Разработка модели кабельного телевидения СКТ – 4

Размещено на http:www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.1 Виды телевизионных сетей

1.2 Топология сетей доступа кабельного телевидения

1.3 HFC технология

1.4 FTTC технология

1.5 Стандарт DOCSIS технология

1.6 FTTB технология

1.7 FTTH технология

2 Разработка модели кабельного телевидения СКТ - 4

2.1 Антенный пост

2.1.1 Эфирный антенный пост

2.1.2 Спутниковый антенный пост

2.2 Выбор головной станции

2.3 Организация телестудии

2.4 Кабельная распределительная сеть

2.5 Ethernet и FTTB

3. Расчет сегментов СКТ

3.1 Расчет антенного поста

3.2 Головная станция Teleste

3.3 Расчет Ethernet сети для СКТ

3.4 Расчет кабельной сети района

Заключение

Список литературы

Приложение А. Техническое задание

Введение

Наступивший XXI век может быть охарактеризован бурным развитием процессов информатизации во всех сферах человеческой жизни, объединяющим людей из разных стран, без географических и геополитических границ. Информация, роль которой в таком обществе, часто именуемым информационным (постиндустриальным) неумолимо возрастает, становится не только фактором общения, обладания новыми знаниями, но также и важнейшим средством производства. В прошлом веке главным источником информации являлось телевидение, с развитием информационных технологий еще одним источником информации стал интернет. Сейчас происходит конвергенция этих двух источников информации в один. Важную роль в этом объединении сыграло кабельное телевидение. Первые сети кабельного телевидения появились США в середине 50-х годов, которые создавались для доставки телевизионного сигнала, где эфирный прием был затруднен. Постепенно из отдаленных районов кабельное телевидение стали строить и в тех местах, где уровень эфирного сигнала был достаточным, привлекая абонентов новыми услугами и качеством обслуживания. кабельный телевидение сеть цифровой

На территории России только в 1979 году была принята законодательная база для создания кабельных систем коллективного приема, к 1989 году было построено несколько десятков сетей с общим числом 80000 абонентов. Последовавшая перестройка, политическая и экономическая нестабильность увеличила и без того огромное отставание с сфере информационных технологий. Сейчас наша страна переживает бурный рост телекоммуникационных технологий, в том числе кабельного телевидения. С одной стороны отсталость России в сфере кабельного вещания дает преимущества: можно построить новые сети основываясь на опыте зарубежных коллег, использовать новые технологии а не модернизировать старые которые морально устарели. С другой стороны нет опыта построения сетей такого рода и специалистов с таким опытом.

Итак, целью представленной работы является разработка модели сети кабельного телевидения. В соответствии с этой целью поставлены следующие задачи:

- провести анализ существующих телевизионных сетей,

- проанализировать ГОСТы регламентирующие строительство сетей кабельного телевидения, архитектуры и технологии организации сетей,

- исследовать основные принципы цифровой системы передачи данных,

- разработать алгоритм построения сетей кабельного телевидения,

- разработать и рассчитать сеть кабельного телевидения.

В качестве источников информации были использованы учебные и научные материалы, в том числе Интернет - ресурсы. Структура представленной работы обусловлена логикой исследования и включает введение, основную часть, включающую три главы, заключение с выводами, список использованных источников, приложения.

1. Существующие телевизионные сети

Для выполнения поставленных задач необходимо провести сравнительный анализ существующих общедоступных телерадиовещательных сетей, что даст возможность определить преимущества и недостатки этих сетей и сделать выводы о целесообразности разработки модели кабельного телевидения, для этого составим таблицу 1.

Таблица 1- сравнение традиционных телерадиовещательных сетей

Наименование сети	Достоинства	Недостатки
Эфирное телерадиовещание в метровом и дециметровом диапазонах	Беспроводное распространение сигналов Возможность охвата больших территорий площадью до1500 - 10000 кв. километров Возможность непосредственного приема сигналов на телеприемники Наличие развитой инфраструктуры	Ограниченная информационная емкость диапазонов Высокие удельные затраты на канал Необходимость излучения больших мощностей для охвата больших территорий Большое энергопотребление Большой размер санитарно-защитной зоны Потребность в сложных капиталоемких специальных сооружениях (мачты, башни) Низкая помехозащищенность Большие затраты при переходе на цифровое вещание Потребность в больших
		количествах распределительных линий между передатчиками
Спутниковое телевидение	Возможность охвата больших территорий свыше 10000 кв. километров Высокое качество аналогового вещания вследствие использования частотной модуляции Открытое распространение сигналов Значительная информационная емкость вследствие большой емкости диапазона и большого количества ИСЗ - источников сигнала на орбите Быстрый переход на вещание в цифровом виде Большие возможности по созданию глобальных сетей	Необходимость применения дорогостоящего приемного оборудования с перенацеливаемыми антеннами для приема сигналов с разных ИСЗ Трудности с размещением индивидуальных антенн значительного размера Недостаточная надежность антенных приводов в плохих погодных условиях Более высокая стоимость приема закрытых программ по сравнению с кабельными сетями Дорогостоящий космический сегмент Для каждого отдельного телевизора нужен свой тюнер Высокие цены на оборудование для интернета Прием сигнала только в зоне прямой видимости
Сети кабельного телевидения	Невысокие затраты на канал при увеличении числа каналов Возможность предоставления дополнительных услуг, Интернет, телефон и других Возможность простого контроля абонентов в коммерческой сети Высокое качество сигнала Возможность непосредственного приема сигнала на телеприемники Огромная информационная емкость Высокая помехозащищенность Возможность усовершенствования без капитального строительства	Требует значительных инвестиций при строительстве Экономическая неэффективность применения в местах с низкой плотностью населения Значительные эксплуатационные затраты

Таким образом, сети кабельного телевидения являются оптимальным вариантом по соотношению цена-качество. В свою очередь сети кабельного телевидения согласно ГОСТ Р 52023-2003 по масштабу распределения на СКТ-1 строится для нескольких отдельных зданий, СКТ-2 район города, СКТ-3 город (округ города), СКТ-4 регион (город).

