Дипломна робота
Розрахунок параметрів приймальної апаратури для супутникового цифрового телевізійного мовлення
ЗМІСТ
с.
ВСТУП............................................................................................................................
1 ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА................................…………………………….....................
1.1 Принципи побудови систем цифрового телебачення…………………………..
1.2 Принципи побудови D2–MAC...............................................................................
1.3 Види кодувань телевізійного сигналу…………………………………………...
1.4 Кодування D2–MAC................................................................................................
1.5 Передача цифрових телевізійних програм в стандарті MPEG…........................
1.6 Швидкість передачі відео– і звукоданих...............................................................
1.7 Особливості передачі даних при цифровому телевізійному мовленні..............
1.8 Особливості побудови наскрізного цифрового тракту при цифровому
мовленні зі стиском................................................................................................
2. КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА..................................................................................
2.1 Організація ліній через штучні супутники Землі (ШСЗ)....................................
2.2 Види орбіт ШСЗ та особливості радіозв’язку з ШСЗ, що перебувають
на цих орбітах..........................................................................................................
2.3. Телерадіомовні супутники, які видно з території України................................
3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА................................................................................
3.1 Розрахунок енергетичних параметрів лінії зв’язку через ШСЗ..........................
3.2 Підбір приймальної апаратури для супутникового телебачення із
заданими параметрами............................................................................................
4. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА...............................................................................................
4.1. Визначення собівартості та основних витрат…………………..………………
5. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ РОБОТІ З ВЧ ВИПРОМІНЮВАЛЬНИМИ ПРИСТРОЯМИ......................................................................................................................
ВИСНОВКИ...........................................................................................................................
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ………………......................................................
ВСТУП
Супутникові ретранслятори для передавання інформації використовуються в міжнародних, регіональних та національних засобах зв’язку, а також для організації багатопрограмного телевізійного мовлення як з колективним, так і з індивідуальним прийомом.
Супутникові засоби телевізійного мовлення дають можливості збільшити кількість програм порівняно з наземними, оскільки кількість частотних діапазонів останніх обмежена, значно розширити територію приймання програм телебачення, у тому числі й в інших країнах.
Розвитку засобів супутникового зв’язку та мовлення в Україні надають великої уваги. Розроблена та поетапно реалізується “Програма створення системи супутникового зв’язку України” (1993 р.). Інтенсивний розвиток цифрових супутникових систем зв’язку (ЦССЗ) викликано рядом істотних переваг у порівнянні з аналоговими системами. ЦССЗ мають більш високу пропускну здатність при умові застосування ефективних методів модуляції й кодування та реалізації оптимальних методів багатостанційного доступу. У ЦССЗ є можливість більш повно використовувати характеристики передаваних повідо-млень тощо.
У цьому дипломному проекті розглянута задача вибору апаратури для безпо-середнього приймання цифрового телебачення радіомовних супутників, які можна мож-ливість спостерігати з м. Івано-Франківська. При цьому вважається, що діаметр антени не повинен перевищувати 1,8 м, забезпечуючи при цьому добру якість криптокодованих каналів. Мовлення провадиться в Ku – діапазоні (10,7 – 12,7 ГГц).
1 ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
1.1 Принципи побудови систем цифрового телебачення
Зростаючі потреби людства у комунікаціях зв’язку для обміну радіомовними і телевізійними програмами між виділеними пунктами за допомогою аналогових систем передачі не є дуже надійними на відміну від цифрової передачі.
У порівнянні з традиційними аналоговими системами, у цифровому телебаченні є покращені характеристики:
1. Відсутні перехресні викривлення сигналу яскравості і кольору;
2. Значно знижені шуми в каналі кольору, завдяки його перекладу в область низьких частот;
3. Сигнали звукового супроводу, синхронізація і іншої службової і додаткової інформації передаються в цифровій формі;
4. Підвищена дозволяюча спроможність зображення за рахунок більш широкої смуги частот сигналів яскравості і кольору.
