Контрольная работа: Усилители для сетей кабельного телевидения
· высокий коэффициент подавления всех четных гармоник (до 20 dB и более);
· малый коэффициент возвратных потерь (return loss), гарантированный свойствами НО (при равенстве нагрузок на входных зажимах НО с произвольным значением иммитанса* выходной импеданс равен сопротивлению балансной нагрузки);
· *) Напомним читателям:
· импеданс (impedance) - полное сопротивление;
· адмитанс (admittance) - полная проводимость;
· иммитанс (immitance) - полное сопротивление или полная проводимость.
· коэффициент шума балансного усилителя близок (в идеальном случае равен) коэффициенту шума одиночного каскада;
кабельное телевидение усилитель сеть
· независимость настроек входной цепи с точки зрения минимизации коэффициента шума и максимизации коэффициента усиления. В общем случае минимальный коэффициент шума реализуется при иммитансе генератора, при котором не наблюдается максимизация коэффициента усиления. В этом случае входной коэффициент отражения |Гвх | <> 0. Иными словами, в балансном усилителе возможна реализация минимального коэффициента шума при идеальном согласовании;
· незначительный перекос АЧХ при климатических воздействиях (нулевой при равенстве температурных изменений иммитансов выходных транзисторов);
· повышенную надежность. Так, при выходе из строя одного из усилителей, сохраняется работоспособность усилителя с понижением коэффициента передачи на 6 dB;
· простоту реализации малой неравномерности АЧХ за счет использования простейших диссипативных выравнивающих цепей. Монотонность АЧХ существенно упрощает ее коррекцию путем использования частотных эквалайзеров.
Столь высокие преимущества усилителей, построенных по балансной схеме, и снижение цены на выходные микросхемы (в основном, от фирм Philips и NEC) за счет увеличения объема их выпуска, привели к массовому переходу практически всех фирм на производство усилителей такого типа. Типовой максимальный уровень выходного сигнала таких усилителей составляет 119-121 dBmV (IMD3 <= - 60 dB).
Дальнейшее стремление повысить линейный выходной уровень привело к созданию двухбалансных усилителей (power doubler), построенных по такому же принципу и обладающих теми же достоинствами. Теоретически максимальный уровень выходного сигнала усилителей класса power-doubler превышает аналогичный уровень усилителей класса push-pull на 3 dB, практически - на 2 dB (за счет потерь в ферритовых НО) и обычно составляет 121.123 dBmV (IMD3 <= - 60 dB).
Выходные каскады усилителей собираются с использованием гибридной технологии, при которой большинство пассивных компонентов выполняется методом тонкопленочной технологии, а дискретные активные приборы и ферритовые НО непосредственно устанавливаются на керамическую подложку.
В последнее время с целью дальнейшего повышения линейности усилителей стали использовать GaAs транзисторы, обладающие расширенным динамическим диапазоном (в сравнении с кремниевыми транзисторами). При этом используют каскадную схему с динамической нагрузкой (схема Дарлингтона). Примером могут служить новые усилители GPV851, LA86-3D (Hirschmann) и U8xx-F8-36Y (Vector), обладающие Umax3 = 124,5 dBmV.
| ТАБЛИЦА 1 | ||
| Число транслируемых каналов | DU1 (3), dB | DU1 (2), dB |
| 1 | -3,0 | -1,1 |
| 2 | 0 | 0 |
| 3 | 1,8 | 0,7 |
| 4 | 3,0 | 1,1 |
| 5 | 4,0 | 1,5 |
| 6 | 4,8 | 1,8 |
| 7 | 5,5 | 2,1 |
| 8 | 6,0 | 2,3 |
| 10 | 7,0 | 2,7 |
| 12 | 8,0 | 3,0 |
| 16 | 9,0 | 3,4 |
| 20 | 10,0 | 3,8 |
| 24 | 11,0 | 4,1 |
| 40 | 13,0 | 4,9 |
| 50 | 14,0 | 5,3 |
| 60 | 15,0 | 5,6 |
Рис.5 Рис.6
Частотный диапазон прямого канала определяется полосой пропускания активных элементов усилителя - транзисторов. Старые отечественные усилители серии УМ имеют верхнюю частоту 240 МГц и пригодны только для сетей с числом транслируемых аналоговых каналов не более 12-16 при условии использования головной станции (ГС), позволяющей работать в соседних (смежных) каналах.
Однако все возрастающие потребности населения в развлеениях и получении информации привели к тому, что в Европе за последние 10 лет число транслируемых каналов возросло до нескольких десятков. Все это потребовало существенного увеличения пропускной способности кабельных сетей и, в первую очередь полосы пропускания усилителей, которая в Европе, а теперь уже и во многих городах России, в настоящее время составляет 47-862 МГц. КСКТП, построенные на таких усилителях, позволяют транслировать 50-70 каналов, что с учетом цифрового уплотнения (например, путем использования стандарта MPEG-2) эквивалентно передаче свыше 200 TV программ. Такие КСКТП обладают минимальной стоимостью в пересчете на канал, однако они дороже старых сетей в пересчете на одного абонента, так как, во-первых, применение более мощных и широкополосных современных усилителей повышает общую стоимость оборудования, во-вторых, расширение полосы приводит к сокращению длины регенерационных участков и, следовательно, к увеличению числа усилителей при той же длине магистрали. В табл.2 представлены ориентировочные значения максимально возможного числа транслируемых каналов. Разумеется, что приведенные значения уточняются в каждом конкретном случае после определения частотного плана конвертации.
