Реферат: Спутниковое вещание

Реферат: Спутниковое вещание

Индивидуальная работа по курсу:”Звуковое и телевизионное вещание”

Выполнил студент III курса ФЭЛ группы ДВ-51 Шестопал А.В.

Национальный Технический Университет Украины “КПИ”

Факультет Электроники

Кафедра звукотехники и регистрации информации

Киев –1998

Вступление

Первые телевизионные системы распределения и передачи телевизионных программ строились за счёт связи телецентров с помощью радио-релейных линий и кабелей. Это были сложные, чрезвычайно дорогие и капризные системы. А для самой большой страны мира – СССР это был просто тупиковый путь. Появление спутников Земли дало техническую основу для очень эффективного решения проблемы создания больших и даже глобальных систем связи и вещания.

Первый советский спутник связи “Молния” был выведен  на орбиту в апреле 1965г. Cпутник имел высокоэллиптическую орбиту с апогеем 40000 км, перигеем – 500 км ,наклонённую по отношению к экваториальной плоскости на угол 64 град. Основное  назначение спутников этой серии было в ведении телевизионных  передач и осуществлении дальней телефонной и телеграфной связи. Именно с этого спутника началось регулярное и широкое использование спутников для телевизионного вещания . И началось оно 23 апреля впечатляющим экспериментом – передачей телевизионного сигнала из Москвы во Владивосток. В СССР после запуска этого спутника связи в течении двух лет была создана первая в мире спутниковая телевизионная распределительная сеть. К 1967г. были введены в действие 20 наземных станций.

Приёмно-передающие наземные станции системы ”Орбита”, которые работали со спутниками “Молния”, были сложными дорогостоящими сооружениями. Они имели внушительные ( 10...12м) размеры параболической антенны с массой зеркала около 6 тонн. И эта антенна должна была отслеживать спутник. Поэтому использовалась сложная опорно-поворотная система. Тем не менее , появление системы “Орбита” стало важным событием и позволило довольно быстро расширить единую сеть Центрального вещания. Позднее были созданы более простые и массовые системы распределения телевизионных программ “Экран” и “Москва”.

Двумя неделями раньше первой “Молнии” в США был запущен первый Intelsat. Так две великие космические державы практически одновременно открыли дорогу в космос для систем связи и вещания . Уже в те далёкие годы стало ясно,  что произошёл коренной перплом в связном хозяйстве, которому предстоит существенно изменить ситуацию и повлиять на деятельность и жизни людей на всей планете.

Спутниковые системы связи и вещания развивалисьь очень бурно и достаточно быстро выявились две важные тенденции: переход на геостационарную орбиту и к более высокочастотным диапазонам при резком повышении мощности передатчиков,устанавливаемых на спутниках. Эти изменения преследовали определённую цель – максимульно упростить наземные приёмные системы. Именно на этом пути выяснилось, что наземные приёмные станции могут оказаться настолько простыми и в серийном производстве достаточно дешёвыми, чтобы быть доступными для индивидуальных владельцев.Так появились подходы к непосредственному телевещанию.

Международное регулирование

Число мест стояния спутников на геостационарной орбите и радиочастотных каналов относится к ограниченным ресурсам, которыми располагает человечество и в соответствии с международными соглашениями являются его собственностью.

Органом , регулирующим эти проблемы , включая распределение частот , является Всемирная административная конференция по радио (ВАКР). Ну, а вся текущая работа ведётся через Международный электротехнический союз (МСЭ).

В частности, для ввода той или иной космической системы связи и вещания следует зарегестрировать ёё в МСЭ за 6...2 года до ввода в эксплуатацию. В этот процесс входит предварительная публикация данных о планируемой системе. Затем необходимо скоординировать эти планы с намерениями других сторон и зарегестрировать частотные присвоения. Процесскоординации начинается с переписки ,а завершается переговорами с участием делегаций от администрацийй заинтересованных сторон.

Проведение международно-правовой защиты радиоэлектр- онных средств, включая спутниковые, осуществляются на основе процедур Регламента радиосвязи. Регламент был принят ВАКР в 1979 г. в Женеве. С тех пор он неоднократно частично пересматривался и дополнялся последующими конференциями с целью приведения его в соответствие с новыми техническими и технологическими возможностями. Однако основные «правила игры», определяемые этим документом, остаются неизменными.