Разработку сети кабельного телевидения нужно осуществлять в классе СКТ-4, выбор обоснован высокой урбанизацией территории страны, также сеть меньшего размера не сможет эффективно бороться с возросшей конкуренцией.

Также для разработки алгоритма построения СКТ необходимо рассмотреть разделение СКТ по применяемым архитектурам сети и технологиям, рассмотреть основные достоинства и недостатки этих архитектур и технологий.

1.2 Топология сетей доступа кабельного телевидения

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: «кольцо», «точка-точка», «дерево с активными узлами», «дерево с пассивными узлами».

Рис. 1 - Топология «Кольцо»

Кольцевая топология на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит также хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную - «сжатых» колец (collapsed rings) для увеличения пропускной способности и резервирования применяют двойное кольцо. Чтобы избежать снижения надежности сети применяют кольцо меньшего размера называемые еще субмагистральными.

«Точка-точка» (P2P)

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например, использующих оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

Недостатком топологии является большие затраты на кабели так как протяженность кабельных линий резко возрастает.

Рис. 2 - Топология «точка-точка»

«Дерево с активными узлами» - это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Рис. 3 - Топология «дерево с активными узлами»

«Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)»

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологии «точка-многоточка» P2MP (point-to-multipoint) , которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия от второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так по оценкам компании NTT конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости к центральному узлу оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя сокращение длины оптического волокна практически нет. Более того, если расстояния до абонентов не велики с учетом затрат на эксплуатацию оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.

Рис. 4 - Топология «дерево с пассивным разветвлением»

Современный этап развития СКТ характеризуется существенным увеличением канальной емкости, организацией интерактивности, внедрением передачи сигналов в цифровой форме (интернет, телефония, цифровое телевидение). В настоящее время существует технологий строительства сетей кабельного телевидения и еще больше обозначений, которыми именуют эти технологии. Воспользуемся терминами, использованными в книге З.А. Зима «Системы кабельного телевидения». Рассмотрим основные технологии построения сетей кабельного телевидения: HFC (Hybrid Fiber Coaxial) - гибридные сети кабельного телевидения, FTTC (Fiber To The Carb) - оптика до группы домов, FTTB (Fiber To The Building) - оптика до здания, FTTH (Fiber To The Home) - оптика в дом, квартиру и стандарт DOCSIS (Data over Cable Systems Interface) стандарт передачи данных по кабельным сетям североамериканский.

1.3 HFC

Гибридные оптико-коаксиальные сети (HFC - Hybrid Fiber Coax) строятся, потрем основным технологиям, часто именуются классическими сетями. По HFC сетям передают как аналоговые, так и цифровые сигналы. При построении систем кабельного телевидения (СКТ) в подавляющем большинстве используют HFC сети, они обладают максимальной потенциальной широкополосностью из всех видов существующих сетей, как на магистральных участках, так и на участках абонентского доступа. HFC сети в настоящее время находят все большее и большее распространение благодаря широкополосности, мультимедийности, простоте формирования контента, возможности формирования равенства информационных потоков в обоих направлениях, доступа ко всем абонентам, высокой надежности и простоте обслуживания.

Рис. 5 - Технологии сетей кабельного телевидения

В сетях HFC транспортная сеть строится на оптическом волокне или арендуется, она связывает между собой головную и узловые станции, топология зависит от количества узловых станция.

По оптическим магистралям и субмагистралям сигнал подается от узловой головной станции к оптическим узлам. От них строится коаксиальная распределительная сеть использующая кабель большого диаметра и имеющий малые потери (не хуже 0,07 дБ/100 м). Общая протяженность такого кабеля может составить не более трех километров, так как при изменении температуры затухание сигналов в коаксиальном кабеле может измениться на столько, что сеть кабельного телевидения окажется не работоспособной.

1.4 FTTC

FTTC (Fiber To Carb) - оптика до группы домов, с FTTC архитектуры и начиналось строительство HFC сетей (рис.6). Позже, в связи со снижением цен, как на оптическое активное оборудование, так и на оптический кабель, появилась возможность построения FTTB и даже FTTH архитектур. Тем не менее, цена на FTTC сети остается наименьшей в сравнении с любой другой архитектурой в силу следующих положений:

Цена на оптический узел при прочих равных условиях всегда будет выше цены коаксиального усилителя при прочих равных условиях.

Цена оптического передатчика будет значительно выше цены на оптический узел. Стоимость монтажных и инсталляционных работ на волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) будет выше аналогичной стоимости на коаксиальные сети.

Очевидно, что некоторые из функциональных зон могут и отсутствовать (например, вторичная ВОЛС, вторичная головная станция - ВГС или цифровая транспортная магистраль).

Частным случаем реализации такой технологии является стандарт DOCSIS.