| ТАБЛИЦА 2 | ||||
| Число транслируемых каналов | ||||
| Вид трансляции | 4>Верхняя частота полосы пропускания магистрального усилителя, МГц | |||
| 240 | 450 | 606 | 862 | |
| аналоговые каналы | 12-16 | 24-32 | 28-42 | 50-70 |
| цифровые каналы | 2-3 | 5-8 | 10-14 | 20-30 |
| всего программ | 18-22 | 30-45 | 50-80 | 100-180 |
Частотный диапазон реверсного канала. При трансляции сигналов в прямом направлении (downstream - нисходящий поток), нижняя частотная точка диапазона соответствует 47 МГц (частота первого телевизионного канала европейского стандарта CCIR). При этом участок диапазона 0-47 МГц оказался невостребованным. Именно наличие этого неиспользованного участка навело на мысль о создании наложенных интерактивных систем передачи информации. Полосу частот от 0 до начала диапазона ВI было предложено использовать для передачи сигналов в обратном направлении от абонента к ГС. Такой канал получил наименование реверсного (reverse channel) или обратного (return channel) канала. Частотное разделение прямого и реверсного каналов осуществляется путем включения частотных диплексеров на входе и выходе усилителей (рис.3). Конструктивно диплексер представляет собой звездообразно включенные фильтр верхних частот (ФВЧ или HP - High Pass) и фильтр нижних частот (ФНЧ или LP - Low Pass). Иногда вместо усилителя реверсного канала включают перемычку. Такой канал именуют пассивным (passive). Его коэффициент передачи обычно не хуже - 1,0. - 1,5 dB (удвоенные потери частотного диплексера на нижних частотах).
До недавнего времени верхняя граница реверсного канала определялась низкочастотной точкой спектра первого TV канала, т.е.47 МГц. Однако, с развитием интегрированных сетей потребности пользователей возрастали (в первую очередь, за счет высокоскоростного доступа в Internet и цифровой телефонии), и, соответственно, возникла необходимость в расширении полосы реверсного канала. Именно поэтому фирмы-производители перешли к производству усилителей с различной шириной полосы прямого и реверсного каналов.
В различных кабельных сетях может потребоваться различная полоса реверсного канала. Для удобства изменения частотного диапазона реверсного канала желательно, чтобы усилитель имел модульную конструкцию. Такая конструкция усилителя при модернизации КСКТП позволяет легко заменить частотные диплексеры (а не весь модуль реверсного канала) в зависимости от требуемой ширины диапазона реверсного канала без существенных затрат. Подобное решение использовано, например, в линейно/распределительных усилителях фирм Hirschmann, Vector, Arcodan и др.
В реверсном канале наиболее подверженной воздействию внешних электромагнитных наводок оказывается низкочастотная область (5-12 МГц). Уровни внешних наводок сравнимы с входными уровнями транслируемых сигналов, что часто на практике (особенно в крупных индустриально развитых городах) приводит к значительному снижению транслируемого отношения сигнал/помеха (S/D) на выходе усилителя реверсного канала.
Требования к ширине полосы реверсного канала снижаются, если высокоскоростные магистральные линии передачи строятся на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), как это делается в крупных КСКТП (а интерактивный сервис экономически целесообразно внедрять только в крупных КСКТП). Особенностью таких систем является то обстоятельство, что сигналы реверсного канала от оптического приемника в направлении к ГС передаются по отдельной оптической жиле. Это позволяет использовать реверсный канал с информационной полосой любой ширины. Именно по данной причине все вновь выпускаемые оптические системы предусматривают диапазон реверсного канала не менее 4-200 МГц. В непосредственной близости от оптического приемника (входящего в состав местной ГС) располагают цифровые коммутаторы, серверы и блоки частотно/временного уплотнения цифровых сигналов. Применение конверторов реверсного канала, входящих в состав профессиональных ГС (например, CSE7500, Hirschmann), позволяет на участке "последней мили" (т.е. в коаксиальных цепях) использовать усилители с частотным диапазоном реверсного канала не более 5-30.50 МГц (см. рис.4).
Рис.7 Рис.8
Диплексерная развязка (Decoupling between Forward/Return channel), т.е. уровень развязки между прямым и обратным каналами. Этот параметр редко приводится в паспортных данных на усилители. Тем не менее он является одним из важнейших при внедрении услуг интерактивного сервиса. Уровень развязки определяется избирательностью ФНЧ и ФВЧ.
Требуемая величина избирательности ФНЧ (см. рис.5) объясняется простым условием обеспечения устойчивости (в первую очередь усилителя реверсного канала), т.к. усилитель прямого канала по отношению к реверсному является петлей положительной обратной связи. Достаточно выполнения традиционных условий баланса фаз и баланса амплитуд, чтобы усилитель возбудился. Так как коэффициент передачи усилителя обычно не превышает 40.45 dB, достаточно избирательности ФНЧ величиной 20.25 dB.