Moduł 1. Instalacje elektroniczne

Transkrypt

1 Moduł 1 Instalacje elektroniczne 1. Instalacje telewizji satelitarnej 1.1. Odbiór telewizji satelitarnej TV SAT 1.2. Antena satelitarna TV SAT 1.3. Konwerter satelitarny LNB 2. Instalacja telewizji kablowej 3. Instalacja sieci automatyki przemysłowej 4. Instalacja sieci komputerowych 5. Instalacja telewizji dozorowej 5.1. System kontroli dostępu

2 1. Instalacja telewizji satelitarnej Telewizja satelitarna od wielu lat jest jednym z głównych źródeł programów telewizyjnych. Istnieje obok klasycznego, naziemnego odbioru radia i telewizji. Cechą charakterystyczną satelitarnego sposobu rozpowszechniania programów telewizyjnych jest możliwość przekazywania sygnału na ogromny obszar za pomocą jednego tylko nadajnika. Ponadto taki sposób emisji stwarza szansę dotarcia z sygnałem do miejsc, w których budowa sieci nadajników naziemnych jest nieopłacalna bądź wręcz niemożliwa. W najprostszym przypadku odbiór telewizji satelitarnej jest realizowany za pomocą anteny TV SAT z konwerterem i odbiornika satelitarnego podłączonego do telewizora. Do odbioru satelitarnego przeznaczony jest zakres SHF od 3 GHz do 30 GHz. Dzięki dużej szerokości pasma możliwa jest duża liczba kanałów transmisyjnych. W ostatnich latach telewizja satelitarna rozwijała się burzliwie dzięki rozwojowi mikrofalowej techniki antenowej. Jej początki sięgają techniki linii radiowych i techniki radarowej. Wydaje się, że od strony naukowo-teoretycznej opanowano już niemal wszystkie zagadnienia podstawowe dotyczące mikrofalowej techniki antenowej. Obecnie główny nacisk kładzie się na aspekty technologiczne, w szczególności na technologię półprzewodnikową elementów elektronicznych Odbiór telewizji satelitarnej TV SAT Zasadniczo odbiorcza instalacja telewizyjna TV SAT dzieli się na trzy istotne grupy: odbiorczą antenę satelitarną (przede wszystkim antena paraboliczna w różnych modyfikacjach, w tym offsetowa, rzadziej centralna), jednostkę zewnętrzną (konwerter w różnych wykonaniach i części dodatkowe), jednostkę wewnętrzną (tuner satelitarny, urządzenia stacji czołowej, wielofunkcyjny odbiornik TV). Antena odbiorcza TV SAT musi mieć wymagany zysk i wystarczającą kierunkowość, aby instalacja telewizyjna pracowała prawidłowo. Konwerter (jednostka zewnętrzna) przemienia odbierany zakres częstotliwości SHF, względnie wiele zakresów częściowych, na pierwszą częstotliwość pośrednią od 950 do 2150 MHz, która jest przesyłana za pomocą jednego lub kilku kabli do jednostki wewnętrznej. Najpierw w głowicy odbiornika dokonuje się wyboru kanału z częstotliwości pośredniej (selektor kanałów), a następnie przeprowadza się demodulację sygnału. Na wyjściu otrzymuje się pasmo podstawowe (zakres częstotliwości wizyjnych, system PAL, fonia, dane). Tradycyjne pasmo podstawowe, np. w systemie kolorowym PAL, jest doprowadzane albo łącznie (sygnał composite), albo ze składowymi (R, G, B, Y, U, V, fonia, czasami dane) do telewizora przez złącza audio/video, SCART. Czasami sygnał za pomocą modulatora jest przenoszony w konwencjonalnym standardzie na dowolny, niezajęty kanał (najczęściej od 30 do 40). W antenowych instalacjach zbiorowych (AIZ) sygnały TV SAT mogą być rozprowadzane do abonentów za pomocą multiswitchów (tzw. instalacje satelitarne sąsiedzkie). Do odbioru sygnałów TV SAT jest wtedy przeznaczona tylko jedna antena satelitarna ze specjalnym konwerterem typu Quattro. Sygnały z konwertera są doprowadzane do wejść multiswitcha, który służy do przełączania doprowadzonych do poszczególnych wejść sygnałów satelitarnych z różnych zakresów i polaryzacji oraz przesyłania ich do wielu tunerów TV SAT. Dzięki takiemu rozwiązaniu wybór programów jest przeprowadzany niezależnie dla każdego odbiornika. W instalacji multiswitchowej każdy odbiornik TV SAT pracuje tak, jakby był podłączony do własnej anteny satelitarnej. Instalacja mul- 2

3 tiswitchowa umożliwia również odbiór sygnałów z kilku satelitów i ich przesyłanie do wszystkich abonentów. W większych antenowych instalacjach zbiorowych oraz w sieciach telewizji kablowej stosuje się obróbkę sygnałów satelitarnych. Sygnały po odebraniu są demodulowane i następnie modulowane zgodnie ze standardem sieci, w której pracują. Mogą to być sygnały DVB-T w antenowych instalacjach zbiorowych lub DVB-C w sieciach telewizji kablowej Antena satelitarna TV SAT To antena satelitarna jest tym pierwszym elementem, który warunkuje jakość otrzymywanego na końcu obrazu telewizyjnego. Wielkość reflektora anteny TV SAT, jej ognisko i ukształtowanie promiennika w konwerterze muszą być dobrze dobrane w celu optymalnego wspólnego funkcjonowania. Jeżeli ogniskowanie promiennika jest za duże dla danej wielkości reflektora, wówczas właściwie oświetlana jest tylko odpowiednio mała część reflektora i zysk całkowity anteny jest za mały (gorszy współczynnik wykorzystania powierzchni). Jeżeli jednak ogniskowanie promiennika jest stosunkowo małe (duży kąt otwarcia charakterystyki pierwotnej), wówczas znaczne części energii pierwotnej są wypromieniowywane poza krawędzią reflektora (overspill) i znikają z kierunku promieniowania głównego skutkiem jest zbyt mały zysk. Zysk całkowity anteny parabolicznej wynika z sumy zysku powierzchni (uwzględnienie współczynnika skuteczności powierzchni) i zysku promiennika 1. Przy antenach parabolicznych promiennik konwertera LNB (Low Noise Box) jest umieszczany w ognisku anteny. LNB jest mocowany mechanicznie za pomocą wsporników. Przy centralnym umieszczeniu konwertera następuje częściowe zasłonienie powierzchni reflektora. Udział procentowy cienia pochodzącego z konwertera staje się odpowiednio większy przy mniejszych średnicach anten. Dlatego też zasilanie centralne jest stosowane w praktyce tylko przy stosunkowo dużych antenach parabolicznych, przy których cień konwertera jest procentowo nieznaczny i możliwy do pominięcia. Rysunek 1.1. Antena satelitarna paraboliczna Televés zasilana centralnie Źródło:

4 Wady te są całkowicie eliminowane przy stosunkowo małych czaszach dzięki zasilaniu offsetowemu. Przy tym reflektor czaszy jest kształtowany jako odpowiedni wycinek paraboli, a LNB umieszczany się całkowicie poza drogą promieni padających na reflektor. Współczynnik skuteczności anteny zmniejsza się jednak przy antenach offsetowych, ponieważ powierzchnia apertury jest mniejsza niż powierzchnia geometryczna. Jednak zalety zasilania offsetowego przeważają, zwłaszcza w przypadku małych anten satelitarnych. Rysunek 1.2. Antena satelitarna paraboliczna Televés offsetowa Źródło: Mniejsze oświetlenie na krawędziach reflektora oznacza zwiększenie tłumienia listków bocznych, a także wyraźny spadek zysku, co prowadzi do pogorszenia przeciętnej kierunkowości anteny. Można przyjąć, że anteny paraboliczne są optymalnymi typami anten (dotyczy to zarówno anten zasilanych centralnie, jak i offsetowo). Widać to zresztą w praktyce. Należy podkreślić również to, że reflektor anten parabolicznych sam w sobie nie jest zależny od częstotliwości i polaryzacji odbieranych sygnałów TV SAT. Te parametry są określane wyłącznie przez promiennik i elementy elektroniczne 2. Dla wszystkich rodzajów anten parabolicznych nie istnieją elektryczne najwyższe granice zysku i kierunkowości (w przeciwieństwie do wszystkich innych typów anten). Granica tych właściwości jest określona wyłącznie przez wielkość anteny, a więc także przez konieczne koszty. Główną właściwością satelitarnych anten odbiorczych, obok wymaganego zysku, jest kierunkowość, która staje się coraz bardziej znacząca przy wielości odbieralnych satelitów i coraz bardziej zmniejszającym się odstępie pozycji orbitalnych. Oznacza to, że anteny bezpieczne przyszłościowo muszą mieć minimalną kierunkowość (najlepiej jednak możliwie dużą), aby przy odbiorze wielu satelitów w jed

5 nakowym zakresie częstotliwości osiągać wymaganą selektywność określaną przez kierunkowość anteny. Całkiem oczywistą zaletą przy odbiorze TV SAT w przeciwieństwie do odbioru naziemnego jest to, że dzięki dużej kierunkowości anten odbiorczych nie ma żadnych zakłóceń powodowanych przez odbicia. Dzięki temu odbiór telewizji satelitarnej jest preferowany przez coraz więcej osób, o ile tylko pożądane programy mogą być osiągane przez satelity. Każda satelitarna antena odbiorcza musi być dokładnie ukierunkowana na satelitę. Wymagane jest ustawienie kąta wzniesienia (elewacja) i ustawienie w płaszczyźnie poziomej (azymut). Mocowanie anteny musi umożliwiać takie ustawianie. W praktyce rozróżnia się dwie możliwości zawieszenia: tzw. zawieszenie azymut/elewacja i zawieszenie polarmount". Rysunek 1.3. Ustawianie azymutu i elewacji anteny TV SAT Źródło: Pierwszy rodzaj służy do stałego ustawienia anteny na jednego satelitę, drugi rodzaj umożliwia odchylanie anteny do odbioru wielu względnie wszystkich dostępnych satelitów TV. Do zdalnego sterowania systemów polarmount" jest j niezbędny siłownik antenowy w połączeniu z pozycjonerem. Pozycjonery występują jako samodzielne urządzenia lub mogą być też częścią odbiorników satelitarnych. Pozycjonery umożliwiają automatyczne ukierunkowywanie anteny polarmount" przy wywołaniu pożądanego programu (ponieważ wszystkie dane są zapamiętywane). W celu zapewnienia możliwości przesyłania sygnałów z kilku satelitów w antenowej instalacji zbiorowej (AIZ) i sieci telewizji kablowej należy zastosować odpowiednio kilka anten. Z reguły stosuje się wtedy oddzielną antenę dla każdego satelity 3. W Polsce najbardziej popularne są dwie bliskie siebie pozycje geostacjonarne. Na 13 o E nadaje Hot Bird, a na 19,2 o E Astra. Przy czym na obu pozycjach orbitalnych pracuje po kilka satelitów. Dzięki niewielkiej odległości kątowej możliwy jest równoczesny odbiór programów z obu pozycji. Do tego celu przeznaczony jest specjalny sposób mocowania konwerterów zez". Rozwiązanie to polega na umieszczeniu jednego konwertera w ognisku, a drugiego w pobliżu tej samej anteny

