Stacja czołowa telewizji kablowej
Ilość przesyłanych w sieciach programów telewizyjnych powoduje, że pasma częstotliwości stają się coraz bardziej zajęte. Zwiększająca się rozbudowa przestrzenna sieci rozdzielczych z coraz to większą ilością abonentów powoduje wzrost zniekształceń i zakłóceń. Stąd też przed projektantem instalacji stają coraz poważniejsze problemy wymagające stosowania nowszych technik odbioru i obróbki sygnałów.
Stacja czołowa (główna) instalacji telewizji kablowej jest zespołem urządzeń służących do obróbki sygnałów radiofonicznych i telewizyjnych. Przetwarzanie tych sygnałów polega na odbiorze, przemianie oraz wzmacnianiu i sumowaniu w celu takiego ich przygotowania, aby mogły być przesyłane w standardowych zakresach częstotliwości (w tym również kanałów specjalnych) i odbierane bez problemów przez wszystkich abonentów. W instalacjach kablowych odbiera się i rozprowadza sygnały emitowane przez nadajniki naziemne i satelity oraz uzyskiwane w studiach z magnetowidu lub kamery telewizyjnej.
W całej instalacji kablowej stacja czołowa tworzy samodzielną jednostkę. Tam jest przygotowywana optymalnie możliwa jakość odbioru. Szczególnie przy stacjach czołowych do dużych instalacji kablowych ponoszone są ogromne nakłady na urządzenia elektroniczne służące do obróbki sygnałów. Celem jest możliwie najwyższy odstęp sygnał / szum, możliwie najmniejsze zakłócenia i duża oferta programowa. W przypadku prostszych systemów stosuje się odstępy ochronne między przesyłanymi kanałami. W przypadku ekstremalnym jest realizowane jednak przesyłanie kanałów sąsiednich z wysoką jakością i stabilnością transmisji.
Przy częstotliwościach roboczych należy w szczególności rozróżniać zakres częstotliwości przenoszenia od 47 do 862MHz (zakres VHF/UHF) i od 47 do 450MHz (stare instalacje) z włączeniem kanałów specjalnych. Przy transmisjach w kanale zwrotnym dodatkowo wykorzystywany jest zakres częstotliwości od 4 do 30MHz (65MHz). Przy bardzo dużych instalacjach przesyłane są również sygnały pilotujące i dane.
Obróbka sygnałów AM
W sieciach telewizji kablowych nie praktykuje się przesyłania sygnałów przesyłanych na falach długich, średnich i krótkich (DSK-AM) zarówno ze względów technicznych, jak i przewidywanej zajętości pasma 5-30(65)MHz przez kanał zwrotny. Za przyłączem domowym jest jednak możliwe wprowadzenia zakresów DS odbieranych za pomocą oddzielnych anten.
W stacjach czołowych TVK stosuje się - w przypadku konieczności przesyłania programów nadawanych w zakresach fal długich, średnich i krótkich z modulacją amplitudową - nieco inne rozwiązanie. Zastosowanie znajduje tu mianowicie demodulator AM będący praktycznie odbiornikiem sygnałów AM, który daje na wyjściu sygnał m.cz. Ten sygnał jest następnie doprowadzany do odpowiedniego modulatora UKF-FM. Urządzenia takie charakteryzują się dużą selektywnością i odpornością na zakłócenia. Oprócz układów automatycznej regulacji wzmocnienia (ARW), zapewniających duży zakres poziomów odbieranych sygnałów, przetworniki takie są wyposażane w układy automatycznej blokady szumów w przypadku wystąpienia małych poziomach sygnałów wejściowych. Dzięki temu w wielkich instalacjach może być realizowane przesyłanie interesujących programów nadawanych w pasmach DSK.
Selektywna obróbka sygnałów UKF
W celu zapewnienia wysokiej jakości przesyłanych programów radiofonicznych UKF stosuje się selektywną obróbkę sygnałów. Jest to szczególnie korzystne w przypadku odbioru sygnałów z różnych kierunków. Każdemu nadajnikowi jest przyporządkowana oddzielna antena odbiorcza.
Przy selektywnej obróbce sygnałów UKF-FM każdy nadajnik jest wybierany pojedynczo z całkowitej mieszaniny sygnałów, przenoszony do znormalizowanej p.cz. za pomocą przemiennika częstotliwości, selektywnie obrabiany i następnie znowu przenoszony do zakresu UKF. Do każdego procesu obróbki kanałowej jest niezbędny taki przemiennik częstotliwości.
Selektywna obróbka sygnałów telewizji naziemnej
W przypadku małych poziomów sygnałów antenowych są wykorzystywane niskoszumne wzmacniacze wstępne (przedwzmacniacze). W celu zaś uzyskania odpowiednich poziomów sygnałów są stosowane selektywne wzmacniacze kanałowe; czasami z automatyczną regulacją wzmocnienia. Dzięki temu można uzyskać stałe poziomy wyjściowe sygnałów niezależne od warunków propagacji, czy zmian mocy nadawania. Jedynie w przypadku sygnałów radiofonicznych stosuje się wzmacniacze pasmowe, przy czym należy podkreślić, iż dotyczy to raczej małych sieci.
