Программа расчета сетей КТВ
TV Designer 5.7

Владение современными методами проектирования СКТВ, основанными на новейших достижениях в области компьютерного моделирования, позволяет решать поставленные задачи в кратчайшие сроки и отличным качеством.
Программа TV Designer 5.7 позволяет создать схему гибридной волоконно-коаксиальной телевизионной сети и производит следующие расчеты:

• уровень сигнала, дБмкВ;
• отношение сигнал-шум, дБ;
• нелинейные искажения второго порядка - СТВ, дБ;
• нелинейные искажения третьего порядка - CSO, дБ;
• зависимость уровня сигнала от частоты сигнала во всем диапазоне частот - АЧХ(5-2150 МГц);
• потери в обратном канале (5-30, возможно до 65 МГц);
• максимальный уровень сигнала на выходе усилителя, дБмкВ;
• волоконно-оптического участка сети (длина волны 1310 и 1550 нм);
• динамического диапазона распределительной сети;
• стоимости распределительной сети;

Демонстрационная версия программы расположена здесь.

Основные возможности программы

• привязка схемы телевизионной сети к местности;
• многостраничная структура проекта с возможностью связи между листами;
• редактирование электронных библиотек элементов;
• экспорт АЧХ на абонентских отводах в Excel в виде графика и табличных данных;
• автоматический подсчет стоимости элементов сети в Excel;
• автоматическое составление перечня элементов согласно ГОСТ P 52023-2003 в Excel;
• выполнение чертежей согласно ГОСТ P 52023-2003;
• система контроля рассчитываемых элементов;
• русскоязычный интерфейс;
• экспорт проекта в AutoCAD;
• совместимость с приложениями MS Office.

Объединение TV Designer и Microsoft Visio

Новая версия TV Designer 5.7 действительно революционна: программа работает совместно с Visio 2003. Идеология развития TV Designer настоятельно требовала существенного улучшения графических возможностей. По сути, дальнейшее развитие программы должно было идти следующим путем: разработка собственных графических средств или совместная работа с каким-либо из существующих графических редакторов. Результатом стал выбор Visio 2003.
Microsoft Visio 2003 является одним из самых мощных редакторов векторной деловой графики, позволяющий быстро и эффективно создавать при помощи встроенных шаблонов, трафаретов и стандартных модулей как простейшие схемы, так и очень сложные чертежи. Основные преимущества выбора состоят в следующем:

• простой и дружественный интерфейс (99% пользователей предпочли его AutoCAD);
• полная совместимость с MS Office и другими приложениями компании Microsoft, которые "де-факто" являются стандартом для бизнес-приложений;
• возможность работать с электронными библиотекам.

Рис.1 Cхема взаимодействия Visio и TV Designer.

Несмотря на схожесть с большинством распространненых офисных приложений, Visio имеет ряд отличительных особенностей, присущих только графическим приложениям. Для уверенной работы необходимо освоить основные принципы настройки его интерфейса, познакомиться с процессом создания и последующим распространением готовых документов. Говоря о "документе Visio", следует понимать, что речь идет о проекте сети кабельного телевидения (СКТВ), который создается в процессе совместной работы Visio и TV Designe, результатом которой является два файла *.vsd и *.ctv. Поэтому в дальнейшем будем употреблять термин "проект" в контексте решения поставленных задач по проектированию СКТВ. Функциональная схема взаимодействия Visio и TV Designer представлена на рис. 1. Общий вид интерфейса показан на рис. 2.

Рис.2 Общий вид интерфейса.