1.5 DOCSIS

DOCSIS - это технология, предоставляющая возможность быстрого и недорого развертывания услуги передачи данных для абонентов сети СКТ. С технической стороны технология выглядит довольно просто. Для внедрения услуги необходимо установить головной кабельный модем и предоставить пользователям на условиях покупки или аренды абонентские кабельные модемы. Единственной сложностью в данном случае будет являться поддержка в сети СКТ обратного канала. Во многих случаях сети СКТ уже проектируются и строятся с поддержкой обратного канала. Если этого нет, то затраты на замену усилителей составляют вполне измеримые величины. В случае применения DOCSIS скорость передачи прямого и обратного канала будет разделяемой между абонентами кластера сети СКТ, то есть между абонентами зоны обслуживаемой одним головным кабельным модемом. Количество абонентов в кластере определяется исходя из уровня 30% охвата услугой абонента сети. В зависимости от модели головного кабельного модема и структуры сети число абонентов в одном кластере будет примерно от 1000 до 2000. В результате скорость передачи данных для отдельного абонента будет, не высокая, но в целом приемлемого качества для использования сервисов сети и интернет достаточна. Что касается эксплуатационных характеристик, то такая сеть потребует значительных усилий на этапе строительства или модернизации и в процессе настройки уровней обратного канала. Также важно - технология DOCSIS чувствительна к шумам, что может проявиться в виде повышенного процента отказов в период эксплуатации, связанного с климатическими изменениями параметров кабеля и оборудования, что немаловажно для России.

1.6 FTTB

FTTB (Fiber To The Building) - оптика до здания. Под такой технологией понимают относительно глубокое проникновение оптики до абонента, т.е. работу оптического узла (ОУ) в среднем на 100…250 абонентов (например, 9…12-ти этажный дом на 4…6 подъездов). При этом после ОУ каскадно включается обычно не более одного коаксиального усилителя. Учитывая, что стоимость оптико-волоконных кабелей, оптических передатчиков и приемников постоянно снижается, в ближайшем будущем технология FTTH будет оправдана. Первым этапом для постройки FTTH является строительство FTTB сетей.

В волоконно-оптическом кабеле, проходящем до оптического узла здания, используется как минимум, три активных волокна. Стоимость кабеля с числом волокон менее восьми меньше чем, стоимость магистрального коаксиального кабеля. По паре волокон обеспечивается канал связи сети с иерархией Ethernet 10/100/1000. К абоненту прокладывается витая пара длинной до 200 метров на интерфейсы 10 Base-T или 100 Base-TX. При подключении индивидуальных абонентов лучше полностью отказаться от мультиплексоров, а все каналы сделать дуплексными. Использование коммутаторов позволит организовать иерархию по скоростям, ввести тарификацию абонентов при их подключении к 10 Base-T или 100 Base-TX, а также использовать более скоростные каналы на магистральных участках сети.

По одному волокну можно передавать широковещательный телевизионный сигнал на домовой оптический приемник, усилитель линейный прием этого сигнала в электрический и передачу его в коаксиальный кабель в полосе частот порядка 1 ГГц. При замене HFC на FTTB домовой усилитель удаляется, а пассивный фрагмент коаксиального кабеля полосой 300 МГц с цифровым трафиком в стандарте MPEG-2 выше 1 МГц сохраняется. Обратного канала в такой сети нет. В отличие от традиционного построения HFC сетей, где после оптического узла устанавливают несколько последовательных коаксиальных усилителей, в FTTB сети интермодуляционные искажения создают только оптические приемо-передающие устройства. Для системы управления используется интерактивный канал Ethernet.

Особенностями технологии FTTB являются:

Повышенная надежность. Как известно из практики, наибольшее число отказов приходится именно не на ВОЛС, а на коаксиальные сети. Ввиду наличия каскадно включенного не более одного усилителя (например, усилитель на подъезд), вероятность отказа является низкой.

Простота построения параллельных цифровых сетей является наиважнейшим достоинством FTTB технологии. При этом под параллельную цифровую сеть выделяется отдельное оптическое волокно (вместо жилы под реверсный канал).

Снижение шумов ингрессии достигается за счет малого числа абонентов, подключаемых к одному ОУ. Более того, при использовании коллективных кабельных модемов (СМ), шумы ингрессии (основные источники шумов в реверсном канале), исходящие от абонентов, фактически исключаются, т.к. СМ включается на входе домового усилителя, в составе которого отсутствует усилитель реверсного канала.

Более высокие скорости цифровых потоков в реверсном направлении при неизменном числе частотных каналов обязаны исключительно числу upstream-приемников (приемники реверсного направления), устанавливаемых в составе головной станции кабельных модемов (CMTS). Увеличение числа upstream-приемников (следовательно, и увеличение суммарных скоростей в реверсном направлении) при сохранении отношения несущая/шум (C/N) стало возможным благодаря снижению числа абонентов, нагружаемых на один ОУ.

Простота реализации новых цифровых технологий, накладываемых на уже существующие FTTB сети. Классическим примером может служить новая перспективная технология EttH (Ethernet to the Home), разработанная компанией Teleste (Финляндия) и получающая все большее и большее распространение по всему миру. На рис.5 представлен фрагмент решения под названием Ethernet over Coaxial (EoC), которое обеспечивает доставку кадров Ethernet по коаксиальному телевизионному кабелю домовых распределительных сетей. Решение EoC не требует прокладки дополнительного кабеля, например UTP, и обеспечивает доступ к Ethernet сети на абонентской розетке, подключенной к коаксиальному кабелю оператора СКТ. Кстати, технология EttH от компании Teleste, позволяет и операторам FTTC сетей обойтись без прокладки ВОЛС до дома при строительстве Ethernet сетей. Представлена схема решения Virtual Fiber («виртуальное волокно»), обеспечивающая доставку Ethernet (100 Мбит/с) по существующим сетям кабельного телевидения. Более того «виртуальное волокно» может работать в сетях КТВ параллельно с Docsis.

