Распределение сигналов в волоконно-оптической системе

Для распределения спутниковых сигналов и их передачи на множество абонентских ресиверов в настоящее время всё чаще применяют волоконно-оптическую технологию. Такой выбор обусловлен значительно меньшим, чем у классического коаксиального кабеля, коэффициентом ослабления сигнала, а также практически полным отсутствием помех при передаче по волоконно-оптическому кабелю. Для такой системы относительно легко найти компоненты, в случае, если вам необходимо распределить сигнал от одного выбранного спутника.

Но передать сигналы большому количеству передатчиков не от одного, а от четырех спутников и сигнала от эфирной антенны по одному оптическому волокну будет не так уж просто. Решение этой проблемы взяла на себя компания Tekniksat, разработав широкий ассортимент устройств для оптоволоконной системы распределения.

В ходе данных испытаний проводилось тестирование типовой системы распределения, базирующейся на компонентах Tekniksat: оптический передатчик TPF 41-2, оптический сплиттер TFS 1/32 FC и оптический ресивер TFM 41/10C с интегрированным мультисвитчем на 10 абонентов.

Рис. 1. Оптический передатчик TPF 41-2 (вид передней и задней панели) передатчик TPF 41-2 (вид передней и задней панели)

Оптический передатчик TPF 41-2 (Рис. 1) имеет стоечное исполнение и фактически является усилителем/преобразователем сигнала. В данное устройство поступают сигналы с четырех спутниковых конвертеров (англ. low-noise block downconverter, LNB), а также сигнал эфирного цифрового телевидения. Передатчик служит для усиления указанных сигналов и их последующего преобразования в единый выходной оптический сигнал. В качестве спутниковых конвертеров могут выступать как устройства LNB Quattro, так и LNB Quad. Отсюда следует, что передатчик TPF 41-2 имеет 16 входов для приёма спутникового сигнала (4 x 4 = 16). Сигнальные входы в группе каждого спутника обозначены как «HH», «HV», «LH» и «LV». Кроме этого, в передатчике предусмотрен 17-й вход, на который подаётся сигнал эфирного телевидения. Следует отметить, что наряду с эфирным сигналом (передаваемым через антенну стандарта DVB-T/T2), на указанный вход может подаваться сигнал стандарта DVB-C (сигнал цифрового кабельного телевидения). Возможность альтернативы обусловлена тем, что системы эфирного и кабельного телевидения работают в едином частотном диапазоне (47-870 МГц). При проведении данных испытаний на 17-й вход передатчика TPF 41-2 поступали сигналы с антенны эфирного цифрового телевидения.

Коэффициент усиления спутникового сигнала составляет 23 дБ, а эфирного – 15 дБ, причём на каждом входе предусмотрена возможность изменения данного коэффициента с многооборотного регулятора, имеющего диапазон регулировки 15 дБ. При необходимости питание контуров спутниковых конвертеров LNB может быть отключено. Если же питание не отключено, в каждый из четырёх конвертерных контуров подаётся соответствующее напряжение 13 или 18 Вольт для переключения режимов поляризации; кроме этого, в указанные контуры поступает частотный сигнал 22 кГц для переключения диапазонов частоты с передатчика TPF 41-2.

Помимо всех остальных достоинств, оптический передатчик TPF 41-2 характеризуется современным дизайнерским решением, которое подчеркивает его надёжность и конструкционную прочность. Вентилятор охлаждения, установленный на задней панели, служит для предотвращения перегрева устройства. Однако в ходе испытаний не отмечалось чрезмерного нагревания оптического передатчика. Это обстоятельство, безусловно, может рассматриваться как одно из достоинств, особенно, с учётом того, что элементы данного устройства заключены в компактный 19-дюймовый корпус.

В передатчике TPF 41-2 предусмотрено наличие одного волоконно-оптического порта SC/APC, с которого выводится сигнал относительно высокой мощности: 4 мВт (6 дБм). Указанный порт является точкой доступа оптоволоконной сети. При таком мощном сигнале дальность передачи (даже с распределением по множеству ветвей) может составлять несколько сотен или даже тысяч метров.

Рис. 2. Сплиттер TFS 1/32 FC с коэффициентом ветвления входного сигнала 1:32

При проведении данных исследований применялся сплиттер TFS 1/32 FC с коэффициентом ветвления входного сигнала 1:32 (Рис. 2). Теоретически, на каждый выход сплиттера с указанным коэффициентом поступает сигнал, имеющий мощность, которая ровно в 32 раза меньше мощности входного сигнала. Однако на практике в каждом устройстве в том или ином объёме имеют место дополнительные потери. Следует отметить, что в сплиттере TFS 1/32 FC дополнительные потери сведены к минимуму: действительное вносимое ослабление составляет лишь 16,8 дБ (притом, что расчётная величина составляет 15,05 дБ). Конструктивные особенности данного устройства таковы, что прочность не является определяющим показателем, поэтому компанией Tekniksat была специально разработана дополнительная стойка для сплиттера.

