: архив : архив журнала "625" : 2000 : #1

Многоканальные системы наземного телевещания (MMDS)
Николай Мамаев

Системы MMDS (Multipoint Microwave Distrubution Systems) начали внедряться в практику в семидесятые годы в США, а в девяностые получили распространение уже по всему земному шару, охватывая около 10 млн. абонентов. Для этих систем в зависимости от конкретной страны используются частоты в полосе 2100…2900 МГц. Для России и стран СНГ выделена полоса 2500…2700 МГц.

Системы MMDS имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными системами наземного телевещания. Они имеют возможность передачи до 31 телевизионной программы в зависимости от стандарта при аналоговом сигнале и в 4-6 раз больше при модуляции цифровыми сигналами стандарта MPEG-2.

Радио- и телевещание ведется на экологически безопасном уровне, когда суммарная мощность передатчика не превышает 1000 Вт (в основном 1-10 Вт). В применяемых сейчас системах ТВ-вещания используются передатчики мощностью в метровом диапазоне до 50 кВт, в дециметровом - до 10 кВт, при этом уровень электромагнитного поля вблизи телецентров значительно превышает допустимые нормы.

Системы MMDS позволяют устранить так называемые "мертвые зоны" в крупных городах с многоэтажной застройкой. Они обеспечивают значительную экономию средств по сравнению со строительством систем кабельного телевидения. Если в разветвленной кабельной сети требуется перекрыть отдельные участки длиной 5…20 км, то вариант с ретранслятором соответствующей мощности (см. табл. 3) может оказаться предпочтительнее прокладки кабеля.

Существенно уменьшаются эксплуатационные расходы благодаря отсутствию протяженных магистральных и субмагистральных линий.

Повышается надежность системы теле- и радиовещания, так как кабельные линии легко повреждаются при различного рода реконструкциях, проводимых в городах, и при чрезвычайных ситуациях (землетрясения, оползни, ураганы и т.п.).

Время развертывания системы MMDS в зависимости от ее конфигурации лежит в пределах от нескольких дней до двух-трех недель. Система мобильна - в случае необходимости без особых затрат может быть передислоцирована в другой район.

Через MMDS могут предоставляться услуги доступа в Интернет.

Источником сигналов для телевизионных программ могут быть:

• приемная установка спутникового телевидения;
• профессиональное оборудование наземного телевидения;
• телевизионные и звуковые студии, в том числе и передвижные установки;
• радиорелейная станция прямой видимости;
• головная станция кабельного телевидения.

В перспективе предполагается сопряжение передающей станции MMDS с источником передачи данных, компьютерными сетями и телефонной связью общего пользования (ТСОП).

Передатчик головной станции с помощью антенны в зависимости от конфигурации зоны охвата создает либо круговое равномерное облучение, либо в заданном секторе. При необходимости увеличения зоны или преодоления препятствий устанавливаются ретрансляторы, работающие в автоматическом режиме.

Для защиты от несанкционированного приема, а также при коммерческом использовании, система может быть доукомплектована шифратором и компьютером с необходимым программным обеспечением для контроля за сбором абонентской платы с пользователей. При несвоевременной оплате абонент автоматически отключается от программы. Пакет передаваемых программ может быть разделен на несколько групп, закодированных по-разному, что позволяет пользователю выбирать интересующие передачи.

В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются два варианта построения структурных схем - одноканальный и многоканальный.

В одноканальном варианте для передачи n телевизионных программ применяется n передающих устройств, включающих модулятор и собственно передатчик, а суммирование мощности разных передатчиков производится в антенне (см. рис. 2).

В многоканальном варианте передаваемые n телевизионных программ сначала поступают на свои модуляторы, далее из них формируется групповой сигнал, который модулирует широкополосный передатчик, работающий на общую антенну (рис. 3).

В полосе 2500…2700 МГц может быть размещен 31 канал аналогового телевидения стандарта NTSC (полоса канала 6 МГц) и 24 канала стандарта PAL и SECAM (полоса 8 МГц).

В одноканальном варианте вся мощность излучается в данном канале, а в многоканальном варианте - уменьшается при 8 каналах примерно в 50 раз, т.е. мощность в каждом канале падает примерно в n2 раз.

Многоканальные или групповые передатчики целесообразно использовать в небольших городах и поселках городского типа, где радиус зоны покрытия не превышает 6 км.

