Rambler's Top100
Статьи ИКС № 10 2005
С.Н. ПЕСКОВ  С.Ю. КОЛГАТИН  Игорь Алексеевич КОЛПАКОВ  01 октября 2005

О частотном плане конвертации телевизионных каналов

Продолжение. Начало см. «ИКС» № 8’2005, с. 72

Правила конвертации

При планировании частотной сетки расстановки каналов традиционно придерживаются следующих основных правил, положений и особенностей [1]:
  • В каналы, занятые эфирными частотами, конвертация каналов НТВ или каналов с АМ не осуществляется.
  • Нежелательно использование соседних каналов.
  • Следует избегать каналов, на которые попадает вторая гармоника видеонесущей от занятого канала другого диапазона.
  • Следует избегать зеркальных (по отношению друг к другу) каналов.
  • Желательно располагать каналы с учетом их взаимной помехозащищенной трансляции с точки зрения интермодуляционных искажений.
  • По возможности нужно избегать каналов, поражаемых гетеродинным напряжением соседних ТВ-приемников.
  • Программы, предназначенные к обязательной трансляции, должны по возможности занимать только отведенные эфирные MB-диапазоны.
Рассмотрим эти положения с точки зрения практических рекомендаций к составлению частотного плана конвертации.

Конвертация в занятый канал недопустима, потому что такой канал не будет помехозащищенным с точки зрения прямой электромагнитной наводки на кабель или непосредственно на антенный вход телевизора. Например, в Москве принята конвертация канала ТВК 6 в тот же канал ТВК 6. Такое решение трудно признать рациональным, поскольку помимо искажений, образующихся в самом конвертере головной станции (ГС), возможно возникновение сигналов прямой наводки непосредственно на антенный вход телевизоров (особенно ранних поколений, использующих устаревшие селекторы ТВ-каналов СКМ-24 и СКД-24 с кабельными переходами). Гораздо логичнее осуществлять конвертацию в свободный канал ТВК 7 (Москва). Более того, при конвертации из канала в канал возможно появление биений, проявляющихся в виде чередующихся светлых и темных горизонтальных полос [2].

Нежелательна и конвертация в каналы ТВК 4 и ТВК 5, которые перекрываются эфирными радиосигналами FM-диапазона (87,5–108 МГц). Очевидно, что с течением времени будет появляться все больше мощных FM-радиостанций, вещающих в полном (87,5–108 МГц) диапазоне.

При значительном удалении от телецентра можно вообще обойтисьбез конвертации, используя дешевые селективные канальные модули прямого усиления (желательно с АРУ) в составе головной станции. В крайнем случае можно конвертировать только каналы МВ-диапазонов и отдельные мощные каналы ДМВ-диапазона, для уверенного приема которых не требуется использование малошумящих мачтовых усилителей или антенных решеток.

В общем случае конвертация всегда желательна (даже если у всех абонентов будет качественный кабель с высоким коэффициентом радиоэкранной защиты), за исключением использования пакетов цифрового ТВ-вещания DVB-C и DVB-T, которые можно конвертировать в эфирные каналы. Следует отметить, что, обладая высокой помехозащищенностью, они не могут являться паразитными зеркальными каналами приема, так как отличаются по типу модуляции, а их уровень в СКТ на 10 дБ ниже уровня амплитудно-модулированных ТВ-сигналов. Чувствительность же цифровых тюнеров или цифровых телевизоров по любому из международных стандартов не хуже 44 дБмкВ [3].

В любом случае перед частотным планированием желательно провести эфирный зондаж в полном частотном диапазоне (48–862 МГц) на предмет выявления эфирных помех (радиолюбительская связь, сотовая радиосвязь, пейджинговая связь, спецсвязь и т.п.).

Работа в соседних каналах возможна при использовании головной станции, подавляющей побочные сигналы (любые виды сигналов, включая шумы, вне рабочей полосы канала) на величину не менее 60 дБ [1]. Головные станции 2-го класса с двойным преобразованием по частоте этому требованию удовлетворяют. Головные станции 1-го класса, согласно CENELEC EN 50083-7/A1, обладают уровнем побочных сигналов не более 66 дБ. Использование смежных каналов в диапазоне ДМВ нежелательно из-за низкой стабильности частоты гетеродина телевизора (до ±700 кГц для телевизоров 2-го и 3-го поколений). Возможный частичный «захват» соседнего канала показан на рис. 1. Сюда следует добавить и собственную нестабильность конвертирующего модуля головной станции (не более ±62,5 кГц для головных станций 2-го класса и ±125 кГц для головных станций 3-го класса). Такой частотный выбег возможен только в случае использования отечественных телевизоров 3-го и более ранних поколений, которых у населения становится все меньше и меньше. В связи с этим запрет на работу в соседних (смежных) каналах распределения может налагаться только при использовании головных станций ниже 2-го класса.

