Тема 6.1 Классификация систем проводного вещания

1. Системы проводного вещания с централизованным и децентрализованным
питанием.

2. Сети проводного вещания.

3. Организация трехпрограммного вещания.

Общие принципы организации проводного вещания. Проводным вещанием называется система, состоящая из комплекса аппаратуры и сооружений, с помощью которых сигналы звукового вещания распределяются по проводным сетям и поступают к слушателям. Этим проводное вещание отличается от звукового вещания, при котором сигналы поступают на вход индивидуальных приемных устройств – радиоприемников, – в виде свободно распространяющихся электромагнитных волн. Основным структурным элементом системы проводного вещания является узел проводного вещания, или радиотрансляционный узел (РТУ). Узел проводного вещания содержит комплекс оборудования для приема, преобразования, усиления и передачи по проводам программ звукового вещания.Оборудование узла состоит из станционного оборудования, линейных сооружений и абонентских устройств.Станционное оборудование обеспечивает получение мощности, необходимой для нормальной работы всех абонентских устройств. Основными элементами станционного оборудования узлов однопрограммного вещания являются усилители звуковой частоты, а узлов трехпрограммного вещания (ТПВ) – еще и передатчики. Кроме того, к станционному оборудованию относится аппаратура регулирования передаваемых сигналов, контроля, управления, коммутации и электропитания.

Совокупность линейных сооружений образует сеть проводного вещания, или радиотрансляционную сеть (РТС). Она состоит из системы двухпроводных линий и вспомогательных устройств, с помощью которых энергия сигналов звукового вещания передается от усилителей и передатчиков к абонентским устройствам.Абонентскими устройствами (АУ) являются абонентские громкоговорители для однопрограммных сетей и так называемые трехпрограммные громкоговорители для сетей ТПВ. Трехпрограммный громкоговоритель является комбинацией абонентского громкоговорителя с приемником высокочастотных сигналов второй и третьей программ.

Система проводного вещания обладает рядом преимуществ по сравнению с системой радиовещания.

1. Экономические показатели проводного вещания выше, чем радиовещания. Передача энергии сигналов с помощью направляющих систем – линий проводного вещания – уменьшает потери энергии. Расход материала на изготовление абонентского устройства проводного вещания во много раз меньше расхода материалов на изготовление радиовещательного приемника. Удельные капитальные затраты на строительство устройства проводного вещания, то есть затраты, отнесенные к одному АУ, меньше удельных капитальных затрат на строительство передающих радиовещательных центров, а удельный расход электроэнергии в десятки раз меньше аналогичного показателя для индивидуального радиовещательного приемника, так как КПД оконечных усилителей проводного вещания много больше КПД радиовещательных передатчиков.

2. Пользование абонентским устройством проводного вещания представляет ряд преимуществ его владельцу. Абонентское устройство проводного вещания проще в обращении, надежнее и значительно дешевле радиовещательного приемника.

3. Качество воспроизведения вещательной программы абонентским устройством проводного вещания выше, чем качество воспроизведения массовым радиовещательным приемником.

4. Количество вещательных программ, передаваемых в пределах заданной территории, ограничено ввиду недостатка радиоканалов. Использование систем проводного вещания позволяет сравнительно простым путем увеличить число программ.

5. С помощью системы проводного вещания легко организовать местное вещание в пределах одного населенного пункта.

6. Система проводного вещания является хорошим средством оповещения населения о стихийных бедствиях, так как она всегда готова к действию.

Преимущества проводного вещания привели к тому, что вопреки прогнозам о неизбежном сокращении проводного вещания по мере развития радиовещания и телевидения оно продолжает успешно развиваться.В зависимости от построения радиотрансляционные сети могут быть однозвенными, двухзвенными и трехзвенными (рис.14.14).Однозвенные сети применяются в маломощных радиотрансляционных узлах. Сигналы звукового вещания поступают с выхода усилителя станции УС на вход абонентских громкоговорителей по абонентским линиям АЛ. Номинальное напряжение в АЛ принято равным 30 В. К одной АЛ можно подключить несколько десятков абонентских устройств, поэтому однозвенные сети применяют в небольших населенных пунктах.Для расширения территории, обслуживаемой РТС, применяют двухзвенные сети. В таких сетях энергия сигналов вещания передается с помощью повышенного напряжения (обычно 240 В) по распределительным фидерным линиям (РФ). В местах расположения абонентов устанавливаются понижающие абонентские трансформаторы (АТ), с помощью которых осуществляется питание абонентского устройства через АЛ. Распределительные фидерные линии называют вторым, а АЛ – первым звеном распределения.При большой нагрузке (более 10 тыс. абонентских устройств) двухзвенная сеть не может обеспечить распределение сигналов с достаточно малыми потерями. В этих случаях создают трехзвенные сети. Территория, обслуживаемая такой сетью, разбивается на зоны, в каждой из которых строят автономные двухзвенные сети. Питание этих сетей осуществляется по высоковольтным (обычно 960 В) магистральным фидерным линиям (МФ) через понижающие трансформаторные подстанции (ТП). Сеть МФ считают третьим звеном распределения.

