Материал: Видеотелевизионные системы. Сенаторов А.К., Скоробогатов В.С
Произошел переход к схеме "коллективная антенна - кабельная распределительная сеть на подъезд или дом - телевизоры" (рис. 20,б).
Далее началось развитие укрупненных кабельных сетей с одной антенной, устанавливаемой в месте наиболее благоприятного приема телевизионного сигнала как по уровню, так и по минимальным искажениям: они также применимы для зон с нормальными условиями приема для увеличения числа передаваемых программ (рис. 21).
Такие сети сегодня распространены в крупных городах. Они могут объединять несколько домов, группы домов, кварталы и даже районы. Антенны, которые стояли на каждом доме, исчезли, а вместо них по воздуху от дома к дому протянуты кабели, они получили название КСКПТ - крупных систем коллективного приема телевидения.
Сначала внедрение КСКПТ должно было обеспечить качественный прием телепрограмм, а затем представить обладателю телеприемника возможность заказать ту или иную визуальную информацию.
Рис. 21 Крупная система коллективного приѐма телевидения (КСКПТ)
Необходимость создания КСКПТ была вызвана ухудшением электромагнитной обстановки из-за строительства высоких зданий, образовавших "мертвые зоны", куда сигнал телецентра не попадал, и сильные отражѐнные сигнала, создавали повторные контуры. Однако в КСКПТ телевизионный сигнал подавется не только с эфира, но и напрямую, по специальным линиям связи, например оптоволоконным. Исключение эфирного участка линии связи освобождает от индустриальных помех и воздействия атмосферных условий.
Достижения волоконной оптики и создание лазеров позволили разработать принципиально новые линии связи, построенные на световодах - тонких стеклянных нитях, обладающих большой гибкостью. Дело в том, что хрупкостью обладает стекло относительно большой толщины. Стекловолокно имеет толщину во внутренней части 10 мкм., а в наружной - 100 мкм. Это и делает световоды из стекловолокна абсолютно гибкими, как медная проволока.
Несколько таких волокон собирают в жгут и покрывают полимерной оболочкой. Волоконно-оптический кабель обладает большим преимуществом по сравнению с коаксиальными - затухание при передачи сигнала во много раз меньше, что позволяет без дополнительного усиления передавать программы на расстояние до 100 км. К другим достоинствам относится невосприимчивость к состоянию атмосферы и электромагнитным помехам. Так что будущее за волоконно-оптическими системами связи.
46
Кабельное телевидение - это не только студии кабельного телевидения, которые создают собственные программы, но и сети кабельного телевидения, по которым осуществляется доставка телевизионного сигнала эфирных программ от антенного устройства до абонента, в том числе и программ студий кабельного телевидения.
Техническое обслуживание кабельных сетей телевидения, например в Москве осуществляет ТВ узел как территориальное подразделение государственного предприятия "Мостелеком". Основная задача ТВ узла заключается в организации, эксплуатации и контроле за качеством технического обслуживания сетей кабельного телевидения.
Система кабельного телевидения (СКТ) реализуется следующим образом (рис. 22). Головная станция принимает эфирные сигналы и сигналы, передаваемые по радиорелейным и спутниковым каналам связи в диапазоне метровых и дециметровых волн (I-III частотные диапазоны волн).
Рис. 22 Схема современной системы кабельного телевидения.
При необходимости телевизионные радиосигналы, принимаемые в I-III диапазонах, могут преобразовываться в сигналы других каналов этих диапазонов.
Кроме того, радиосигналы, принимаемые в диапазонах IV-V,могут быть преобразованы
всигналы свободных каналов I-III диапазонов.
Сголовной станции телевизионный сигнал проходит через ряд устройств (усилители, разветвители, ответвители и др.) и поступает в домовую распределительную сеть, которая заканчивается в квартире розеткой для подключения телевизора.
Системы кабельного телевидения создаются как окружные, так и районные. Они могут быть оборудованы небольшой студией, видеомагнитофонами и другими устройствами формирования программ.
47
10. СПУТНИКОВОЕ ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ
В основе спутникового телевизионного вещания лежит идея размещения ретранслятора на космическом аппарате (КА). Движение КА длительное время происходит без затрат энергии, а энергоснабжение всех систем ретранслятора осуществляется от солнечных батарей. КА, находящийся на достаточно высокой орбите, способен «охватить» очень большую территорию - около трети поверхности Земли, поэтому через его бортовой ретранслятор могут связываться любые станции, находящиеся на этой территории. Трех КА практически достаточно для создания глобальной системы связи.