После того, как решение, например о выделении точек стояния на геостационарной орбите и частотных присвоениях, принято , соответствующие ресурсы поступают в распоряжение государств, получивших их. Право распоряжения передаётся национальнм администрациям связи – в России такой администрацией является Государственный Комитет по связи и информации. Последнии передают соответствующие ресурсы во владение отдельным организациям.

Переход к непосредственному спутниковому вещанию первоначально с коллективным , а затем и с индивидуальным  приёмом стал важным этапом развития вещания, причём не только телевизионного, но и звукового. Технической основой развития вещательных служб непосредственного спутникового вещания (НТВ) стал разработанный МСЭ и принятый ВАКР в 1977 г. частотный план. Этот план предусматривал деление всего мира на три телевизионных региона: Район 1, Район 2, Район 3.

В Район 1 попали страны, где используется стандарт телевизионного разложения 625/50 и цветное вещание ведётся по системам PAL и SECAM. В этот район входят территории Европы, бывшего СССР ,Азии, а также Африка. В Район 2 вошли те территории Северной и Южной Америки , где также вещание ведётся по системам PAL и SECAM. И, наконец ,Район 3 – вся зона телевизионного вещания по системе NTSC. На этой конференции было принято и решение о выделении радиоканалов для НТВ.

За небольшим исключениемм страны получили по 5 радиоканалов. Каждая из республик бывшего СССР также получила по 5 каналов, к ним добавлены еще 2 – премия России за исключительную многонациональность. Ширина полосы частот радиоканалов для НТВ составила 27 МГц для Районов 1 и 2. Для Района 3 она уже - 24 МГц. Частотный план предусматривал использование для спутникового вещания частотной модуляции радионесущей. Позже было разрешено и применение других видов модуляции, если соответствующие сигналы размещаются в интервалах стандартных каналов и не нарушают норму ЭМС. Это уточнение было сделано в предверии Цифровых вещательных каналов.

ВАКР в 1979 г. предложила уточнение частотных диапазонов для спутниковых систем связи и вещания, разработала общие принципы , правила и протоколы наведение должного порядка в этом деле. Напомним один из этих принципов. Для направлений «низ-верх» и «верх-низ» выделены фиксированые полосы частот - и только они могут применятся, причём в строго оговоренных рамках.

Спутниковые системы телевизионного вещания получили семь диапазонов частот, приведённых в таблице 1.

Таблица 1

Диапазоны частот спутникового вещания

Надо отметить предусмотрительность авторов документа, заглянувших далеко вперёд. Если первая часть миллиметрового диапазона Ка уже стала объектом экспериментов и скоро , вероятно , начнёт осваиватся для целей вещания, то вторая полоса этого диапазона и весь К даже сейчас – дело будущего. Диапазоны L и S отведены для коллективных спутниковых телевизионных систем. В диапазоне L , в частности , работает российская система распределения программ «Экран». Во многих отношениях это достаточно удобный диапазон. Однако в него попадают каналы дециметрового наземного эфирного телевизионного вещания и радио-релейнойсвязи, например , Китая. Поэтому страны, где действуют, к примеру , мощные дециметровые радиопередатчики , предпочитают не использовать L диапазон.

Для непосредственного спутникового вещания выделены частотные интервалы в C и Ku диапазонах. Число возможных телевизионных каналов, учитывая 27 МГц, выделенных на один канал , не так уж велико. Так в интервале 11,7...12,57 ГГц диапазона Ku ,отведённых для НТВ , можно разместить всего 40 каналов. Вот и возникает сложная задача распределения этих каналов между почти тремя сотнями государств.

Геостационарная орбита

Геостационарная орбита определяется с помощью простого математического соотношения: угловая скорость перемещения спутника равна угловой скорости вращения Земли. При всей простоте это соотношение выполняется для елинственной траектории, которая «висит» на расстоянии немногим менее 36000 км над экватором. На геостационарной орбите спутник неподвижен для наблюдателя, находящегося на Земле. В этом главное преимущество геостационарной орбиты. Поэтому неподвижными являются и антенны, нацеленные на эти спутники.

В мире нет ничего абсолютно совершенного, геостационарная  орбита – не исключение. Чем выше широта места, тем хуже спутник обслуживает расположенных там абонентов. Приполярные области – это , в сущности, зоны молчания.

