FB
MÓJ KOSZYK
Mój koszyk jest pusty

TV, TV-SAT

Trochę teorii

Transmisja danych w sieciach kablowych
Sieć kablowa to system odbioru i rozprowadzania sygnałów radiodyfuzyjnych w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej lub w grupach budynków sąsiadujących ze sobą. Obecnie, ze względów formalnych za sieć kablową uznaje się system obejmujący więcej niż jeden budynek i liczący powyżej 250 gniazd.
Telewizja kablowa pierwotnie została pomyślana jako instalacja pozwalająca na rozprowadzanie dużej (ponad 60) ilości programów do dużych i bardzo dużych grup odbiorców. Obecnie dzięki szerokiemu stosowaniu sieci HFC (Hybrid Fibre Coaxial) możliwa jest budowa sieci obsługujących dziesiątki tysięcy użytkowników. Na początku wykorzystywano tylko kanały przewidziane do rozprowadzania kanałów naziemnych. W związku z ciągłym wzrostem zapotrzebowani odbiorców na nowe kanały zaczęto wykorzystywać częstotliwości leżące pomiędzy zakresami telewizji naziemnej, tak zwane kanały kablowe, popularne S.
Możliwości transmisyjne telewizji kablowej
W Polsce przewidziano do wykorzystywania w sieciach kablowych kanały o rastrze 8 MHz, w standardzie D/K, z wykorzystaniem kodowania koloru w systemie PAL. Dopuszczono także do rozprowadzania programów z kodowaniem koloru w systemie SECAM, o ile są w nim oryginalnie nadawane. Dźwięk stereofoniczny wykorzystuje standard Nicam, choć w dalszym ciągu wiele sieci kablowych w niektórych programach nadaje fonię stereo w systemie A2.
W sumie do dyspozycji mieliśmy 99 kanałów, a obecnie po wycofaniu z eksploatacji kanałów 1-5 mamy 94 kanały, mieszczących się w ciągłym przedziale częstotliwości od 110 MHz do 862 MHz.
Starsze sieci zazwyczaj wykorzystują tylko część dostępnych kanałów, co ilustruje poniższa tabelka.
Tabela 1. Zakresy częstotliwości stosowane w AIZ oraz w sieciach kablowych oraz ich wykorzystanie w różnych sieciach.

Zakres

pasmo częstotliwości [MHz]