Принцип спутникового ТВ вещания заключается в ретрансляции отражающей поверхностью или аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приемным. Таким образом, в зависимости от характера обработки сигнала на спутнике ретрансляция может быть пассивной или активной. В первом случае функции ретранслятора выполняют развертываемые в космосе специальные отражатели, например, тонкостенные конструкции из металлизированных синтетических пленок. Такая конструкция имеет значительную площадь (несколько десятков квадратных метров), рассеивает падающие на нее радиоволны, а наземная приемная станция улавливает часть их энергии. Достоинствами такой системы являются: способность работать продолжительное время надежность, простота управления. Следует также отметить возможность одновременного и независимого использования одного спутника практически неограниченным числом систем связи при условии, что они работают на разных частотах.
Опыт эксплуатации таких спутников ретрансляторов выявил основной недостаток систем связи, в которых они используются: низкую эффективность вследствие слишком большого затухания сигнала, предопределяющего необходимость в большой (до 10МВтг) мощности передающих станций и очень высокой чувствительности приемных наземных устройств. Это обусловливает сложность и высокую стоимость приемопередающей аппаратуры и, следовательно, системы космической связи в целом. Кроме того, малая мощность отраженного сигнала приводит к низкому качеству связи из-за большого влияния шумов и помех. Еще одним серьезным недостатком является большая сложность создания системы с ограниченной зоной покрытия. Все это заставило отказаться от создания систем регулярной связи на основе пассивных ретрансляторов.
Спутниковая система связи с активным ретранслятором в энергетическом отношении более предпочтительна. Наличие на борту КА всего комплекса приемопередающей аппаратуры позволяет значительно уменьшить мощность наземной передающей станции и повысить чувствительность приемного устройства. Экономический эффект от эксплуатации такой системы определяется числом пользователей и дальностью связи.
Спутниковая связь с активной ретрансляцией универсальна в отношении передаваемой информации; вследствие широкополостности и большой пропускной способности спутниковой аппаратуры имеется возможность вести с высокой надежностью радиосвязь, обмен телевизионными и радиовещательными программами, передачу многоканальных телеграфных и фототелеграфных сигналов, цифровой информации между удаленными земными потребителями.
Спутники связи обращаются вокруг Земли по орбитам, плоскости которых проходят через центр земного шара. В зависимости от угла между плоскостями орбиты и земного экватора, называемого наклонением i, различают полярные (i=90), экваториальные (i=0) и наклонные (0<i< 90)орбиты спутников.
В системах космической связи широко используются высокие эллиптические орбиты со следующими параметрами: высота апогея На=40000км, перигея-Нп=300км, наклонение i=63°.Такая орбита характеризуется периодом обращения спутника вокруг Земли, равным 12ч, поэтому ее апогей всегда находится над одним и тем же меридианом. Это облегчает сопровождение спутника и позволяет на каждом втором его витке организовывать сеансы
48
связи в одно и то же местное время. Большая высота апогея обеспечивает длительное время полета над находящейся под ним территорией и, следовательно, большую продолжительность сеанса связи.
Преимуществами систем связи, в которых используются эллиптические орбиты, являются простота и незначительные энергетические затраты на запуск спутника, поэтому он может производиться небольшой ракетой-носителем. Кроме того, эти системы связи могут обслуживать приполярные районы.
Однако, во-первых, для обеспечения круглосуточной связи такая система требует использования нескольких спутников - как минимум трех, что значительно усложняет управление ею. Во-вторых, для обеспечения непрерывной связи передающие и приемные антенны наземных станций должны быть все время направлены на КА. Для этого используются специальные устройства наведения и сопровождения, обеспечивающие поворот антенны одновременно с перемещением спутника. Наличие таких устройств увеличивает стоимость антенных систем и снижает надежность работы.
Значительные преимущества предоставляет использование КА, расположенного на так называемой геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты с радиусом 35785км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни земные сутки. Если направление его движения совпадает с направлением вращения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным. Ни при каком другом сочетании указанных параметров орбиты нельзя добиться неподвижности КА относительно наземного наблюдателя. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требует сложных систем наведения и сопровождения, а в случае необходимости могут быть установлены устройства для компенсации небольших возмущений орбиты. Благодаря этому обстоятельству в настоящее время почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Примерно в одной позиции на одной географической долготе могут находиться несколько КА, расположенных на расстоянии около 100км друг от друга. Например, семь спутников серии Аstrа размещены в позиции 19 в. д. Отметим, что в ближайшее время их число будет увеличено до восьми.
Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд серьезных преимуществ, как-то:
-осуществление непрерывной круглосуточной связи
-отсутствие устройства сопровождения КА в антенной системе наземного комплекса
-высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале
-отсутствие эффекта Доплера
-простота организации связи в глобальном масштабе
Недостатками такой линии связи являются перенасыщенность геостационарной орбиты на многих участках, а также невозможность обслуживания приполярных областей.
Вблизи полюсов геостационарный КА виден под малым углом места, а у самых полюсов не виден вообще. Ввиду малости угла места происходит затенение спутника местными предметами, увеличение шумовой температуры антенны за счет тепловых шумов Земли повышения уровня помех от наземных радиотехнических средств. Уже на широте 75
прием затруднителен, а выше 80 - почти невозможен.
Однако в широтном поясе от 80° ю. ш. до 80° с. ш. проживает практически все население Земли. Поэтому использование ретранслятора, находящегося на геостационарной орбите, целесообразно, например, для передачи телевизионного изображения.
Спутниковое телевизионное вещание — это передача через космический спутникретранслятор телевизионного изображения и звукового сопровождения от наземных передающих станций к приемным. В сочетании с кабельными сетями спутниковая
49
телевизионная ретрансляция через спутники сегодня является основным средством обеспечения многопрограммного высококачественного телевизионного вещания.
В зависимости от организации спутниковое ТВ вещание может осуществляться двумя службами:
- Фиксированной спутниковой службой (ФФС). В этом случае передаваемые через КА телевизионные сигналы принимаются с высоким качеством наземными станциями, расположенными в зафиксированных заранее пунктах. С этих станций через наземные ретрансляторы телевизионный сигнал доставляется индивидуальным потребителям.
-Радиовещательной спутниковой службой (РВСС). В этом случае ретранслируемые КА телевизионные сигналы предназначены для непосредственного приема населением (непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием, при котором телезрители принимают программу по кабельной сети). Большое распространение в настоящее время получили относительно простые и недорогие установки с антеннами небольших размеров для непосредственного приема телевизионных сигналов со спутников. Система спутникового телевизионного вещания включает в себя следующие подсистемы:
-Передающий телевизионный центр
-Активный спутник-ретранслятор
-Приемное оборудование
Современные технические средства позволяют сформировать достаточно узкий пучок волн, чтобы при необходимости сконцентрировать практически всю энергию передатчика КА на ограниченной территории, например, на территорию одного государства.
Часть территории, которую необходимо охватить вещанием при заданном уровне сигнала, называют зоной обслуживания.
Ее вид и размеры зависят от диаграммы направленности передающей антенны спутникаретранслятора, Несмотря на то, что антенна всегда направлена в точку прицеливания, за чем следят специальные устройства, зона обслуживания имеет сложную геометрическую форму. Если диаграммы направленности бортовых антенн КА достаточно широки, чтобы охватить всю видимую с него часть Земли, то зона обслуживания является глобальной.
В спутниковом телевидении уровень излучаемого с космического аппарата сигнала принято характеризовать произведением мощности (в ваттах) подводимого к антенне сигнала на коэффициент ее усиления (в децибелах) относительно изотропного (всенаправленного) излучателя. Эту характеристику называют эквивалентной изотропноизлучаемой мощностью (ЭИИМ) и измеряют в децибелах на ватт. Уровень сигнала в точке приема определяется плотностью потока мощности у поверхности Земли относительно потока мощности 1 Вт, проходящего через 1 м2 (дБВт/м2).
Для систем спутникового вещания выделены полосы частот, представленные в таблице 1.
Таблица 1— Полосы частот систем спутникового вещания
Наименование диапазона |
Полоса частот, ГГц |
L-диапазон |
1.452-1.55 и 1.61-1.71 |
S-диапазон |
1.93-2.70 |
С-диапазон |
3.4-5.25 и 5.725-7.075 |
Х-диапазон |
7.25-8.4 |
Кu-диапазон |
10.7-12.75 и 12.75-14.8 |
Кa-диапазон |
15.4-26.5 и 27.0-50.2 |
К-диапазон |
84.86 |
Подавляющее большинство спутников осуществляет вещание (ретрансляцию) в диапазоне Кu.
Два последних диапазона Ка и К - почти не используются и пока считаются экспериментальными. Однако вещание спутниковых телепрограмм в этих диапазонах позволит значительно уменьшить диаметр приемных антенн. Например, если антенны Ки
50