме того, каналы локальных студий могут быть использованы службами ГО и МЧС для оповещения о локальных ЧП.

Традиционным решением задачи ввода местных каналов в локальный участок оптической сети является метод переприема. При нем весь пакет распределяемых в сети ТВ-каналов переводится сначала из оптической формы в электрическую. Затем к пакету ТВ-радиосигналов подсуммируются сигналы местных программ. После этого новый пакет при помощи оптического передатчика снова переводится в оптическую форму. Структурная схема такого решения показана на рис. 1.

Суммирование через опто-электронное преобразование
рис 1

Этот способ имеет ряд недостатков:
Один из основных — высокая стоимость. Для реализации такого решения требуются высококачественные оптические передатчики и приемники, способные с малыми вносимыми искажениями работать с полным групповым многоканальным сигналом. При этом оптический передатчик должен иметь высокую выходную мощность, достаточную для обслуживания большого участка сети. Такое оборудование имеет значительную цену, исчисляемую десятками тысяч евро.

Другой недостаток — это снижение качества сигналов. Общеизвестно, что значительная доля шумов и искажений сигналов в кабельных сетях появляется в процессе оптической модуляции и приема. Поэтому установка в сети дополнительных оптических передатчиков и приемников ухудшает эти параметры, что может привести к тому, что качество сигналов на отдельных участках может упасть ниже требуемых по ГОСТу.

Высокая стоимость обслуживания. Для обслуживания сложного профессионального оборудования требуется привлечение высококвалифицированных специалистов. Также для размещения дорогостоящего профессионального оптического оборудования требуется помещение с кондиционированием, сигнализацией и противопожарной охраной.Снижается надежность работы сети.

Так как дополнительное оборудование ставится «в разрыв» тракта передачи сигналов, то любой его отказ приводит к нарушению трансляции полного пакета программ на значительном участке сети. Такая ситуация требует наличия резервных оптических передатчиков и приемников, организации системы резервного электропитания и круглосуточного дежурства смены специалистов.

Наличие подобных ограничений приводит к тому, что местные администрации часто не в состоянии обеспечить выполнение требуемых условий и вынуждены отказываться от локальных студий, что негативно отражается на имидже и бизнесе крупных кабельных операторов.

Для того чтобы устранить недостатки традиционного метода ввода сигналов местных студий в оптические кабельные сети, был разработан и практически опробован метод оптического суммирования сигналов. Структурная схема такого решения показана на рис. 2.

рис.2
рис.2

Принцип работы такого решения состоит в том, что пакет ТВ-каналов, распределяемых в сети, не преобразуется в радиочастотную форму, а проходит через узел суммирования без преобразования. В оптическом узле суммирования к пакету просто подсуммируется сигнал программы местной студии, сформированный оптическим передатчиком, работающим на другой длине волны по сравнению с используемой для основного пакета программ.

Такое решение имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с системой переприема:

Сохраняется высокое качество сигналов. Так как основной пакет каналов не претерпевает никаких преобразований в узле суммирования, то в нем не создаются дополнительные шумы и искажения. Что же касается сигналов местной студии, то использование даже недорогого оптического передатчика, работающего в одноканальном режиме, позволяет обеспечить высокое отношение сигнал/шум. Так, использовавшийся в экспериментах оптический передатчик WISI LT53S, который обеспечивает в многоканальном режиме отношение сигнал/шум не менее 50 дБ, в одноканальном режиме обеспечивает значение сигнал/шум более 65 дБ.

Решение имеет низкую стоимость реализации и обслуживания. Как было показано выше, вследствие работы в одноканальном режиме даже использование недорогого оборудования обеспечивает высокое качество трансляции сигналов. При этом требуется небольшой объем оборудования, которое может быть размещено в отдельно стоящем монтажном ящике.

Сохраняется высокая надежность сети. При оптическом суммировании трансляция основного пакета программ не зависит от состояния активного оборудования и наличия электропитания на узле суммирования. При любых отказах оборудования и электропитания это отражается только на трансляции местного канала. А так как это оборудование, к тому же, не является дорогостоящим, то оператор может себе позволить иметь на складе резервный комплект для быстрой его замены.

Немного теории

В основе оптического метода суммирования лежит тот факт, что оптические приемники для кабельного телевидения по входу широкополосны и реагируют только на мощность оптического сигнала, независимо от длины волны несущего оптического колебания. Это позволяет подавать им на вход сигнал, состоящий из нескольких оптических сигналов с разными длинами волн, оптический приемник воспринимает его как единый суммарный сигнал. Однако такое суммирование оптических сигналов с несколькими оптическими несущими имеет свои особенности.

Чтобы их лучше понимать, представим передатчик группового оптического сигнала, установленный на головной станции, в виде суммы одноканальных оптических передатчиков, как показано на рис. 3. Данная модель является упрощенной, но это вполне пригодно для практического использования.

