46Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Системы коллективного приема цифровых спутниковых программ


С.Песков, В.Таценко, А.Шишов Теле-Спутник - 7(45) Июль 1999 г.


В настоящей статье рассматривается инженерный системный подход к выбору усилителей КСКТП исходя из условия минимизации финансовых затрат при заданном критерии качества.

Регулировка коэффициента передачи (level control) усилителя осуществляется с целью поддержания его расчетного выходного уровня, обеспечивающего заданный (максимально допустимый) уровень интермодуляционных искажений. Из-за жестких требований к линейности усилителя, электронные аттенюаторы (например, на p-i-n диодах или на транзисторах с изменяемым током эмиттера) не используются, т.к. они являются потенциальными источниками нелинейных искажений. На практике используют Т-образные или П-образные аттенюаторы (рис.13), элементы которых рассчитываются через требуемую величину ослабления a (по мощности) при заданном характеристическом сопротивлении R0 = 75 Ом:

R1=R0(a-1)/(a+1)

R2=R0(2a)/(a2-1) (18)

- для Т-образного аттенюатора, и

R1=R0(a+1)/(a-1)

R2=R0(a2-1)/(2a) (19)

- для П-образного аттенюатора.

С целью упрощения конструктивного исполнения, чаще применяются Т-образные аттенюаторы. В усилителях используют как переменные, так и фиксированные аттенюаторы. Очевидно, что переменные аттенюаторы значительно удобнее при практическом использовании, чем набор съемных фиксированных аттенюаторов, однако конструктивное исполнение их существенно сложнее, а следовательно, выше и цена.

Для минимизации нелинейных искажений аттенюатор (именно он является регулятором коэффициента передачи усилителя) устанавливается на входе усилителя. С точки зрения практической эксплуатации важно отметить, что даже незначительное введение ослабления аттенюатора (2...4 dB) приводит к значительному улучшению коэффициента возвратных потерь (см. ниже).

При расчете КСКТП следует помнить правило: всякое введение потерь на входе или выходе усилителя влечет за собой снижение его динамического диапазона. Введение потерь на входе усилителя влечет за собой увеличение эквивалентного коэффициента шума (см. рис. 7), а на выходе — к снижению максимального уровня выходного сигнала.

В силу этого в настоящее время в усилителе реверсного канала аттенюаторы устанавливают на его выходе, т.к. чаще всего транслируемые в реверсном канале сигналы (QPSK, FDMA, FSK и др.) требуют максимально возможного отношения сигнал/шум.

При использовании новых методов частотного и временного уплотнения (например, CDMA, COFDM, QAM и др.), основанных на технологии шумоподобных сигналов с фазо-кодовым и ортогонально-частотным уплотнением каналов, не требуется высокого отношения несущая/шум (в зависимости от используемого вида модуляции достаточно C/N = 16...35 dB). Но эти сигналы чувствительны к внешним электромагнитным наводкам и интермодуляционным искажениям. Наиболее слабым местом в конструкции усилителя с точки зрения проникновения внешних электромагнитных наводок являются входные и выходные ВЧ разъемы. Следует также иметь в виду следующее. Все чаще используемые оптические системы имеют, как правило, звездообразную структуру коаксиального участка “последней мили”. Звездообразная топология сетей облегчает распределение сигналов прямого канала, но приводит к значительному накоплению тепловых шумов (из-за параллельности субмагистралей) на входе оптического передатчика реверсного канала.



Рис.13

Все вышеизложенное можно привести к простому правилу: для максимальной помехозащищенности от внешних электромагнитных наводок сигналы реверсного канала должны транслироваться при возможно большем уровне по отношению к возможным помехам.

Именно по этой причине в последних моделях усилителей фирм Hirschmann, Teleste, Arcodan и др., аттенюатор установлен на входе, а не на выходе усилителя реверсного канала. Аналогичное техническое решение стала использовать фирма Philips и ряд других ведущих фирм. Учитывая не только специфику транслируемых сигналов, но и топологию участка магистрали, во всех указанных марках усилителей фирмы Hirschmann допускается установка как на входе, так и на выходе усилителя реверсного канала (на усмотрение проектировщика).

Часто на практике топология КСКТП требует применения усилителя с пониженным коэффициентом усиления. С целью сохранения коэффициента шума усилителя (т.е. поддержания максимального S/N), в его межкаскадную цепь (рис. 14) встраивают фиксированный аттенюатор с ослаблением 4...8 dB. При этом, согласно формуле (8)1, суммарный коэффициент шума усилителя практически не увеличивается. Так, для типовых численных значений, представленных на рис.14, коэффициент шума усилителя увеличивается на 0,5 dB (вместо 7 dB, если бы аттенюатор был установлен на входе). Однако при этом входной каскад должен иметь динамический диапазон, повышенный на величину вводимых ослаблений.




Рис.14

Как правило, величина изменения коэффициента шума усилителя при введении межкаскадного аттенюатора в его паспортных параметрах не приводится (во всех последних моделях усилителей фирмы Hirschmann эти значения приводятся). Поэтому в данном случае приходится надеяться только на добросовестность фирмы-производителя. Например, в усилителе GPV840 коэффициент шума не изменяется вообще, т.к. фиксированное изменение коэффициента усиления достигается не за счет введения аттенюатора, а за счет исключения второго (промежуточного) каскада усиления. При этом все другие эксплуатационные параметры, естественно, сохраняются.