Возможность использования экономичных ОУ достигается за счет того простого факта, что вслед за ОУ устанавливается мощный домовой усилитель, следовательно, к выходному каскаду ОУ (а именно величиной его максимального выходного уровня и определяется ценовая политика ОУ) не предъявляется жестких требований как по коэффициенту усиления, так и по выходному уровню.

Работа при низких входных оптических мощностях достигается благодаря тому факту, что последующий домовой усилитель фактически не вносит вклада в снижение S/N из-за его высокого выходного уровня. Именно работа при низких входных оптических мощностях допускает использование малого числа оптических передатчиков (следовательно, уменьшается стоимость ВОЛС в целом) при большом числе ОУ.

Таким образом, можно смело утверждать, что именно FTTB технология HFC сети является наиболее выгодной для российских условий эксплуатации как с точки зрения ценовой политики, так и с точки зрения реализации высоких технических параметров.

Следует также добавить, что при исполнении FTTB технологии на базе универсальных платформ серии AC (Teleste), возможна дальнейшая экономичная модернизация до FTTH технологии за счет простой установки в АС платформу (в начальной поставке это коаксиальный усилитель) приемного оптического модуля.

1.7 FTTH

FTTH (Fiber To The Home) - оптика в дом, квартиру. Применительно к российским условиям эксплуатации такое решение является очень дорогостоящим, т.к. требует большого числа оптических передатчиков (цена на которые много выше цены на оптические приемники). В связи с этим, под FTTH понимаются чисто волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), выходы оптических узлов (ОУ) которых непосредственно (т.е. без дополнительных усилителей) связаны с абонентскими терминалами, например, STB (Set-Top-Box) или телевизором. Очевидно, что использование технологии FTTH подразумевает под собой большее число ОУ и более протяженные ВОЛС в сравнении с любой другой технологией (FTH или FTTB).

Технология FTTH обладает следующими отличительными особенностями:

Более высокая надежность. Действительно, все мультисервисные сети передачи данных и телевидения, построенные только с использованием оптических активных компонентов, как правило, обладают очень высокой надежностью. Важен и тот факт, что отпадает необходимость в использовании дистанционного (т.е. по коаксиальному кабелю) питания, которое часто доставляет много хлопот кабельным операторам. Более того, если предусмотреть резервные оптические волокна (ОВ) в волоконно-оптическом кабеле (ВОК), появляется возможность реализации ручного и/или автоматического резервирования как по направлениям (кольцевое резервирование), так и по жилам с минимальными затратами.

Простота переконфигурации сети за счет установки в основных узлах распределения оптических кроссовых шкафов. Перекоммутация осуществляется за счет простейшей переустановки патчкордов по соответствующим направлениям (с помощью пигтейлов.

Простота построения параллельных сетей является одним из важнейших достоинств. Ведь ВОЛС представляет собой идеальную многоканальную (на физическом уровне) транспортную сеть с великолепными особенностями: сверхширокополосность, помехозащищенность от всех видов электромагнитных наводок, малые погонные потери, низкая чувствительность к температурным воздействиям, высокая защита от несанкционированного подключения и др. Наиболее часто в таких сетях услуги передачи данных (включая доступ в Internet) реализуются с использованием Ethernet технологии, как наиболее универсальной и скоростной.

Возможность отказа от реверсного канала в традиционных HFC сетях использующих стандарт DOCSIS. Такая возможность появляется при наличии параллельных Ethernet сетей, которые изначально являются двунаправленными. Кстати, реализация услуг передачи данных в мультисервисных сетях на базе параллельных Ethernet сетей позволяет добиться дополнительной экономии за счет использования экономичных ОУ без передатчиков реверсного направления, например, ORX-422 или ORX-101 производства «Макротел», Россия. Значительное снижение шумов ингрессии в реверсном канале при условии достаточности приемников реверсного направления (Upstream). Более высокие скорости цифровых потоков в реверсном направлении при неизменном числе частотных каналов обязаны исключительно числу upstream-приемников, устанавливаемых в составе головной станции кабельных модемов (CMTS). Иными словами, если при HFC технологии наращивание числа upstream-приемников не имело практического смысла в силу значительной величины C/NC, то при FTTH технологии имеет явный смысл наращивания таких приемников. Более того, такие приемники могут уже работать как при смешанной оптической технологии на одной частоте, так и при классической технологии (upstream-приемник на кластер или сегмент) на нескольких частотах. Простота реализации новых цифровых технологий, накладываемых на уже существующие FTTH сети. Классическим примером может служить новая перспективная технология ETTH (Ethernet to the Home), разработанная компанией Teleste (Финляндия) и получающая все большее и большее распространение по всему миру. Упрощенная схема задействования такой технологии применительно к FTTH. Технология FTTH при более низких затратах в сравнении с DOCSIS позволяет достичь скорости в 100 Мбит/с в прямом и реверсном направлениях при быстром развертывании Internet, VoIP, IPTV и др. Весьма важным является тот факт, что быстрое развертывание технологии FTTH возможно даже на весьма устаревших сетях, работающих до 240 МГц, что выгодно отличает ее от других предлагаемых технологий.

Не вдаваясь в математический анализ, можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

Сети с FTTH технологией несколько дороже аналогичных сетей с FTTC технологией. Разница в ценовой политике обычно составляет порядка 10-30 %.

Без учета стоимости дополнительного оборудования для предоставления услуг по передаче данных и правильного выбора оборудования по ценовой политике с учетом специфики структуры FTTH сети, разница в суммарной стоимости может быть сведена к нулю.

