Podział satelitarnego sygnału p.cz. przez światłowód

Podział satelitarnego sygnału p.cz. przez światłowód
Podział satelitarnego sygnału p.cz. przez światłowód
Opracowano na podstawie materiałów prasowych
A
utor artykułu testował zestaw instalacyjny do odbioru satelitarnego rozprowadzający sygnał za pośrednictwem światłowodu. Rzeczą szczególną w tym jest to, że podział
pośredniej częstotliwości satelitarnej odbywa
się poprzez niskotłumiące światłowody. Dla
instalacji domowej wynikają z tego zupełnie
nowe możliwości i rozwiązania.
Klasyczna instalacja do odbioru satelitarnego dla
jednorodzinnego domu z czterema gniazdkami antenowymi przedstawiona została na rysunku 1. Konwerter
satelitarny LNB przetwarza odbierany sygnał satelitarny
na cztery pasma częstotliwości z zakresu częstotliwości
od 0.95GHz do 2.15GHz. Przewodami koncentrycznymi
sygnały te doprowadzane są do multiprzełącznika. Ich
relatywnie małe rozmiary powodują możliwe do zaakceptowania tłumienia kabla, jakie można stwierdzić po
poziomach na wyjściach gniazdek. Poziomy wyjściowe
na wszystkich gniazdkach antenowych mieszczą się w
zakresie 50 … 60dBμV – co dla odbiorników spotykanych
na rynku i będących w eksploatacji w gospodarstwach
domowych nie stwarza jakichkolwiek problemów z prawidłowym odbiorem.
wiele mieszkań w wielopiętrowym bloku mieszkalnym.
Wartości tłumienia kabla na 100 metrów wynoszące
typowo 20dB przy częstotliwości 0.95GHz oraz 30dB przy
2.15GHz pogarszają sygnał użytkowy doprowadzany
do gniazdka antenowego na skutek znacznych długości
kabla rozprowadzającego sygnał. Tutaj z reguły zastosowanie znajdują topologie rozdziału sygnału mające na
każdym piętrze kształt gwiazdy, to znaczy multiprzełącznik
na każdym piętrze. W tym rozwiązaniu pasma częstotliwości pośredniej SAT na każdym piętrze zostają przez multiprzełącznik porozdzielane i po wyjściu z niego na każdej
kondygnacji uformowane w konfigurację gwiazdy. Tutaj
właśnie dochodzą do głosu długości przewodów, które
wraz z tłumiennością przejścia przez multiprzełączniki
na odgałęzieniach systemu rozdziału mogą powodować
problemy z ostatecznym poziomem sygnału.
Co prawda poziom sygnału, po przykładowo trzech kaskadowych multiprzełącznikach, można stosując wzmacniacz podwyższyć, ale ze względu na związane z tym
pogorszenie jakości sygnału, nie można robić tego zbyt
często. Z tego powodu klasyczny rozdział sygnału p.cz.
SAT w większych instalacjach mieszkaniowych wykonalny
jest jedynie przy użyciu dużych nakładów.
Ze światłem w przyszłość
Status quo
Rozwiązaniem wszystkich problemów związanych
z szerokością pasma i tłumieniem wydają się być świaSytuacja staje się bardziej skomplikowana, gdy te cztetłowody wykonane z włókien szklanych lub włókien pory widma sygnałów pośredniej częstotliwości satelitarnych
limerowo-optycznych (POF – Polymer Optical Fiber). Z
z konwertera Quadro LNB mają zostać rozdzielone na
coraz większym powodzeniem wchodzą one do komunikacyjno-technicznego okablowania budynków,
wypierając alternatywne dla miedzi przewody
współosiowe czy skrętkę. W dziedzinie optyczKonwerter Quadro-LNB
nego przekazu czterech pasm częstotliwości
DBS
(Direct Broadcasting Satelite), po zakoń75 dBµV
czonym
sukcesem wspieranym przez ESA
Kabel koncentryczny 5 m
Wartości poziomu i tłumienia:
73.5 dBµV
(European Space Agency) a przez brytyjską
– konwerter Quadro LNB: 75dBµV; 950 - 2150MHz
– multiprzełącznik: 8dB (tłumienie poziomu na podłączeniu
firmę Global Invacom zrealizowanym projekcie
65.5 dBµV
do gniazdka w stosunku do poziomu doprowadzanego)
„Distribution
of DBS Signals by Fibre Optic”
65.5 dBµV
– kabel koncentryczny:
(„Dystrybucja sygnałów DBS za pośrednic65.5 dBµV
20dB / 100m dla 950MHz – 30dB / 100m dla 2150MHz
– gniazdko 5dB (tłumienie poziomu na podłączeniu
twem światłowodu”) wydarzyło się coś decydu65.5 dBµV
do gniazdka w stosunku do poziomu doprowadzanego)
jącego. Podzielone na 14 pakietów roboczych
25 m kabla koncentrycznego
zadanie brzmiało: „Projekt systemu rozdziału
20 m kabla koncentrycznego
sygnałów DBS z uniwersalnego konwertera
15 m kabla koncentrycznego
10 m kabla koncentrycznego
LNB do standardowych odbiorników w MDU
przez pojedynczy kabel (włókno) optyczne”.
