Спутниковое ТВ

Тенденция существенного увеличения использования странами каналов по плану НТВ-12 сегодня не наблюдается. В странах Американского континента преимущественно используется диапазон ФСС 4 ГГц, а в Европейских государствах - 11...12 ГГц, что обусловлено исторически сложившимся характером развития технических средств. В США для применения земной приемной станции ранее требовалось получить специальное разрешение Федеральной Комиссии по связи и пройти сложную процедуру оформления. В 1984 г. этот фактический запрет был снят, и в течение нескольких лет населению было продано 2,5 млн. приемных станций. Сегодня же в США население имеет более 4 млн. спутниковых станций диапазона 4 ГГц. Через ИСЗ передается более 100 ТВ программ.

Приемная сеть «Орбита»

В 1967 г. в Советском Союзе была создана приемная сеть станций "Орбита" первой очереди, содержащая 20 станций для обслуживания ТВ вещанием удаленных районов Крайнего Севера, Дальнего Востока и Средней Азии. Эффективность сети была высокой, и число земных станций быстро росло: к началу 1982 г. оно достигло примерно 100 на территории СССР. В СССР эти станции расположены преимущественно в районах, прилегающих к берегам Северного Ледовитого океана от Мурманска до Анадыря и к южным границам Союза от Каспийского моря до Сахалина. В настоящее время станции работают с ИСЗ "Молния-1, -2, -З", "Радуга", "Горизонт".

Сеть "Орбита" является косвенной распределительной сетью, т. е. наземные станции принимают через ИСЗ Центральную программу из Москвы и по соединительным линиям передают на ближайший ТЦ, который доводит ее до местных зрителей в своем метровом диапазоне. Все станции "Орбита" однотипные: круглое железобетонное здание, на крыше которого на специальном опорно-поворотном устройстве устанавливается следящая параболическая антенна диаметром 12 м и фокусным расстоянием 3 м. Перемещение антенны обеспечивается в двух плоскостях: по азимуту на ±270° и по углу места от 0 до 90°. Жесткость конструкции антенны допускает работу при скорости ветра до 25 м/с в диапазоне температур ±50°С. Коэффициент использования площади антенны до 0,65... 0,7 и шумовая температура не выше 40 К при угле места 5°. В центральном зале станции располагается вся приемная аппаратура с устройствами оперативного контроля (рис. 18.10), аппаратура наведения антенны и соединительной линии с местным ТЦ. В помещениях вокруг центрального зала размещены: система вентиляции и кондиционирования, аппаратура электроприводов антенны, силовые шкафы и лаборатория с измерительной аппаратурой. В качестве малошумящего усилителя применяется двухкаскадный параметрический усилитель с охлаждением жидким азотом.

Разработана также малая ретрансляционная станция "Марс". Это приемно-передающая перевозимая станция, позволяющая вести ТВ передачу практически из любого пункта СССР через ИСЗ или принимать передачу центрального телевидения через ИСЗ в удаленном пункте. Это "космическая передвижка" обеспечивает высокое качество ретрансляции сигналов ТВ, а также организацию двух каналов звукового сопровождения и каналов служебной связи. Вся аппаратура размещается в трех контейнерах Развертывание станции на работу в пункте событий занимает только несколько дней В состав станции входят параболическая полноповоротная антенна с диаметром зеркала 7 м, с механизмами вращения и антенно-волноводным трактом; широкополосное приемное устройство с малошумящими усилителями - первые два каскада охлаждаются жидким азотом; передающее устройство, работающее в сантиметровом диапазоне, в различное вспомогательное оборудование Помимо станции "Марс" ряд наземных станций "Орбита" оборудован передатчиками для обратной ТВ связи с центром через ИСЗ.

Космическая станция при движении по эллиптической орбите вокруг Земли в некоторые периоды времени будет находиться вне видимости земного пункта приема Это ведет к перерывам космической связи. Для ликвидации этого нежелательного явления требуются несколько спутников (система спутников) или передвижные ретрансляторы в виде морских кораблей, которые могут курсировать в любой акватории Мирового океана В Советском Союзе для этого создан специальный флот Академии наук СССР в составе кораблей- флагман - "Космонавт Юрий Гагарин" и исследовательских кораблей - "Академик Сергей Королев", "Космонавт Владимир Комаров". Оборудование этих кораблей состоит из антенн, приемных и передающих радиоустройств дальней связи, систем траекторных измерений, систем управления и сложного комплекса ЭВМ. В этом случае связь с Землей будет осуществляться по схеме космический объект-морской корабль-ИСЗ "Молниях-центральный приемный пункт.