Fs=F1+F2-1/Kном1 + F3-1/Kном1Kном1 + Fn-1/Kном1...Kном(n-1)



Рис.15

При закупках оборудования следует иметь в виду следующее. Различные фирмы по-разному указывают цену усилителя. Некоторые из них, такие как Hirschmann, Wisi, Philips, в прайс-листах указывают цену усилителя с учетом встроенных аттенюаторов и эквалайзеров. Другие выпускают только базовый модуль усилителя без эквалайзера и аттенюатора и, соответственно, указывают в прайс-листах цену лишь основного модуля (без аттенюаторов и эквалайзеров). Эти устройства выполняются в виде отдельных встраиваемых модулей, и за них нужно доплачивать отдельно.

Коэффициент усиления реверсного канала в силу меньших потерь в магистральном кабеле и разветвителях TV сигналов на низких частотах обычно имеет меньшую величину в сравнении с коэффициентом усиления прямого канала. Опыт проектирования довольно крупных КСКТП (более 10 тыс. абонентов) показывает, что при использовании в стояках домовых усилителей с усилителями реверсного канала достаточным является коэффициент усиления порядка 17...20 dB, а при их отсутствии — не менее 20... 23 dB. Коэффициентом усиления реверсного канала в 25 dB обладают усилители фирм Ikusi и Vector, что является их очевидным достоинством.

Неравномерность АЧХ (frequency response, flatness) усилителя также относится к его основным характеристикам. Усилители одной модели обладают очень высокой воспроизводимостью формы АЧХ, вследствие чего при каскадировании усилителей их неравномерности суммируются. Суммарная неравномерность по магистрали увеличивается также за счет накладываемой неравномерности используемых разветвителей TV сигналов. Опыт построения КСКТП подсказывает, что для ответственных магистралей неравномерность АЧХ усилителя не должна превышать ±0,5 dB, для традиционных магистралей и субмагистралей ±1,0 dB и для домовых (стояковых) усилителей — не более ±1,5 dB. Малая неравномерность АЧХ (±0,5 dB) заявлена на усилители фирмы Ikusi.




Рис.16

Отметим также, что если на усилитель заявлено соответствие CENELEC EN 50083-3, то это автоматически указывает, что его канальная неравномерность не превышает 0,2 dB/0,5 МГц и ±0,5 dB/7 МГц (от пика к пику).

Эквалайзер (Equalizer) так же, как и аттенюатор, устанавливается на входе усилителя (после аттенюатора из-за несколько большего коэффициента возвратных потерь). Согласно стандарту EN50083-3, эквалайзер является взаимным пассивным линейным устройством, предназначенным для компенсации амплитудно-частотных или частотно-фазовых искажений, получаемых за счет коаксиальных кабелей. Дополнительно отмечено, что эквалайзер предназначен для компенсации только линейных искажений.

Погонное частотно зависимое ослабление кабеля выражается функцией:


a=A0 + Af + Bf1/2, (20)

где A0, A и B — константы, зависящие от типа кабеля.

Разница в ослаблении кабеля на верхней fв и нижней fн точках рассматриваемого диапазона частот (aв и aн соответственно) при его длине в 100 м (условно принятая длина измерения погонных потерь) является его погонным уровнем эквалайзирования:

Da = aв - aн = A(fв - fн) + B(fв1/2 - fн1/2). (21)

Становится очевидным, что для реализации плоской суммарной АЧХ эквалайзер должен обладать зеркальной формой АЧХ по отношению к частотно зависимому затуханию кабеля (рис. 15). При этом аттенюатор должен обладать нулевыми потерями на верхней частоте рабочего диапазона частот. Наиболее часто используемая схема эквалайзера представлена на рис.16. Основу эквалайзера составляет выше рассмотренный согласованный Т-образный аттенюатор. Последовательный (L1C1) и параллельный (L2C2) колебательные контуры настроены на верхнюю точку рассматриваемого диапазона частот, что гарантирует на ней его нулевое ослабление, а их характеристические сопротивления рассчитываются из условия постоянства требуемого входного сопротивления (R0). Очевидно, что на нулевой частоте эквалайзер обладает затуханием, равным ослаблению используемого резистивного T-образного аттенюатора.

Как и аттенюаторы, эквалайзеры подразделяются на фиксированные (сменный подбор) и переменные (удобство эксплуатации).

Важным параметром любого эквалайзера является точность его сопряжения с частотно зависимым затуханием кабеля. Заявляемая малая неравномерность АЧХ усилителя будет бесцельна при плохом сопряжении. К сожалению, большинство фирм-производителей не указывают в паспорте численных значений этого важного параметра. Стандартом EN50083-3 даже рекомендовано (хотя не требуется директивно) указывать тип кабеля, под который рекомендован эквалайзер. Некоторые фирмы-производители приводят график частотной зависимости ослабления поставляемых эквалайзеров (например, серия LES..., LA/DA..., Hirschmann).

Практически во всех последних моделях магистральных усилителей (а и иногда и в домовых) стали использовать фиксированное межкаскадное предварительное эквалайзирование (preequalizez, pre-emphasis), предназначенное для следующей за усилителем магистрали. Такое удобное техническое решение позволяет повысить энергетический потенциал усилителя за счет снижения уровней низкочастотных транслируемых сигналов, подаваемых на вход оконечного каскада. Энергетический выигрыш, реализуемый за счет такого предварительного эквалайзирования (42 канала, частотное заполнение по CENELEC, полный диапазон 47-862 МГц), для различных значений ослабления представлен в табл. 5.

