Расчет линии связи для системы телевидения

Содержание
1. Введение
1.1. Общее описание системыспутникового телевизионного вещания
1.2. Краткое описание параметров системы связи
1.3.Краткое описание технических средств, используемых вданной системе связи
1.4. Состав земных и космических станций
2. Принципы построения систем спутникового цифрового ТВ вещания
2.1. Методы формирования и передачи сигналовтелевидения и звукового вещания
2.2. Система DVB/MPEG-2
3. Качественные показатели каналов спутниковых линий
4. Спутниковые приемники
5. Расчет линии связи
5.1.Общие сведения
5.2. Расчет цифровой линии связи
Список используемой литературы
Приложение

1.Введение
Идея использованиякосмического пространства давно волновала лучшие умы человечества. Пока немогли вывести на околоземную орбиту летательный аппарат с отражателем на борту,космическая связь оставалась мечтой. Правда, было предложение использовать вкачестве отражателя Луну, но этот проект имел ряд недостатков, и главным из нихбыл слишком малый уровень отраженных сигналов.
Сейчас трудновосстановить, кому первому принадлежит идея спутниковой связи. Считается, чтоиспользование геостационарного спутника для целей радиовещания было предложеноамериканцем А. Кларком в 1945 г. Первый спутник связи с пассивным отражателемScore был запущен в 1958 г. в США. Связь через активные спутниковыеретрансляторы осуществилась позже: с 1962 г. Через спутник Telsar и с 1963 г. через первый геостационарный спутник Syncom. Первый спутник связи Early Birdмеждународной системы Intelsat был выведен на орбиту 6 апреля 1965 г., а 23 апреля 1965 г. был запущен советский спутник связи “Молния-1” для ретрансляции информации. Началось практическое освоение космического пространства для передачиинформации на большие расстояния.
Преимущества спутниковойсвязи были сразу же по достоинству оценены. Линия связи через спутниковыйретранслятор обладает большой пропускной способностью, перекрывает огромныерасстояния, вследствие низкого уровня помех может передавать информацию свысокой надежностью. Эти достоинства делают спутниковую связь уникальным иэффективным средством передачи информации.
Спутниковая система состоитиз множества наземных станций и ретранслятора, находящегося на спутнике. Придвижении спутника относительно Земли наземные станции должны следить за егодвижением, пока он не скроется за горизонтом. При этом связь нарушается или жена небосклоне появляется другой спутник, принимающий эстафету у предыдущего.
Особый интереспредставляет геостационарная орбита — круговая орбита, находящаяся вэкваториальной плоскости и удаленная от поверхности Земли на расстояние около36 тыс. км. В случае, когда направление движения спутника на этой орбитесовпадает с направлением вращения Земли, спутник оказывается неподвижнымотносительно наземного наблюдателя. Такой спутник называют геостационарным.Геостационарная орбита уникальна, другой такой орбиты не существует.
Преимущества связи черезгеостационарный спутник прежде всего состоят в том, что передача и прием сигналоввозможны при неподвижных антеннах наземных станций, а высота геостационарнойорбиты такова, что спутник “видит” почти третью часть поверхности земного шара.
В то же время вследствиебольшой высоты орбиты на спутнике необходимо иметь антенны с большим усилениемдля компенсации потерь на распространение радиоволн. Кроме того, требуетсяудерживать спутник точно на орбите, для чего на спутнике необходимо иметькорректирующие двигатели и соответствующие системы управления, работающие покомандам с Земли. Периодически включаемые реактивные двигатели компенсируютотклонения стационарного спутника от занимаемой позиции. Обычно запаса топливахватает на 5 — 7 лет, что и определяет срок функционирования спутника.
Особую важность дляпотребителей представляет использование спутниковых систем для передачи данных,связи между компьютерами, связи между банками и учреждениями, сбора данных,распределения телевизионных программ. В качестве ориентира скажем, что диалогтерминалов создает пиковый трафик 2400 бит/с, передача математических программ50 кбит/с, передача массивов данных 1 Мбит/с.

1.1 Общее описание системы спутникового телевизионного вещания
Термин «спутниковоевещание» требует некоторого уточнения. В действующем Регламенте радиосвязи крадиовещательной спутниковой службе отнесены ССС, рассчитанные на подачувещательных программ на индивидуальные и коллективные приемные установки длянепосредственного приема населением (непосредственное телевизионное вещание), вто время как в системах фиксированной спутниковой службы (ФСС) допускаетсяиспользование сигнала только тем органом для которого это сигнал предназначен.
Последующаяпрактика показала, что технически стирается существовавшая ранее четкая граньмежду спутниками радиовещательной и фиксированной спутниковых служб, посколькуприем сигналов со спутников ФСС среднего уровня мощности (Astra, Eutelsat II, Telecom II) возможен насравнительно недорогую приемную установку и вполне доступен индивидуальномупользователю. В этих условиях на смену понятию «непосредственное телевизионноевещание», связанному с радиовещательной спутниковой службой, приходит болееширокое понятие «непосредственный прием», не связанное с конкретными службами идиапазонами частот (в англоязычной литературе ному термину соответствует DTH: direct-to-home). Легальностьиндивидуального приема (без последующего распределения) программ с любыхспутников установлена Брюссельской конвенцией 1974 г. и закреплена в законодательстве большинства развитых стран. Концепция DTH предполагаетне только техническую возможность приема сигнала на антенну небольшогодиаметра, но и соответствующий подбор пакета программ по интересам среднейсемьи (фильмы, спорт, детская программа, передачи для женщин, новости), а такжеорганизацию подписки на пакет (программы передаются, как правило, в закодированномвиде).
Вотечественной практике, где до 1989 г. понятие индивидуальною приема соспутников отсутствовало, для обозначения любого процесса циркулярной передачипрограмм от передающих станции к приемным через ИСЗ использовался термин«спутниковое вещание».
Краткорассмотрим некоторые спутниковые системы непосредственного телевизионноговещания диапазона 12 ГГц и системы типа DTH диапазона 11Гц. Достаточно трудно выделить их из общего перечня систем спутниковой связи,так как более 60 % трафика спутниковых систем в мире составляет передачателевидения, в отдельных системах эта доля достигает 90 %. Выбраны те системы,подсистемы и конкретные ИСЗ, вся пропускная способность которых отдана подпередачу телевидения и звукового вещания.
Несомненныепреимущества спутникового вещания обусловили его широкое развитие во многихстранах мира. В зависимости от размеров зоны обслуживания, содержания иисточников формирования передаваемой программы принято различать национальные(действующие в пределах одной страны) и региональные (действующие в пределахгруппы соседних стран) системы спутникового вещания.
Внациональной системе передаются, как правило, общедоступные ТВ программы некоммерческогохарактера на языках данной страны, рассчитанные на прием большей частью еенаселения. Именно для таких систем в первую очередь предназначен диапазон 12ГГц, хотя сегодня многие страны используют для национального ТВ вещания идиапазоны ФСС. Согласно решению Международного союза электросвязи (ITU), земной шарделится на три района. Для России, Европы, стран СНГ, Африки и Среднего Востокаэто район №1. Которому соответствуют частоты фиксированной спутниковой службы: 10,70– 11,70 ГГц
12,50– 12,75 ГГц
17,70– 21,20 ГГц
Службанепосредственного ТВ вещания:
11,70– 12,20 ГГц
Службаспутникового вещания:
21,40– 22,00 ГГц.
Региональныесистемы действуют в основном в рамках ФСС, допускающей подачу сигналов запределы национальной территории. Программы носят преимущественно коммерческийхарактер, иногда передаются в закодированном виде, зачастую снабженымногоязычным звуковым сопровождением и формируются в расчете на определенныекатегории телезрителей по культурным запросам, профессиональным интересам идругим признакам.
Наиболеепопулярной в Европе региональной спутниковой системой передачи телевиденияявляется, безусловно, Astra, включающая на сегодняшний деньчетыре спутника с индексами А, В, С, D, работающие в одной точке 19,2°в.д. в смежных участках полосы частот 10,7… 11,7 ГГц. Владельцем спутниковявляется консорциум частных и государственных банков ряда европейских стран сучастием правительства Люксембурга. Сигналы с ИСЗ ASTRA принимаютболее 90 % приемных установок в Европе.
Спутникисодержат по 16 одновременно работающих стволов, распределенных в четыре группыпо 4 ствола. Каждая группа соединена со своим облучателем, формирующим слегкаотличную диаграмму направленности. Зоны обслуживания охватывают почти всюЗападную и Центральную и восточную Европу, обеспечивая в центральной части зоныЭИИМ (англ. EIRP – эффективная изотропно — излучаемая мощность –параметр, объединяющий мощность передатчика (или транспондера) и коэффициентусиления передающей антенны) 51...52 дБВт, что достаточно для приема на антеннудиаметром 60...80 см.
Вноябре 1995 г. запущен пятый ИСЗ из этой серии ASTRA-1E с 18 стволамив диапазоне 11,7. .12,1 ГГц, предназначенный для цифровых передач. Стволы сгоризонтальной поляризацией на этом ИСЗ по примеру Eutelsat II имеют зонуобслуживания, расширенную на восток до Москвы.
Техническиеданные спутников ASTRA приведены в табл. 1.1
Таблица1.1. Технические данные спутников ASTRA.Страна, организация Люксембург Параметры систем спутникового вещания. ИСЗ
ASTRA
1A, B
ASTRA
1C, D
ASTRA
1E Позиция на ГО
19,20з.д.
19,20з.д.
19,20з.д. Год запуска 1988, 1991 1993, 1994 1995 Расчетный срок существования, лет 12 14 14 Масса ИСЗ, кг 1820 2500 --- Мощность источников питания, Вт 2309 3300 --- Диапазон, ГГц 14/11 14/11 14/12 Число стволов на ИСЗ 16 18 18 Зона обслуживания 4 х узкий луч, Европа 4 х узкий луч, Европа 4 х узкий луч, Европа Мощность на ствол, Вт 45/60 63 85 ЭИИМ, дБВт 50 50 50 Полоса частот ствола, МГц 26 26 33 Добротность ИСЗ, дБ/К --- --- --- Пропускная способность, каналы 16 ТВ 18 ТВ 18 ТВ
Идеяразмещения в одной точке орбиты нескольких ИСЗ смежных диапазонов для организацииТВ вещания оказалась весьма плодотворной. По этому пути пошла организация Eutelsat, запустив вточку 13° в.д. в дополнение к работающему там с 1990 г. Eutelsat II F1 новый спутникEutelsat II F6 (коммерческоеназвание Hot Bird), стволыкоторого размещены в полосе частот 11,2… 11,53 ГГц, не используемой Eutelsat II F1. Все стволына обоих ИСЗ предназначены для передачи телевидения, так что на одну антенну,ориентированную в точку 13° в.д., можно будет принять до 40 ТВ программ.Отличительной особенностью Eutelsat II F6 являетсяспециально разработанная передающая бортовая антенна широкого луча,обеспечивающая еще более широкую зону обслуживания на востоке с болееравномерным распределением поля, чем у других спутников семейства Eutelsat.
Приняторешение о запуске в 1996 г. и начале 1997 г. в эту же точку еще двух ИСЗ Hot Bird 2 и Hot Bird 3 с 20стволами мощностью 110 Вт на каждом, предназначенных преимущественно для ТВпередачи в цифровой форме с компрессией. Спутники имеют лучи с европейскимпокрытием (от Лондона до Москвы) и ЭИИМ не менее 51 дБВт и более узкие лучи,охватывающие Центральную Европу с ЭИИМ 54 дБВт.
Принятиев 1977 г. Плана ВАКР-77 стимулировало создание в Европе национальных систем смощными спутниками, работающими в диапазоне 12 ГГц. Примечательным в этом планеоказался 1989 г., когда была завершена работа над четырьмя такими системами.
Совместныйпроект TDF (Франция)-TVSat (ФРГ)разрабатывался с 1980 г. при полной поддержке правительств обеих стран.Параметры спутников полностью соответствуют Плану ВАКР-77. Спутники TDF и TVSat практическиодинаковы и различаются в основном передающими антеннами. Каждый рассчитан напередачу ТВ-программ в пяти каналах, выделенных стране Планом ВАКР-77. Послемногочисленных задержек были запущены два спутника TDF (в 1988 и 1990гг.) и один TVSat (в 1989 г.).
С 1980 г. в Швеции разрабатывался проект многоцелевого ИСЗ Tele-Х,предназначенного для ТВ вещания и связи. Через три рабочих ствола Tele-Х с большойвыходной мощностью в каналах 26, 32, 40 планировалось передавать программыкоммерческого телевидения в стандарте D-MAC. Однако каккоммерческое предприятие Tele-Х успеха не имел и долгое времябездействовал. Лишь в 1991 г. началось использование его стволов для передачишведских и норвежских программ.
Четвертойсистемой диапазона 12 ГГц, введенной в строй в 1989 г., явилась частная британская система BSB спутники которой Marco Polo 1 и 2 быливыведены в точку 31° з.д в 1990 гг.

1.2Краткое описание параметров системы связи
В данномпункте вводятся основные понятия цифрового ТВ вещания (DVB – Digital Video Broadcasting), которое более подробноосвещено в основной части курсового проекта.
В ближайшеевремя ожидается быстрый переход к цифровому ТВ вещанию (DVB) с использованием международныхстандартов сжатия данных и цифровой (фазовой) модуляции сжатых сигналов MPEG-2 (ISO/IEO 13818) (MPEG– MovingPictureExpertGroup. Специальная группаэкспертов по вопросам кинотехники; алгоритм и группа стандартов сжатия видеоизображений и звука). Эти стандарты приняты в Европе и многих другихстранах для передачи цифрового ТВ сигнала через спутники и кабельные системы.Поскольку применение данных стандартов обеспечивает экономное использованиеполосы частот и высокую помехоустойчивость, существуют планы по ихраспространению на наземное ТВ вещание.
Первоепоколение бытовых приемных устройств DVB представляет собойнастольные модели совмещенных приемников/декодеров (IRD). Приемники имеют стандартныеразъемы ВЧ и SCART для подсоединения к антенне, кабелю и ТВ/ВМ (TV/VCR). В моделях высокогокласса устанавливается разъем для подключения персонального компьютера, так чтоих можно использовать для мультимедийных средств и подключения к Internet. Спутниковые каналыидеально подходят для доставки страниц Всемирной паутины, поскольку ониобеспечивают широкую полосу пропускания.
Скоростьпередачи данных, применяемая для ТВ вещания, может быть выбрана в зависимостиот требований, предъявляемых ТВ вещателями к качеству сигнала. Видеосигналы VHS хорошего качества могутбыть получены при скорости передачи данных 2 Мбит/с. Стандартное качествосигналов PAL/SECAM/NTSC получается при скорости передачи данных в диапазоне 4-6 Мбит/с.Студийное качество сигналов D2-MAC и PAL+ может быть получено на скорости в 8 Мбит/с. Для передачисигналов телевидения высокой четкости (HDTV) понадобилась бымаксимальная скорость передачи данных в 15 Мбит/с.
Длякодирования звука применяется алгоритм второго уровня MPEG 11 (ISО/IЕО 13818-2), которыйосновывается на системе поддиапазонного кодирования MUSICAM. Для обеспечениякачества звука, примерно соответствующего качеству CD, необходима скоростьпередачи данных порядка 192 Кбит/с.
Стандарт MPEG-2 позволяет объединитьпотоки многих видеосигналов, звуковых сигналов и сигналов передачи данных вединый транспортный поток для передачи через спутниковый канал связи. Данный методуплотнения позволяет передавать таким образом много различных программ черезодин поток 38.01 SM бит/с на одном транспондере спутника связи. Примерный составтранспортного потока, который используется в Европе, приведен в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Составтранспортного потока
/>
Основнымметодом модуляции, принятым для передачи по спутниковым каналам, является методQPSK (квадратурная фазоваяманипуляция), а для передачи по кабельным сетям 64-QAM (квадратурнаяамплитудная модуляция).