При большом числе каналов (40–50 и более), планируемых к трансляции, и вынужденной работе в соседних каналах ДМВ-диапазона можно использовать чередующуюся расстановку эфирных программ (система SECAM, поднесущая звука 6,5 МГц) и SAT-программ (система PAL, поднесущая звука 5,5 МГц) или аналогичных им, занимающих полную полосу частот 7 МГц вместо отведенных 8 МГц. Однако такая рекомендация носит ограниченный характер из-за широкого спектра телевизоров, используемых в сети.

Гармонические составляющие. При трансляции по СКТ телевизионные сигналы неоднократно усиливаются усилителями. Любой усилитель вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики при усилении даже одного немодулированного синусоидального сигнала частотой ω0создает бесконечный ряд гармоник с частотами nω0, где n – целые положительные числа (2, 3…). Амплитуда каждой из гармоник убывает пропорционально квадрату ее номера. Как в силуэнергетической загрузки, так и по причине ограниченности частотного диапазона наиболее опасной является вторая гармоника. Существенно снизить ее уровень можно с помощью усилителей с выходными каскадами Push-Pull или Power Doubler [4]. Однако ее накопление по магистрали (когерентный вид помехи) осуществляется по закону 2-й степени аналогично СТВ [4]. Поэтому желательно избегать каналов, поражаемых второй гармоникой более низкочастотного задействованного канала при наличии «свободного» места. Тем не менее безусловное выполнение требований ГОСТ Р 520232003 или CENELEC EN 50083-7/A1 исключает это замечание.

Вспомним простое правило арифметики: «Удвоение четного или нечетного числа дает в ответе всегда четное число». Именно поэтому не следует использовать каналы с четными номерами, приведенными в табл. 1 (см. «ИКС» № 8, с. 73). Например, канал СК 2 (№ 7 в табл. 1) своей второй гармоникой будет поражать канал СК 12 (№ 22).

Интермодуляционные искажения (Inter Modulation Distortion – IMD) непосредственного отношения к частотной сетке конвертации не имеют, однако их беглое рассмотрение позволит правильно подойти к оптимальной расстановке каналов, при которой облегчается их трансляция при минимальных искажениях. Тем не менее следует напомнить, что правильный расчет СКТ в части CXMA (кроссмодуляция), CSO и СТВ [4] позволяет расставлять каналы вне зависимости от их частотного кластирования.

Под кросс-модуляцией понимают нежелательную (паразитную) модуляцию несущей видеоизображения рассматриваемого канала модулированным сигналом другого транслируемого канала (каналов). Испытания показали, что частотное расположение каналов весьма незначительно влияет на результат взаимной модуляции. Аналогичное замечание можно сделать и в части СТВ, хотя именно эти два вида искажений быстрее всего накапливаются по магистрали.

IMD 2-го порядка (CSO) накапливаются по традиционному закону суммирования мощностей, т.е. не так быстро, как СТВ и CXMA. Напомним, что CSO появляются на суммарной или разностной частотах при взаимодействии двух каналов (fi = |f1 ± f2|). Обратимся еще к одному правилу арифметики, которое гласит: «Суммой или разностью двух нечетных чисел всегда является четное число. Суммой или разностью двух четных чисел также является четное число». Таким образом, как и в предыдущем случае, в целях полного исключения влияния CSO на качество транслируемых каналов следует использовать каналы только с нечетными номерами согласно табл. 1 (например, ТВК 7, ТВК 9, ТВК 23 и т.д.).

Зеркальные каналы приема. Подавляющее большинство телевизионных приемников строится по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. (Концерн Philips выпускает некоторые модели цифровых телевизоров со встроенным SAT-тюнером и двойным преобразованием частоты вверх. У таких телевизоров зеркальная частота лежит вне диапазона САТВ.) При этом промежуточная частота (ПЧ) лежит ниже (31,5–38,9 МГц) частоты любого из транслируемых каналов (рис. 2). Несущая частота изображения по промежуточной частоте составляет 38,0 МГц (в устаревших моделях отечественных телевизоров) или 38,9 МГц (в последних моделях отечественных телевизоров и импортных телевизорах).