Сети построенные по технологии FTTB близки по своим особенностям к FTTH сетям, однако несколько дешевле FTTH сетей и дороже FTTC сетей.

Сети построенные по технологии FTTH за счет прокладываемой многожильной оптики допускают одновременное наложение перспективных высокоскоростных универсальных Ethernet сетей.

Вновь стоящиеся сети целесообразно сразу строить по технологии FTTH с последующим их наращиванием до параллельных сетей.

Для операторов, уже эксплуатирующих HFC классическую сеть, не имеет смысла бросаться до тотальной перестройки своей сети до технологии FTTH. Логичнее действовать поэтапно, подтягиваю оптику ближе к абоненту, но при этом сразу резервировать ОВ под будущие перспективные цифровые технологии. Построение комбинированных FTTH сетей имеет свои особенности, особенно в рамках жесткой ценовой политики. При разработке сети нужно также учитывать востребованость абонентами услуг предоставляемых оператором кабельного телевидения. Несомненно, технология FTTH превосходит остальные рассмотренные технологии по всем параметрам, кроме цены стоимости оборудования и последующего монтажа элементов сети. Дороговизна оборудования отразится прежде всего на стоимости подключения и тарификации. В итоге конкуренты имеющие не столь совершенное оборудование будут наблюдать постоянный приток клиентов и увеличение прибылей, строить сеть по технологии FTTH экономически не выгодно.FTTC и FTTB технологии похожи ценовая разница при их построении несущественна и составляет не более 10%, но FTTB имеет ряд преимуществ: более глубокое проникновение оптической составляющей и как следствие легкая модернизация до FTTH. Также к достоинствам можно отнести низкую подверженность внешним факторам за счет уменьшения коаксиальной части.

2. Разработка модели кабельного телевидения

Для того чтобы разработать модель сети кабельного телевидения необходимо понять что такое модель. Модель -- некоторый материальный или мысленно представляемый объект или явление, замещающий оригинальный объект или явление, сохраняя только некоторые важные его свойства, например, в процессе познания (созерцания, анализа и синтеза) или конструирования. Разрабатываемая сеть будет обладать свойствами и параметрами свойственными сетям кабельного телевидения. Будет разработана методика расчета основных составляющих сети кабельного телевидения представленных на рис. 9.

Рис. 9 - Сеть кабельного телевидения

Разработка сети кабельного телевидения начинается с составления технического задания, которое в полном объеме представлено в приложении А. Техническое задание согласовывается между оператором сети и проектировщиком, в котором оговариваются основные требования к сети и проектной документации. В нашем случае не указан масштаб разрабатываемой модели сети кабельного телевидения, в сложившейся на рынке телекоммуникационных услуг ситуации для разработки будет выбрана сеть масштабом СКТ-4 согласно ГОСТ Р 52023-2003 и проектироваться для города Волгоград. В процессе выполнения дипломной работы выполним лишь некоторые пункты технического задания.

Выбор масштаба СКТ-4 обусловлен следующими факторами:

Высокая урбанизация территории России

В условиях плотной городской застрой расходы на монтаж и пуск наладку СКТ будут в десятки раз меньше чем в провинции.

Высокотехнологичные и дорогостоящие услуги более востребованы в городах в связи с более высокими доходами жителями городов

Затраты на строительство городской сети кабельного телевидения окупятся уже через 3-5 лет.

Из рассмотренных в первой главе технологий FTTB является, наиболее подходящей на её базе могут предоставляться услуги:

Телефония

Высокоскоростной доступ в интернет

Интерактивное телевидение

Дополнительные пакеты платных каналов помимо базового пакета.

Также за счет глубокого проникновения ВОЛС и уменьшения коаксиальной сети повышается надежность, простота построения параллельных сетей, легкость модернизации до технологии FTTН.

Строительство СКТ для города Волгоград.

Население города составляет 1086700 жителей. В городе 265000 квартир и частных домовладений, из них 52000 частный сектор, 47000 малоэтажная застройка. В центральной части города расположен исторический центр с большим количеством памятников архитектуры. Места компактного проживания населения расположены по окраинам города, где в многоэтажных домах проживают 166000 потенциальных абонентов сети. В городе плохо развита структура подземных коммуникаций, имеются ограничения по ее использованию. Все это наложило отпечаток на архитектуру оптической транспортной системы доступа, которая будет проектироваться для города Волгограда.

При разработке концепции системы доступа был произведен анализ возможных путей и методов построения сети. Была выбрана цифровая система передачи, - несомненно, современное и перспективное решение, которое сможет создать достойную конкуренцию уже существующим сетям кабельного телевидения.

На выбор системы передачи повлияла подписанная председателем Правительства Р.Ф. В. В. Путиным «Программы развития телерадиовещания в Р.Ф. на 2009-2015 годы». Эта программа подтвердила и конкретизировала планы Правительства по полному переходу к 2015 году на цифровое телевещание в нашей стране. Это означает, что к этому сроку полностью изменится формат эфирной трансляции и состав приемного оборудования у телевизионных абонентов.

В ходе разработки было принято решение строить цифровую сеть на длине волны 1550 нм. В этом случае стоимость сети несколько выше, чем при использовании на длине волны 1310 нм. Однако при разработке концепции были выявлены следующие преимущества применения ВОЛС на длине 1550 нм при строительстве КТВ в г. Волгограде: в будущем при увеличении количества абонентов передачи данных и телефонии можно последовательно сегментировать системы на более мелкие участки; при использовании мультиплексирования окно прозрачности 1550 нм потери сигнала значительно меньше.