1.3 Краткоеописание технических средств, используемых в данной системе связи
Важнейшиепоказатели земных станций (ЗС).
БольшинствоЗС ФСС работает в диапазонах 4 или 11 ГГц на прием и 6 или 14 ГГц на передачу.
Добротностьстанции на прием G/T — отношение усиления антенны (вдецибелах на частоте приема) к суммарной шумовой температуре станции (вдецибелах относительно 1 К); достигает 42 дБ/К для самых больших применяемых напрактике антенн (диаметром 32 м) и составляет 20…31,7 дБ/К для ЗС большинстванациональных и региональных систем.
Эквивалентнаяизотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) — произведение мощности передатчика наусиление антенны (в полосе передачи) относительно изотропной антенны; обычнонаходится в пределах 50… .95 дБВт. Для упрощенного расчета помех, создаваемыхдругим сетям связи, часто указывают максимальную спектральную плотностьизлучаемой ЗС ЭИИМ (Вт/Гц), хотя точный расчет перекрестных помех требуетзнания структуры применяемых в системе сигналов (вида и параметров модуляции ит.п.).
Микроволны и местоприема сигналов.
Передача сигналов отспутника на Землю осуществляется посредством микроволновогоэлектромагнитного излучения, которое по частоте намного выше, чем сигналыобычного телевещания в диапазонах MB/ДМВ (VHF/UHF). Несмотря на волнообразную природу микроволныподвергаются сильному ослаблению из-за водяных испарений и других препятствийна линии прямой видимости антенны. Мощность передаваемого микроволновогосигнала ко времени достижения им Земли становится чрезвычайно слабой. Если неиспользовать специальное оборудование и не принимать соответствующие мерыпредосторожности при его установке, сигнал может быть подавлен окружающими егошумами. На месте приема телевизионной приемной системы (TVRO) устанавливается антенна, котораясобирает и концентрирует сигнал в фокусе, где находится прецизионноустановленный облучатель. Он направляет микроволны на электронныйкомпонент, называемый малошумящим блоком (LNВ). Этот блок усиливает и преобразует сигнал вниз на частоту,которая более удобна для передачи далее по кабелю на приемник (ресивер),расположенный внутри жилого помещения.
Между облучателем и LNBможет быть расположен поляризатор, назначение которого будет объясненочуть позже. Комплект, состоящий из облучателя, поляризатора и LNВ, часто называют головкойоблучателя. Типичная конфигурация линии связи вниз от спутника среднеймощности до внутреннего помещения изображена на рис. 1.3.1.
/>
Рис. 1.3.1. Типичнаяконфигурация линии связи вниз.
Антенна, или тарелка,собирает чрезвычайно слабый микроволновый сигнал и осуществляет его фокусировку.Поверхность антенны должна иметь высокую отражающую способность по отношению кмикроволнам. Антенна имеет форму параболоида, который обладаетуникальным свойством переносить все излучение, падающее параллельно его оси, вфокус (см. рис. 1.3.1). Существует два основных типа антенн — параболическая (прямофокусная)и офсетная (антенна со смещенным фокусом). В прямофокусной антеннедатчик головки облучателя устанавливается в центре оси параболоида. Приконфигурации со смещенным фокусом (см. рис. 1.3.1) головка облучателяустанавливается в фокальной точке параболоида значительно большего размера, арассматриваемая тарелка представляет собой часть этого параболоида. Антенныобычно изготавливаются из стали, алюминия или оптоволоконного стекла свпрессованной отражающей фольгой.
Диаметрантенны оказывает решающее влияние на размеры и стоимость ЗС; он определяетдобротность и ЭИИМ станции, а также ее пространственную избирательность; если всистеме используется разделение сигналов по поляризации, необходимо знать кросс- поляризационные характеристики антенны и указывать, с какой поляризациейстанция работает на передачу и на прием. На ЗС телефонного обмена применяютантенны диаметром от 1,5… .2,5 м до 12 м, иногда до 32 м, на ЗС приема циркулярной информации — от 0,45 до 2,5. ..4м.
Антенна характеризуетсятакже показателями опорно-поворотного устройства и всей системы наведения антеннына ИСЗ; различают антенны полноповоротные, способные направляться в любую точкунебосвода, и неполноповоротные, имеющие ограниченную область оперативногонаведения на источник сигнала; системы наведения антенн характеризуются такжевозможной скоростью и ускорением углового перемещения. В последние годы всечаще применяют неполноповоротные, медленно движущиеся и неподвижные антенны,пригодные для работы только с геостационарными ИСЗ.
Основные показателикосмических станций (КС).
Восновном космическая станция характеризуется теми же показателями, что и ЗС:рабочим диапазоном частот, добротностью, ЭИИМ каждого передатчика, поляризациейизлучаемых и принимаемых сигналов. Однако значения ряда параметров существенноотличны от указанных для ЗС. Например, добротность приемного тракта КС обычносоставляет -10… + 6 дБ/К (что вызвано не только меньшими размерами антенны,но и применением более простого и обладающего большей шумовой температуройвходного малошумящего усилителя), ЭИИМ, как правило, не превышает 23… .45дБВт, достигая 52… 58 дБВт на спутниках непосредственного телевизионного вещания.
Важнойхарактеристикой бортового ретранслятора космической станции является числостволов.
Стволомретранслятора или ЗС, или стволом спутниковой связи, будем называть приемопередающийтракт, в котором радиосигналы проходят через общие усилительные элементы (общийпередатчик) в некоторой выделенной стволу общей полосе частот. Весь диапазон частот,в котором работает спутник связи, принято делить на некоторые полосы (шириной27. ..36, 72… 120 МГц), в которых усиление сигналов осуществляется отдельнымтрактом — стволом. Несколько стволов могут иметь общие элементы — антенну,волноводный тракт, малошумящий входной усилитель. С другой стороны, на ЗСполоса одного ствола может разделяться фильтрами для выделения и последующегодетектирования сигналов от различных земных станций, проходящих через общийствол ИСЗ (при частотном многостанционном доступе).
Вместотермина «ствол» часто применяется английский термин «транспондер».
Числостволов, одновременно действующих на ИСЗ, может составлять 6-12, достигая 27-48 на наиболее мощных ИСЗ. Сигналы этих стволов разделяются по частоте,пространству, поляризации, числом стволов, их полосой пропускания и ЭИИМопределяется в основном важнейший суммарный показатель ИСЗ — его пропускнаяспособность, т.е. число телефонных и телевизионных каналов, либо в более общемвиде число двоичных единиц в секунду, которое можно передать через данный ИСЗ.Разумеется, о пропускной способности ИСЗ можно говорить лишь условно, посколькуона зависит от добротности применяемых в системе земных станций, а также отвида применяемых радиосигналов; пропускная способность, по существу, — характеристика системы, а не ИСЗ. Тем не менее в литературе часто используетсяпонятие пропускной способности (емкости) ИСЗ.
Отметим, что пропускнаяспособность ствола ИСЗ зависит в некоторой степени не только от основных показателей- полосы пропускания и ЭИИМ, но и от других параметров, определяющих искаженияпередаваемых сигналов: неравномерности амплитудной характеристики, коэффициентаАМ-ФМ преобразования, неравномерности ГВЗ в полосе ВЧ ствола и др. Этипараметры влияют на взаимные помехи между сигналами различных ЗС, надостоверность приема сигналов и тем самым на энергетические потери,обусловленные прохождением сигналов через неидеальный тракт бортовогоретранслятора ИСЗ.
Взависимости от ширины диаграммы направленности бортовых антенн ИСЗ (или его отдельныйствол, если на борту несколько антенн и они различны) характеризуется зоной покрытия- частью поверхности земного шара, в пределах которой обеспечивается уровень сигналовот ИСЗ, необходимый для их приема с заданным качеством на ЗС определеннойдобротности, а также гарантируется способность принять на входе ИСЗ сигналы отЗС, обладающих определенной ЭИИМ. Очевидно, что зона покрытия ИСЗ характеризуетсистему спутниковой связи, а не только собственно ИСЗ.
Зонапокрытия определяется шириной диаграммы направленности антенны ИСЗ ирассчитывается как пересечение поверхности Земли конусом луча антенны. Формаэтого сечения зависит от точки размещения ИСЗ, «точки прицеливания» — точкипересечения оси главного лепестка антенны ИСЗ с земной поверхностью, а также отнестабильности положения ИСЗ и ориентации его антенн. В связи с нестабильностьювводится понятие гарантированной зоны обслуживания, в которой обеспечиваетсясохранение указанных ранее условий приема и передачи при любых сочетанияхотклонений ИСЗ и антенны ИСЗ от среднего положения.
Точкаразмещения ИСЗ на орбите, точка прицеливания его антенны, нестабильности этихпараметров существенны не только для расчета зон обслуживания, но и для расчетавзаимных помех между ССС. Для упрощенного расчета взаимных помех часто такжеуказывается максимальная спектральная плотность излучаемого ИСЗ потока мощности(Вт/м2Гц).
Наконец, важнейшимпоказателем ИСЗ, определяющим не только надежность и бесперебойность связи, нопрежде всего экономические характеристики всей системы связи, является срокслужбы ИСЗ — время наработки до отказа спутника целиком либо допустимого числастволов космической станции, определяемое с высокой вероятностью — обычно 0,9 иболее. В современных ИСЗ достигнут срок службы 10… 12 лет и более благодарявысокой надежности элементов, гибкой и разветвленной схеме резервирования.
Основные показателисистем спутниковой связи.
Зона обслуживаниясистемы — это совокупность (объединение) зон обслуживания отдельных ИСЗ,входящих в систему (рис. 1.3.2.). Слово «объединение» (а не «сумма»)употреблено потому, что зоны отдельных ИСЗ обычно перекрываются между собой(что неизбежно при достижении сплошного покрытия и полезно для организациисвязи между земными станциями, расположенными в различных зонах), и поэтомуобщая зона оказывается по площади меньше суммы площадей отдельных зон.

/>
Рис.1.3.2. К определениюзоны обслуживания системы спутниковой связи с несколькими ИСЗ.
 
Пропускнаяспособность системы есть объединение пропускных способностей входящих в систему ИСЗ. Вданном случае слову «объединение» (а не «сумма») придается тот же смысл.Пропускная способность системы оказывается меньше суммы пропускных способностейотдельных ИСЗ, поскольку для связи между собой станций, работающих через разныеИСЗ, часть каналов транслируется двумя КС последовательно — с помощьюдвухскачковых линий (Земля-ИСЗ-Земля-ИСЗ-Земля) или прямых межспутниковыхсоединений (Земля-ИСЗ-ИСЗ-Земля).
Если в СССиспользуется только один ИСЗ, зона обслуживания и пропускная способностьсистемы и ИСЗ совпадают.
Пропускнаяспособность системы зависит в некоторой степени от воздействия помех, создаваемыхдругими ССС; роль этих помех возрастает по мере увеличения числа спутников наорбите.
Далее,система спутниковой связи характеризуется числом и размещением ЗС,числом ИСЗ и типом их орбиты, точкой размещения на геостационарной орбите.Характеристикой системы являются также число стволов на ИСЗ, их полосапропускания, полосы частот стволов на участках Земля-спутник и спутник-Земля.
Одной изважнейших характеристик системы является метод многостанционного доступа —метод совмещения сигналов, излучаемых различными ЗС, для их прохождения черезобщий ствол бортового ретранслятора космической станции. Многостанционныйдоступ (МД) применяют потому, что обычно оказывается неэкономичным создаватьчисло стволов на ИСЗ, равное числу ЗС в системе. Применяют МД с разделениемсигналов по частоте, форме и времени. Всякий способ МД приводит к потерепропускной способности ствола до 3… 6 дБ, хотя в наиболеесовершенных системах (с временным разделением — МДВР) эти потери могут непревышать 0,5...2 дБ.
Наэнергетические характеристики системы связи, необходимую полосу частот, ееэлектромагнитную совместимость с другими системами существенно влияютприменяемый метод модуляции; наиболее распространены частотнаямодуляция (ЧМ) при передаче сообщений в аналоговой форме и фазоваямодуляция (ФМ) при передаче сообщений в дискретной форме. Из параметровмодуляции важнейшее значение при ЧМ имеет девиация частоты, при ФМ — число фазнесущей (кратность модуляции), а при передаче программ телевидения — такжеспособ передачи звукового сопровождения (временное или частотное совмещение свидеосигналом, частота поднесущей и т.п.). Метод модуляции и параметрымодулированного сигнала должны быть согласованы с полосой пропускания иэнергетикой стволов системы связи.
Другойважнейшей характеристикой системы является качество организуемых в ней каналовпередачи сообщений — телевизионных, телефонных и др. Обычно СССиспользуется для создания международных либо междугородных каналов связибольшой протяженности, и качество этих каналов соответствует требованиям,сформулированным в рекомендациях Международного союза электросвязи (МСЭ) или вовнутригосударственных нормативных документах. Однако в некоторых системахспутниковой связи исходя из их специфического назначения или из экономическихсоображений достигаются более высокие либо допускаются более низкие показателикачества. Так, в системах телевизионного вещания с приемом сигналов простымиколлективными и особенно индивидуальными установками часто допускаетсяпониженное отношение сигнал-шум; это, в частности, рекомендовано планом системспутникового вещания, принятым Всемирной административной конференцией по радиов 1977 г.; аналогичное решение принято в советской системе «Экран». Причинойснижения отношения сигнал-шум является не только желание уменьшить стоимостьприемной станции, но и возможность сохранить при этом достаточно высокоекачество приема у абонента. Действительно, приемная станция такой системыприближена к абоненту, спутниковая линия заменяет не только междугороднуюназемную линию, но и часть распределительной сети, упрощается либо вовсеисключается наземный телевизионный передающий центр.
В некоторыхССС, построенных на основе частотного многостанционного доступа и передачикаждого канала на отдельной несущей, применяют шумоподавители (компандеры), действиекоторых основано на особенностях восприятия шумов при звуковом сигнале. Компандерыпозволяют уменьшить заметность шумов на 10. ..20 дБ и соответственно выиграть вэнергетике линий связи и пропускной способности системы связи, но делают каналыне универсальными, поскольку указанный выигрыш не реализуется при передаче поканалам тональной частоты телеграфных сообщений, данных и др. С другой стороны,именно в спутниковых системах возможна и осуществляется передача телевизионныхсигналов повышенного качества и высокой четкости.
1.4 Составземных и космических станций
В этом пунктекратко опишем структурные схемы станций.
Рассмотримпростейшую земную станцию, предназначенную для приема однонаправленнойинформации — одноствольную приемную ЗС. Сигналы, излучаемые ИСЗ,принимаются (рис. 1.4.1, а) антенной 1 ЗС, перехватывающейэлектромагнитное излучение и преобразующей его в электрическое напряжение. Далеепринятый сигнал усиливается малошумящим входным устройством 2, содержащиммалошумящий усилитель, смеситель, предварительный усилитель промежуточнойчастоты. Необходимые для преобразования частоты колебания формируютсягетеродинным трактом 3. Основное усиление сигнала осуществляется вусилителе промежуточной частоты УПЧ 4, в состав которого входит фильтр (илифильтры), формирующий полосу пропускания, оптимальную для приема сигнала(полоса либо близка к полосе ствола, если принимаемый сигнал занимает весьствол, как при приеме программ телевидения, многоканальных телефонных сообщенийс временным многостанционным доступом и т.п., либо составляет лишь часть полосыствола, например при приеме телефонных сигналов в системе с частотныммногостанционным доступом). За усилителем следуют демодулятор 5, выделяющийпередаваемое сообщение, и оконечное каналоформирующее оборудование 6. Например,при приеме программ телевидения в устройстве 6 могут осуществлятьсярегенерация синхросмеси, выделение канала звукового сопровождения,рассекречивание сигналов и т.п. Принятая информация поступает по наземнойсоединительной линии 7 к потребителю программ (или на телевизор, если этостанция индивидуального приема). В современных приемных устройствах частоприменяют двукратное преобразование частоты.
/>
Рис. 1.4.1.Упрощенные структурные схемы одноствольной приемной (а) и многоствольнойприемопередающей (б) ЗС, а также бортового ретранслятора КС (в).