У цифрових системах передачі з часовим розділенням каналів (ЧРК) найширше застосування знайшла імпульсно-кодова модуляція (ІКМ). При формуванні цифрового сигналу на основі ІКМ-ЧРК здійснюється дискретизація і квантування аналогових первинних сигналів, а потім їх кодування. Структурна схема кінцевого устаткування цифрової системи передачі з часовим розділенням каналів на основі імпульсної кодової модуляції (ЦСП-ІКМ) показана на рисунку 1.1.
Первинний сигнал поступає на диференціальну систему, призначену для розді-лення трактів передачі і прийому. З виходу диференціальної системи первинний сигнал поступає на фільтр нижніх частот (ФНЧ) тракту передачі, який обмежує смугу частот первинного сигналу з метою вибору оптимального значення частоти дискретизації. Таке обмеження необхідне для того, щоб при прийнятій частоті дискретизації забезпечити можливість відновлення сигналу без спотворень за допомогою ФНЧ тракту прийому. З виходу ФНЧ тракту передачі обмежений по спектру сигнал поступає на канальний амплітудно-імпульсний модулятор (КАІМ), на інший вхід якого від генераторного
устаткування передачі поступають канальні імпульси, частота проходження яких рівна частоті дискретизації. У канальному амплітудно-імпульсному модуляторі здійснюється дискретизація безперервного первинного сигналу, формування амплітудно-імпульсного сигналу. Тривалість імпульсів амплітудно-імпульсного сигналу повинна бути достатньо великою для того, щоб за час їх існування встиг закінчитися процес кодування. Виходи канального амплітудно-імпульсного модулятора всіх каналів паралельні і, отже, на їх виходах формується груповий амплітудно-імпульсний сигнал. Далі цей сигнал поступає в кодуючий пристрій (КОДЕР), де здійснюється квантування по відповідному закону і потім кодування у вибраному типі коду. На виході кодера кожному квантованому зна-ченню відповідає кодова комбінація. З виходу кодера вже цифровий сигнал поступає на формуючий пристрій (ФП), де відбувається об'єднання цифрового багатоканального сигналу з сигналами управління і взаємодії автоматичних телефонних станцій (АТС), що поступають від передавача сигналів управління і виклику (Пер СУВ) і сигналів синхронізації. Таким чином, на виході формуючого пристрою виходить цикл передачі, що складається з N-канальних інтервалів, включаючи декілька додаткових канальних інтервалів, необхідних для передачі сигналів управління і виклику, синхросигналу, забезпечуючих синхронну роботу канальних амплітудно-імпульсних модуляторів на передачі і канальних селекторів на прийомі, і інших допоміжних сигналів.
Сигнал на виході формуючого пристрою є однополярними двійковими символами. При передачі по лінії такий сигнал зазнаватиме значні спотворення. Для зменшення спотворень необхідно здійснити перекодування сигналу для узгодження спектральних характеристик сигналу з частотними характеристиками середовища, напрямної лінії. Цю операцію виконує перетворювач коду передачі (ПК пер), на виході якого одержуємо лінійний цифровий сигнал.
Лінійний цифровий сигнал при проходженні по лінії випробовує різного виду спотворення, піддається дії перешкод, випробовує загасання. Для усунення всіх цих впливів в тракті прийому крайової станції встановлений станційний регенератор (Ст.peг), який поновлює цифровий сигнал, що прийшов з лінії, по амплітуді, формі і тимчасовому положенню. У перетворювачі коду прийому (ПК прм) цей відновлений сигнал пере-творюється в імпульси двійкового коду, аналогічні імпульсам на виході формуючого пристрою тракту передачі. У цьому ж пристрої здійснюється виділення тактової частоти, роботою генераторного устаткування прийому, що управляє (ГУ прм).
1- канальний амплітудно-імпульсний модулятор; 2- кодек; 3- формуючий пристрій; 4- перетворювач коду передавача; 5, 11- фільтр нижніх частот; 6- генератор устаткування передавача; 7, 13- передавач сигналів управління і виклику; 8- передавач системи зв’язку; 9- диференціальна система; 10- підсилювач низької частоти; 12- генератор устаткування приймача; 14- приймач системи зв’язку; 15- канальний селектор; 16-декодер; 17- перство-рювач коду приймача; 18- станційний регенератор.