Рис. 14.14. Схемы однозвенной (а), двухзвенной (б) и трехзвенной (в) сетей проводного вещания

Все городские узлы проводного вещания можно разделить на две группы: с централизованным и децентрализованным питанием сетей (рис.14.15).

При централизованном питании все мощные усилители сети установлены в одном месте – на станции. Здесь упрощается задача резервирования и обслуживания станционного оборудования, обеспечение его гарантийным энергоснабжением, но из-за сложности РТС такая система не способна обеспечить высокую надежность работы. При нагрузке более 50 100 тыс. абонентских устройств централизованные сети неприменимы.При децентрализованной системе питания территория города разбивается на районы, в каждом из которых сооружается двухзвенная или трехзвенная сеть. В первом случае для их питания создается усилительная подстанция (УС), во втором случае – мощная опорная усилительная станция (ОУС). Питание сети от нескольких источников, расположенных в различных районах территории, повышает надежность системы. Но в этом случае возрастают стоимость станционного оборудования и сложность эксплуатации системы. Кроме того, необходимы соединительные линии (СЛ) для подачи программ вещания, телеуправления и контроля за работой станционных и линейных сооружений. Станция, выполняющая эти функции (распределение программ, телеуправление и телеконтроль), называется центральной станцией проводного вещания (ЦСПВ).

Рис. 14.15. Схема узлов проводного вещания с централизованной (а) и децентрализованной (б) системами питания узлов

Для повышения надежности работы проводного вещания предусмотрено резервирование тех звеньев, отказ которых вызывает прекращение подачи программ большому количеству абонентов. В крупных городских узлах такими звеньями являются источники программ, усилительное оборудование ЦСПВ, соединительные линии, усилители ОУС, магистральные фидеры. На рисунке 14.16 приведена структурная схема узла проводного вещания города. Из рисунка видно, что к каждой трансформаторной подстанции подведен рабочий и резервный магистральный фидеры, причем резервный фидер (РМФ) подведен от другой опорной усилительной станции (ОУС). При выключении ОУС или МФ питание ТП переключается на соседние ОУС. Если вблизи нет ОУС, от которой можно провести резервный магистральный фидер, то для резервного питания трансформаторной подстанции строят резервную усилительную подстанцию – так называемую блок–подстанцию (БП). Эта подстанция включается только при выключении МФ. Из рис.14.16 следует, что в приведенной схеме РТУ имеется четыре ОУС и восемь ТП (указано на ЦСПВ).

Рис. 14.16. Структурная схема узла ПВ города

Распределительные фидеры и абонентские линии наиболее протяженная и дорогая часть линейных сооружений. В то же время повреждения этой части приводят к прекращению подачи программ ограниченному числу абонентов. Поэтому для данной части сети применяют меры локализации повреждений, то есть меры, сводящие к минимуму число необслуживаемых абонентов при повреждениях сети.

Многопрограммное проводное вещание. Многопрограммное проводное вещание (МПВ) можно организовать в спектре звуковых частот или путем переноса спектра в высокочастотную область. В первом случае сигналы программ передаются по многопарной линии в полосе звуковых частот, во втором – в многоканальной системе передачи используется частотное разделение каналов. В спектре звуковых частот на передающей стороне, как и в системе однопрограммного проводного вещания, сигналы программ вещания при подаче в линию имеют высокий уровень. В абонентском устройстве устанавливают переключатель выбора программ. Этот метод МПВ применяется в Англии и Голландии. В Австрии, Италии, Испании и Швеции распространена система многопрограммного вещания по городским телефонным сетям. Сигналы программ вещания передаются с помощью амплитудной модуляции.

Существующие системы МПВ по телефонным сетям имеют сходную структуру сети и однотипную аппаратуру. Передатчики устанавливают только на одной станции городской телефонной сети. Радиосигналы с выходов передатчиков подводятся к общим шинам и с помощью станционных фильтров подключения (СПФ), состоящих из фильтров нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот, направляются в распределительную сеть ГТС. Фильтры нижних частот препятствуют прохождению радиосигналов в аппаратуру телефонной станции, а также устраняют действие помех, вызванных коммутационными приборами этой станции; фильтры верхних частот препятствуют проникновению телефонных сигналов звуковых частот в высокочастотную аппаратуру. На входе абонентского устройства (в конце абонентской линии) по тем же причинам устанавливают аналогичные ФНЧ и ФВЧ.