W celu lepszego wykorzystania dostępnych zakresów częstotliwości wykorzystuje się przemienniki częstotliwości. Służą one do przenoszenia danego programu telewizyjnego z jednego kanału w inny. W prostszych instalacjach, gdy nie ma szczególnych wymagań dotyczących selektywności, spotykane są tzw. bezpośrednie przemienniki kanałowe. Dla tych przemienników istnieje pewna ilość kombinacji niedozwolonych, przy których występują zakłócenia. Gdy sygnały telewizyjne mają być wprowadzone do sieci telewizji kablowej, wtedy nie jest możliwe stosowanie przemiany bezpośredniej - jest za mało selektywna, aby zapewnić przesyłanie bez zarzutu. W przypadku pracy sąsiedniokanałowej takie rozwiązanie jest wręcz niedopuszczalne.
Gdy programy telewizyjne są odbierane przez instalację antenową w celu przemiany i wprowadzenia do dużej sieci kablowej, wtedy z reguły nie jest możliwa bezpośrednia przemiana kanałowa stosowana powszechnie w małych instalacjach zbiorowych - jest za mało selektywna, aby zapewnić przesyłanie sygnałów bez zakłóceń. Problemu nie stwarza przemiana podwójna przez znormalizowaną częstotliwość pośrednią. Dzięki zastosowaniu w takich urządzeniach filtrów z falą powierzchniową można uzyskać selektywność, której za pomocą zwykłych filtrów - jak w przypadku przemiany bezpośredniej - nie da się nigdy osiągnąć. Takie przemienniki umożliwiają przeniesienie dowolnego kanału telewizyjnego z dowolnego zakresu do każdego innego pożądanego kanału. Możliwa jest nawet przemiana do tego samego kanału. Sens takiego postępowania jest uzasadniony możliwością obróbki sygnału w zakresie p.cz. Dzięki temu jest możliwa eliminacja zakłóceń bliskich częstotliwościowo i w jej wyniku możliwa jest również praca w reżimie sąsiedniokanałowym. Należy przy tym pamiętać, że gdy przetwarzany kanał należy wprowadzić do sieci z zajętością sąsiedniokanałową, mamy do czynienia z przypadkiem ekstremalnym. Można go rozwiązać tylko za pomocą specjalnie dobieranych filtrów z falą powierzchniową. Poważni producenci stosują filtry, które są wielokrotnie droższe od stosowanych w odbiornikach telewizyjnych.
W sposób szerokopasmowy powinno się wzmacniać sygnały, gdy przedtem poszczególne kanały zostały wydzielone selektywnie. Tę funkcję spełniają filtry kanałowe umieszczone przed wzmacniaczem szerokopasmowym. Dzięki bardzo dobrej selektywności (filtry 3- i 4-obwodowe) możliwe jest korzystanie w paśmie UHF z kanałów sąsiadujących tylko z odstępem jednego kanału między nimi.
Obróbka sygnałów satelitarnych
Poszczególne programy satelitarne są nadawane z dwiema polaryzacjami, aby podwójnie wykorzystać będące do dyspozycji satelity widmo częstotliwości. Jeżeli jedna instalacja odbiorcza ma zasilać wielu użytkowników, wówczas równolegle muszą być odbierane obie polaryzacje. W takim przypadku w ognisku anteny stosuje się konwertery "Quatro" służące do odbierania sygnałów nadawanych w pasmie dolnym i górnym z obiema polaryzacjami.
Schemat blokowy instalacji odbiorczej telewizji satelitarnej przeznaczonej do stosowania w stacjach odbiorczych przedstawiono na rys.1.
Rys.1. Schemat blokowy toru odbiorczego TV-SAT
Najważniejszymi wymaganiami dotyczącymi konwerterów są:
- mały współczynnik szumów,
- duża odporność na zakłócenia,
- odporna na warunki atmosferyczna obudowa.
Jednostka wewnętrzna składa się z następujących istotnych elementów:
- rozgałęźnik wejściowy (aktywny lub bierny),
- tuner satelitarny (demodulator),
- modulator telewizyjny,
- przemiennik wyjściowy.
Realizacja jednostki wewnętrznej jest określona przez liczbę zasilanych abonentów, wielkość sieci rozdzielczej, miejsce pracy (bilans cieplny) i komfort obsługi (możliwość ustawiania z zewnątrz).