Рисунок 1.1 - Структурна схема цифрової системи передачі на основі ІКМ-ЧРК
Декодер перетворить груповий ІКМ-СИГНАЛ в груповий АІМ-сигнал. Тимчасові канальні селектори розподіляють цей сигнал по окремих каналах. Імпульсні послі-довності від генераторного устаткування прийому по черзі відкривають крайову станцію кожного каналу, забезпечуючи виділення відліків свого каналу з групового АІМ - сиг-налу. З виходу канальних селекторів канальний АІМ-сигнал поступає на вхід фільтру нижніх частот (ФНЧ), який із спектру АІМ сигналу виділяє смугу частот початкового первинного сигналу. Потужність первинного сигналу на виході ФНЧ незначна і для доведення її до номінального значення використовується підсилювач низької частоти.
1.2 Принципи побудови D2-MAC
Стандарт MAC дозволяє отримати покращене зображення на екрані телевізора у порівнянні з PAL, SEKAM, NTSC, але вимагає дещо більшої смуги частот – вона визна-чається спектром стислої яскравості компоненти і досягає величини 8.4 МГц. А з ураху-ванням високочастотних спотворень, які вводяться на передаючій стороні, смуга пропу-скання радіоканалу для D2-MAC без втрати чіткості повинна складати не менше 10 МГц.
В залежності від вибраного засобу передачі звуку і даних розрізняють стандарти B-MAC, C-MAC, D-MAC, D2-MAC, E-MAC для телебачення підвищеної якості і HD-MAC і HDB-MAC для телебачення високої чіткості. Зупинемося детальніше на стандарті D2-MAC, який отримав зараз широке розповсюдження.
D2-MAC можна поділити на дві частини: аналогову і цифрову. Аналогові сигнали яскравості і кольоровості передаються протягом активної частини рядка в стислому в часу виді, а цифрова частина сигналу (звук, синхронізація, телетекст і ін.) об'єднана в пакети, що передаються протягом зворотнього ходу по рядку і по кадру. Розглянемо структуру рядка телевізійного сигналу, закодованого по системі D2-MAC ( рисунку 1.2).
Початкову частину рядка, що складає біля 17,2 мкс, займає один з різницевих сиг-налів кольру Er-y або Eb-y, що передаються по черзі через рядок. Далі слідує складова яскравості відеосигналу, яка складає 34,4 мкс. Ці аналогові сигнали мають одну відокре-млювальну особливість у порівняні зі звичайними – вони передаються в стислому виді: різницеві сигнали кольору стискаються в 3 рази в часі, а сигнал яскравості - в 1,5 рази.
Стиск аналогового сигналу здійснюється шляхом стробування з деякою тактовою частотою (6,75 МГц для різницевих сигналів компонент і 13,5 МГц для складової яскравості).
Отримані сигнали нагромаджуються в зберігаючому приладі, після чого відбу-вається їхнє прискорене зчитування з більш високою тактовою частотою (20,25 МГц). Цифрові дані передаються в дуобінарному (трьохрівневому) коді. В відзнаці від біна-рного (двохрівневого), в ньому логічної “1” відповідає імпульс з позитивної або негати-вної полярності. Логічному “0” відповідає імпульс нульової амлітуди. Застосування та-кого кодування в два разу знижує ширину, що вимагається смугою пропускання для даної швидкості передачі даних, що складає 10,125 МГц/с. Зворотній хід, протягом якого передаються цифрові дані, складає 10 мкс. Тактова частота також складає 20,25 МГц. Між цифровими даними і різницевим сигналом кольору передається аналоговий майда-нчик фіксації тривалістю 0,7 мкс з рівнем 0,5 розмахом яскравості і різницевого сигналів кольору.
Структура повного телевізійного сигналу D2-MAC/Packet задана Європейським Радіомовним Союзом (EBU). Цієї ж організацією визначається і структура декодера сигналу (рис 1.3).
