Кабельное цифровое телевидение

Содержание

 

Введение

 

Телевизионное вещание является одним из самых распространенных средств информационного обслуживания населения и находит широкое применение в различных сферах деятельности общества.

За последнее десятилетие быстрыми темпами развивается система телерадиовещания в цифровом формате, а это качественное улучшение важных характеристик по предоставлению информации. Цифровое телевидение позволяет передавать высококачественное изображение и звук, дает возможность доступа к огромному количеству сопутствующих услуг, таких как интерактивное телевидение, интернет, спутниковые каналы связи и т.д.

Учитывая выше сказанное, выделим  основные тенденции и направления  развития систем цифрового телевидения:

- двусторонний обмен информацией  между источником и пользователем

- развитие цифровых систем радиовещания,

- взаимодействие систем телерадиовещания  и традиционных средств телекоммуникаций,

- широкое применение систем телерадиовещания  в образовании, медицине, бизнесе, культурном обмене, социальной сфере и т.д.

Поэтому необходимо обеспечить глобальный характер распространения цифрового телерадиовещания на все слои населения. Основное внимание необходимо уделить малонаселенным пунктам, где еще используются системы аналогового телевидения с малым количеством каналов и неудовлетворительного качества.

В данном курсовом проекте рассмотрен один из вариантов реализации цифрового  телевещания с использованием кабельных  систем распределения. Разработана  структурная схема системы, подобранно необходимое оборудование и рассчитаны шумы и искажения на выходе усилительных систем.

 

1 Анализ систем цифрового телевидения

 

В настоящее  время достигнуты серьезные успехи по внедрению новых, главным образом, цифровых методов передачи телевизионных и радиовещательных программ в различного вида каналах: тропосферных (наземных), спутниковых, кабельных.

В системах УКВ-ЧМ радиовещания идет процесс уплотнения каналов: вместо одной стереофонической программы  передается до трех монофонических, причем в этом же канале может быть передана дополнительная цифровая информация со скоростью до 19,6 кбит/с.

Цифровые методы передачи телевизионных и радиовещательных программ успешно внедряются в спутниковых системах связи, где в настоящее время до 70% программ телевидения передается в цифровой форме по стандарту MPEG-2.

Активно внедряются цифровые методы передачи в кабельных сетях, где в стандартном телевизионном канале с полосой 8 МГц может быть передано до шести телевизионных программ в цифровом формате, используя многопозиционные сигналы с модуляцией 16-КАМ - 256 КАМ.

Системы наземного цифрового телевидения по стандарту DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) работают в ряде стран Европы (Германия, Франция, Англия, Финляндия, Швеция).

В России проведены испытания  системы DVB-T в опытных зонах Москвы, С.-Петербурга, Нижнего Новгорода. В настоящее время проводится опытная эксплуатация этой системы в Москве и С.-Петербурге на ряде дециметровых каналов. В дальнейшем планируется в Москве организовать 32 телевизионных канала, в С.-Петербурге - 34 и в Нижнем Новгороде - 50 телеканалов.

Испытания и опытная эксплуатация проводились в основном на аппаратуре, изготовленной отечественными предприятиями (ОАО «Телеком», АО «Март», ЛОНИИР и некоторые др.).

Для массового производства цифровых телевизионных приемников объединяют свои усилия заводы Москвы, С.-Петербурга, Новгорода.

В телерадиовещательных системах используются три среды распространения сигналов:

Тропосфера в наземных (эфирных) каналах, где для передачи сигналов могут применяться метровые и дециметровые волны, а также сантиметровые в полосе 27...29 ГГц и миллиметровые в полосе 40,5...43,5 ГГц. Системы в полосах частот 27...29 и 40,5...43,5 ГГц относят к сотовым сетям распределения программ телерадиовещания.

Кабели оптический и коаксиальный создают направляющую среду в кабельных сетях распределения программ.

Космос используется в спутниковых системах связи и телерадиовещания, причем, как правило, применяются спутники, размещаемые на геостационарной орбите (в экваториальной плоскости с удалением от Земли примерно 36 тыс. км).

По характеру  среды распространения сигналов принято телерадиовещательные системы называть наземными (эфирными), спутниковыми и кабельными.

Следует отметить, что вышеуказанное деление систем телерадиовещания в некоторой степени условно, так как имеет место тесное взаимодействие между ними в процессе доведения информации до пользователя. Кроме того, в настоящее время наблюдается устойчивая тенденция взаимодействия различных систем передачи цифровой информации, когда в общий цифровой поток вводятся телевизионные и радиовещательные программы, телефония, передача данных, пакетная передача информации (IP, Frame Relay, ATM). Происходит процесс конвергенции отраслей телевидения и телекоммуникаций, означающий внедрение в телевизионное вещание информационных технологий.