Особенности посторения проекта

Рабочий лист является основной средой разработки проекта. Число листов в проекте не ограничено. Каждый рабочий лист имеет набор основных свойств: имя, размер, ориентация, используемые единицы измерения, фон и т.д. Эти параметры могут быть определены как при создании нового проекта, так и в процессе работы. Для идентификации листа в документе его имя указывается на ярлычке, располагающимся в левом нижнем углу окна редактирования. Контекстное меню этого ярлычка содержит основные команды управления листом: удаление, переименование, добавление нового и т.д. По умолчанию каждый новый лист имеет размеры, соответствующие печатному формату А4: 210х297 мм. Возможный размер листа ничем не ограничен.
Каждый лист способен содержать как независимый участок сети, так и участок, связанный с другой частью сети, расположенной на другом листе, причем все это хранится в одном файле. Такая структура позволяет разбивать один большой проект на несколько участков, расположить их на нескольких листах и связать для расчетов между собой. Отличительной особенностью данного варианта работы является высокое быстродействие обоих приложений: Visio стремительно справляется с графической частью больших многостраничных проектов, а TV Designer быстро производит математические расчеты. В результате удалось существенно увеличить скорость работы на больших проектах. При работе следует учитывать быстродейтсвие компьютера и объем обрабатываемого материала, при необходимости разбивая сеть на несколько участков
В проекте существует такое понятие, как "страница". Между листом и страницей нет явного отличия. В некоторых случаях эти понятия тождественны, но не всегда. Для разграничения этих понятий следует считать листом лист проекта. Страницей считается стандартный лист, который получается при печати. В этом случае один лист может иметь множество страниц, например в случае нестандартного листа, который при печати разбивается на множество страниц установленного формата.
Необходимой возможностью программы TV Designer является "привязка к местности". Речь идет, например, о размещении магистрального участка сети на карте местности или поэтажном плане домовой распределительной сети. Реализовать данный "эффект" можно двумя способами.
Во-первых, каждый лист может содержать несколько так называемых фоновых листов. В случае если накладывается один фон на другой, то последний закрывается первоначальным фоном. Фоны и листы напоминают пачку прозрачной бумаги, при этом лист проекта всегда будет наверху. В качестве фона можно использовать рисунок местности, причем он автоматически заполняет собой весь лист. Однако, наиболее предпочтителен другой вариант, так как фон (участок местности) необходимо сначала соответствующим образом подготовить и представить его как шаблон.
Во-вторых, каждый лист в проекте может иметь свой набор слоев. В некоторых графических программах (Corel, Photoshop и др.) термин "слой" часто ссылается на так называемый порядок укладки (позиционирование идет от переднего плана и заканчивается задним) объектов на листе. В Visio работа со слоями организована несколько иначе. На листе можно выделить какой-либо элемент (или группу элементов) и связать их с каким-либо слоем. Далее, этот слой можно вообще заблокировать для редактирования. В результате, если в этом слое помещен план местности, то очень удобно на этом листе в новом слое создавать и рассчитать телевизионную сеть. Работа со слоями позволяет реализовать немало возможностей, основанных на их свойствах:

• демонстрация слоя;
• вывод на печать тех элементов схемы, которые приписаны к слою;
• определение активного слоя, к которому будут приписываться элементы, не имеющие назначенного им слоя. Активный слой не может закрываться паролем;
• закрытие слоя или отмена разблокировки слоя. В случае если слой закрыт, то он не может быть активным;
• возможность привязки других элементов к элементам этого слоя;
• назначение всем элементам на этом слое определенного цвета;
• удаление из проекта всей информации о слое.

Для соединения элементов в проекте используется специальный метод: "от точки к точке" (point-to-point). Каждая точка соответствует входу или выходу элемента. При таком соединении концы соединительной линии жестко закрепляются в определенных точках элементов и при любом их перемещении друг относительно друга не меняются, автоматически растягивая или уменьшая линию. При правильном соединении линии и элемента сети в месте их стыковки появляется красный квадрат. (рис. 3)

Рис.3

Одним из интересных элементов интерфейса, это трафарет (stencil). Трафарет - это специальная электронная библиотека в виде панели, содержащей различные графические изображения элементов кабельной сети, которые можно вставлять в лист проекта (рис. 4). Трафарет представляет собой отдельный файл с расширением .vss.

