Проектирование домовой распределительной сети сигналов телевидения для жилого дома

Задача № 1.

Спроектировать домовую распределительную сеть (ДРС) сигналов телевидения для жилого дома. ДРС подключается к линейному тракту условно существующей системы кабельного телевидения и должна удовлетворять требованиям СТБ в полосе рабочих частот от 48,5 до 862 МГц. Исходные данные для проектирования представлены в таблице 1, где NПОД — количество подъездов в доме; NЭТ — количество этажей в доме; NКВ/Э — количество квартир абонентов на этаже; U50 (U855) — уровень напряжения радиосигнала изображения 1 ТВ радиоканала на частоте 49,75 МГц (69 ТВ радиоканала на частоте 855,25 МГц) в точке домового ввода, dБ (мкВ); NТВ РС — количество радиосигналов телевидения, распределяемых в системе КТВ. При расчетах расстояние между подъездами здания принять равным 30 м, межэтажное расстояние — 3 м.

При проектировании осуществить выбор активного и пассивного оборудования для ДРС, привести его электрические параметры, рассчитать уровни радиосигналов на выходах абонентских распределительных устройств для граничных частот рабочей полосы (50 и 862 МГц). Результаты расчетов представить в графической форме.

Таблица 1- Исходные данные к задаче 4.

РЕШЕНИЕ В [1,с.15,табл.5.1] указаны требуемые уровни напряжения радиосигналов изображения в полосе частот распределения радиосигналов на выходах абонентских розеток: максимальный — 80 дБ (мкВ), минимальный — 60 дБ (мкВ). Для прокладки ДРС будем использовать кабель RG-59 с потерями бкаб50=0,040дБ/м, бкаб855 = 0,232 дБ/м.

На вход дома подается уровень радиосигнала 92,4/87,9 дБ, он проходит через домовой усилитель и усиливается. В качестве усилителя выберем НА-123, для нижней частоты выберем усиление Kу50=13,6, для верхней Kу855=24,1.

Тогда.

Uвых50= Uвх50+ Kу50=84+22=106.

Uвых855= Uвх855+ Kу855=90+22=112.

Следовательно, наклон АЧХ Д=24,1−13,6=10,5 дБ Рассчитаем интермодуляционные искажения второго и третьего порядков:

CSO=IMDII+(Umax2-Uвых)+4,3lg (NТВ РС/2).

СТВ=IMDIII+2(Umax3-Uвых)-10lg (NТВ РС/2).

CSO=60+(112−112)+ 4,3lg (20/2)=64,3 дБ СТВ=60+2(117−112) — 10lg (20/2)=55,0 дБ Приведем пример расчета для 1-го подъезда для UN50:

Выход ответвителя в подвале для 1-го подъезда.

U0 = Uвых ус — Lотв_подв₁=106−14=92,0 дБ Уровень радиосигнала на выходе абонентского распределительного устройства на 1-ом этаже произведем по формуле:

дБ где — уровень радиосигнала на выходе абонентского распределительного устройства первого этажа, дБ;

— уровень радиосигнала на входе абонентского распределительного устройства 1-го этажа, дБ, или уровень радиосигнала на выходе абонентского распределительного устройства в подвале, дБ;

— потери на отводе для рассчитываемого (1-ый этаж) ответвителя, дБ;

— потери в кабеле, дБ;

— длина кабеля от ответвителя в подвале до ответвителя на 1-ом этаже.

Со 2-го по 6-ой этажи расчет производим по формуле:

где — уровень радиосигнала на выходе абонентского распределительного устройства на рассчитываемом этаже, дБ;

— уровень радиосигнала на выходе абонентского распределительного устройства предыдущего этажа, дБ;

— потери на отводе ответвителя предыдущего этажа, дБ;

— потери на отводе для ответвителя на рассчитываемом этаже, дБ;

— прямые потери для ответвителя на предыдущем этаже, дБ;

— потери в кабеле, дБ;

— длина кабеля между этажами.

U2=71,88+20−3*0,04−1,1−20 = 70,66 дБ.

U3=70,66+20−3*0,04−1,1−20 = 69 434 дБ.

U4=69,44+20−3*0,04−1,1−16 = 72,22 дБ.

U5=72,22+16−3*0,04−1,7−16= 70,40 дБ.

U6=70,40+16−3*0,04−1,7−16 = 68,58 дБ.

U7=68,58+16−3*0,04−1,7−7,5 = 75,26 дБ Уровни радиосигналов на входе абонентских распределительных устройств рассчитываем по формуле:

— уровень радиосигнала в абонентском распределительном устройстве дБ.

Uст1=71,88+20=91,88.

Uст2=70,66+20=90,66.

Uст3=69,44+20=89,44.

Uст4=72,22+16=88,22.

Uст5=70,40+16=86,40.

Uст6=68,58+16=84,58.

Uст7=75,26+7,5=82,76.

Расчет уровня радиосигналов на выходах ответвителей в подвале для остальных подъездов произведем по формуле:

где — уровень радиосигнала на выходе абонентского распределительного устройства в подвале, дБ;

— уровень радиосигнала на входе абонентского распределительного устройства в подвале, дБ;

— потери на отводе предыдущего ответвителя, дБ;

— прямые потери для ответвителя для первого подъезда, дБ;

— потери в кабеле, дБ;

— длина кабеля между этажами.