 

Таблица 5
Глубина эквалайзирования, dB369121518
Энергетический выигрыш, DUвых , dB1,12,02,93,64,34,9

 

При этом можно принять, что коэффициент шума усилителя на низкочастотных каналах увеличивается на 10% относительно вводимого ослабления. Так, если в усилитель GLV865 (Hirschmann) с коэффициентом шума 7 dB и усилением 35 dB установили фиксированный аттенюатор с ослаблением 7 dB и предварительный эквалайзер с ослаблением 6 dB, то его коэффициент шума на низкочастотных каналах увеличится на 1,3 dB, а на высокочастотных каналах — на 0,6 dB.

Коэффициент возвратных потерь – R (return loss) характеризует, какая часть падающей энергии (Uпад) отражается от входа усилителя (Uотр) вследствие несогласованности его входного (выходного) сопротивления с волновым сопротивлением магистрального кабеля. Этот коэффициент является важным параметром магистрального усилителя, т.к. он часто работает на протяженных участках магистралей (свыше 50 м) и характеризует не только потенциальную возможность появления повторов на экранах телевизоров, но и возможность использования данного усилителя для передачи сигналов с цифровыми методами модуляции. По своей физической сущности коэффициент возвратных потерь однозначно связан с коэффициентом отражения |Г|, выраженным в децибелах:

R[dB] = 20lg |Г|-1 = 20lg (Kст.U+1)/(Kст.U-1) (22)

|Г| =Uотр/Uпад ; 0<=|Г| <=1, (23)

где Кст.U =1+|Г|/1-|Г| ; 1<= Кст.U <= бескон., (23а),

- коэффициент стоячей волны по напряжению.

Коэффициент отражения указывает в процентном отношении долю энергии, отражаемую от нагрузки в направлении к генератору. Лучшим согласованием обладают усилители, характеризующиеся большим численным значением коэффициента возвратных потерь, выраженным в децибелах 0 Ј R Ј Ґ. Неидеально согласованный усилитель обладает потерями на рассогласование, которые учтены в заявленных значениях:

L[dB] = 10lg 1/1-|Г|1/2 . (24)

В табл. 6 приведены величины |Г| , Кст.U и L, рассчитанные по формулам (22-24) для различных значений R.

 

Таблица 6
R, dB610141618202226
|Г|, ед0,500,320,200,160,130,100,080,05
Кст.U, ед3,001,941,501,381,291,221,171,11
L, dB1,260,460,180,110,070,040,030,01

 

А в табл. 7 представлены требуемые значения коэффициента возвратных потерь R, регламентированные CENELEC EN50083-3 для усилительных устройств различных классов.

 

Таблица 7
КатегорияЧастотный диапазон,МГц Коэффициент возвратных потерь R, dB
А5-40>=22
40-1750>22-1.5/октава, но >=14
1750-300014, линейное уменьшение до 10
B5-40>=18
40-1750>=18-1,5/октава, но >=10
1750-30010, линейное уменьшение до 6
C5-40>=14
40-1750>=14-1,5/октава, но >=10
1750-30010, линейное уменьшение до 6
D5-1750>=10
1750-300010, линейное уменьшение до 6

 

Усилители класса А рекомендуются для ответственных магистралей, класса В — для традиционных магистралей и субмагистралей. Усилители класса С могут быть использованы в качестве домовых (стояковых), а класса D — как внутриквартирные для увеличения числа абонентских розеток. Например, усилители GLV..., LA/DA... (Hirschmann) и TAL803/805 (Ikusi) на частоте первого телевизионного канала обладают коэффициентом возвратных потерь не менее 20 dB.

Иногда в паспортных данных приводят частотно зависимые значения элементов матрицы рассеяния (IS11I и IS22I) линейного четырехполюсника, каковым является усилитель. Они равны коэффициентам отражения (если выражены в относительных единицах) или коэффициентам возвратных потерь (если выражены в dB). Индексы 1-1 указывают, что измерения осуществляются на входе, а 2-2 — на выходе усилителя.

Неравенство задержки яркость/цветность (chrominance/luminance delay inequality, group delay). Указание этой величины в паспорте на усилитель является обязательным требованием стандарта EN50083-3. Она показывает, какова разность в задержке сигналов яркости и цветности при прохождении через усилитель. Должна публиковаться наибольшая величина неравенства задержки (выражается в наносекундах) между сигналами яркости и цветности в произвольном телевизионном канале систем PAL/SECAM.

Поскольку данный вид измерений довольно трудоемкий и дорогостоящий, то до недавнего времени многие фирмы-производители не всегда его приводили. И, соответственно, этот параметр отсутствовал в паспортных данных усилителей. В настоящее время, с развертыванием интегрированных интерактивных сетей и созданием для них новых поколений магистральных усилителей, такие фирмы, как Hirschmann, Arcodan, Fuba, Kathrein, стали указывать в технической документации величину неравенства задержки.