В первые годы освоения геостационарной орбиты системы вывода, позиционирования и ориентации спутников могли гарантировать угловую точность размещения не выше одного градуса. Поэтому общечеловеческий ресурс точек стояния спутников не мог превышать в то время 300 или около того точек. Теперь ресурс точек стояния заметно выше, примерно в полтора – два раза, но сама ограниченность позиций на орбите осталось без изменений.

На геостационарной орбите определено на сегодня 425 точек стояния спутников. Угловые расстояния между этими точками различны и лежат в довольно широком интервале 0,1...7 град. В каждой точке может находится несколько спутников – даже более 10. Взаимные помехи между спутниками , находящимися в одной точке стояния , исключаются частотным разносом их рабочих каналов и различием зон обслуживания.

Спутники и системы

В настоящее время для передачи телевизионных сигналов используется около 1300 каналов, работающих на 100 с небольшим спутников. Очень высока активность по выведению на орбиту новых спутников, как с целью замены отработавших ресурс, так и для создания новых каналов. По данным вестника МСЭ в этой организации рассматривается, по состоянию на начало этого года, около 1300 заявок из 50 стран мира. Более всего заявок- 370 поступило из США, из России около 200. Это самые крупные заявители. Более 100 заявок принадлежит Франции, и несколько меннее 100- Англии.

Многие спутники совмещают разные специальности, обеспечивая телефонную и другие виды связи, распределение вещательных сигналов с использованием межспутниковых каналов и передачи на соответствующие наземные приемные станции и осуществляют непосредственное вещание. В принцыпе , такой спутник – многоканальная система. Сигналы с передающих наземных станций ( линия «низ – верх») поступают на приемные устройства,обрабатываются, усиливаются и переизлучаются. Частоты каналов, идущих с Земли на спутник и со спутника на Землю, различны.

На каждом спутнике работает несколько стволов- до 16 и даже более. Мощность передатчиков составляет 100...300Вт. Причем эта мощность размывается по пятну диаметром в 2000...3000 км, поэтому уровень сигнала в точках приема невысок – всего несколько десятков пиковатт.

В 1980 г. во время Московской Олимпиады считалось,что почти половина человечества могла видеть Игры. Это стало возможным благодаря спутниковым системам распределения телевизионных программ. Полтора десятка лет назад это была решаемая, но достаточно сложная задача. Сейчас с помощью мостов, наводимых через линии, соединяющие спутники связи разных стран и организаций, можно осуществлять подлино всемирные трансляции. Но самое главное, что проведение их уже стало обыденным явлением.

Последние Олимпийские игры в Атланте показали, что связь , включая космическую, позволяет размещать аппаратные  обслуживающие одну программу, на огромном удалении в тысячи и более километров. При этом монтаж можно вести в одном месте, а вводить специальные эффекты - в другом. Безусловно, современные системы сбора, обработки и почти мгновенной выдачи в эфир оперативной новостийной информации без совершенной компьютерной базы не могли состояться. Но они мало, чего стоили, если бы не были подкреплены космическими системами связи. Сейчас видеокорресподент почти из любой точки Земли может передать, используя специальные спутниковые линии связи, видеоинформацию в свою организацию. При это возможна передача прямо в эфирную аппаратную. Самое главное в достигнутом уровне работы и сервисных услуг, предоставляемых космическими системами, заключается в их незаметности. Можно связаться с любой организацией мира, можно передать свой видеошедевр по любому адресу, даже не задавая вопроса : « Как это будет сделано?» Спутниковые каналы прозрачны и качество переданного телевизионного изображения или звукового сигнала не будет отличаться от исходного. Для этих целей выпускаются специальные передвижные станции связи по спутниковым каналам и даже мобильные аппараты, которые можно таскать с собой или возить в автомобиле.