Для оставшихся этажей в подъездах 2−4 произведем по тем же формулам, что и для 1-го подъезда.

Результаты расчетов для первого, второго, третьего и четвертого подъездов сводим в таблицы 6, 7, 8 и 9 соответственно.

Таблица 2 — Результаты расчетов уровней радиосигналов для первого подъезда.

№. этажа.	Распредели; тельное устройство.	дБ.	дБ.	L. м.	бкаб50. дБ/м.	бкаб855. дБ/м.	UN50. дБ.	UN855. дБ.	дБ.	дБ.
	ОА-1/14.		0,9.		0,04.	0,232.	92,00.	98,00.	106,00.	112,00.
	ОА-4/20.		1,1.		0,04.	0,232.	71,88.	77,30.	91,88.	97,30.
	ОА-4/20.		1,1.		0,04.	0,232.	70,66.	75,51.	90,66.	95,51.
	ОА-4/20.		1,1.		0,04.	0,232.	69,44.	73,71.	89,44.	93,71.
	ОА-4/16.		1,7.		0,04.	0,232.	72,22.	75,92.	88,22.	91,92.
	ОА-4/16.		1,7.		0,04.	0,232.	70,40.	73,52.	86,40.	89,52.
	ОА-4/16.		1,7.		0,04.	0,232.	68,58.	71,12.	84,58.	87,12.
	ДА-4.	7,5.			0,04.	0,232.	75,26.	77,23.	82,76.	84,73.

Для расчета уровней сигналов второго, третьего и четвертого подъездов учитываем потери в кабеле F1160BV, который прокладывается в подвале между абонентскими ответвителями. Кабель F1160BV имеет потери бкаб50= 0,040 дБ/м, бкаб855 = 0,120 дБ/м.

Таблица 3- Результаты расчетов уровней радиосигналов для второго подъезда.

Таблица 4- Результаты расчетов уровней радиосигналов для третьего подъезда.

Таблица 5- Результаты расчетов уровней радиосигналов для четвертого подъезда.

Характеристики используемого активного оборудования — усилителя TERRA НА123.

Таблица 6 — Характеристики усилителя TERRA НА123.

Пассивным оборудованием являются делители и абонентские ответвители.

Таблица 7 — Характеристики делителя и абонентских ответвителей.

На рисунке 1 приведен чертеж проектируемой ДРС жилого здания.

Рисунок 4 — Проектируемая ДРС Задача 2.

Для цифровой системы передачи сигналов изображения и звукового сопровождения с параметрами, указанными в таблице 8:

• — определить разрядность квантования mИЗ для яркостного и цветоразностных сигналов и mЗВ — для сигнала звукового сопровождения;
• — выбрать частоту дискретизации fД. ЗВ для сигнала звукового сопровождения;
• — рассчитать скорость передачи данных для сигнала яркости BY, цветоразностных сигналов ВЦРС, суммарную скорость передачи видеоданных ВИЗ, суммарную скорость передачи звуковых данных ВЗВ, общую суммарную скорость передачи данных (без учета компрессии) ВS;
• — рассчитать объем запоминающего устройства, необходимый для записи (хранения) одного кадра некомпрессированных видеоданных VЗУ.ИЗ.;
• — определить необходимые коэффициенты компрессии сигналов изображения kИЗ. И звукового сопровождения kЗВ., при которых возможна передача потока данных через цифровой канал связи с заданными в таблице 8 параметрами, вычислить соответствующие битовую ВКОД (на выходе помехоустойчивого кодера U5) и символьную ВСИМВ. (на выходе модулятора UR1) скорости;
• — определить максимальную длительность фрагмента программы t, которая может быть записана в ЗУ заданной емкости VЗУ с учетом выбранных коэффициентов компрессии kИЗ и kЗВ;
• — рассчитать отношение сигнал/шум (ОСШ) на выходе сквозного тракта для сигналов яркости и звуковой частоты (возможными потерями в цифровом тракте пренебречь). Рассчитаем отношение сигнал/шум (ОСШ) на выходе сквозного тракта для сигналов яркости и звуковой частоты (возможными потерями в цифровом тракте пренебречь).

квантование яркость сигнал компрессия Таблица 12 — Исходные данные к задаче 5.

РЕШЕНИЕ Определим разрядность квантования mИЗ для яркостного и цветоразностных сигналов и mЗВ — для сигнала звукового сопровождения. Рассчитаем отношение сигнал/шум (ОСШ) на выходе сквозного тракта для сигналов яркости и звуковой частоты (возможными потерями в цифровом тракте пренебречь).

следовательно, mИЗ=9.

ОСШВХ.ИЗ=6,02*m+10,8=6,02*9+10,8=64.98 дБ.

дБ ОСШВЫХ. ИЗ< ОСШВХ на 0,8 дБ Для сигнала звукового сопровождения mЗВ=16.

ОСШВХ.ЗВ=6,02*m-4=6,02*16−4=92,32 дБ.

