54Представляем приборы

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Эфирный конвертер WISI OV 45A - революционный шаг в развитии головных станций


В. Чулков,
начальник лаборатории ГОАО "Мостелеком"
Теле-Спутник - 9(59) Сентябрь 2000 г.


Немного истории



Рис. 1. "Классический" эфирный конвертор

Головные станции в сетях кабельного телевидения предназначены для приема и обработки телевизионных сигналов для дальнейшего их распределения. Самыми широко используемыми блоками головных станций являются эфирные конверторы. От них полностью зависит качество эфирных сигналов, поступающих в квартиры абонентов кабельных сетей. За многие годы развития эти конверторы стали компактнее, надежнее, в них внедрилось микропроцессорное управление и синтезированные гетеродины. Однако это было только технологическое развитие, их структура мало изменилась за последние 40 лет. Как правило, это конверторы с двойным преобразованием, со структурой, показанной на рис. 1. Такой конвертор состоит из двух частей: понижающего конвертора (Down Converter), который переносит входной сигнал вниз на промежуточную частоту, и повышающего конвертора (UP Converter), который переносит отфильтрованный сигнал с промежуточной частоты вверх на частоту распределения кабельной сети. Основная фильтрация сигнала от помех производится фильтром на поверхностных акустических волнах (SAW), установленным между этими конверторами.

Такая архитектура хорошо отработана, и по ней изготавливают конверторы практически все фирмы, выпускающие головные станции. Различия в основном заключаются в конструктивном исполнении. Некоторые фирмы, например Fuba или Ikusi, выполняют повышающий и понижающий конверторы в виде отдельных блоков, которые соединяются между собой внешним кабелем, другие, такие как Teleste, Hirschmann, выполняют их в общем корпусе, в виде единого блока. По этой же архитектуре выполнены эфирные конверторы WISI OV43 и OV45.

Недостатки классического решения

При всей отработанности, классическая архитектура имеет существенные недостатки, которые далее я постараюсь описать.

В понижающем конверторе присутствует гетеродин, генерирующий частоту, равную сумме рабочей входной частоты и промежуточной частоты (обычно 38,9 МГц). Сигналы этого гетеродина в большинстве случаев попадают в область рабочих частот принимаемых телевизионных сигналов и, проникая через входные цепи конвертора, могут создавать помехи соседним конверторам, ухудшая качество их сигналов. Другой недостаток – это наличие зеркальных каналов приема. Дело в том, что понижающий конвертор имеет два равноценных канала приема, отстоящих друг от друга на удвоенную промежуточную частоту. Один из этих каналов используется как рабочий, а другой подавляется входным фильтром. Такие фильтры реализуются с использованием большого числа дискретных элементов и требуют сложной настройки в процессе изготовления. Из-за неидеальности входного фильтра внешние помехи могут проникать по зеркальному каналу в тракт промежуточной частоты и ухудшать качество сигналов.

Повышающий конвертор имеет зеркальную структуру по сравнению с понижающим. Он имеет те же недостатки, что и понижающий, с той только разницей, что сигнал гетеродина проникает не на вход, а на выход устройства и может создавать помехи другим сигналам, распределяемым в кабельной сети. Такие же помехи могут проникать через зеркальный канал повышающего конвертора. Для их подавления служит выходной фильтр.

Как видно из этого описания, входные и выходные фильтры здесь не выполняют полезной роли в фильтрации сигнала, а служат главным образом для устранения недостатков, присущих данной архитектуре конверторов. Чтобы сделать такой конвертор перестраиваемым, необходимо обеспечить согласованную перестройку входного и выходного фильтров, а также двух гетеродинов. Задача эта весьма сложная, так как нужно обеспечить перестройку фильтров с коэффициентом перекрытия Кп=862 МГц/47 МГц»18 с сохранением оптимальной формы характеристики. Эту задачу непосредственно решить не удается, поэтому все производители разбивают входной и выходной диапазоны на несколько поддиапазонов и применяют коммутацию нескольких перестраиваемых фильтров. Перестройка этих фильтров осуществляется при помощи нелинейных полупроводниковых конденсаторов — варикапов. Однако такие электронно-перестраиваемые фильтры удовлетворительно работают только при низких уровнях сигналов, при больших уровнях качество фильтрации падает. По этой причине перекрыть полный диапазон частот 47-862 МГц удается только для понижающих конверторов, которые работают при низких уровнях сигналов. Электронно-перестраиваемый выходной фильтр повышающего конвертора работает при больших уровнях сигналов, где возможности его весьма ограниченны. Это является причиной того, почему большинство фирм выпускает эфирные конверторы с полной перестройкой по входу, а по выходному диапазону разбивает на несколько разных типономиналов. Все это приводит к удорожанию конверторов, неоправданному увеличению числа их типов, ухудшению их параметров. Сегодня существует парадоксальная ситуация, когда самые дешевые и самые высококачественные конверторы делаются неперестраиваемыми – первые для снижения цены, вторые для повышения качества.