oznaczenie kanałów

stare sieci

nowe sieci

fale ultrakrótkie I*

66,0 - 74,0

UKF-FM I

zawsze

raczej zanika

fale ultrakrótkie II

87,5 - 108,0

UKF-FM II

rzadko

zawsze

dolne pasmo specjalne

110 - 174

S01 -S08

często

zawsze

zakres III

174 - 230

K06 -K12

zawsze

zawsze

górne pasmo specjalne

230 - 302

S09 - S17

często

zawsze

rozszerzone pasmo specjalne

302 - 470

S18 -S38

rzadko

dość często

zakres IV

470 - 606

K21 - K37

zawsze

zawsze

zakres V

606 - 862

K38 - K69

często

prawie zawsze

*już niewykorzystywane
Wykaz częstotliwości poszczególnych kanałów można znaleźć tutaj.
Transmisja danych - do abonenta.
Przeważnie wykorzystujemy dla transmisji telewizyjnych tylko 60 kanałów. Zakładając, że ze względu na możliwość występowania zakłóceń, nie korzystamy z kanałów nadajników naziemnych, których zazwyczaj jest 8 oraz zostawiając 4 kanały wolne, w których może pracować modulator magnetowidu, wolnych do ewentualnej transmisji danych pozostaje nam 22 kanały. Praktycznie ilość ta ulega dalszemu zmniejszeniu, gdyż często musimy rezygnować z niektórych kanałów ze względu na zakłócanie ich przez nadajniki inne niż telewizyjne, tak że zostaje do dyspozycji około 10 kanałów.
Te kanały można wykorzystać do dosyłu danych cyfrowych do abonenta. Ze względu na to, że jakość, czyli odstęp sygnału - szumu oraz sygnału od innych zakłóceń w sieci kablowej, w kierunku do abonenta jest duży, można zastosować skomplikowane wielopoziomowe rodzaje modulacji. Takie modulacje umożliwiają szybką transmisję w kanale o małej szerokości, czyli mają wysoka sprawność.
Typowym przykładem są modulacje 16QAM oraz 64QAM. Praktycznie wykorzystywane są tylko w kanale dosyłowym, gdyż wymagają relatywnie wysokiego odstępu sygnału od szumu. Zaletą tego rodzaju modulacji jest duży współczynnik wykorzystania pasma, wynoszący 4 b/Hz/s dla 16QAM i 6 b/Hz/s dla 64QAM.
Transmisja zwrotna.
Oczywiście użytkownicy muszą mieć możliwość transmisji zwrotnej, do stacji czołowej. Ze względu na stosowanie w całym torze kablowym wzmacniaczy, jedyną możliwością jest wykorzystanie transmisji z podziałem częstotliwości, czyli dosył jest realizowany w zakresie kanałów telewizyjnych, a transmisja do stacji czołowej w zakresie od 5 - 65MHz. Ze względy na specyfikę tego rodzaju transmisji wymagane jest stosowanie modulacji odpornych na zakłócenia.
Zazwyczaj są to modulacje BPSK i QPSK. Podstawowymi zaletami jest duża odporność na zakłócenia oraz prostota modulatorów i demodulatorów. Są to najprostsze modulacje fazy, z dwuwartościowym i czterowartościowym kodowaniem danych. Współczynnik wykorzystania pasma wynosi 1 b/Hz/s dla BPSK i 2 b/Hz/s dla QPSK.
Dobór pasma kanału zwrotnego.
Wcześniej wspomnieliśmy że dla potrzeb zwrotnej transmisji danych w sieciach kablowych wybrano częstotliwości leżącej poniżej pasma dosyłowego, czyli w zakresie 5-65 MHz. Warto się zastanowić dlaczego.
Możliwe były dwa warianty, albo wykorzystanie pasma leżącego poniżej pierwszego, albo powyżej ostatniego zajętego kanału. Częstotliwości leżące powyżej 862 MHz są mniej narażone na zakłócenia zewnętrzne, gdyż gospodarka wyższymi częstotliwościami jest bardziej reglamentowana, rzadziej zdarzają się też nadajniki o dużej mocy promieniowanej.
Jednak rozprowadzanie sygnałów w sieciach kablowych na wysokich częstotliwościach napotyka na szereg problemów, związanych z rosnąca tłumiennością kabli, a także z malejącym współczynnikiem ekranowania. Na dodatek im większa częstotliwość, tym trudniej jest wykonać filtr o stromym zboczu. Z kolei częstotliwości leżące poniżej 65 MHz, są bardzo narażone na zakłócenia wprowadzane z zewnątrz.
Generalnie można powiedzieć że ten zakres częstotliwości jest najbardziej zaśmieconym zakresem częstotliwości, przez nadajniki CB, urządzenia gospodarstwa domowego, urządzenia zapłonowe, wszelkiego rodzaju sterowniki oświetlenia, wszelkiego rodzaju urządzenia radiowo - telewizyjne oraz komputery. Natomiast podstawową zaletą tego zakresu jest mniejsze tłumienie kabli oraz większe możliwości budowy filtrów o stromych zboczach. Dodatkowo łatwiej jest budować urządzenia aktywne pracujące w zakresie niższych częstotliwości.
Na samym początku jako górną częstotliwość kanału zwrotnego wybrano 30 MHz, co było podyktowane rozprowadzaniem programów telewizyjnych od częstotliwości 47 MHz. Później, w miarę zwalniania niższych kanałów i wzrostu potrzeb transmisyjnych poszerzano pasmo kanału zwrotnego.
Stosowane pasma kanału zwrotnego i dosyłowego

kanał zwrotny

szerokość pasma

kanał dosyłowy

uwagi

5-30 MHz

25 MHz

47-862 MHz

od 47 MHz zaczynał się 2 kanał TV w rastrze B

5-45 MHz

40 MHz

55-862 MHz

 