Розглядаючи цю схему, будемо вважати, що з допомогою прийнятого сигналу від-новлена тактова частота 20,25 МГц, синфазні тактові сигнали 6,75 і 13,5 МГц, виділені синхроімпульси. Отже, на вхід схеми фіксації (1) надходить аналоговий сигнал яскра-вості і кольору, де виробляється прив’язка рівня фіксації до величини, що забезпечує рівень, що вимагається відеосигналом. Для підвищення відношення сигнал/шум на пере-даючій стороні вносяться високочастотні спотворення, що усуваються в корректорі (2).
Далі сигнал надходить на фільтр (3) низьких частот (ФНЧ), що обмежує смугу сиг-налу для елімінації завад дискретизації. Дискретизатор (4) виробляє вибірку відліків відеосигналу з частотою 20,25 МГц і спрямовує сигнал яскравості і різницевий сигнал кольору в відповідні прилади ЗП (6; 7) з вихідною частотою дискретизації 20,25 МГц. Зчитування виробляється з частотою, в три рази меншою для різницевого сигналу – 6,75 МГц – і в 1,5 рази нижче для складових сигналу яскравості – 13,5 МГц. Таким чином відбувається основний процес по відновленню відеосигналу (декомпресія) на всю акти-вну частину рядка. Водночас тут може також здійснюватися декодування сигналу для
систем платного телебачення.
Лічені з ЗП (7) відліки сигналу яскравості Y через мультиплексор (10) надходять в ФНЧ (13), що здійснює постфільтрацію сигналу і відновлює безперервну аналогову форму сигналу Y. Частота зрізу фільтру складає біля 6 МГц.
Лічені з ЗП (7) відліки різницевих сигналів кольору піддаються додатковій обробці з допомогою інтерполюючого фільтру (11), оскільки в кожному рядку повинні бути обидві різницеві сигнали кольору разом. Недостатня інформація відновлюється як середнє значення відповідних відліків попередньої і наступних рядків. Далі різницеві сигнали кольору поступають через демультиплексор (12) також надходять на фільтр низьких частот (14; 15) з частотою зрізу біля 3 МГц. Матриця (16) здійснює обробку відеосигналів в форму R G B.
Відзначимо, що в стандарті D2-MAC значно легше здійснюється кодування і декодування програм і підтримуються два формати екрану: 43: і 169:. Також передбачене 3 види звукового супроводу:
1. Високоякісний стереофонічний звук: 40…15000 Гц (2 канали, частота дискре-тизації 32 МГц).
2. Високоякісний монофонічний звук: 40…15000 Гц (4 канали, частота диск ре-тизації 32 МГц).
3. Монофонічний звук середньої якості: 40…7000 Гц (8 каналів, частота диск ре-тизації 16 МГц).
1.3 Види кодувань телевізійного сигналу
При обміні інформацією ретранслятором між приймальною і передавальною антенами є помітними деякі недоліки: спотворення сигналу при передачі, запізнення сигналу та ін.
Найкращим способом для передачі аналогових повідомлень використовують циф-рові методи передачі. Для передачі аналогових повідомлень цифровими методами, перш за все потрібно дискретизувати повідомлення в часі, тобто перетворити неперервну в часі напругу, яка відповідає початковому повідомленню в послідовність дискретних сиг-налів. Це можна виконати з допомогою АІМ. Кожний з отриманих таким чином диск-ретних сигналів кодують, тобто перетворюють в цифровий сигнал з допомогою приладу, який називається кодеком. У приймачі прийнято послідовність цифрових сигналів спочатку перетворюють в послідовність дискретних сигналів з допомогою декодеру, а потім в неперервний сигнал, який відповідає початковому повідомленню.
1.4 Кодування D2-MAC
Для початку буде не зайвим нагадати, що D2-MAC є власно не системою кодування, а системою передачі зображення, тому для перегляду платних програм теле-глядачу необхідно мати спеціальний декодер, що відновлює свідомо зруйноване зобра-ження. Найбільше розповсюдження при кодуванні сигналу в стандарті D2-MAC отри-мала система EuroCrypt, що має декілька різновидностей EuroCrypt M, EuroCrypt S, EuroCrypt S2.
