Головная станция KARIN

Как уже отмечалось в первой части настоящей статьи (см. предыдущий номер журнала) основным элементом интерактивной оптико-коаксиальной системы (иначе именуемой гибридно интегрированной) кабельного телевидения OptiCaT фирмы HIRSCHMANN является головная станция (ГС) KARIN. Она не имеет жесткой конфигурации и в зависимости от потребностей заказчика может комплектоваться самыми различными блоками. Один из возможных вариантов ее компоновки показан на рис.1.Все блоки станции, в том числе оптические приемники и передатчики, монтируются в стандартную 19" стойку. В полной комплектации станция позволяет осуществить прием и трансляцию в кабельную сеть:

• программ местных телецентров в стандартах PAL, SECAM, NTSC;
• программ цифрового телевизионного вещания;
• аналоговых спутниковых программ, в том числе со звуковым стереосопровождением;
• цифровых спутниковых программ в стандартах D2-MAC и MPEG;
• программ спутникового цифрового радио — Digital Satellite Radio (DSR);
• AM-FM-программ радиовещания;
• программ студий кабельного телевидения.

Оборудование станции обеспечивает выход в телефонную сеть и аналого-цифровые сети передачи данных для предоставления абонентам системы OptiCaT услуг интерактивного сервиса. Станция имеет встроенную систему мониторинга, контролирующую состояние ее основных блоков, магистральных усилителей и оконечных оптических приемников и передатчиков. Она комплектуется резервными каналами, находящимися в состоянии горячего резерва. Автоматическое переключение за время менее 0,4 мс может осуществляться как по промежуточной частоте, так и по A/V-сигналам.

В составе станции можно выделить несколько основных функциональных трактов, конструктивно формируемых из отдельных блоков. Структурная схема основных трактов головной станции KARIN, раскрывающая ее функциональные возможности, показана на рис.2. К числу таких трактов следует отнести:

• спутниковый приемник DVB (Digital Video Broadcasting) — приемник цифровых спутниковых программ;
• приемник спутникового телевизионного вещания (СТВ);
• приемник наземного телевизионного вещания (НТВ) ;
• модулятор для трансляции ТВ-программ кабельных студий;
• приемник аналоговых спутниковых радиопрограмм;
• приемник программ DSR-спутникового цифрового радио;
• приемник радиопрограмм FM;
• активные радиочастотные выходные сумматоры.

Станция может работать как на волоконно-оптический, так и на обычный коаксиальный кабель. В последнем случае активный оконечный сумматор формирует групповой сигнал с уровнем 126 дБмкВ. Полностью укомплектованная станция потенциально позволяет сформировать 144 ТВ-канала и 48 каналов FM-радио.

Кроме "основных" блоков, в состав станции входят активные входные спутниковые делители сигнала, блок контроля и управления резервными каналами, генераторы пилот-сигналов, модуль мониторинга состояния станции и оборудования сети, источники питания и др.

Рис. 1. Вариант конфигурации ГС KARIN

Из всех параметров станции отметим только два, характеризующие ее уникальные технические характеристики — это отношение сигнал/шум на выходе ТВ-конвертора НТВ — свыше 70 дБ и избирательность по соседнему каналу — не менее 100 дБ. Если к этому добавить мультистандартность (станция может обрабатывать сигналы в стандартах T, CCIR, RTMA, D2-MAC, HD-MAC и др.), малую неравномерность АЧХ (Ј0,3 дБ) и малое групповое время задержки (Ј15 нс), то можно получить представление о высоких возможностях станции. Модуль мониторинга обеспечивает подключение внешнего компьютера, работающего в оболочке Windows и позволяющего выводить информацию о состоянии всех активных элементов сети — в первую очередь оптических передатчиков и приемников — с индикацией входных и выходных уровней сигналов. При этом рабочее место оператора может быть удалено от самой станции на значительное расстояние.