В ближайшие 10-12 лет системы цифрового телевизионного вещания, по-видимому, будут развиваться  по следующим направлениям:

- увеличение  числа передаваемых программ  нормальной четкости в отведенной полосе частот 8 МГц и внедрение систем телевидения высокой четкости, в том числе и широкое внедрение системы «ТВ-Информ», позволяющей передавать по каналу дополнительную цифровую информацию;

• внедрение интерактивных систем телевизионного вещания, обеспечивающих организацию диалога пользователей с центрами производства программ и другими источниками информации;
• повышение качества изображения передаваемых в цифровом формате программ за счет новых более помехоустойчивых методов модуляции, позволяющих применять высокоэффективные коды, корректирующие и исправляющие ошибки в цифровом потоке;
• реализация высокоскоростного доступа в Интернет с терминала пользователя;
• широкое внедрение и развитие мультисервисных сетей;
• модернизация существующей инфраструктуры распределения телевизионных программ - наземных передающих центров, ретрансляторов, перевод радиорелейных линий на передачу цифровых сигналов, обеспечивающих работу в интерактивном режиме.

Практическое  внедрение сотовых систем многопрограммного  телевизионного вещания и телекоммуникаций в верхней части сантиметрового диапазона (27,5...29,5 ГГц) и в миллиметровом диапазоне (40,5...43 ГГц).

Аналоговые  системы телевещания будут существовать, по крайней мере, до 2015 г. хотя бы потому, что из-за низкой покупательной способности населения России и стран СНГ весьма сложно заменить более чем 80-миллионный парк аналоговых телевизоров цифровыми за оставшиеся 12 лет. Следует учитывать, что самый дешевый вариант цифрового приемника в виде специальной приставки step-top-box к современным моделям телевизоров предварительно оценивается в суммы порядка 100...200 долл.

К цифровому  телевизионному приемнику в настоящее  время предъявляются требования как к универсальному прибору, совмещающему функции персонального компьютера, телевизора, телефона, принтера и ряда других приборов.

Абонентский терминал не должен быть простой приставкой к телевизору, способной преобразовать принятую из канала связи цифровую программу, а представлять собой многофункциональное информационное устройство, которое наряду с приемом десятков высокого качества цифровых телепрограмм, позволяет обеспечить интерактивность для получения медицинских услуг на дому, информацию о погоде в различных регионах страны, о транспортных средствах для междугородных и международных поездок и о многом другом.

Внедрение цифрового телевидения стимулировало замену выработавших свой ресурс спутниковой группировки космических аппаратов «Горизонт» на современные высокостабильные космические аппараты (КА) типа «Экспресс АМ» с увеличенным сроком службы.

Новые спутники имеют значительно большее количество транспондеров, в том числе около 50% каналов в новых спутниках предназначаются для работы в К_и диапазоне. Частоты этого диапазона в настоящее время широко используются для непосредственного телевизионного вещания и в сетях с земными станциями типа VSAT (Very Small Aperture Terminal). На земных станциях типа VSAT планируется создание региональных сетей спутниковой связи во многих административных центрах федеральных округов и субъектов Российской Федерации с соответствующими сетями доступа. Эти сети будут иметь выход на взаимно увязанную сеть связи (ВСС) России и магистральную сеть спутниковой связи и вещания.

 

 

2 Разработка  системы кабельного телевидения

 

Исходя из задания, необходимо разработать систему распределения 8 каналов стандарта DVB-C по коаксиальным кабельным сетям для небольшого населенного пункта на 200 абонентов. Прием цифровых сигналов предусматривается со спутника, так как это оптимальный вариант при отсутствии рядом с населенным пунктом оптоволоконных и других магистральных линий связи, откуда можно взять цифровой сигнал.

 

2.1 Основы построения систем кабельного телевидения

 

 Главными преимуществами широкополосных интегрированных оптико-коаксиальных кабельных сетей перед другими являются:

• практически неограниченное число передаваемых телевизионных программ в аналоговом и цифровом виде;
• высокая помехозащищенность сигналов и возможность организации двусторонней связи от головной станции к абоненту и обратно.

Ряд фирм предлагают оборудование, обеспечивающее передачу данных от абонента со скоростью 2048 кбит/с и совместимое с системой ISDN (Intergrated Services Digital Network - цифровая сеть с интегрированными услугами). В кабельных каналах передачи данных может быть обеспечена любая степень защиты от несанкционированного включения другими лицами. Это обстоятельство особенно привлекательно для силовых ведомств (Минобороны, МВД и др.) и многих коммерческих структур.