Комплекс 8служит для наведения антенн на ИСЗ; в него входят привод, перемещающийантенну, и аппаратура наведения, управляющая его движением. В простых приемныхстанциях антенна обычно неподвижна (имеется лишь механизм неоперативнойпервоначальной ориентации) или имеет механизм установки в несколькофиксированных положений (позиционер).
Более сложныеземные станции, предназначенные для дуплексной связи и работающие в несколькихстволах ИСЗ, строятся по более общей схеме (рис. 1.4.1, б), где 1 — антеннас комплексом наведения, используемая обычно одновременно для приема и передачи;2 — фильтр разделения приема и передачи; 3 — малошумящийусилитель; 4 — устройство сложения (фильтр сложения) сигналовпередатчиков различных стволов; 5 — устройство разделения (фильтрразделения) принимаемых сигналов различных стволов; 6 — передающееустройство ствола; 7— приемное устройство ствола; 8 — каналообразующаяаппаратура ствола; 9 — аппаратура соединительной линии. На схеме непоказаны резервные комплекты и переключатели на резервные комплекты, обычно имеющиесяна ЗС.
Рассмотримосновные элементы радиотехнического комплекса космической станции, входящегов систему спутниковой связи. Этот комплекс состоит из двух основных частей —антенн и бортового ретранслятора.
На бортусовременных связных ИСЗ обычно устанавливают несколько приемных и передающихантенн. Это объясняется необходимостью сформировать различные зоны обслуживанияс целью привести в соответствие излучение антенн с размещением земных станцийна поверхности Земли, чтобы не рассеивать энергию бесполезно на те районы, гдеона используется. Высокая направленность приемных и передающих антенн ИСЗспособствует также уменьшению взаимных помех с другими системами связи — спутниковыми и наземными, повышает эффективность использования геостационарнойорбиты.
Сигнал,принятый антенной КС, поступает на входное малошумящее устройство 1(рис. 1.4.1, в), в качестве которого на ИСЗ применяют смесители, усилители намалошумящих ЛБВ или транзисторах. Принятый сигнал усиливается на частотеприема, промежуточной частоте и частоте передачи. В современных ИСЗ частоосуществляется не двух-, а однократное преобразование частоты, непосредственнос входной в выходную, при этом усилитель ПЧ отсутствует.
В схеме могутприменяться устройства разделения, коммутации, объединения сигналов (коммутаторна рис. 1.4.1, в), цель которых — подать сигналы, адресованные тем или иным ЗС,на передающие антенны с соответствующей зоной обслуживания. Перспективнысистемы с быстродействующей переориентацией узкого луча антенны (с коммутациейлуча), что позволяет осуществлять связь со многими ЗС через остронаправленныеантенны, не увеличивая числа антенн на борту ИСЗ, многократно использоватьполосу частот.
На рис.1.4.1, е не показаны резервные элементы и устройства переключения на резерв; этисхемы обычно достаточно сложны, поскольку степень резервирования различна дляразных элементов тракта в зависимости от их надежности, важности дляжизнеспособности ИСЗ, срока службы.
В некоторыхслучаях на космической станции выполняется более сложная обработка сигналов,например преобразование вида модуляции, регенерация сигналов, передаваемых в дискретнойформе.

2.Принципы построения систем спутникового цифрового ТВ вещания
 
2.1Методы формирования и передачисигналов телевидения и звуковоговещания
Стандартысигналов спутникового ТВ вещания.
Стандартом ТВсигнала называют совокупность определяющих его основных характеристик, такихкак способ разложения изображения, число строк и кадров, длительность и формасинхронизирующих и гасящих импульсов, полярность сигнала, разнос между несущимичастотами изображения и звукового сопровождения и метод модуляции последней,параметры предыскажающей цепи звукового сигнала и др. Для цветного телевидениядобавляется метод передачи сигналов цветности совместно с сигналом яркости. Вспутниковом вещании традиционно используются стандарты формирования ТВ сигнала,сложившиеся в наземном телевизионном вещании. Для черно-белого телевидениясуществует 10 стандартов, которые принято обозначать латинскими буквами В, D, G, Н, I, К, Kl, L, М, N.
По способупередачи сигналов цветности различают три системы цветного телевидения: SECAM, NTSC и PAL. Каждая из трех системможет применяться с любым из 10 стандартов черно-белого ТВ вещания, давая 30 возможныхкомбинаций. На практике применяются девять разновидностей PAL, шесть — SECAM и один стандарт изгруппы NTSC.
Системы SECAM, NTSC и PAL были разработаны дляназемных ТВ сетей, использующих амплитудную модуляцию (AM) нecущей изображения, и неочень пригодны для спутниковых канатов где основной является частотнаямодуляция (ЧМ). При прохождении ЧМ сигнала через тракты с неравномернойамплитудной и нелинейной фазовой характеристикой возникают перекрестныеискажения сигналов яркости и цветности, ухудшающие качество изображения. К томуже из-за треугольного спектра демодулированного шума при ЧМ сигналы цветностиоказываются в области повышенной спектральной плотности мощности шума, чтоснижает помехоустойчивость приема этих сигналов
Во многихстранах проводились поиски новых методов формирования ТВ сигнала, свободных отуказанных недостатков Наилучших результатов ожидали от цифровых методовпередачи. Однако для передачи цветного ТВ изображения с высоким качествомскорость цифрового потока должна составлять более 200 Мбит/с, что значительнопревышает пропускную способность типового ствола спутникового ретранслятора сполосой пропускания 27… .36 МГц. В качестве компромисса для первого поколенияевропейских систем непосредственного телевизионного вещания был разработан ипринят комбинированный цифроаналоговый стандарт с поочередной передачей напериоде активной части строки сжатых во времени аналоговых сигналов яркости ицветности, получивший название MAC (Multiplexing Analogue Components — уплотнение аналоговыхкомпонент). Сигналы звукового сопровождения, синхронизации, служебная идополнительная информация передаются в цифровой форме. В зависимости от выбранногоспособа передачи звука и данных различают стандарты В-МАС, С-МАС, D- и D2-MAC. Подробнее об этом будетрассказано ниже.
В конце 80-хгг. был создан алгоритм цифрового сжатия, позволявший передатьвысококачественное изображение со скоростью 7...9 Мбит/с, изображениевещательного качества — со скоростью 3,5...5,5 Мбит/с и кинофильм (совокупностьнеподвижных изображений) со скоростью не более 1,5 Мбит/с. На основе этогоалгоритма Международная организация стандартизации приняла два стандартаобработки ТВ изображения: MPEG1 для телевидения с невысокой разрешающейспособностью и прогрессивной разверткой (компакт-диски, компьютерные игры,мультимедиа) и MPEG2 для вещательного телевидения с чересстрочной разверткой.Дальнейшим развитием MPEG2 стал европейский стандарт цифрового ТВ вещания(DVB), содержащий нормы напараметры модуляции, кодирования и передачи по каналам связи.
Передача ТВ сигналов вцифровой форме со сжатием
Созданиеэффективного алгоритма цифровой обработки ТВ сигнала стало возможным на основедостижений теории зрения и техники сверхбольших интегральных схем (СБИС). Алгоритм,положенный в основу стандартов MPEG, включает определенный базовый наборпоследовательных процедур, показанный на упрощенной структурной схеме цифровогокодера (рис. 2.1.).
/>
Рис. 8.2. Упрощеннаяструктурная схема цифрового кодера
В качествеисходного используется компонентный ТВ сигнал RGB, затем он матрицируетсяв сигнал YUV; дискретизация, как и в цифровом стандарте «4:2:2»,осуществляется с тактовыми частотами 13,5 МГц для сигнала яркости и 6,75 МГцдля цветоразностных сигналов. На этапе предварительной обработки удаляетсяинформация, затрудняющая кодирование, но несущественная с точки зрения качестваизображения. Обычно используется комбинация пространственной и временнойнелинейной фильтрации.
Основнаякомпрессия достигается благодаря устранению избыточности ТВ сигнала. Различаюттри вида избыточности — временную (два последовательных кадра изображения малоотличаются один от другого), пространственную (значительную часть изображениясоставляют однотонные одинаково окрашенные участки) и амплитудную(чувствительность глаза неодинакова к светлым и темным элементам изображения).
Временнаяизбыточность устраняется передачей вместо кадра изображения его отличий отпредыдущего кадра. Простое вычитание кадров было значительно усовершенствовано,когда заметили, что большая часть изменений, появляющаяся на изображении, можетбыть интерпретирована как смещение малых областей изображения. Разбивизображение на небольшие блоки (16 х 16 элементов) и определив их расположениев предыдущем кадре, можно для каждого блока найти набор параметров,показывающий направление и значение его смещения. Этот набор называют векторомдвижения, а всю операцию — предсказанием с компенсацией движения. По каналусвязи передаются только вектор движения и относительно небольшая разность междутекущим и предсказанным блоком. На этом этапе устраняется пространственная избыточность— разностный сигнал подвергается преобразованию из пространственной в частотнуюобласть, осуществляемому с помощью двумерного дискретно-косинусногопреобразования (ДКП). ДКП преобразует блок изображения из фиксированного числаэлементов в равное число коэффициентов. Это дает два преимущества. Во-первых, вчастотной области энергия сигнала концентрируется в относительно узкой полосечастот (обычно на НЧ) и для передачи несущественных коэффициентов достаточнонебольшого числа битов. Во-вторых, разложение в частотной области максимальноотражает физиологические особенности зрения.
Следующийэтап обработки заключается в адаптивном квантовании полученных коэффициентов.Набор коэффициентов каждого блока рассматривается как вектор, и процедура квантованияпроизводится над набором в целом (векторное квантование). Оценка показывает,что описанная процедура сжатия близка к теоретическому пределу сжатияинформации по Шеннону.
Амплитуднаяизбыточность исходного сигнала устраняется на этапе кодирования сообщения передподачей его в канал связи. Не все значения вектора движения и коэффициентовблока равновероятны, поэтому применяется статистическое кодирование спеременной длиной кодового слова. Наиболее короткие слова присваиваютсясобытиям с наибольшей вероятностью. Дополнительная компрессия достигаетсякодированием в виде самостоятельного символа групп нулей.
Отличительнойчертой стандартов MPEG1 и MPEG2 является их гибкость. Они могут работать с параметрамиразложения изображения 525 строк при 30 кадрах в секунду и 625 строк при 25кадрах в секунду, пригодны для форматов изображения 4:3, 16 9 и др, допускаютусовершенствование кодера без изменений в уже установленных декодерах.
Дляспутникового телевидения более перспективным, безусловно является MPEG2, рассчитанный на обработкувходного сигнала с чересстрочной разверткой и различными скоростямицифрового потока (4...10 Мбит/с и более), каждой из которых соответствуетопределенная разрешающая способность. По этому параметру в стандарте определенычетыре уровня: низкий (на уровне бытового видеомагнитофона), основной(студийное качество), телевидение повышенной четкости с 1440 элементами настроку и полное ТВЧ с 1920 элементами. По сложности используемого алгоритмаобработки стандарт содержит четыре профиля:
простой — согласно вышеописанному алгоритму; основной — с добавлением двунаправленногопредсказания;
улучшенныйосновной — с улучшением либо отношения сигнал-шум, либо пространственногоразрешения;
перспективный- с возможностью одновременной обработки цветоразностных сигналов.
На рис. 2.2.показаны соответствующие этим градациям максимальные значения разрешающейспособности и скорости цифрового потока.
/>
Рис. 2.2. Уровнии профили стандарта MPEG2: ТВЧ — телевидение высокой четкости; х — сочетание не используется.
Используемыеалгоритмы позволяют гибко варьировать параметры сигнала в пределах однойградации шкалы рис. 2.2. В качестве примера на рис. 2.3 приведена зависимостькачества изображения от, скорости цифрового потока (информационной) в режиме«основной уровень — основной профиль», наиболее употребительном сегодня вспутниковом телевидении.
Можнорассчитать, что в спутниковом канале с пропускной способностью 20...25 Мбит/сможно передать четыре-пять программ хорошего качества, соответствующегомагистральным каналам подачи программ, пли 10...12 программ с качеством,соответствующим видеомагнитофону стандарта VHS.