В целях инверсии принимаемого радиочастотного сигнала частота гетеродина fгет выбирается выше частоты несущей изображения fиз на величину fпч (см. рис. 2), т.е. выполняется условие fпч = fгет – fиз. Из теории радиоприемных устройств известно, что на выходе смесителя (а также на выходе УПЧ) сформируется сигнал такой же амплитуды при выполнении условия fпч = fиз – fгет, т.е. телевизор обладает паразитным зеркальным каналом приема, лежащим в диапазоне транслируемых сигналов. Это налагает ограничения на планируемую сетку частот в части появления возможных паразитных зеркальных каналов приема.

Если за избирательность по соседнему каналу отвечает фильтр промежуточной частоты (как правило, с использованием фильтра на поверхностных акустических волнах – ПАВ), то за избирательность по зеркальной частоте – входной фильтр по высокой частоте (ВЧ), конструктивно устанавливаемый в селекторе ТВ-каналов (СК). Как правило, ВЧ-фильтр реализуется с электронной перестройкой по частоте (настройка на требуемый канал), выполнен на варикапах и не имеет должной избирательности (особенно при использовании устаревших отечественных телевизоров с СК типа СКМ-24 и СКД-24). Проведенный в 1995 г. анализ [5, 6] показал, что типовая избирательность телевизоров по зеркальному каналу составляет 50–60 дБ в диапазонах МВ и 40–50 дБ в диапазоне ДМВ. Только последние моделиСК концерна Philips (или все телевизоры выпуска позднее 1997–1998 гг.) обладают избирательностью по зеркальному каналу не менее 70 дБ в диапазонах МВ и 60 дБ в диапазоне ДМВ.

Учитывая допустимую неравномерность АЧХ по диапазону и защитный интервал, можно предположить, что телевизор будет иметь избирательность по зеркальному каналу в любом из диапазонов не менее 55 дБ. Это означает, что для относительно малых СКТ (пансионат, санаторий, коттеджный поселок и т.п.) с новыми моделями телевизоров можно пренебречь наличием зеркальных каналов в любом из диапазонов. Для крупных СКТ (более 1000 абонентов) можно смело пренебречь наличием зеркальных каналов приема (в случае безусловного выполнения требования п. 1.3 табл. 5.1 ГОСТ Р 52023-2003) в диапазонах МВ (а нередко и в диапазоне Hyperband), но обязателен учет в диапазоне ДМВ (должно быть выдержано обязательное защитное отношение в 45 дБ).

Какой же номер канала является зеркальным по отношению к прямому? Из табл. 1 видно, что по отношению к видеонесущей, независимо от модели используемого телевизора, зеркальным nзер по отношению к рассматриваемому n является канал nзер = n + 9. Например, если в СКТ задействован ТВК 25 (№ 55, см. табл. 1), то недопустим ТВК 34 и т.д. Таким образом, при расстановке каналов только на нечетных номерах (см. табл. 1) можно избежать паразитных зеркальных каналов приема.

Правила расстановки каналов не распространяются на диапазоны MBI и MBII, где отсутствует жестко привязанный шаг расстановки в 8 МГц (см. табл. 1). К таким каналам надо подходить индивидуально, избирательно, с учетом возможного появления вышеописанных видов помех и искажений. Если же в сети использован реверсный канал полного диапазона (5–65 МГц) и FM-диапазон (87,5–108 МГц), то все приведенные выше правила применимы ко всем каналам, так как самым низлежащим каналом распределения окажется канал СК 1, начиная с которого выдерживается шаг 8 МГц.

Интересно отметить, что при использовании частотной сетки стандарта CCIR (шаг расстановки каналов 7 МГц в диапазонах МВ, что часто практикуется кабельными операторами для плотного заполнения SAT-каналами КАТВ-диапазона) nзер = n +11, т.е. опять действует правило расстановки каналов в нечетных номерах. Именно в силу вышеназванных причин все селекторы ТВ-каналов западноевропейского производства подвергают обязательному тестированию на каналах n ± 1, n ± 5, n ± 9 и n ± 11 (зеркальный канал приема при шаге расстановки 7 МГц).