5-55 MHz

50 MHz

65-862 MHz

od 65,5 MHz zaczynał się dolne pasmo UKF

5-65 MHz

60 MHz

85-862 MHz

od 87,5 MHz zaczyna się górne pasmo UKF

Szerokość pasma kanału zwrotnego waha się od 25 do 60 MHz, przy czym należy pamiętać że część będzie bezużyteczna ze względu na zbyt duży poziom zakłóceń.
Przepustowość kanału zwrotnego.
Spróbujemy teraz oszacować przepustowość kanału zwrotnego. Prędkość transmisji zależy od dysponowanego pasma i współczynnika wykorzystania pasma zastosowanej modulacji.
Rb=B*η
gdzie:
Rb - prędkość transmisji w b/s
B - szerokość pasma w Hz
η - współczynnik wykorzystania pasma w b/s/Hz, (spectral efficienty) mówi ile bitów można przenieść wraz z jedną zmianą sygnału nośnego, η - to podstawowe kryterium oceny zdolności transmisyjnych modulacji, oczywiście w połączeniu z odstępem średniej mocy szumów do widmowej gęstości mocy.
Od razu widać że im szersze pasmo B i większy współczynnik h tym prędkość transmisji Rb jest większa.
Im bardziej złożona modulacja tym współczynnik η jest większy sięgając 10 dla 1024QAM.
modulacjaη praktyczneη teoretyczne
4QAM1,72
2FSK0,81
BPSK0,81
QPSK1,92
8PSK2,63
16PSK2,94
BPSK=2PSK, QPSK=4PSK, 4QAM=4PSK, 4QAM=4PSK
Wydawało by się że najlepiej jest stosować modulacje o dużym η, lecz wiąże się to z koniecznością zwiększenia odstępu sygnał/szum.
modulacjaQPSK4QAM16QAM64QAM
BER

C/N [dB]

10-39,610,317,022,9
10-613,513,820,626,7
10-915,515,722,628,7
10-1217,116,923,330,1
Wpływ parametru C/N na wybór modulacji.
W kanale dosyłowym osiągnięcie odstępu sygnał/szum lepszego od 40 dB nie jest problemem, dlatego zazwyczaj wybiera się modulacje wielopoziomowe np. 16QAM lub 64QAM, które w modulacjach 16 i więcej poziomowych mają lepsze własności transmisyjne niż PSK. Warto przypomnieć że modulacje M-QAM (qaudrature AM) są tożsame z M-APK (amplitude phase keying).
Zdecydowanie gorsza sytuacja jest w kanale zwrotnym gdzie odstęp sygnał/szum jest zawsze mniejszy, a na dodatek zróżnicowany w całym paśmie. W takiej sytuacji wybierane są modulacje o dużej odporności na zakłócenia, zazwyczaj QPSK, a czasem BPSK.
Na tym etapie można już obliczyć prędkość przepustowość kanału zwrotnego. Zakładamy, że szerokość jednego kanału wynosi 4 MHz co jest dość często spotykana wartością, i stosujmy modulację QPSK.
Rb=B*η=4MHz*2b/s/Hz
Rb=4MHz*2b/s/Hz=8Mb/s
W kanale zwrotnym możemy umieścić kilka kanałów np. 5 o szerokości 4 MHz, zwiększając tym całkowitą prędkość do 40Mb/s.
Podobnie wygląda sytuacja w kanale dosyłowym. Tu zakładamy, że szerokość jednego kanału wynosi 6 MHz ze względu na konieczność zostawienia pewnego marginesu, i stosujmy modulację 64QAM.
Rb=B*η=6MHz*6b/s/Hz
Rb=6MHz*6b/s/Hz=36Mb/s
Także i tu możemy umieścić kilka kanałów np. 5, zwiększając tym całkowitą prędkość do 210Mb/s, co oznacza że stworzyliśmy szybką sieć transmisji danych. Dodatkowo dzięki pracy na kilku kanałach zwiększamy niezawodność sieci. Zróżnicowanie rodzajów modulacji w kanale dosyłowym i zwrotnym powoduje asymetrię prędkości transmisji w obu kierunkach, jednakże ze względu na to, iż większość użytkowników jest odbiorcami informacji, ich komunikacja z sieci przebiega w formie krótkie zapytanie i długa odpowiedź. Dzięki temu występująca asymetria prędkości transmisji jest niezauważalna dla zwykłego użytkownika.
Szerokość pasma w kanale zwrotnym
Szerokość pasma w kanale zwrotnym bezpośrednio rzutuje na prędkość transmisji i stopień skomplikowania wyposażenia stacji czołowej. Pożądane jest, by prędkość transmisji w kanale zwrotnym była możliwie duża. Jak poprzednio pokazano duża prędkość transmisji wymaga dużej szerokości pasma i skomplikowanych modulacji. Stosowanie skomplikowanych modulacji w kanale zwrotnym jest niepożądane ze względu na mały odstęp sygnał - szum. Pozostaje poszerzanie pasma.
Problem tkwi w tym, że pasmo kanału zwrotnego narażone jest na różnego rodzaju zakłócenia generowane przez źródła leżące w samej sieci i wnikające z zewnątrz.
Można zdefiniować parametr określający dostępność kanału zwrotnego. Opisuje on jaki procent szerokości kanału zwrotnego, który można wykorzystać dla potrzeb transmisji danych. Należy mieć świadomość, że może być on różny w różnych częściach sieci. Praktycznie okazuje się, że dostępność kanału zwrotnego jest niewielka w porównaniu do jego szerokości. Niezbędne staje się dokonanie pomiaru dostępności kanału zwrotnego, czyli ocenienie jego zajętości przez sygnały zakłócające. Pomiar ten dokonywany jest analizatorem widma posiadającym możliwość pomiaru w zakresie kanału zwrotnego.
przykładowy rozkład zakłóceń w kanale zwrotnym
Znając rozkład prążków zakłócających i ich poziom, a także dysponowany odstęp sygnału do szumu, możemy wyznaczyć te obszary (kanały) kanału zwrotnego gdzie możliwa jest transmisja o wymaganym poziomie błędów BER.
Praktycznie największe zakłócenia występują w zakresach używanych przez radiokomunikację krótkofalową, w paśmie 27 MHz, okolice 50 MHz, w zakresie najniższych częstotliwości oraz na częstotliwościach pośrednich odbiorników radiowych i telewizyjnych. Ich rozmieszczenie jest nieuporządkowane co powoduje, że z punktu widzenia maksymalnego wykorzystania pasma najlepiej byłoby stosować kanały o możliwej małej szerokości. Mała szerokość pasma daje większą szansę zmieszczenia się pomiędzy prążkami zakłóceń.
Niestety ceną jaką za to płacimy jest komplikacja i zwiększenie ilości modemów kablowych w stacji czołowej. Chcąc osiągnąć taką sama przepływność, należy skompensować małą szerokość kanałów (a tym samym małą przepływność) zwiększoną ilością, co wymusza zainstalowanie dodatkowych modemów w stacji czołowej. Oznacza to, że tym samym podnosimy koszt jej wyposażenia.
Obecnie, w kanale zwrotnym stosowane są różne szerokości pasma.