/>
Рис. 2.3. Зависимостькачества изображения с цифровой компрессией от скорости цифрового потока.
Составнойчастью в стандарты MPEG1 и MPEG2 входят алгоритмы передачи звуковых сигналов с цифровойкомпрессией, позволяющие уменьшить скорость цифрового потока в шесть-восемь разбез субъективного ухудшения качества звучания. Один из широко используемыхметодов получил название MUSICAM.
Исходнымсигналом является ИКМ последовательность, полученная стробированием исходногозвукового сигнала с тактовой частотой 48 кГц и преобразованием в цифровую формус точностью 16 бит/отсчет. Признано, что такой цифровой сигнал соответствуеткачеству звучания компакт-диска (CD-quality). Для эффективного использования спектранеобходимо снизить максимальную скорость цифрового потока. Новая техника кодированияиспользует свойства человеческого восприятия звука, связанные со спектральным ивременным маскированием. Шумы квантования динамически приспосабливаются кпорогу маскирования, и в канале передаются только те детали звучания, которыемогут быть восприняты слушателем. Эта идея реализуется в кодере. Здесь спомощью блока фильтров происходит разделение сигнала на 32 парциальных сигнала,которые квантуются в соответствии с управляющими сигналами психо — акустическоймодели человеческого слуха, использующей оценку порога маскирования дляформирования этих управляющих сигналов. На выходе кодера из парциальных отсчетовформируется набор кодовых слов, объединяемый далее в кадр заданнойдлительности. Выходная скорость кодера в зависимости от требований качества ичисла программ в канале может составлять 32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160или 192 кбит/с на монопрограмму. Скорость 32 кбит/с соответствует обычномуречевому каналу, 48 кбит/с — наземному AM вещанию. При скорости256 кбит/с на стереопару не только обеспечивается качество компакт-диска, но иимеется значительный запас на последующую обработку.
Системнаячасть стандарта MPEG2 описывает объединение в единый цифровой поток отдельных потоковизображения, звука, синхронизации, данных одной или нескольких программ. Дляпередачи в среде с помехами формируется «транспортный» поток, включающийсредства для предотвращения ошибок и обнаружения утерянных пакетов. Он содержитпакеты фиксированной длины (188 байт), содержащие стартовый байт, префикс (3 байта)и область полезных данных.
Перед подачейв канал связи сигнал подвергается дополнительному помехоустойчивому кодированиюи поступает на модулятор. Эти операции не входят в стандарт MPEG и в разных спутниковыхсистемах могут выполняться различными способами, что лишает эти системыаппаратурной совместимости. Европейским странам удалось решить эту проблему,разработав на базе MPEG2 стандарт многопрограммного цифрового ТВ вещания DVB, нормирующий всеоперации на передающей стороне вплоть до подачи сигнала на вход СВЧ передатчика.
В стандарте DVB применяется каскадноепомехоустойчивое кодирование. Внешний код — укороченный код Рида-Соломона (204,188) с t= 8, обеспечивающий «безошибочный» прием (вероятность ошибки навыходе менее 10 — 10 ) при вероятности ошибки на входе менее 10 — 3. Внутренний код — сверточный с относительной скоростью 1/2, 2/3, 3/4,5/6 или 7/8 и длиной кодового ограничения К — 1, декодированиеосуществляется по алгоритму Витерби с мягким решением. Вид модуляции — четырехпозиционнаяФМ.
На приемнойстороне декодер осуществляет все вышеописанные операции в обратном порядке,восстанавливая на выходе изображение, весьма близкое к исходному.
Основнойобластью использования цифрового телевидения стали системы непосредственного ТВвещания в диапазоне 12 ГГц. В США уже функционирует первая такая система DirecTV/USSB, предоставляющаяабонентам возможность приема более чем 170 ТВ программ. Производится внедрениеметодов цифровой обработки в европейских спутниковых системах.
Телевидениевысокой четкости
Подтелевидением высокой четкости (ТВЧ) понимают передачу изображения с числомстрок, приблизительно вдвое превышающим показатель у существующих стандартов, иформатом кадра (отношение ширины кадра к его высоте) 16:9. Объем информации,содержащийся в каждом кадре ТВЧ изображения, возрастает в пять-шесть раз посравнению с обычным телевидением. На ТВЧ изображении отсутствуют дефекты,свойственные принятым сегодня стандартам ТВ вещания, — недостаточнаяразрешающая способность, заметность поднесущей, перекрестные искажения сигналовяркости и цветности, мерцание изображения из-за недостаточно высокой частотыкадров, дрожание строк и т.д. ТВЧ обеспечивает существенное повышение качестваТВ изображения, приближая его восприятие к зрительному восприятию естественных,натуральных сцен и сюжетов. Такое радикальное улучшение качества изображения неможет быть достигнуто ни модификацией существующих стандартных систем цветногоТВ, ни ТВ системами повышенного качества.
В США,Японии, европейских странах в последние пять-семь лет ведутся многочисленныеразработки новых ТВ стандартов с улучшенным качеством изображения. Разработанысовместимые системы телевидения повышенного качества (ТВПК), в которыхустранены наиболее характерные искажения ТВ сигнала, несколько увеличенаразрешающая способность, введен формат изображения 16:9 (стандарты MAC, PAL-плюс). Эти системынельзя отнести к ТВЧ, так как параметры разложения изображения не изменяются.
Среди системТВЧ с временным разделением наиболее известна и одно время даже претендовала нароль мирового стандарта японская система MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding -кодирование смногократной субдискретизацией), предназначенная для передачи сигналов ТВЧ поспутниковому каналу с полосой 27 (24) МГц. Передача сигналов изображения вспутниковом канале осуществляется с помощью ЧМ, сигнала звукового сопровождения— методом четырехпозиционной ФМ. Основные характеристики сигнала MUSE:
Развертка...............................………Чересстрочная с перемежением 2:1
Число строкисходного изображения… 1125
Частотаполей, Гц .........................………… 60
Форматизображения ..................……… 16:9
Разрешающаяспособность, пиксел:
--в каналеяркости ........................…… 1496
--в каналецветности… 374
Частотадискретизации, МГц …… 48,6
Полоса частотвидеосигнала
по уровню — 3дБ, МГц. ................……................8,1
Методмодуляции несущей ......…… ЧМ
Девиациячастоты, МГц. ........……… 10,2
Полоса частотрадиоканала, МГц… 24
Необходимоеотношение несущая — шум
на приеме. дБ.....................................…………… 17
Числозвуковых каналов ................………………. 2/4
Цифроваяфазовая модуляция или фазовая манипуляция
Чтобыпередавать данные с высокой скоростью, требуемой для цифрового спутникового ТВ,необходимо либо уменьшить число циклов на положение передаваемого сигнала, либоувеличить частоту передачи сигнала. Ясно, что увеличивать частоту передачисигнала неразумно, поскольку существует ограничение ширины полосы пропусканияканала. Существует также ограничение числа циклов, поскольку обычныедемодуляторы, такие, как демодуляторы с фазовой автоподстройкой частоты,обладают ограниченной переходной характеристикой, и процесс захвата новойчастоты может занять у них несколько циклов. В связи с тем, что каждую цифрунеобходимо передать не более, чем за один цикл, для захвата частоты простонедостаточно времени, поэтому следует признать, что применение FSK для спутникового ТВ былобы нецелесообразным, так как потребовало бы слишком широкой полосы частот. Вэтом случае нужно использовать цифровую систему передачи, которая позволяетувеличить скорость передачи данных без необходимости увеличения полосы частот.Сам модулирующий сигнал перед передачей можно сжать при помощи различныхметодов, но остается проблема, связанная с применением более эффективногометода модуляции, чем FSK (частотно фазовая манипуляция ). Такимметодом может служить одночастотный вариант модуляции — цифровая фазоваямодуляция, которую также называют фазовой манипуляцией (PSK). При данном методеизменяется фаза несущей, а не ее частота.
Фазоваямодуляция (ФМ) имеет близкое отношение к частотной и хорошо подходит длямногопозиционной цифровой передачи сигнала. Как и при ЧМ, анализ спектраявляется достаточно сложным и оба спектра оказываются похожими. Основнойпроцесс фазовой манипуляции показан на рис. 2.4, а. Фаза несущей изменяется поцифровому сигналу сообщения. В данном примере сигнал двоичного 0 передается вкачестве сигнала о сдвиге фазы несущей на 0°, а сигнал двоичной 1 представляетсдвиг фазы на 180°. Сдвиг фазы несущей на 180° можно осуществить путем ееумножения на -1 (инверсии). Поэтому если в сигнале сообщения для изменениябинарных положений 1 и 0 в положения -1 и +1 используется преобразование сотрицательной логикой, то двухфазовая PSK может осуществляться при помощи простого умножителя,как это показано на рис. 2.5, а. Изменение фазы, происходящее под воздействиемсигнала сообщения, называется девиацией фазы, и ее величина может менятьсяпри изменении чувствительности (крутизны характеристики) модулятора. Впринципе,
ЧМ можетвыполняться путем интегрирования сигнала сообщения и подачи его на фазовыймодулятор. И наоборот, фазовая модуляция может осуществляться путемдифференцирования сигнала сообщения и подачи его на частотный модулятор. Этим иобъясняется сходство.
/>
Рис 2.4.Фазовая манипуляция PSK (a), относительная фазовая манипуляция DPSK (б).
Процессдемодуляции в приемнике, показанный на рис. 2.5.б, можно выполнить, используядетектор произведения (перемножающий демодулятор), который эффективноперемножает принятый PSK сигнал с местной генерируемой опорной несущей,восстанавливая таким образом оригинальный сигнал сообщения.

/>
Рис. 2.5.Модуляция методом PSK (a), демодуляция методом PSK (б).
Относительнаяфазовая манипуляция
Придемодуляции трудно точно генерировать сигнал опорной несущей, о которой говорилосьв предыдущем примере с использованием метода PSK. поскольку фазовыесоотношения на любой частоте из-за понижающего преобразования могутмедленно меняться при прохождении сигнала по линии связи. Решение даннойпроблемы состоит в использовании относительной фазовой манипуляции (DPSK), где изменения фазыпроисходят по отношению к фазе предыдущего положения передаваемого сигнала.Принцип действия DPSK для сравнения с методом обычной PSK показан на рис 2.4.б.Частота опорной несущей во время демодуляции восстанавливается только изпредыдущего принятого положения сигнала, что в значительной степени устраняетвоздействие непредсказуемых (случайных) изменений фазы на линии связи. Системаработает следующим образом. Фазой опорной несущей для сигнала В являетсяфаза сигнала А. Фаза опорной несущей для сигнала С — это фазанесущей В, и т. д. В действительности, значений фазовых сдвигов на 0°следует избегать, так как приемник всегда принимает сдвиги фазы на скоростипередачи данных. Например, +90° и +270° для 0 и 1 могут быть использованывместо 0° и 180°; таким образом исключаются длинные периоды немодулированнойнесущей, которые могут привести к значительной концентрации энергии вопределенных участках спектра, в результате чего возникает интерференция.
Квадратурнаяфазовая манипуляция
Квадратурнаяфазовая манипуляция (QPSK или 4-PSK) представляет собой дальнейшее развитие метода PSK, в котором для заданнойчастоты несущей скорость передачи данных эффективно удваивается безувеличения скорости передачи сигнала. Недостатком данного метода являетсяпадение отношения S/N при демодуляции. При QPSK каждая позиция сигнала кодируетсядибитом. Обычно используются четыре позиции (положения) сдвига фазы на 90°:+45°, +135°, +225° и +315°. Не забудьте, что положение фазы 0° редко используютна практике, чтобы исключить длинные периоды немодулированной несущей. Переходот двухпозиционной системы передачи сигнала к четырехпозиционной означает, чтоскорость передачи данных, измеряемая в битах в секунду, больше, чем скоростьпередачи сигнала в бодах. Фазовые соотношения в системе QPSK, где четыре дибитакодируются четырьмя значениями сдвига фазы, приведены в табл. 2.2. Основнойпринцип возможной реализации QPSK-модуляции сигнала показан на рис. 2.6. Двенесущие одной и той же частоты, сдвиг фаз между которыми составляет 90°,поступают на пару умножителей. На каждый умножитель с одинаковой скоростьюподаются цифровые входные сигналы +1 (сигнал двоичного 0) или -1 (сигналдвоичной 1), использующие, как и в предыдущих примерах, отрицательную логику.Выходные сигналы умножителей представляют собой такой же кодированный сигнал,как и в описанном ранее простом случае. То есть двоичная единица представленасдвигом фазы на 180°, а двоичный нуль — сдвигом фазы на 0°. Основное отличие отобычной PSK состоит в том, каким образом эти выходные сигналы комбинируютсясумматором. Сумматор создает окончательный выходной сигнал, соответствующийчетырем возможным комбинациям сигнала сообщения, как это показано в табл. 2.2.Фазовая диаграмма (см. рис. 2.7.) представляет в фазовой форме положения табл.2.3. и четко демонстрирует, как четыре значения сдвига фазы, или кодовыхвектора, на +45°, +135°, +225° и +315° представляют дибит, получаемый отсложения двух выходных модулированных сигналов.

/>
Рис. 2.6.Реализация метода QPSK модуляции.
Обратныйпроцесс демодуляции приведен на рис. 2.8. Приходящие сигналы подключаютсяпараллельно к двум перемножающим демодуляторам и генератору опорной несущей.Опорная несущая восстанавливается из принятого сигнала со скоростью передачиданных таким же образом, как это ранее было описано для метода DPSK. Эта несущая поступаетнепосредственно на один фазовый детектор и через схему сдвига фазы на 90° надругой фазовый детектор. Дибит восстанавливается путем проверки размеравыходного сигнала с каждого перемножающего демодулятора со скоростью передачиданных, представленной в табл. 2.3. Преимущество метода QPSK заключается ввозможности работы при мощности транспондера, близкой к насыщению (максимальноезначение мощности), поэтому данный метод обладает высокой эффективностьюиспользования энергии. Кроме того, он хорошо подходит для двойной поляризации,поскольку имеет очень низкую чувствительность к интерференции от других цифровыхсистем.
/>
Рис.2.7.Фазовая диаграмма QPSK модуляции.

Таблица 2.2.Изменения фазы, производимые положениями передаваемого сигнала в QPSK.
/>
Таблица 2.2. Таблица выходныхсигналов демодулятора.
/>
/>
Рис. 2.8. Демодуляциясигнала QPSK.
2.2Система DVB/MPEG-2
Международныестандарты для цифрового ТВ вещания были приняты в 1994 году. Это стандартыISO/IEO 13818-1 (MPEG-2 Systems), 150/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video) и ISO/IEO 13818-3 (MPEG-2 Audio).
Стандарт MPEG-2 определяет форматыкодирования для всех способов передачи цифровых сигналов ТВ вещания,позволяющих получить ТВ изображения высокого качества при скорости передачиданных от 4 до 9 Мбит/с. Он также эффективен при передаче данных с болеевысокой скоростью, которая требуется для HDTV (системы телевидения высокой четкости).
Сегодняшняясистема аналогового ТВ использует чересстрочную развертку и содержит как поля,так и кадры. При кодировании сокращением избыточности блоки формируются либо наоснове полей, либо на основе кадров, как было описано ранее, в зависимости отсодержания изображения или от интенсивности перемещений в кадре. В вопросахвнедрения систем, соответствующих требованиям стандарта MPEG-2, производителидекодеров имеют достаточную свободу действий в пределах техническиххарактеристик системы. Некоторые варианты реализации системы могут работатьлучше, чем другие.
Существуютопределенные положения концепции DVB (цифрового ТВ вещания), которые являются общимидля всех составляющих ее систем. Они заключаются в следующем:
— системыформируются из пакетов фиксированной длины, позволяющих гибко сочетать MPEG-2 видео, звук и данные;
— всесистемы используют единый стандарт уплотнения транспортного потока MPEG-2;
— всесистемы используют систему служебной информации (SI), обеспечивающуюпараметры программирования;
— всесистемы используют общий внешний код (188, 204) Рида-Соломона с предварительнойкоррекцией ошибок;
— методмодуляции и системы дополнительного канального кодирования выбираются всоответствии с требованиями службы провайдера;
— во всехсистемах применяется общий метод скремблирования и система условного доступа.
Система DVB-S
Системацифрового ТВ вещания DVB-S (Digital Video Broadcasting -Satellite) предназначена дляспутниковых каналов связи при ширине полосы пропускания транспондеров от 26 до72 МГц, которая используется на подавляющем большинстве существующих ТВспутников, таких как группы спутников Astra и Hotbird.
DVB-S представляет собойсистему с одной несущей; ее удобнее описывать, используя аналогию с луковицей.Сердцевина «луковицы» — это материал программы (основная полезная нагрузка), авнешние слои надстраиваются сверху, чтобы защитить программу от ошибок во времяпередачи. Официальное название такой многослойной системы — «MPEG System Layer».
Полезнаянагрузка может состоять из многих каналов, уплотненных с разделением вовремени, располагающихся на одной несущей в режиме МСРС («много каналов на однунесущую»), или из одного канала при совместном использовании транспондераспутника в режиме SCPC («один канал на одну несущую»). Режим МСРС обеспечиваетмаксимальное использование транспондера и позволяет оператору осуществлятьпередачу на полной мощности. Режим SCPC позволяет различнымпередающим станциям получить доступ к общему или поделенному транспондеру.Чтобы уменьшить интермодуляционную интерференцию между несущими при использованииодного транспондера, для режима SCPC применяется метод модуляции OQPSK (квадратурной фазовой манипуляциисо сдвигом).
Видео-,аудио- и другие данные организуются в пакеты фиксированной длины (контейнеры)по 188 бит, включая 4-битовый заголовок. Затем предпринимаются следующие шаги:
1. Взаголовок каждого восьмого пакета добавляется свой инвертированный байтсинхронизации.
2. Содержимоепакета рандомизируется (перемешивается) заранее определенным образом.
3. Дляпакетных данных применяется эффективный широкосистемный внешний код, заключающийв себе код (188, 204) Рида-Соломона с предварительной коррекцией ошибок и дополненныйфиксированным 16-байтовым вспомогательным заголовком в виде (204 — 188) х100/188 = 8, 51%.
4. Длясодержимого пакета применяется сверточное чередование.
5.Добавляется второй (внутренний) код. Этот сверточный код может иметь размервспомогательного заголовка, который регулируется в соответствии с требованиямивещателя.
6. Сигналмодулирует несущую спутникового вещания при помощи метода QPSK. Потоки многихканалов могут быть уплотнены с временным разделением (ТDМ) в единый MPEG-2 транспортный поток.
Системаавтоматически адаптируется к изменениям характеристик канала. В пределах параметровлинии связи вещатель может варьировать двумя переменными: общим размеромструктуры сигнала и внутренним кодом, исправляющим ошибки. Приемник путембыстрого подбора будет автоматически настраиваться на передаваемые параметры.Например, вещатель может выбрать в качестве внутреннего кода сверточный код скоэффициентом 3/4.
Система DVB-SI
Стандарт MPEG-2 включает в себяпрограммную специальную информацию (PSI), помогающую декодеру захватывать и декодироватьструктуру пакета. Эти данные передаются для автоматической конфигурации декодеравместе с видео и звуком и позволяют восстанавливать передаваемую видеоинформацию.
Стандарт MPEG-2 позволяет использоватьвторую, но уже открытую систему служебной информации (SI). Данные о конфигурациидекодера доступны в PSI, но система DVB-SI содержит дополнительную информацию, котораятребуется для автоматической настройки приемника. Это необходимо из-за оченьбольшого числа каналов, которые будут доступны в будущем. Понятно, чтопользователю потребуется помощь в настройке. Дальнейшим применением для системыDVB-SI является развитиеэлектронных программных путеводителей (EPG).
DVB-SI состоит из четырехглавных таблиц и некоторого числа дополнительных:
— NIT (Network Information Table) — таблица сетевойинформации, в которой сгруппированы службы от конкретного вещателя. Здесьсодержится вся информация по настройке для совмещенных приемников/декодеров(IRD). Она также используется для смены сигнала в информации о настройке;
— SDT (Service Description Table) — таблица описания службы. Содержит список названий и систематизированных параметров,соответствующих конкретной службе;
— EIT (Event Information Table) — таблица, использующаясядля передачи информации о технических параметрах уплотнения MPEG-2, например FEC и применяемый методмодуляции;
— ТDТ (Time Date Table) — таблица, содержащаяинформацию о текущем значении времени и дате для обновления часов в IRD;
— ВАТ (Bouquet Association Table) — дополнительнаятаблица соответствия, предоставляющая информацию о группах служб, связанных сконкретной службой провайдера (например, многоканальный пакет Sky). Конкретная службаможет принадлежать более чем одному пакету программ;
— RST (Run Status Table) — дополнительнаятаблица рабочего (текущего) состояния, обеспечивает подробную информацию отекущей программе или службе, а возможно также и информацию о других службах;
— ST (Stuffing Table) — дополнительнаятаблица, которая используется для замены, аннулирования или модификации другихтаблиц SI.
Стандарт MPEG-2 Audio
Длякодирования звука используется спецификация 2 уровня MPEG (MUSICAM). MUSICAM (Masking pattern adapted Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing) — универсальнаяинтегрированная система поддиапазонного кодирования и мультиплексирования смаскированием, адаптированная к структуре сигнала. Система обеспечиваетпередачу звука CD качества на довольно низкой скорости, является очень гибкой в возможностяхпередачи моно-, стерео-, объемного звука или звука на нескольких языках. Прииспользовании этого цифрового метода сжатия информации одна звуковаясоставляющая доминирует над другими составляющими, имеющими близкий, но болеенизкий уровень фоновых звуков или шумов, которые не будут слышны даже привоспроизведении с высоким качеством. Таким образом, избыточная информация неподвергается кодированию.
Стандарт MPEG-2 Video
В настоящеевремя стандарт MPEG-2 Video состоит из четырех исходных форматов:
— Low level (низкий уровень). Этообычный формат качества VHS (или несколько лучше) со скоростью передачиинформации примерно от 2 до 4 Мбит/с;
— Main level (главный уровень).Формат студийного качества ITU-R ВТ601 со скоростью передачи информации около 9 Мбит/с;
— High-1440 level (высокий 1440 уровень).Это формат высокой четкости, использующий 1440 отсчетов на строку;
— High level (высокий уровень). Этоформат высокой четкости, использующий 1920 отсчетов на строку.
Стандарт MPEG-2 Video также содержит гибкую системуметодов сжатия данных, которая разделяется на профили. Каждый профильопределяет различный набор методов сжатия, возрастающих по сложности истоимости реализации, и обладает полной обратной совместимостью с профилями,которые предшествуют ему по списку (например, декодер главного профиля будеттакже декодировать изображения простого профиля). Данные профили в общих чертахописаны ниже:
— простойпрофиль. Использует минимум способов сжатия и применяется в самых недорогихмоделях приемников;
— главныйпрофиль. Включает все способы простого профиля и дополнительно содержитпредсказание по двум направлениям. Это обеспечивает лучшее качествоизображения, чем при использовании простого профиля при одной и той же скоростипередачи информации. Декодер главного профиля будет декодировать изображенияпростого профиля, однако он намного дороже. Строка последовательныхцветоразностных сигналов может быть позже добавлена к этому профилю;
профиль,масштабируемый по отношению S/N. Обеспечиваетдополнительные способы по улучшению отношения S/N, в настоящее время неподдерживается в системе DVB из-за возрастающей сложности декодера;
пространственномасштабируемый профиль. Проблемы его использования подобны описанным в предыдущемпункте; в настоящее время не поддерживается в системе DVB по тем же причинам;
высокийпрофиль. Сего помощью можно кодировать строку одновременных цветоразностных сигналов. Онтакже предназначен для наиболее престижных систем, использующих очень высокуюскорость передачи данных.
Первоепоколение европейских моделей совмещенных приемников/декодеров IRD будетудовлетворять требованиям главного уровня, главного профиля вещания студийногокачества с числом строк 625 и форматами изображения 4: 3, 16: 9 или 20: 9.Вещатели могут выбирать меняющуюся или постоянную скорость передачи данных,учитывая, что более высокие скорости передачи данных позволяют воспроизводитьизображения с меньшими ошибками кодирования. Сегодняшнее качество изображений PAL и SECAM может бытьполучено при скорости передачи данных около 5-6 Мбит/с. Система MPEG особенно подходит дляфильмов с частотой 24/25 кадров в секунду, поскольку их легче кодировать, чемвидеофильмы, и они хорошо смотрятся даже при низкой скорости передачи данных.Типичная структурная схема полной системы передачи и приема сигнала DVBприведена на рис. 2.2.1
Система DirecTV
Система DirecTV, работающая в США иЕвропе, была создана в 1994 году и явилась первой системой непосредственноговещания сжатого цифрового ТВ сигнала. Система, использующая все 32 (или больше)лицензионные частоты спутника DBS, находящегося в позиции 1010W, была предназначена дляраспределения 150 каналов потребителям, имеющим небольшие антенны диаметром 45 см и соответствующие модели IRD. Частоты вещания на линии связи вверх находятся в диапазоне 17,3-17. 8 ГГц, а на линии связи вниз — 12, 2-12, 7 ГГц. Каждый транспондерспособен обеспечить передачу четырех эфирных ТВ каналов или восьми каналов,передающих ТВ фильмы.
/>
Рис. 2.2.1.Типичное построение системы передачи и приема сигнала DVB через спутник.