С учетом допустимого затухания в распределительной сети ГТС и возможности использования вещательных радиоприемников для организации МПВ используют частоты длинноволнового диапазона 150 350 кГц. На всех остальных телефонных станциях, которые могут быть промежуточными или оконечными, устанавливаются усилители радиочастоты (УРЧ), корректирующие контуры, согласующие устройства и фильтры.

Систему проводного вещания можно также организовать на базе телевизионной распределительной сети. Интерес к системе кабельного телевизионного вещания вызван следующими причинами: ограниченностью числа телевизионных радиоканалов; наличием помех при приеме телевизионных сигналов в крупных городах с многоэтажными зданиями с железобетонным каркасом (многочисленные отражения от зданий создают «повторы» изображения, а в зданиях, находящихся в зоне радиотени, в значительной степени падает напряженность поля); эстетическими требованиями архитектуры отказаться от индивидуальных антенн.

Появляются коллективные системы распределения телевизионных сигналов, коллективные антенны и сети проводного телевизионного вещания, охватывающие дом, квартал и даже район города. Такие сети, естественно, можно использовать и для передачи программ звукового вещания.

Применяя отдельные пары для передачи сигналов телевизионных программ, можно использовать одну несущую частоту. В этом случае в абонентском телевизионном приемнике избирательные устройства отсутствуют. Для приема программ звукового вещания можно использовать обычный громкоговоритель. Выбор программ осуществляется с помощью переключателя. Подобная система применяется в Англии. Дальнейшее развитие сетей ПВ, возможно, пойдет по пути создания совмещенных систем, в которых будут использоваться кабельные коммуникации ГТС и проводного ТВ.

Трехпрограммное проводное вещание. Разработанная у нас в стране система ПВ развивалась как однопрограммная. При разработке системы МПВ экономически наиболее приемлемым оказался вариант организации многопрограммного вещания на базе сети однопрограммного ПВ с частотным разделением каналов.

Исследования показали, что по этим сетям в отведенном диапазоне частот (30 Гц 130 кГц) можно организовать лишь три канала звукового вещания. Частотное уплотнение сетей проводного вещания большим числом каналов вещания приводит к увеличению переходных помех между ними.

Одна программа (обычно первая программа центрального вещания) передается сигналами звуковой частоты с высоким уровнем напряжения в полосе звуковых частот 50 10000 Гц. Для передачи двух других программ используют токи высокой частоты (рис.14.17).

Рис. 14.17. Спектр сигнала в системе трехпрограммного проводного вещания

Несущие частоты выбирают из следующих соображений. Разнос частот несущих должен быть как можно большим. При этом упрощается высокочастотная часть приемника, который можно выполнить по схеме прямого усиления с простыми и дешевыми фильтрами. С понижением несущей частоты возрастает уровень помех со стороны низкочастотного канала, а с ее возрастанием увеличивается затухание радиосигнала в распределительной сети. С учетом приведенных выше соображений в качестве несущих частот второй и третьей программ выбраны частоты 78 и 120 кГц, которые передаются с более низкими уровнями. Максимальное напряжение несущей частоты в начале тракта (на входе МФ) 120В, минимальное напряжение несущей на АУ не должно быть ниже 0, 25 В. Используется амплитудная модуляция.

Структура сети проводного вещания. Структурная схема тракта трехзвенной сети системы однопрограммного ПВ и диаграмма электрических уровней по напряжению для частоты сигнала 1000 Гц показаны на рис.14.18. Отсчет уровней ведется от 0 дБ (0, 775 В). Уровень напряжения на выходе центральной станции ПВ по нормам, установленным для соединительной линии, должен соответствовать 15 дБ (4, 4 В). В конце второй СЛ (на входе опорной усилительной станции (ОУС)) уровень напряжения должен быть не менее 0 дБ и на ОУС повышается до 62 дБ (960 В). На МФ уровень напряжения падает на 1 2 дБ и составляет на входе ТП 60 61 дБ. Трансформаторная подстанция понижает уровень напряжения до 50 дБ (при номинальном рабочем напряжении 240 В). Абонентский трансформатор АТ рассчитан на передачу спектра звуковых частот и понижает напряжение до 32 дБ (30 В). Затухание в абонентской линии (АЛ) 1 дБ.

Рис. 14.18. Структурная схема тракта трехзвенной сети и диаграмма электрических уровней однопрограммной сети ПВ

Рис. 14.19. Структурная схема системы ТПВ (а) и диаграмма уровней второй и третьей программ (б)

Высокочастотный тракт системы ТПВ, как и однопрограммной системы проводного вещания, также содержит станционную, линейную и приемную части (рис.14.19).