firma

nazwa

szerokość pasma [MHz]

przepływność [Mb/s]

rodzaj modulacji

NetGame

NeMo

2,5/2,6

1,8/5,12

QPSK

Cisco System

MC11

0,2¸3,2

5/10

QPSK/16QAM

Nortel Networks

LANcity

6

10 Mb/s

QPSK

Phasecom

SpeedDemon

1.66

2,5

QPSK

Szerokość kanału w paśmie dosyłowym
Szerokość pasma w kanale dosyłowym nie może przekraczać szerokości kanału telewizyjnego. W standardzie D/K, który obowiązuje w Polsce, wynosi ona 8 MHz. Najczęściej stosowana szerokość pasma w modemach kablowych jest 6 MHz. Jedną z przyczyn jest chęć zapewnienia możliwości transmisji w sieciach amerykańskich, gdzie szerokość pasma kanału telewizyjnego wynosi właśnie 6 MHz.
Możliwość stosowania kanału dosyłowego o znacznej szerokości, wynika z lepszych parametrów transmisji w porównaniu do kanału zwrotnego. Zazwyczaj kanał dosyłowy lokowany w zakresie UHF, gdzie ilość zakłóceń wnikających z zewnątrz jest mniejsza, dodatkowo zdecydowanie mniej zakłóceń generowanych jest w samej sieci.
Duży odstęp C/N, wynoszący co najmniej 43 dB pozwala na stosowanie modulacji wielopoziomowych, o dużej prędkości transmisji. W efekcie uzyskujemy prędkości 10-40 Mb/s. Takie prędkości pozwalają w zależności od zakładanej średniej prędkości przypadającej na jednego użytkownika na obsłużenie nawet 2000-4000 abonentów.