оптическое суммирование
рис.3

В этой модели групповой оптический передатчик на головной станции представлен как состоящий из отдельных передатчиков индивидуальных каналов, выходы которых затем просуммированы. Эти отдельные передатчики имеют одинаковую мощность и индекс модуляции. Очевидно, что если требуется добавить дополнительный канал или каналы к групповому сигналу такого передатчика, то это можно сделать при помощи дополнительного передатчика, с параметрами, аналогичными канальным передатчикам описываемой модели.

Определим эти параметры на конкретном примере. Предположим, что групповой оптический передатчик рассчитан на работу с N = 50 каналов и работает с индексом оптической модуляции OMI = 3,5%. Выходной сигнал такого передатчика состоит из суммарного сигнала несущих Pc и составляющих модулирующих сигналов Pm. Из суммарного сигнала несущих на выходе передатчика Pc можно рассчитать уровни несущих отдельных передатчиков модели:

Pcn = Pc — 10lgN= Pc — 17дБ.

При этом мощность сигнала модуляции каждого отдельного канала составит (при OMI = 3,5%):

Pmn=Pc — 20 lg(100/OMI)= Pc — 29дБ.

Если, исходя из этих значений, рассчитать мощность сигнала модуляции для отдельного передатчика модели, то получим:

Pmn= Pcn — 12дБ.

Что соответствует коэффициенту модуляции OMI = 25%.

Таким образом, в данном примере, чтобы к сигналу, сформированному передатчиком головной станции, добавить канал, сформированный дополнительным передатчиком, необходимо выполнить два условия:

• дополнительный сигнал должен быть добавлен с уровнем на 17 дБ (10lgN) ниже уровня группового сигнала;

• индекс модуляции оптического передатчика должен составлять OMI = 25%.

Оба эти условия достаточно легко выполнимы практически.

Практические рекомендации

Так как в аналоговых оптических сетях уровни распределяемых сигналов обычно находятся в диапазоне от 0 до 17 дБм, то мощность оптического сигнала дополнительного канала должна составить от -17 до 0 дБм. Типичные оптические передатчики, представленные на рынке, имеют выходную мощность существенно выше этого значения.

Разумным решением в этом случае является использование неравноплечего оптического сумматора. Это позволяет свести к минимуму ослабление основного группового оптического сигнала, что исключает необходимость перестройки оптической сети при вводе дополнительных каналов. В приведенном на рис. 3 примере использован оптический сумматор с плечами 95% и 5%.

Это обеспечивает затухание в основном тракте всего 0,25 дБ, а со стороны дополнительного канала — 13 дБ. При таком выборе сумматора мощность дополнительного оптического сигнала должна составлять от -4 до 13 дБм.

Этому условию отвечают многие недорогие оптические передатчики. Например, передатчик WISI LT53S имеет выходной уровень 4 или 6 дБм, а WISI LT54S — 10 или 13 дБм. Для точной установки уровня оптической мощности служит регулируемый оптический аттенюатор 0…10 дБ, устанавливаемый на выходе передатчика.

Обычно в крупных сетях используются оптические передатчики с длиной волны 1550 нм. Если на участке сети после узла суммирования отсутствуют оптические усилители, то для ввода дополнительных каналов можно использовать недорогие оптические передатчики с длиной волны 1310 нм. Если же оптические усилители присутствуют, то придется использовать оптические передатчики диапазона 1550 нм.

При этом необходимо чтобы обязательно выполнялось условие, что длины волн оптического передатчика ГС и локального оптического передатчика отличались, по крайней мере, на 1 нм.В противном случае могут возникнуть биения между несущими передатчиков, которые попадут в частотный диапазон телевизионных сигналов и нарушат работу сети. Для этого на узле ввода канала местной студии потребуется использовать оптический передатчик для систем DWDM с нормированной длиной волны. Это увеличивает стоимость решения.

Однако затраты окупаются увеличением зоны обслуживания студии.

Для настройки оборудования узла ввода можно предложить следующую методику:

• установить оптический аттенюатор в максимальное значение;

• подать на вход оптического передатчика радиосигнал местной студии и настроить требуемый коэффициент модуляции передатчика в соответствии с его инструкцией по настройке;

• подключить к выходу оптического сумматора контрольный оптический приемник и при помощи оптического аттенюатора установить уровень радиосигнала местной студии равным уровням остальных сигналов пакета.

Заключение

Описанная в статье методика ввода сигналов местных студий была практически реализована в ряде районов г. Москвы и показала хорошие результаты. Методика позволяет вводить и более одного канала. При этом просто требуется пересчитать уровни оптических сигналов при суммировании и коэффициент модуляции передатчика.

Вячеслав Чулков, технический эксперт фирмы WISI

Литература:

1. С.А. Березиков, В.Е. Рядчиков. Определение параметров настройки оптического передатчика канала прямого направления сети КТВ // «Теле-Спутник» №2, 2004.

2. И. Гайович. Оптические DFB-лазеры для широкополосного вещания: оптимизация параметров // «Теле-Спутник», №3, 1999.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Амплитудная_модуляция;

4. http://matlab.exponenta.ru/communication/book3/index.php.

 

© Теле-Спутник

Комментарии

Оставить сообщение

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*