Рис.4

База данных

При создании программного обеспечения в среде Windows нельзя забывать, что мы живем в мире Microsoft. В предшествующих версиях работа с базой данных (БД) осуществлялась через Borland Database Engine (BDE) - процессор баз данных компании Borland. В новой версии TV Designer создание и управление БД изменено. Это явилось следствием трех событий, которые произошли в мире за последние годы. Во-первых, компания Borland продала свои продукты баз данных, ориентированные на конечных пользователей. Во-вторых, Microsoft стала играть более важную роль как поставщик БД, причем как MS Access, так и MS SQL Server заслуженно завоевали большое признание в компьютерной индустрии. Случилось это вследствие технических причин или же благодаря лучшим коммерческим способностям, не важно. Истина, очевидно, лежит посередине. В-третьих, Microsoft усовершенствовала свою стратегию доступа к данным. Эта стратегия называется универсальным доступом к данным (Universal Data Access). Идея заключается в едином интерфейсе, который позволяет пользователю применять предпочитаемые им инструментальные средства для доступа к БД. Одним из компонентов этой стратегии является ADO (ActiveX Data Objects) - высокоуровневый интерфейс данных, который является достойной альтернативой BDE.
Основное преимущество ADO - это простота использования, высокая скорость, небольшие затраты памяти, небольшое дисковое пространство - все это для того, чтобы обеспечить простой и высокопроизводительный интерфейс. ADO не требует установки на современный компьютер, поскольку в Windows ХР, 7/8/10 устанавливается системой по умолчанию. Производительность ADO обеспечивается простотой использования, высокой скоростью работы, небольшими затратами памяти и дисковым пространством.
Верный выбор системы управления базами данных (СУБД) в современном мире информационных технологий можно сравнить с закладкой прочного фундамента, на котором стоит дом. Как от того, каков фундамент здания, зависит его устойчивость и крепость, так и от того, насколько оптимальна выбранная СУБД, зависит успешная разработка и эксплуатация такой сложной системы для проектирования кабельных сетей как TV Designer 5.x. Создание базы данных в новой версии программы реализовано при помощи Access (следовательно, существует полная интеграция с другими приложениями Microsoft). Изменениям подверглась и структура БД, что позволило получить важное преимущество: теперь любой вход или выход каждого элемента схемы можно независимо программировать во всем частотном диапазоне. Также такое схемотехническое решение позволяет очень гибко создавать и программировать элементы распределительной сети с любым количеством входов и выходов.
В состав БД входят более 30 наименований коаксиальных кабелей CAVEL с параметрами затухания на каждом телевизионном канале, полученные из лаборатории компании. Редактор базы (рис. 5) данных позволяет выбрать любой элемент схемы и внести все необходимые значения для каждого телевизионного канала вручную или для нескольких каналов автоматически.

Рис.5 Редактор базы данных

Особенности расчета проекта

Как известно, важным моментом при проведении расчетов является непрерывный контроль разности уровней сигнала между каналами (нормируется ГОСТ P 52023-2003 [7]. Данная величина быстро возрастает не только в магистральной линии, но и в домовой сети и требует постоянной коррекции. Поэтому, наиболее удобным и эффективным режимом расчета сети (как магистрального участка, так и домовой разводки) является одновременный расчет двух каналов с наибольшей разностью уровней сигнала. Удобство такого режима очевидно, т.к. пользователь постоянно в процессе расчета сети может контролировать при помощи измерителя уровень сигнала на выбранных каналах.
Несколько слов следует сказать о расчете отношения сигнала к помехам комбинационных частот. Из [1] видно, что ручными средствами такой расчет при проектировании просто невозможен. При небольшом количестве телевизионных каналов (менее 10) величину вышеуказанных параметров, как правило, не учитывают, т.к. их вклад мал в сравнении с другими помехами. Но, при увеличении числа каналов в сети, CSO и СТВ (согласно CENELEC EN 50083) возрастает и становится чрезвычайно важным.
Современная распределительная сеть содержит не менее 15 каналов, поэтому расчет CSO и СТВ настоящее время весьма актуален. И помочь здесь может только соответствующее программное обеспечение, где все эти параметры считаются очень быстро (время расчета зависит от объема сети) и наглядно отображаются на экране компьютера.
Следующей полезной особенностью расчета распределительной сети при помощи TV Designer является просмотр входных, собственных и выходных параметров любого элемента схемы. На этой основе реализована возможность оперативного контроля максимально допустимого напряжения на выходе усилителя при выбранном числе каналов. Например, магистральный усилитель WISI VX 37 согласно паспортным данным [4] позволяет получить U_max на выходе до 109 дБмкВ при трансляции 42 каналов. Производитель гарантирует в этом случае величину СТВ не менее 60 дБ. Однако, совсем не обязательно, что данный усилитель будет работать в сети с числом каналов 42. Наиболее вероятно, что их будет меньше. В этом случае хотелось бы наиболее полно использовать возможности усиления, особенно если стоимость устройства составляет немалую сумму (в данном случае более 900 € [8]).
В связи с тем, что нередко в справочных материалах на изделие указывается различное значение числа каналов (2, 16, 42, 130 и др.), в программе все расчеты опираются на DIN 45004B, т.е. для двух каналов. Пересчет к данному стандарту легко производится в соответствующем окне.
Для VX 37 U_max по DIN 45004B будет составлять 121 дБмкВ. При расчетах сети с числом каналов 20, максимально допустимое U_вых равняется 111,4 дБмкВ. Проектировщик сам должен выбрать величину выходного напряжения (с некоторым запасом на различного рода нестабильности в сети и старение элементов), но не более указанного значения. Для того чтобы величину этого "запаса" свести к разумному минимуму, пользователь программы получает, при наведении мышью на любой усилитель схемы, в составе оперативной подсказки о параметрах данного усилителя значение U_{вых. max доп.}
При "ручном" расчете распространен следующий принцип: не более 100 дБмкВ в магистраль. В приведенном выше примере "неоправданные потери" составят, следовательно, около 5-6 дБ. Более точный расчет, который может обеспечить программа TV Designer, приводит к более полному использованию возможностей усилителей и, таким образом, в зависимости от размеров проектируемой сети, возможно уменьшение их числа. А это означает экономию финансовых ресурсов, особенно на магистральном участке проекта. Также отметим, что точные расчеты позволяют сделать проектировщику более обоснованный выбор поставщика оборудования - это относится ко всему спектру оборудования.
Одной из необходимых функций программного обеспечения при проектировании современной распределительной сети является расчет обратного канала. TV Designer в серии Professional реализует эту возможность. Непременным условием для расчета параметров обратного канала является внесение в базу данных характеристик элементов на частоте 5-65 МГц. Результатом проведенных вычислений будет значение затухания в дБ от источника сигнала до точки измерения и отношение сигнал/шум. Предполагается [2], что потери в обратном канале должны составлять от 10 до 65 дБ при уровне сигнала 85-118 дБмкВ. Отмечая важность данных расчетов, заметим, что они должны выполняться не только для наиболее удаленной абонентской розетки. Совсем необязательно, что в этой точке будет наибольшее затухание сигнала, все зависит от коэффициента усиления в обратном канале усилителя, параметров пассивного оборудования и топологии сети.
Еще одной особенностью программы TV Designer Professional является возможность расчета бюджета волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) на длину волны 1310 и 1550 нм. Алгоритм программы построен таким образом, что позволяет моделировать гибридную волоконно-коаксиальную сеть. Программа в процессе расчета проверяет корректность построения различных участков сети и не допустит неправомерного смешения оптических и коаксиальных элементов: оптический участок должен начинаться оптическим передатчиком и заканчиваться оптическим приемником (при этом контролируются все ограничения по входным и выходным параметрам). Наибольшей трудностью может оказаться заполнение базы данных при извлечении необходимых цифр из документации изготовителя. Особенно это касается оптических передатчиков, приемников и усилителей.