Гетеродинные напряжения. Сам телевизор независимо от качества доставляемых сигналов является источником помехи из-за паразитно просачиваемой мощности гетеродина СК на антенный вход, а следовательно, и в общую кабельную сеть (рис. 3). Наиболее сильно гетеродинные напряжения влияют на соседние телевизоры, подключенные к общему разветвителю ТВ-сигналов (рис. 4).

Как показал анализ отечественных и зарубежных СК [5, 6], уровень гетеродинного напряжения на антенном входе отечественных телевизоров может достигать 60 дБмкВ. У телевизоров западноевропейского производства, согласно CENELEC EN 50083, он не должен превышать 52 дБмкВ в любом диапазоне частот.

Поскольку частота гетеродина ТВ-приемника лежит выше видеонесущей принимаемого канала на fПЧ, обратившись к табл. 1, можно заметить, что поражается каждый (n + 4)-й канал (устаревшие модели ТВ-приемников с fПЧ = 38,0 МГц) или (n + 5)-й канал (импортные телевизоры, последние модели отечественных телевизоров с fПЧ = 38,9 МГц).

Заметим, что при использовании телевизоров с fПЧ = 38,9 МГц и при расстановке каналов только по нечетным номерам (как было рекомендовано выше) поражаются только четные (незадействованные) каналы, т.е. влиянием гетеродинной помехи можно пренебречь. Также отметим, что чем выше уровень сигнала на входе телевизора, тем меньшее влияние оказывает паразитно просачиваемое напряжение гетеродина соседнего телевизора (увеличивается отношение сигнал/помеха). Радикальным способом борьбы с гетеродинной помехой является применение абонентских разветвителей с повышенной величиной развязки между отводами. Согласно ГОСТ Р 52023-2003, с учетом частотно-зависимого защитного интервала телевизора при произвольной частотной расстановке каналов, необходимо обеспечить развязку между выходами двух любых абонентских розеток величиной не менее 22 дБ, а при наличии реверсного направления – не менее 36 дБ (что связано с проникновением гармоник от мощных сигналов кабельных модемов). Согласно же европейскому стандарту CENELEC EN 50083, развязка в любом случае должна быть не менее 42 дБ во всем диапазоне частот. Таким образом, при расстановке каналов по нечетным номерам согласно табл. 1 и при использовании телевизоров выпуска позднее 2000 г. (переход на ПЧ только с 38,9 МГц) данный критерий вообще можно не брать во внимание.

Расстановка цифровых каналов вещания. Под цифровыми каналами понимаются любые сигналы с цифровым форматом модуляции (например, наиболее часто используемые QPSK или QAM). Их расстановка может осуществляться произвольно, так как они не оказывают влияния на аналоговые каналы распределения даже по зеркальному каналу в силу их отличного формата модуляции (у таких сигналов отсутствует явно выраженная несущая; их сразу несколько или целое множество) и малого собственного уровня относительно аналоговых ТВ-каналов.

По тем же причинам цифровые каналы можно расставлять даже в каналах, занятых эфирным вещанием. При этом лучше придерживаться прежнего

Источники
  1. Песков С.Н., Колпаков И.А., Колгатин С.Ю. и др.: Эн- циклопедия кабельных сетей. DVD-носитель / ООО «Кон- тур-М».
  2. Миронов А.С., Чулков В.А. Опыт применения конвер- теров с двойным преобразованием частоты в режиме ка- нальных усилителей: Справочник «Кабельное телевиде- ние (2000–2001)».
  3. Песков С.Н. Чувствительность телевизионных прием- ников // Телеспутник. 2000. № 12.
  4. Песков С.Н. Рабочий выходной уровень усилителей в широкополосных телевизионных сетях // Телеспутник. 2004. № 10.
  5. Песков С.Н., Нестеркин В.А., Иванча Н.Н., Свищев С.А. Современные селекторы телевизионных каналов // Техника кино и телевидения. 1995. № 9. С. 25–35.
  6. Песков С.Н., Нестеркин В.А., Иванча Н.Н., Свищев С.А. Селектор телевизионных каналов СК-МКД-15 // Ра- диолюбитель. 1995. № 9. С. 2–6.
Окончание см. в следующих номерах «ИКС»
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!