дБ ОСШВЫХ. ЗВ< ОСШВХ. на 0,02 дБ.

Выберем частоту дискретизации fД. ЗВ для сигнала звукового сопровождения.

Fд?2 FВ?2*15 кГц, следовательно, выбираем Fд=30 кГц.

Рассчитаем скорость передачи данных для сигнала яркости BY, цветоразностных сигналов ВЦРС, суммарную скорость передачи видеоданных ВИЗ, суммарную скорость передачи звуковых данных ВЗВ, общую суммарную скорость передачи данных (без учета компрессии) ВS.

BY= NГ*NВ* FК*m=720*576*50*9=186.6 Мб/с Так как формат 4:1:1, то будет использоваться два ЦРС, число отсчетов в строке одного цветоразностного сигнала будет равно числу отсчетов яркостного сигнала поделенному на четыре [6]:

ВЦРС=BY/4=46,7.

ВИЗ= BY+2 ВЦРС=186,6 +2*46,7 =279,9 Мб/с ВЗВ= Fд* NКАН* mЗВ=30 000*4*16=1,9 Мб/с ВS= ВИЗ+ ВЗВ=279,9 +1,9=281,8 Мб/с Рассчитаем объем запоминающего устройства, необходимый для записи (хранения) одного кадра некомпрессированных видеоданных VЗУ.ИЗ.

VЗУ.ИЗ = (NГ+2NГ/4)•NВ•mИЗ = 1,5*NГ*NВ* mИЗ =.

=1,5*720*576*9=5,6 Мбит Определим необходимые коэффициенты компрессии сигналов изображения kИЗ. и звукового сопровождения kЗВ., при которых возможна передача потока данных через цифровой канал связи с заданными в таблице 5 параметрами, вычислить соответствующие битовую ВКОД (на выходе помехоустойчивого кодера U5) и символьную ВСИМВ. (на выходе модулятора UR1) скорости.

ВСИМВ.= ДFРК=6 Мсимв/с ВКОД= ВСИМВ.* log2M.

M? число уровней квантования.

Вид модуляции QPSK, следовательно,, 1 символ — 2 бита.

ВКОД= ВСИМВ.*6=2*6=12 Мбит/с Так как применяется помехоустойчивое кодирование, то кодовая скорость помехоустойчивого кодера R=5/6, значит, на его входе максимальная скорость передачи информации будет равна [7, с. 96]:

В?ком=. ВКОД*R=12*5/6=10 Мбит/с Удельный вес видеоданных гораздо больше веса аудиопотока. Поэтому воспользуемся эмпирической формулой для определения коэффициента сжатия kИЗ:

kИЗ = ВИЗ / В? ком = 279,9 /10 =27,99.

Учитывая наличие аудиоданных, округлим до целого числа коэффициент сжатия видеоданных в большую сторону.

Примем kИЗ=28, kЗВ=2.

В?ком=ВИЗ/kИЗ+ВЗВ/kЗВ=279,9/28 +1,9/2=10,8 Мбит/с.

Определим максимальную длительность фрагмента программы t, которая может быть записана в ЗУ заданной емкости VЗУ с учетом выбранных коэффициентов компрессии kИЗ и kЗВ.

t=VЗУ*8/ В? ком=4700*106*8/(10,8*106)=3481 с?58 мин.

• 1. ГОСТ Р 52 023;2003 «Сети распределительные систем кабельного телевидения. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений и испытаний». — Изд. офиц. Госстандарт России. Москва, 2003 г.
• 2. Информация о характеристиках кабеля взята с официального каталога продукции НПП «Спецкабель» http://www.spcable.ru/
• 3. Информация о характеристиках усилителя, ответвителей и делителей взята с сайта http://www.nova-minsk.com/
• 4. Смирнов А. В., Пескин А. Е. Цифровое телевидение от теории к практике.
• 5. Ткаченко А. П., Капуро П. А., Хоминич А. Л. Цифровое представление сигналов изображения и звукового сопровождения. Учебное пособие по телевизионным дисциплинам для студентов специальностей «Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения», «Многоканальные системы телекоммуникаций», «Радиотехника» и «Радиоэлектронные системы». — Мн.: БГУИР, 2002, 55с.
• 6. Электронный учебно-методический комплекс БГУИР. Телевидение и отображение информации.
• 7. Гаранин М. В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 2001. — 336 с.
• 8. В. Е., Гоголь А. А., Друзин Я. В. и др. Телевидение: Учебник для вузов. Под ред. Джаконии В. Е. 4-е изд., стереотип — М.: Горячая линия — Телеком, 2007.
• 9. Капуро П. А., Ткаченко А. П., Хоминич А. Л. Телевидение, телевизионные системы: методические указания и контрольные задания для студентов специальностей «Радиотехника» и «Многоканальные системы телекоммуникаций» заочной формы обучения. — Мн.: БГУИР, 20 011 г.
• 10. Капуро П. А., Ткаченко А. П. Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Телевизионные системы» для студентов специальности «Многоканальные системы телекоммуникаций» дневной и заочной форм обучения — Мн.: БГУИР, 2008 г.