Приемные станции "Орбита" были построены практически во всех крупных городах отдаленных районов Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока. В то же время строительство таких станций в малых населенных пунктах с населением в несколько тысяч человек практически невыгодно. Поэтому дальнейшее развитие системы "Орбита" было прекращено. 

Приемная сеть «Москва»

В 1979 г. была введена в эксплуатацию новая распределительная спутниковая система "Москва" в диапазонах 6/4 ГГц. Подача ТВ программ на сеть земных приемных станций ведется через ИСЗ "Горизонт", которые планируется располагать на геостационарных орбитах в точках 53, 90 и 140° в.д.

Повышенная до 40 Вт мощность бортового передатчика в сочетании с узконаправленной бортовой передающей антенной обеспечивает максимально допустимое значение эквивалентной изотропно-излучаемой мощности ЭИИМ. Особенностью системы "Москва" является то, что для электромагнитной совместимости ее с существующими наземными и спутниковыми средствами было использовано искусственное рассеяние мощности путем дисперсии несущей. Несущая дополнительно отклоняется с частого" 2,5 Гц и девиацией ±4 МГц. Это позволило соблюсти установленные МККР нормы на допустимую спектральную мощность потока (-152 дБВт/м2 в полосе 4 кГц) при высокой интегральной плотности потока мощности у поверхности Земли -120 дБВт/м2. В зону, обслуживаемую одним ИСЗ, входит 2...3 часовых пояса, т. е. ее размер выбран с учетом принятых принципов организации многозонового ТВ и звукового вещания в СССР.

Приемная антенна земной станции имеет небольшой диаметр зеркала (2,5 м) и массу не более 400 кг; ширина диаграммы направленности ± 1°. В качестве входного устройства стало возможным применить неохлаждаемый параметрический усилитель с температурой шума 100 К. Все остальное радиотехническое оборудование размещается в небольшой стойке. Таким образом, создана распределительная ТВ система с приемом на сравнительно простые станции в диапазоне 4 ГГц, не требующие постоянного квалификационного обслуживания.

Сигнал дисперсии в приемнике эффективно выводится с помощью устройства узкополосной обратной связи по частоте ОСЧ (рис. 18.11). Выбранное значение частоты дисперсии позволяет отделить его от ТВ сигнала и замкнуть цепь обратной связи (См-УПЧ-демодулятор Дм-узкополосный фильтр УФ-управляемый гетеродин УГ) только по сигналу дисперсии. При этом девиация частоты за счет сигнала дисперсии в значительной степени уменьшается, и полосу приемника рассчитывают на пропускание ЧМ сигнала, модулированного только полезным сообщением (около 40 МГц). Остаточный сигнал дисперсии удаляется путем применения схем восстановления постоянной составляющей сигнала Общая пиковая девиация частоты в системе "Москва" составляет ±15 МГц (±13 МГц для ТВ сигнала и ±1 МГц для сигналов звукового сопровождения и радиовещания, передаваемых методом ЧМ на поднесущих частотах 7 и 7,5 МГц с девиацией ±150 кГц). На поднесущей частоте 8,2 МГц можно организовать передачу изображения газетных полос.

В комплект приемной станции входит ТВ ретранслятор мощностью 1, 10 или 100 Вт или устройство для работы на кабельную сеть. Использование станции в комплексе с передатчиком мощностью 100 Вт эффективно практически для любого населенного пункта страны. Разработан также перевозимый вариант приемной станции "Москва"; все оборудование перевозимой станции размещается в кузове от грузового автомобиля.

В настоящее время новая система прямого распределения ТВ программ "Москва" интенсивно развивается. 

Приемная сеть «Экран»

Перспективой ТВ вещания с помощью ИСЗ является непосредственное ТВ вещание НТВ. Промежуточный этап на пути к НТВ - вещание на коллективные приемные устройства, которые будут, очевидно, совмещаться с ТВ узлами систем кабельного ТВ. Такие устройства относительно более сложные и поэтому не требуют повышенной мощности ретранслятора спутника связи. Первые практические шаги в этом направлении сделаны- на геостационарные орбиты запущены ИСЗ "Экран" (точка стояния 99±1° в.д.), работающие в системе связи с параметрами: fпер = 620±12 МГц; fпер = 714±12 МГц (52...54 ТВ каналы); передача сигналов звукового сопровождения на поднесущей 6,5 МГц с девиацией ±50 кГц; частотная модуляция несущей с пиковой девиацией DfS = Dfиз+Dfзв=±9±2=±11 МГц; стандартные линейные предыскажения сигнала; мощность ретранслятора 200 Вт (мощность солнечных батарей не менее 2 кВт); коэффициент усиления бортовой антенны 34 дБ; напряженность поля на краю зоны обслуживания 29 мкВ/м. В системе "Экран" используются приемные устройства двух типов - упрощенные (II класса) и более сложные (I класса) [61, 62].

