Статья посвящена рассмотрению общих принципов построения многофункциональных систем кабельного телевидения, которые начинают все более активно интересовать как пользователей, так и операторов в разных регионах страны и в внедрении которых делаются первые шаги.
Переход к цифровому телевидению - важнейшая активно решаемая в настоящее время научно-техническая задача в области инфотелекоммуникаций. Пользователь получает весьма ощутимые новые возможности: многопрограммность, интерактивность, многофункциональность (телефония, передача данных, видеоконференцсвязь, доступ к Интернет, мультимедиа и целый ряд других услуг); повышение качества приема ТВ. Кроме того, более рационально используется радиоспектр, пропускная способность каналов и т. д.
Среди способов доставки ТВ программ абонентам прочное место, особенно в крупных и средних городах, заняли системы кабельного телевидения (СКТВ). На Западе в СКТВ с середины 90-х годов стала внедряться интерактивность. В США и Канаде потенциальную возможность пользоваться интерактивными услугами кабельных сетей в 1998 г. имели около 11 % жителей.
Для создания современных инфотелекоммуникационных кабельных сетей надо решить задачу: заниматься модернизацией построенных ранее систем или строить новые сети на единых стандартных принципах.
В настоящее время в России большинство телевизоров подключены к системам коллективного приема различных поколений: "антенна на подъезд", крупная система коллективного приема телевидения (КСКПТ) и система кабельного телевидения (СКТВ). Первый вариант - "антенна на подъезд" представляет собой преимущественно пассивную сеть с направленными ответвителями. При необходимости усиления ТВ сигнала применяется один каскад канальных или диапазонных усилителей либо дециметровые конвертеры. КСКЛТ и СКТВ строились для повышения качества ТВ приема, в системах применяются головные станции с поканальной обработкой сигналов и конвертированием каналов по частоте: широкополосные магистральные и домовые усилители с полосой пропускания 40 - 240 МГц без обратного канала и частотно-независимые магистральные ответвители и абонентские разветвители. Наиболее активно строительство таких систем осуществлялось в 80-е годы и продолжается теперь несмотря на их ограниченные возможности в части увеличения числа организуемых ТВ каналов, интерактивности и использования для решения многофункциональных задач сети.
На создание линейных сооружений кабельной сети расходуется более 80 % капиталовложений, поэтому весьма печальным является факт полной бесперспективности КСКПТ и СКТВ, построенных по указанному принципу. Реконструкция распределительных сетей этих систем с целью превращения их в коаксиальные узлы (кусты) любой емкости для многофункциональных систем невозможна без полной замены всех компонентов - коаксиальных кабелей, пассивных элементов и усилителей в силу того, что не только не обеспечивается требуемый диапазон частот даже при замене пассивных и активных элементов сети, но и нельзя на существующих сетях добиться требуемых (при условии распределения 40 - 50 каналов аналогового телевидения) минимального уровня комбинационных помех, номинального уровня входного сигнала на абонентской точке и т. д. Таким образом, эти распределительные сети обречены и строительство их сегодня исторически не оправдано. Прекратить этот процесс и дать рекомендации по расширению или реконструкции сети в каждом конкретном случае, видимо, задача Ассоциации кабельного телевидения России и Минсвязи России.
В последнее время началось внедрение широкополосных СКТВ с обратным каналом (полоса 40 - 862 МГц в прямом направлении и 5-30 МГц полоса обратного канала). Архитектура этих сетей подчиняется исключительно интересам кабельного телевидения, и она не корреспондируется с задачами, решаемыми широкополосными многофункциональными интерактивными сетями, в основу которых положено использование волоконно-оптических систем для передачи аналоговых и цифровых сигналов с высоким качеством на большие расстояния. При этом область услуг не должна ограничиваться интересами традиционных объемов телевизионного и радиовещания. Уже сегодня становится очевидным необходимость в таких услугах, как предоставление платных каналов цифрового телевидения и телевидение по заказу (video on demand), мультимедиа, телемагазин, охранная и пожарная сигнализация, использование сети для систем диспетчеризации инженерного оборудования жилых микрорайонов, предоставление каналов передачи данных; организация локальных и корпоративных вычислительных сетей; подключение абонентов к сети Интернет; цифровая телефония и т. д.
Вероятно, что простая замена части магистральной коаксиальной сети не обеспечит полного использования возможностей ВОЛС и резко ограничит размеры и технические возможности СКТВ. Следовательно, адаптация широкополосных СКТВ в телекоммуникационные сети требует пересмотра архитектуры сети самой СКТВ (см. рисунок).