Непосредственное телевизионное и звуковое вещание

Идея непосредственного вещания со спутников была высказана в США и России практически одновременно. Однако для нас она более 15 лет оставалась только идеей, а в Западной Европе, но особенно в США, стала интесивно продвигаться в жизнь. В 1980г. цена приемников сигналов прямого спутникового вещания Direct-to-Home (DTH) составляла 10000$. Для массового покупателя даже этой богатой страны - стоимость неподъемная. Однако создатели и производители этого оборудования, имея в виду системы коллективного приема, понимали, что с расширением рынка и, следовательно, объемов производства, а также за счет совершенствования компонентной базы, цена упадет до уровня, приемлемого для рядового покупателя. И, действительно, за пятилетку цена на спутниковые приемники упала в 3,5 раза и стала ниже 3000$. В США к 1990г. ежегодно рынок поглощал до 400000 приемных систем. В настоящее время стоимость спутниковых приемников даже в России может быть менее 200$ для наиболее простых моделей. Стоимость приемников с системой позиционирования антенны может составить 300...400$ и даже несколько превысить 1000$. Стоимость зависит, в частности, от числа каналов, на которые рассчитан приемник - она может меняться, например, для моделей популярной в России EchoStar от 250 до 1500. Такие цены уже по карману многим российским гражданам.

Системы DTH работают в диапазоне С в итервале частот 3,7...4,2 ГГц. Системы непосредственного спутникового вещания в диапазоне Ku называют Direct Broadcat Satellite или в виде аббревиатуры DBS. Истоки освоения этого диапазона также уходят в 1980г. И здесь прогресс шёл бурно. Стартовые цены приёмников были слишком велики для индивидуальных потребителей, но по мере расширения рынка падали. Теперь они доступны для массового потребителя. В настоящее время только в США действует около 5 млн приймников DBS. Один из международных операторов НТВ – корпорация EchoStar – ведёт вещание по 110 каналам.

Наземные приёмные устройства для каналов НТВ к настоящему времени – хорошо отработанная продукция, выпускаемая очень многими фирмами. Приёмная система содержит три важные части: - это антенна, приёмная головка и собственно прёмное устройство. Приёмная антенна, как правило , - металлическое зеркало, имеющее форму параболоида. Параболическое зеркало выбрано не случайно , его естественная функция – собирать паралельные пучки электромагнитных волн в одну точку, называемую фокусом параболоида. Именно в этой точке размещена приёмная головка. Используются два типа параболических антенн: прямого действия и офсетная.

Антенны прямого действия – это срез вершины параболы, её ось проходит через центр зеркала, а фокус размещается на расстоянии половины радиуса кривизны. Форма поверхности таких антенн почти совпадает со сфероидальной , что делает проще её изготовление. Приёмная головка размещается против центра зеркала и частично затеняет его. Это один из недостатков такого зеркала. Ось зеркала должна быть строго направлена на спутник, а ,следовательно , в вертикальном направлении повёрнута на угол места. Отсюда ещё один недостаток: при установке на открытых площадках зеркало может стать ёмкостью , где накапливаются осадки, к примеру снег.

Для офсетных антенн используются боковые участки параболоида. Фокальная точка размещается у нижней кромки зеркала и не затеняет его, что является определённым преимуществом. Другое преимущество – вертикальная ориентация

Зеркала, благодаря чему оно не превращается во вместилище осадков и пыли. Более сложная форма поверхности усложняет производство офсетных антенн и точность соблюдения их форм. Более того, накапливаемые в процессе эксплуатации деформации поверхности в этом случае влияют значительно сильнее. Для приёма сигналов НТВ в зонах, освещаемых соответствующимлучом спутника , достаточно антенн диаметром зеркала 90 и 60 см. Возможный в будущем переход в миллиметровый К диапазон позволит снизить диаметр приёмных антенн до 10...20 см.

У отечественных абонентов непосредственного спутникового вещания выбор не велик. Обычно им доступны один – два спутника, поэтому можно ограничится простейшей антенной без устройств ручного или автоматического позиционирования. На Западе , где насыщенность спутниками высока , системы позиционирования являются важными элементами антенн. Назначение этих систем очевидно: они должны позволить автоматически или в ручном режиме перевести направление оси антенны с одного спутника на другой. Для европейского , а тем более американского зрителя , на выбор предлагаются десятки позиций. Сделать такой выбор простой функцией , даже для неспециалиста, - вот главное назначение систем позиционирования антенн. От степени сложности и автоматизации этого процеса во многом зависит цена всей системы приёма. Самые совершенные системы осуществляют автоматическое переключение на новую позицию простым нажатием кнопки. Система позиционирования-достаточно сложное механическое устройство , в автоматическом варианте управляемое микропроцессором.

Страницы: 1, 2