Скачать

Индивидуальный прием программ спутникового вещания

Спутниковое вещание является одним из коммерчески наиболее значимых направлений в области спутниковых технологий. Исторически оно рассматривается как самостоятельная служба (вещательная спутниковая служба), которой выделены свои частотные полосы и правила их использования. Сегодня спутниковое вещание уже не замкнуто в пределах своих нормативных границ. Этому способствовали, с одной стороны, повышение энергетических показателей спутников, работающих в полосах частот фиксированной спутниковой связи, с другой – процесс интеграции технологий передачи, приема и обработки цифровой информации в области связи и вещания.

Как показывает мировой опыт, спутниковое телевизионное вещание, служащее для доставки программ телевидения индивидуальным и коллективным абонентам (стационарным и подвижным), эффективно для создания региональных систем распределительного телевидения и вполне способно конкурировать с современными кабельными и эфирными средствами. Широкое внедрение цифровых технологий, с которыми связана «вторая молодость» спутникового телевидения, продолжает оставаться главным фактором, определяющим дальнейшие пути его развития. Одно из последних достижений в области телевидения – телевидение высокой четкости перешло в стадию практической реализации благодаря достижениям в области компрессии информации. В результате спутниковые системы вещания смогли обеспечить необходимую пропускную способность каналов для передачи программ в формате HDTV с приемлемыми качеством и стоимостью.

В данном курсовом проекте рассматривается приемная система цифрового спутникового вещания с позиционируемой антенной. Т.е. пользователь приобретает приемную спутниковую систему, устанавливает на стене здания антенну и по собственному желанию сможет настраиваться на любой доступный в данном районе спутник.

1 ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЦИФРОВОГО СПУТНИКОВОГО

МУЛЬТИМЕДИЙНОГО ВЕЩАНИЯ

Спутниковое вещание представляет собой однонаправленную передачу телевизионных и звуковых программ, а также мультимедийных приложений, включая данные Интернет, от передающих земных станций (ЗС) к приёмному оборудованию через бортовые ретрансляторы спутника. В отличие от наземного вещания с помощью спутника могут покрываться значительные территории Земли с неограниченным числом приемных станций, расположенных как на суше, так и на море. Передача мультимедийных данных (каталоги, видеоматериалы, программные продукты, титры, финансовые и спортивные новости и др.) строится на использовании открытого стандарта MPEG-2/DVB-S. Доставка информационных данных по спутниковым каналам осуществляется как группам пользователей в форме потокового вещания (режим Multicast), так и одиночным пользователям в форме адресной доставки цифровых пакетов фиксированного объёма в определённое время (режим Unicast).

Земные станции спутниковых систем вещания обычно вынесены за пределы городов и связаны с центрами формирования ТВ-программ и мультимедийной информации волоконно-оптическими, коаксиальными или радиорелейными линиями связи. Структурная схема системы спутникового вещания приведена на рисунке 1.1. Число передающих ЗС в комплексе подачи программ на спутник может быть различным и определяться числом стран, участвующих в вещании через конкретный искусственный спутник Земли (ИСЗ). В целях контроля за качеством передач на каждой ЗС осуществляется прием сигналов, транслируемых через спутник. Для наполнения цифровых пакетов информацией, передаваемой на несущих f₁…f_n, на ЗС дополнительно осуществляется прием данных Интернет, программ с других ИСЗ, а также формирование собственных программ на телерадиостудии.

Рисунок 1.1 – Структурная схема системы спутникового вещания

Приём сигналов вещания с ИСЗ осуществляется на профессиональное оборудование телецентров (ТЦ), головные станции (ГС), приёмные установки (ПУ) индивидуального и коллективного пользования. Сигналы с профессиональных станций поступают к потребителям через местный телецентр, а с головных станций – по эфирным (MMDS, MVDS и др.) или кабельным распределительным сетям (КРС). При индивидуальном приёме осуществляется непосредственный приём сигналов с ИСЗ на недорогие ПУ с антеннами относительно малого диаметра (0,6…1,2 м). Антенны приемных систем (ПС) либо фиксируются в направлении на заданный спутник либо имеют возможность перестройки на другие ИСЗ посредством применения опорно-поворотного устройства (ОПУ).