Оптические приемники и передатчики головной станции

В случае, если станция работает на волоконно-оптическую магистраль, в ее состав входят оптические приемники и передатчики. В станции могут монтироваться два типа передатчиков: OTS 600-... и OTS 800-.... Первый тип имеет рабочий диапазон частот 47...606 МГц, второй 47...862 МГц. Передатчики конструктивно выполнены в виде блоков, предназначенных для установки в стандартную 19" стойку. Внешний вид оптического передатчика, встраиваемого в станцию, показан на рис.3. На передней панели установлен выходной оптический разъем и размещены органы индикации работоспособности блоков и органы регулировки. Все радиочастотные разъемы монтируются на задней панели. В системе OptiCaT используются оптические приемники двух основных типов: ORS... и ORO.... Приемники типа ORS... устанавливаются в 19" стойки и взаимодействуют непосредственно с ГС KARIN. Приемники типа ORO... имеют герметичное исполнение по классу IP65 (повышенная пыле- и влагозащищенность), возможность дистанционного питания по кабелю от радиочастотного выхода, они способны работать вне зависимости от наличия ГС KARIN с дистанционным контролем и управлением с помощью внешнего персонального компьютера. Приемники обоих типов имеют контрольные разъемы для измерения уровня выходной оптической мощности в прямом и реверсном каналах. Кроме того, на передней панели приемников обоих типов имеются светодиодные индикаторы контроля уровня принимаемой оптической мощности, наличия радиочастотного сигнала, неисправности в данном канале, функционирования генератора пилот-сигнала, функционирования системы дистанционного контроля.

Рабочая длина волны передатчиков 1,31 мкм. Уровень выходной оптической мощности составляет от 5 до 17 мВт. Диапазон спектральной чувствительности приемников составляет 1,2-1,6 мкм, а совместно пара оптический передатчик-приемник может обеспечить трансляцию в магистрали длиной 50 км по кабелю с потерями 0,35 дБ/км 42-х телевизионных каналов без включения усилителей.

Необходимо отметить высокое качество полупроводниковых излучателей и удачные схемные решения модуляторов, используемых в передатчиках. Обеспечить передачу аналогового сигнала в полосе почти 900 МГц с такой высокой степенью линейности — достаточно сложная инженерная задача, и решена она специалистами фирмы HIRSCHMANN c блеском. То же самое можно сказать и в отношении оптических приемников. Тот, кто был занят проектированием широкополосных аналоговых приемников, знает, как трудно получить равномерную АЧХ в диапазоне от 10 до 900 МГц, сохранив при этом достаточно высокую чувствительность.

Магистральное оборудование

О магистральных и распределительных усилителях серий LA.. и DA.., предназначенных для работы на коаксиальный кабель, уже рассказывалось в более ранних номерах журнала "Теле-Спутник" (см. №4, 1996 г. стр.48-50; №5 1996 г. стр.40-42 "Усилительные устройства для кабельных сетей коллеквного телевизионного приема фирмы HIRSCHMANN"), поэтому в настоящей статье рассматривается только оптическое магистральное оборудование.

Головные оптические передатчики и приемники монтируются непосредственно в базовую 19"-ю стойку станции.

Рис. 2 Интегрированная интерактивная оптико-коаксиальная система кабельного ТВ

Для того чтобы сократить затраты на формирование абонентской сети, фирма HIRSCHMANN выпускает магистральные оптические приемники трех серий: ORS 8xx, ORB 801 и ORH 802.

Приемники серии ORS 8xx рассчитаны на обслуживание 2-2,5 тысяч абонентов и выполняют фактически роль головных станций 2-го класса (типа CSE 7500, CSE7700 фирмы HIRSCHMANN). Они имеют встроенную систему АРУ, уровень выходного сигнала 108 dBmV при отношении сигнал/шум свыше 55 дБ, реверсный канал в диапазоне 5-200 МГц, внешние разъемы для подключения измерительных приборов, контролирующих параметры приемника, а также встроенную систему менеджмента. Внешний вид приемника ORS 862F показан на рис.4.

Приемники серии ORB801 рассчитаны на 200 абонентов и играют роль головных станций, занимающих промежуточное положение между CSE100 и CSE3100 (фирмы HIRSCHMANN). Имеют герметичное исполнение, возможность регулировки выходного уровня (і95 dBmV) при отношении сигнал/шум свыше 48 дБ и подключение внешнего прибора для контроля параметров.

Приемники серии ORH 802. Это фактически индивидуальные абонентские приемники, предназначенные для установки в небольших зданиях или коттеджах, обеспечивающие прием информации до 10-ти абонентов. Энергетический запас у них невелик — отношение сигнал/шум на их выходе всего 47 дБ при максимальном уровне выходного сигнала 84 dBmV. Имеют защиту, соответствующую классу IP 40 европейского стандарта CENELEC. Внешний вид абонентских приемников ORB 801 и ORH 802 показан на рис.4. Там же представлен оптический передатчик реверсного канала с полосой 30 МГц — ОТН 830.