6 Rysunek 1.4. Mocowanie zez 7508 Televés 2. konwertera do anten 800 mm Źródło: Często zamiast dwóch konwerterów jest stosowany konwerter typu monoblock. Chociaż to rozwiązanie jest przeznaczone tylko dla bliskich pozycji satelitarnych, to praktycznie wyeliminowało z odbioru domowego konieczność stosowania siłowników i pozycjonerów. Rysunek 1.5. Odbiór TV SAT z wielu satelitów w układzie multifeed Źródło: 6

7 Produkowane są również specjalne anteny satelitarne wieloogniskowe przeznaczone do montowania wielu konwerterów (układ typu multifeed), dzięki którym możliwy jest odbiór telewizji z 3 4 satelitów. W zasadzie są to jednak rozwiązania przeznaczone do odbioru indywidualnego. W przypadku stacji czołowych przeznaczonych zarówno do antenowych instalacji indywidualnych, jak i telewizji kablowej stosuje się oddzielne anteny dla każdej pozycji satelitarnej Konwerter satelitarny LNB Do jednostki zewnętrznej poza anteną należy jeszcze kompletny system zasilający (potocznie nazywany konwerterem), który służy do przetworzenia energii SHF z ogniska anteny parabolicznej w sygnał elektryczny, do jego wzmocnienia i odpowiedniej przemiany na częstotliwość pośrednią. W skład kompletnego konwertera LNB (Low Noise Box) wchodzi promiennik, przełącznik polaryzacyjny i konwerter LNC. Właściwy konwerter (LNC Low Noise Converter) służy do elektronicznej przemiany częstotliwości mikrofalowych 10,70 12,75 GHz na pierwszą pośrednią częstotliwość (f p.cz.) satelitarną MHz. Ponadto konwerter wzmacnia sygnał oraz zapewnia możliwość przełączania sygnałów emitowanych w polaryzacji poziomej i pionowej oraz przełączania między pasmami Low Band (10,70 11,7 GHz) i High Band (11,7 12,75 GHz). LNC różnią się w zasadzie tylko pod względem współczynnika szumów i osiąganego współczynnika wzmocnienia. Należy też zauważyć, iż podawane przez niektórych producentów wartości szumów rzędu 0,1 db graniczą raczej z magią, niż odzwierciedlają rzeczywistość. Poza tym transmisja cyfrowa stawia przed konwerterem nieco inne wymagania. Dotyczą one przede wszystkim stabilności pracy oscylatora lokalnego (heterodyny). I to jest najważniejsze a niewyśrubowane współczynniki szumów czy wzmocnienia. W skład LNB wchodzi również, poza konwerterem elektronicznym, LNC promiennik. Kiedyś nieodłączną częścią konwertera był również przełącznik polaryzacyjny. Przełączniki polaryzacji nie są obecnie stosowane w praktyce, dlatego je pominiemy. Należy wspomnieć jedynie o tym, że na początku rozwoju techniki satelitarnej występowały przełączniki mechaniczne, dopiero później pojawiły się przełączniki magnetyczne. Od wielu lat dostępne są jedynie konwertery zintegrowane, stąd też niewiele osób pamięta o tych bardzo istotnych elementach 5. Promienniki służą do zbierania energii skupianej w ognisku anteny odbiorczej i do przekształcania jej w falę rozchodzącą się w falowodzie. W praktyce chodzi o wszystkie możliwe polaryzacje (liniowa pozioma i pionowa oraz kołowa prawoi lewoskrętna), ogólnie jest więc stosowany falowód kołowy. W najprostszym przypadku otwarty na końcu falowód kołowy może służyć jako promiennik. Ponadto stosuje się również promienniki stożkowe, rowkowane i wielokrotne współosiowe różnie wymiarowane. Promiennik w swoim wymiarowaniu musi być dopasowany do anteny parabolicznej lub innych rodzajów anten. W najprostszym przypadku promiennik może być przymocowany bezpośrednio do konwertera LNC

8 Rysunek 1.6. Wnętrze konwertera satelitarnego Źródło: Na powyższej fotografii przedstawiono wnętrze konwertera satelitarnego. Można zauważyć antenki służące do odbioru sygnałów mikrofalowych obu polaryzacji. Rysunek 1.7. Schemat blokowy konwertera satelitarnego LNB Źródło: Na początku toru elektrycznego konwertera satelitarnego znajdują się wzmacniacze niskoszumowe LNA (Low Noise Amplifier). Wzmacniają one sygnał mikrofalowy obu polaryzacji uzyskiwany za pomocą antenek umieszczonych w promienniku. Po wstępnym wzmocnieniu sygnał jest kierowany do rozgałęźników. Z wyjść rozgałęźników sygnał jest doprowadzany do mieszaczy. Do każdego mieszacza jest również doprowadza- 8

9 ny sygnał heterodyny. Częstotliwość tego sygnału wynosi w zależności od zakresu 9,75 GHz (Low Band) lub 10,6 GHz (High Band). Na wyjściu każdego mieszacza otrzymuje się sygnał częstotliwości pośredniej, który po selektywnym wzmocnieniu jest doprowadzany do matrycy przełączającej. Przełącznik jest sterowany napięciem zasilającym 14/18 V (odpowiednio: polaryzacja pozioma H i polaryzacja pionowa V) i sygnałem 0/22 khz (odpowiednio: Low Band i High Band). W ten sposób w zależności od podanych sygnałów sterujących otrzymujemy na wyjściu konwertera pożądany sygnał częstotliwości pośredniej IF TV SAT 6. Podstawowym typem jest konwerter pojedynczy Single, który umożliwia odbiór TV SAT na jednym tunerze. Obecnie stosuje się w zasadzie tylko konwertery pełnopasmowe (Full-band, Universal) przystosowane do odbioru sygnałów nadawanych w zakresach 10,70 11,70 GHz i 11,70 12,75 GHz. Najczęściej w sprzedaży występują konwertery z przełączaną częstotliwością heterodyny 9,75/10,60 GHz. Przy takim konwerterze tunery satelitarne z głowicą pracującą w zakresie MHz nie mają żadnych braków w odbiorze. Ponadto tuner TV SAT powinien mieć możliwość przełączania pasm za pomocą sygnału 22 khz. Polaryzację przełącza się napięciem 14/18 V, służącym do zasilania konwertera. Rysunek 1.8. Konwerter satelitarny Single 7475 Televes Źródło: Pełnozakresowy konwerter Single może pracować w jednym z czterech następujących stanów 7 : polaryzacja pionowa, zakres dolny: 10,7 11,75 GHz napięcie 14 V, sygnał 0 khz, polaryzacja pionowa, zakres górny: 11,75 12,75 GHz napięcie 14 V, sygnał 22 khz, polaryzacja pozioma, zakres dolny: 10,7 11,75 GHz napięcie 18 V, sygnał 0 khz, polaryzacja pozioma, zakres górny: 11,75 12,75 GHz napięcie 18 V, sygnał 22 khz.z tego względu pojedynczy konwerter typu single może współpracować z jednym tylko odbiornikiem, który steruje jego pracą. Swego rodzaju odmianą konwertera Single jest konwerter Monoblock. Są to w zasadzie 2 konwertery umieszczone we wspólnej obudowie razem z przełącznikiem

10 DiSEqC. Ten typ konwertera służy do odbioru sygnałów z dwóch satelitów (Hot Bird i Astra) na jednym tunerze. Takie rozwiązanie eliminuje konieczność stosowania dwóch oddzielnych konwerterów pracujących w układzie zez". Wybór satelity oraz przełączanie zakresów częstotliwości i polaryzacji są sterowane przez tuner satelitarny. Opisany powyżej konwerter Monoblock Single ma jedno wyjście. Rysunek 1.9. Konwerter satelitarny Monoblock Single 7611 Televés Źródło: Dotychczasowe kryteria przełączania instalacji satelitarnej 14/18 V i 22 khz bazują na sygnałach analogowych, które są po prostu doprowadzane z tunera do kabla współosiowego. Nowoczesne tunery satelitarne są przystosowane do pracy (sterowania) w systemie DiSEqC. Ta technologia wykorzystuje technikę cyfrową do sygnalizacji poleceń. Stąd też pochodzi nazwa Digital Satellite Equipment Control. Zasadę działania systemu DiSEqC przedstawiono na końcu opracowania. Dwa wyjścia ma konwerter Twin. W zasadzie są to 2 niezależne konwertery w jednej obudowie. Ponieważ na każdym z wyjść można otrzymać sygnały obu polaryzacji, to dzięki takiemu konwerterowi można podłączyć do jednej anteny dwa tunery satelitarne (do każdego z wyjść jeden tuner). Takie rozwiązanie umożliwia niezależny odbiór programów TV SAT. 10

11 Rysunek Konwerter satelitarny Twin 7478 Televés Źródło: Należy podkreślić, że występuje również konwerter Monoblock Twin. Taki konwerter obsługuje dwa odbiorniki TV SAT, doprowadzając do nich niezależnie sygnały z dwóch satelitów. Wybór satelitów oraz przełączanie zakresów częstotliwości i polaryzacji są sterowane przez tunery satelitarne. Konwerter Monoblock Twin ma analogicznie jak klasyczny Twin dwa wyjścia. Rysunek Konwerter satelitarny Monoblock Twin LMTP-04H Źródło: Konwerter Quattro ma 4 niezależne wyjścia: 10,7 11,7 GHz z polaryzacją V, 10,7 11,7 GHz z polaryzacją H, 11,7 12,7 GHz z polaryzacją V i 11,7 12,75 GHz z polaryzacją H i jest przeznaczony do instalacji satelitarnych sąsiedzkich z multiswitchami oraz do stacji czołowych antenowych instalacji zbiorowych (AIZ) i telewizji kablowej TVK. 11

12 Rysunek Konwerter satelitarny Quattro Televés Źródło: Na wyjściach konwerterów Quattro są stosowane następujące oznaczenia 8 : HH (Horizontal High zakres częstotliwości: 11,75 12,75 GHz) sterowanie 18V/22 khz, HL (Horizontal Low zakres częstotliwości 10,7 11,75 GHz) sterowanie 18V/0 khz, VH (Vertical High zakres częstotliwości 11,75 12,75 GHz) sterowanie 14V/22 khz, VL (Vertical Low zakres częstotliwości 10,7 11,75 GHz) sterowanie 14V/0 khz. Sygnały telewizji satelitarnej z poszczególnych wyjść konwertera Quattro są doprowadzane do wejść multiswitcha. Może to być multiswitch o dowolnej liczbie wyjść. W ten sposób za pomocą jednej anteny TV SAT z konwerterem Quattro można bardzo łatwo doprowadzić sygnał nawet do kilkudziesięciu odbiorników. W przypadku zastosowania multiswitchów kaskadowych można również zapewnić dobry odbiór TV SAT nawet przez kilkaset odbiorników (o multiswitchach piszemy w odrębnym artykule). Konwerter Quad z wbudowanym multiswitchem 4/4 jest przeznaczony do odbioru programów telewizji satelitarnej nadawanych z jednego satelity na czterech pracujących niezależnie tunerach. W sensie funkcjonalnym można go traktować jako cztery konwertery pełnozakresowe umieszczone w jednej obudowie i działające niezależnie od siebie