Разработчики фирмы WISI проделали огромную работу по совершенствованию классических конверторов. Достаточно сказать, что все конверторы OV43 и OV45 проходят компьютерную калибровку. Это означает, что на заводе, на специальном автоматизированном стенде, для всех рабочих частот конверторов, для более чем десятка настраиваемых варикапов подбираются индивидуальные напряжения, обеспечивающие наилучшие характеристики входных и выходных фильтров. Затем эти напряжения запоминаются в электронной памяти каждого конвертора. Теперь, при настройке конвертора на любую рабочую частоту, встроенный микроконтроллер извлекает из памяти набор индивидуальных управляющих напряжений для всех варикапов, что обеспечивает наилучшие параметры входных и выходных фильтров. Эти решения позволили разработчикам фирмы WISI вплотную приблизиться к предельным возможностям конверторов с двойным преобразованием.

Революционный шаг — OV45A

Для дальнейшего улучшения параметров конверторов потребовалось сделать революционный шаг, и разработчики WISI сделали его! Разработанный ими конвертор OV45A – это принципиально новый конвертор, имеющий архитектуру с четырехкратным преобразованием.



Рис. 2. Эфирный конвертор OV45A

Упрощенная структурная схема этого конвертора показана на рис. 2.

В этой структуре также присутствуют понижающий и повышающий конверторы, однако каждый из них теперь выполнен по схеме с двойным преобразованием частоты. Рассмотрим теперь, как работает модуль с такой структурой.

Как работает OV45A

В модуле OV45A входной сигнал сначала в первом смесителе переносится на промежуточную частоту, равную 950 МГц. Для такого переноса используется гетеродин G1, который для перекрытия полного телевизионного диапазона 47-862 МГц должен перестраиваться в диапазоне 997-1812 МГц. Коэффициент перекрытия гетеродина по частоте равен 2, и он легко реализуется без разбиения на поддиапазоны. В конверторе OV45A этот, а также все остальные гетеродины реализованы на базе высокостабильных кварцованных синтезаторов частоты с управлением от встроенного микропроцессора (MPU). У преобразователя существует также зеркальный канал приема, однако он попадает в диапазон частот 1947-2762 МГц, который находится далеко за рабочим диапазоном и легко подавляется простейшим фильтром. Сигнал первой ПЧ проходит через ПАВ фильтр, в котором осуществляется предварительная фильтрация от помех. В качестве фильтра использованы два последовательно соединенных фильтра, применяемых в сотовой телефонии. Они имеют полосу пропускания 25 МГц и не вносят искажений в полосе пропускания телевизионного сигнала любого стандарта, сигналы же, отстоящие от полосы пропускания более чем на 25 МГц, подавляются не менее чем на 60 дБ.

При такой структуре конвертора нет необходимости применять на входе перестраиваемый фильтр. В модуле OV45A на входе установлен набор из 6-ти коммутируемых полосовых фильтров. При перестройке модуля по частоте, встроенный микроконтроллер подключает к входу соответствующий фильтр. Так как все фильтры неперестраиваемые, они не искажают входные сигналы при любых уровнях, а разбиение всего диапазона на 6 участков позволило значительно снизить величину интермодуляции во входных цепях и расширить динамический диапазон. Для этой же цели на входе используется отключаемый малошумящий усилитель. При малом уровне входных сигналов они проходят через предусилитель, а при достижении определенного уровня встроенный микроконтроллер переключает сигналы в обход него. Это позволило обеспечить хорошие параметры модуля как по отношению сигнал/шум, так и по динамическому диапазону входных сигналов.

После фильтрации на первой ПЧ, сигнал поступает на второй смеситель, где при помощи фиксированного гетеродина с частотой 911,1 МГц переносится на вторую ПЧ со стандартным значением 38,9 МГц. На этой частоте, с использованием стандартных телевизионных фильтров, осуществляется основная фильтрация сигнала. При повышенных требованиях к качеству фильтрации в блок может быть установлен дополнительный фильтр (опция OV 60). Качество фильтрации определяется практически только параметрами этого фильтра, поэтому для адаптации конвертора к любому телевизионному стандарту (B/G, D/K, I) достаточно только установить соответствующие ПАВ фильтры.