Рис. 3 Оптический передатчик

Кроме передатчиков и приемников прямого канала, в состав системы OptiCat входят оптические передатчики и приемники обратного канала OTRS 60 и ORRS 60 соответственно. По обратному каналу транслируются сигналы интерактивного сервиса и системного мониторинга. Передатчики устанавливаются на конце магистрали, а приемники — непосредственно в ГС. Как и основные, приемопередатчики инверсного канала работают в спектральном диапазоне 1,3 мкм, но имеют более узкую информационную полосу 5-60 МГц. За счет этого они перекрывают ту же самую магистраль при меньшей выходной мощности передатчика — 1 мВт. Чувствительность приемников обратного канала практически равна чувствительности приемников прямого канала. Обратный канал необходим для организации интерактивного сервиса в сети, контроля и управления параметрами ее основных элементов — оптических приемников и передатчиков.

Наряду с активными оптическими элементами система OptiCaT может содержать и пассивные элементы — оптические ответвители и оптические разветвители — сплиттеры. Они отводят часть оптической мощности от магистрального кабеля к месту расположения большого скопления абонентов сети (например, микрорайону) или осуществляют деление на несколько равных частей при подходе магистрали к месту нахождения нескольких крупных объектов. Фирма HIRSCHMANN освоила выпуск оптических ответвителей и сплиттеров с практически любыми необходимыми коэффициентами деления с хорошей воспроизводимостью параметров и эксплуатационными характеристиками.

К дополнительным устройствам можно отнести также информационный экспандер DX16, монтируемый в основную стойку ГС и позволяющий анализировать рабочее состояние одновременно до 16 приемно-передающих оптических модулей.

Организация системного мониторинга и управления

Важным достоинством системы OptiCaT и головной станции KARIN, как ее основного элемента, является возможность проведения системного мониторинга и менеджмента, т.е. автоматического контроля состояния станции и сетевого оборудования и управления их основными параметрами.

Система мониторинга позволяет контролировать следующие параметры станции и внешних сетевых устройств:

• выходную мощность оптических передатчиков OТS, установленных в головной станции;
• рабочий ток лазерных излучателей передатчиков ОТS;
• температуру лазера;
• факт прекращения работы оптического передатчика;
• уровень мощности на входе оптического приемника;
• отсутствие пилот-сигнала (контроль обрыва рабочего волокна);
• уровень мощности на входе приемника обратного канала.

Кроме того, система мониторинга и управления производит автоматическое переключение станции на резервный канал в случае выхода основного из строя. В случае обнаружения понижения уровня мощности на входе основного оптического приемника по обратному каналу передается команда для повышения выходной мощности оптического передатчика станции.

Рис. 4 Оптический приемник ORH 802 и оптический передатчик обратного канала

Кроме параметров непосредственно канальных блоков, задействованных в формировании информационных потоков, система мониторинга контролирует уровни всех рабочих напряжений и потребляемых токов в блоках питания ГС, температуру внутри блоков станции и окружающей среды

С помощью радиочастотных модемов, устанавливаемых в нужных точках контроля, осуществляется дистанционная диагностика состояния радиочастотной части сети. По той же линии связи, но с использованием обратного канала осуществляется дистанционный контроль работоспособности магистральных усилителей серии LA 86 и DA 86.

Существенным достоинством аппаратуры мониторинга системы OptiCat является то, что она может функционировать без ГС KARIN, только при наличии специальных интерфейсных преобразователей, встроенных в источники питания, причем вне зависимости от того, подключен внешний компьютер к сети или нет.

Кроме всего сказанного, следует отметить следующее. Стоимость системы OptiCaT примерно на 10% выше стоимости аналогичных волоконно-оптических систем, не имеющих в своем составе аппаратуры системного мониторинга и менеджмента. Однако годовые затраты на обслуживание системы OptiCaT на 6-7% меньше, чем у аналогичных систем без мониторинга (без учета удобства эксплуатации), и поэтому уже через два года эксплуатации дополнительные затраты на монтаж системы полностью окупаются.

В настоящей статье изложены только основные принципы построения системы OptiCaT и рассмотрены лишь важнейшие параметры ее основного компонента — ГС KARIN, позволяющие судить о ее широких функциональных возможностях. Высокая пропускная способность в прямом направлении, широкополосный многофункциональный обратный канал, возможность предоставления услуг интерактивного сервиса — это то, что делает систему OptiCaT весьма привлекательной при модернизации старых и построении новых телевизионных кабельных сетей. Именно за такими системами будущее кабельных систем телевидения.