13 Rysunek Konwerter satelitarny Quad AK54-XT2 MTI Rysunek Sumator RTV SAT Quad SWE 4-01 AXING Źródło: Źródło: W przypadku konieczności wprowadzenia sygnałów naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T do instalacji antenowej należy zastosować specjalny sumator RTV Quad. Na przykład sumator SWE4-01 Axing sumuje sygnały z wyjść konwertera Quad z sygnałem TV naziemnej i umożliwia przesłanie sygnału sumacyjnego do czterech gniazd RTV- SAT 9. Istnieje również konwerter Octo z wbudowanym multiswitchem 4/8 przeznaczony do odbioru programów telewizji satelitarnej na ośmiu pracujących niezależnie tunerach. Można go traktować jako osiem konwerterów pełnozakresowych umieszczonych w jednej obudowie, które działają niezależnie od siebie. Rysunek Konwerter satelitarny Octo IDLB-OCTL40 Inverto Źródło: Urządzenie eliminuje co prawda konieczność stosowania multiswitcha, ale niestety wymaga doprowadzenia ośmiu kabli na dach do anteny satelitarnej. Ponadto

14 pozostaje jeszcze problem wprowadzenia programów radiowych i programów naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T do instalacji antenowej. Konwencjonalne odbiorniki telewizyjne nie mogą obrabiać sygnałów pierwszej pośredniej częstotliwości (p.cz.) TV SAT, zatem niezbędne są specjalne urządzenia. Odbiornik satelitarny TV SAT ma zasadnicze zadanie, aby z doprowadzonej pierwszej pośredniej częstotliwości dokonać wyboru kanału (tuner, selektor kanałów), spowodować niezbędną selekcję i wzmocnienie oraz zdemodulować sygnał satelitarny. W ten sposób otrzymuje się pasmo podstawowe. Na odpowiednich złączach odbiornika są zwykle do dyspozycji sygnały audio i wideo. Sygnały te mogą być doprowadzane np. bezpośrednio do odbiornika TV. Na występującym wyjściu wielkiej częstotliwości (w.cz.) jest do dyspozycji również remodulowany, kompletny sygnał TV w kanale UHF zgodnym z normami telewizji naziemnej. Rysunek Schemat blokowy odbiornika satelitarnego Źródło: Sygnał jest demodulowany w części wejściowej, gdzie przeprowadzana jest również korekcja błędów. Następnie dane trafiają do demultipleksera strumienia transportowego. Demultiplekser rozdziela poszczególne programy, sygnały fonii i wizji oraz dane sterujące. Dalej sygnał audio jest demodulowany w dekoderze audio, przetwarzany do postaci analogowej w konwerterze cyfra/analog i przekazywany do wyjść audio oraz do 14

15 modulatora UHF. Zawarte w pakietach audio sygnały synchronizujące zapewniają synchronizację wizji i fonii 10. Informacje dotyczące obrazu są przetwarzane w innym dekoderze. Otrzymane dane służą do odtworzenia sygnału wizyjnego. Procesor wizyjny odtwarza sygnały CVBS, S-VHS oraz RGB, które są następnie doprowadzane do odpowiednich wyjść oraz do modulatora UHF. Cyfrowa telewizja satelitarna niesie ze sobą wiele korzyści. Dzięki stosowanej w systemach cyfrowych kompresji sygnałów telewizyjnych możliwa jest transmisja programów z większą rozdzielczością lub transmisja większej liczby kanałów ze standardową rozdzielczością przy tej samej szerokości pasma. Cyfrowa kompresja obrazu i dźwięku stwarza możliwość przesyłania od 4 do 16 razy więcej programów telewizyjnych (przy systemach MPEG-2 oraz MPEG-4) niż w przypadku telewizji analogowej przy wykorzystaniu podobnego pasma. I to jest podstawowa przewaga, jaką ma telewizja cyfrowa nad analogową. Należy bowiem podkreślić, iż w telewizji analogowej również dałoby się przesyłać programy telewizyjne z wielką rozdzielczością. Jednak niezbędne do tego szerokości pasma byłyby nie do przyjęcia ze względów ekonomicznych. Do zalet technologii cyfrowej należy dodać jeszcze możliwość wprowadzenia wielu funkcji dodatkowych. Najważniejszymi parametrami określającymi odbiór telewizji cyfrowej są 11 : SL (ang. Signal Level) poziom odbieranego sygnału. SQ (ang. Signal Quality) jakość odbieranego sygnału określa możliwości odbioru i jest wypadkową BER i sygnału użytecznego. SR (ang. Symbol Rate) szybkość transmisji symboli w ciągu sekundy = 2 ilość bitów (jeden symbol to 2 bity). FEC (ang. Forward Error Correction) korekcja błędów przy cyfrowych transmisjach określa ilość bitów nadmiarowych w sygnale, których przeznaczeniem jest naprawa uszkodzonych danych powstałych w wyniku zakłóceń. BER (ang. Bit Error Rate) bitowa stopa błędów transmisji, która określa prawdopodobieństwo wystąpienia przekłamania w strumieniu przesyłanych informacji. Wskaźnik BER jest obliczany jako stosunek liczby bitów przekłamanych po stronie odbiorczej do całkowitej liczby bitów wysłanych. Do najczęściej spotykanych odbiorników satelitarnej telewizji cyfrowej należy zaliczyć 12 : odbiorniki satelitarne FTA umożliwiające tylko odbiór kanałów niekodowanych, odbiorniki z wbudowanym modułem dostępu warunkowego umożliwiające odbiór kanałów kodowanych tylko w ściśle określonych systemach kodowania, odbiorniki satelitarne CI (Common Interface) umożliwiające podłączenie zewnętrznego modułu dostępu warunkowego przeznaczonego do rozkodowywania konkretnych systemów, odbiorniki dedykowane do konkretnych platform cyfrowych działające najczęściej tylko z kartą platformy wyjęcie karty powoduje natychmiastową blokadę odbiornika; odbiorniki z wbudowanym dyskiem twardym umożliwiające nagrywanie programów Tamże. 15

16 Rysunek Tuner satelitarny Opticum X80 RF Źródło: Odbiorniki satelitarne CI (Common Interface) są wyposażone w złącze, które pozwala podłączyć moduły dekodujące. Takie rozwiązanie umożliwia rozszerzanie możliwości pracy odbiornika z różnych systemach kodowania. Zatem odbiornik w dwoma złączami CI zapewnia podłączenie do niego dwóch modułów umożliwiających odbiór dwóch różnych kodowanych platform telewizji cyfrowej. Kupując taki tuner, mamy urządzenie uniwersalne, które można rozbudować. Nie wolno o tym zapomnieć przy zakupie tunera satelitarnego, gdyż potem nie da się już zamontować takiego złącza. A w zasadzie każdy system kodowania platform telewizji cyfrowej jest dostępny w postaci modułu. Należy oczywiście pamiętać też o tym, aby do każdego modułu włożyć aktywną kartę abonamentową. W zasadzie wszystkie odbiorniki telewizji satelitarnej z modułami dostępu warunkowego umożliwiają odbiór programów niekodowanych FTA 13. Dobór kabla do instalacji satelitarnej jest determinowany przede wszystkim tłumieniem w zakresie częstotliwości pracy. Ponieważ są to wielkie częstotliwości, to i wymagania dotyczące kabla są niemałe. Stąd też instalacje satelitarne wymagają stosowania przewodów koncentrycznych o żyle środkowej 1,13 mm. Takie przewody mają wartości tłumienia między 25 db/100 m przy częstotliwości 1750 MHz i około 28 db/100 m przy 2150 MHz. Dielektryk w porządnych kablach jest obecnie wykonywany metodą spieniania fizycznego przez wstrzykiwanie azotu do polietylenu pod wysokim ciśnieniem. Chociaż kable koncentryczne ze spienionym dielektrykiem są odporne na wilgoć, to jednak na zewnątrz należy stosować kable specjalnie do tego przeznaczone. Do instalacji zewnętrznej zaleca się przeważnie powłoki zewnętrzne uodpornione na promieniowanie ultrafioletowe. Jeżeli kable będą układane w ziemi, to wskazane jest również, aby były to kable żelowane

17 Rysunek Kabel koncentryczny zewnętrzny SAT 1,15 Digital Źródło: Przykładem takiego kabla jest SAT 1,15 Digital z ekranowaniem typu triset, zapewniającym jego bardzo wysoki współczynnik. Powłoka tego kabla jest wykonana z czarnego polietylenu odpornego na promieniowanie ultrafioletowe i na czynniki atmosferyczne. Wypełnienie ośrodka kabla specjalnym żelem zabezpiecza przed ewentualną penetracją wody. Wykonany metodą spienienia fizycznego dielektryk zapewnia dodatkową odporność na wilgoć. Kabel koncentryczny SAT 1,15 Digital może być układany bezpośrednio w ziemi, w kanalizacji kablowej lub na zewnątrz budynków. Jeżeli kabel współosiowy z wtykiem są podłączone na wolnym powietrzu, to należy zastosować specjalne środki uszczelniające. Przy obudowach odpornych na warunki atmosferyczne obejmujących wszystkie elementy montażowe takie dodatkowe środki nie są konieczne 14. W przypadku instalacji wewnętrznej można zastosować już kable tańsze. Wśród nich można znaleźć kable typu triset i tri-shield różniące się budową ekranu i wynikającym stąd współczynnikiem ekranowania. Kable koncentryczne do instalacji TV SAT wewnątrz budynków Rysunek Kabel koncentryczny CTF-113 Digital typu triset Źródło:

18 Rysunek Kabel koncentryczny CTF-113 Tri-Shield Źródło: W kablu CTF-113 Digital typu triset ekran jest wykonany z dwustronnej folii Al/Pet/Al przyklejonej do dielektryka oraz z oplotu o gęstości 90%. Z kolei w kablu CTF- 113 Tri-Shield ekran jest wykonany z folii Al/Pet przyklejonej do dielektryka, z oplotu o gęstości 80% oraz dodatkowej folii Al/Pet przyklejonej do powłoki zewnętrznej. Dzięki dodatkowej folii kabel tri-shield ma lepszą skuteczność ekranowania. Dzięki temu może być z powodzeniem stosowany nawet w rozbudowanych instalacjach multiswitchowych 15. Nowoczesne systemy satelitarne mają coraz częściej znacznie większe możliwości sterowania poszczególnymi elementami niż te, które były produkowane na początku rozwoju techniki satelitarnej. Poza standardowym już przełączaniem polaryzacji napięciem 14/18 V i pasma częstotliwości sygnałem 22 khz stosuje się też sterowanie cyfrowe. Przesyłanie poleceń DiSEqC jest realizowane za pomocą kluczowania sygnału 22 khz. Sygnał 22 khz jest nakładany na napięcie zasilania konwertera. Technika Di- SEqC działa według zasady Single-Master/Multi-Slave. Jedynym szefem (Master) w systemie jest odbiornik. Wszystkie inne elementy urządzenia, jak konwertery lub przełączniki wielokrotne (multiswitche), są poddanymi (slaves). Tylko Master może wysyłać polecenia. Od poziomu 2.0 Slaves mogą również odpowiadać i potwierdzać otrzymane polecenia. Zbiór danych DiSEqC składa się z bajtu startowego (Header), bajtu adresowego i bajtu polecenia (Kommando). Dodatkowo może jeszcze występować bajt danych. Jedna sekwencja danych trwa około 54 milisekund. Bajt startowy określa, kto wysyła zbiór danych. To może być Master (polecenie) lub w DiSEqC poziom 2.0 również Slave (odpowiedź). Za pomocą bajtu adresowego poszczególne elementy są bezpośrednio powiadamiane. Jeżeli w jednej instalacji antenowej zostanie zastosowanych wiele jednakowych elementów, to istnieje wystarczająco adresów rezerwowych. W bajcie polecenia są przesyłane komendy sterujące (np. pasmo dolne, polaryzacja pozioma). Jeżeli niezbędne jest przesłanie danych dodatkowych, wówczas nadaje się bajt danych. Wewnątrz jednej instalacji elementy DiSEqC mogą być instalowane równolegle lub kaskadowo. Przy pracy równoległej wielu identycznych elementów (z jednakowym adresem DiSEqC) może na początku dojść do konfliktu, który rozwiązuje się przez odpowiednie przeprogramowanie odbiornika (Master). Ponieważ DiSEqC wysyła każde polecenie trzykrotnie raz za razem, to można podłączyć go aż do trzech kaskadowanych elementów. Elementy DiSEqC rozpoznaje się po logo. W zależności od poziomu