62.5 dBµV
61 dBµV
59.5 dBµV
58 dBµV
57.5 dBµV
56 dBµV
Gniazdko
54.5 dBµV
Gniazdko
53 dBµV
Gniazdko
Gniazdko
Rys.1. Przykład obliczenia dla instalacji z multiprzełącznikiem dla 4
użytkowników; klasyczny podział częstotliwości pośredniej
SAT opiera się na silnie tłumiącym kablu koncentrycznym
SERWIS ELEKTRONIKI Od optycznego LNB do KoaxSet-Top-Box
System obejmuje co następuje:
● LNB z optycznym wyjściem,
● wstępnie konfekcjonowane, obustronnie
Podział satelitarnego sygnału p.cz. przez światłowód
zaopatrzone we wtyczki FC/PC włókna Single-Mode-Fasern o różnych długościach (typ Triax Armored
Optical Fiber Cable SM G657A LSZH 3.0, 9/125μm
Core/Cladding),
● rozdzielacze optyczne (1-> 2 oraz 1 -> 4),
a także
● optyczno-elektryczne jednostki zamykające (optical
to legacy converter), do podłączenia tradycyjnego
osprzętu koncentrycznego (Virtual Twin, Virtual Quad,
Virtual Quadro).
System testowy – składający się z konwertera optycznego LNB (TOS 04), Virtual Quad (TVC 04), 30 m kabla
światłowodu (TFC 30) oraz z optycznych sprzęgaczy
(TFB 001) i optycznego 10-dB elementu tłumiącego (TOA
10 FC/PC) – oddany został do użytkowania przez firmę
Triax-Hirschmann.
Rysunek 2 pokazuje schemat systemu, rysunek 3 –
widok całego zestawu. Budowa jest prosta. Do ustawienia
anteny można zastosować jedną z następujących metod:
Konwerter
optyczny
LNB
wtyczka FC/PC
gniazdko FC/PC lub sprzęgacz
12VDC
zasilanie konwertera
Gniazdka
typu „F”
30 m SM G657A
Sprzęgacz
światłowodu
1
(1
(Virtual Twin)
Virtual Quad
(Virtual Quatro)
Wyjścia
koncentryczne
4
2)
● ustawić antenę za pomocą konwencjonalnego konwertera LNB oraz odbiornika pomiarowego, a następnie
zamontować konwerter optyczny LNB
● zamontować konwerter optyczny LNB i poprzez 10-decybelowy tłumik optyczny podłączyć Virtual Quad.
Jedno z jego wyjść typu „F” połączyć z odbiornikiem
pomiarowym i dokonać ustawienia anteny.
W przypadku, gdy żadną z obydwu metod nie można
uruchomić systemu, należy zastosować miernik mocy
optycznej. Chociaż nasz zestaw funkcjonował już przy
pierwszej próbie, zaskoczył nas pomiar mocy optycznej
na wyjściu rozdzielacza (splittera): zamiast oczekiwanej
mocy rzędu +1dBm, zastano tutaj -2dBm. Po oczyszczeniu włączonego przedtem optycznego łącznika wszystko
znowu wyglądało jak należy. Bez pomocy optycznego pomiaru cenna rezerwa systemowa zostałaby zmarnowana.
Zasada funkcjonowania konwertera LNB
W konwerterze optycznym LNB oba pasma Downlink
(pionowe / poziome 10.7 … 12.75GHz) zmieszane są z
9.75 i 7.3GHz i „ułożone na stos” (z angielskiego: to stack
– układać na stos), tzn. pod względem częstotliwości tak
przesunięte, że zajmują zakres częstotliwości 0.95 do
5.45 GHz (Ilustracja 4 i 5). Tym pasmem częstotliwości
pośredniej modulowane jest natężenie źródła światła lasera o długości fali 1310nm. Modulowane światło lasera
zawiera teraz informacje wszystkich czterech pasm częstotliwości p.cz. i na poziomie około 7dBm (około 5mW)
poprzez gniazdko FC/PC może być odbierane poprzez
światłowód do optycznego rozdzielenia. Zasilanie napięciem optycznego konwertera LNB 13VDC/300mA odbywa
się poprzez gniazdko „F”.