Каждыйспутник имеет следующие технические характеристики:
Азимутальноерасположение 101° западной долготы
Числотранспондеров на борту 16
Мощностькаждого транспондера 120 Вт
Ширина полосыкаждого транспондера 24 МГц
Поляризациякруговая
Зонаобслуживания вся территория США и Европа.
Сжатаявидеоинформация от любого источника уплотняется с временным разделением (TDM) в единый последовательныйпоток данных, что позволяет изменять число битов в секунду, выделенных длякаждого источника, в соответствии с содержанием или форматом канала. Докомпрессии скорость передачи сигнала составляет 270 Мбит/с, а после MPEG-сжатия снижается до 3,75-7, 5 Мбит/с, что соответствует коэффициенту сжатия в пределах от 36: 1 до70: 1. Уплотнение с временным разделением обеспечивает скорость передачи, приближающуюсяк 30 Мбит/с, что эквивалентно передаче от 4 до 8 ТВ каналов (в зависимости от содержания).
Достоверностьсигнала DBS поддерживается мощной системой коррекции ошибок, базирующейся насочетании сверточных кодов с кодом Рида-Соломона. Таким образом, сигнал DBS полностью защищен вовремя прохождения к декодирующей аппаратуре клиента, фактически гарантируется,что доступность сигнала составляет 99, 7% для среднего года. Канальноекодирование, которое имеет много особенностей, достаточно сложно с математическойточки зрения. Но, поскольку все подробности реализации скрываются внутримикросхем, его детальное описание не входит в задачу данной книги. Поток данныхмодулирует несущую методом QPSK.

3.Качественные показатели каналов спутниковых линий
Качественныепоказатели каналов телевидения
Каналы итракты спутниковых линий, входящие во взаимоувязанную сеть связи (ВСС) страны,нормируются на основе действующих в России единых для наземных и спутниковыхсистем связи и вещания норм и стандартов на каналы, групповые и цифровыетракты, а с учетом вхождения их в международные сети связи — также всоответствии с документами международных организаций МККР (теперь Секторрадиосвязи МСЭ-Р) и МККТТ (теперь Сектор стандартизации МСЭ-Т), входящих в МСЭ.
Классификацияспутниковых ТВ каналов
В спутниковыхсистемах передачи организуются три типа ТВканалов: магистральныеканалы, распределительные для подачи ТВ программ в зоновые и местные ТВ сети иканалы для подачи (вещания) программ на установки индивидуального пользования.
Спутниковыемагистральные ТВ каналы, организуемые на базе приемных станций «Орбита» и«Москва», по назначению и качественным показателям соответствуют магистральнымТВ каналам радиорелейных и кабельных линий, и обе линии вверх и вниз в нихработают в диапазонах фиксированной спутниковой службы. Для организациителевизионных репортажей с мест актуальных событий широко применяютсяспутниковые транспортируемые видеорепортаж-ные станции. Эти каналы изображениятелевидения и звукового сопровождения телевидения должны отвечать требованиямна магистральный канал.
Спутниковыесистемы распределительные или подачи (вещания) программ на индивидуальныеприемные установки системы, как правило, организуются в диапазоне ФСС на линиивверх — с помощью так называемых фидерных линий и в диапазоне вещательных служб— на линии вниз.
Под ТВканалом подразумевается совокупность двух каналов — изображения и звуковогосопровождения.
Спутниковыераспределительные ТВ каналы с приемными установками I класса, например типа«Экран-ПП», должны быть эквивалентны по качественным показателям каналуназемной линии, состоящему из магистрального и внутризонового каналов.
Спутниковыераспределительные ТВ каналы с приемными установками II класса для коллективногоприема, например, типов «Экран-ПА», «Экран-КР», «Экран-КР10», предназначены дляраспределения программ центрального телевидения в населенные пункты с числомжителей 2… .3 тыс. чел. (в местные сети распределения ТВ) с помощью маломощных(1; 10 Вт) ТВ ретрансляторов или сетей кабельного телевидения. К ним относятсяи установки коллективного приема ТВ систем вещательного телевидения на базеотечественных спутников «Галс» или предназначенные для приема зарубежныхпрограмм, на базе спутников Astra, которые могут работать в разных диапазонахчастот. Так, как известно, система «Экран» работает в диапазоне 700 МГц, априемные установки новых разработок рассчитаны на прием программ в диапазонахфиксированной и вещательной служб в диапазонах 11 и 12 ГГц.
Спутниковыеканалы для приема телевидения на установки индивидуального приема фактическисостоят из канала подачи программ на линии вверх и канала вещания ТВ.
Гипотетическиеэталонные цепи
/>
Рис.3.1.1. Гипотетическая эталонная цепь канала изображенияспутниковой линии.

Для удобстванормирования и сравнения на общей основе каналов с различными структурами идлинами вводят гипотетические эталонные цепи (ГЭЦ); ГЭЦ магистрального каналаизображения дана на рис.3.1.1., содержит лишь одну линию Земля – спутник — Земля, причем она может содержать линию спутник — спутник. На земной передающейстанции имеется модулятор для переноса модулирующего спектра основной полосы наВЧ несущую, а на земной приемной станции — демодулятор для переноса сигнала сВЧ несущей на модулирующие частоты. Обычно при нормировании активныесоединительные линии между земными станциями ЗС и коммутирующими центрами в ГЭЦне включаются. С учетом средней длины спутниковых ТВ каналов и их функцийпринято, что спутниковый магистральный канал изображения по показателюотношение сигнал — взвешенный шум эквивалентен магистральному каналу наземнойлинии, состоящему из двух каналов длиной по 2500 км. По остальным показателям спутниковый канал изображения эквивалентен наземному магистральномуканалу длиной 2500 км. В ГЭЦ канала
/>
Рис. 3.1.2. Уровни в полном цветовом сигнале: L — номинальный размахсигнала яркости от уровня гашения до уровня белого, 700 мВ; S— номинальная амплитудастрочного синхронизирующего импульса, 300 мВ; М — номинальный размахчерно-белого сигнала от уровня синхронизирующих импульсов до уровня белого, 1В; D— мгновенное значение сигнала яркости по отношению к уровню черного;F— мгновенное значениеамплитуды цветового сигнала; G— пиковая амплитуда сигнала цветности; Н — размахполного цветового телевизионного сигнала от уровня синхронизирующего импульсадо уровня установившегося максимального значения цветовой поднесущей на уровнебелого, 1107 мВ; Н' — мгновенное значение размаха полного цветового ТВсигнала; J— защитный интервал — разность между уровнемчерного и уровнем гашения (установочная — O...SO мВ); К — размахцветовой поднесущей — 214 мВ в красных строках и 167 мВ в синих строках.
II класса дополнительно кэлементам магистрального канала включают модулятор для получения стандартногоОБП-АМ вещательного сигнала на частоте стандартного наземного вещания всоответствии с ГОСТ 7845-92 и контрольный телевизионный демодулятор всоответствии с ГОСТ 20532-83, выделяющий ТВ модулирующий сигнал.
Уровни ТВсигнала
Каналыизображения спутниковых линий предназначены для передачи сигналов черно-белогои цветного изображений, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 7845-92. В Россиииспользуется система цветного телевидения СЕКАМ, в которой информация о цветностипередается методом ЧМ на поднесущих. Уровни полного цветового сигнала этойсистемы приведены на рис. 3.2.
Отношениесигнал-шум
Отношениесигнал-шум в канале изображения является важным показателем для энергетическогорасчета ТВ систем и планирования сетей вещания. В каналах изображения нормируютсяотношение сигнал — взвешенный шум, равное (в децибелах) отношению амплитудыот пика до пика сигнала изображения (параметр Lна рис. 3.1.2)к эффективному значению шума, измеренному взвешивающим фильтром с полосой от 10кГц до верхней частоты сигнала 6 МГц. Амплитудно-частотная характеристикавзвешивающего фильтра позволяет учесть свойства зрения при восприятиифлуктуационных помех в различных участках спектра. Используемый в настоящеевремя на новых спутниковых линиях подачи ТВ взвешивающий фильтр с т = 245нс (рис. 3.1.3) в соответствии с Рек. МККР 567позволяет захватить и область частот, в которой находятся поднесущие,содержащие информацию о цвете. Шумы измеряются прибором для измеренияэффективных значений, их уровень определяется по формуле
/>
где Uэфш —эффективное значение взвешенного шума, Ucразм — размах видеосигналамежду уровнями черного и белого (параметр L).
Нормированноеотношение сигнал-шум должно выполняться в течение 99 % времени любого месяца.Допускается ухудшение нормированного отношения на 8 дБ в течение 0,1 % временилюбого месяца. Нормирование в малом проценте времени особенно актуально длясистем, работающих в диапазонах выше 10 ГГц.
В Рек. МККР567-3 предлагается, чтобы полоса, в которой измеряется взвешенный шум, быларавна 5 МГц. Но в нашей стране принято измерять шум в полосе 6 МГц, посколькусигнал системы СЕКАМ занимает эту полосу. Полоса измерения формируется фильтромподавления НЧ помех (от сети питания и микрофонного шума) (АЧХ 1, рис. 3.1.4),взвешивающим фильтром с постоянной времени т = 245 нc (АЧХ 1, рис. 3.1.3).Во внедренных ранее системах применяется фильтр с постоянной времени t= 330 нс (АЧХ 2, рис. 3.1.3)и фильтром нижних частот, ограничивающим полосу измерения помех (АЧХ для fв = 6 МГц, рис. 3.1.5).
Измерения сунифицированным для разных ТВ стандартов взвешивающим фильтром по Рек. МККР567-3 с постоянной времени т = 245 нc для измерения флуктуационныхпомех в каналах черно-белого и цветного телевидения позволяют нормироватьединое отношение сигнал — взвешенный шум при измерении в одинаковых условияхдля разных ТВ стандартов. При этом шум для всех стандартов должен измеряться вполосе 5 МГц, формируемой фильтром нижних частот ФНЧ (АЧХ на рис. 3.1.6),схема которого аналогична схеме ФНЧ с полосой 6 МГц, но номиналы элементовдругие. Низкочастотные помехи также подавляются специальным фильтром.
/>
В табл. 3.1приводятся нормы на отношение сигнал — взвешенный шум, получаемые приизмерениях взвешивающим фильтром с т = 245 и 330 нc в полосе 6 МГц.
В системахпередачи ТВ сигнала с частотной и амплитудной модуляцией для повышенияпомехоустойчивости сигналов применяют линейные частотные предыскажениявидеосигнала на передающей стороне и частотное восстановление — на приемной(Рек. МСЭ-Р 405, рис.3.1.7).
Коэффициентыпересчета влияния контуров восстановления предыскаженного сигнала и взвешивающейцепи отдельно и вместе на значение защищенности от белого шума и шума стреугольной формой спектра приведены также в табл. 3.1. Треугольную формуимеет спектр шума на выходе спутникового канала, в котором сигнал ТВ передаетсяТВ методом ЧМ. На участке ретрансляции сигнала для потребителей применяетсяОБП-АМ, спектр шума на выходе демодулятора AM сигнала равномерный.
Из табл. 3.1следует, что при треугольной форме спектра шума совместное действие цепейвосстановления и взвешивания унифицированной цепью с /> = 245 нс при передаче иизмерении сигнала в полосе 6 МГц дает выигрыш 14,3 дБ и при белом шуме 1,7 дБ,при /> = 330 нс при передачеи измерениях в той же полосе — соответственно 18,1 и 1,9 дБ. Эти выигрыши иучитываются при расчетах энергетики ЧМ и ОБП-ТВ систем.
Исходя изтехнических, организационных и экономических соображений и в соответствии сустановленной эквивалентной длиной канала ГЭЦ в спутниковых каналах нормируютсяследующие отношения сигнал — взвешенный шум (с учетом контуров восстановления иунифицированного взвешивающего фильтра) на краю зоны обслуживания: вмагистральных каналах — 50 дБ, в каналах распределения ТВ с приемнымиустановками Iи II класса при эфирном вещании— 46 дБ и в каналах распределения ТВ с приемными установками II класса при подаче накабельные системы и приеме на индивидуальные установки — 42 дБ. Прииспользовании взвешивающего фильтра с постоянной времени /> = 330 нc значенияотношения сигнал-шум увеличиваются примерно на 4 дБ.
Низкочастотнаяпериодическая помеха (фон) измеряется при включении на выходе канала фильтрадля выделения низкочастотных помех. Отношение размаха сигнала от уровня гашениядо уровня белого к размаху фоновой помехи составляет 35… .40 дБ (табл. 3.2).
Допустимыелинейные и нелинейные искажения сигнала в магистральном канале нормируются восновном в соответствии с ГОСТ 19463-89. Спутниковые магистральные каналыизображения для распределения программ ТВ нормируются в соответствии сПравилами технической эксплуатации средств вещательного телевидения.Спутниковые магистральные каналы с установками коллективного и индивидуальногоприема систем непосредственного приема программ телевидения нормируются всоответствии с ГОСТ Р 50788-95.
В настоящеевремя в международных и национальных организациях интенсивно исследуются иактивно разрабатываются стандарты цифрового стандартного, повышенного и высокойчеткости качества телевидения с устранением избыточности ТВ сигналов и ссоответствующим уменьшением скорости передачи, а также соответствующие методыпередачи в ВЧ трактах, в частности спутниковых, формируются требования на канализображения по аналоговым выходам. Проводятся большие исследованиясубъективного качества цифрового ТВ.
Разрабатываетсясемейство стандартов сжатия цифрового ТВ сигнала типа MPEG — Moving Pictures Experts Group.
/>