Интерактивные (двусторонние) системы  телевидения получили особенно широкое распространение в Канаде и США, функционируют они и в Европе: в Германии, Австрии, Болгарии, Эстонии, Польше и Финляндии. Как показала практика, эти системы, несмотря на их высокую стоимость (от 100 до 400 тыс. долл. в зависимости от вида услуг и фирмы-производителя), окупаются за 8-10 месяцев при использовании их в гостиничных комплексах высшей категории на 200 номеров за счет предоставления пользователям платных услуг.

Кабельная сеть Австрии функционирует  в Инсбруке и Вене. В Вене она  обслуживает около 400 тыс. абонентов, в Дрездене (Германия) - 200 тыс., в Софии (Болгария) - 320 тыс., в Таллинне (Эстония) - более 64 тыс. абонентов. Эти сети работают на оборудовании фирмы Hirschmann.

Проектировщики кабельных сетей  при выборе оборудования вынуждены  учитывать ряд факторов, в частности:

• возможность перспективного развития сети;
• особенности монтажа и наладки системы на конкретной территории;
• срок эксплуатации сети, который, как правило, должен быть не менее 10 лет;
• возможность контроля и мониторинга сети в процессе ее эксплуатации и оперативного резервирования вышедших из строя участков;
• эксплуатационные характеристики (стоимость оборудования, проекта, монтажных и наладочных работ, а также последующей эксплуатации);
• возможность сопряжения с другими кабельными сетями при укрупнении.

Поэтому и подготовительный этап, связанный с обоснованием задания, и этап проектирования крайне важны для правильной оценки долговечности сети и ее окупаемости.

В настоящее время специалистами  в области телевизионного вещания разрабатывается концепция организации глобальной интерактивной телевизионной сети, в которой основными элементами будут наземные и кабельные сети, а также геостационарные спутники с многолучевыми антеннами. В соответствии с этой концепцией предполагается всю населенную территорию земного шара разделить на несколько географических зон (геодомов). В каждой из этих зон будет создана центральная сеть с волоконно-оптическими линиями связи, локальными сетями кабельного телевидения, компьютерными сетями и подвижными средствами радиосвязи. Таким образом, сформируется глобальная иерархическая многоуровневая сеть, нижним уровнем которой будут локальная и городская сети.

Примерные этапы создания такой  глобальной сети.

1. Создание локальных кабельных  сетей малой и средней протяженности для крупных жилых зданий, близко расположенных групп зданий. При этом в начале эксплуатации пользователи смогут получать до 10-20 каналов, а в дальнейшем - до 50 каналов, учитывая, что локальная сеть проектируется в полосе от 5 до 860 МГц.

Для малонаселенных районов (поселков, совхозов, сел и других населенных пунктов) предназначается оборудование малоканальных установок спутникового и наземного телевидения, которое будет устанавливаться в домах культуры, школах и других общественных зданиях на 4-16 ресиверов (спутниковых приемников) и телевизоров.

2. Объединение небольших локальных сетей в больших городах, а также в поселках, районных и областных центрах в общую кабельную сеть. Объединившая практически всех операторов этого региона. Такие объединения позволяют выработать единую техническую политику и находить оптимальные решения, как при создании единой сети, так и на последующих этапах ее модернизации.

3. Создание единой городской (для сельской местности - районной) сети кабельного телевидения с последующим включением ее в областную (региональную) сеть. Такое объединение возможно, по-видимому, лишь в регионах с хорошо развитой сетью радиорелейных и кабельных волоконно-оптических широкополосных линий связи, позволяющих передавать десятки и сотни телевизионных каналов. Перевод на цифровые методы телевизионных сигналов облегчит реализацию этого этапа программы.

Для отдаленных и малонаселенных регионов, в которых отсутствуют волоконно-оптические линии связи, задача многопрограммного телевизионного вещания может решаться путем разумного компромисса по приему спутниковых программ на малые земные станции типа VSAT, распределения их в пределах зон компактного проживания населения по кабельным каналам и при помощи наземных ретрансляторов. Между отдаленными поселками ретрансляция сигналов может быть организована при использовании радиальных сотовых сетей в диапазонах 27...29,5 и 40,5...43,5 ГГц. В таких регионах достаточно широкое распространение могут получить телевизионные ретрансляторы дециметрового диапазона (2500...2700 МГц), позволяющие передавать пользователю в полосе 200 МГц до 24 аналоговых каналов в стандартах PAL, SECAM.