Pasywna sieć
Rys.2. Od strony użytkownika optyczny system rozdziału sygnału p.cz. SAT zakończony jest przez
„Virtual Quad”. Przeprowadza on konwersję
optyczno-elektryczną sygnału i na swoich czterech wyjściach „F” – tak jak normalny multiprzełącznik – oddaje go do dyspozycji odbiorników.
Wykorzystując takie komponenty jak włókna szklane,
łączniki, tłumiki i rozdzielacze buduje się czysto pasywną
optyczną sieć rozdzielającą. Aby ułatwić instalatorowi
montaż, do dyspozycji są kable o różnej długości, zaopatrzone w optyczne wtyczki. Ze względu na ekstremalnie
małe optyczne tłumienie włókien (<0.4dB/km), w większoKonwerter optyczny
30m światłowodu
Wyjście optyczne
12V DC
Sprzęgacz optyczny
Wejście optyczne
Rozdzielacz optyczny (1
4)
Wyjścia optyczne
Wyjścia typu „F”
Virtual Quad
Wejście optyczne
Miernik mocy optycznej
Rys.3. Cały system na stole, wystarczy wykonać tylko kilka czynności, aby wykonać i uruchomić instalację dla
czterech użytkowników
SERWIS ELEKTRONIKI Podział satelitarnego sygnału p.cz. przez światłowód
Oscylator
lokalny
9.75GHz
pion
Wejście
modulacyjne
Filtr
pasmowoprzepustowy
Mieszacz
pionowy
Diplekser
1310nm
modulowane
Laser
Mieszacz
poziomy
Filtr
pasmowoprzepustowy
Falowód z pionowo
i poziomo sprzężoną
sondą do odbioru
sygnału z satelity
10.7 - 12.75GHz
p.cz.: 0.95 - 3.0GHz
i 3.4 - 5.45GHz
Włókno szklane
poziom
Oscylator
lokalny
7.3GHz
Rys.4. W optycznym konwerterze LNB pionowe i poziome pasma częstotliwości (Downlink) są zmieszane w taki
sposób, że leżą w paśmie częstotliwości od 0.95 do 5.45GHz. Służy to do modulacji intensywności 1300 nm
półprzewodnikowego lasera.
12.75
11.70
Pasmo górne polaryzacja pozioma
f
[GHz]
Downlink Horizontal
(pasmo częstotliwości
polaryzacja pionowa)
LO = 7.30 GHz
12.75
f
[GHz]
LO = 9,75 GHz
10.70
Downlink Vertical
(pasmo częstotliwości
polaryzacja pionowa)
Pasmo dolne polaryzacja pozioma
10.70
Pasmo górne polaryzacja pionowa
11.70
Pasmo dolne polaryzacja pionowa
Częstotliwość pośrednia
5.45
Pasmo górne polaryzacja pozioma
4.40
3.00
Pasmo dolne polaryzacja pozioma
3.40
Pasmo górne polaryzacja pionowa
1.95
0.95
Pasmo dolne polaryzacja pionowa
f
[GHz]
Rys.5. Schemat konwersji optycznego konwertera LNB
ści przypadków rolę odgrywają wyłącznie straty przejścia w połączeniach wtykowych. Do testu użyto 30-metrowego
zwoju kabla typu Triax Armored Optical
Fiber Cabel SM G657A LSZH 3.0, 9/125
(Core/Cladding) Single Mode. Ten prawie 3 mm grubości kabel zgodny z nową
normą ITU G.657.A jest niewrażliwy na
zginanie (minimalny promień zgięcia
10 mm), dzięki metalowemu uzbrojeniu
odporny jest na nadepnięcia i wyjątkowo odporny na obciążenia powstające
przy rozciąganiu. Dzięki temu idealnie
nadaje się do okablowań biur oraz sieci
typu Fibre-to-the-Home (światłowód do
domu), a także nadaje się do układania
Rys.6. Dzięki wstępnie zamontowanym wtyczkom typu
FC/PC, zbędne jest jakiekolwiek doświadczenie w
konfekcjonowaniu światłowodu
SERWIS ELEKTRONIKI Rys.7. Tłumik optyczny (po lewej)
oraz sprzęgacz w razie
potrzeby włączone będą
do drogi sygnału
Podział satelitarnego sygnału p.cz. przez światłowód
0.95 – 3.0 GHz
Detektor
optyczny
0.95 – 3.0 GHz
Filtr pasmowy
0.95 - 1.95GHz
0.85GHz
Down Converter
0.95 – 1.95 GHz
1.10 – 2.15 GHz
Rec.1
HBV
Rec. 2
Przełącznik
4×4
o/e
Światłowód
0.95 - 5.45GHz
LBV
3.4 – 5.45 GHz
3.4 – 5.45 GHz
2.45GHz
Down Converter
3.30GHz
Down Converter
0.95 – 1.95 GHz
1.10 – 2.15 GHz
LBH
Rec. 3
HBH
Rec. 4
Rys.8. Virtual Quad ponownie rozkłada optyczne spektrum sygnałowe na pasma Low-Vertikal, Low-Horizontal,
High-Vertikal oraz High-Horizontal. Na czterech wyjściach „F” są one do dyspozycji tak, jak w klasycznym
multiprzełączniku.