firma

nazwa

szerokość pasma [MHz]

przepływność [Mb/s]

rodzaj modulacji

NetGame

NeMo

6

10

QPSK

Cisco System

MC11

6

27/40

64QAM/256QAM

Nortel Networks

LANcity

6

10

QPSK

Phasecom

SpeedDemon

6

31

64QAM

Zakłócenia związane z dużym poziomem wyjściowym modemów kablowych.
Modemy kablowe, zarówno te pracujące w stacji czołowej, jak i te instalowane u abonenta posiadają wysoki poziom wyjściowy sygnału. Typowo wynosi on 120 dBuV. O ile taki poziom w torze dosyłowym nie jest problemem, gdyż generalnie nie odbiega on od poziomów pozostałych sygnałów, to w przypadku toru zwrotnego może on powodować zakłócenia w odbiorze programów telewizyjnych.
Ilustracja powstawania zakłóceń wywoływanych przez modem kablowy na odbiorniku telewizyjnym
Na rysunku można zauważyć, że ze względu na ograniczoną separację pomiędzy wyjściami zwykłego rozgałęźnika (zazwyczaj rzędu 25 dB), na wejściu telewizora i radia pojawia się silny sygnał z modemu kablowego. Zakładając, że poziom wyjściowy modemu wynosi 120dBuV, to przy separacji wynoszącej 25dB, na wejściu odbiorników pojawi się sygnał z przedziału 5-65 MHz o poziomie 95 dBuV. Oznacza to, że mogą pojawić się zakłócenia wynikające z przesterowania głowicy telewizora czy radioodbiornika. Problem ten można rozwiązać poprzez zastosowanie:
  • gniazd lub filtrów blokujących pasmo kanału zwrotnego,
  • zastosowanie rozgałęźników (rozdzielaczy) i gniazd multimedialnych z podwyższoną separacją pomiędzy wyjściami R, TV a wyjściem transmisji danych D, przeznaczonym do podłączenia modemu kablowego.
Zakłócenia powstające na elementach biernych.
Kolejnym problemem są nieliniowości powstające na elementach biernych. Przede wszystkim dotyczy to rozgałęźników i odgałęźników budynkowych, które w zwykłej sieci jednokierunkowej pracują z poziomami nie przekraczającymi100 dBuV. Natomiast w sieciach dwukierunkowych poziomy w kanale zwrotnym znacznie przekraczają 100 dBuV.
Urządzenia te zbudowane są z wykorzystaniem rdzeni ferrytowych, które przy pojawieniu się wysokiego poziomu mogą się nasycić, czyli wejść w nieliniowy fragment charakterystyki. Bezpośrednim skutkiem tego jest wzrost zniekształceń nieliniowych, a co za tym idzie pojawienie się zakłóceń np. w paśmie przesyłu programów telewizyjnych. Jedynym sposobem walki z tym efektem jest stosowanie odgałęźników specjalnie zaprojektowanych do pracy z dużymi poziomami sygnału.
Innym źródłem nieliniowości mogą stać się niepewne złącza i zawilgocone kable, gdzie na utlenionych powierzchniach powstaje pasożytnicza dioda. W efekcie złącze staje się źródłem nieliniowości, czego skutkiem jest kolejne pogorszenie odstępu sygnału od zniekształceń nieliniowych. Także i tu walka ze zniekształceniami polega na stosowaniu złączy renomowanych firm, zabezpieczaniu przed kontaktem z wodą, dokładnym zarabianiu końcówek, a także na okresowej kontroli stanu złącz.
Stosowane kable powinny posiadać żel zabezpieczający przed penetracją wody w przypadku mikroszczelin w powłoce kabla. Generalnie walka z nieliniowościami powstającymi na elementach pasywnych sprowadza się do stosowania podzespołów dedykowanych dla sieci z kanałem zwrotnym i przetestowanych w tych sieciach.
Filtry, zwrotnice i gniazda.
Stosowanie filtrów, zwrotnic oraz gniazd multimedialnych pozwala uniknąć przesterowania odbiorników telewizyjnych silnym sygnałem modemu kablowego w kanale zwrotnym.