/>
Стандарт MPEG-1, регламентирующийспособ передачи цифрового ТВ сигнала на скоростях до 1,5 Мбит/с, в наибольшейстепени подходит для электронной фотографии, видеоконференцсвязи, длямультимедиа, Т.е. для тех применений, где требуется передача неподвижныхизображений с малой разрешающей способностью. Стандарт MPEG-2 оптимален длявидеосистем с более высокоскоростными потоками. Первоначально предусматриваласьскорость передачи от 4 до 15 Мбит/с, но для обработки видеопрограмм в студияхмогут использоваться и скорости до 100 Мбит/с. В этих стандартах в единоминформационном потоке передаются видеосигналы, звуковые сигналы и данные. Гибкостьалгоритмов, используемых обеими системами MPEG, позволяет в будущем наращиватьструктуры оборудования для расширения функциональных возможностей только путемусовершенствования блока кодера. Все остальные функциональные элементы системостаются прежними, и даже не требуется вносить изменений декодер на приемнойстороне.
Существует доодиннадцати стандартов MPEG-2. Качество передачи в этих стандартах восновном оценивается субъективно: сложность субъективных испытаний состоит вотсутствии согласованных испытательных последовательностей изображений. Чтокасается нормирования каналов изображения, то в МСЭ-Р и МСЭ-Т согласованомнение, что канал, составленный из аналоговых и цифровых секций, как исоставленный только из аналоговых секций, должен отвечать рекомендациям напараметры и методы измерений Рек. МККР 567, в которую будут добавлены параметрыи методы измерений для цифрового кодирования.
В связи сотсутствием согласованных решений по стандарту цифрового ТВ на международном иотечественном уровне требования к каналам изображения, организуемым цифровымиметодами, постепенно пополняются и вносятся в Рек. МСЭ-Р 658. Заранее можнопредположить, что в целом субъективное качество такого канала должно быть нехуже обеспечиваемого аналоговым каналом, отвечающим нормам Рек. МККР 567.
Универсальные блоки LNB
Теперь, когда цифровое ТВвещание (DVB) становится общепринятым, существуют модифицированные разработки LNB, которые подходят для приема каканалоговых сигналов Кu-диапазона,так и цифровых сигналов во всем диапазоне частот 10,7-12,75 ГГц. Такие устройствастали называть универсальными LNB, иони хорошо приспособлены для приема сигналов со спутников Astra и Eutelsat.
Универсальные LNB охватывают (перекрывают) весьдиапазон 10,7 — 12,75 ГГц и осуществляют понижающее преобразование сигнала припомощи местного генератора (гетеродина), который переключается в двух отдельныхдиапазонах ПЧ. Полученный сигнал затем может быть обработан приемником,находящимся внутри помещения, или совмещенным приемником/декодером (RD). Гетеродин частотой 9,75 ГГцпереключается на выбранную спутниковую ПЧ нижней полосы (950-1950 МГц), агетеродин частотой 10,6 ГГц используется для выбора спутниковой ПЧ верхнейполосы (1100-2150 МГц) в распределительном устройстве.
Так как напряжениепереключения 13/17 В уже используется для управления направлением поляризации,для управления частотой гетеродина во внутреннем приемнике применяетсяустройство дополнительного переключения. В недорогих блоках, распространяющихсяна внутреннем рынке, применяется схемное решение, при котором по умолчаниювключается гетеродин частотой 9,75 ГГц, а для включения по требованиюгетеродина частотой 10,6 ГГц используется тоновый сигнал 22 кГц. Внутреннийприемник вырабатывает все управляющие сигналы, необходимые как дляполяризатора, так и для выбора полосы LNB, и посылает их вверх по коаксиальному кабелю к распределительномуустройству, так что никаких дополнительных проводов не требуется. Имеются такжеварианты со сдвоенными выходами для питания двух отдельных приемников и двухполностью независимых переключаемых блоков LNB в одном и том же корпусе. Для таких недорогих блоков LNB номинальные значения коэффициентатеплового шума в настоящее время составляют около 1,2 дБ.
Для приема сигналов всехрасположенных рядом спутников SESсистемы Astra и EutelsatHotbird, находящихся соответственно впозициях 19,3°Е и 13°Е, необходим универсальный блок LNB, который покрывает все диапазоны FSS (10,7-11,7 ГГц), DBS (11,7-12,5 ГГц) и Telecom (12,5-12,75 ГГц). Спутники системыAstra имеют транспондеры с полосой пропускания 27 ГГц, а спутники Eutelsat Hotbird -транспондеры с полосой пропускания 33 ГГц. Распределениедиапазонов и ввод в действие соответствующих станций спутников связи приведеныв табл. 3.2.
Таблица 3.2. Ввод вдействие станций спутников SESAstra и Eutelsat Hotbird
/>

На свободном рынке и укабельных операторов используются широкополосные двухвыходные устройстваповышенного качества, в которых LNBобеспечивает два отдельных выхода для верхней (HI) и нижней (LO) полосычастот. Эти приборы обладают низким уровнем фазового шума, поэтому вполнеподходят для приема сигналов нового цифрового ТВ стандарта. Для приема сигналовс двумя направлениями поляризации необходимо подключение ОМТ (разделительполяризации — ортомод). Примером такого прибора является модель WDLNB 1000E производства фирмы Swedish Microwave котораяобладает следующими основными параметрами:
— Частота входногосигнала 10,7-12,5 ГГц
— Коэффициент шума 0,8дБ (номинальное значение), 1,0 дБ (максимальное значение)
— Частота выходногосигнала 950-1950 МГц (нижняя полоса), 1100-2150 МГц (верхняя полоса)
— Коэффициент усиления52 дБ (±4 дБ)
— Частота гетеродина9,75 ГГц (нижняя полоса), 10,6 ГГц (верхняя полоса)
— Фазовый шум гетеродинане более -75 дБ/Гц @ 10 кГц
— КСВ на выходе (SWR) не более 2
— Избирательность позеркальному каналу не менее 40 дБ
— Уровень сигналагетеродина на выходе в полосе 1700 МГц не более -30 дБмВт
— Источник питания постоянноготока 12-20 В при токе потребления (через любой соединитель) не более 300 мА

4. Спутниковыеприемники
После понижающегопреобразования в конверторе сигналы поступают на вход спутникового приемника (ресивера),где происходит выбор сигнала конкретного канала для просмотра. Кроме того,принятый сигнал необходимо преобразовать в форму, пригодную для подачи на входобычного ТВ приемника и/или стереоаппаратуры. Приемники могут быть отдельнымиустройствами или входить в состав обычного телевизора в качестве дополнительногоблока и содержать как минимум следующие схемные блоки:
о блок питания;
о блок спутниковоготюнера/демодулятора;
о каскады обработкивидеосигналов;
о каскады обработкизвуковых сигналов;
о модулятор ВЧ диапазонаДМВ (UHF).
Используемые термины исокращения
АПЧ (автоматическаяподстройка частоты) — это метод, посредством которого частота настройки приемника автоматическиудерживается в оптимальной точке. Это уменьшает возможность ухода настройки подвоздействием изменений температуры и влажности.
АРУ (автоматическаярегулировка усиления) — это метод автоматического поддержания уровня напряжения сильныхсигналов по отношению к слабым. Таким образом цепи обработки сигналовзащищаются от эффектов перегрузки и поддерживается постоянный уровень выходногосигнала.
ВЧ (высокая частота,или радиочастота) — высокаячастота несущей, промодулированная частотой сигнала.
Гетеродин (местныйзадающий генератор) — название синусоидального генератора (генератора синусоидального сигнала),который используется вместе с каскадом смесителя.
Девиация — мера того, насколько несущая частотаотклоняется от своего номинального (центрального) значения модулирующимсигналом.
Коррекцияпредыскажений — процедура,обратная внесению предыскажений, методу, который применяется для подъема уровня(усиления) высоких частот перед передачей сигнала. Поскольку плотность шумоввозрастает с частотой, последующая коррекция внесенных предыскажений(восстановление уровня) уменьшает уровень сигнала до номинальной величины и,следовательно, ослабляет высокочастотную составляющую шумов, приобретеннуюсигналом во время передачи.
MAC(уплотнение аналоговых составляющих)- ТВ система,применяющаяся для уменьшения эффекта перекрестной модуляции и совместимая сбудущими ТВ разработками высокой четкости.
Основная полоса частот- термин,используемый для описания необработанных или исходных частот видеосигнала (докоррекции предыскажений и фиксации уровня) вместе с поднесущими частотамизвука.
Полоса частот — общая ширина диапазона частот,занимаемая конкретным сигналом.
ПЧ (промежуточнаячастота) — термин,используемый для описания частоты сигналов на выходе понижающегопреобразователя частоты (конвертора) или схемы смесителя (схемы изменения частоты).
Смеситель — схема, функцией которой являетсягенерирование суммы и разности частот поступающего ВЧ сигнала и гетеродина.
ЧМ демодулятор — схема, с помощью которой происходитвоссоздание исходного сигнала из ЧМ сигнала несущей. Данная схема иногдаупоминается как дискриминатор.
/>РС — сокращение, применяемое дляобозначения микропроцессора или предварительно запрограммированной интегральнойсхемы микроЭВМ (микроконтроллера), которые часто используются в системахуправления и в системах настройки с синтезаторами частоты.
Тюнер/демодулятор
Спутниковыйтюнер/демодулятор обычно изготавливается в виде единого блока или контейнера.Группа конвертированных с понижением частот (каналов) поступает от LNB черезкоаксиальный кабель на вход блока тюнера/демодулятора.
Внутри корпуса тюнерачаще всего размещаются следующие схемные блоки:
о инжектор напряженияпитания постоянного тока для LNB;
о изолятор по постоянномутоку входа тюнера от источника напряжения питания LNB;
о ВЧ каскад, управляемыйсхемой АРУ, и фильтр;
о каскад второгопонижающего преобразователя частоты (вторая ПЧ);
о ЧМ демодулятор;
о каскад АРУ;
о каскад АПЧ.
Типичная структурнаясхема модуля спутникового тюнера/демодулятора приведена на рис. 4.1.
/>
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Инжектор напряженияпитания LNB
Напряжение постоянноготока, необходимое для питания блока LNB, составляет 15-24 В. Это напряжение,поступающее от источника питания приемника, вводится на вход кабеля для подачина LNB. Вход ВЧ каскада приемника должен быть защищен от этого напряжения,поэтому в состав блока включается схема изоляции по постоянному току. Изоляцияможет осуществляться путем установки на входе конденсаторов или трансформаторов.В некоторых спутниковых приемных системах также применяется метод переключенияполяризатора V/H при помощи изменения уровня напряжения. Это достигается засчет передачи вверх по кабелю напряжения постоянного тока. Например, напряжение13 В может использоваться для переключения поляризатора на прием сигналов свертикальной поляризацией, а напряжение 17 В — для переключения поляризатора наприем сигналов с горизонтальной поляризацией.
ВЧ каскад, управляемыйсхемой АРУ
Группа приходящих каналовпоступает на вход ВЧ каскада. В этом каскаде часто происходит некоторая предварительнаянастройка выбранного канала и усиление сигнала по ВЧ. Усиление управляетсянапряжением, поступающим с выхода каскада второй ПЧ, поскольку сильные сигналытребуют меньшего усиления, чем слабые. Как правило, процесс настройкиуправляется микросхемой микроЭВМ или процессором настройки, вследствие чегоуправляющее напряжение заставляет изменяться напряжение смещения, котороеприкладывается к варикапам (переменным конденсаторам) диодных схем. Однакоосновная настройка и фильтрация сигнала происходит в каскадах второгопреобразователя частоты и ВЧ усилителя.
Каскады гетеродина исмесителя
Выходной сигналгетеродина и приходящий ВЧ сигнал поступают на каскад смесителя, гдегенерируются как суммарные, так и разностные сигналы требуемого канала.Поскольку далее используется только разностный сигнал, полоса частот суммарногосигнала отфильтровывается каскадом ВЧ усилителя. Частота гетеродина меняетсяпод воздействием управляющего напряжения, которое создается микро-ЭВМ илипроцессором настройки. Какой бы канал не был выбран, смешивание двух частотпереносит поступающий сигнал в фиксированную полосу частот, центр которойрасполагается около номинальной частоты 460 МГц, хотя данное значение неявляется стандартизированным и может меняться в зависимости от конкретноймодели приемника. Выходной сигнал смесителя называется сигналом второгопреобразования частоты (второй ПЧ).
Усилитель второй ПЧ ифильтр
Назначением усилителявторой ПЧ (ПЧ2) является формирование сигнала в соответствии с требуемой характеристикойполосы пропускания и обеспечение основного усиления сигнала. Через каскадфильтра ПЧ могут пройти только частоты диапазона выбранного канала.
Ширина характеристикиполосового фильтра ПЧ может меняться между 16 и 36 МГц, но обычно она составляетоколо 27 МГц. Например, спутниковые приемники системы Astra имеютхарактеристику, приведенную на рис. 4. 2. Приемники, предназначенные для работысо спутниками серии EutelsatII, требуют более широкойхарактеристики фильтра ПЧ, составляющей 36 МГц. В принципе, каскад усилителя ПЧможно рассматривать как полосовой фильтр канала с усилением. В некоторыхмоделях приемников высокого класса можно изменять ширину полосы пропусканияусилителей ПЧ, чтобы обеспечить прием сигнала от большого количества различныхспутников. Данная возможность имеет еще одно преимущество — уменьшение шумовойсоставляющей сигналов в условиях плохого приема путем ограничения полосыпропускания сигнала до величины, меньшей номинальной. Однако это достигается засчет потери качества изображения. В большинстве моделей усилитель сигнала ПЧ2также управляется схемой АРУ. Таким образом автоматически поднимается уровеньслабых сигналов по отношению к сильным. Выход каскада второй ПЧ используетсякак вход каскада детектора АРУ, выход которого, в свою очередь, используетсядля управления усилением каскадов ВЧ и ПЧ.