Автоматическая регулировка усиления — АРУ (automatic gain) используется исключительно в магистральных усилителях с классом не ниже категории В. Схема АРУ, как правило, работает по пилот-сигналу или по видеонесущей одного из транслируемых каналов, формируемым на ГС. Желательно, чтобы использовались две частоты пилот-сигналов (в верхнем и нижнем участках диапазона рабочих частот). Динамический диапазон в данном случае определяется как возможные изменения входного уровня, которые могут быть скомпенсированы усилителями в диапазоне рабочих частот. Должна приводиться максимальная величина возможного усиления выходного уровня, соответствующая изменениям заявленного входного уровня во всем требуемом диапазоне рабочих температур.

Наличие системы АРУ значительно повышает стоимость усилителя при некотором снижении в то же время его основных эксплуатационных параметров. Широкое внедрение ВОЛС и европейская развитость подземных коммуникаций привели к практическому прекращению разработок таких дорогостоящих усилителей. Тем не менее, применительно к российским условиям (широкий диапазон перепада температур, воздушные способы прокладки кабелей, невысокая плотность застройки телефицируемых объектов, стремление подключить возможно большее число абонентов к одному оптическому приемнику, низкая стабильность сетевого питающего напряжения, использование дешевых усилителей и кабельных переходов с низкой стабильностью параметров и т.п.) данный вопрос остается актуальным по настоящее время. Системы АРУ встраиваются в усилители LA/DA..., GLV865AGC (Hirschmann), DXA807/817 (Teleste), TAL803/805 (Ikusi).

 

Питающее напряжение (power supply) подразделяют на местное (local) или дистанционное (remote). Для технически и экономически обоснованного выбора усилителя необходимо знать следующие параметры усилителя, касающиеся его системы питания.

  • Среднеквадратичное значение (RMS) питающего напряжения и его частота. Согласно EN50083-1 это 230 В +6/-10% частот 50-60 Гц местного питания и 20...65 В/50-60 Гц дистанционного питания. Некоторые фирмы-производители выпускают усилители, рассчитанные на расширенный диапазон питающих напряжений, например, Arcodan: 187-250 В или LA/DA86... (Hirschmann): 184-253 В, что очень важно для российских условий эксплуатации.
  • Мощность потребления (power consumption) полностью укомплектованного усилителя и каждого активного модуля в отдельности. Для усилителей с дистанционным питанием этот параметр является важным, так как при значительной токовой загрузке требуется большое количество источников дистанционного питания (ИДП) средней мощности (а они совершенно бесцельны без резервного аккумуляторного блока бесперебойного питания) или дорогостоящих мощных ИДП (например, с током питания до 15 А), применение которых влечет за собой также использование и мощных разветвителей TV сигналов, способных пропускать ток транзита до 8-10 А. Поэтому, с экономической точки зрения, целесообразно обеспечивать дистанционным питанием только магистральные и субмагистральные усилители, сохраняя местное питание для большинства домовых (стояковых) усилителей (в конце концов, если в доме отключится электроэнергия, то не будут работать и телевизоры. А если выключится магистраль, то могут остаться без TV сигналов и дома, в которых электроэнергия не отключена).
  • Ток потребления (current consumption) как от местного, так и от дистанционного источника питания всеми входящими активными модулями и усилителями в целом. Для усилителей с дистанционным питанием должна приводиться таблица или график зависимости тока потребления в зависимости от приложенного напряжения.
  • Максимальный ток транзита (вход-выход). При этом следует обратить внимание на приводимый уровень фоновой модуляции (hum modulation). Согласно EN50083-7 он накапливается по магистрали по квадратичному закону (аналогично СТВ). Причем, меньшему току транзита соответствует меньший уровень фоновой модуляции. Например, усилители TAL803/805 (Ikusi) обладают уровнем фоновой модуляции не более -76 dB при токе транзита в 7 А.
  • Максимальная величина пульсаций напряжения, если источник напряжения предназначен для внешнего (стороннего) использования. Например, такая возможность предоставляется в усилителях серии DNV... (Hirschmann).

Конструктивно-эксплуатационные параметры усилителя

Тестовые точки (measure point) предназначены для оперативного контроля входных и/или выходных сигналов и должны обладать характеристическим сопротивлением 75 Ом. Нагружаемый измерительный прибор не должен оказывать влияния на качество или уровень транслируемых сигналов. Коэффициент возвратных потерь должен соответствовать табл. 7 и должен публиковаться. Должны публиковаться ослабление и неравномерность АЧХ тестовых точек. Иных требований к тестовым точкам не предъявляется.

На практике используют как направленные, так и ненаправленные тестовые точки. В домовых (стояковых) усилителях тестовые точки могут отсутствовать вообще.

Среднее время наработки на отказ (Mean operating Time Between Failure — MTBF) на большинство видов поставляемого оборудования не публикуется, так как методика испытаний согласно EN 50083 находится в стадии обсуждения. По существу, это параметр надежности усилителя, которая в значительной степени зависит от принятых схемно-технических решений, конструкции, типа используемой элементной базы и, особенно, от качества сборки. Высоким качеством сборки обладают западноевропейские изделия, так как они изготавливаются с использованием высокопроизводительных прецизионных автоматов-установщиков chip-элементов с автоматизированным (включая лазерно-оптическую диагностику) поэтапным контролем. Так, на заводах Hirschmann осуществляется не только 100%-ный выходной контроль годных изделий, но и автоматизированный контроль комплектующих, что значительно снижает появление возможных скрытых дефектов (например, появление микротрещин в обкладках конденсаторов), проявляющихся лишь со временем или при значительных колебаниях температуры окружающей среды.

