Struktura sieci TVK
Zespoły instalacji obejmujących wielu abonentów są nadzwyczaj wielowarstwowe, przy czym w praktyce można spotkać warianty z bardzo wieloma modyfikacjami. Praktyczna realizacja instalacji zależy w sposób szczególny od konkretnych (nieraz bardzo różnych) warunków miejscowych. Dlatego też jest sensowne jedynie przedstawienie tutaj idei przewodniej, według której planuje się sieci. Omówione mogą być tylko zagadnienia podstawowe i systemowe. W zasadzie analogicznie należy podchodzić do telewizji kablowej (TVK), wielkich (WAIZ) i standardowych antenowych instalacji zbiorowych (AIZ). Różnice uwidaczniają się jedynie w stosowanej technice, która musi spełniać najwyższe wymagania dotyczące parametrów i wykonania elementów.
Elementy przeznaczone niejako do instalacji wielkich mogą być stosowane przy małych systemach instalacji. Szczególnie takie rozwiązanie może się zdarzyć w przypadkach, gdy należy osiągnąć określone wyniki odbioru (np. przy odbiorze dalekim względnie eliminacji zakłóceń).
Nie do końca pewna jest koncepcja systemów szerokopasmowych, tzn. wielowarstwowej komunikacji w różnych kierunkach za pomocą kablowych połączeń współosiowych z włączeniem różnorodnych innych służb obok programów radiowych i telewizyjnych. Pomimo znacznego zainteresowania operatorów sieci kablowych tym zagadnieniem, nie jest wykluczone, że takie służby będą w przyszłości przyporządkowane systemom telefonicznym. Za pomocą stosowanych powszechnie kablowych systemów współosiowych jest oferowana dla wielu abonentów różnorodność programów telewizyjnych i radiowych z bardzo wysoką jakością. W dużych instalacjach jest stosowana również w znacznej skali technika optycznych włókien szklanych (światłowodów) i linii radiowych wielkiej częstotliwości. Należy przy tym podkreślić, że technologia włókien szklanych podlega burzliwemu rozwojowi. Każe to oczekiwać dalszej technicznej rozbudowy w kierunku większych linii transmisyjnych i szerokości pasma. Już dzisiaj ta technika znajduje się znacznie wyżej od technicznie sensownego stanu techniki współosiowej.
1. Systemy instalacji i ich cechy
Nie można określić dokładnie zdefiniowanych granic między różnymi instalacjami, częściej można zastosować jednolity punkt widzenia. O AIZ można mówić w zasadzie w przypadku, gdy wyrównywanie tłumienia sieci abonenckiej jest realizowane za pomocą jednego (centralnego) zestawu wzmacniaczy. W tym centralnym zestawie może być przy tym zastosowane kaskadowanie wzmacniaczy. Sieci TVK odznaczają się tym, że do wyrównywania tłumienia całej sieci instalacyjnej musi być stosowanych wiele - miejscowo wydzielonych - wzmacniaczy (zestawów). Wszystkie wielkie instalacje mają wiele poziomów sieci.
Głównym kryterium instalacji antenowej jest występujące tłumienie sieci między anteną i najbardziej oddalonym abonentem. Przez to jest określone wymagane całkowite wzmocnienie. Przy odbiorze satelitarnym wielkość instalacji ma decydujące znaczenie ze względu na metody transmisji w sieci. Przesyłanie pierwszej p.cz. satelitarnej może być realizowane z ograniczeniami tylko w małych instalacjach. Obróbka sygnałów jest przekonywująca w średnich i dużych instalacjach, przy małych instalacjach jest korzystna jedynie przy zastosowaniu prostych elementów. Ostatecznie decydującym kryterium dla abonenta jest przede wszystkim zagadnienie kosztów.
2. Systemy rozdzielcze TVK
Systemy rozdzielcze TVK odróżniają się jakościowo bardzo istotnie od systemów rozdzielczych AIZ, ponieważ są systemami nadrzędnymi. Oznacza to, że jest wymagany i realizowany wyższy standard parametrów i właściwości. Istotną cechą charakterystyczną systemów rozdzielczych TVK jest definicyjne rozdzielenie stacji czołowej i pozostałej sieci rozdzielczej różnej wielkości.
Schemat podstawowy sieci TVK składającej się ze stacji czołowej, sieci magistralnej, sieci rozprowadzającej i sieci abonenckiej przedstawiono na rys.1.