19 istnieje ono w czterech różnych formach, przy czym wszystkie mogą być stosowane równoważnie 16 : standard (czarny napis), standard z dodatkowym tekstem: Digital Satellite Equipment Control, inwersja (biały napis), inwersja z dodatkowym tekstem. Aktualnie obowiązują następujące standardy DiSEqC 17 : DiSEqC 1.0 sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 4 konwerterów, DiSEqC 1.1 sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 16 konwerterów, DiSEqC 1.2 sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 16 konwerterów i obsługę obrotnicy, DiSEqC 2.0 sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 16 konwerterów, obsługę obrotnicy oraz zwrotne potwierdzanie przełączenia. Obecnie napięcie zasilania konwertera satelitarnego jest przełączane i wynosi 14/18 V. Gdy zostaną zastosowane tylko elementy DiSEqC, napięcie zasilające wyniesie 12 V, ponieważ przełączanie polaryzacji (pozioma/pionowa) również jest przejmowane przez DiSEqC. Kompatybilność w fazie wprowadzania polega na tym, że DiSEqC pracuje również z dotychczasowymi napięciami 14 i 18 V. Dzięki sygnalizacji niezależnej od poziomu napięcia (bez przełączania 14/18 V) znikną znane problemy progu przełączania spowodowane spadkami napięć na przewodach. Poza tym większość konwerterów pracuje z wewnętrznym napięciem zasilania wynoszącym 12 V. Dotychczas 6 V z 18 V jest przetwarzane w ciepło. Również odbiorniki zyskują na tej zmianie. Zasilacz może być mniejszy i potrzebuje mniej energii. Prostym przykładem zastosowania omawianej techniki jest przełącznik satelitarny DiSEqC v.2.0. Ma on 2 wejścia i 1 wyjście, dzięki czemu można podłączyć 2 konwertery Single do jednego odbiornika satelitarnego Tamże. 19

20 Rysunek Przełącznik satelitarny DiSEqC 2.0 SPU Axing Źródło: Technika DiSEqC 2.0 stwarza jednak więcej możliwości niż tylko podłączenie dwóch konwerterów do jednego tunera. Na poniższym rysunku przedstawiono przełącznik Di- SEgC 2.0 SPU Axing, który umożliwia podłączenie czterech konwerterów Single do 1 tunera TVTV sat. Rysunek Przełącznik satelitarny DiSEqC 2.0 SPU Axing Źródło: Oczywiście ten przełącznik satelitarny może być stosowany również w przypadku czterech konwerterów pracujących w systemie multifeed przy jednej antenie wieloogniskowej. 20

21 2. Instalacja telewizji kablowej Telewizja kablowa to system, w którym programy radiowe i telewizyjne doprowadza się do budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej lub grup budynków sąsiadujących ze sobą drogą przewodową (siecią kablową). W najprostszym rozwiązaniu taki system sprowadza się do instalacji anteny zbiorczej, z której po odpowiednim wzmocnieniu doprowadza się do abonentów od kilku do kilkunastu programów. Sieci kablowe eliminują konieczność posiadania indywidualnych instalacji antenowych, a przy wykorzystaniu odpowiedniego sprzętu pozwalają na dostarczenie abonentom dodatkowych usług, np. szerokopasmowego dostępu do internetu przy wykorzystaniu tej samej infrastruktury 18. 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) liczby 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 zapotrzebowania odbiorców na nowe kanały zaczęto wykorzystywać częstotliwości leżące między zakresami telewizji naziemnej, tak zwane kanały kablowe, popularne S. W rozwiązaniu docelowym, rozbudowanym (o pojemności kilkadziesiąt kanałów) do abonentów dostarcza się również programy retransmitowane przez stacje satelitarne oraz programy lokalne, a także zapewnia się możliwość transmisji sygnałów w kierunku od abonenta (transmisje dwukierunkowe). Rysunek System podstawowy sieci TVK Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 18 K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej, ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 21

22 W poszczególnych miejscach instalacji oraz zależnie od rozpiętości instalacji i liczby abonentów różnym elementom stawiane są odpowiednio wysokie wymagania. Najwięcej oczywiście zależy od tego, czy sieć rozprowadzająca TVK jest wykonana dla zakresu VHF/UHF 47 do 862 MHz z pełną transmisją powyższego zakresu, czy też rezygnuje się z transmisji w zakresie UHF (dzięki temu jest możliwa większa rozpiętość i liczba abonentów). W takim przypadku transmituje się tylko zakres VHF wraz z zakresami kanałów specjalnych między 47 i 450 MHz (starsze sieci). Poza tym wiele zależy również od tego, czy przesyłane są kanały zwrotne w zakresie częstotliwości 4 do 30(65) MHz. Oznacza to, że do rozprowadzenia sygnałów z telewizji kablowej potrzebny jest wzmacniacz jednowejściowy, który pokrywa wszystkie kanały telewizyjne, pasmo radiowe oraz kanał zwrotny, jeśli wykorzystujemy modem kablowy. Taki wzmacniacz powinien uwzględnić wyższe tłumienie kabla przy wyższych częstotliwościach. W zależności od powyższych czynników wybiera się między innymi wzmacniacze magistralne, wzmacniacze dystrybucyjne i wzmacniacze budynkowe (abonenckie). Technika doboru wzmacniaczy dla poszczególnych przypadków zastosowań jest bardzo skomplikowana. Poza wspomnianymi już zagadnieniami podstawowymi powinny być uwzględnione przy wyborze wzmacniacza sprawy regulacji, korekcji charakterystyki częstotliwościowej, sygnałów pilotowych i dozorowania. Wzmacniacz magistralny We wzmacniaczach magistralnych zawarte są również, poza układami aktywnymi, układy bierne Są to korektory stałe (wtykane), regulowane tłumiki, korektory precyzyjne i odgałęźniki wyjściowe do zasilania wzmacniaczy dystrybucyjnych (w liniach odgałęźnych). Przy wzmacniaczach z automatyczną regulacją dostępne są jeszcze sterowane układy regulacji tłumienia i układy regulacji nachylenia w połączeniu z odbiornikiem sygnałów pilotowych. W wielu przypadkach istnieje jeszcze odpowiedni kanał zwrotny. W kanale zwrotnym często stosuje się dodatkowo moduł wzmacniacza. Wzmacniacz magistralny zawiera z reguły hybrydowe układy scalone zarówno w torze głównym w.cz., jak i w torze kanału zwrotnego. Hermetyczna i niezwykle odporna na korozję obudowa jest przystosowana do montażu w każdych warunkach (na powietrzu, w kanałach telekomunikacyjnych itp.). W dobrych wzmacniaczach odlewana ciśnieniowo wewnętrzna konstrukcja bazowa (chassis) izoluje wzajemnie kanał zwrotny i tor w.cz. Często umożliwia błyskawiczne zdemontowanie praktycznie całego układu wzmacniacza bez naruszania obudowy, złącz i kabli magistralnych. Rozwiązanie takie znakomicie ułatwia czynności serwisowe (zwłaszcza po dłuższym okresie eksploatacji). Dobre wzmacniacze muszą równocześnie zapewniać także doskonałe odprowadzanie ciepła z układów hybrydowych bezpośrednio do obudowy. Wzmacniacze magistralne są zawsze przystosowane do pracy w linii magistralnej zasilanej napięciem zmiennym 19. Wzmacniacz dystrybucyjny Wzmacniacze dystrybucyjne zajmują zasadniczo miejsce pośrednie między wzmacniaczami magistralnymi i wzmacniaczami budynkowymi. Ponieważ muszą być również przystosowane do pracy w trudnych warunkach, zewnętrznie i wewnętrznie na ogół nie różnią się od wzmacniaczy magistralnych. Najczęściej tylko są przystosowane do przenoszenia mniejszego prądu zdalnego zasilania. Wynika to stąd, że z reguły w kaskadzie pracuje ich już znacznie mniej. Wybór konkretnej wersji wykonania jest określony przez rozpiętość sieci i liczbę abonentów do niej podłączonych K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej, ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 20 Tamże. 22

23 Wzmacniacz budynkowy Przy wielu abonentach urządzenie to stosuje się jako wzmacniacz pracujący w sieciach rozprowadzających, zazwyczaj jeden na klatkę schodową lub budynek, w celu wyrównania tłumienia sieci rozdzielczej (abonenckiej). W prostych przypadkach są używane tzw. wzmacniacze kompaktowe, które posiadają jedno wejście szerokopasmowe, jedno wyjście na pion i często wyjście pomiarowe (o poziomie obniżonym o 20 db i więcej). Przy większych wymaganiach stosuje się jednak wzmacniacze budynkowe innego typu, które poza regulacją tłumienia umożliwiają także korekcję tłumienia kabla w granicach do 20 db oraz są wyposażone we wbudowany rozgałęźnik i własny zasilacz, a ich współczynnik szumów wynosi ok. 8 db, wzmocnienie do 40 db i maksymalny poziom wyjściowy rzędu 120 dbμv. W razie potrzeby można je przystosować do przenoszenia kanału zwrotnego. Z reguły są to wzmacniacze zasilane lokalnie w obudowach niespełniających wymagań hermetyczności. Takie urządzenia stosuje się w celu zapewnienia odpowiedniego poziomu sygnału w gniazdach abonenckich tj dbμv. Podczas projektowania sieci wykorzystującej którykolwiek z wymienionych wyżej wzmacniaczy stosuje się ogólną zasadę, aby poziom sygnału na wejściu wzmacniacza był nie mniejszy niż 75 dbμv ze względu na poziom szumów. Sygnał wyjściowy ze wzmacniacza powinien oscylować wokół 100 dbμv z uwagi na możliwe przesterowania 21. Rozgałęźniki Najważniejszymi elementami sieci rozdzielczej, poza wzmacniaczami, są rozgałęźniki, odgałęźniki i gniazda abonenckie. Sposób oznaczania tych podzespołów i definiowania ich parametrów przedstawiono w tabeli 1.1. Rozgałęźniki służą przede wszystkim do dzielenia mocy linii głównej na wiele mniejszych linii z ograniczonymi stratami przenoszenia. 21 K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej, ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 23