Комплект оборудования системы MMDS включает следующие компоненты: модуляторы, передатчики (или один групповой на n каналов), антенну, крепежные элементы, волновод или коаксиальный кабель.

При использовании в качестве фидерной линии коаксиального кабеля радиус зоны покрытия уменьшается в 1,7…1,8 раза за счет увеличения потерь в кабеле по сравнению с волноводом.

В настоящее время среди российских специалистов, занимающихся внедрением систем MMDS, наибольшей популярностью пользуется оборудование трех американских фирм - EMCEE, ADC и Comwave, превосходящее оборудование других фирм.

Основные технические параметры оборудования MMDS

Ниже приводятся данные по оборудованию, выпускаемому фирмой EMCEE, которое используют многие известные в России и странах СНГ фирмы.

В таблице 1 представлено несколько типов передающих антенн с горизонтальной и вертикальной поляризацией из широкого спектра серийно выпускаемых в диапазоне 2,5…2,7 ГГц. Диаграммы направленности этих антенн, как правило, имеют три вида: круговая 360°; односекторные (кардиоидные) 180° и 120°; двухсекторные 120° (в двух противоположных направлениях, в каждом по 60°).

Допустимая мощность, подводимая к антеннам, 500…800 Вт. Фирмой EMCEE предлагается несколько типов приемных антенн: волновой канал с конструктивно встроенным конвертером, параболические антенны с коэффициентом усиления 21, 24, и 28 дБ и квази-логопериодические антенны. Во всех типах антенн конструктивно установлен малошумящий понижающий конвертер (в диапазон 50 - 860 МГц).

Технические характеристики антенны типа "волновой канал" с понижающим конвертером:

Коэффициент усиления антенны, дБ                                   18
Коэффициент усиления конвертера, дБ                               32
Коэффициент шума конвертера, дБ                                    1,7
Частота гетеродина, МГц                                                    1838
Нестабильность частоты гетеродина (-40…+70°С), кГц         ±30
Максимальный уровень сигнала на выходе, дБмкВ, при:
      одноканальной загрузке                                               119
      24-канальной загрузке                                                  90
Ширина диаграммы направленности на уровне 3 дБ, град.  28
Уровень боковых лепестков, дБ                                          -12
Напряжение питания постоянного тока, В                            16…24
Рабочий диапазон температуры, °C                                     -40…+80
Вес, кг                                                                                0,455
Размеры, мм                                                                      180x120x76

Конструкции всех типов приемных антенн имеют малую ветровую нагрузку, хороший дизайн и достаточно просты в установке и настройке.

В качестве фидерных линий в передающих устройствах используются специальные коаксиальные кабели и волноводы (см. табл. 2).

Передатчики

Передатчики могут быть групповыми (многоканальными) и одноканальными, и предназначаться для передачи как аналоговых, так и цифровых сигналов. В последнем случае передатчики должны быть укомплектованы соответствующими модемами. Кроме того, передатчики могут быть рассчитаны для работы в помещениях и вне помещения вблизи антенны. Вариант размещения передатчика около антенны позволяет практически исключить потери в фидерных линиях, но при значительных колебаниях температуры и влажности резко возрастают требования к надежности работы. Естественно, что усложняется и эксплуатационное обслуживание.

В таблице 3 приводятся основные технические характеристики групповых передатчиков фирмы EMCEE, рассчитанные для работы в 8-, 12-, 16- и 24-канальных режимах.

Параметры канальных передатчиков типа TTS HSM

Выходная мощность, Вт                                                      10; 20; 50
Телевизионные стандарты для аналоговых сигналов            NTSC, PAL, SECAM
Диапазон частот выходных сигналов, ГГц                            2,0…2,7
Нестабильность частоты, не более, кГц                                ±1

Девиация частоты в канале звука, не более, кГц:
моно        ±25
стерео      ±50
Напряжение и частота питающей сети                                  220 В, 50 Гц
Рабочий диапазон температур окружающей среды, °C         -30…+50

Передатчики совместимы с любыми модуляторами, работающими в диапазоне 138…408 МГц. Блочная конструкция позволяет унифицировать разные модели, предусмотрена встроенная система дистанционной диагностики, а также имеется защита от перенапряжений и коротких замыканий.

