Оптические приемники ARCOTEL

Данная статья позволит поближе ознакомиться  с разнообразными моделями оптических приемников ARCOTEL, рассмотреть основные технические характеристики и выделить основные отличия. Приведены практические рекомендации по выбору конкретных моделей, учитывая различные условия эксплуатации, что позволит сделать правильный выбор.

За многие годы эксплуатации в самых разных сетях, техника ARCOTEL проявила себя надежной и стабильной работой с качественными показателями, удовлетворяющими большинству самых притязательных требований. Цель данной статьи не презентация продукта, а практические рекомендации, которые должны помочь сделать правильный выбор той модели оптического приемника ARCOTEL из предлагаемого разнообразия, которая самым лучшим образом подходит для работы в данном месте. Ведь оптимальный выбор позволит не только получить в итоге отличное качество, а и сэкономить средства. Постараемся это сделать, рассматривая основные параметры оптических приемников в общем и в применении к конкретным моделям.

В гибридных волоконно-коаксиальных (HFC) сетях кабельного телевидения сложилась терминология при которой устройство преобразующее радиочастотный сигнал в оптический называютоптическим передатчиком, а устройство преобразующее оптический сигнал в радиочастотный называютоптическим приемником. В ассортименте оптического оборудования ARCOTEL 7 моделей приемников, не считая модификаций, отличающихся напряжением питания.

Для начала напомним какое место в HFC сети занимает оптический приемник, какие его основные параметры, и как эти параметры влияют на качественные показатели в целом.
Итак, оптический приемник предназначен для преобразования амплитудно-модулированного оптического сигнала в радиочастотный сигнал кабельного телевидения (КТВ) и усиления его до необходимого уровня. В такой сети КТВ могут передаваться как аналоговые ТВ программы так и цифровые QAM модулированные потоки. Поэтому любой оптический приемник в своей схеме содержит оптический детектор, который непосредственно осуществляет данное преобразование и усилитель RF сигнала, для получения на выходе необходимого уровня.
Рассмотрим основные характеристики оптических приемников и как они влияют на качественные показатели работы сети.

Рабочий диапазон длин волн

Часто приходится слышать вопрос: - а если я перейду на работу с длины волны 1310 нм на 1550 нм, то мне придется менять приемники? Ответ однозначен и категоричен: - не придется. Все приемники работают в широком диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм. Дело в том что в приемниках ARCOTEL (как впрочем, и в абсолютном большинстве современных приемников для КТВ) в качестве оптического детектора используются современные InGaAs p-i-n фотодиоды, которые обладают низким уровнем шумов, хорошей температурной стабильностью, простотой включения и дешевизной при достаточной чувствительности.
Если взглянуть на зависимость чувствительности детектора от длины волны, то можно увидеть, что InGaAs детектор обладает весьма широкой полосой рабочего участка, причем в области 1550 нм чувствительность даже немного выше, чем на 1310нм. Таким образом становится понятно, что параметр рабочий диапазон длин волн – это скорее информационный, чем реально заслуживающий пристального внимания.

P-i-n фотодиод размещен в отдельном модуле с предварительным усилителем. Модуль экранирован для уменьшения внешних воздействий электромагнитных помех. Сюда же входят цепи контроля входной оптической мощности с последующим выводом показателя уровня сигнала на линейный дискретный светодиодный индикатор. Модели приемников с индексом “Pt” в обозначении (GA8230(OR)Pt-…, GA8330(OR)Pt-…) оснащены фотодетектором Photon в интегральном исполнении, где имеется встроенный буферный усилитель, и обеспечивается наилучшая линейность детектирования и меньшая неравномерность АЧХ во всем диапазоне передаваемого ТВ сигнала.

Эти модели рекомендуется прежде всего применять в тех местах, где после оптического приемника имеется протяженная коаксиальная часть с несколькими каскадами усиления. В этом случае не требуется “выжать” из приемника максимальный уровень сигнала, а требуется получить максимальное качество, поэтому коэффициент усиления радиочастотного тракта в этих моделях заведомо уменьшен и выходной усилитель работает с большим запасом до уровня перегрузки, обеспечивая минимальные искажения сигнала. Особенно это существенно при большом количестве каналов, транслируемых в сети. Следует отметить, что параметры оптических передатчиков и приемников ARCOTEL регулируются и тестируются при нагрузке 84 канала, что дает гарантию беспроблемной работы оборудования ARCOTEL в любой сети кабельного ТВ.