/>
ЧМ демодулятор
Назначением ЧМдемодулятора является воссоздание исходной полосы частот видеосигнала и сопровождающихего звуковых поднесущих из полосы частот выбранного канала и удаление сигналанесущей. Выходной сигнал ЧМ демодулятора называется сигналом основной полосы.
Автоматическаяподстройка частоты
Выходной сигнал с ЧМдемодулятора поступает на детектор автоматической подстройки частоты (АПЧ).Назначением данной схемы является формирование сигнала ошибки соответствующейполярности с целью получения требуемых значений корректирующих напряжений дляподстройки входных каскадов схемы настройки частоты. Иногда управлениеосуществляется непосредственно процессором настройки или микроЭВМ. Отсутствиеданной функции может привести к уходу настройки под воздействием температурыили влажности.
Приемники системы DVB
Структурная схематипичного спутникового приемника системы DVB/ MPEG-2 приведена на рис. 4. 22. Первое поколениеприемников DVB представляет собой настольные модели совмещенных приемников/декодеров(IRD). Приемники имеют стандартные разъемы ВЧ и SCART плюс разъем (интерфейс)персонального компьютера для подключения к службам Internet через спутниковый канал связи.Каналы данных используются для получения технических параметров передачи иинформации EPG (электронного путеводителя попрограммам). Приемник имеет слот (гнездо) для вставки смарт-карты. Система MPEG-2 является цифровым стандартомуплотнения звуковых и видеосигналов, который основывается на принципе дискретногокосинусного преобразования с максимальной скоростью передачи данных 15 Мбит/с.
/>
В состав принимаемыхтехнических параметров входят частота вещания, параметры модуляции и описаниеуслуг, предоставляемых при передаче объединенных сигналов различных служб.Настройка приемников производится автоматически при помощи встроенногопрограммного обеспечения, что позволяет менять параметры вещания или дажепереорганизовывать транспондеры спутника без перенастройки.
EPGвключает следующую информацию:
о данные ораспределительной сети, например Astra,Eutelsat;
о название каналов,например Bravo, Sky One, UK Gold;
о название программы,например Fashion News, Fawlty Towers;
о содержание программы,например фильм, новости, шоу;
о данные о службепровайдера, например Sky Television;
о программный пакет,например многоканальный пакет Sky;
о время, например 05: 00- 06: 00;
о описание, напримерназвание фильма, состав актеров и т. п.;
о подробности будущейпрограммы.

5.Расчет линии связи
 
5.1 Общиесведения
Строгоговоря, для определения размера приемной антенны следует проанализировать всюлинию связи, включая и линию связи вверх (от наземного передатчика до спутникасвязи), и линию связи вниз (от спутника до наземной приемной станции). Тем неменее применение в ТВ вещании методов управления мощностью на линии связи вверхи другие определенные традиционные допущения позволяют отдельно рассчитатьлинию связи вниз. На практике для определения параметров оборудования,устанавливаемого на месте приема сигналов (TVRO), вполне достаточноупрощенного метода расчета, представленного в настоящей главе.
Основная цельрасчета линии связи — определение или проверка того, насколько данноеоборудование подходит для обеспечения устойчивого приема сигналов от выбранногоспутника в заданном месте расположения приемной системы. В настоящее время дляТВ вещания наиболее часто используются S-, С-, Ku- и Ка — диапазонычастот. Диапазоны различных микроволновых сигналов и приблизительные значениячастот диапазонов приведены в табл. 5. 1.
Таблица 5. 1. Диапазонымикроволновых сигналов
/>
Конечно,можно вместо проведения собственных расчетов полагаться либо на общий расчетлинии связи, который предоставляют операторы спутниковой связи, либососредоточиться на готовых комплектах приемных систем, предназначенных дляработы с общедоступными спутниками. Такой подход не является ошибочным, но онсильно ограничивает вас по многим направлениям. Например, общий расчет линиисвязи всегда является компромиссным и диктует определенный общепринятыйстандарт качества сигнала и его доступности, что может не соответствоватьтребованиям потребителей. Например, клиент может быть иностранцем, проживающимв вашей стране, и хочет принимать сигналы вещания своей собственной страны.Какой диаметр антенны необходим в этом случае? Таким образом, существуетмножество причин, по которым расчет линии связи может понадобиться.
Чтобыубедиться, что условия устойчивого приема сигнала обеспечиваются для каждогоканала связи, вычисления необходимо выполнить для группы транспондеров. Этоособенно важно, когда приемная система собирается из комплектующих частей отразных производителей, поскольку в одном случае на практике может быть полученнеудовлетворительный результат, а в другом — чрезмерное усложнение конструкции можетпривести к неоправданному увеличению стоимости оборудования, а приемная системабудет выглядеть неэстетично.
Результатомрасчета линии связи является вычисленное значение отношения S/N, величина которого сравниваетсяс соответствующими значениями по пятибалльной шкале градаций качествапринимаемого изображения согласно рекомендациям Международного консультативногокомитета по радиовещанию МККР (см. табл. 5. 2). Данные оценки, которые полученыв результате многочисленных субъективных тестов, наиболее часто применяются вкачестве критерия общей эффективности работы приемных систем. Принятымстандартом для бытовых приемных систем является оценка «4», что соответствуетвзвешенному значению отношения S/N выше 42, 3 дБ.

Таблица 5. 2.Пятибалльная шкала градаций качества принимаемого изображения в соответствии срекомендациями МККР
/>
В настоящейглаве содержатся выражения, необходимые для детального анализа любого участкалинии связи вниз.
Подробныйрасчет линии связи
Приемсигналов в S-и С- диапазонах относительно не зависит от таких факторов, как затухание вусловиях дождя и поглощение сигнала в атмосфере, но при приеме сигналов в Кu- и Ка- диапазонах частотподобные потери необходимо принимать во внимание. Для выполнения подробногорасчета линии связи существуют многочисленные стандартные и альтернативныеформулы, позволяющие проводить вычисления с различной степенью точности.Приведенный здесь метод расчета является достаточно полным и учитываетзатухание сигнала в атмосферных осадках, возрастание шумов в осадках, потерирассогласования, переходные (волноводные) затухания, а также номинальную добротностьG/T и используемуюдобротность G/T, где G/T — это отношение полногокоэффициента усиления антенны к общей шумовой температуре системы.
Факторы,влияющие на прием сигнала со спутника
Работаспутниковых приемных ТВ систем зависит от ряда физических параметров, переченькоторых приводится ниже.
1.Эффективная изотропно — излучаемая мощность — ЭИИМ.
2. Диаметрдействующей антенны.
3.Коэффициент шума малошумящего блока или шумовая температура.
4. Переходныезатухания в волноводах и поляризаторах.
5. Потерииз-за неточного наведения (нацеливания) антенны:
— начальнаяошибка наведения;
— устойчивостьантенны под воздействием ветра или других условий окружающей среды;
— точностьудержания станции спутника на орбите.
6. Потериполяризации.
7. Старениетранспондера
8. Затуханиев условиях дождя для заданной вероятности получения (доступности) сигнала (номинальноезначение 99, 5% для среднего года).
9.Возрастание шумов в осадках при приеме сигнала в Кu- и Ка — диапазонах(дождь, снег или град).
10.Поглощение сигнала в атмосфере кислородом и парами воды (в зависимости от влажности).
11. Изменениятемпературы.
12. Параметрыприемника (порог демодулятора).
13.Характеристики модуляции сигнала.
14.Рассеивание сигналов из-за затенения антенны деревьями, зданиями, стаями птиц илетательными аппаратами (самолетами).
15. Потери нарасходимость луча при прохождении через атмосферу.
Временныевоздействия, такие как затенение пролетающими стаями птиц, по большей частинепредсказуемы, и при вычислениях их можно не принимать в расчет. Другиефакторы могут иметь значительное долговременное воздействие, хотя при приеме в S- и С- диапазонахфакторами 8, 9 и 10 можно пренебречь.
Расположениеместа приемапо отношению к позиции спутника
Каждыйгеостационарный спутник занимает определенную (уникальную) позицию или участокорбиты, находящейся на высоте 35 784 км прямо над экватором. Фактическоеположение спутника определяется долготой подспутниковой точки (точки,расположенной прямо под спутником на экваторе). Для захвата сигнала со спутникав пределах предполагаемой зоны обслуживания антенну необходимо точно установитькак по азимуту, так и по углу места.
Угол места
Угол места EL (угол возвышения)представляет собой угол направленного вверх наклона антенного зеркала(рефлектора) относительно земной поверхности. Его можно вычислить следующимобразом выражение (1):
/> 
где А — широта места нахождения земной станции (положительная для северного полушария,отрицательная для южного полушария);
В — восточнаядолгота земной станции минус восточная долгота спутника;
m = 6, 61 — отношениерадиуса геостационарной орбиты к радиусу экватора Земли.
Для низкихуглов места, значения которых составляют менее 30°, геометрический угол местаможет быть слегка модифицирован при помощи выражения (2) для учета среднейвеличины рефракции (преломления) в атмосфере. При этом верно рассчитанноеистинное значение угла места всегда должно быть больше, чем геометрическийугол.
/> (2)
где EL — результат вычислений,выполненных по выражению (1). В атласах приводятся значения широты и долготы,выраженные в градусах и минутах. Чтобы их можно было использовать привычислениях.
Азимут
Истинныйазимут AZ (поворот рефлектора антенны) представляет собой угол направления,указывающего на выбранный спутник, который отсчитывается от истинного севера.Магнитный азимут измеряется в градусах от 0 до 360°. Север, восток, юг и западимеют азимуты
указанныезначения необходимо перевести в градусы (с десятичными долями). Для этогоследует разделить число минут на 60, а полученный результат умножить на 100 иприбавить к целой части числа градусов. Например, нужно преобразовать 53°15'N в градусы:
53 + [(15/60)х 100] = 53, 25°N.
Значениязападной долготы необходимо преобразовать в соответствующие значения восточнойдолготы и отсчитывать от 0°Е (меридиан по Гринвичу) через 180°Е к 360°Е,которое снова будет являться тем же самым значением 0°Е. Таким образом, для значенийдолготы, расположенной западнее меридиана по Гринвичу, вычитание значениязападной долготы (°W) из 360° дает эквивалентное (соответствующее) значение восточнойдолготы. Например, значение 3°W будет эквивалентно следующему:
360° — (3°W) = 357°Е.
Стоит иметь ввиду, что на широтах выше 810невозможно наблюдать любой участокгеостационарной орбиты спутников. Точно так же и разность значений долготымежду земной станцией и желаемым спутником не может превышать данную величину. 0°,90°, 180° и 360° соответственно. Геостационарная орбита спутников отслеживаетсямагнитными азимутами между 90° и 270° в северном полушарии или от 270° до 90° вюжном полушарии. Истинный азимут рассчитывается из следующего выражения:
/> (3)
В расчетахдля южного полушария цифра 180 из формулы исключается.
Магнитныйазимут
Если истинноезначение угла азимута вычислено, то магнитный азимут можно легко рассчитатьпутем обычного сложения или вычитания магнитного склонения в соответствии с местомприема сигнала. Для всех регионов Европы величина западного магнитногосклонения добавляется к величине истинного азимута. Величина магнитногосклонения будет меняться в зависимости от места расположения земной станции, иее можно узнать из местных топографических карт. В некоторых случаях вместоприменения компаса для установки азимута можно использовать положение Солнца вразличное время дня, но на практике это возможно только в том случае, когдапредусматривается одна крупная установка. При установке большого количестваприемных систем применение данного метода не всегда удобно.
Протяженностьлинии связи вниз
Длина путипрохождения сигнала, иногда называемая наклонной дальностью, — это расстояниемежду земной станцией и рассматриваемым спутником. Чем дальше от экватора находитсяземная станция, тем длиннее будет путь прохождения сигнала. Для вычислениядлины пути Dиспользуется следующее выражение:
/> (4)
Длинаволны
Во многихвыражениях для упрощения вычислений вместо частоты чаще используется величинадлины волны.
Преобразованиечастоты в длину волны осуществляется следующим образом:
/> (5)
где с — скорость света (2, 998 х 108 м/с); f — частота, Гц.
Потери припрохождении сигнала в свободном пространстве
Потери припрохождении сигнала в свободном пространстве LFS, или потери на трассераспространения, выражают ослабление микроволновых сигналов по мере ихпродвижения к Земле и происходят из-за расходимости луча. В качестве аналогииможно представить падение с расстоянием интенсивности луча фары автомобиля. Потерина трассе распространения возрастают с увеличением частоты и становятся тембольше, чем ниже угол возвышения антенны (угол места). Подходящим выражениемдля вычисления величины потерь является следующее:
/>
Коэффициентусиления антенны
Коэффициентусиления антенны (Ga) возрастает с увеличением действующего размера антенны,который учитывает ее эффективность (р) и выражается следующей формулой:
/> (7)
где d — диаметр антенны, м;
р — процентэффективности антенны (обычно 60-80%); /> -длина волны, м.
ПримечаниеЭффективность антенны чаще приводится как нормированное значение меньше 1 (тоесть 0, 67 или 0, 8), а не выражается в процентном отношении. В таких случаяхиз формулы следует удалить цифру 100, стоящую в знаменателе, и подставитьзначение нормированного коэффициента для р.
Общаяшумовая температура приемной системы
Для наземнойприемной станции общая шумовая температура приемной системы TSYS складывается из шумовойтемпературы всех входящих в приемную систему составных частей и включает шумы,внесенные блоком LNB, компонентами волновода, и эквивалентные, или приведенные,шумы антенны.
Главныесоставляющие, воздействующие на шумовую температуру приемной системы, показанына рис. 5. 1. Плоскость PQ указывает точку, по отношению к которойприводятся общие шумы приемной системы. Обычно считается, что это точка,расположенная сразу перед входом блока LNB или точка соединительного фланцамежду компонентами волновода и блока LNB. Эквивалентная шумовая температураантенны ТА получается из всех внесенных шумов, попадающих наантенну, но уменьшенных частичной проницаемостью (/>) облучателя.
/>
 