Установки I класса комплектуются антеннами "волновой канал", содержащими 32 полотна. В качестве высокочастотного блока используется недорогой малошумящий двухкаскадный усилитель на серийных транзисторах ГТ362Б. Приемная установка обеспечивает модуляцию и разделение сигналов изображения и звукового сопровождения. Выходной ТВ сигнал с высоким качеством подается на мощные ТВ станции, обслуживающие достаточно большие населенные пункты. В комплект установки II класса входят антенна из четырех полотен и малогабаритное приемное устройство, в котором спектр сигнала с принятой частоты 714±12 МГц переносится в спектр одного из каналов метрового диапазона и сигнал ЧМ преобразуется в АМ. Установки предназначены для подачи ТВ сигнала на маломощные ТВ ретрансляторы или в кабельную сеть. Модифицированные установки II класса объединены с передающим устройством мощностью 1 или 10 Вт.

Приемные установки системы "Экран" работают в диапазоне 0,7 ГГц. Они имеют низкую стоимость, поэтому система является весьма эффективным средством организации ТВ вещания в районах Сибири и Крайнего Севера СССР. Зона обслуживания системы охватывает около 40% всей территории страны (9 млн. км2). В настоящее время в стране установлено более 1500 установок этой системы, и сеть станций продолжает расширяться. Однако в других районах страны использовать систему "Экран" невозможно из за больших помех наземным средствам на территориях сопредельных государств.

Стандарты сигналов спутникового ТВ вещания

Стандартом ТВ сигнала называют совокупность определяющих его основных характеристик, таких как способ разложения изображения, число строк и кадров, длительность и форма синхронизирующих и гасящих импульсов, полярность сигнала, разнос между несущими частотами изображения и звукового сопровождения и метод модуляции последней, параметры предыскажаюшей цепи звукового сигнала и др. Для цветного телевидения добавляется метод передачи сигналов цветности совместно с сигналом яркости. В спутниковом вещании традиционно используются стандарты формирования ТВ сигнала, сложившиеся в наземном телевизионном вещании. Для черно-белого телевидения существует 10 стандартов, которые принято обозначать латинскими буквами В, D, G, Н, I, К, К1, L, М, N.

По способу передачи сигналов цветности различают три системы цветного телевидения: SЕСАМ, NTSC и РАL. Каждая из трех систем может применяться с любым из 10 стандартов черно-белого ТВ вещания, давая 30 возможных комбинаций. На практике применяются девять разновидностей РАL, шесть - SЕСАМ и один стандарт из группы NТSС.

Системы SЕСАМ, NTSC и РАL были разработаны для наземных ТВ сетей, использующих амплитудную модуляцию (AM) несущей изображения, и не очень пригодны для спутниковых каналов, где основной является частотная модуляция (ЧМ). При прохождении ЧМ сигнала через тракты с неравномерной амплитудной и нелинейной фазовой характеристикой возникают перекрестные искажения сигналов яркости и цветности ухудшающие качество изображения. К тому же из-за треугольного спектра демодулнрованного шума при ЧМ сигналы цветности оказываются в области повышенной спектральной плотности мощности шума, что снижает помехоустойчивость приема этих сигналов

В конце 80-х гг. был создан алгоритм цифрового сжатия, позволявший передать высококачественное изображение со скоростью 7...9 Мбит/с, изображение вещательного качества - со скоростью 3,5...5,5 Мбит/с и кинофильм (совокупность неподвижных изображений) со скоростью не более 1,5 Мбит/с. На основе этого алгоритма Международная организация стандартизации приняла два стандарта обработки ТВ изображения: МРЕG1 для телевидения с невысокой разрешающей способностью и прогрессивной разверткой (компакт-диски, компьютерные игры, мультимедиа) и МРЕG2 для вещательного телевидения с чересстрочной разверткой. Дальнейшим развитием МРЕG2 стал европейский стандарт цифрового ТВ вещания (DVB), содержащий нормы на параметры модуляции, кодирования и передачи по каналам связи.

Аналоговый метод передачи с ЧМ