Диапазон частот передаваемого ТВ сигнала

Все приемники ARCOTEL полностью перекрывают стандартный ТВ диапазон 47 – 862 МГц. В последнее время некоторые производители начали декларировать рабочую полосу частот до 1000 МГц, но реальной практической пользы в настоящее время (да и в ближайшем обозримом будущем) это не несет, а с перспективой дальнейшей “цифровизации” телевидения необходимость такого расширения сомнительна. Скорее это можно рассматривать как своего рода рекламный ход.

Уровень входного оптического сигнала

А здесь уже интереснее, хотя и все весьма просто. Дело в том, что для аналоговой системы передачи (как это имеет место в нашем случае) характерна ярко выраженная зависимость многих параметров от величины входного оптического сигнала. Так выходной уровень RF сигнала зависит от входного оптического в соотношении: изменение входного оптического уровня на 1 дБм вызывает соответствующее изменение выходного уровня RF сигнала на 2 дБмкВ. На этот факт нужно обращать внимание, когда планируется работа приемника на малых уровнях входного сигнала.
Одним из важнейших параметров оптического тракта передачи КТВ является соотношение несущая / шум (C/N). И здесь прослеживается явная зависимость C/N от входного уровня – с понижением входного уровня соотношение C/N ухудшается.

Следует отметить, что такого рода зависимость характерна для любого оптического приемника, независимо от изготовителя и от модели. Пользуясь этим графиком, можно примерно оценить C/N тракта. Оптический индекс модуляции (OMI) зависит от количества передаваемых каналов и контролируется системой автоматической регулировки уровня модуляции (при установке передатчика в режим AGC), которая по заданному количеству каналов поддерживает оптимальный индекс модуляции. Примерно OMI = 5% поддерживается при количестве каналов 30-35; 4% - при 50-55; 3% - когда >85.
Шумовые свойства оптических приемников определяются дробовым шумом оптического детектора и тепловым шумом усилителя. Но правильнее будет рассматривать не в отдельности взятый приемник, а систему оптической передачи в целом, поскольку свою лепту в общий шум вносит также оптический передатчик. Говоря об уровне входного оптического сигнала, нужно иметь ввиду, что вклад каждой шумовой составляющей будет разным при разных входных уровнях.

Анализируя представленный график можно сделать вывод, что при работе на относительно больших уровнях входного сигнала (от 0 до +3 дБм), основной шумовой вклад вносит передатчик, на средних уровнях (-2…0 дБм) вклад передатчика и приемника примерно равны, и при работе на малых уровнях входного сигнала результат зависит от шумовых характеристик приемника. Поэтому для домовых приемников, изначально рассчитанных на работу при низких уровнях, весьма важным является применение малошумяших усилительных каскадов и самых чувствительных фотодетекторов.
Какой же практический вывод можно сделать из приведенных закономерностей? А такой, что чудес не бывает, и заявки некоторых продавцов на предмет: ”рабочий уровень от -10 дБм” - не более чем лукавство. Да, практически любой приемник будет работать и при -10 дБм, но какие при этом будут параметры?! Опять же параметры оптического тракта зависят от количества передаваемых каналов, поэтому совершенно не имеет смысла рассматривать характеристики приемника при передаче 2-х каналов, как зачастую это указывают некоторые производители для получения “высоких” показателей.
С другой стороны нужно помнить, что превышать максимальный уровень на входе недопустимо, поскольку это может привести не только к перегрузке и искажениям сигнала, но даже вызвать выход из строя оптического детектора полностью или частично (во втором случае снижается чувствительность детектора). Безопасным можно считать уровень до +3 дБм, и поэтому не стоит подключать приемник напрямую к передатчику без подходящего аттенюатора. Уровни искажений C/CTB, C/CSO в линейном режиме работы детектора и усилителя в основном определяются характеристиками передатчика, и только при работе на максимальных уровнях сигнала приемник начинает вносить определяющий вклад в эти характеристики. Это нужно учитывать и не пытаться убрать муары и сетки на изображении путем перебора разных приемников, когда искажения вызваны например, применением низкокачественного передатчика 1550нм с непосредственной модуляцией (сразу оговоримся – ДЕПС таких не предлагает :).