24 Tabela 1.1. Parametry podzespołów sieci rozdzielczej Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej., ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. Sygnał po rozdzieleniu jest przekazywany do kilku przewodów, które mogą być początkami pionów gniazdowych (system przelotowy) lub odgałęźnikowych. Zastosowanie techniki linii mikropaskowych spowodowało, że obecnie produkowane rozgałęźniki mają dużo mniejsze tłumienia przelotowe niż dawne urządzenia rezystorowe (poza nieuniknionym spadkiem poziomu o 3 db wynikającym z podziału mocy) oraz pozwalają na izolację wyjść. W praktyce zwykle spotyka się rozgałęźniki dwu-, trzy-, cztero-, sześcio- i ośmiokrotne. Ponadto w celu zwielokrotnienia podziału sygnału można zestawiać razem wiele tego typu urządzeń. Bierne elementy magistralne i dystrybucyjne są prawie zawsze przystosowane do pracy dwukierunkowej, a wszystkie rozgałęźniki mogą przenosić prąd o znacznej mocy zasilania po linii do zdalnie zasilanych wzmacniaczy. Zastosowanie specjalnych dławików zapewnia przenoszenie prądu o natężeniu 10 12A bez wprowadzania przydźwięku sieci. Wszystkie elementy umieszcza się w odlewanych ciśnieniowo obudowach aluminiowych, które są hermetyczne i odporne na korozję, dzięki czemu mogą pracować na otwartym powietrzu oraz w studzienkach telekomunikacyjnych. Często konstrukcja elementów umożliwia natychmiastową wymianę całego modułu elektronicznego bez potrzeby naruszania obudowy i złączy kabli magistralnych. Rozgałęźniki charakteryzuje się za pomocą tłumienności przelotowej i separacji. Tłumienność przelotowa to tłumienie między wejściem głównym i poszczególnymi wyjściami 24

25 rozgałęźnika. Izolacja (separacja) wyjść związana jest z tłumieniem między poszczególnymi wyjściami rozgałęźnika 22. Odgałęźniki Odgałęźniki umożliwiają odprowadzanie z linii przesyłowej części sygnału w celu zasilania jednego lub wielu przewodów odgałęźnych, które mogą służyć do zasilania gniazd abonenckich lub wysterowywania wzmacniaczy. Mogą być również wykorzystywane do wydzielania części sygnału w celach kontrolno-pomiarowych. Budowane w technice sprzęgaczy kierunkowych odgałęźniki mają charakterystyki sprzężeniowe prawie niezależne od częstotliwości, a przy tym cechują je małe tłumienie przelotowe i duża izolacja wyjść. Urządzenia te są opisywane przez kilka parametrów. Tłumienność przelotowa to tłumienie między wejściem głównym i wyjściem głównym odgałęźnika. Tłumienność odsprzężenia jest wartością tłumienia między wejściem głównym i wyjściem odgałęźnym (odgałęzieniem), a w przypadku odgałęźników bez sprzęgaczy kierunkowych również między wyjściem głównym i odgałęzieniem. Kierunkowość (tłumienność zwrotna) określa tłumienie między wyjściem głównym i odgałęzieniem (dla odgałęźników ze sprzęgaczami kierunkowymi). Izolacja (separacja) wyjść związana jest z tłumieniem między odgałęzieniami (dla odgałęźników wielokrotnych) 23. Korektory Tłumienie kabla, poza takimi czynnikami, jak: długość i jego typ, jest silnie zależne także od częstotliwości, który to parametr ma równie ważne znaczenie w odniesieniu do prawie wszystkich pozostałych elementów układu. Obliczenia instalacji muszą być zatem przeprowadzone dla wielu istotnych częstotliwości, a tłumieniu zależnemu od częstotliwości należy poświęcić dużo uwagi. Poza tym przy instalacjach szerokopasmowych są stosowane regulacje tłumienia szerokopasmowego lub wąskopasmowego, tzw. korektory tłumienia. Takie elementy mają charakterystykę tłumienia zależną właśnie od częstotliwości, która jest przeciwstawiana tłumienności kabla i innych elementów. Przebieg może być ustawiony na stałe lub regulowany w wartości bezwzględnej i w zależności od częstotliwości. Takie korektory są przeważnie potrzebne w większych instalacjach i występują jako podzespoły wtykowe lub oddzielne elementy składowe K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 23 Tamże. 24 Tamże. 25

26 Gniazda abonenckie Zasadniczym zadaniem gniazdka abonenckiego jest wydzielenie i rozdział sygnałów radiofonicznych i telewizyjnych oraz skierowanie ich na oddzielne wyjścia. Gniazdo abonenckie to zespół szerokopasmowych sprzęgaczy kierunkowych i filtrów zapewniających wydzielenie sygnałów radiofonicznych i telewizyjnych. W znacznej mierze o parametrach elektrycznych instalacji kablowej decyduje gniazdo abonenckie. Gniazda abonenckie służą do podłączania urządzeń odbiorczych w mieszkaniu. Złącza do urządzeń odbiorczych najczęściej odpowiadają systemowi wtykowemu IEC. Za pomocą różnych złączy w postaci wtyku względnie gniazda dla telewizji i radia zapewnia się ich niezamienialność dla urządzeń odbiorczych przy stosowaniu jednego tylko typu sznura abonenckiego. Układ elektroniczny gniazdek jest umieszczany w ekranowanych korpusach wykonywanych w formie wysokociśnieniowych odlewów ze stopów metali lekkich. Różne systemy rozdzielcze wymagają odpowiednich gniazd abonenckich. Obecnie rozróżnia się abonentów posiadających i nieposiadających modemu. Abonentów tej pierwszej kategorii dołącza się do odgałęźnika podłączonego do sieci abonenckiej bezpośrednio, a tych nieposiadających modemów przez filtr górnoprzepustowy (rys ) 25. Rysunek Grupowanie odbiorców Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. U abonentów nieposiadających modemu zamiast filtru górnoprzepustowego włączanego przed gniazdem abonenckim można zastosować gniazdo z wbudowanym filtrem kanału zwrotnego. W ten sposób upraszczamy okablowanie, równocześnie zapobiegając przedostawaniu się do kanału zwrotnego sygnałów zakłócających (ingresu) z odbiorników. Gniazdo może występować w dwóch wersjach: z rozgałęźnikiem oraz odgałęźnikiem. Czasem jest też spotykane gniazdo bez filtru pasmowego w torze radiowym, a w takim przypadku na obu wyjściach dostępny jest sygnał z całego pasma kanału dosyłowego MHz. 25 K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej, ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 26

27 Rysunek Gniazda dla abonentów bez modemu: a) z filtrem górnoprzepustowym, b) z filtrem pasmowym w torze radiowym Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. U odbiorców posiadających modem stosowane są tzw. gniazda multimedialne, które nazywa się też gniazdami do transmisji danych. Posiadają one trzy wyjścia: dwa dla transmisji jednokierunkowej, czyli dla radia R i telewizji TV, oraz jedno dla transmisji dwukierunkowej D, do którego podłącza się modem. Podstawowe parametry tych gniazd to: separacja między 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, były niewielkie i jednakowe w obu kierunkach. Należy zauważyć, że zastosowanie rozgałęźnika w torze RTV powoduje, iż tłumienie wyjść TV oraz R jest takie samo, a na wyjściu TV mamy pełne pasmo MHz. Natomiast użycie odgałęźnika i filtru pasmowego w torze radiowym powoduje, iż do radioodbiornika docierają tylko sygnały z zakresu MHz o tłumieniu 8 10 db. Modem podłącza się przez odgałęźnik o tłumieniu przyłączenia 10 db, dzięki czemu jest osiągana wysoka separacja pomiędzy wyjściem/wejściem D a wyjściami radiowo-telewizyjnymi 26. Rysunek Schemat gniazd multimedialnych: a) z odgałęźnikiem, b) z rozgałęźnikiem Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 26 K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej, ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 27

28 Filtry Stosowanie filtrów pozwala uniknąć przesterowania odbiorników telewizyjnych silnym sygnałem modemu kablowego w kanale zwrotnym. W filtrach kanału zwrotnego zazwyczaj pasmo zaporowe to 5 65MHz (górna wartość zależy od wybranego pasma kanału zwrotnego), a pasmo przepustowe MHz. Minimalne tłumienie w paśmie zaporowym powinno wynosić 40 db, a tłumienie w paśmie przepustowym nie powinno przekraczać 1 2 db. W TVK stosuje się również filtry wydzielające pasmo telewizyjne od pasma radiowego. Używa się ich również do blokowania odbioru kanałów telewizyjnych zgodnie z wykupionym abonamentem 27. Zwrotnice Jeśli modem jest instalowany w innym miejscu niż telewizor, to podziału sygnału należy dokonać nie przy odbiorniku TV, a w innym miejscu warunkowanym możliwościami prowadzenia okablowania. W tym celu stosuje się specjalistyczny rozgałęźnik (rys. 1.26), ponieważ przy zastosowaniu standardowego rozgałęźnika odbiornik telewizyjny czy radiofoniczny mógłby zostać przesterowany silnym sygnałem z modemu. Rysunek Schemat podłączenia odbiornika telewizyjnego i modemu znajdujących się w różnych pomieszczeniach Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. Typowym rozwiązaniem jest stosowanie zwrotnic multimedialnych, nazywanych też rozgałęźnikami lub rozdzielaczami multimedialnymi. Najprostsze z nich posiadają jedynie odgałęźnik, do którego podłącza się modem i filtr górnoprzepustowy na wyjściu telewizyjnym (rys ). Na bardziej złożone składają się z kilku filtrów, co poprawia separację, ale równocześnie podwyższa koszty. Zalety takich rozdzielaczy to zintegrowanie w jednym urządzeniu odgałęźnika i zestawu filtrów blokujących przenikanie sygnałów zakłócających od odbiorników (leżących w paśmie kanału zwrotnego) oraz zabezpieczających przed dostaniem się na ich wejście silnego sygnału z modemu kablowego. Tłumienie toru danych jest niesymetryczne, czyli 1 db od modemu i 10 db do modemu K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej, ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 28 Tamże. 28

29 Rysunek Zwrotnice (rozdzielacze multimedialne): a) z odgałęźnikiem, b) z rozgałęźnikiem [6] Źródło: K. Tutaj, Montowanie i badanie sieci telewizji kablowej. ITW PiB, Radom [07].Z6.O7. 3. Instalacja sieci automatyki przemysłowej Zadanie urządzeń sterowania automatycznego to wykonywanie pewnych czynności bez udziału obsługi. Jest to niekiedy niezbędne, np. jeśli pracownik nie nadążałby z wykonaniem tych czynności ręcznie. W innych przypadkach zastosowanie automatyki nie jest konieczne, ale jej wprowadzenie przyczynia się do zwiększenia wydajności pracy, podniesienia sprawności oraz niezawodności maszyn i urządzeń. Układy automatyki elektrycznej stosowane w urządzeniach technicznych można podzielić na dwa rodzaje 29 : układy automatycznego sterowania, układy regulacji automatycznej. Różnicę między automatycznym sterowaniem a automatyczną regulacją wyjaśniają schematy blokowe. W układzie sterowania automatycznego (rys ) elektryczny układ sterujący kieruje pracą danego urządzenia zwanego obiektem sterowania. Po uruchomieniu pracuje ono samoczynnie, a wszelkie zmiany parametrów pracy (np. prędkości, kierunku wirowania itp.) przeprowadzane są automatycznie w zależności od określonych czynników (np. czasu, przebytej drogi itp.). 29 M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa

30 Rysunek Schematy blokowe układów: a) automatycznego sterowania, b) automatycznej regulacji. Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa W układzie automatycznej regulacji pracą obiektu kieruje odpowiedni układ (tzw. regulator), przy czym wielkość regulowana y jest mierzona w punkcie B zwanym węzłem zaczepowym i doprowadzana do punktu A zwanego węzłem sumacyjnym, który znajduje się na wejściu układu regulacji. Przepływ informacji dotyczącej wartości regulowanej wielkości y od punktu B do punktu A tworzy tzw. pętlę sprzężenia zwrotnego. W węźle sumacyjnym wartość mierzona y jest porównywana z wartością zadaną x. Układ automatycznej regulacji działa zawsze w ten sposób, aby wartość mierzona y była równa wartości zadanej x. Układy tego typu charakteryzują się posiadaniem jednej lub kilku pętli sprzężenia zwrotnego tworzących obwody zamknięte. Z tego względu nazywamy je układami zamkniętymi. Z kolei układy automatycznego sterowania nie mają zamkniętych sprzężeń zwrotnych i z tego względu noszą nazwę układów otwartych. Sterowanie automatyczne wiąże się nierozłącznie z blokadą i sygnalizacją. Blokada uniemożliwia wykonanie błędnych czynności, a sygnalizacja informuje obsługę o przebiegu pracy urządzenia. Razem usprawniają one obsługę i zwiększają bezpieczeństwo pracy. Elektryczne układy sterowania automatycznego można podzielić na dwie grupy: układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe, układy sterowania sekwencyjnego (kolejnościowego). Jak wskazuje nazwa, układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe są zbudowane z dwóch podstawowych elementów: styczników i przekaźników. Styczniki to elementy wykonawcze, które włączają w odpowiedniej chwili obwody robocze. Przekaźniki natomiast sterują pracą styczników, powodując wzbudzenie cewek styczników w zależności od określonych czynników: czasu, przebytej drogi, prędkości obrotowej itp. Odpowiednio rozróżnia się sterowanie w funkcji: czasu, drogi, prędkości itp. Sterowanie sekwencyjne stosuje się w urządzeniach, w których zachodzi konieczność wykonywania odpowiednich czynności przez podzespoły w ściśle określonej kolejności. Poniżej będą rozpatrywane zasady łączenia i sterowania aparatów i maszyn elektrycznych wchodzących w skład układu napędowego. Zasady te mogą być również zastosowane do innych układów wymagających sterowania. 30

31 Wszystkie elementy układu tworzą obwody elektryczne. Najważniejsze znaczenie mają: a) obwód główny łączący silnik z siecią zasilającą, nazywany również obwodem prądu głównego, b) obwód sterujący zawierający cewki i styki przekaźników i styczników oraz przyciski, wyłączniki krańcowe, ewentualnie inną aparaturę sterowniczą. Schematy układów sterowania automatycznego są nieraz bardzo rozbudowane. Za szczególnie złożony należy uznać schemat rzeczywisty połączeń poszczególnych zacisków i elementów aparatury sterującej zwany schematem montażowym. W celu możliwie jasnego przedstawienia obwodów sterujących najczęściej rysuje się schematy ideowe. Na schematach elektrycznych obwód główny oznaczany jest linią grubą, obwód sterujący zaś linią cienką. Poszczególne elementy układu sterującego przedstawia się na tych schematach przy pomocy symboli graficznych. Symbole te rozmieszczone są na schemacie tak, aby połączenia były jak najkrótsze, bez zbędnych krzyżowań i załamań przewodów. W naszym wywodzie będziemy wykorzystywać tylko schematy ideowe. Zestawienie najważniejszych symboli graficznych podano w tabeli 1.2. Tabela 1.2. Wybrane symbole graficzne stosowane na schematach Zwierny zestyk łącznika Rozwierny zestyk łącznika Przełączany zestyk łącznika (symbol ogólny) Łącznik trójbiegunowy ze stykami zwiernymi (wyłącznika, stycznika) sprzężonymi mechanizmami Zestyk przełączony łącznika wielopołożeniowego a) Zwierny zestyk łącznika z napędem ręcznym z samoczynnym powrotem (przycisk załączający) Rozwierny zestyk łącznika z napędem ręcznym z samoczynnym powrotem (przycisk odłączający) Cewka stycznika, przekaźnika bądź wyzwalacza Zestyk przekaźnika symbol ogólny: 31

32 b) c) a). b). a) b) c) a) zwierny b) rozwierny c) przełączny Cewka przekaźnika zwłocznego o zwłoce: a) przy wzbudzaniu, b) przy odwzbudzaniu. Zestyk przekaźnika o opóźnionym działaniu (czasowego): a) zwierny ze zwłoką przy zamykaniu (wzbudzaniu) b) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu (odwzbudzaniu) c) rozwierny ze zwłoką przy zamykaniu (odwzbudzaniu) d) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu (wzbudzaniu) d) Organ napędowy przekaźnika termicznego (cieplnego) Zestyk rozwierny przekaźnika termicznego (cieplnego) Bezpiecznik topikowy Lampka sygnalizacyjna Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Jako przykład może posłużyć schemat połączeń obwodu głównego i sterującego stycznika elektromagnetycznego (rys ). Schematy rysuje się zawsze w stanie bezprądowym i beznapięciowym. Wyłączniki są w stanie otwartym, a przyciski nienaciśnięte. Taki stan nazywa się stanem normalnym. Wyróżniamy następujące rodzaje zestyków: zestyki normalnie otwarte styki, które są otwarte w stanie beznapięciowym, a zwierają się dopiero po włączeniu prądu do odpowiedniego z nich. Noszą one także nazwę zestyków zwiernych. zestyki normalnie zamknięte styki, które w stanie beznapięciowym są zamknięte, a rozwierają się z chwilą włączenia prądu do obwodu sterującego. Nazywa się je zestykami rozwiernymi. Stycznik jest to łącznik, którego zestyki robocze są zamykane przy pomocy elektromagnesu i utrzymywane w takim stanie dopóty, dopóki napięcie załączone do cewki 32

33 jest odpowiednio wysokie. Po przerwaniu obwodu cewki elektromagnesu następuje opadnięcie zwory i otwarcie zestyków roboczych. Na rysunku podany jest schemat elektryczny stycznika. Należy tu rozróżnić części obwodu głównego (linia gruba) od elementów obwodu sterującego (linia cienka). Rysunek 1.30.Schemat stycznika: a) montażowy, b) ideowy S cewka stycznika i styki główne, pomocnicze S1, PT przekaźnik termiczny L1 L2 L3 a ) b ) L1 L2 L3 N PE Z W S S1 S (6) (7) S1 (5) Z W S PT PT (4) (3) 1 S (1) (2) Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Na drodze przepływu prądu roboczego znajdują się zestyki robocze (1) oraz przekaźniki cieplne (2). W obwodzie sterującym jest zestyk przekaźnika cieplnego (3), cewka elektromagnesu (4), zestyk pomocniczy (5), przycisk załączający (6) oraz przycisk wyłączający (7). Przyciski (6) i (7) stanowią oddzielne elementy i mogą być umieszczone w dowolnym miejscu (możliwość zdalnego sterowania). Zestyk pomocniczy (5), zamykający się jednocześnie ze zwieraniem styków roboczych, jest połączony równolegle z przyciskiem (7). Układ taki pozwala realizować funkcję samopodtrzymania. Do załączania wystarczy jedynie krótkotrwały impuls podany za pomocą przycisku (6). Przerwania obwodu sterującego mogą dokonać: obsługa przyciskiem (7) lub przekaźniki cieplne (w przypadku przeciążenia) zestykiem (3). Układ stycznika nie pozwala na samorozruch silnika po zaniku i ponownym pojawieniu się napięcia oraz po zadziałaniu przekaźników cieplnych. Wraz z rozłączeniem styków głównych następuje przerwanie obwodu cewki elektromagnesu przy pomocy zestyku (5). Stycznik jest łącznikiem przeznaczonym do częstego otwierania i zamykania obwodu przy normalnych czynnościach eksploatacyjnych silnika, takich jak rozruch, hamowanie, regulacja prędkości obrotowej itp. 33

34 Przekaźniki elektromagnetyczne pośredniczące Funkcjonowanie elektromagnetycznych przekaźników pośredniczących opiera się na podobnej zasadzie działania jak w przypadku stycznika elektromagnetycznego Zestyki przekaźników mają stosunkowo niewielką obciążalność prądową, rzędu kilku amperów. W związku z tym przekaźnik jest wyposażony w znacznie mniejszy elektromagnes niż stycznik, a styki nie mają dodatkowych urządzeń do gaszenia łuku. Wymiary przekaźnika są mniejsze niż stycznika, natomiast jego trwałość uznaje się za bardzo wysoką, gdyż dochodzi ona do kilkudziesięciu milionów łączeń. Przekaźniki w zależności od przeznaczenia mają jedną lub wiele par zestyków. Budowę dwóch typów przekaźników pośredniczących pokazano na rysunku Rysunek 1.11.Przekaźniki pośredniczące: a) typ przemysłowy, b) typ telefoniczny a) b) Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Pod wpływem prądu przepływającego przez cewkę powstaje siła przyciągająca zworę przekaźnika. Po przyciągnięciu zwory zamykają się zestyki zwierne: (1), (2), (3), a otwierają rozwierne (4). Po odłączeniu napięcia i opadnięciu zwory otwierają się zestyki: (1),(2),(3), a zamykają rozwierne (4). W najczęściej spotykanych rozwiązaniach konstrukcyjnych przekaźników napięcie cewki wynosi 230V lub 400V, prąd roboczy zestyków od 1 do 10A, a ilość zestyków od jednej do trzech par przełączalnych. Przekaźnik czasowy zwłoczny jest urządzeniem, które dokonuje łączenia lub rozłączenia swych styków z pewnym opóźnieniem od chwili podania sygnału na zaciski cewki sterującej. Za sygnał należy uważać zarówno pojawienie się, jak i zanik napięcia na zaciskach przekaźnika. Przekaźniki czasowe są budowane na różnych zasadach, gdyż do pomiaru czasu można wykorzystać różne zjawiska. Poniżej omówiona zostanie konstrukcja przekaźnika czasowego synchronicznego. Przekaźniki czasowe synchroniczne składają się z miniaturowego silniczka synchronicznego o mocy ok. 2W i prędkości obrotowej 375 obr/min, przekładni zębatej napędzanej tarczą programową, elektromagnesu i zespołu styków (rys. 1.32). Po zamknięciu styku PC3 zostaje uruchomiony silniczek M i jednocześnie włącza się zasilanie uzwojenia cewki elektromagnesu PC. Przyciągana zwora Z połączona jest mechanicznie z dźwignią D działającą na zespół styków. Ruch dźwigni ogranicza kołek oporowy K na- 34