 

Эксплуатационные параметры

  • Класс защиты корпуса (protection class) играет принципиальную роль при установке усилителя вне помещения. Рекомендуется, чтобы защита корпуса усилителя соответствовала классу не ниже IP64 (EN 60529 — повышенная пыле- и влагозащищенность).
  • Габариты и масса играют важную роль лишь в редких частных случаях (например, при установке в электрощитовых). Например, фирма Hirschmann выпускает линейно/дистрибутивные (серия GLV...) и дистрибутивно/домовые (серия GPV...) усилители в малогабаритном унифицированном корпусе (класс защиты IP65) габаритами 190х115х70 мм, который даже меньше компактных усилителей фирмы Arcodan (230х115х25 мм).
  • Тип используемых разъемов для магистральных усилителей с дистанционным питанием. При больших токах транзита (>2,5 А) использование F-коннекторов недопустимо. В некоторых типах усилителей предусмотрены специальные клеммы для подключения ИДП, что создает определенные удобства и исключает нежелательное дополнительное использование инжектора питания. Например, такая возможность имеется во всех усилителях фирмы Hirschmann. В них также предусмотрена возможность коммутации тока транзита по любым направлениям (вход, выход, проход, полная изоляция) за счет изменения положения плавких предохранителей, что исключает необходимость использования дополнительных гальванических изоляторов.
  • Качество защитного токопроводного покрытия корпуса в местах подключения ВЧ разъемов.
  • Удобство крепления, снятия крышки, переустановки съемных модулей, доступа к тестовым точкам, органам регулировки, наличие клеммы заземления и т.п. Так, в последних моделях усилителей фирмы Hirschmann крышка надежно крепится посредством уплотнительной резины единственным утопляемым шестигранным болтом (с потенциальной возможностью пломбировки), отвинтить который можно только специальным ключом, что снижает вероятность несанкционированного доступа.
  • Число выходов более одного (обычно не более 3-х) при наличии сменных выходных модулей (сплиттеры или направленные ответвители) позволяет в ряде случаев отказаться от использования дополнительного магистрального разветвителя TV сигналов. Некоторые типы дистрибутивных усилителей (например, DA86..., Hirschmann) имеют в своем составе два независимых развязанных выхода (два выходных усилителя с раздельной регулировкой усиления и эквалайзирования), по каждому из которых могут дополнительно устанавливаться сменные выходные модули. При этом на входе усилителя может быть установлен сменный модуль (разветвитель) для организации и 4-го выхода.
  • Надежность установки сменных модулей как в части возможного механического, так и (что особенно важно) в части долговременной стабильности электрического контакта. Например, фирма Hirschmann во всех колодках сменных модулей использует позолоченные контакты, что исключает возможный процесс окисления при долговременной эксплуатации даже при самых суровых условиях (основное влияние оказывает влажность).
  • Исключение возможности случайного соприкосновения с высоковольтными цепями при снятии крышки, защита от перегрузки, импульсных помех и случайного короткого замыкания.
  • Устойчивость усилителя. Данный критерий косвенным образом можно оценить путем наблюдения формы АЧХ при:
    • съеме и установке крышки корпуса;
    • изменении положения входного и выходного кабелей (особенно при их приближении);
    • подсоединении кабеля по входу и выходу произвольной длины;
    • нагреве и охлаждении усилителя;
    • изменении питающего напряжения;
    • прикосновении рук к любым частям усилителя (особенно ВЧ входным и выходным разъемам);
    • изменении его угломестного положения относительно массивных металлических предметов (например, батареи отопления).

При проведении всех этих манипуляций форма АЧХ усилителя должна оставаться стабильной. При этом все органы регулирования должны быть выведены в нулевое положение (наихудший случай с точки зрения обеспечения устойчивости).

Диапазон рабочих температур (ambient temperature, temperature range) также играет важную роль при эксплуатации в российских условиях. Дело в том, что большинство оборудования разрабатывается под условия эксплуатации в Центральной Европе, для которой стандартом EN 50083 оговорен температурный диапазон -20...+550С. Некоторые изготовители расширяют температурный диапазон функционирования на свое оборудование до -400С. К таким фирмам относятся Hirschmann и Teleste.

Радиогерметичность (screening effectiveness) относится к тому классу параметров, на который начинающий оператор обращает внимание в последнюю очередь (обычно вспоминают про этот параметр на этапе эксплуатации КСКТП при появлении помех). Согласно EN 50083-2 радиогерметичность корпуса должна удовлетворять значениям, приведенным в табл. 8. Здесь же отметим, что оборудование класса А рекомендуется к использованию при наличии значительных внешних электромагнитных полей, когда невозможно произвести частотное перераспределение транслируемых каналов. Очевидно, что итоговая внешняя невосприимчивость (именно такая терминология использована в EN 50083-2) к электромагнитным полям при установке усилителей в зданиях, заземленных металлических шкафах или (что еще лучше) в подземных коммуникациях будет выше за счет дополнительной внешней экранировки. Отметим также, что требования EN 50083-2, приведенные в табл. 8, распространяются на все оборудование, используемое в КСКТП. С практической точки зрения также дополним, что необходимо внимательно относиться к выбору типа магистрального кабеля с точки зрения его коэффициента экранной защиты. Всякие сочленения кабеля с помощью кабельных насадок с целью его удлинения следует полностью исключить (особенно при воздушном виде прокладки).

