Stacja czołowa AIZ

Antenowa Instalacja Zbiorowa (AIZ) służy do rozprowadzania sygnałów radiowych oraz sygnałów naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T do wielu abonentów mieszkających w jednym budynku. Rozprowadzane mogą być również i sygnały telewizji satelitarnej (TV-SAT). Aby jednak było to możliwe, wszystkie te sygnały muszą być najpierw odpowiednio przygotowane.

1. Co to jest stacja czołowa AIZ?

Do przygotowywania sygnałów radiowych i telewizyjnych do przesyłania w antenowej instalacji zbiorowej służy stacja czołowa; często używa się nazwy stacja główna. W najprostszym przypadku - przy małych wymaganiach - ten problem jest rozwiązywany przez centralny zestaw wzmacniający umieszczony w pobliżu anten. Zestaw ten służy do skompensowania tłumienia wprowadzanego przez instalację rozdzielczą doprowadzającą sygnały do poszczególnych mieszkań. Wskazane jest stosowanie wzmacniaczy selektywnych w celu wyrównania poziomów sygnałów uzyskiwanych z anten odbiorczych.

Często stosuje się również wprowadzanie sygnałów satelitarnych do antenowej instalacji zbiorowej. W takim przypadku stacja czołowa (główna) antenowej instalacji zbiorowej (podobnie jak w telewizji kablowej) staje się zespołem urządzeń służących do kompleksowej obróbki sygnałów radiowych i telewizyjnych. Przetwarzanie tych sygnałów polega na odbiorze sygnałów satelitarnych, ich demodulacji i ponownej modulacji zgodnej ze standardami telewizji naziemnej. Sygnały są tak przygotowywane, aby mogły być przesyłane w standardowych zakresach częstotliwości (w tym również kanałów specjalnych) i odbierane bez problemów przez wszystkich abonentów.

W instalacjach kablowych i większych AIZ rozprowadza również sygnały uzyskiwane w studiach z DVD lub kamery telewizyjnej. Sygnały takie muszą być odpowiednio przygotowane; tutaj w zasadzie stosuje sie te same metody i urządzenia, jak w przypadku zdemodulowanych sygnałów satelitarnych.

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 najnowszych technik odbioru i obróbki sygnałów radiowych i telewizyjnych.

W całej antenowej instalacji zbiorowej stacja czołowa tworzy samodzielną jednostkę. Tam jest przygotowywana optymalna 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 jednak realizowane przesyłanie kanałów sąsiednich z wysoką jakością i stabilnością transmisji.

2. Obróbka sygnałów za pomocą wzmacniaczy selektywnych

Głównym kryterium instalacji antenowej jest występujące tłumienie sieci między anteną i najbardziej oddalonym abonentem. Przez to jest określone wymagane całkowite wzmocnienie wzmacniacza, on bowiem musi skompensować to tłumienie.

W małych AIZ stosuje się często wielowejściowy wzmacniacz kompaktowy z odpowiednimi parametrami, który w szczególności przy odbiorze słabych nadajników może być rozszerzony przez wzmacniacze wstępne (przedwzmacniacze). Wymagana selektywność jest realizowana za pomocą odpowiednich filtrów i zwrotnic. Wskazana jest również możliwość regulacji poziomu sygnału. Są też dostępne odpowiednie strojone wzmacniacze antenowe z możliwością selektywnego wybrania i wzmocnienia poszczególnych kanałów. W ten sposób zasila się z reguły instalacje obejmujące od kilku do kilkudziesięciu abonentów.

Wzmacniacz selektywnie strojony WWK-861
Wzmacniacz selektywnie strojony WWK-861
Wzmacniacz selektywnie strojony WWK-1062
Wzmacniacz selektywnie strojony WWK-1062

Na powyższych fotografiach przedstawiono przykładowe wzmacniacze selektywnie strojone. Umożliwiają one wzmocnienie sygnałów radiowych FM, sygnału telewizyjnego odbieranego w zakresie III VHF oraz selektywne wzmocnienie sygnałów telewizyjnych nadawanych w zakresie UHF.

Schemat przykładowej instalacji antenowej w WWK-1062 Telmor
Schemat przykładowej instalacji antenowej z WWK-1062 Telmor
Rysunek zaczerpnięto w materiałów reklamowych Telkom Telmor

Przedstawiony na powyższym rysunku wzmacniacz antenowy wielokanałowy WWK-1062 Telmor przeznaczony jest do instalacji antenowych do odbioru sygnałów naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T. Wzmacniacz jest dedykowany do trudnych warunków odbioru sygnałów RTV, w których występują sygnały o zróżnicowanych poziomach, nadawane z kilku kierunków. Zastosowanie wzmacniacza umożliwia odbiór tych sygnałów, selektywne wyrównanie ich poziomów oraz wzmocnienie.