Эффективнаяизотропно — излучаемая мощность
Изотропныйизлучатель определяется как излучающий равномерно по всем направлениям. Этоневозможно получить в реальности, но легко представить наглядно. Используяотражатель, изотропный излучатель может концентрировать всю свою энергию в видеузкого луча, который кажется некоторому отдаленному наблюдателю, находящемусяна другом конце луча, изотропным источником со значительно большей выходноймощностью. Таким образом, понятие эффективной изотропно -излучаемой мощности(ЭИИМ) используется в качестве меры напряженности (силы) сигнала, которыйпередается спутником на Землю. ЭИИМ измеряется в децибелах относительноодного ватта (дБВт) и достигает наивысшего значения в центре луча. Даннаявеличина уменьшается логарифмически по мере удаления от центра луча. ЗначениеЭИИМ для любого спутника можно получить из соответствующих карт зоныобслуживания, где указаны контуры с равными значениями ЭИИМ. Современныеспутники могут в определенной степени формировать контуры ЭИИМ, чтобысоответствовать желаемой зоне обслуживания. Применяемые для этого методы вданном случае не представляют интереса. Номинальное значение ЭИИМ для спутниковсредней мощности системы полу-СНВ, таких как системы Astra, составляет 52 дБВт.Спутники высокой мощности системы СНВ (DBS) имеют значения ЭИИМ,превышающие 60 дБВт.
Отношениенесущая/шум
Длядиапазонов частот Кu и Ка отношение несущая/шум (C/N) на входе приемнойсистемы определяется следующим выражением:
/> (8)
где EIRP — эффективная изотропно- излучаемая мощность со спутника в направлении места расположения приемнойсистемы, дБВт;
LFS — потери прираспространении сигнала в свободном пространстве на участке от Земли до спутникасвязи, дБ;
С/Тusable — минимально пониженнаявеличина коэффициента добротности приемной системы, дБ/К;
k — постоянная Больцмана(1,38 х 1СГ23 Дж/К);
В — полосапропускания приемника до детектирования промежуточной частоты ПЧ, Гц;
Aatm — ослабление сигнала засчет поглощения в атмосфере, дБ;
Агаin — затухание сигнала восадках для заданного процентного отношения времени, дБ.
ПримечаниеПри работе на частотах ниже 8 ГГц значениями Ааtm и Аrainможно пренебречь.
Привычислениях для условий ясного неба параметр Аrain исключается, aG/Tusab!eзаменяется наноминальный коэффициент добротности G/Tпом.
5.2Расчет цифровой линии связи
 
Данный разделсодержит информацию по распространению вычислений от ЧМ модуляции несущей до цифровойили фазовой модуляции. Теория информации классически делится на две отдельноопределяемые области:
о кодированиеисточника информации; о кодирование канала связи.
Сигналытелевизионного изображения дискретизируются с частотой, как минимум вдвоепревышающей верхнюю (граничную) частоту видеосигнала, и преобразуются вцифровой поток битов, называемый источником информации. Выход источникаинформации является входом источника кодирующего устройства. Функция последнегосостоит в уменьшении среднего числа битов информации в секунду, которыенеобходимо передать пользователю через канал связи. Кодирование источника — другая тематическая область — включает в себя изучение методов сжатияинформации, например методов, использующихся в стандарте MPEG-2. Нет необходимостизатрагивать эту тему, так как интерес в данном случае представляет толькоконечный поток переданной информации для расчета линии связи. В таких случаяхследует пренебречь подробностями кодирования и ссылаться на общий выходисточника информации и кодирующего устройства как на источник информации.
Переданныйсигнал, несущий полезную информацию, может быть неверно воспринят приемнымустройством из-за искажений сигнала, возникающих при передаче по зашумленномуканалу связи. Поэтому выход источника информации подсоединяется к кодеру каналасвязи, где в сигнал вводится избыточность (вставляются дополнительные битыинформации). Это делается для того, чтобы уменьшить вероятность появленияошибочных битов. Такая практика называется предварительной коррекцией ошибок(FEC) и является единственным методом обеспечения коррекции ошибок без запросаповторной передачи информации. Вероятность появления ошибочных битов равначастоте ошибочных битов (ВЕR) декодера приемного устройства. Казалось бы, нет необходимостиизучать методы цифрового сжатия только для того, чтобы еще раз прибавитьдополнительные биты информации перед передачей по каналу связи. Однако дляэтого есть веские причины.
Пропускнаяспособность канала связи согласно теореме Шеннона
Предварительнаякоррекция ошибок достигается введением избыточности в систему кодированияканала связи. Дополнительные биты добавляются предсказанным и предопределеннымобразом, чтобы декодер мог правильно интерпретировать передаваемые биты. Деталисоставления действительных (реальных) кодов слишком сложны, и в данномконтексте их изучение не представляется необходимым.
В конце1940-х годов американский инженер Клод И. Шеннон предложил научное обоснованиетеории информации. По существу, он показал, что пропускная способность (С)канала связи — это число битов информации в секунду, которое теоретически можнопередать по каналу связи с условно низкой частотой появления ошибочныхбитов. Пропускная способность является функцией ширины полосы пропусканияканала связи и отношения S/N.
В цифровыхсистемах параметром, эквивалентным отношению S/N, является отношение Eb/N0, которое определяетсякак отношение количества энергии в бите информации к спектральной плотностишумов. Для данной цифровой модуляции и метода кодирования существуетопределенное значение отношения Eb/N0, которое соответствует заданной величине ВЕR, ожидаемой на выходедекодера. Экспериментально показано, что величина ВЕR лучше, чем 10 — 10,примерно соответствует оценке «5» по градации качества приема сигнала.
Предположим,что мощность на выходе кодера источника информации меньше, чем пропускнаяспособность канала связи. Тогда можно уменьшить величину ВЕR до любого желаемогоуровня, используя FEC, не увеличивая мощность передатчика выше значения, длякоторого была рассчитана пропускная способность. Другими словами, существуетверхний предел скорости безошибочной связи, который может быть достигнут припередаче по любому заданному каналу связи. Однако здесь существует компромисс.Сложность систем кодирования канала связи стремительно растет при приближении кпропускной способности, и ширина полосы пропускания также возрастает. График,демонстрирующий зависимость пропускной способности канала связи по отношению к Eb/N0и ширине полосыпропускания, приведен на рис. 5.2.1.
Эффективностькодирования
Шеннон неопределил коды, которые позволили бы работать со скоростью, близкой кпропускной способности канала связи. Огромная работа была проведена с тех пор впопытке достижения этого теоретического предела. Из этого следует, чтоиспользование FEC выражается в коэффициенте эффективности кодирования (или коэффициентеэффективности декодирования) при демодуляции передаваемого сигнала. Коэффициентэффективности кодирования определяется как разность между величиной Eb/N0, требуемой длядостижения определенного значения ВЕR без применения кодирования, и величиной Eb/N0, требуемой длядостижения того же самого значения ВЕR с применением кодирования. Очевидно, что чемэффективнее кодирование, тем выше будет коэффициент его эффективности придемодуляции, но тем выше будет и сложность кодирования, и его стоимость.
/>
Примечания крисунку:
1. R — скорость передачиинформации, бит/с, W — передаваемая полоса частот, Гц.
2. Графикпоказывает границу пропускной способности для безошибочной связи.
3. Рабочаяобласть для безошибочной связи лежит выше кривой.
4. Для Eb/N0/> -1, 6 дБ требуетсябесконечная полоса частот.
5. Рабочееограничение мощности лежит слева от оси еb/n0(R
6. Областьограничения полосы пропускания лежит справа от оси Eb /N0(R > W).
Рис. 5.2.1. Границапропускной способности канала связи по Шеннону
Постоянныйвнешний код, применяющийся в стандарте DBV — это код (188, 204)Рида-Соломона, связанный с внутренним непрерывным (сверточным) кодом, которыйбыл выбран для удовлетворения требований вещателей. В комплексе такоекодирование канала связи может дать коэффициент эффективности кодирования свыше7 дБ. Не следует путать кодирование канала связи с кодированием источникаинформации (цифровым сжатием).
Предварительнаякоррекция ошибок
В системахспутниковой связи для модуляции цифровых несущих в подавляющем большинствеслучаев используют либо QPSK, OQPSK (сдвиг QPSK), либо BPSK модуляцию с применениемFEC. Обычно применяется QPSK с когерентной демодуляцией вместе с внутренним кодомчастотой 0, 5 или 0, 75, и когерентно — демодулированная BPSK с внутренним кодомчастотой 0, 5.
Потери приработе декодера
Демодуляторприемника является причиной определенного количества потерь в общем каналесвязи из-за нелинейности фильтров и т. д. Эти потери обычно малы по сравнению скоэффициентом эффективности декодирования, но все же составляют значительнуювеличину и должны быть учтены при расчете линии связи. Порядок этих величинобычно составляет от 1 до 1, 5 дБ.
Цифроваямодуляция
Цифроваямодуляция, также называемая фазовой модуляцией, во многих отношениях оченьпохожа на ЧМ. Как и в случае с ЧМ, анализ спектра является достаточно сложным,а оба спектра оказались бы похожими. Наиболее подходящими методами цифровоймодуляции для передачи сигналов цифрового ТВ через спутник связи являются BPSK (двоичная фазоваяманипуляция), QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), 8-PSK и, возможно, 16-QAM (квадратурнаяамплитудная модуляция). Из этих четырех методов наиболее часто используетсяQPSK. Он имеет преимущество, поскольку может работать при мощноститранспондера, близкой к насыщению, то есть с эффективной отдачей энергии. Втабл. 5. 2 приведены теоретические значения Eb/N0, требуемые длядостижения величины ВЕR, равной 10 — 10, без кодирования канала связи дляразличных методов модуляции. Метод 64-QAM часто выбирается для системы кабельногораспределения каналов, потому что он обладает высокой эффективностьюиспользования полосы пропускания при постоянно доступной ширине полосы пропускания6-8 МГц.
Таблица 5. 2.Сравнение методов цифровой модуляции для BER, равной 10 — '°
/>
Модификациидля системы DVB
В системе DVB(стандарт вещания цифрового телевидения) применяется фазовая модуляция, котораяпо своим свойствам близка к ЧМ. Поэтому параметры, которые относятся к аналоговымЧМ сигналам, действительны и для расчетов линии связи цифровых систем за однимисключением. Точно так же, как отношение S/N служит показателемкачества принимаемого сигнала в аналоговых ЧМ системах, отношение еb/n0, при котором достигаетсяопределенная величина ВЕR, является эквивалентом отношения S/N для цифровых систем.Соотношение между C/Nи еb/n0, выраженное в дБ,определяется следующей формулой:
/> (9)
где Eb/N0, дБ — отношениеколичества энергии в бите (Еь), Дж, к плотности потока мощностишумов, N0, Вт/Гц;
R — скорость передачиинформации, бит/с;
В — передаваемая полоса частот, Гц;
C/N — отношение несущая/шумв полосе частот В, дБ.
Характернойчертой практических цифровых систем является следующее: для данного отношенияскорости передачи бита информации к полосе пропускания канала существуетотношение сигнал/шум (Eb/N0), выше которого возможен прием сигнала безошибок и ниже которого прием невозможен. В отличие от аналоговых сигналов,которые постепенно ухудшаются под воздействием шумов, цифровые системыотносительно неподвержены влиянию шумов вплоть до того момента, когда система коррекцииошибок уже не может действовать эффективно. В результате происходит резкоеухудшение или «крушение» системы. Это свойство цифровых систем устраняетнеобходимость градаций качества принимаемого изображения. Качество изображенияотносительно не пострадает, если суммарный ухудшенный уровень отношения Eb/N0выше, чем некоторыйтребуемый уровень, соответствующий приемлемой «внутренней» вероятностипоявления ошибочных битов (Ре) или определенной величине ВЕR. ВЕR — это отношение числабитов информации, принятых ошибочно, к общему числу битов, переданных всекунду. Взаимоотношение между Ре и еb/n0зависит от конкретныхособенностей выбранного метода цифровой модуляции, поэтому операторыспутниковой связи обычно определяют (оговаривают) минимальный требуемый уровеньотношения еb/n0. Значения, составляющие около 8 дБ,являются типичными для большинства телепрограмм DVB.

Списоклитературы
1. Банкет В.Д.,Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. – М.: Радио и связь, 2008.-240с.
2. ГОСТ 19463 – 89.Магистральные каналы изображения радиорелейных и спутниковых систем передачи.Основные параметры и методы измерений.
3. ГОСТ Р 50788 –95. Установки непосредственного приема спутникового телевизионного вещания.Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений.
4. Кантор Л.Я.,Микашин В.П… Спутниковое вещание. – М.: Радио и связь, 2001. – 252с.
5. МСЭ. РекомендацииМККР, 1992 г. Серия RBT. Вещательнаяслужба (телевидение). МККР. Международный консультативный комитет по радио. –Женева, 2002. – 220с.
6. МСЭ. МККТТ. Синяякнига. Т. III – 4. Общие аспекты цифровых системпередачи; Оконечное оборудование. Рекомендации G. 700 — G.795. – 615с.
7. Регламентрадиосвязи. Т 1. – М.: Радио и связь 2005. – 509с.
8. Стивенсон Д.Спутниковое ТВ. Практическое руководство: Пер. с англ.-М.: ДМК Пресс, 2001. –496 с.
9. Спутниковая связьи вещание: Справочник. – 3-е изд., С74 перераб. И доп. / В.А. Бартенев и др;Под ред. Л.Я. Кантора.-М.: Радио и связь, 2007. – 528с.: ил.

Приложение
Получениепоследних данных о спутниках и уровнях ЭИИМ в их зовах обслуживания можетоказаться проблематичным. Расчет линии связи тоже занимает много времени,особенно если необходимо учитывать затухание сигнала в дожде и его поглощение ватмосфере при прохождении через определенный участок пространства на пути кЗемле. Подобные вычисления можно производить намного быстрее, используяспециальные постоянно обновляемые пакеты компьютерных программ.
Привыполнении упрощенного «каркасного» метода расчета линии связи, который выполняетсяс большими допущениями для условий приема сигнала при ясном небе, можно воспользоватьсяпрограммным обеспечением “SMWLink 2.0.”.
Программа Satmaster Pro для Windows
Программа Satmaster Pro, предназначена для вещателей,тех, кто работает с системами SNG (Satellite News Gathering, спутниковая системасбора новостей, применяется видео- и тележурналистике), компаний, занимающихсяустановкой таковых антенн, и отдельных трейдеров, занятых в отраслиспутникового ТВ. С помощью этой программы производится расчет параметров понацеливанию антенны и анализ линии связи, прогнозируются нарушения радиосвязииз-за воздействия солнечного излучения. При расчете линии связи можно моделироватьзатухание сигнала в дожде и прогнозировать поглощение сигнала в атмосфередаже для низких углов места. В возможности данной программы входит такжевычисление полного (суммарного) магнитного склонения, хранение данных окоординатах расположения десятков тысяч городов и деловых центров, что позволяетспроектировать и установить спутниковую систему в любом месте земного шара.Программа Satmaster Pro объединяет все необходимые исходные данные,средства проектирования и анализа системы в одном программном пакете. Онапредоставляет следующие возможности:
вычислениеуглов обзора и значений устанавливаемых углов полярной подвески, включаямагнитный азимут и дополнительное расположение двух облучателей. Редактируемаябаза данных по 25 000 городам и деловым центрам, расположенная в двухстахотдельных файлах, объединяющих данные по странам. Расчет установки двух облучателей;
выполнениекраткой формы расчета аналоговой и цифровой линии связи вниз для ТВ вещания.Оптимизация минимального размера антенной тарелки для любого выбранногозаданного значения C/N,C/N0, S/N, оценки по шкале МККР,или еb/n0 включая уровень несущейна выходе блока LNB для систем распределения сигналов ПЧ;
калькуляторрасчета цифровой линии связи для режимов SCPC/ МСРС. Вычисляетминимальный уровень мощности, требуемый для линии связи вверх, ширину полосыпропускания транспондера и коэффициент использования мощности на одну несущую сучетом интерференции. При этом можно задавать скорость передачи информации от56 Кбит/с до значительно превышающих 40 Мбит/с. Кроме того, задается применениераспространенных методов модуляции при любой скорости FEC-кодирования;
отображениекарт зон обслуживания, дождевых климатических поясов, плотности водяных паров итемпературы земной поверхности;
прогнозированиенарушений радиосвязи под воздействием солнечного излучения, представлениеежегодных данных по датам и времени перерывов для любого глобального сочетанияспутника/земной станции. Определение направления север/юг с позиции Солнца дляустановки полярных подвесок;
вычерчиваниеграфиков и большой выбор для генерирования (создания) различных таблиц;
контекстно-зависимаяпомощь (справка) во всех полях ввода данных и большой ассоциированныйсправочный файл;
генерированиеграфиков и таблиц, включая цифровую модуляцию, затухание сигнала в дожде ипоглощение в атмосфере;
выполнениевычислений и преобразований, подключение редактируемой программы проверки болеесложных математических выражений;