 

Таблица 8
Диапазон частот, МГцПредельное значение, dB
 Класс АКласс В
30-3008575
300-4708075
470-10007565
1000-30005555

 

Испытание корпуса на радиогерметичность относится к дорогостоящим испытаниям, так как требует использования узкоспециализированного оборудования и очень хорошо экранированного помещения.

Система менеджмента (NEM — Network Element Manager) используется с целью дистанционного контроля входных/выходных параметров магистрального усилителя. Например, такая возможность предусмотрена в усилителях класса А (EN50083-3) серии LA/DA86..., Hirschmann или VGF..., Kathrein. Информация об уровне выходного сигнала, напряжений питания в функционально важных точках, температуры корпуса, токах потребления и т.п. в цифровом коде по реверсному каналу поступает на ГС, к которой дистанционно подключен компьютер мониторинга/менеджмента самой ГС, оптической системы и кабельных магистралей. Вставляемые в усилители модули NEM могут одновременно выполнить роль концентраторов служебных сигналов услуг интерактивного сервиса (например, коммунальные услуги — расход электроэнергии, тепла, воды и т.п.). В целях информационной защиты, экономической целесообразности и контроля правильной работоспособности абонентских датчиков, концентраторы также могут устанавливаться на дом, группу домов или микрорайон (т.е. по числу магистральных усилителей).

Стоимость усилителя является тем самым камнем преткновения, о который разбиваются все вышеприведенные логические рассуждения. Как правило, у оператора КСКТП (заказчика) имеется определенная сумма, которую он просто не может превысить. Здесь начинается “перетягивание” денег с одного вида оборудования на другое (антенны, ГС, приемники, кабели, магистральное оборудование, домовое и т.п.). Появляется нечто “среднее”, на первый взгляд кажущееся оптимальным решением. При этом постепенно исчезают все те “мелочи”, характеризующие истинное качество усилителя, которые упоминались выше. Строится сеть. При этом следуют неизбежные отклонения от начального проекта. Наконец, наступает долгожданный день — ввод в действие первого участка сети! Начинает поступать абонентская плата, но вместе с ней начинают возрастать расходы на обслуживание сети: ввод новых каналов, все чаще появляющиеся отказы, снижение качества транслируемых программ, проблемы ввода адресного кодирования, “дышание” параметров от времени суток и года, все чаще появляющиеся помехи, проблемы с вводом цифровых пакетов и т.д. и т.п. Вот на этом этапе оператор КСКТП начинает осознавать все ошибки и промахи, допущенные при построении сети. Исходя из вышеизложенного, могут быть сформулированы следующие рекомендации.

  • Перед выбором оборудования посоветуйтесь с оператором со стажем. Сконцентрируйте свое внимание на “тонких” моментах построения КСКТП.
  • Сделайте эскизный проект одной из магистралей на 2-3 видах выбранного вами оборудования и проведите детальный анализ предполагаемых затрат и качества транслируемых сигналов. При этом желательно добавить две колонки по стоимости монтажных работ и дальнейшему обслуживанию сети.
  • Доверяйте выполнение проекта только зарекомендовавшей себя организации, детально знакомой с тем оборудованием, на основе которого будет проектироваться сеть. Нежелательно доверять выполнение рабочего проекта единой КСКТП различным организациями по направлениям (например, оптическое оборудование и ГС, оптическая сеть, магистральное и домовое оборудование). Если это позволит сэкономить средства, можно поручить выполнение эскизного проектирования одной организации, а рабочий проект в целом — другой.
  • При возможности, приобретите по одному экземпляру однотипного оборудования различных фирм, проведите их детальный лабораторный анализ (при наличии приборной базы) и установите в одну из законченных магистралей. Опыт его ввода в эксплуатацию подскажет правильный выбор оборудования.
  • Для ориентировочной оценки экономической эффективности — Ээф при выборе того или иного типа усилителя можно воспользоваться формулой [4]:

 

Ээф = v1lg(a11/a21)+v2lg(a12/a22)+v3lg(a13/a23)+...vilg(a1i/a2i), (25)

где: v1, v2, ... vi — весовые коэффициенты, учитывающие степень важности соответствующего i-го параметра (максимальный уровень выходного сигнала, коэффициент шума, надежность и т.п.);

а1i/a2i — отношение численных значений i-го параметра (например, отношение величин максимальных выходных напряжений одного и второго усилителей).

Пример. Требуется сравнить усилители GLV865F (Hirschmann) и Alpha U 865-E8-36Y (Vector). К сожалению, приходится проводить сравнение только усилителей с дистанционным питанием, т.к. усилители с местным питанием фирмы Vector конструктивно выполнены только с использованием F-коннекторов, малопригодных при построении магистральных и субмагистральных линий.

В табл. 9 приведены значения коэффициентов vi формулы (25), проставленных, по мнению авторов, при условии работы усилителей в субмагистрали средней протяженности с дистанционным питанием (ток транзита 2 А) при трансляции 32-х каналов. Разумеется, что для других условий использования другими экспертами могут быть проставлены другие коэффициенты.