Ретрансляторы

При разноэтажной городской застройке, наличии экранирующих препятствий (высот, технических сооружений и т.п.) для исключения "мертвых зон" применяются ретрансляторы, переизлучающие радиосигналы. Ретранслятор - это приемо-передающий комплекс, включающий приемные и передающие антенны, широкополосные усилители с фильтрующими блоками и фидерные линии (рис. 4).

Для исключения помех другим абонентам выбирается соответствующая конфигурация диаграмм направленности приемной и передающей антенн ретранслятора, либо ортогональная относительно основной трассы поляризация.

Передатчик и приемник ретранслятора размещаются вблизи соответствующих антенн, имеют герметичный корпус и систему терморегулирования, которые надежно защищают их от влияния погодных условий.

Технические характеристики ретранслятора корпорации ADC типа ITS 605C на 10 Вт:

Рабочие выходные частоты, МГц                                        2076…2111, 2150…2162,
                                                                                          2300…2400, 2500…2686
Отношение сигнал/шум в полосе 6 МГц, дБ                        55
Коэффициент шума предварительного усилителя, дБ         1,5
Рабочий диапазон температуры окружающей среды, °C     -40…+50
Напряжение и частота питающей сети                                60 В, 50/60 Гц или 208/240 В, 50/60 Гц

Корпорация ADC предлагает также передающие устройства с автоматическим или ручным резервированием для любого количества каналов от одного до 31. При неисправности основного передатчика система автоматического резервирования отключает неисправный передатчик, перестраивает резервный передатчик на заданную частоту, обеспечивая при этом коммутацию на него входных и выходных сигналов. Блок памяти системы резервирования фиксирует время и причину неисправности и высылает оператору системы сообщение о вводе резервного передатчика в действие.

Модуляторы

В России и странах СНГ в настоящее время для передачи изображения используются в наземном телевидении аналоговые сигналы при амплитудной модуляции, а для передачи сигналов звукового сопровождения применяется частотная модуляция. При этом модуляторы в системах MMDS ничем не отличаются от модуляторов передатчиков метрового и нижней части (от 300 до 860 МГц) дециметрового диапазона.

Внедрение в наземном телевещании цифровых методов передачи требует замены модуляторов для аналоговых сигналов цифровыми, допускающими обработку сигналов в стандарте MPEG-2. Кроме того, потребуется модернизация бытовых телевизоров.

По различным оценкам стоимость цифрового телевизора для приема цифрового вещания на первом этапе его внедрения будет от 1500 до 2000 долларов.

Такие расходы для массового зрителя России и стран СНГ с его низкими доходами в ближайшие годы нереальны.

В России и странах СНГ внедрением систем MMDS наиболее активно занимаются три московские фирмы. Это Universal Communications, Телесет и "Белка". В таблице 4 приводятся данные о радиусе зоны покрытия в километрах в зависимости от мощности групповых и канальных передатчиков в системе MMDS на восемь каналов.

Из опыта внедрения и эксплуатации различных вариантов построения системы MMDS установлено, что вариант с одноканальными передатчиками предпочтителен в крупных городах с многоэтажной застройкой.

Подобные системы эксплуатируются в Москве, Новосибирске, Ростове-на-Дону. Общая стоимость такой системы превышает 200000 долларов.

Вариант системы с групповыми передатчиками построен в Екатеринбурге, Славянске-на-Кубани и Трехгорном. Стоимость системы MMDS с групповым передатчиком 20 Вт около - 30000, а с передатчиком 100 Вт - 55000 долларов. Ежемесячная абонентская плата при приеме открытых каналов не превышает одного доллара.

Представляет интерес действующая система MMDS в Санкт-Петербурге. В ней применены канальные передатчики мощностью 50 Вт фирмы Comwave. В настоящее время работа ведется на восьми каналах с перспективой увеличения до 24. Источниками телепрограмм являются телецентр и студийные комплексы наземной сети телевещания, а также четыре приемных спутниковых антенны с диаметром зеркала 2,0…4,0 м, обеспечивая прием практически всех западноевропейских и ближневосточных спутников. В приемных устройствах спутникового ТВ использовано оборудование ряда ведущих зарубежных фирм - Standard, Philips, Nokia, Katec, Panasonic и др.

Зона уверенного приема охватывает города Пушкин, Павловск, Сестрорецк, Петродворец, Кронштадт и др. В дальнейшем предполагается объединение системы MMDS с кабельной ТВ- сетью города.