Wzmacniacz WWK-1062 ma następujące wejścia:
- 3 wejścia UHF do niezależnego, selektywnego wzmacniania 10 torów kanałowych o 45dB z regulacją 0-20dB
- 1 wejście UHF pasmowe 31dB z regulacją 0, -3, -6dB,
- 1 wejście VHF 35dB z regulacją 0-20dB,
- 1 wejście FM 24dB z regulacją 0-20dB.

Rozwiązania zastosowane w strojonych wzmacniaczach antenowych WWK-1062 powodują zatem, że łączy one w sobie funkcje zwrotnicy antenowej oraz selektywnego wzmocnienia sygnałów dostarczanych na wejścia wzmacniacza. Wzmacniacz antenowy tego typu może być stosowany samodzielnie, jako część instalacji multiswitchowej lub część prostej stacji czołowej w antenowych instalacjach zbiorowych. Może być zatem stosowany np. w rezydencjach, hotelach i motelach, pensjonatach i domach wypoczynkowych, szkołach i szpitalach.

3. Selektywna obróbka sygnałów radiowych 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.

Nie jest to rozwiązanie tanie, więc można je spotkać znacznie częściej w stacjach czolowych telewizji kablowej, niż w antenowych instalacjach zbiorowych.

4. 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.

5. Wprowadzanie sygnałów satelitarnych do AIZ

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 "Quattro" 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 rysunku poniżej.

Schemat blokowy toru TV-SAT
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.

6. Schemat blokowy stacji czołowej

Schemat blokowy przykładowej stacji pracującej w reżimie sąsiedniokanałowym przedstawiono na poniższym rysunku.

Schemat blokowy rozbudowanej stacji czołowej AIZ
​Schemat blokowy rozbudowanej stacji czołowej AIZ

W skład stacji czołowej wchodzi zewnętrzny system antenowy zawierający anteny satelitarne, anteny radiowe i anteny naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T. W skład jednostki wewnętrznej wchodzą:
- rozgałęźniki sygnałów antenowych odbieranych przez anteny satelitarne i naziemne; mogą to być urządzenie bierne i aktywne,
- urządzenia obróbki sygnałów satelitarnych, w tym tunery, dekodery w przypadku sygnałów kodowanych, modulatory i przemienniki w częstotliwości pośredniej do określonego kanału telewizyjnego,
- urządzenia obróbki sygnałów telewizji naziemnej, często są to przemienniki przez częstotliwość pośredni; sygnał częstotliwości pośredniej może być precyzyjnie odfiltrowany od zakłóceń,
- czasami stosuje się również przemienniki sygnałów radiowych UKF, przy okazji można selektywnie wyrównać poziomy wszystkich sygnałów,
- obecnie w zasadzie nie stosuje się już urządzeń obrabiających sygnały radiowe nadawane w zakresie fal długich, średnich i krótkich DSK,
- urządzenia sumujące sygnały do jednego wyjścia.

Pokazane na rysunku 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).

Obecnie stosuje się powszechnie obróbkę sygnałów naziemnych za pomocą przetworników podwójnych przez częstotliwość pośrednią oraz sygnałów satelitarnych za pomocą wysokiej klasy modulatorów i przesyłanie sygnałów telewizyjnych z zajętością sąsiedniokanałową. Przy obróbce większej ilości kanałów należy zwrócić uwagę na jeszcze jedno bardzo ważne kryterium. Wyjścia urządzeń muszą być 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.

W praktyce coraz częściej spotyka się kompaktowe stacje czołowe przeznaczone do antenowych instalacji zbiorowych. Do szafki ze sterownikiem i zasilaczem wkłada się oddzielne moduły. W zależności od potrzeb mogą to być przemienniki kanałowe, demodulatory i modulatory. Możliwe są wszelkie przemiany standardów. Szczegółowe omawianie tych stacji przekracza ramy niniejszego opracowania. Wszelkie dane niezbędne do korzystania z kompaktowych stacji czołowych można znaleźć w materiałach producentów.

7. Antenowa Instalacja Zbiorowa AIZ z multiswitchami

Przy niezbyt wielkich AIZ równolegle można stosować technikę wzmacniaczy i multiswitchów dla pierwszej p.cz. satelitarnej. Przykład takiego rozwiązania przedstawiono na poniższym rysunku.

Stacja multiswitchowa Televes
​Instalacja multiswitchowa (na podstawie materiałów firmy Televes)

Oczywiście rysunek przedstawia rozwiązanie problemu w sposób uproszczony. W celu doprowadzenia wielu sygnałów radiofonicznych i telewizyjnych nie wystarczy jedna antena. W tym miejscu należałoby zastosować kilka anten ze wzmacniaczem selektywnie strojonym, np. z przedstawionymi wyżej wzmacniaczami strojonymi WWK-861 i WWK-1062. Ponadto w przypadku konieczności doprowadzenia sygnałów do większej ilości mieszkań należy zastosować albo multiswitch o większej ilości wyjść, albo multiswitche kaskadowe.

Autor: Aleksy Kordiukiewicz

Zastosowaniu multiswitchów w antenowej instalacji zbiorowej poświęciliśmy artykuł "Multiswitche w AIZ".