Однако функции этих частей значительно расширены. Станционная часть дополнительно содержит устройства преобразования сигналов звуковых частот в радиосигналы, усилители мощности высокочастотных колебаний и устройства подключения их к линейной части тракта. Линейная часть имеет устройства, снижающие затухания радиосигналов. В функцию приемной части дополнительно входит выбор программы, детектирование АМ сигналов и усиление сигналов звуковой частоты. Сигналы звукового вещания с выхода коммутационно-распределительной аппаратной (КРА) по соединительным линиям поступают на входы усилителей У1, У2, У3, размещенных на центральной станции проводного вещания. С выхода ЦСПВ по СЛ сигналы поступают на опорную усилительную станцию. На ОУС сигналы первой программы подаются на мощный усилитель проводного вещания УПВ. Сигналы второй и третьей программ модулируют несущие колебания с частотами 78 и 120 кГц (соответственно передатчики П78 и П120).

Усиленные до 960В сигналы первой программы и до 120В радиосигналы второй и третьей программ с помощью устройства подключения передатчиков УПП подаются на вход магистральной фидерной линии МФ.

На рис.14.19, б приведена диаграмма уровней напряжения радиосигнала второй или третьей программы. На выходе ОУС уровень напряжения радиосигнала после передатчика составляет 44 дБ и соответствует 120В. В конце МФ под влиянием вносимых линией затуханий уровень понижается на 2 дБ и на входе ТП равен 42 дБ (98 В). Распределительная фидерная линия для радиосигналов имеет значительно большее затухание (20 дБ), чем для сигнала первой программы вещания, и на входе АТ уровень снижается до 12 дБ (3В). На АТ уровень радиосигнала понижается на 10 дБ, абонентская линия вносит затухание 12 дБ, и на вход трехпрограммного АУ поступает сигнал с уровнем напряжения -12 дБ (0, 25 В).

Линии и трансформаторы сетей ПВ вносят большие потери при передаче сигналов второй и третьей программ. Так, на частотах радиосигналов 78 кГц и выше затухания напряжения в линии длиной 5 км достигают 20 дБ. Неоднородности линий (например, кабельные вставки и отводы) приводят к еще большему затуханию.

Для уменьшения затухания радиосигналов и получения в каждой линии ПВ режима бегущей волны проводится высокочастотная обработка сетей ПВ с помощью специальных дополнительных устройств. Для уменьшения затухания радиосигналов в сетях ПВ при их подготовке к введению ТПВ применяют устройства подключения передатчиков (УПП), обходные устройства ТП (ОУТП), обходные устройства АТ (ОУАТ).

Применение аппаратуры систем передачи (АСП) на линиях сельской телефонной связи (СТС) позволяет организовать сельскую систему проводного вещания (рис.14.20). Каналы вещания в этой системе организуют с применением комплекса аппаратуры внутрирайонной системы передачи (АВСП) и используют ее для передачи программ вещания, сигналов телеуправления и телеконтроля на автоматизированные узлы ПВ. Аппаратура АВСП является универсальной, ее комплектность зависит от типа применяемой аппаратуры систем передачи, числа направлений и т. д.

Рис. 14.20. Сельская система ПВ с использованием каналов телефонной связи

Передаваемые в каналы вещания сигналы с аппаратуры внутрирайонной системы передачи центральной станции поступают через разделительные линейные фильтры на аппаратуру АВСП оконечной станции (ОС-ПВ) или на АВСП приеморазветвительной станции (ПРС-ПВ). Станция ПРС-ПВ позволяет организовать каналы вещания по нескольким направлениям. Кроме того, существует возможность преобразования спектра сигнала. Пусть в направлении пункта Б для организации канала вещания искусственная цепь использована; на ПРС-ПВ спектр принимаемого сигнала преобразуется, и в направлении Б, например, сигнал может передаваться в свободной части линейного спектра системы передачи. Место расположения ПРС-ПВ должно совпадать с местом установки аппаратуры систем передачи и определяться нормами допустимого затухания.

При числе направлений передачи меньше шести вместо ПРС-ПВ оборудуется промежуточная станция (ПС-ПВ), комплектуемая соответствующими блоками аппаратуры АВСП. Если длина усилительных участков превышает номинальную, и нет необходимости разветвления программ, устанавливается наружный усилительный пункт НУП-ПВ, состоящий из отдельных узлов аппаратуры АВСП.

Контроль и резервное управление автоматизированными узлами ПВ при такой системе проводного вещания производятся аппаратурой АРУ по телефонным каналам СТС. Способ организации телефонной связи между абонентами административного района при включении АВСП не изменяется.

Достоинством системы сельского ПВ с использованием для управления и подачи программ вещания каналов СТС является возможность простыми способами подать программы районного вещания на большое число автоматизированных узлов.