После фильтрации на стандартной ПЧ сигнал поступает на повышающий конвертор, где в смесителе с фиксированным гетеродином 911,1 МГц переносится на ПЧ с частотой 950 МГц. Далее сигнал проходит через ПАВ фильтр, где очищается от побочных продуктов преобразования. После этого он подается на четвертый смеситель с перестраиваемым гетеродином 997-1812 МГц. С выхода этого смесителя снимается полезный сигнал с частотой 47-862 МГц. Кроме этого сигнала, в выходном спектре имеются составляющие с частотой гетеродина и верхней боковой частоты преобразования (1947-2762 МГц), которые легко отфильтровываются в одном из четырех коммутируемых выходных фильтров. Так как выходные фильтры неперестраиваемые, то легко удается обеспечить очень малую величину внеполосных помех даже при высоких уровнях сигналов.

В модуль может быть установлена плата демодулятора (опция OV 62), что позволяет, подключив стандартный монитор, контролировать качество принимаемых сигналов.

Конструкция

Несмотря на значительно возросшую сложность модуля, за счет использования новейших SMD технологий, конструкторы фирмы WISI сумели изготовить его в том же конструктиве, что и предыдущие модули OV43 и OV45, обеспечив при этом взаимозаменяемость блоков (за исключением возможности дистанционного контроля, которой модули OV43 и OV45 не обладают). Входные и выходные коммутируемые фильтры выполнены на основе полосковых линий и элементов SMD, а в качестве высокочастотных полосовых ПАВ фильтров использованы недорогие, малогабаритные серийные фильтры для сотовой телефонии, что исключило необходимость настройки и гарантировало высокую стабильность и повторяемость изделий. По этой причине такой модуль не требует механической настройки, калибровки или какого-либо иного человеческого вмешательства. Это позволило повысить технологичность и надежность устройства, а также значительно улучшило его параметры без существенного увеличения стоимости. В модуле использован более мощный микроконтроллер, что позволило применить высокоинформативный ЖКИ дисплей, а также ввести возможность дистанционного управления и контроля.

Электрические параметры модуля

Здесь приведены только основные параметры блока OV45A:

Диапазон входных частот47-862 МГц
Диапазон выходных частот47-862 МГц
Диапазон входных уровней50-90 dBµV
Типовое выходное отношение сигнал/шум56 dB
Уровень внеполосных сигналов, не более-60 dB

 

Понижающие конверторы (тюнеры), аналогичные применяемым в головных станциях, используются во входных цепях телевизионных приемников. Присущие им недостатки проявляются там в полной мере, что значительно усложняет использование телевизоров в современных, насыщенных сигналами кабельных сетях. Это подтолкнуло разработчиков этих блоков искать новые пути их построения. В середине 1999 г. фирма Microtune объявила о начале выпуска однокристальных тюнеров МТ2000 и МТ2500, которые выполнены по схеме с двукратным преобразованием частоты (с первым преобразованием вверх). Такое решение позволило создать входной понижающий конвертор, идеально пригодный для того, чтобы удовлетворить противоречивые требования, предъявляемые к вещательным, кабельным и спутниковым приемникам аналоговых и цифровых телевизионных сигналов.

Заключение

Использование в конверторах OV45A принципиально новой архитектуры с четырехкратным преобразованием частоты в сочетании с новейшей элементной базой и технологиями позволяет утверждать, что фирмой WISI сделан революционный шаг в создании эфирных конверторов головных станций. В таких конверторах практически решены вопросы паразитных излучений и зеркальных каналов. Одновременно обеспечена возможность полного перекрытия всего телевизионного диапазона 47-862 МГц по входу и выходу в одном блоке. Блоки пригодны для работы в смежных каналах по входу и выходу.

Сочетание этих параметров позволяет утверждать, что конвертор OV45A является одним из лучших образцов для своего класса станций.

Необходимо также отметить, что рассмотренный здесь конвертор OV45A является наиболее ярким примером применения разработчиками фирмы WISI новейших технологий и схемотехнических решений. Аналогичные передовые решения используются и в других блоках головных станций серии Topline Headend II.

 

Нельзя сказать, что российские разработчики отстали в области современных схемотехнических решений. Еще в начале 90-х был разработан и серийно выпускался модулятор для кабельного телевидения МТ 300, который в своем составе использовал повышающий конвертор с двойным преобразованием (с первым преобразованием вверх). Однако из-за низкого уровня развития элементной базы, отсталой технологии и конструктивных недостатков этот модулятор отличался значительными габаритами, низкой надежностью и плохой ремонтопригодностью.

Литература:

  1. Electronic Design, январь 1999 г.
  2. http://www.wisi.de
  3. Реушкин Н.А. Системы коллективного телевизионного приема. — Радио и связь, 1992.
  4. Кабельное телевидение / Под ред. В.Б. Витевского. — Радио и связь, 1994.
  5. Телевизионная техника / Под ред. Ю.Б. Зубарева. — Радио и связь, 1994.


 
Теле-Спутник Сентябрь 2000
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