Filtry górnoprzepustowe, czyli tłumiące pasmo kanału zwrotnego powinny być stosowane na wejściu odbiornika, który jest podłączony do sieci kablowej wspólnie z modem. Dodatkowo należy abonentów grupować i tych posiadających modem dołączać do odgałęźnika podłączonego do sieci budynkowej bezpośrednio, a tych nie posiadających modemów dołączać do sieci budynkowej poprzez filtr górnoprzepustowy.
Grupowanie odbiorców
Zazwyczaj pasmo zaporowe to 5-65MHz (górna wartość zależy od wybranego pasma kanału zwrotnego), a pasmo przepustowe 87-862MHz. Minimalne tłumienie w paśmie zaporowym powinno wynosić 40dB,a tłumienie w paśmie przepustowym nie powinno przekraczać 1-2 dB.
Dopasowanie w paśmie przepustowym na wejściu i wyjściu powinno wynosić 16,5 ± 1,5 dB/oktawę. Warto zauważyć, że są spotykane droższe filtry zapewniające także dopasowanie w paśmie zaporowym.
Dla abonentów nie posiadających modemu zamiast filtru górnoprzepustowego włączanego przed gniazdem abonenckim można zastosować gniazdo z wbudowanym filtrem kanału zwrotnego. W ten sposób upraszamy okablowanie, równocześnie zapobiegając przedostawaniu się do kanału zwrotnego sygnałów zakłócających (ingresu) z odbiorników.
Gniazda z filtrem górno przepustowym i filtrem pasmowym w torze radiowym.
Gniazdo może występować w dwóch wersjach: z rozgałęźnikiem oraz odgałęźnikiem, czasem jest też spotykane bez filtru pasmowego w torze radiowym. Wtedy, na obu wyjściach dostępny jest sygnał z całego pasma kanału dosyłowego 87-862 MHz
Dla odbiorców posiadających modem stosowane są gniazda tzw. multimedialne nazywane też gniazdami do transmisji danych. Posiadają trzy wyjścia: dwa dla transmisji jednokierunkowej, czyli dla radia R i telewizji TV oraz jedno dla transmisji dwukierunkowej D, do którego podłączamy modem. Podstawowymi parametrami są: separacja pomiędzy wyjściami R+TV, a wyjściem/wejściem D, oraz blokowanie zakłóceń generowanych przez radio i telewizor w paśmie kanału zwrotnego. Pożądane jest także by straty, czyli tłumienie w torze transmisji danych było niewielkie i jednakowe w obu kierunkach.
Należy zauważyć, że zastosowanie rozgałęźnika w torze RTV powoduje, iż tłumienie wyjść TV oraz R jest takie same, a na wyjściu TV mamy pełnie pasmo 87-862 MHz. Natomiast zastosowanie filtru pasmowego w torze radiowym powoduje, iż do radioodbiornika docierają tylko sygnały z zakresu 87-108 MHz. Czasem gniazdo radiowe dołączone jest nie przez rozgałęźnik a przez odgałęźnik, zazwyczaj o tłumieniu 8-10 dB.
Schemat gniazd multimedialnych z odgałęźnikiem i rozgałęźnikiem.
Dołączenie modemu zrealizowane jest odgałęźnik o tłumieniu przyłączenia 10 dB, dzięki czemu osiągamy dobrą separację pomiędzy wyjściem/wejściem D, a wyjściami radiowo-telewizyjnymi.
Firma Telkom-Telmor produkuje ciekawe gniazdo multimedialne o poprawionych parametrach tłumieniowych. Zaawansowane multimedialne gniazdo abonenckie GMF-351 posiada dodatkowe filtry w torze transmisji danych, dzięki czemu zmniejszono tłumienie od złącza D do wejścia/wyjścia do wartości 1 dB oraz poprawiono separacje złączem D a wyjściami RTV oraz R zwiększające je o 10 dB w porównaniu do rozwiązań z jednym filtrem górnoprzepustowym.
Jest to bardzo dobre rozwiązanie dla abonentów korzystających z kanału zwrotnego, gdyż praktycznie rozwiązuje problem przenikania zakłóceń z modemu do odbiorników i zakłóceń generowanych przez odbiorniki do kanału zwrotnego.
schemat gniazda GMF-351
W przypadku kiedy modem jest instalowany w innym miejscu niż telewizor, podziału sygnału należy dokonać nie przy telewizorze, a w innym miejscu warunkowanym możliwościami prowadzenia okablowania. Do tego celu nie można stosować standardowego rozgałęźnika, gdyż odbiornik telewizyjny czy radiofoniczny zostanie przesterowany silnym sygnałem z modemu. Jedynie, kiedy w torze prowadzącym do telewizora zastosujemy filtr górnoprzepustowy, lub gniazdo z takim filtrem, można wykorzystać zwykły rozgałęźnik, oczywiście jeśli może on pracować z poziomem 120 dBuV.