Rys.1 System podstawowy sieci TVK
Obok wzmacniania i obróbki sygnałów antenowych (pochodzących zarówno z odbioru naziemnego, jak i satelitarnego) oraz możliwych innych doprowadzeń sygnałów w ramach stacji czołowej dalszą cechą charakterystyczną TVK jest konieczność stosowania wzmacniaczy pośrednich w sieci rozdzielczej z powodu znacznej rozciągłości sieci rozdzielczych. W istocie maksymalnie występujące tłumienie rozdziału między anteną i ostatnim abonentem na końcu sieci określa wymagane całkowite wzmocnienie. Przy pojedynczych wzmacniaczach sensowny jest tylko określony zakres wzmocnienia, zaś granice poziomów są ograniczane przez szumy i efekty przesterowania. Przy bardzo dużych tłumieniach - będących do skompensowania ze względu na dużą rozpiętość sieci- kaskaduje się w praktyce wiele wzmacniaczy rozdzielczych z ich odpowiednim wzmocnieniem pojedynczym.
Zakres odległości od jednego wejścia wzmacniacza do następnego wejścia wzmacniacza określa się jako tzw. pole wzmacniacza, które ma miarodajne znaczenie do obliczeń sieci TVK. W takim polu wzmacniacza w szczególności zachodzi tzw. "reguła zera decybeli", tzn. wzmocnienie i tłumienie pola wzmacniacza muszą dać w sumie w skali poziomu wartość 0dB (tłumienie jest wstawiane do obliczeń jako ujemne). Maksymalnie mostkowana długość sieci magistralnej zależy zatem od tłumienia zastosowanego kabla i maksymalnie możliwego wzmocnienia przy uwzględnieniu liczby maksymalnie kaskadowalnych wzmacniaczy (np. zgodnie z tzw. wykresem nożycowym).
Zagadnienie zostanie wyjaśnione na podstawie następującego, zgrubnego przykładu. Kabel wysokiej jakości ma przy 450MHz tłumienie znamionowe (20 stopni Celsjusza) wynoszące 4dB/100m i odpowiednio 40dB/km. Jeżeli wykorzystujemy jako wzmacniacz magistralny urządzenie ze wzmocnieniem 22dB, współczynnikiem szumów 8dB i znamionowym poziomem wyjściowym 116dB względem mikrowolta, to przy założonym odstępie szumów 46dB przy transmisji 24 kanałów TV i kanałów UKF można kaskadować maksymalnie 15 takich wzmacniaczy. Z tego wynika całkowite wzmocnienie wynoszące 330dB i przy zastosowaniu wspomnianego wcześniej kabla maksymalna długość kabla wynosząca około 8km. Może to służyć do orientacji dotyczącej rozpiętości TVK ze średnicą odpowiednią do wspomnianej wcześniej długości kabla. W praktyce zasięg jest we wszystkich przypadkach nieco mniejszy z powodu praktycznie możliwych dróg prowadzenia. W sposób przejrzysty widać jednak podstawowe zależności dotyczące wielkości instalacji. W każdym konkretnym przypadku należy przeprowadzić odpowiednio dokładnie obliczenia.
2.1. Systemy podstawowe
Sieci abonenckie
Te sieci w telewizji kablowej odpowiadają sieciom AIZ, jak wyjaśniono to w artykułach poświęconych instalacjom zbiorowym. Mogą być one budowane w systemie gwiazdowym, przelotowym lub odgałęźnym. We wszystkich przypadkach możliwe jest również budowanie systemów o strukturze drzewa. Prawidłowo wykonana domowa instalacja rozdzielcza AIZ może być w każdej chwili podłączona do instalacji TVK.
Sieci nadrzędne
Te sieci z zastosowaniem odpowiedniego kabla o niskiej tłumienności i wysokimi wymaganiami dotyczącymi elementów służą do możliwie dalekiego przesyłania sygnałów do sieci abonenckich. Liczba poziomów sieciowych zależy od maksymalnej rozpiętości sieci. W szczególnych przypadkach jest możliwe, że sieć magistralna może być pominięta (mniejsze obszary). Tutaj sieć doprowadzeniowa jest zasilana bezpośrednio ze stacji czołowej (instalacja dwupoziomowa). Z drugiej jednak strony przy bardzo dużych instalacjach TVK sieci nadrzędne są jeszcze tak rozbudowywane, że ostatecznie powstają sieci 5-poziomowe.