Решение о применении при строительстве мультисервисной сети оптических технологий на длине 1550 нм позволило разбить строительство на этапы, что в будущем даст возможность последовательной сегментации сети при увеличении количества абонентов Интернета и телефонии.

При разработке концепции построения и выборе оптимальной конфигурации СКТ на базе транспортной сети с длинной волны 1550 нм были рассмотрены различные варианты построения КТВ: оптико-коаксиальная сеть (HFC); оптико-коаксиальная сеть, использующая пассивный канал (HFPC); оптико-коаксиальная сеть с оптикой, доходящей до здания (FTTB); оптика в квартиру (FTTH).

После рассмотрения стоимостных показателей различных способов построения оптической среды было принято решение о разработке стандартной FTTB. Таким образом, основные принципы построения мультисервисных сетей в городе Волгоград следующие: архитектура транспортной среды будет организовываться на базе FTTB-технологий, резервирование осуществляется только в прямом направлении, используемая длина волны 1550 нм.

Зоны обслуживания узловых головных станций также строятся по кольцевому принципу с резервированием только в прямом направлении на длине волны 1550 нм. От каждой узловой головной станции будет проходить от одного до трех оптических колец, соединяющих оптические узлы. От оптических узлов сигнал по коаксиальным сетям попадает абонентам. К каждому оптическому узлу подключается от 100 до 250 потенциальных абонентов с возможностью уменьшения зоны в два раза путем установления второго оптического приемника.

Коаксиальные магистрали с организацией независимых коаксиальных магистралей. Это дает возможность в будущем уменьшить зону обслуживания одного оптического приемника путем установки второго. Количество усилителей в каскаде минимизировано, не более трех включая, домовой. Домовая распределительная сеть - собственные независимые стояки будут строиться по топологии «дерево». Распределение программ по пакетам осуществляется при помощи фильтров.

На базе системы кабельного телевидения в города Волгоград построена сеть передачи данных и телематических служб. Транспортная сеть соединяет центральную головную стацию с девятью узловыми головными станциями. Центральная головная станция является основным узлом перераспределения внутреннего и внешнего сетевого трафика и выполняет функции объединения различных сетевых устройств передачи данных и телематических служб. Базовый протокол Ethernet (IEEE 802.3). Пропускная способность магистральных линий 1000 Мбит/с. Для более детального рассмотрения проекта построения сети кабельного телевидения. Разработаем и произведем расчет проекта сети для одного из районов города.

2.1 Антенный пост

Антенный пост является важной частью КТВ. От качества сигнала, подаваемого с выхода антенного поста на вход головной станции, будет зависеть качество сигнала абонента. Плохое качество входного сигнала не сможет исправить даже самая лучшая головная станция. Основной задачей при построении антенного поста является подбор оптимального оборудования для получения максимально возможного качества транслируемых программ.

В первую очередь оператор КТВ должен определить, какие программы будут интересны потребителям и должны транслироваться в сети. Затем определить какие программы будут приниматься из эфира, какие со спутника. Для этого изучается электромагнитная ситуация в городе, производится оценка качества транслирующих сигналов. Антенный пост можно разделить на две основные составляющие эфирную и спутниковую. Особое внимание необходимо уделить месту установки антенного поста. Антенный пост и головная станция должны находится в непосредственной близости друг от друга для минимизации длины кабеля снижения. Спутниковая часть антенного поста требует большой площади для размещения антенн и достаточной прочности перекрытия кровли. Эфирный антенный пост должен удовлетворять требованиям к качеству приема сигналов.

2.1.1 Эфирный антенный пост - предназначен для приема ТВ-программ наземного вещания. В городах с разноэтажной застройкой могут существовать неблагоприятные условия приема, характеризующиеся высокой интенсивностью отраженных сигналов и наличием теневых зон с низким уровнем напряженности электромагнитных полей. Подбор оборудования антенного поста должен осуществляться на основе проведенных контрольных измерения. Методика определения места установки приемной антенны подробна, изложена во «Временной инструкции по настройке крупных систем коллективного приема телевидения и систем кабельного телевидения».

Важное значение имеет выбор оборудования антенного поста. Основные параметры, подлежащие оценке при выборе оборудования антенного поста: диапазон принимаемых сигналов, коэффициент усиления, защитное отношение стоимость, механическая прочность, добротность, удобство при монтаже и наладке. Основной характеристикой приемной антенны является коэффициент усиления в прямом и обратном направлениях Ка (положительная величина, обычно выражаемая в децибелах) и коэффициент усиления в обратном направлении R (отрицательная величина, также выражаемая в дБ), также именуемым защитным соотношением.

Для городских условий важна разность этих параметров

S=Kус - R. (1)

В оборудовании антенного поста рекомендуется применять канальные фильтры с использованием канальных антенн или блоков фильтров телевизионных каналов для приема нескольких каналов с одной диапазонной антенны в диапазоне МВ.

При приеме программ в диапазоне ДМВ используются мачтовые усилители для компенсации потерь в кабеле и на разветвителе. В диапазоне МВ применение усилителей малоэффективно (вследствие низких потерь в кабеле).

При выборе мачтового усилителя основное внимание следует уделять собственному значению коэффициента шума усилителя Кш. Чем меньше данная величина, тем выше ОСШ на входе головной станции. Целесообразно применение малошумящих мачтовых усилителей с коэффициентом шума не более 3 дБ. Коэффициент усиления мачтового усилителя выбирается из условия реализуемости максимально допустимого входного уровня, подаваемого на вход модулей головной станции. Важным фактором при выборе мачтового усилителя является его надежность и возможность установки на мачте в непосредственной близости от антенны, так как длинный кабель между антенной и усилителем может израсходовать выигрыш по отношению сигнал шум от применения усилителей.