Выходной уровень радиочастотного сигнала

Как уже упоминалось выше выходной уровень четко связан с входным оптическим уровнем, поэтому нужно различать:
-Выходной уровень, ограниченный усилением, который определяется чувствительностью детектора и коэффициентом усиления RF части. Обычно этот уровень указывается при заданном входном.
-Максимальный выходной уровень, ограниченный перегрузочной способностью усилителя, который определяется схемотехникой и элементной базой усилителя, а также зависит от количества передаваемых каналов. При указании этой величины обязательно указываются условия измерения – канальная нагрузка и гарантированные уровни нелинейных искажений CTB, CSO.
Получение высокого выходного уровня при малом входном оптическом требует применения усилителей с большим коэффициентом усиления, с другой стороны при большом коэффициенте усиления RF части и высоком входном уровне оптического сигнала усилитель может перегрузиться и при этом резко возрастают нелинейные искажения. Максимальный уровень, при котором искажения превышают допустимый порог, зависит от количества передаваемых каналов. Поэтому в параметрах оптических приемников, как правило, не указывается максимальный выходной уровень по DIN45004B, как не имеющий реального практического значения. В сравнительной таблице параметров оптических приемников ARCOTEL этот параметр указан для справки и взят из характеристик гибридного выходного усилителя, применяемого в данной модели приемника.

*при регуляторах, установленных в положение максимального выходного уровня; типичные значения обычно больше на 1-3 дБ
Модели с индексом “Pt” в обозначении в первую очередь предназначены для работы при средних и высоких уровнях оптического сигнала в местах, где имеется существенный коаксиальный участок после приемника с несколькими каскадами усиления. Они не ориентированы на очень большой выходной уровень. Для получения более высокого выходного уровня и работы при меньшем уровне входного оптического сигнала рекомендуется использовать модели GA8230, GA8330 без индекса “Pt” в обозначении. Они имеют больший коэффициент усиления RF тракта и высокую перегрузочную способность усилителя за счет применения современных гибридных GaAs Power Doubler усилительных выходных модулей.
Коль речь зашла об усилительных модулях, уместно обратить внимание на следующий момент: в оптических приемниках ARCOTEL (как впрочем и в других изделиях) применяются только фирменные “настоящие” гибридные модули лучших всемирно-известных производителей. В основном это модули Philips-NXP и NEC не китайского производства, и только лишь в одной модели домового оптического приемника GA8030(OR)-220V-SC применяется качественная гибридка китайского производства, параллельно с этой моделью специально для сомневающихся производится модель GA8030(OR)Ph-220V-SC с усилителем Philips-NXP. И хотя заявленные выходные параметры первого приемника на 1 дБ ниже, реальный опыт эксплуатации показывает, что практически нет разницы ни по характеристикам, ни по надежности между этими моделями, что подтверждается многолетней безотказной эксплуатацией многих тысяч приемников ARCOTEL в различных кабельных сетях.

Нелирическое отступление: Применение некачественных комплектующих действительно может иметь место в непроверенном оборудовании, и огромная масса усилителей, оптических передатчиков и приемников производится в Китае из фуфловых, поддельных, беушных компонентов. Покупая проверенную годами, сертифицированную технику Вы застрахованы от таких неприятностей.

На фото представлены образцы подделок. Таких гибридок в ARCOTEL-e не бывает!!!
Качественный гибридный усилительный модуль выполнен на керамической подложке и отличается аккуратностью монтажа, качеством паек, применением специализированных комплектующих, крупногабаритные элементы обязательно имеют механическую фиксацию. Вот так выглядит настоящий модуль:

Для удобства сравнения, приведены графики зависимости выходного уровня от входного оптического для различных моделей оптических приемников. Нужно помнить также о влиянии индекса оптической модуляции и об ограничениях связанных с большим количеством передаваемых каналов. Скажем так, если количество передаваемых каналов в сети большое (60 и более), то можно ориентироваться на данные графика, а если каналов меньше, то выходные значения реально могут быть увеличены на 1-2 дБ без ухудшения качества.