Полученное значение экономической эффективности указывает на соотношение цен двух усилителей. Лучше, если оценку произведут несколько независимых экспертов.

 

Таблица 9
Наименование параметраВесовой коэффициент v1GLV.../U... (a1i /a2i )
Прямой канал
Максимальный уровень выходного сигнала при трансляции 32-х каналов51,37
Наличие двух выходов1,80,91
Коэффициент шума3,61,16
приведенный динамический диапазон4,81,29
Неравномерность АЧХ4,11,08
Суммарная неравномерность АЧХ (с учетом эквалайзирования)4,31,12
Коэффициент возвратных потерь4,41,18
Неравномерность задержки2,61,13
Реверсный канал
Максимальный уровень выходного сигнала5,00,87
Коэффициент шума3,91,16
Коэффициент усиления4,10,79
Экономичность замены модуля реверсного канала4,51,11
Коэффициент возвратных потерь4,11,18
Неравномерность АЧХ3,71,15
Суммарная неравномерность с учетом эквалайзирования АЧХ 3,41,15
Неравномерность задержки (ГВЗ)2,91,15
Общее
Напряжение питания2,70,95
Максимальный ток транзита4,20,83
Класс защиты корпуса4,30,96
Мощность потребления4,60,89
Диапазон рабочих температур4,41,18
Габариты, масса1,21,08
Коэффициент экранной защиты корпуса3,81,19
Достоверность информации5,01,20
Конструктивное удобство (комплексно)3,71,09
Надежность (качество)5,01,19
Экономическая эффективностьЭэф = 3,67

 

Примечание: В таблице не приведены некоторые параметры, имеющие равные оценки (например, диапазон частот, наличие переменных аттенюаторов и эквалайзеров, коэффициент усиления, наличие межкаскадных аттенюаторов и эквалайзера, тип коннекторов, наличие и ослабление тестовых точек и др.), т.к. vi хlg(1) = 0.

Величина Ээф, найденная из табл. 9, показывает, что усилитель Alpha U865-E8-36Y должен стоить в 3,67 раза дешевле, чем усилитель GLV865F.

Конечно, выбор величин коэффициентов в формуле (25) носит, в какой-то мере, субъективный характер, но тем не менее она позволяет с точностью в несколько десятков процентов оценить допустимую разницу в цене усилителей в зависимости от разницы их параметров.

 