Спутниковое вещание в основном строится на использовании геостационарных ИСЗ, орбита которых является круговой и расположена в плоскости экватора Земли с удалением от её центра на расстояние

, км, (1.1)

где – r₀ радиус орбиты; M – масса Земли, равная 5,976 ·10³⁴ кг; G – постоянная гравитации, равная 6,67·10^-11 Н·м2/кг2; T – период обращения спутника вокруг Земли, равный 23 ч 56 мин 04 с (86164 с).

Выражение (1.1) получено из условия того, что на ГО сила гравитации F_G, притягивающая спутник к поверхности Земли, и центробежная сила F_Ц, действующая на спутник, уравновешены, т.е. F_G = F_Ц.

Высота орбиты относительно поверхности Земли составляет 35786 км.

При строгом подходе к форме и положению ГО в пространстве следует учитывать асимметричность гравитационного поля Земли, силу давления солнечного света на ИСЗ и гравитационное влияние Луны и Солнца. Однако эти факторы, приводящие к небольшой эллиптичности орбиты и наклону её плоскости относительно экваториальной, в рамках рассматриваемых вопросов не являются существенными и могут не приниматься во внимание.

Уникальность орбиты заключается в том, что спутник, находясь на ней, движется по инерции со скоростью равной 3,064 км/c, не требуя расхода топлива. Спутник, перемещаясь с запада на восток, для наземного наблюдателя кажется неподвижным, поскольку угловые скорости спутника и Земли совпадают. Эти обстоятельства позволяют обеспечить круглосуточное вещание на неперестраиваемые приёмные антенны при стабильном уровне сигналов на их выходе. С помощью трех равноудаленных спутников на ГО можно охватить вещанием до 95 % поверхности Земли (за исключением районов выше 81,3⁰ северной и южной широт).

Вследствие уникальности этой орбиты её отдельные участки уже перенасыщены вещательными ИСЗ. Их общее число в настоящее время превышает 250. Для увеличения числа ИСЗ на ГО и объёма вещания в требуемую зону некоторые операторы располагают на одной позиции несколько спутников. Так, на позиции 13^о в.д. располагается пять ИСЗ серии «HotBird», а на позиции 19,2^о в.д. − семь ИСЗ серии «Astra». Для организации независимого приёма с требуемых ИСЗ используют частотное, поляризационное и пространственное разделение сигналов. Чтобы предотвратить возможность столкновений спутников и обеспечить постоянство их положения на ГО, задействованы специальные системы контроля и управления орбитальными группировками. Требуемое положение спутников поддерживается с помощью корректирующих двигателей, включаемых по командам с наземных комплексов управления. Точность удержания ИСЗ на заданной позиции обычно не хуже ±0,1º (соответствует отклонению ИСЗ на ГО до 70 км). Современные вещательные и многофункциональные спутники используют многоствольный принцип построения и содержат достаточно большое число (10…60) независимых приёмопередающих трактов (радиостволов), выполняющих функции ретрансляции сигналов. Например, на российском спутнике Экспресс-АМ-22 (80º в.д.), располагается 29 радиостволов для работы в трех диапазонах частот.

Вся совокупность ретрансляторов и антенн, расположенных на платформе спутника, образует модуль полезной нагрузки. Кроме этого модуля на платформе ИСЗ располагаются системы энергоснабжения, ориентации антенн на требуемые зоны вещания, наведения солнечных батарей в направлении на Солнце, устройства пространственной стабилизации и коррекции положения спутника на орбите. Для контроля за функционированием устройств и систем спутника и управления их работой используется подсистема телесигнализации и телеуправления.