Напряжение питания

Оптические приемники GA8020(OR)… и GA8030(OR)… предусматривают питание от локального источника 220В, эти приемники в основном работают в сетях ”оптика в дом” (FTTH). Универсальные приемники GA8130(OR)…, GA8230(OR)…, GA8330(OR)… выпускаются в двух вариантах: с питанием 220В и с питанием 30…60В, используемом для дистанционного питания оборудования КТВ. Все приемники оснащены импульсными (инверторными) блоками питания которые имеют большой КПД, могут работать при значительных перепадах напряжения и отличаются высокой надежностью. Модели с дистанционным питанием могут не только получать питание по коаксиальному кабелю, а и осуществлять ввод питания в коаксиальный кабель от блока дистанционного питания. Для этого в них предусмотрен отдельный порт для подключения к источнику дистанционного питания.

Сравнительные характеристики приемников ARCOTEL с точки зрения их места в сети

GA8020(OR)…
Работа на небольшое количество абонентов (малоэтажная застройка, коттеджные городки), или экономный переход на оптику при имеющихся домовых усилителях. Простейший приемник без регулировки выходного уровня, без обратного канала.

GA8030(OR)…
Домовой оптический приемник с регулировкой выходного уровня и наклона АЧХ. Push-Pull выходной усилитель обеспечивает работу приемника на небольшой многоквартирный дом без дополнительных усилителей, а с применением усилителей – практически любой дом. Без обратного канала.

GA8130(OR)-…
Универсальный оптический приемник, который может использоваться как домовой, так и как узловой. Выходной усилитель Power Doubler не перегрузится даже при максимальном входном уровне. Недорогая модель с возможностью установки обратного канала, с двумя выходами и сменным делителем в комплекте. Наличие переходников 5/8” – F обеспечивает простоту подключения и магистральных коаксиальных кабелей и распределительных. Литой корпус с развитым оребрением обеспечивает нормальный тепловой режим в самых жестких условиях эксплуатации. Эта модель идеально подходит для бюджетных сетей. Имеются две модификации, отличающиеся напряжением питания: GA8130(OR)-220V-SC и GA8130(OR)-60V-SC

GA8230(OR)-…
Универсальный оптический приемник с повышенным выходным уровнем. Усилитель Power Doubler на GaAs элементной базе обеспечивает очень высокий выходной уровень даже при большом количестве каналов. Позволяет установить модуль обратного канала. В обратном канале позволяет раздельно регулировать уровни сигнала от разных выходов (благодаря установке двух диплексор-фильтров обратного канала). В комплекте также есть сменный делитель на два выхода и переходники 5/8” – F. Весьма низкая цена позволяет использовать данный приемник не только как узловой, а и как домовой в тех местах где необходимо обеспечить высокий уровень сигнала. Имеются две модификации, отличающиеся напряжением питания: GA8230(OR)-220V-SC-2D и GA8230(OR)-60V-SC-2D.
GA8230(OR)Pt-…
Оптический приемник узлового применения. Функционально аналогичен предыдущей модели, но сравнению с GA8230(OR)-… имеет немного меньший коэффициент усиления (примерно на 4 дБ). Входной гибридный оптический модуль имеет улучшенную равномерность АЧХ, выходной усилитель Power Doubler обеспечивает работу с малыми искажениями. Эти приемники в первую очередь предназначены для работы на участках с о значительным коаксиальным сегментом после приемника. Имеются две модификации, отличающиеся напряжением питания: GA8230(OR)Pt-220V-SC-2D и GA8230(OR)Pt-60V-SC-2D. GA8330(OR)-…
Отличается от GA8230(OR)-… наличием двух особо мощных выходных усилителей. Выход каждого усилителя может делиться на два с помощью сменного делителя. Таким образом, можно сразу с приемника получить 2-4 выхода. Применение такого приемника оправдано в узловых точках с разветвлением коаксиальных линий на несколько направлений или в качестве домового в больших многоквартирных домах. По характеристикам аналогичен модели GA8230(OR)-. Имеются две модификации, отличающиеся напряжением питания: GA8330(OR)-220V-SC и GA8330(OR)-60V-SC.
GA8330(OR)Pt-…
Отличается от GA8230(OR)Pt-… наличием двух выходных усилителей. Выход каждого усилителя может делиться на два с помощью сменного делителя. Таким образом, можно сразу с приемника получить 2-4 выхода. Применение такого приемника оправдано в узловых точках с разветвлением коаксиальных линий на несколько направлений. По характеристикам аналогичен модели GA8230(OR)Pt-. Имеются две модификации, отличающиеся напряжением питания: GA8330(OR)Pt-220V-SC и GA8330(OR)Pt-60V-SC.