35 ciskający na tarczę programową TP, którą można nastawić na określony kąt za pomocą pokrętła R. Po określonym czasie silniczek obróci przez przekładnię tarczę TP w taki sposób, że kołek wpadnie w wykrój tarczy. Dźwignia D wykona wtedy pełny ruch i nastąpi przełączenie styków PC1, PC2, PC3 oraz otwarcie styków rozwiernych PC3 przerywających bieg silniczka. Taki stan będzie trwał, dopóki zasilana jest cewka PC. Jej wyłączenie przez otwarcie styku PC3 lub zanik napięcia w sieci zasilającej spowoduje opadnięcie zwory Z i powrót styków do położenia wyjściowego. Rysunek Szkic budowy przekaźnika czasowego synchronicznego (typ RS-521) Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Schemat ideowy przekaźnika synchronicznego przedstawiono na rysunku Na schematach ideowych sterowania automatycznego nie podaje się pełnego układu połączeń przekaźnika, jak na rysunku 1.33., lecz jedynie jego formę uproszczoną. Rysunek Schemat ideowy przekaźnika czasowego synchronicznego: a) pełny, b) uproszczony a ). b ). R T(0) R T(0) Z Z PC PC PC3 M 5 PC1 5 PC PC2 3 PC2 35

36 Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Na rysunku 1.33 b) pokazany jest tylko obwód z cewką elektromagnesu PC oraz obwody ze stykami wykonawczymi zwiernymi PC1 oraz PC2. Przycisk sterowniczy dwuobwodowy umożliwia załączenie i wyłączenie obwodu. Po naciśnięciu Z1 zamykamy obwód, urządzenie zostaje uruchomione. Po naciśnięciu Z2 przerywamy obwód urządzenie zostaje zatrzymane. Konstrukcja przedstawiona na rysunku umożliwia dołączenie kilku przycisków sterowniczych dwuobwodowych, dzięki czemu można zdalnie uruchamiać i zatrzymywać urządzenie z kilku miejsc. W tym przypadku wszystkie przyciski załączające łączy się równolegle, wyłączające szeregowo. Rysunek Układ przycisku sterowniczego dwuobwodowego W Z Z przycisk załączający W przycisk wyłączający Źródło: M. Kaźmierkowski, M. Nowak, A. Wójcik, Urządzenia elektroniki przemysłowej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Łączniki drogowe (krańcowe) odgrywają zasadniczo tę samą rolę co przyciski sterownicze. Różnica polega jedynie na tym, że te ostatnie naciska obsługujący, wyłączniki drogowe zaś uruchamiane są za pomocą mechanicznie poruszanych zderzaków. Z tego względu muszą one być mocniejsze od przycisków sterowniczych i powinny charakteryzować się specjalną konstrukcją w zależności od zastosowania. 4. Instalacja sieci komputerowych W zależności od konkretnych potrzeb w sieciach LAN używa się różnych urządzeń sieciowych, które mogą być oddzielnymi, wyspecjalizowanymi urządzeniami (ang. Internetworking Units IU) lub mogą być też realizowane programowo na komputerach i stacjach roboczych. Głównym zadaniem tych urządzeń polega na łączeniu różnych sieci. Podstawowe rodzaje urządzeń sieci LAN to 30 : regenerator (ang. repeater), koncentrator (ang. hub), most (ang. bridge), przełącznik (ang. switch), 30 K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa

37 router (ang. router), brama (ang. gateway). Na rysunku 1.35 przedstawiono klasyfikacje urządzeń sieci LAN. Rysunek Urządzenia sieci LAN Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Regeneratory (ang. repeater) są prostymi dwuportowymi urządzeniami działającymi w warstwie fizycznej i pozwalającymi na łączenia sieci o jednakowych standardach MAC i LLC oraz o tych samych typach mediów i identycznych szybkościach transmisji. Na rysunku 1.36 przedstawiono strukturę regeneratora. Rysunek Struktura regeneratora Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa

38 Zastosowanie koncentratorów ogranicza konieczność rozprowadzania kabli sieciowych po całym budynku i umożliwia stosowanie topologii gwiazdy lub drzewa. Regenerator nie interpretuje znaczenia retransmitowanych sygnałów, dokonuje jedynie regeneracji odbieranych sygnałów, przywracając im początkowy przebieg. Regenerator działa w sposób przedstawiony poniżej 31. Z jednego portu otrzymywany jest kodowany sygnał. 1. Warstwa fizyczna portu przetwarza nadchodzący sygnał do postaci cyfrowej. 2. Sygnał w postaci cyfrowej wysyłany jest do wszystkich pozostałych portów, gdzie ich warstwy fizyczne konwertują go z powrotem na odpowiednio zakodowany sygnał. Na rysunku 1.37 przedstawiono logikę działania regeneratora. Rysunek Logika działania regeneratora Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Wszystkie urządzenia podłączone do huba ethernetowego (lub hubów) tworzą jedną domenę kolizyjną, czyli rywalizują o dostęp do medium i współdzielą pasmo przepustowości. Segment jest definiowany jako grupa węzłów podłączonych do tego samego huba (regeneratora) 32. Sygnał elektryczny potrzebuje określonego czasu, aby przebyć określony odcinek kabla. Regeneratory wprowadzają pewne opóźnienia związane z czasem retransmisji. Suma opóźnień ma wpływ na detekcję kolizji i średnicę domeny kolizyjnej. Kolizja występuje wtedy, gdy dwa węzły prawie jednocześnie stwierdzają, że medium jest wolne i zaczynają transmisję, co prowadzi do kolizji. Średnica sieci to maksymalna długość kabla, która umożliwia wykrycie kolizji. Rysunek 1.38 przedstawia transmisję ramki. 31 K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania,. Warszawa

39 Rysunek Transmisja ramki Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Na rysunku poniżej przedstawiono kolizję ramki. Rysunek Kolizja ramki Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Ramki uległy kolizji. Informacja o kolizji musi dotrzeć do stacji przed zakończeniem wysyłania ramki. Średnica domeny kolizyjnej zależy od długości najkrótszej ramki, szybkości transmisji i czasu propagacji sygnału. Sieć musi być na tyle mała, aby stacja nadająca najkrótszą ramkę (512 bitów) była w stanie przed zakończeniem nadawania wykryć kolizję, czyli sygnał musi dojść do końca sieci i wrócić do stacji. Podstawowe parametry ramek przedstawia tabela poniżej. 39

40 Tabela 1.3. Podstawowe parametry ramek Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Zasady używania regeneratorów w sieciach Dla sieci 10 Mb/s stosuje się zasadę : Dozwolonych jest 5 segmentów (każdy po 500 metrów średnicy). Te segmenty mogą łączyć maksymalnie 4 regeneratory. 3 z tych segmentów mogą zwierać węzły. 2 segmenty to jedynie połączenia między regeneratorami. To wszystko tworzy 1 domenę kolizyjną zawierającą maksymalnie 1024 stacje. Całkowita średnica sieci to 2500 metrów. Zasady używania regeneratorów w sieciach 100Base-T. Dla standardu IEEE 802.3u średnica sieci zależy od: typu kabla i czasu propagacji (UTP 0,56 j,s, światłowód 0,5 j,s), typu regeneratora w porównaniu z 10Base-T opóźnienie wprowadzane przez to urządzenie ma większy wpływ. IEEE zdefiniowało dwie klasy regeneratorów: Klasa 1 ma dość duże opóźnienia (<0,7 j,s). Sygnał jest przetwarzany do postaci cyfrowej i retransmitowany do pozostałych portów. Można stosować tylko jeden regenerator klasy 1, co daje dwa segmenty po 100 metrów. Dla światłowodu maksymalna średnica domeny to 272 metry. Klasa 2 ma mniejsze opóźnienia (<0,46 j,s). Sygnał nie jest przetwarzany do postaci cyfrowej, ale bezpośrednio retransmitowany do pozostałych portów. Można stosować dwa regeneratory klasy 2, łącząc je kablem o długości 5 metrów. Zasady używania regeneratorów w sieciach Gigabit Ethernet [10]: Dla sieci Gigabit Ethernet można stosować jeden regenerator co daje 2 segmenty po 100 metrów każdy. Standard Giga Ethernet wprowadza regeneratory z pełnym dupleksem. Przełącznik (ang. switch) sieci LAN jest urządzeniem wieloportowym pozwalającym na poprawę parametrów pracy sieci dzięki efektywnej segmentacji sieci na domeny kolizyjne, najczęściej bez zmian w okablowaniu i kartach sieciowych. Ponadto przełączniki oferują możliwość tworzenia wirtualnych sieci LAN VLAN (ang. Virtual 33 K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa

41 Local Area Network), czyli logicznego grupowania użytkowników, niezależnie od ich fizycznej lokalizacji. Na rysunku poniżej przedstawiono architekturę przełącznika. Rysunek Architektura przełącznika Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Przełącznik umożliwia równoczesną transmisję ramek między kilkoma parami portów. Używa w tym celu tablic adresowych, kojarzących adres MAC z numerem portu. Ich rozmiar jest jednym z parametrów określających przełącznik. Tryby pracy 34 : Przełączanie przeźroczyste (ang. Transparent Bridging) stosowane jest w sieci z jednym przełącznikiem, wszystkie porty traktowane są równorzędnie, ramki przesyłane są do konkretnego portu lub do wszystkich portów. Przełączanie szybkie lub ekspresowe (ang. Express Bridging) umożliwia skonfigurowanie pojedynczego portu służącego do połączenia z innym przełącznikiem (tzw. port backbone). Ramki o znanym adresie kierowane są na konkretny port, ramki o nieznanym adresie przełączane są na port backbone. Przełącznik uczy się adresów sieci wewnętrznej, nie uczy się jednak adresów ramek przychodzących z portu backbone. Komutacja ramek (ang. Store-and-Forward (S-F)) w tej metodzie konieczny jest odbiór i zapamiętanie całej ramki przed wysłaniem jej do innego portu. Zapewnia to wykrycie błędów, jednak powoduje duże opóźnienia (dla 1518-bajtowej ramki 1,2 ms). Metoda umożliwia konwersję danych na poziomie warstwy MAC oraz przesyłanie danych między portami o różnych przepustowościach. Skrócona analiza adresu (ang. Cut-Through (C-T)) w tej metodzie przełącznik czyta i analizuje jedynie początek ramki w celu odczytania adresu docelowego i natychmiast kieruje ramkę do portu przeznaczenia. Daje to krótki czas opóźnienia około 40 j,s. Główna wada tej metody to przesyłanie do innych sieci ramek biorących udział w kolizji. Poza tym nie jest sprawdzana suma kontrolna. Analiza minimalnej długości ramki (ang. Fragment-Free (F-F)) przełącznik odbiera pierwsze 64 bajty ramki i wysyła ją do odpowiedniego portu. Umożliwia to wykrycie ewentualnej kolizji, ale nie zapewnia kontroli błędów. Opóźnienie wynosi około 65 j,s. 34 K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne. Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania. Warszawa