Ідеологія EuroCrypt полягає в розірванні яркості і (або) кольору складової, кожна з яких ділиться на дві частини, а після цього обидві половинки міняються місцем. Коду-вання сигналу може здійснюватися декількома способами коли кодується тільки пакет яскравості або тільки пакет кольору, або обидва цих пакети водночас. Місце розірвання змінюється по псевдовипадковому закону незалежно для кожного з каналів. Передбачене також кодування звукового каналу, що здійснюється шляхом перетворення в цифрову форму з допомогою дельта-модуляції.
Для прийому нормального зображення необхідно мати спеціальний декодер, що проробляє цю роботу в зворотному порядку. Для цього він використає інформацію з двох джерел прийомного телевізійного сигналу і спеціальної картки (smart card), без якої його робота неможлива. Зашифрований алгоритм розкодування передається разом з сигналом і надходить в декодер, який передає його в картку. Якщо підключена офіційна картка тільки для цього телеканалу, то зворотно в декодер вертаються дані для відно-влення зображення.
Кожна картка здатна розуміти набір команд, що передаються в телесигналі. В зале-жності від її типу ви можете дивитися один або декілька каналів або певне число пере-глядів окремої програми (система оплати per view, картка містить лічильник числа пере-глядів, що поступово обнульовуєтся). Регулярно в ефірі передаються команди відклю-чення карток, термін роботи яких вже вийшов, після чого вона стає цілком даремною.
В нинішній час існує 3 варіанти даної системи кодування сигналу EuroCryptS; EuroCryptS2 і EuroCryptM. Вони відрізняються один від одного різноманітними протоколами спілкування з картками і мають альтернативний алгоритм дешифрації даних для відновлення зображення. EuroCryptS зараз вважається застарілим і практично не використовується. Йому на зміну прийшов EuroCryptM, стандартний для більшості D2-MAC каналів, а також нещодавно що з'явився М-сумісний EuroCryptS2.
Декодери які випускаються EuroCrypt повинні підтримувати всі модифікації кодування, однак інколи цього не відбувається. Причина полягає в неналагодженому внутрішньому програмному забезпеченні декодерів, які кожна фірма-виробник нама-гається змінити згідно своєї концепції.
На сьогоднішній день ринок декодерів і ресиверів зі вбудованим декодером D2-MAC дуже різноманітний NOKIA, ECHOSTAR, RACE, PHILIPS і інші – всі вони мають свої переваги і нестаток.
1.5 Передача цифрових телевізійних програм в стандарті MPEG
Стандарт MPEG-l призначений для запису відеосигналів на компакт-диски (CD-ROM) і передачі ТВ зображень по низькошвидкістним каналам зв'язку (швидкість циф-рового потоку 1,5 Мбіт/c і менше). В стандарті MPEG-l використовується стандарт Розо-ртки з чіткістю в 4 рази меншою, ніж в мовному телебаченні: 288 активних рядків в ТМ кадрі і 352 відліки в активній частині ТВ рядка.
Суб'єктивна оцінка якості ТМ зображення в залежності від швидкості передачі відеосигналів показала, що стандарт MPEG-l можна ефективно використовувати при кодуванні відеосигналів до швидкості 3,5 Мбіт/с, так як в інтервалі швидкостей від 1,5 до 3,5 Мбіт/с збільшення швидкості передачі відеосигналів супроводжується адекватним покращенням якості ТМ зображення. Однак подальше підвищення швидкості передачі відеосигналів вже не веде до адекватного покращення якості, і при швидкості передачі відеосигналів 3,5 Мбіт/с краща якість зображення одержується при кодуванні відео-сигналів по стандарту MPEG-2.
Стандарт MPEG-2 був спеціально розроблений для кодування ТМ сигналів мовного телебачення, і він дозволяє отримати повну чіткість декодованого ТМ зображення. При швидкості передачі відеосигналів 9 Мбіт/с якість ТМ зображення відповідає студійному.