Рис. 3. Оптический ресивер TFM 41/10 C с интегрированным мультисвитчем на 10 абонентов

Рис. 4. Оптический ресивер TFM 41/10 C имеет 16 выходов для подключения соединительных линий, по которым ретранслируются выходные сигналы с четырёх спутниковых конвертеров (LNB), а также один дополнительный вход для сигнала эфирного цифрового телевидения

Описываемая система распределения не будет полной без конечного устройства, куда по оптоволоконному кабелю передаётся оптический сигнал и где происходит преобразование указанного сигнала в электрический сигнал с током радиочастоты (англ. radio frequency – RF). В качестве такого устройства был применён ещё один продукт от Tekniksat – оптический ресивер TFM 41/10 C с интегрированным мультисвитчем на 10 абонентов (Рис. 3). В отличие от оптического передатчика, ресивер имеет только один вход и несколько выходов. Очевидно, что здесь входом является оптический порт, а выходами – F-разъемы, которые служат для подключения коаксиальных кабелей. В описываемой системе предусмотрена возможность непосредственного подключения абонентских ресиверов (для приёма спутникового/эфирного цифрового телевизионного сигнала) по меньшей мере к 10 выходам оптического ресивера.

Кроме всего прочего, рассматриваемая схема распределения предусматривает наличие 16 выходов для подключения соединительных линий, по которым ретранслируются выходные сигналы с четырёх спутниковых конвертеров (LNB), работающих на другом конце системы (Рис. 4). При необходимости количество абонентских выходов можно увеличить за счёт подключения классических (коаксиальных) мультисвитчей производства компании Tekniksat, подсоединяемых к выходам ресивера TFM 41/10. Также предусмотрено наличие одного дополнительного входа для сигнала эфирного цифрового телевидения. Это позволяет подавать сигнал указанного типа в оптический ресивер, если в выходной сигнал оптического передатчика, находящегося на «входном конце» системы, не была интегрирована составляющая такого сигнала.

Питание оптического ресивера TFM 41/10 C с интегрированным мультисвитчем на 10 абонентов осуществляется от внешнего источника. Качество исполнения ресивера и его блока питания полностью удовлетворяет всем требованиям современности. Легко читаемая маркировка значительно упрощает процедуру подключения к ресиверу других устройств – предназначение разъёмов становится понятным даже при беглом осмотре. На каждом выходе оптического ресивера TFM 41/10 C предусмотрена возможность независимой регулировки коэффициента ветвления входящего сигнала, имеющего спутниковую и эфирную составляющую (диапазон регулировки 20 дБ). Такая регулировка действительно необходима, так как мощность входного оптического сигнала не поддаётся предварительной оценке. Данная величина зависит от коэффициента ветвления входящего сигнала в сплиттере и показателя затухания сигнала при передаче по волоконно-оптическому кабелю.

Рис. 5. Изменение мощности сигнала при передаче в волоконно-оптической системе

После ознакомления с компонентами системы можно перейти к описанию процедуры создания сети, которая являлась объектом испытаний. К входам оптического передатчика TPF 41-2 были подключены спутниковые конвертеры LNB Quad. Выход передатчика был подключен к сплиттеру TFS 1/32 FC, выходной оптический сигнал с которого был направлен на вход оптического ресивера TFM 41/10 C. Исследователями было принято решение о нецелесообразности использования длинных оптоволоконных кабелей, поскольку затухание сигналов в них является крайне незначительным. Потеря мощности в оптических сетях главным образом происходит при прохождении сигнала через сплиттеры и электрические соединения, если имеет место загрязнение их контактов.

Для оценки эффективности работы целой системы, а не её отдельных компонентов, было принято решение измерять и сравнивать мощность входящего сигнала, который поступает с конвертеров (LNB), с мощностью выходных сигналов, поступающих в соединительную линию, а также на абонентские выходы (S1 и S10) оптического ресивера TFM 41/10С. Результаты исследований приведены на двух графиках, включённых в данный протокол: на одном из них отображено изменение мощности сигнала (Рис. 5), а на другом – качество (Рис. 6). Первая группа характеристик позволяет прийти к заключению о степени достаточности усиления сигналов в системе, а вторая – о степени снижения качества сигнала при его разделении и передаче 320 абонентам.