W procesie demodulacji częstotliwości pośredniej otrzymywanej z konwertera otrzymuje się sygnał wizji, a następnie - sygnał fonii. W celu uzyskania znormalizowanego sygnału telewizyjnego, który może być odbierany przez zwykły odbiornik telewizyjny sygnały wizji i fonii są doprowadzane do modulatora. W ten oto sposób sygnały satelitarne są przenoszone w postaci standardowego sygnału w.cz. w określony kanał telewizyjny. Dla każdego programu satelitarnego jest niezbędny taki tor obróbki. Do modulatora można oczywiście doprowadzić również sygnały z magnetowidu lub kamery telewizyjnej.
Gdy przewidziana jest praca sąsiedniokanałowa, takim modulatorom stawia się podobne wymagania, jak w przypadku przemienników. Fonia i wizja są modulowane oddzielnie odpowiednio do stosowanych standardów, następnie nośne są sumowane za pomocą sprzęgacza i doprowadzane do filtru z falą powierzchniową. Uzyskany w ten sposób sygnał p.cz. jest doprowadzany do przemiennika przenoszącego sygnał w określony kanał telewizyjny.
Szczególnie wyraźnie należy podkreślić, że niedopuszczalne jest stosowanie przemienników bezpośrednich do wprowadzania sygnałów satelitarnych do sieci kablowych. Kiedyś wielu "operatorów" doprowadzało sygnał występujący na wyjściu UHF domowego tunera satelitarnego do takiego przemiennika. Sygnał z wyjścia przemiennika jest zaś wprowadzany do sieci kablowej. Ani prymitywny modulator tunera domowego, ani przemiennik bezpośredni nie są do tego przeznaczone. Jest to jedno z podstawowych i najczęściej spotykanych źródeł zakłóceń i złej pracy małych sieci osiedlowych.
Jeżeli pożądany jest odbiór wielu satelitów, to odpowiednio musi być zwiększona liczba anten parabolicznych. Przy centralnym dekodowaniu programów zakodowanych odpowiednio jeszcze descrambler.
Jednostki specjalne
W stacjach czołowych są umieszczane - poza omówionymi powyżej - dodatkowo niezbędne do pracy względnie pożądane grupy urządzeń, jak np. generatory częstotliwości pilotowych (sygnały dla wzmacniaczy z automatyczną regulacją wzmocnienia), generatory obrazów kontrolnych (włączane podczas zaniku emisji nadawanych programów), odbiornik pomiarowy poziomu z monitorem, urządzenia kontrolne m.cz., urządzenia dozorowania (zdalnego) i oczywiście zasilacze.
Urządzenie połączeniowe
Obecnie stosuje się powszechnie obróbkę sygnałów naziemnych za pomocą przetworników podwójnych przez częstotliwość pośrednią oraz sygnałów satelitarnych za pomocą wysokiej klasy modulatorów i przesyłanie z zajętością sąsiedniokanałową (przynajmniej w zakresie VHF). Przy obróbce większej ilości kanałów należy zwrócić uwagę na jeszcze jedno bardzo ważne kryterium. Z dotychczasowych rozwiązań - znanych z antenowych instalacji zbiorowych - łączenia wyjść wzmacniaczy lub przemienników za pomocą tzw. wspólnej szyny, nie da się już korzystać. Chociaż w ten sposób jest możliwe łączenie ze względnie małymi stratami. Przy pracy sąsiedniokanałowej wprowadzane zniekształcenia byłyby zbyt wielkie. Wyjścia muszą być już łączone za pomocą specjalnych sumatorów. Taki sumator wyjściowy wprowadza jednak nieuniknione tłumienie. Jest ono zależne od ilości programów, które mają być doprowadzone do wyjścia. Do sumowania stosuje się zarówno sumatory szerokopasmowe lub specjalne wąskopasmowe (na poszczególne kanały), jak również sprzęgacze kierunkowe. Sumatory powinny cechować się małym tłumieniem przejściowym, dużą separacją poszczególnych wejść i możliwością rozbudowy, np. przez łączenie kaskadowe. Za sumatorem jest już w zasadzie tylko sieć dystrybucyjna. A jeszcze dalej - abonenci.
Schemat blokowy stacji czołowej
Schemat blokowy przykładowej stacji pracującej w reżimie sąsiedniokanałowym przedstawiono na rys.2.
Rys.2. Schemat blokowy stacji czołowej
Wyjaśnienia wymagają jedynie niektóre elementy systemu. Układy tłumienia nośnej fonii służą do redukcji poziomu nośnej dźwięku w zakresie częstotliwości pośrednich. Takie rozwiązanie zapewnia eliminację zakłóceń odbioru nawet przez odbiorniki telewizyjne o słabszej selektywności. Przełączniki p.cz. służą do dołączeniu obrazu zastępczego w przypadku awarii sygnału użytecznego, przy czym przełączanie może być realizowane w sposób ręczny lub automatyczny. Urządzenia te można również wykorzystywać do nadawania programów informacyjnych (komunikatów).
Autor: Aleksy Kordiukiewicz