Усилители антенные состоят из одного или двух полосно-пропускающих фильтров и малошумящего усилителя, они бывают двух видов канальные и диапазонные. Канальные антенные усилители применяются при неуверенном приеме конкретного ТВ-канала и устанавливаются после канальной или диапазонной антенны, применяемой в качестве канальной. Например, в Волгограде не которых районах неуверенный прием был у 35 ТВК (ТНТ), для приема этого сигнала в схеме на рис. 12 использована диапазонная антенна, примененная в качестве канальной, а канальный усилитель антенны. Вещание 46 ТВК осуществляется, как и у большинства ДМВ-каналов, РТПЦ, однако уровень сигнала в точке приема довольно низкий (на 15-20 дБ ниже уровня остальных ДМВ-программ). При использовании диапазонного антенного усилителя вместе со слабым сигналом будут усилены и другие ДМВ-каналы, усилитель будет перегружен, а при использовании канального усилителя будет усилен только слабый сигнал, произойдет выравнивание сигналов.

Рис. 12 - Схема эфирного антенного поста

Если длины кабелей снижения антенн до головной станции довольно велики, для предотвращения потерь в кабеле можно установить диапазонный антенный усилитель на выходе диапазонной антенны. При приеме сигналов с нескольких диапазонных антенн применяют многодиапазонные антенные усилители, что позволяет уменьшить количество кабелей снижения и снизить общую стоимость оборудования.

Расчет отношения сигнал шум на входе головной станции осуществляется следующим образом. Определяется шумовая температура антенны:

(2)

где Ta - шумовая апертура антенны;

То=293, К;

f - несущая изображения, МГц;

А - постоянная, равная 1,5 для директорной антенны, 2 доля логопериодической и 1доля канальной.

Определяются суммарные шумы, вносимые кабелем, разветвителем, антенным усилителем:

(3)

где l_каб - длина кабеля снижения до усилителя головной станции, м;

а - потери в кабеле на частоте, несущей изображение, дБ/м;

F_ус(гс) - коэффициент шума мачтового усилителя или, если он не применяется, входного модуля головной станции, дБ;

L_разв - потери в разветвителе, устанавливаемом до усилителя или головной станции.

Рассчитываем мощность шума (Вт):

(4)

где, к=1,38*10²³ Дж/К- постоянная Больцмана,

П - ширина полосы видео, Гц;

Ta - шумовая апертура антенны, К.

Определяется уровень шума дБмкВ:

(5)

где, R= сопротивление антенны, Ом;

Р_ш - мощность шума, Вт.

Рассчитываем отношение сигнал шум :

(6)

где U_вых.АО - уровень сигнала на выходе антенны с нулевым коэффициентом усиления - результатам контрольных измерений, дБмкВ;

К_усА - коэффициент проектируемой антенны, дБ.

Практические выводы:

- с повышением частоты всё большее влияние оказывает коэффициент шума антенного усилителя;

- с повышением частоты снижается минимальный требуемый уровень сигнала на выходе антенны;

- во всех случаях целесообразно использование малошумящих антенных усилителей, повышающих отношение сигнал/шум на входе ГС (особенно для диапазона ДМВ);

- если антенный комплекс расположен далеко от телецентра, то решающую роль при подборе антенн играет максимальное усиление в требуемых каналах;

- при установке антенн в городе, недалеко от телецентра, важным фактором являются защитное отношение и ширина ДН. Именно эти параметры определяют уровень мешающих отражённых сигналов;

- для повышения качества приёма в крупных сетях следует применять канальные антенны в метровом и полосовые в дециметровом диапазонах.

2.1.2 Спутниковый антенный пост

Перед выбором оборудования спутникового антенного поста и проектированием, как и в случае с эфирным антенным постом, необходимо произвести контрольные измерения. Измерения проводят на месте предполагаемой установки спутниковых антенн на предмет выявления помех от радиорелейных линий, других видов связи для определения мест с открытыми направлениями на выбранные спутники и определения необходимых диаметров антенн.

При формировании программ спутникового телевизионного вещания желательно использовать профессиональные антенны, специально разработанные для крупных систем кабельного телевидения. Такие антенны должны обладать собственной шумовой температурой не более 25…30 К, что обеспечивает добротность приемной системы более 26 дБ при использовании малошумящих конвертеров с коэффициентом шума NF = 0,5 дБ в диапазоне 10,9…12,75 ГГц. Учитывая региональную специфику, диаметр рефлектора приемной антенны нужно рассчитывать исходя из условия формирования максимального отношения сигнал шум, для приема цифровых спутниковых каналов значение должно составлять не менее 14 дБ. Цифровая трансляция снижает требования к диаметрам антенн, но увеличивает требования к конвертерам.

2.2 Выбор Головной станции

Выбор Головной станции в системах кабельного телевидения предназначены для приема и обработки телевизионных сигналов с целью их последующего рас-пределения. Выходы центральной головной станции являются входами транс-портной сети (радиорелейной или, чаще, оптической), роль которой заключает-ся в доставке сигналов от оборудования головной станции к кабельным рас-пределительным сетям. Головная станция задает исходные параметры сиг-нала, поэтому именно она определяет возможное номинальное качество сиг-нала, приходящего в конечную абонентскую точку. Максимальное количество абонентов в системе коллективного приема ограничено шумовыми характери-стиками оборудования головной станции и характеристиками распределитель-ного оборудования.