Пакет стандартів MPEG передбачає також можливість переходу до телебачення високої чіткості. Первісно для цієї мети призначався стандарт MPEG-3. Однак на наступних етапах робіт він був об'єднаний зі стандартом MPEG-2, після чого стандарт MPEG-3 як самостійний стандарт перестав використуватися.
Наступний напрям – стандарт MPEG-4, призначений для передачі відеосигналів в низькошвидкістних системах мультимедіа і відеоконференцій по цифровим телефонним каналам. В цьому випадку використовується стандарт розгортки з чіткістю в 4 рази мен-шою. Стандарт MPEG-4 не призначений для кодування програм мовного телебачення.
Застосування стандарту MPEG-2 в мовному телебаченні дозволяє істотно знизити швидкість передачі відео- і звукових сигналів і за рахунок цього передавати декілька цифрових програм в стандартній смузі частот радіоканалів ефірного, кабельного і супут-никового телевізійного мовлення. Наприклад, в супутниковому радіоканалі зі смугою пропускання 27 МГц, як показали розрахунки, можна передавати 4 цифрові ТМ про-грами з мовною якістю зображення замість однієї аналогової ТМ програми ЦТ СЕКАМ.
В загальному випадку перехід до цифрового багатопрограмного ТМ мовлення припускає поступовий вихід з експлуатації аналогових систем мовлення: СЕКАМ, ПАЛ, НТЦТ, звільнення за рахунок цього існуючих радіоканалів і ліній зв'язку і їхнє пере-профілювання для цифрового ТМ мовлення. При цьому система багатопрограмного ТМ мовлення повинна бути вбудована в існуючий частотний план розподілу ТМ каналів, що передбачає смугу пропускання 8,0 МГц для ефірного і кабельного ТМ мовлення, 27,0 МГц для безпосереднього ТМ мовлення (БТМ) зі супутників і 30; 33; 36; 40; 46; 54; 72 МГц для фіксованих служб супутникового зв'язку.
При цьому необхідно враховувати взаємозв'язок, що склався між супутниковими і наземними системами телемовлення, при якій ТМ канали кабельних і ефірних мереж мовлення використовуються також для доведення супутникових програм до теле-глядачів.
При цифровому мовленні взаємний обмін телепрограмами між наземними і супу-тниковими мовними службами істотно спрощується, якщо число цифрових ТМ програм в кожному стандартному по смузі пропускання супутниковому, кабельному і ефірному радіоканалі буде однаковим. Ця вимога була врахована при розробці міжнародних стан-дартів на засоби модуляції і канального кодування в цифрових супутникових і наземних каналах зв'язку - DVB-S, DVB-C і DVB-T (Digital Video Broadcasting - Satellite, Cable, Terrestrial) шляхом застосування для більш вузькополосних радіоканалів більш складних і більш ефективних по щільності передачі інформації (біт/с)/Гц засобів модуляції.
При закупці імпортної апаратури треба мати на увазі, що окрім зазначених кана-льних кодеків і модемів по стандарту DVB-S, призначених для оснащення мереж ТМ мовлення, також випускаються канальні кодеки і модеми по специфікації SNG (Satellite News Gathering), призначені для оснащення мереж рухомих супутникових станцій збору телевізійних новин. Ці два види апаратури несумісні і не можуть працювати в загальній мережі, так як в них використовуються різні засоби мультиплексування сигналів декількох ТМ програма.
Апаратура по стандарту DVB-S призначена для передачі транспортного потоку по стандарту MPEG-2, в якому мультиплексування сигналів декількох ТМ програм виробляється на рівні відео- і звукових сигналів, а отриманий груповий (транспортний) потік передається на одній радіонесучій. При цьому найкращим образом викори-стовується потужність передавача бортового ретранслятора і досягається максимальне значення відношення сигнал радіонесуча/шум.
Однак такий засіб мультиплексування цілком не підходить для пересувних супу-тникових станцій збору телевізійних новин, що за характером своєї роботи повинні зна-ходитися в різних містах і країнах. В цьому випадку кожна пересувна станція передає цифровий потік своєї ТМ програми на індивідуальній радіонесучій і груповий сигнал від декількох пересувних станцій мультиплексується частотним способом безпосередньо в антенно - фідерній лінії бортового ретранслятора.