Strata
3.8dBm
0.3dBm
6.8dBm
0.3dBm
6.8dBm
0.3dBm
z LNB
Poziom
Strata
7 dBm
3.2 dBm
6.8dBm
2.9 dBm
-3.9dBm
0.3dBm
6.8dBm
-4.2dBm
-11dBm
0.3dBm
3.8dBm
-11.3dBm
0.3dBm
z LNB
Poziom
7 dBm
0.2 dBm
-0.1dBm
-6.9 dBm
-7.2dBm
-11dBm
-11.3dBm
Rys.9. Budżet poziomu wystarcza na rozdzielenie energii sygnału aż do 32 włókien szklanych
w późniejszym czasie jako uzupełnienie.
Stosuje się tutaj wtyczki FC/PC (Ilustracja 6). Fizyczne
miejsce kontaktu PC (Physical Contact) oznacza tutaj
szlif prosty na czołowej powierzchni włókna. To z kolei,
aby ograniczyć promieniowania zwrotne (odblaskowe),
jest przy tym lekko zakrzywiona. Na Ilustracji 7 po lewej
stronie pokazany jest wspomniany już 10-dB optyczny
człon tłumiący, a po prawej stronie złącze FC/PC.
Dla każdego rozdzielenia sygnału optycznego na dwa
lub cztery tory, każdorazowo stosowany jest jeden typ rozdzielacza. Rozdzielacz poczwórny poprzez każde wyjście
oddaje jedną czwartą dostarczonej na wejściu optycznym
mocy (założono dowolność straty). Odpowiada to tłumieniu podziału wynoszącemu 10×log10(0.25) = -6.02dB.
Faktyczne wartości nadrukowane są przez producenta
na rozdzielaczu i leżą w przedziale 6.2 do 6.3dB.
Konwerter optyczno-elektryczny
Na odgałęzieniach optycznej sieci rozdzielczej sygnały
optyczne ponownie konwertowane są na sygnały elektryczne. Do tego celu do dyspozycji są:
● Virtual Twin. Od strony odbiornika zachowuje się jak
Twin-LNB lub jako dwuportowy multiprzełącznik i
pozwala tym samym na pracę dwóch odbiorników
satelitarnych.
● Virtual Quad. Od strony odbiornika zachowuje się jak
Twin-LNB lub jako czteroportowy multiprzełącznik i
pozwala tym samym na pracę czterech odbiorników
satelitarnych. Jego schemat blokowy pokazany jest
na rysunku 8.
● Virtual Quadro. Tak samo jak Quadro-LNB, na swoich
czterech wyjściach „F” dostarcza cztery widma częstotliwości pośredniej Sat (LBV, LBH, HBV, HBH) i tym
samym umożliwia dalszą rozbudową instalacji z tradycyjnymi koncentrycznymi elementami rozdzielającymi.
Schemat blokowy wygląda tak samo jak przedstawiono
na Ilustracji 8, brak jest jedynie multiprzełącznika 4 × 4.
Bilans poziomów
Optyczna moc wyjściowa konwertera LNB wynosi
typowo 7dBm. Na wejściu Virtual Quad powinno być co
najmniej -11dBm, tzn. w optycznym systemie rozdziału
wykorzystać można 18dB. Ponieważ włókno szklane w
obszarze 1310nm tłumi trochę mniej niż 0.4dB/km, w
większości przypadków ważną rolę na drodze sygnału
odgrywają jedynie tłumienie z rozdzielania przez optyczne
rozdzielacze oraz tłumienie z przejścia przez połączenia
wtykowe. Rysunek 9 pokazuje, jak przy czynniku rozdzielania 32 typowy poziom LNB wynoszący 7dBm, wskutek
łącznych strat na optycznej ścieżce sygnału o poziomie
18.3dBm spada do -11.3dBm. Tym samym całkowity
optyczny zapas sygnału jest zużyty. A więc stosując 32
Virtual Quady na odgałęzieniach optycznej sieci rozdziału można zaopatrzyć 4 × 32 odbiorniki. Natomiast gdy
zamiast Virtual Quadów zastosuje się Virtual Quadros,
które przykładowo zasilają 4 × 16 z, ilość możliwych
odbiorników, które można zaopatrzyć, zwiększa się do
liczby 512. }
SERWIS ELEKTRONIKI