Головная станция является одной из самых важных частей системы. От качества исходных сигналов будут зависеть все основные показатели системы в целом. Согласно спецификации ГОСТ Р 52023-2003, головные станции делятся на три класса: центральные, узловые и местные. Эта градация подразумевает не технические характеристики, а класс системы кабельного телевидения, то есть размер охватываемой территории и количество подключаемых абонентов. По техническим характеристикам головные станции подразделяются на три категории. Оператор определяет категорию головной станции исходя из класса сети кабельного телевидения, требований по надежности и стоимостных показателей. Станции третьей категории устанавливаются в небольших сетях, таких как коттеджный поселок, ведомственная сеть с небольшим количеством абонентов. Станции второй категории применяют на сетях с численностью абонентов до 10000. Такие станции позволяют осуществлять конвертацию каналов, обеспечивают более высокие параметры выходного сигнала.

В крупных сетях кабельного телевидения применяются головные станции 1-й категории, к которым предъявляют широкий спектр требований, основными

требованиями являются:

- высокое соотношение сигнала к шуму в связи с повышенными требованиями к качеству сигнала у абонента; удобство эксплуатации, гибкость конфигурации, возможность корректировки частотного плана конвертации;

- расширенный динамический диапазон; надежность эксплуатации, стабильность во времени выходных параметров, наличие общей шины управления и контроля компонентов станции, передатчиков ВОЛС и элементов сети;

- мультисистемность, мультистандартность и многофункциональность;

- полный динамический диапазон 47…862 МГц;

- стабильность выходных частот;

- наличие оборудование DVB/MPEG-2 для приема цифрового телевидения;

- наличие возможности подключения дополнительных групп абонентов и увеличения числа транслируемых каналов;

- трансляция УКВ(FM), ЧМ-радиопрограмм в обоих диапазонах с конвертацией;

- организация звукового стереосопровождения телепрограмм в кабельной сети и формирование звукового стереосопровождения в собственных каналах;

- совместная работа с оборудованием интерактивного сервиса;

- наличие компьютерного дистанционного контроля и управления всеми модулями, входящими в состав головной станции;

- возможность автоматического резервирования каналов;

- возможность непосредственного сопряжения с ВОЛС и дистанционного контроля оптических приемо-передающих устройств;

- дистанционный контроль входных/выходных параметров самой головной станции;

- минимальное групповое время задержки по любому из каналов;

- малая неравномерность АЧХ при высокой избирательности и помехозащищенности;

- удобство проведения периодических регламентных работ без нарушения работоспособности сети;

- наличие обратного приемного канала ;

- возможность быстрой адаптации к перспективным стандартам телевещания;

- наличие нескольких высокостабильных генераторов пилотсигналов;

- простота организации интерактивного сервиса;

- удовлетворение требованиям электромагнитной совместимости;

Конфигурация головной станции зависит от конкретных решаемых задач, запланированных при разработке сети: количества и типа транслируемых каналов, количества спутников с которых принимается сигналы, примененной системы кодирования. Разрабатывая модель сети кабельного телевидения строящиеся по архитектуре FTTB/FTTH, встает выбор: какую технологию использовать, DVB-C или IPTV.

Проанализируем основные достоинства и недостатки каждой технологии. Начнем с числа ТВ-программ. Обе технологии позволяют оператору предоставлять большое количество программ. При этом как DVB-C, так и IPTV имеют свои ограничения. Для DVB-C эти ограничения связаны с количеством свободных частотных каналов. Но чаще всего 10…15 частотных каналов бывает достаточно для трансляции интересного контента из 70…100 программ. Для IPTV ограничения по числу программ прежде всего связаны с пропускной способностью сети и качеством ее построения. Для устойчивой передачи видео в IP-сети необходима поддержка целого ряда известных сетевых протоколов для обеспечения всех видов IP-адресации (broadcast, unicast, multicast) и приоритета видео-трафика, при этом потеря IP-пакетов недопустима. Особенно актуальной проблема ширины полосы пропускания IP-сети становится в свете добавления интерактивных услуг, требующих передачи трафика методом unicast, таких, как «видео по запросу» (VoD), «персональный видеомагнитофон» (PVR), телевидение со сдвигом во времени (Time Shifted TV), когда на время предоставления такой услуги абоненту выделяется отдельный канал для передачи видео-трафика.

Безусловным преимуществом IPTV является сравнительная простота реализации интерактивных сервисов, поскольку IP-технология по своей природе изначально является двунаправленной. При этом, чтобы обеспечить максимально удобный и понятный абоненту пользовательский интерфейс, оператор вынужден вкладывать значительные средства в более «продвинутую» и, как следствие, более дорогую систему middleware. Технология DVB-C принципиально также позволяет организовать интерактивные услуги, такие, как, например, «виртуальный кинозал» (nVoD), а опыт кабельных операторов США показывает, что даже классическое «видео по запросу» вполне может быть реализовано. Однако если речь идет об услугах, требующих передачи трафика методом unicast, неизбежно возникают проблемы обеспечения обратной связи с абонентом. Обычно добавление подобных сервисов выливается в необходимость совершения абонентом дополнительных действий, часто требующих оплаты. Например, чтобы сделать запрос на просмотр фильма, необходимо позвонить по телефону, или отправить sms-сообщение, или заказать услугу через «личный кабинет» в Интернете. Интерактивная технология IPTV предоставляет абоненту возможность самостоятельно составлять желаемые пакеты программ из списка, предлагаемого оператором, и менять условия подписки в произвольный момент времени. При этом оператор может предоставлять как уже сформированные пакеты программ, взимая плату целиком за пакет, так и список программ, за каждую из которых абонент платит отдельно. Эти возможности обеспечиваются системами условного доступа (CAS), например, CAS IPTV VeriMatrix.

...