Экспорт данных проектирования в Excel

Одной из существенных функций программы TV Designer 5.7 является возможность формирования и экспорта данных проектирования в MS Excel. Отчет состоит из трех разделов:

• АЧХ на абонентских отводах (рис. 6);
  

  
  
  Рис. 6

• Стоимость оборудования (рис. 7);
  

  
  
  Рис. 7

  
  
• Перечень элементов проекта согласно ГОСТ P 52023-2003 (рис. 8).
  

  
  
  Рис. 8

Каждый из перечисленных разделов имеет многостраничную структуру. Реализация такого алгоритма работы позволяет не только редактировать все данные в отчете, но и выполнить последующий экспорт в другие приложения Microsoft. Полученные результаты можно сохранить в отдельном файле (.xls) для дальнейшего использования.
Перед тем, как начать экспорт данных в Excel, пользователь имеет возможность выбрать разделы отчета, которые необходимо создать. Также могут быть определены количество и номера абонентских отводов, что устанавливает количество страниц в первом разделе. Разбивка на страницы во втором и третьем разделах производится автоматически в зависимости от объема данных.
Необходимо учитывать, что для корректного расчета стоимости оборудования сети формат денежных единиц, внесенный в базу данных должен быть единым ($, DM, рубли и т.д.).

Литература

• Г.Постников. Методические рекомендации по расчету уровней напряжений в сетях кабельного телевидения. Кабельное телевидение. Справочник. 1999-2000 г. стр. 30 - 33.
• В.П.Жигач, О.В.Махровский, И.В.Мигалин. Стандартизация характеристик обратного канала мультисервисных сетей кабельного телевидения и методики его испытаний. ТелеМультиМедиа, №1 2001 г. с. 612.
• Г.Постников, В.Шемчак. Влияние кабельных выравнивателей (эквалайзеров) на АЧХ коэффициента передачи магистральных сетей кабельного телевидения. Кабельное телевидение. Справочник. 2000-2001 г. стр. 92-97.
• Katalog WISI. Version 04.99.
• Карпов Б. Visio 2002: краткий Курс. - СПб: Питер, 2002.- 256 с.
• Леонтьев Б.К. Microsoft Visio 2002 Professional: Построение проектов, диаграмм и бизнес-схем в операционной системе Microsoft Windows XP. - М.:СОЛОН-Р, 2002. - 512 с.
• ГОСТ P 52023-2003.
• Телеспутник. Сборник "Кабельное телевидение". Таблица Магистральных усилителей. с.62-70.