Рис. 6 Изменение качества сигнала при передаче в волоконно-оптической системе

Мощность выходного сигнала оказалась практически равной мощности на входе. На частотных/абонентских выходах мощность незначительно отклонялась как в меньшую, так и в большую сторону относительно мощности на входе в систему. Следует отметить, что перед поступлением на абонентский выход входной сигнал подвергся разделению сначала в сплиттере (с коэффициентом 1:32), а затем – в оптическом ресивере (с коэффициентом 1:10). Испытания проводились с максимальным уровнем усиления как в передатчике TPF 41-2, так и в ресивере TFM 41/10 C. Результаты исследования указывают на точность расчёта коэффициента усиления всей системы, а также на полное соответствие данного показателя разделению сигнала с коэффициентом 1:32. При выстраивании системы, включающей меньшее количество абонентов, делитель указанного коэффициента следует уменьшить (например, до показателя 1:8); кроме того, в данном случае потребуется снижение коэффициента усиления сигнала в устройствах Tekniksat с целью предотвращения перегрузки абонентских ресиверов.

Второй ключевой характеристикой системы распределения является её «бесшумность» (другими словами, степень ухудшения соотношения «сигнал/шум»). С учетом того, что в данной системе происходит двойное преобразование исходного сигнала (сначала электрический сигнал преобразуется в оптический, после чего преобразование происходит в обратном направлении), а также принимая во внимание два этапа разделения (в сплиттере и оптическом ресивере), можно ожидать значительного снижения величины коэффициента ошибки модуляции (англ. modulation error ratio, MER). Однако характеристики на втором графике (Рис. 6) свидетельствуют совершенно о противоположном: даже несмотря на незначительное ухудшение качества сигнала, особенно, в поддиапазоне низких частот, можно прийти к заключению об удивительно малой разнице в показателях качества входного и выходного сигнала. Данное обстоятельство даёт основание полагать, что при высококачественном сигнале, поступающем со спутникового конвертера (LNB), на каждый из абонентских ресиверов (максимальное количество которых в данной системе может достигать 320) будет поступать сигнал практически такого же качества.

Результаты данных испытаний полностью оправдывают девиз компании Tekniksat «Power of light» («Сила, которую несёт свет»). По сравнению с классическими системами распределения сигнала электрическим способом, в системах с волоконно-оптическими кабелями такие высокие результаты, которые были получены в ходе данных испытаний, достигаются сравнительно просто.

После получения результатов при передаче спутниковых сигналов была поставлена цель определить аналогичные параметры при передаче эфирных сигналов. В ходе исследования было установлено, что в данном контуре выходной сигнал превышал исходную величину приблизительно на 15-20 дБ, а соотношение «сигнал/шум», как и в первом случае, претерпело лишь незначительное ухудшение: приблизительное снижение только на 1 дБ. Таким образом, и для контура сигналов эфирного телевидения были получены отличные результаты. Для передачи сигнала на 320 абонентских ресиверов будет достаточно всего одной антенны для приёма сигнала эфирного телевидения. При передаче более мощного эфирного сигнала в системе кабельного телевидения предусмотрена возможность простой регулировки коэффициента усиления с многооборотного потенциометра, причём регулировку можно выполнить в оптическом ресивере или оптическом передатчике, а также произвести независимую регулировку для сигналов, поступающих с каждого отдельного спутника.

Неоспоримым достоинством описанной системы является возможность трансляции сигналов, поступающих сразу с нескольких спутников. При объединении сигналов, поступающих с четырёх различных спутниковых конвертеров (соответственно, с четырех различных спутников), открывается возможность значительного увеличения количества каналов, доступных каждому абоненту. Единственным условием для такого расширения возможностей является соответствие абонентских ресиверов протоколу DiSEqC 1.1, который предусматривает возможность переключения между сигналами, поступающими с 4 различных спутников.

Таким образом, после проведения испытаний было сделано заключение о том, что при использовании волоконно-оптической системы распределения Tekniksat имеется возможность передачи сигнала по меньшей мере на 320 абонентских ресиверов. Кроме того, данная система позволяет простым способом расширить абонентскую сеть, ведь в каждом оптическом ресивере предусмотрено наличие выходов для соединительных линий, к которым, в свою очередь, могут быть подключены классические мультисвитчи серии Teknoline от Tekniksat. Для покупателя также важен аспект страны производителя – это Турция, которая неоднократно доказывала качество своей продукции, в том числе и для европейского рынка. Описанная система оптимально подходит для гостиниц и больших жилищных комплексов, а также аналогичных объектов, где необходимым условием является ограниченное количество антенн при наличии множества приёмников. В заключение следует отметить основное достоинство системы – единый стандарт качества сигнала на всех абонентских выходах.