О частотном плане конвертации телевизионных каналов

С.Н. Песков, зам. директора по науке компании «Контур-М», к.т.н., И.А. Колпаков, гендиректор компании «Контур-М», С.Ю. Колгатин, директор по маркетингу компании «Контур-М»

Вновь строящиеся системы кабельного телевидения (СКТ) используют все большее число каналов различного назначения - обычно планируется не менее 40, а чаще 50-60 каналов распределения. Составление и согласование частотного плана конвертации телевизионных каналов для систем кабельного телевидения всегда было непростой задачей, а с ростом числа каналов актуальность вопроса многократно возросла. Опытом составления частотного плана конвертации с учетом специфики построения современных мультимедийных интерактивных СКТ любого масштаба делятся специалисты компании «Контур-М».

Частотная сетка рассчитывается (планируется) еще до начала выполнения проектных работ, а затем она должна быть утверждена ФГУП ГРЧЦ. Обычно на этом этапе и начинаются разногласия между исполнителями (проектной организацией, отвечающей за частотное планирование или проект в целом), заказчиком (оператором СКТ) и утверждающей организацией. Каждый из участников пытается «тянуть одеяло» на себя, и все при этом по-своему правы. Попробуем разобраться в этом непростом вопросе.

На заседании Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ), состоявшемся 31 января, 2005 г. (протокол № 05-04), был рассмотрен вопрос «Об использовании частот и частотных каналов распределительными сетями систем кабельного телевидения в полосе 5-1000 МГц». ГКРЧ, заслушав данный вопрос, приняла протокольное решение: «Учитывая, что распределительные сети систем кабельного ТВ используют отдельные частоты или частотные каналы для передачи сигналов по искусственному волноводу (экранированному кабелю) без излучений в открытое пространство (без выхода в эфир), для распределительных сетей систем КТВ выделения полос радиочастот Государственной комиссией по радиочастотам и присвоения (назначения) радиочастот не требуется. Применение указанных распределительных сетей должно осуществляться при условии выполнения норм на помехозащищенность и исключения помех РЭС, работающим в соответствии с Таблицей распределения полос радиочастот между службами РФ в полосе частот от 3 кГц до 400 ГГц».

По факту согласовывать и утверждать частотный план конвертации во ФГУП ГРЧЦ теперь не требуется. Тем не менее неудачная расстановка каналов в СКТ негативно сказывается на качестве приема сигналов той или иной моделью телевизора.

Виды транслируемых сигналов

Прежде чем приступить к формированию частотного плана конвертации, необходимо определиться с видами сигналов, транслируемых с разными форматами модуляции и по разному защищенных от воздействия тех или иных видов помех. Рассмотрим традиционные виды транслируемых сигналов в СКТ.

Сигналы аналогового наземного телевизионного вещания (НТВ) в настоящее время составляют львиную долю всех транслируемых каналов. Для передачи видеоизображения используется амплитудная модуляция (AM), дающая хороший энергетический выигрыш при минимальной полосе канала, но обладающая наихудшей помехозащищенностью. Критерии предельных уровней помех в занятом канале изложены в отечественном (ГОСТ Р 52023-2003) и европейском (CENKLEC EN 50083-7/A1) стандартах. К каналам НТВ необходимо добавить и SAT-каналы, формируемые с помощью традиционных аналоговых ТВ-модуляторов, а также иные каналы (например, местных видеостудий), использующие АМ-модуляцию.

Табл. 1. Частоты радиоканалов (OIRT, D/K), МГц

Сигналы цифрового НТВ - DVB-T все чаще применяются в СКТ благодаря их высокой помехозащищенности к части наводимых помех (включая интермодуляционные искажения 2-го и 3-го порядков - CSO и СТВ соответственно), низкому отношению несущая/шум (C/N), а также возможным переотражениям или эфирно наводимым сигналам (рассматриваются как помеха но отношению к выбранному каналу распределения). Более того, в последнее время некоторые кабельные операторы и составе головных станций (ГС) устанавливают модуляторы DVB-T с целью дальнейшей трансляции цифровых пакетов (в одном физическом канале транслируется несколько ТВ-программ) с учетом не только помехозащищенности, но и того, что население псе больше приобретает телевизоры с уже встроенными тюнерами-декодерами сигналов DVB Т.

Сигналы цифрового вещания DVB-C, как правило, используют формат модуляции 64QAM или 256QAM. Для их приема требуется специальный тюнер (в одном физическом канале транслируется пакет программ). Кроме того, они обладают высокой помехозащищенностью по отношению к каналам НТВ. Но следует помнить, что транслируются они с уровнями, на 4-10 дБ ниже уровня аналоговых сигналов. Этот экономичный формат широко распространен в США и Европе, по из-за невысокой платежеспособности населения все еще медленно внедряется в отечественные СЖТ.