ВЫВОДЫ

  1. Наиболее важным параметром является максимальный уровень выходного сигнала. Именно он во многом формирует цену усилителя. Вторым по значимости стоит приведенный динамический диапазон. Данный параметр определяет максимальное число каскадно (последовательно) включенных усилителей, а следовательно, и максимальную протяженность магистралей.
  2. Рабочий выходной уровень усилителя всегда меньше максимального уровня выходного сигнала. Разница между ними зависит от числа транслируемых каналов и числа каскадно включенных усилителей. Желательно также принимать технологический запас, учитывающий дестабилизирующие факторы (в первую очередь — изменения температуры).
  3. Частотный диапазон прямого канала должен выбираться из расчета максимального числа транслируемых каналов. Следует помнить, что с расширением частотного диапазона увеличивается стоимость магистрального оборудования КСКТП в пересчете на абонента, но снижается в пересчете на транслируемый канал.
  4. Частотный диапазон реверсного канала должен выбираться с учетом числа каналов и видов транслируемых услуг. Если предполагается дальнейшая модернизация КСКТП, реверсный канал усилителя должен представлять модульную конструкцию. При этом должна заменяться не сама активная вставка реверсного канала, а только частотные диплексеры.
  5. При развитых услугах интерактивного сервиса необходимо обратить внимание на избирательность используемых частотных диплексеров, определяющих отношение сигнал/помеха как в прямом, так и в реверсном каналах.
  6. Желательно, чтобы магистральный усилитель имел возможность ступенчатого изменения коэффициента передачи за счет включения межкаскадного аттенюатора с фиксированным затуханием (или, что еще лучше, исключения одного из каскадов) с сохранением (или незначительным ухудшением) коэффициента шума. Желательно также, чтобы усилитель имел возможность установки межкаскадного эквалайзера, повышающего энергетику усилителя согласно табл. 8.
  7. Установка межкаскадного аттенюатора вызывает увеличения коэффициента шума усилителя примерно на 10% относительно величины вводимого ослабления во всем рабочем диапазоне частот. Установка межкаскадного предварительного эквалайзера также приводит к увеличению коэффициента шума усилителя на ту же величину на низкочастотных каналах и не оказывает влияния на высокочастотных каналах.
  8. Следует обращать внимание на то, чтобы паспортные параметры усилителя имели ссылку на европейский стандарт CENELEC EN 50083 или, что еще лучше, чтобы усилитель имел сертификат его соответствия.
  9. Все магистральные усилители должны быть выполнены по схемам push-pull (балансная схема) или power doubler (двухбалансная схема). Выходной каскад по схеме power doubler имеет больший выходной уровень в сравнении со схемой push-pull на 2-3 dB.
  10. Всякое введение потерь на входе усилителя (например, введение ослабления входного аттенюатора) вызывает увеличение его эквивалентного коэффициента шума на величину вводимых потерь. Введение потерь на выходе усилителя (например, за счет установки выходного сплиттера для деления транслируемых сигналов на два направления) приводит к понижению максимального уровня выходного сигнала на величину вводимого ослабления.
  11. Увеличение (уменьшение) уровня выходного сигнала на 1 dB вызывает улучшение (ухудшение) отношения сигнал/шум (S/N) на 1 dB, увеличение (понижение) интермодуляционных продуктов второго порядка (IMD2, CSO) на 1 dB, а третьего порядка (IMD3, CTB) — на 2 dB.
  12. Накопление интермодуляционных продуктов второго порядка (CSO) по магистрали осуществляется по закону первой степени (аналогично шумовой мощности), а продуктов третьего порядка (CTB) — по квадратичному закону (удвоенное значение). Физически это означает, что при каскадном включении двух идентичных усилителей с равными собственными значениями S/N, CSO и CTB происходит понижение S/N и CSO на 3 dB, а CTB — на 6 dB.
  13. Энергетически выгодно строить магистрали по звездообразной схеме, охватывая при их меньших протяженностях большее число абонентов. Однако при этом происходит быстрое накопление тепловой шумовой мощности по реверсному каналу. В связи с этим целесообразно использовать звездообразное включение только на коротких субмагистралях.
    В целях максимальной помехозащищенности трансляцию сигналов реверсного канала целесообразно осуществлять на возможно большем уровне, используя усилители с установленным регулятором уровня на его входе.
  14. Суммарную неравномерность АЧХ усилителя целесообразно оценивать в совокупности с введением эквалайзера и конкретным типом магистрального кабеля. Собственная неравномерность АЧХ магистральных усилителей не должна превышать ±1 dB.
  15. С экономической точки зрения коэффициент усиления должен быть оптимальным. Величина оптимального коэффициента передачи зависит от протяженности магистрали. Большей протяженности магистрали должен соответствовать меньший коэффициент передачи усилителя. Для традиционных магистралей должны использоваться усилители не ниже класса B (согласно EN50083) с коэффициентом усиления 28-38 dB. Для важных или очень протяженных магистралей должны использоваться усилители класса А с коэффициентом усиления 20-27 dB. При расчете КСКТП целесообразно принимать технологический запас по коэффициенту усиления величиной 2-3 dB.
  16. С точки зрения удобства монтажа, настройки и эксплуатации, удобнее использовать усилители с переменными аттенюатором и эквалайзером, а также с тестовыми точками на входе и выходе.
  17. Оптимальным коэффициентом передачи усилителя реверсного канала следует считать величину 20...23 dB.
  18. Неравномерность АЧХ усилителя реверсного канала не менее важна, чем неравномерность АЧХ прямого канала. Изначально целесообразно провести расчет реверсного канала на более широкую полосу частот (например, 5-60 МГц). Такое решение не потребует дальнейшей модернизации сети при замене частотных диплексеров (предполагается, что начальная эксплуатация осуществляется в диапазоне 5-30 МГц).
  19. В зависимости от условий эксплуатации (частная или ведомственная сеть) необходимо выяснить у поставщика наличие российского сертификата на оборудование сети.
  20. На магистралях значительной протяженности (особенно при воздушной прокладке кабеля) целесообразно использовать усилители с АРУ или проводить энергетический расчет КСКТП с учетом климатических воздействий.
  21. Применительно к российским регионам желательно выбирать усилители с расширенным диапазоном питающих напряжений. При использовании дистанционного питания экономически целесообразно дистанционно запитывать только магистральные и субмагистральные усилители, оставляя питание домовых (стояковых) усилителей местным. В противном случае это повлечет за собой весьма значительное удорожание сети в целом. Более того, транзит больших токов (более 5...7 А) влечет за собой помимо удорожания магистральных разветвителей TV сигналов специфику расчета потерь в кабеле и требует на каждом отрезке решения системы нелинейных уравнений с несколькими неизвестными (в настоящей статье не рассматривалось).
  22. При оценке стоимости усилителя следует учитывать стоимость дополнительных аксессуаров (усилитель реверсного канала, частотные диплексеры, аттенюаторы, эквалайзеры и т.п.) с учетом дополнительных эксплуатационных качеств (надежность, мощность потребления, удобство инсталляции и обслуживания, конструктивное исполнение, гарантийный срок эксплуатации и обслуживания, радиогерметичность, удобство коммутации дистанционного питания, наличие защиты от короткого замыкания, перегрузки, импульсных помех, класс защиты корпуса, габариты, масса, число выходов и т.п.).
  23. При сомнениях в выборе усилительного оборудования той или иной модели (или фирмы), воспользуйтесь формулой эффективности (25).

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Песков С. Интерактивное телевидение в современных кабельных сетях. -”Компьютер-пресс”, 1996, №10.
  2. Песков С., Таценко В., Шишов А. Интегрированная интерактивная оптико-коаксиальная система кабельного телевидения на основе оборудования фирмы HIRSCHMANN. -”Теле-спутник”, 1997, №10, №11.
  3. Песков С., Таценко В., Шишов А. Критерии выбора головного оборудования при построении кабельных сетей коллективного телевизионного приема (КСКТП). -”Теле-спутник”, 1999, №3,№4.
  4. Волков В.М., Попов В.П., Степаненко В.К. Микроминиатюрные транзисторные усилители. “Технiка”, 1973.


 
Теле-Спутник Июль 1999
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт