отдел продаж:
    +7 (495) 748-1730
    +7 (495) 748-1733
главная
О компании
Услуги
Статьи
Вакансии
Новости компании
Основные события происходящие в компании



Внедрение цифровых стандартов на отечественных широкополосных интерактивных сетях КТВ
К.И. Кукк, С.А. Дмитриев, Б.С. Экслер
Процесс перехода к цифровому телевизионному вещанию является в настоящее время важнейшей научно-технической задачей в области телекоммуникационной техники. При переходе к цифровому телевидению зритель получает весьма ощутимые преимущества: многопрограммность, многофункциональность, интерактивность, повышенное качество приема. Переход к цифровому телевизионному вещанию позволяет более эффективно использовать радиочастотный спектр, а также пропускную способность наземных кабельных и волоконно-оптических линий связи и в целом снизить энергопотребление, расходуемое на систему телевещания. При этом учитываются все способы доставки программ - эфирное, кабельное, спутниковое и сотовое телевидение (MMDS, LVDS, MVDS). Внедрение цифрового телевизионного вещания одновременно решает задачу доступа в компьютерные информационные системы, в том числе в глобальную сеть типа Internet. Рождается новая категория терминалов - мультимедийный телевизор.
Среди существующих способов доставки телевизионных программ системы кабельного телевидения (СКТВ) заняли свое прочное место, особенно в крупных и средних городах. Кабельным телевидением в аналоговом виде к концу 1997 года в США было охвачено 60 млн. домов, в Европе около - 30% квартир или частных домов. Охват кабельным телевидением в странах Бенилюкса достигает 90%. В системах кабельного телевидения впервые в середине 90-х годов в широком масштабе стала внедряться интерактивность. Это доступ в Internet, доступ к телеконференциям, к справочным службам и средствам массовой информации. В 1998 году в США и Канаде потенциальную возможность пользоваться интерактивными услугами кабельных сетей имело около 11% жителей.
Традиционно иерархия современной широкополосной интерактивной сети кабельного телевидения представляет собой трехуровневую структуру [1, 2, З]. Базовый уровень - транспортный, выполнен на основе технологии SDH со скоростями передачи 622 Мбит/с или 2,5 Гбит/с. Второй уровень - магистрального доступа от транспортного узла до узла коаксиальной распределительной сети. Этот уровень строится как и предыдущий на базе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), но в отличие от транспортного может быть не только цифровым, но и аналоговым (или на уже действующих сетях, или на первом этапе создания многофункциональных сетей). Третий уровень - распределительная сеть. Емкость и структура построения третьего (коаксиального) уровня, как самого критического во всей сети, будут ниже рассмотрены более подробно.
Вернемся к первым двум уровням. Они построены на основе ВОЛС. Не говоря о всех преимуществах ВОЛС перед другими проводными линиями, остановимся на трех наиболее важных для создания интерактивных кабельных инфотелекоммуникационных сетей с возможностью передачи сигналов цифрового телевидения. Причем речь идет о передаче не одного телевизионного канала, а хотя бы о нескольких десятках. И естественно, ни одна среда передачи не подходит для решения этой задачи лучше, чем волоконный световод. Ведь даже при цифровых системах передачи со скоростями 2,5 и 10 Гбит/с (так как стандарт MPEG позволяет передавать сигнал телевидения со скоростью 8 - 15 Мбит/с, то возможна передача 240 и 480 каналов, которые пока нечем заполнить чисто информационно) потенциальные возможности минимум на порядок выше при использовании модулированного излучения всего на одной длине волны. Но уже сегодня промышленно выпускаются устройства спектрального уплотнения, позволяющие увеличить количество потоков сигналов с уже указанными скоростями до 64. То есть потенциал ВОЛС более чем на два с половиной порядка превышает возможности любой другой среды передачи информации. Это первое основное преимущество - широкополосность. Второе преимущество - независимость распространяемых сигналов в одном световоде навстречу друг другу на одной длине волны, и в одном направлении на разных длинах волн. Это вносит абсолютно уникальные возможности в реализации новых архитектур сетей. Уже говорилось о спектральном уплотнении и если при применении цифровых сигналов это просто увеличение скорости, то при необходимости передавать аналоговые телевизионные сигналы это уже новые технические и технологические возможности. Сегодня имеются два вида передачи аналоговых ТВ сигналов по ВОЛС. Первый - это одно волокно - один канал. Второй - это передача спектра, содержащего определенное количество ТВ каналов. Допустим при частотной полосе 860 МГц можно передать до 60 каналов, но дальнейшее увеличение полосы накладывает чрезвычайно жесткие требования к элементной базе (в основном к лазеру). Поэтому в первом случае используется большое количество волокон в кабеле, во втором сильно увеличивается стоимость аппаратурной части. Спектральное уплотнение может оптимизировать ВОЛС и в том и в другом случае. Независимость распространения сигнала в одном световоде позволяет предложить оригинальную архитектуру двунаправленной сети (ведь мы рассматриваем интерактивную сеть) причем чисто пассивную без оптоэлектрических и электрооптических преобразователей. Речь идет об оптических ответвителях, позволяющих ответвлять определенную долю оптической мощности и "вставлять" оптический сигнал во встречном направлении в общий поток, то есть реализуется структура - двунаправленное пассивное дерево, где в одну сторону от ствола к ветвям передается телевизионный и любые другие потоки (телевизионный занимает большую долю), а в другую сторону от ветвей к стволу передаются узкополосные сигналы запросов абонентов, сигналы от всевозможных датчиков, голос и т.д. И все это делается на одной длине волны без смешивания сигналов. Сочетание большого возможного количества световодов в оптическом кабеле (до нескольких десятков и даже выше ста), использование оптических ответвителей и устройств спектрального уплотнения позволит гибко подойти к проектированию самой сложной и разветвленной части системы на участке от узлов до волоконно-коаксиапьных распределительных узлов и соответственно до коаксиальной распределительной сети.
Третьим основным преимуществом ВОЛС является гибкость перестроения сети от аналоговой к цифровой с минимальными затратами. Опыт строительства ВОЛС различной сложности и протяженности определил следующие соотношения в стоимости основных компонентов: волоконно-оптический кабель 30-35%, его прокладка и монтаж 30-35%, проектирование 5%, оборудование 25-35%. Таким образом, если мы построили и эксплуатируем аналоговую сеть (в части кабельного телевидения), то затраты на переход к цифровой составят чуть больше четверти расходов на замену оборудования, а основная часть сети, чисто оптическая, способна при той же архитектуре передавать сигналы цифрового телевидения.
Почему этот вопрос выделен отдельно? Развитие сетей не стояло на месте и ждало появления цифрового телевидения. Уже более десяти лет ВОЛС активно используется для предачи ТВ сигналов от студии до головных станций и от головных станций до магистральных усилителей. Создано оборудование для таких сетей. Построено большое количество сетей, а в последние два-три года это строительство приобретает массовый характер. И здесь главным вопросом становится, как построить современные сети, чтобы они с минимальными экономическими затратами могли быть перестроены в интерактивные кабельные инфотелекоммуникационные сети с возможностью передачи сигналов цифрового телевидения.
Предстоит решить задачу модернизации построенных ранее систем или строительства новых сетей на единых стандартных принципах, обеспечивающих работу цифровых телевизоров как в сетях СКТВ, так и при других способах доставки телевизионных программ. В широкополосных кабельных сетях наряду с телевизионными сигналами будет передаваться в интерактивном режиме большой объем данных различных информационных служб. Причем в каждой стандартной полосе частот (6-7-8 МГц) в цифровом виде в направлении от головной станции к абоненту можно будет передавать от 4 до 10 телевизионных программ и дополнительные потоки цифровых данных.
В Европе в рамках проекта Digital Video Broadcasting (DVB) разработан комплекс стандартов для различных систем вещания, в том числе и для кабельных сетей (DVB-C). Все эти стандарты опираются на рекомендации МСЭ. В основу цифровой обработки изображения и звука положены алгоритмы, предусмотренные стандартом MPEG-2.
Стандарт DVB-C (EN 300 429), а также рекомендация ITU-T J.83 определяют кадровую структуру, кодирование и модуляцию в распределительных кабельных сетях. Предусмотрено применение квадратурно-амплитудной модуляции 16, 32, 64 QAM. Для защиты от ошибок при передаче данных используется укороченный систематический код Рида-Соломона с возможностью исправления 8 ошибочных бит в одном пакете. К каждому пакету MPEG-2 добавляется 16 проверочных байтов. Таким образом код имеет параметры (204,188). При использовании 32-QAM или 64-QAM приемные модули сигналов должны обеспечивать работу в полосе 48-862 МГц при входной чувствительности -57-80 дБ/мкВ. Наиболее выгодным представляется использование цифрового потока 34,368 Мбит/с в канале с полосой пропускания 7,9 МГц, что полностью согласуется с иерархической скоростью ЕЗ передачи цифровых сигналов. Восходящие потоки информации модулируются методом QPSK.
В настоящее время используются коаксиальные или гибридные волоконно-коаксиапьные сети с древовидной топологией.
Структура сети цифрового кабельного телевидения может быть построена по звездообразной конфигурации. Важнейшее требование к цифровой кабельной сети - двунаправленная передача. Основой такой сети являются районные сетевые узлы, объединенные между собой. Сетевые узлы подключаются к различным внешним коммутируемым сетям, а также к сетям передачи телевизионных программ. Зона обслуживания сетевого узла разбивается на сектора. Число абонентов в секторе не должно превышать возможностей пропускной способности восходящего потока информации. Волоконно-оптическая часть сети доводится до домовой распределительной сети, в которой используется коаксиальный кабель. Абонентское оборудование обеспечивает сопряжение терминалов пользователя с распределительной сетью.
Домовая распределительная сеть является наименее помехозащищенной частью распределительной сети, особенно в низкочастотной части диапазона.
В настоящее время принятый частотный план в СКТВ для России не совпадает с рекомендациями стандартов ETS 300 800 и J.112 ITU-T, определяющих построение интерактивных сетей кабельного телевидения. Следует отметить, что российским ГОСТом для обратного канала отведена достаточно узкая полоса частот (5-30 МГц) и необходимое расширение этой полосы требует дополнительного изучения. Существует ряд предложений по выделению полосы частот для восходящего потока, однако наиболее вероятным является расположение этой полосы в низкочастотной области спектра 5-862 МГц. Остается на основе расчета трафика определить минимальную полосу частот для обратного канала. При расчете трафика следует учитывать такие виды информации, которые будут загружать обратный канал: телефония и передача данных, видеотелефония и видеоконференцсвязь, телевизионный сервис, подача ТВ программ по запросу абонентов (NVoD, IVod), радиовещательный сервис, доступ в Internet, включая мультимедиа, выход в справочные службы, заказ билетов и покупок на дому, банковские операции на дому, телеигры, участие в аукционах, участие в опросах общественного мнения и голосовании, системы охранной и пожарной сигнализации, датчики коммунальных услуг и т. д. По предварительным оценкам, для сектора, состоящего из 1000 абонентов, необходимая полоса частот составит от 30 до 50 МГц.
В настоящее время в России десятки миллионов семей пользуются услугами телевидения. При этом большинство подключены к системам коллективного приема различных поколений: "антенна на подъезд" крупная система коллективного приема телевидения (КСКПТ) и система кабельного телевидения (СКТВ). Первый вариант коллективного приема - "антенна на подъезд" - представляет собой преимущественно пассивную сеть с направленными частотно-зависимыми ответвителями. При необходимости усиления ТВ сигнала применялся один каскад канальных или диапазонных усилителей, либо дециметровые конверторы. КСКПТ и СКТВ строились для повышения качества ТВ приема. В системах применялись головные станции с поканальной обработкой сигналов и конвертированием каналов по частоте: широкополосные магистральные и домовые усилители с полосой пропускания 40-240 МГц без обратного канала и частотно-независимые магистральные ответвители и абонентские разветвители. Наиболее активно строительство таких систем осуществлялось в 80-е и 90-е годы и несмотря на их ограниченные возможности в части увеличения числа передаваемых ТВ каналов, интерактивности и использования для решения многофункциональных задач телекоммуникационной сети, продолжается в ряде мест до настоящего времени.
Понимая, что на создание линейных сооружений телекоммуникационной сети расходуется более 80% капиталовложений, весьма печальным является факт полной бесперспективности КСКПТ и СКТВ, построенных по указанному принципу. Реконструкция распределительных сетей этих систем с целью превращения их в коаксиальные узлы (кусты) любой емкости для многофункциональных систем невозможна без полной замены всех компонентов - коаксиальных кабелей, пассивных элементов и усилителей, так как не только не обеспечивается требуемый диапазон частот даже при замене пассивных и активных элементов сети, но и при любых изощрениях на существующих сетях не добиться требуемых (при условии распределения четырех - пяти десятков каналов аналогового телевидения) минимального уровня комбинационных помех, номинального уровня входного сигнала на абонентской точке и т.д. Таким образом, эти распределительные сети обречены и строительство их сегодня исторически не оправдано. Прекратить этот процесс и дать рекомендации, каким образом поступать при расширении или реконструкции сети в каждом конкретном случае, видимо, задача Ассоциации кабельного телевидения России и Министерства по связи и информатизации РФ.
Одновременно началось внедрение широкополосных СКТВ с обратным каналом 40-862 МГц в прямом направлении и 5-30 МГц полоса пропускания обратного канала. Архитектура этих сетей подчиняется исключительно интересам передачи сигналов кабельного телевидения.
Таким образом возможности этих систем будут корреспондироваться с задачами, которые будут решаться широкополосными многофункциональными интерактивными сетями, в основу которых положено использование волоконно-оптических систем для передачи аналоговых и цифровых сигналов на большие расстояния в вещательном и интерактивном режимах с высоким качеством. При этом область услуг не будет ограничиваться интересами традиционных объемов телевизионного и радиовещания. Уже сегодня становится очевидным предложение вышеуказанных услуг.
Вероятно, что простая замена части магистральной коаксиальной сети не обеспечит полного использования возможностей ВОЛС и резко ограничит размеры и технические возможности СКТВ. Следовательно, адаптация широкополосных СКТВ в телекоммуникационные сети требует пересмотра архитектуры сети самой СКТВ.
Традиционно архитектура СКТВ большой емкости (5 и более тысяч абонентов) представляет собой древовидную структуру. Такая архитектура для коаксиальных (особенно однонаправленных) сетей давала наилучшее соотношение цена - качество. Однако для интерактивной сети такое построение имеет ограничение возможностей по обратному каналу. В гибридных сетях каждая часть в той или иной мере предъявляет некоторые специфические требования друг другу - оптоволоконная к качеству сигнала, доставляемому по коаксиальной сети и соответственно наоборот. При проектировании СКТВ расчет параметров ограничивался определением оптимального уровня сигнала на выходе абонентского присоединительного устройства и выходного уровня для последовательно включенных усилителей, ограничиваемого только величиной шума. Для включения СКТВ составной частью в гибридную волоконно-коаксиальную сеть необходимо произвести перерасчет с учетом интермодуляционных искажений второго (CSO - Composite Second Order) и третьего порядка (СТВ - Composite TripleBeat). В зависимости от параметров волоконно-оптической части сети, предшествующей коаксиальной, к последней при перерасчете могут быть предъявлены дополнительные требования не только по изменению выходных уровней усилителей и ограничению количества каскадов усиления, но и некоторому переустройству домовой распределительной сети с целью увеличения минимальных уровней сигналов на отводах абонентских разветвителей.