Зі сказаного ясно, що при закупці канальних кодеків і модемів треба чітко пред-ставляти для створення якої мережі – телебачення або збору ТМ новин – вони потрібні мовній організації і в відповідності з цим правильно вибрати тип апаратури.
1.6 Швидкість передачі відео – і звукоданих
При організації багатопрограмного цифрового ТМ мовлення надто важливо правильно вибрати швидкості передачі відео– і звукоданих, оскільки від цього без-посередньо залежить якість ТМ зображення і звукового супроводу.
Суб'єктивні експертні оцінки якості ТМ зображення показали, що для одержання ТВ зображення зі студійною якістю, необхідно передавати відеодані зі швидкістю біля 9 Мбіт/с. При цьому декодований відеосигнал буде придатний для наступної цифрової обробки. Для одержання ТМ зображення з якістю, відповідною ТМ зображенню на екрані побутового телевізора систем ЦТ ПАЛ або СЕКАМ буде достатня швидкість передачі відеоданих біля 6 Мбіт/с. При цьому декодований відеосигнал буде мало-придатним для наступної обробки і повторного кодування з інформаційним стиском.
Відзначимо також, що при передачі “живих” ТМ репортажів вимагається більш висока швидкість передачі відеоданих, ніж при передачі кінофільмів. Для передачі кінофільмів може бути допустима навіть швидкість передачі відеоданих біля 4 Мбіт/с, хоча краще використовувати 5 Мбіт/с.
Необхідно також відзначити, що суб'єктивна якість ТМ зображення при однаковій швидкості передачі відеоданих буде вище в системах телебачення з частотою розгортки полів 50 Гц, ніж в системах телебачення з частотою розгортки полів 60 Гц. Це слідує враховувати при зіставленні результатів, що публікуються європейськими, амери-канськими та японськими фірмами-виробниками кодеків MPEG-2.
Корисно також мати орієнтири при виборі швидкості передачі звукоданих. В нинішній час зазвичай еталоном вищої якості звуку є звук одержаний при відтворенні компакт-дисків. Тому в стандарті MPEG-2 припускається, що в системах цифрового ТМ мовлення якість звукового стереосупроводження суб'єктивно не повинно відрізнятися від звуку з компакт-диску.
Ця умова виконується для прийнятої в стандарті MPEG-2 системі інформаційного стиску звукоданих МЮЗИ-КАМ при швидкості передачі звукоданих по 128 Кбіт/с на кожний моноканал звукового супроводу. Таким чином, для самого низького рівня двох-канального стереозвукового супроводу - потрібний цифровий потік рівний: 128 Кбіт/с х2 = 256 Кбіт/с.
Відзначимо, що зарубіжні кодеки MPEG-2 мають 4 канальний звуковий супровід, при якому для передачі звукоданих вимагається цифровий потік 128 Кбіт/с х4 = 512 Кбіт/с.
Цифровий потік для передачі додаткової інформації вибирається розробником системи в залежності від передбачуваного обсягу даних додаткової інформації.
1.7 Особливості передачі даних при цифровому телевізійному
мовленні
При організації багатопрограмного цифрового ТМ мовлення надто важливо пра-вильно вибрати швидкості передачі даних, оскільки від цього безпосередньо залежить якість ТМ зображення і звукового супроводу. Суб'єктивні експертні оцінки якості ТМ зображення показали, що для одержання ТВ зображення зі студійною якістю, необхідно передавати відеодані зі швидкістю біля 9 Мбіт/с. При цьому декодований відеосигнал буде придатний для наступної цифрової обробки. Для одержання ТМ зображення з якістю, відповідною ТМ зображенню на екрані побутового телевізора систем ПАЛ або СЕКАМ буде достатня швидкість передачі відеоданих біля 6 Мбіт/с. При цьому декодований відеосигнал буде малопридатним для наступної обробки і повторного кодування з інформаційним стискуванням.