Pole wzmacniacza
Pole wzmacniacza sięga od wejścia wzmacniacza do najbardziej oddalonego końca dołączonej do niego sieci kablowej. Jest ono zatem definiowane na wszystkich poziomach, reguła zera decybeli obowiązuje dla wszystkich pól wzmacniaczy. Poziomy sygnałów zgodne z planem poziomów powinny być dokładnie ustawiane i utrzymywane (zgodnie z projektem).
2.2. Poziomy linii
Przy dużych instalacjach poza stacją czołową rozróżnia się tzw. sieci magistralne. doprowadzeniowe i abonenckie odpowiednio do rys.1. Na poziomach magistralnych do podziału mocy nie stosuje się żadnych odgałęźników. W celu zapewnienia absolutnego działania zwrotnego rozdział sygnału jest realizowany na tych łączach za pomocą specjalnych wzmacniaczy pośrednich i odgałęźnych. W sieci doprowadzeniowej stosuje się odgałęźniki i wzmacniacze odgałęźne. W instalacjach TVK stosuje się specjalne wzmacniacze pośrednie, wzmacniacze odgałęźne i wzmacniacze rozgałęźne.
2.3. Komunikacja dwukierunkowa
Dostępna sieć kablowa może być wykorzystywana, w szczególności przy dużych instalacjach, również do transmisji sygnałów w kierunku zwrotnym (abonent lub dowolny punkt instalacji do stacji czołowej). We właściwych miejscach można wprowadzać do sieci w kierunku zwrotnym różnorodne sygnały (reklama, dozorowanie placów zabaw, dozorowanie ruchu, systemy bezpieczeństwa) i kierować je np. do stacji czołowej.
Tam te programy są obrabiane i przenoszone na inny kanał. Następnie mogą być one ponownie wprowadzane do sieci, jak inne programy. Kierunek zwrotny transmisji jest realizowany w specjalnie do tego celu przewidzianych kanałach w zakresie częstotliwości 4 do 30(65)MHz.
Poza takimi programami dodatkowymi względnie dodatkowymi emisjami telewizyjnymi w zakresie transmisji zwrotnej mogą być przesyłane specjalne sygnały wzorcowe, które służą do elektronicznego dozorowania sieci rozdzielczej. Dzięki temu jest możliwe całkowicie automatyczne dozorowanie stanu i sterowanie (układy rezerwowe) siecią. Do tego zadania w stacji czołowej służą tzw. monitory dozorowania magistrali. Przy transmisjach zwrotnych muszą być stosowane nadające się do tego odpowiednie elementy bierne, niezbędne są również elementy aktywne (wzmacniacze zwrotne i przemienniki zwrotne) dodatkowo do elementów głównego toru transmisji do przodu.
2.4. Zdalne zasilanie wzmacniaczy
W sieciach rozdzielczych wielkiej instalacji są stosowane wzmacniacze i inne urządzenia elektroniczne w dużej ilości i różnorodności. Właściwe grupy takich aktywnych elementów są w sposób techniczny i miejscowy uporządkowywane wewnątrz sieci rozdzielczej jako tzw. punkty (stacje) wzmacniające. Niezbędne dla elementów aktywnych napięcie zasilające może być doprowadzane z sąsiadującej sieci 230V. Gdzie nie jest to możliwe, bądź jest połączone z dużymi nakładami, wówczas elementy aktywne są zasilane zdalnie. Ten rodzaj zasilania prądowego jest stosowany najczęściej. Zasilanie prądowe jest realizowane przy tym z jednej lub kilku stacji zasilania przez kabel współosiowy. Do tego jest stosowane niskie napięcie 50Hz. Wprowadzanie napięcia do kabla jest realizowane za pomocą tzw. zwrotnicy zdalnego zasilania i odpowiednich zasilaczy prądu zmiennego (transformatorów). Pobranie napięcia zasilającego do elementów aktywnych jest realizowane analogicznie. Zdalne zasilanie nie stwarza samo w sobie żadnych problemów, zaledwie należy uwzględnić występujący spadek napięcia na kablach współosiowych (rezystancja omowa) i odpowiednio korygować zasilacze elementów aktywnych zdalnie zasilanych.
Autor: Aleksy Kordiukiewicz