Вероятнее всего, такие изменения окажутся в пределах возможности реконструкции системы и не потребуют ее глобального переустройства, т.е. значительных капитальных затрат. Тем не менее при проектировании и строительстве широкополосных интерактивных СКТВ необходимо учитывать, и мировая практика это подтвердила, что на данном этапе наиболее экономически эффективным вариантом построения телекоммуникационных сетей, обеспечивающих абонентский доступ с многофункциональными задачами, являются гибридные структуры с использованием волоконно-оптических и коаксиальных кабелей. В обозримый период телекоммуникационные сети, используемые, в частности, для передачи ТВ сигналов, должны иметь структуру и использовать системы передачи, совместимые с традиционными аналоговыми и все более широко внедряемыми цифровыми. ТВ каналы в широкополосных сетях занимают огромную, несоизмеримую по ширине диапазона с другими видами информации полосу, и доставка этих сигналов абонентам в цифровой форме представляет наибольшую сложность. Надо полагать, что в ближайшее десятилетие гибридные сети будут доминирующей структурой, при этом будет использоваться преобразование ТВ сигналов в цифровой форме в аналоговую как для группы абонентов, так и применяться индивидуальные абонентские терминалы. Процесс создания сети абонентского доступа на базе волоконно-коаксиальных распределительных сетей может быть ускорен лишь при следующих основных условиях:
разработка нормативно-технической базы, позволяющая приступить к массовому проектированию сетей по гибридной технологии
повсеместное построение транспортной информационной магистрали, формируемой с учетом передачи имеющихся и перспективных сигналов ТВ
оперативное переоборудование широкополосных интерактивных СКТВ в коаксиальные узлы, обеспечивающие технические возможности современных телекоммуникационных сетей.
Выполнение этих условий позволит избежать инвестиций в морально устаревшие или бесперспективные технологии.
В ряде городов РФ довольно активно ведутся работы по созданию информационных сетей с возможностью интеграции предоставляемых услуг. Наиболее интересной и высокопрофессиональной представляется созданная в Москве корпорацией "Комкор" высокопроизводительная транспортная магистраль - "Московская волоконно-оптическая сеть". В соответствии с концепцией "Комкор", используя существующие узлы SDH транспортной сети МВОС, в каждом регионе формируется своя сеть СКТ, которая делится на два основных уровня: транспортный и уровень доступа. На центральном узле транспортной сети формируется пакет ТВ каналов, который по ВОС передается на территориально распределительные узлы и через них на коаксиальную часть абонентам. Основной частью территориально-распределительного узла является аналоговый волоконно-оптический передатчик, сигнал с которого передается на группу оптических приемников. Для обратного канала используются цифровые передатчики и приемники. Каждый оптический приемник должен обслуживать группу абонентов порядка 500, благодаря чему сеть КТВ можно будет использовать для реализации услуг интерактивного телевидения и организации работы интерактивных цифровых каналов.
Как указывалось выше, для любой телекоммуникационной системы сеть является наиболее дорогостоящим и трудоемким ее участком. Поэтому на этапе перехода к полностью цифровым технологиям распределительные сети должны строиться с максимально возможным использованием традиционных структур и иметь возможность еще определенное время использовать системы передачи как цифровые, так и аналоговые.
о компании | услуги | статьи | вакансии | служба технической поддержки

Copyright © 1990-2010 Волоконно-оптическая техника. Все права сохранены.
Отдел продаж: sales@fot-company.ru +7 (495) 748-1730 |  +7 (495) 748-1724, 748-1725.

Дизайн FIRONdesign, 2001