Читатель уже, наверное, обратил внимание на отсутствие каких-либо формул и серьезных математических выкладок. От этого мы ушли намеренно, и постарались попроще раскрыть основные моменты, на которые нужно обратить внимание при выборе оптического приемника. В любом случае Вам всегда помогут с правильным выбором в отделе волоконно-оптических технологий и кабельных сетей фирмы ДЕПС.

***

В заключение несколько практических рекомендацийпо решению проблем, возникающих в оптическом сегменте сети КТВ. Проблемы эти обычно проявляются в недостаточном выходном уровне RF сигнала после приемника, зашумленности сигнала или появлению помех. На что в первую очередь нужно обратить внимание при отладке сети – пройдемся по цепочке:
- правильная настройка оптического передатчика
= канальные уровни подаваемого на вход передатчика сигнала должны соответствовать паспортному значению
= не допускается значительный перепад в канальных уровнях подаваемого сигнала (в общем необходимо выдержать не хуже +- 1 дБ) Дело в том, что от этого уровня зависит оптический индекс модуляции, а от оптического индекса модуляции зависит соотношение C/N на выходе оптического приемника.
= правильная настройка передатчика (в передатчиках ARCOTEL, например, нужно установить количество транслируемых каналов для правильной работы АРУ, при необходимости подстроить уровень модуляции, при малом количестве каналов лучше перейти в ручной режим)
=измерителем оптической мощности проверить выходной оптический сигнал на предмет соответствия паспортному значению
- пассивная оптическая часть – основная причина возникновения проблем
= правильный расчет оптических делителей и уровней оптического сигнала позволит избежать многих проблем еще до начала строительства. Как правильно рассчитать делители Вам поможет статья на нашем сайте “Практика проектирования пассивных оптических сетей”.
= грязные оптические разъемы – весьма распространенная причина проблем. Правило очень простое: оптический коннектор нужно чистить перед соединением, и никаких “если”. Неважно новый он или нет, чистка обязательна, и дело не только в том, что попавшая пылинка может внести непредсказуемые потери 1-2 дБ, а и могут возникнуть дополнительные отражения, которые очень критичны для аналоговых систем передачи. В простейшем варианте используем безворсовые салфетки и чистый спирт. Очень удобно пользоваться специальным чистящим устройством.
= все коннекторы для передачи КТВ должны иметь угловую полировку (SC/АРС, FC/APC). Для удобства идентификации эти коннекторы окрашены в зеленый цвет. Не допускается соединять синие (UPC) и зеленые (АРС) разъемы между собой, такое соединение даст очень большие потери и отражение. При наличии в линии соединений UPC (синих) конекторов, потери могут быть в норме, но из-за существенно больших отражений нарушается работа передатчика. Визуально это проявляется в появлении на изображении заметных шумов (как песком посыпанное изображение), а при очень больших отражениях возможны даже колебания уровня оптического сигнала. Эта ошибка очень распространена и очень часто возникает при использовании арендованных волокон, где не всегда можно проконтролировать всю трассу.
= перегибы волокон и оптических шнуров с малым радиусом могут вызвать дополнительные потери. Эти потери зависят от длины волны – на 1550 потери на изгибах заметно больше. Укладка стандартных волокон с радиусом не меньше чем 3 см позволит избежать этих неприятностей. Волокна и шнуры с уменьшенными потерями на изгибах можно укладывать с радиусом 1.5 см, подробнее о таких волокнах можно почитать здесь.
- корректные режимы работы оптического приемника
= входные уровни должны соответствовать расчетным. Определенный разброс будет в любом случае, но если уровень отличается более чем на 2 дБ от расчетного, то нужно искать причину этого отклонения. Лучше всего это делать измерителем оптической мощности, поскольку встроенный в некоторые модели индикатор уровня дает достаточно большую погрешность – в лучшем случае 1 дБ.
= выходной уровень RF сигнала должен соответствовать значению определяемому для данного типа приемника при имеющемся входном оптическом сигнале. Проверьте, чтобы усилитель приемника не перегружался, и при необходимости уменьшите выходной уровень регуляторами приемника. Для улучшения энергетики работы усилителя и компенсации неравномерной АЧХ коаксиального кабеля рекомендуется устанавливать предварительную коррекцию АЧХ выходного сигнала. Практически все модели позволяют это делать (кроме GA8020(OR))
= проверить соответствие напряжения питания, особенно при использовании дистанционного питания.