schemat podłączenia odbiornika telewizyjnego i modemu znajdujących się w różnych pomieszczeniach
Typowym rozwiązaniem jest stosowanie zwrotnic multimedialnych, nazywanych też rozgałęźnikami lub rozdzielaczami multimedialnymi. Najprostsze z nich posiadają tylko odgałęźnik do którego podłączamy modem i filtr górnoprzepustowy na wyjściu telewizyjnym. Bardziej złożone posiadają kilka filtrów, co poprawia separację, ale równocześnie podwyższa koszty.
zwrotnice (rozdzielacze multimedialne) z odgałęźnikiem i rozgałęźnikiem
Zaletami takich rozdzielaczy jest zintegrowanie w jednym urządzeniu odgałęźnika i zestawu filtrów blokujących przenikanie sygnałów zakłócających, leżących w paśmie kanału zwrotnego, od odbiorników i zabezpieczające je przed dostaniem się na ich wejście silnego sygnału z modemu kablowego. Podobnie jak w gnieździe firmy Telkom, tłumienie toru danych jest niesymetryczne, czyli 1 dB od modemu i 10 dB do modemu.
Spotykane są też warianty z rozgałęźnikiem zamiast odgałęźnika, które posiadają równe tłumienie w torze dosyłowym pomiędzy wejściem a wyjściami RTV i D, wynoszące 4dB, lecz mniejszą separacja pomiędzy wyjściami RTV i D.
Źródła zakłóceń wewnątrzsieciowych.
Kanał dosyłowy.
Odporność sieci kablowej na zakłócenia zewnętrzne musi być powiązana z wyeliminowaniem zakłóceń wewnątrzsieciowych. Ze względu na strukturę sieci kablowej, przenikanie zakłóceń w paśmie dosyłowym, czyli 87,5-862 MHz jest znacząco zminimalizowane ze względu na kierunkowe charakterystyki urządzeń pasywnych. Dodatkowo, jedynym znaczącym źródłem szumów są kaskady wzmacniaczy, przy czym wkład w poziom szumów mają tylko wzmacniacze leżące pomiędzy punktem gdzie dokonujemy pomiaru a stacją czołową.
Rozchodzenie się zakłóceń w kanale dosyłowym
Kanał zwrotny.
O wiele większa skala problemu występuje w kanale zwrotnym, gdzie następuje sumowanie zakłóceń z poszczególnych części sieci. Zakłócenia i szumy generowane przez wzmacniacze i wszelkie urządzenia aktywne podłączone do jednego węzła sumują się i powodują znaczne pogorszenie jakości sygnału odbieranego z modemów kablowych u abonentów przez urządzenia w stacji czołowej.
Rozchodzenie się zakłóceń w kanale zwrotnym
Podstawowymi źródłami zakłóceń są wszelkiego rodzaju urządzenia radiowo-telewizyjne oraz komputery podłączone do sieci kablowej. Każde z tych urządzeń w czasie normalnej pracy generuje, zwłaszcza w zakresie częstotliwości pośredniej, zakłócenia, które w przeważającej części znajdują się w kanale zwrotnym. Poziom zakłóceń wprowadzany do sieci przez telewizor może sięgać 50 dBuV. Należy jeszcze zauważyć, że zakłócenia mogą być generowane także kiedy dane urządzenie znajduje się w stanie uśpienia (stand-by).
Dodatkowo, za pośrednictwem urządzeń radio-telewizyjnych mogą wnikać zakłócenia wytwarzane przez urządzenia gospodarstwa domowego, urządzenia zapłonowe, wszelkiego rodzaju sterowniki oświetlenia, i tym podobne. Oznacza to, że sama szczelność sieci nie wystarczy, gdyż zakłócenia wnikają przez podłączone do niej urządzenia.
Dlatego, zanim przystępuje się do uruchomienia kanału zwrotnego należy za pomocą filtrów górnoprzepustowych odseparować te części sieci, gdzie nie przewidujemy wykorzystania kanału zwrotnego. Dodatkowo, należy zawsze tam gdzie są zainstalowane modemy kablowe podłączać wszelkie odbiorniki poprzez zwrotnice lub gniazda multimedialne.