Ретрансляция сигналов может быть прямой (прозрачной) или с обработкой и пакетированием информации на борту. Используемая на новых спутниках Eutelsat серии «HotBird» технология Sky Plex позволяет объединить в общий цифровой пакет отдельные сигналы, поступающие с различных ЗС стран Европы. В состав цифрового пакета одного радиоствола входят 6…12 ТВ-программ и столько или более радиопрограмм. Ширина полосы радиоствола вещательных спутников обычно составляет 27, 33, 36, 42, 72 МГц.

Прием и передача ретранслируемых сигналов осуществляется в разных диапазонах частот. Обычно значения частот для направления ЗС – ИСЗ выше значений частот ИСЗ – ЗС. Выходная мощность радиоствола в зависимости от назначения и диапазона частот находится в пределах 50…200 Вт.

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) бортового ретранслятора составляет

, дБВт, (1.3)

где Р_ПД – мощность передатчика радиоствола, Вт; g_ПД – усиление передающей антенны, дБ; а_Ф.ПД – потери в фидере передающего тракта, дБ.

Основной объем спутниковых трансляций в направлении ЗС (линия вниз) осуществляется в диапазонах частот 3,4…4,2 и 4,5…4,8 ГГц (С-диапазон) и 10,7…12,75 ГГц (Ku-диапазон). Указанные полосы частот С-диапазона и полосы 10,7…11,7, 12,5…12,75 Ku-диапазона выделены Регламентом радиосвязи МСЭ для фиксированной спутниковой службы (ФСС). В рамках этой службы организуются международные, региональные и национальные сети связи и вещания. По этим сетям передаются различные виды информации, включая широкополосное вещание и высокоскоростные потоки данных Интернет. Максимальная мощность передатчиков бортовых ретрансляторов этой службы обычно не превышает 100 Вт, что связано с обеспечением норм на допустимую плотность потока мощности (ППМ) у поверхности Земли, создаваемую спутником. Допустимые значения ППМ определены Регламентом радиосвязи, при которых обеспечивается совместная работа спутниковых и наземных средств радиосвязи и вещания. Обязательным решением при обеспечении электромагнитной совместимости радиосредств в цифровых системах является скремблирование (перемешивание) данных.

Величина плотности потока мощности, создаваемая спутниковым ретранслятором в зоне приема на площади 1 м2, рассчитывается по формуле:

, дБВт/м2, (1.4)

где r – наклонная дальность между ИСЗ и точкой приема, м; а_доп – дополнительные потери на спутниковой радиолинии из-за ослабления сигнала в атмосфере, дождях, неточного наведения антенны на ИСЗ и др., дБ.

Полоса частот 11,7…12,5 ГГц Ku-диапазона выделена Регламентом радиосвязи МСЭ для радиовещательной спутниковой службы (РСС). В рамках этой службы осуществляется прямое спутниковое вещание на приемные установки индивидуального и коллективного пользования. По сравнению с ФСС в этой службе допустимая ППМ у поверхности Земли выше и, как следствие, возможно снижение размеров приемных антенн. В полосе 11,7…12,5 ГГц размещается 40 каналов с шириной полосы 27 (33) МГц. Частотный разнос между соседними каналами с разной поляризацией установлен = 19,18 МГц.

Поляризация сигналов принята круговой. Подача сигналов на ИСЗ (линия «вверх») осуществляется только в полосах ФСС. Планы распределения частотных радиоканалов в различных спутниковых системах отличаются друг от друга.

2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Владельцем спутников Hotbird 6/7A/8 является французская компания "Alcatel". В зоне покрытия - Европа, Америка, Ближний Восток, Центральная Азия, Индия, Северная Африка. Спутник Hotbird 6/7A/8 находится в орбитальной позиции 13 ° восточной долготы. С Hotbird транслируются каналы на различных языках мира: французский, немецкий, польский, китайский, корейский, хинди, сербский и многие другие. Технические характеристики спутника HotBird 6 приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Технические характеристики спутника HotBird 6