Традиционно архитектура СКТВ большой емкости (на пять и более тысяч абонентов) представляет собой древовидную структуру. Для коаксиальных (особенно однонаправленных) сетей она давала наилучшее соотношение цена-качество. Однако для интерактивной сети такое построение ограничивает возможности создания обратного канала. В гибридных сетях (оптоволоконных - коаксиальных) каждая часть в той или иной мере предъявляет некоторые специфические требования друг другу - оптоволоконная к качеству сигнала, доставляемому по коаксиальной сети и, соответственно, наоборот. При проектировании СКТВ расчет параметров сводился к определению оптимального уровня сигнала на выходе абонентского присоединительного устройства и выходного уровня для последовательно включенных усилителей, который ограничивался только величиной шума. Для включения СКТВ составной частью в гибридную волоконно-коаксиальную сеть необходимо произвести перерасчет с учетом интермодуляционных искажений второго (CSO - Composite Second Order) и третьего (СТВ - Composite Triple Beat) порядка. В зависимости от параметров волоконно-оптической части сети, предшествующей коаксиальной, к последней при перерасчете могут быть предъявлены дополнительные требования не только по изменению выходных уровней усилителей и ограничению количества каскадов усиления, но и по некоторому переустройству домовой распределительной сети с целью увеличения минимальных уровней сигналов на отводах абонентских разветвителей.
Вероятнее всего, такие изменения окажутся в пределах возможности реконструкции системы и не потребуют ее глобального переустройства, т. е. значительных капитальных затрат. Тем не менее при проектировании и строительстве широкополосных интерактивных СКТВ необходимо учитывать (и мировая практика это подтвердила), что на данном этапе наиболее экономически эффективным вариантом построения телекоммуникационных сетей, обеспечивающих абонентский доступ с многофункциональными задачами, являются гибридные структуры с использованием волоконно-оптических и коаксиальных кабелей.
В обозримый период телекоммуникационные сети, применяемые, в частности, для передачи ТВ сигналов, должны иметь структуру и использовать системы передачи, совместимые с традиционными аналоговыми и все более широко внедряемыми цифровыми. ТВ сигналы в широкополосных сетях занимают огромную, несоизмеримую по ширине диапазона с другими средствами полосу, и доставка этих сигналов абонентам в цифровой форме представляет наибольшую сложность. Надо полагать, что в ближайшее десятилетие гибридные сети окажутся доминирующей структурой, при этом будет использоваться преобразование цифровых ТВ сигналов в аналоговые как для группы абонентов, так и применяться индивидуальные абонентские терминалы.
Процесс создания сети абонентского доступа (первый уровень) на базе волоконно-коаксиальных распределительных сетей может быть ускорен лишь при следующих основных условиях:
- разработке нормативно-технической базы, позволяющей приступить к массовому проектированию сетей по гибридной технологии:
- повсеместному построению транспортной информационной магистрали, формируемой с учетом передачи имеющихся и перспективных программ ТВ;
- оперативному переоборудованию широкополосных интерактивных СКТВ в коаксиальные узлы, обеспечивающие технические возможности современных телекоммуникационных сетей.
Выполнение этих условий позволит избежать инвестиций в морально устаревшие или бесперспективные технологии.
Уровень магистрального доступа от транспортного узла до узла коаксиальной сети (второй уровень) строится, как и предыдущий, на базе ВОЛС. но в отличие от транспортного может быть не только цифровым, но и аналоговым.
Третий уровень - коаксиальная субмагистральная и домовая распределительная сеть, включая абонентские коаксиальные кабели до абонентского терминала. Эта сеть охватывает от нескольких сотен до тысячи и более абонентов.
Первые два уровня строятся, как отмечалось, на основе ВОЛС, который обладает многими преимуществами, о которых неоднократно писалось в журнале. Отметим только, что они позволяют организовать несколько десятков телевизионных каналов. Даже при передаче цифрового ТВ со скоростями 2.5 и 10 Гбит/с потенциальные возможности минимум на порядок выше при использовании модулированного излучения волны одной длины. Но уже сегодня промышленность выпускает устройства спектрального уплотнения, позволяющие резко увеличить количество потоков сигналов.
Спектральное уплотнение позволяет увеличить скорость потоков цифровых сигналов, а для аналоговых ТВ сигналов такое уплотнение - это новое качество. Сегодня имеются два вида передачи таких сигналов: первый - одно волокно используется для организации одного канала: второй - передача спектра, содержащего определенное количество ТВ каналов. Спектральное же уплотнение позволяет оптимизировать ВОЛС и в том и в другом случаях. Независимость сигналов, распространяемых в одном световоде навстречу друг другу на волне одной длины и в одном направлении на разных длинах волн, дает уникальные возможности в реализации новых архитектур сетей, в том числе применительно к интерактивным сетям. Здесь используются не оптоэлектрические и электрооптические преобразователи, а оптические ответвители, позволяющие ответвлять определенную долю оптической мощности и вставлять оптический сигнал в общий поток, т. е. реализуется древовидная двунаправленная структура: от ствола к ветвям передаются ТВ и любые другие потоки, а в обратном направлении - узкополосные сигналы запросов абонентов, голос, сигналы от различных датчиков и т. п.
Третье преимущество - гибкость перестроения сети от аналоговой к цифровой.
В ряде городов России уже ведутся работы по созданию информационных кабельных сетей с возможностью интеграции предоставляемых услуг.
Сделаем вывод на основе изложенного выше. Для любой телекоммуникационной системы наиболее дорогостоящим и трудоемким ее участком является сеть. Поэтому на этапе перехода к полностью цифровым технологиям распределительные сети следует строить с максимально возможным использованием традиционных структур и. что существенно, позволяющие определенное время использовать как цифровые, так и аналоговые системы передачи.
Авторы: С.Дмитриев, К.Кукк, Б.Экслер, г.Москва