Reasumując dotychczasowe rozważania, należy tak budować sieć, szczególnie budynkową by zapewnić jej maksymalną szczelność elektromagnetyczną, eliminować wszelkie źródła zakłóceń w kanale zwrotnym, systematycznie kontrolować parametry sieci, wykorzystywać elementy pasywne pracujące poprawnie z dużymi poziomami sygnału oraz wystrzegać się sieci przelotowych w pionach.
Wielkość ruchu generowanego przez użytkowników
Wielkość ruchu generowanego przez abonentów wymusza, dla zapewnienia odpowiedniej jakości usług, adekwatne inwestycje sieciowe. Spróbujmy dokonać oszacowania zdolności ruchowej sieci transmisji danych opartej na telewizji kablowej. Zakładamy, dla uproszczenia, że wykorzystujemy tylko jeden kanał dosyłowy i zwrotny. Przyjmijmy następujące parametry obu kanałów transmisyjnych:
  • kanał dosyłowy o szerokości 6 MHz, modulacja 64 QAM, prędkość transmisji 31 Mb/s,
  • kanał zwrotny o szerokości 1,66 MHz, modulacja QPSK, prędkość 2,5 Mb/s.
Jak wcześniej zwracaliśmy uwagę, asymetria prędkości obu kierunków transmisji dla większości użytkowników nie jest problemem, gdyż w większości są odbiorcami danych, generując przy tym ich znikome ilości.
Teraz musimy wyznaczyć jaką prędkość transmisji chcemy zarezerwować dla każdego abonenta. W związku z tym że, odbiorca nie zaakceptuje mniejszej prędkości niż ta, którą oferuje modem telefoniczny analogowy lub ISDN, należy przyjąć, że minimalna prędkość nie może spaść poniżej 64 kb/s na jednego abonenta.
Ilość kanałów o zadanej przepustowości można obliczyć ze wzoru:
N=Rb/P
  • N: ilość kanałów,
  • Rb: prędkość transmisji w b/s,
  • P: prędkość transmisji na jednego abonenta w b/s
  • Nd=31*10E6/64*10E3=484
  • Nd: ilość kanałów – kierunek dosyłowy Tu przyjęliśmy prędkość 64 kb/s.
  • Nz=2,5*10E6/6,4*10E3=390
  • Nz: ilość kanałów – kierunek zwrotny
Tu, ze względu na asymetrię ruchu, przyjęliśmy że ruch wychodzącego do ruchu przychodzący ma się jak 1:10, czyli wynosi 6,4 kb/s.
Przedstawione wartości oznaczają, że maksymalna liczba jednocześnie pracujących użytkowników nie może przekroczyć 400. Jeśli liczba pracujących użytkowników zacznie się zwiększać, to jedyną możliwością obsłużenia zwiększonego ruchu jest zmniejszanie prędkości transmisji na jednego użytkownika.
Oczywiście, nie wszyscy pracują jednocześnie, tak ze maksymalna liczba abonentów może być większa. Zależy to od tego jak duży generują ruch. W pewnym przybliżeniu mówi o tym ilość pracujących użytkowników do ich całkowitej liczby.
Miara średniego ruchu generowanego jest Erlang. Ruch o wartości 1E oznacza, iż użytkownik cały czas generuje ruch, a np. ruch o wartości 0,1E, że tylko przez 10% czasu korzystaj z sieci.
W przypadku telefonii przyjmuje się, iż abonent generuje ruch o natężeniu 0,1E, natomiast w przypadku transmisji danych 0,06 - 0,1E. Szacunkowa ilość abonentów podłączonych do jednego węzła wyposażonego tylko w jeden kanał dosyłowy i jeden zwrotny można obliczyć z następujących wzorów.
nz=Nz/a=390/0,06=6500 n - ilość abonentów,
nd=Nd/a=484/0,06=8066 a - średni ruch generowany przez abonenta.
Można przyjąć, że w naszym wypadku ilość użytkowników podłączonych korzystających z transmisji danych nie może przekroczyć 8100. Oczywiście, 64kb/s nie jest wielkością znaczną, wiele sieci kablowych przydziela użytkownikom większe prędkości. Ze względu na proporcjonalność łatwo zauważyć, że przy prędkości 128 kb/s będzie można obsłużyć 4050 abonentów, przy 256 kb/s tylko 2025, przy 512 kb/s będzie to ilość 1012, a przy 1Mb/s jedynie 506 abonentów.