42 Przełączanie inteligentne (ang. Intelligent Switching (I-S)) metoda jest połączeniem metod C-T oraz S-F. W zależności od stanu sieci i liczby wykrywanych błędów wybierana jest metoda C-T (jeśli sieć działa dobrze) bądź S-F (dla dużej liczby błędów). Poniższy rysunek przedstawia porównanie mostu i przełącznika. Rysunek Porównanie mostu i przełącznika Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Podstawowe cechy przełącznika 35 : 1. Operuje na poziomie MAC z możliwością obsługi warstwy sieciowej przez wiele algorytmów przesyłania ramek. 2. Niektóre mogą realizować jedynie protokół drzewa opinającego. Nie zapewnia transferu wieloma trasami jednocześnie, ale umożliwia konfigurację łączy zapasowych. 3. Umożliwia połączenia między urządzeniami bądź segmentami lokalnymi sieci LAN z opcją tworzenia sieci VLAN. 4. Tablice adresów jednolite zawierają adresy stacji lub porty należące do sieci wirtualnej. 5. Obsługuje od kilku do kilkunastu tysięcy adresów podwarstwy MAC. 6. Możliwość zagwarantowania dużego poziomu bezpieczeństwa z inteligentną filtracją. 7. Zapewnia bezpieczeństwo na poziomie MAC z możliwością ścisłej kontroli ruchu między stacjami i urządzeniami (VLAN). 8. Tani lub średnio drogi (zależy od konfiguracji). 9. Bardzo prosty w instalacji, wymagający konfiguracji dla sieci VLAN. Przełącznik operujący w podwarstwie MAC, w przeciwieństwie do koncentratora, rozdziela domenę kolizyjną. Rysunek 1.42 przedstawia domenę kolizyjną. 35 K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa

43 Rysunek Domena kolizyjna Domena kolizyjna Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Wszystkie urządzenia podłączone do sieci lokalnej opartej o urządzenie (przełączniki, mosty, koncentratory, regeneratory) pracujące w podwarstwie MAC tworzą jedną domenę rozgłoszeniową (ang. broadcast domain). Są to wszystkie urządzenia do których docierają ramki rozgłoszeniowe (adres MAC FFFFFFFFFFFF). W sytuacji, gdy stacje nadają dużo ramek rozgłoszeniowych, może powstać burza (sztorm) broadcastowa (ang. broadcast storm), która powoduje wzrost obciążenia sieci. Router rozdziela domenę rozgłoszeniową. Rysunek 1.43 przedstawia domenę rozgłoszeniową. Rysunek Domena rozgłoszeniowa Źródło: K. Liderman, Bezpieczeństwo teleinformatyczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa Instalacja telewizji dozorowej Terminologia ustawowa techniczne zabezpieczenia została zastąpiona w gwarze środowiskowej określeniem systemy ochrony (domyślnie elektroniczne). Rysunek 1.44 przedstawia elektroniczne systemy używane dla ochrony mienia i obiektów. Nazwy poszczególnych systemów sugerują ich przeznaczenie. Do ochrony mienia i obiektów najczęściej używa się zintegrowanych systemów, które są złożone z wymienionych poniżej systemów: sygnalizacji włamania i napadu (SWiN), systemu kontroli dostępu (SKD), telewizji dozorowej (CCTV ang. Close Circuit Television), systemów ochrony zewnętrznej obiektu (SOZ). 43

44 Każdy z nich obejmuje co najmniej 3 rodzaje systemów, które określają ich zastosowanie w małych, średnich i dużych obiektach. Różnią się one strukturą i organizacją wewnętrzną. Ponadto systemy SWiN, SKD, CCTV i SOZ posiadają właściwe urządzenia pozyskujące informacje, zwane czujkami, czytnikami, kamerami, barierami, kablami czujnikowymi. Celem tego opracowania jest pokazanie różnorodności technicznej, jaką dysponuje projektant elektronicznych systemów ochrony mienia, dlatego zostaną omówione tylko podstawowe rodzaje systemów. System sygnalizacji włamania i napadu Jest to podstawowy system sygnalizujący włamanie do danego obiektu. Bazową jednostką systemu SWiN jest centrala alarmowa, która zbiera i przetwarza informacje pozyskane z podłączonych do niej czujek. Czujkami są urządzenia sygnalizujące zmiany otoczenia wprowadzane przez intruza. Czujki PIR wykrywają temperaturę intruza, która jest różna od otoczenia, czujki zbicia szyb rejestrują dźwięki tłuczenia szyby. Czujki wyłamania drzwi, przebicia ściany rejestrują drgania wytwarzane przy tej czynności itd. Czujki same przetwarzają sygnały i same decydują, a raczej wypracowują stan alarmu, o czym powiadamiają centralę, która z kolei przekazuje operatorowi sygnał alarmu w zaprogramowany sposób. Czujki powiadamiają również centralę np. o zasłonięciu czujki sabotaż lub przerwaniu zasilania. Centrala zaś kontroluje stan łączności. A zatem nawet najprostszy system, np. jak ten przedstawiony na rysunku 1.44, to złożona konstrukcja techniczna, bazująca na sieci teleinformatycznej z odpowiednim okablowaniem, oprogramowaniem i oprzyrządowaniem o znamionach automatycznego działania. Systemy włamania i napadu, w znaczeniu centrali, struktury organizacyjnej, urządzeń (kontrolery sieciowe, ekspandery itp.) i oprogramowania, są produkowane przez wyspecjalizowane firmy jako systemy firmowe, zamknięte. System komunikacji wewnętrznej, oprogramowanie, technologia urządzeń są chronione przez poszczególne firmy. Natomiast czujki (rys. 1.45) to urządzenia, które mogą być stosowane w wielu systemach, gdyż posiadają określony standardem sposób komunikowania się z centralą. Wśród systemów sygnalizacji włamania i napadu wyróżniamy: 1. Systemy bazujące na centralach alarmowych jednopłytowych, w skrócie systemy jednopłytowe (przedstawione na rysunku 1.44). Są stosowane głównie w małych i średnich obiektach. 44

45 Rysunek 144. Jednopłytowy system włamania i napadu centrala Orbit PRO firmy Rokonet Źródło: Rysunek Czujki systemu włamania i napadu czujki wewnętrzne okienne drzwiowe ścienne pomieszczeniowe przełączniki mechaniczne przełączniki mechaniczne wibracyjne czujki objętościowe przełączniki magnetyczne przełączniki magnetyczne światłowodowe mikrofalowe MW zrównow. przełączn. magnetyczne zrównow. przełączn. magnetyczne podczerwieni PIR czujki zbicia szkła PIR+MW akustyczne akustyczne wstrząsowe ultradźwiękowe aktywne akustyczno wstrząsowe ultradźwiękowe pasywne czujki wiązkowe (promienie światła) bariery podczerwieni wideo sensory detektory ruchu światło widzialne podczerwień Źródło: 45

46 2. Systemy komputerowe, w których jako centrale alarmowe stosuje się komputer z odpowiednim oprzyrządowaniem. Systemem steruje tzw. kontroler (lub kontrolery) sieciowy i odpowiednie urządzenia stanowiące interfejsy systemu do podłączania czujek jako produktów innych firm. 3. Systemy bazujące na integratorze systemów. Przykładem takiego systemu jest system firmy Honeywell (rys. 1.46). Podobne wyspecjalizowane systemy posiadają wielkie światowe firmy, takie jak: Simens, Bosch, Magal czy Thales. System integruje w ramach sieci, np. Ethernet, wiele różnorodnych systemów często różnych producentów. Integratorem systemu jest komputer, zwany w tym przypadku serwerem, a istotą systemu jest oprogramowanie zarządzające całością systemu oraz interfejsy programowe tłumaczące języki programowe poszczególnych systemów na język programowy integratora. Rysunek Zintegrowany system ochrony budynku inteligentnego firmy Honeywell, integrujący ochronę, automatykę i zarządzanie budynkiem Źródło: System kontroli dostępu Umożliwia elektroniczną kontrolę osób wchodzących do (wychodzących z) danego obiektu. Kontrola tożsamości osób odbywa się na podstawie: karty elektronicznej z kodem danej osoby, podanego kodu numerycznego (PIN), cech biometrycznych. 46

47 Rysunek Schemat oprzyrządowania kontroli dostępu PIR / Przycisk wyjścia Czujnik stanu drzwi (kontaktron) Kontroler Urządzenie dźwiękowe (syrena) Czytnik kart Elektrozaczep lub zwora elektromagnetyczna Źródło: Identyfikacji osoby można dokonać, porównując pobrane i zarejestrowane wcześniej cechy biometryczne z cechami osoby odczytanymi przez czujnik biometryczny przy wejściu. Dokładność czy skuteczność kontroli osób zależy więc od rodzaju zastosowanych czytników bądź ich kombinacji. Schemat działania i oprzyrządowania wejścia przy elektronicznej kontroli osób ilustruje rysunek Systemy kontroli dostępu mogą być stosowane jako: 1. automatyczne (pojedyncze) czytniki kontrolujące jedno wejście; 2. autonomiczne kontrolery kontrolujące kilka wejść; 3. system komputerowy kontrolujący poruszanie się setek osób w danym obiekcie. Systemy dozoru wizyjnego Systemy wizyjne używane w systemach ochrony należą do najbardziej dynamicznie rozwijających się technologii branży ochrony technicznej obiektów. Aktualnie rozróżniamy: 1. systemy telewizji dozorowej tzw. systemy obserwacyjne (analogowe), 2. systemy telewizji dozorowej detekcyjne (detektujące ruch w polu widzenia kamery), 3. systemy telewizji dozorowej inteligentne (analizujące zmiany scenerii w polach oznaczonych w polu widzenia kamery), 4. systemy telewizji dozorowej sieciowe (systemy cyfrowe budowane na bazie teleinformatycznej sieci Ethernet IP). Na rysunku 1.48 przedstawiono mieszany system telewizyjny z oprzyrządowaniem firmy AXIS, który obecnie powstaje najczęściej przy modernizacji wcześniejszych systemów analogowych przez współczesne cyfrowe systemy sieciowe. Na rysunku 1.48 u góry przedstawiono centrum nadzoru telewizji dozorowej obserwacyjnej, gdzie człowiek musi analizować obraz każdej kamery w każdym momencie, dlatego powstawały ściany monitorów, w które wpatrywało się kilku operatorów. Z prawej strony u góry widać jednoekranową stację obserwacji kamerowej telewizji cyfrowej. W takiej stacji każda kamera rejestruje obrazy, ale do centrum przekazuje tylko obraz przedstawiający sytuację alarmową. Obserwacja obrazu przez człowieka została więc zastąpiona przez program analizujący zmiany w obrazie. 47

48 Rysunek Schemat funkcjonalny cyfrowej telewizji sieciowej Źródło: Systemy ochrony zewnętrznej Systemy ochrony zewnętrznej obiektu to oddzielny, rozbudowany dział systemów liniowych służących do ochrony obwodowej zarówno małych posesji i obiektów, jak i infrastruktury krytycznej (lotnisk, fabryk, granic). Na rysunku 1.49 przedstawiono obecnie stosowane urządzenia czujnikowe. Są to liniowe czujniki kablowe mocowane na ogrodzeniach lub zakopywane w gruncie albo nawierzchniowe bariery mikrofalowe lub podczerwieni. Systemy czujników lokalizowanych w obwodnicy danego obszaru są wspomagane przez systemy telewizji CCTV, systemy termowizji i radary naziemne. Całość funkcjonuje jako zintegrowany system ochrony obwodowej obszaru z centrum nadzoru. 48