Сигналы передачи данных и телематических служб (служебные каналы). Наибольшее распространение при этом получила IP-телефония и высокоскоростной доступ в Интернет. В СКТ данные сигналы доставляются к абоненту в форматах модуляции 64QAM или 256QAM согласно стандарту DOCSIS. При этом канал может занимать полосу б МГц (американская версия с пониженной скоростью трансляции) или 8 МГц (европейская версия с повышенной скоростью трансляции сигналов). Это очень помехозащищенный вид трансляции сигналов не только по отношению к используемой модуляции (большей частью сказывающей ся на требуемом отношении C/N), но и к заложенному виду кодировании цифровых пакетов. Специалистами компании «Контур-М» проводились исследования на помехоустойчивость кабельных модемов серии TJ700 фирмы Terayon. Испытания проходили к лабораторных условиях с использованием головной станции кабельных модемов CMTS BW3200. Наблюдалась устойчивая скоростная связь до уровня помех в -36 дБс.

Цель конвертации

Как известно, все сигналы, поступающие на головную станцию (видео, аудио, сигналы НТВ, спутникового ТВ - СТВ, цифровые сигналы, сигналы местной видеостудии и т.п.), в обязательном порядке подлежат преобразованию как по частоте, так и по формату модуляции. При этом частотная сетка расстановки каналов распределения выбирается из условия минимизации помех, наводимых на входе ТВ-приемника, т.е. из условия его максимального помехоустойчивого приема телевизором или тюнером. Помехи, возникающие па входе телевизора, можно разделить по источнику их возникновения на четыре основные группы:

помехи, формируемые в самой ГС (отношение сигнал/шум, побочные продукты генерации, взаимная межканальная модуляция и т.п.);

помехи, возникающие и накапливающиеся в СКТ но мере прохождения сигналов через оптическую систему и по коаксиальным сетям (гармонические и интермодуляционные составляющие, шумы, фоновая помеха, кросс-модуляция и т.п.);

помехи от внешних источников сигналов, наводимых на коаксиальный кабель или непосредственно на антенный вход телевизора;

помехи косвенного характера (в первую очередь наличие соседних и зеркальных каналов приема).

Правильная частотная расстановка каналов позволяет минимизировать или полностью исключить некоторые виды помех. Наиболее часто расстановку каналов осуществляют по частотной сетке отечественного стандарта OIRT с шагом в 8 МГц (табл. 1).

Частотные диапазоны прямого и реверсного каналов

Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно правил частотной конвертации, целесообразно уделить немного внимания вопросу выделения частотного диапазона под прямой канал (в прямом канале сигналы распространяются от ГС к абонентам, а в реверсном - в обратном направлении).

Исторически частотный диапазон реверсного канала (US - Upstream) составлял 5-30 МГц. В начале 90-х, с момента реального внедрения услуг интерактивного сервиса, выяснилось, что диапазона 5-30 МГц явно не хватает, и европейские страны по общему согласию расширили его до 5-65 МГц (прямой канал - с 87 МГц), запретив при этом даже ввод в эксплуатацию новых ТВ-передатчиков диапазона MB I (47-68 МГц). Нехватка полосы в 25 МГц объясняется в основном двумя причинами:

В US наблюдаются значительные шумы ингрессии, наиболее интенсивно проявляющиеся в диапазоне 5-12...15 МГц (рис. 1). В этом диапазоне шумы ингрессии могут равняться исходному сигналу или даже превосходить его по амплитуде (шумы ингрессии носят импульспо-временпой характер и зависят от времени суток). Таким образом, нижняя частотная точка в реверсном канале в лучшем случае составляет 12-15 МГц.

На границах частотного диапазона наблюдается спад АЧХ усилителя US (рис. 2) величиной 1-3 дБ (зависит от качества изделия). «Завал» АЧХ напрямую связан с неравномерностью группового времени задержки (ГВЗ), в значительной мерс проявляющейся при каскадировании усилителей.

Отсюда следует вывод, что при благоприятных обстоятельствах может быть использован ограниченный диапазон 12-25 МГц (рис. 3), в котором можно разместить не более 4 каналов с полосой 3,2 МГц (1.0,24 Мбит/с на канал). Согласно лее CENELEC EN 50083, под US выделен диапазон 5-65 МГц, и котором размещается 15 каналов с полосой 3,2 МГц. Таким образом, частотный диапазон прямого канала еще более ограничивается и фактически начинается только с частоты 110 МГц (канал СК 1, см. табл. 1), так как частотный диапазон 87,5-108 МГц выделен под ГМ-каналы радиовещания. Продолжение см. в следующих номерах.

Список литературы

Журнал «ИнформКУРЬЕРСвязь» № 8, 2005 год.