Відзначимо також, що при передачі “живих” ТМ репортажів вимагається більш висока швидкість передачі відеоданих, ніж при передачі кінофільмів. Для передачі кіно-фільмів може бути допустима навіть швидкість передачі відеоданих біля 4 Мбіт/с, хоча краще використовувати 5 Мбіт/с.
Необхідно також відзначити, що суб'єктивна якість ТМ зображення при однаковій швидкості передачі відеоданих буде вище в системах телебачення з частотою розгортки полів 50 Гц, ніж в системах телебачення з частотою розгортки полів 60 Гц. Це слідує враховувати при зіставленні результатів, що публікуються європейськими, американсь-кими та японськими фірмами-виробниками кодеків MPEG-2.
Корисно також мати орієнтири при виборі швидкості передачі звукоданих. В нинішній час узвичаєним еталоном вищої якості звуку є звук, одержаний при відтво-ренні компакт-дисків. Тому в стандарті MPEG-2 припускається, що в системах цифро-вого ТМ мовлення якість звукового стереосупроводження суб'єктивно не повинно відріз-нятися від звуку з компакт-диску.
Відзначимо, що зарубіжні кодеки MPEG-2 мають 4 канальний звуковий супровід, при якому для передачі звукоданих вимагається цифровий потік 128 Кбіт/с х4 = 512 Кбіт/с.
Цифровий потік для передачі додаткової інформації вибирається розробником системи в залежності від передбачуваного обсягу даних додаткової інформації.
1.8 Особливості побудови наскрізного цифрового тракту при циф-ровому мовленні зі стиском
Стандарт DVB-S припускає, що системи зовнішнього і внутрішнього кодозахисту модему є складниками модему і територіально розташуються на передаючій станції супутникового зв'язку. Такий підхід приймається для зарубіжних телецентрів, оскільки передаючі станції супутникового зв'язку розташовуються поблизу телецентру і подача транспортного потоку даних на її вхід виробляється по короткій (50... 500 м) волоконно-оптичної лінії зв'язку, що при такій довжині є лінією зв'язку квазівільною від цифрових помилок.
Цілком по іншому обстоюють діло в нашій країні. Створена державна мережа супутникових передаючих станцій територіально усунено на 40... 20 км від телецентрів, і подача ТМ сигналів на ці станції виробляється в основному по радіорелейним лініям, що передають цифрову інформацію з коефіцієнтом помилок порядку 10–5. Та й воло-конно - оптичні лінії при роботі на такі відстані вже не можуть розглядатися як лінії, квазівільні від помилок.
При таких умовах передачі в транспортний потік телевізійних програм на ділянці телецентр - передаюча станція супутникового зв'язку будуть внесені помилки, і коефі-цієнт помилок в транспортному потоці опуститься приблизно до 10–5, що цілком неп- рийнятно для передачі даних зі стиском, оскільки, як вказувалося вище, коефіцієнт помилок для транспортного потоку повинен бути не гірше 10–10... 10–11. В даному ви-падку система подвійного кодозахисту на супутниковій передаючій станції не зможе знизити коефіцієнт помилок, так як немає критерію для відзнаки перекручених і не пере-кручених символів в транспортному потоці. В результаті в місці прийому буде отри-маний транспортний потік з тим же коефіцієнтом помилок, з яким він надійшов на вхід передаючої станції. Якість телевізійного зображення при цьому буде або неприпустимо низьким, або можуть виникнути ситуації, коли прийняті відеодані не вдасться деко-дувати.
З цього положення є дуже простий вихід – необхідно розмістити апаратуру зовнішнього кодування модему (кодер Ріда–Соломона) безпосередньо на телецентрі і в єднальну лінію видавати транспортний потік, який пройшов перший рівень кодозахисту. В цьому випадку декодери Ріда– Соломона виявлять помилки, виниклі на єднальній лінії телецентр передаюча супутникова станція і скоректують їх. Декодери Ріда–Соломона розраховані на корекцію цифрових помилок при коефіцієнті помилок 2х10–11 або краще. Тому якщо на єднальній лінії телецентр - супутникова передаюча станція забезпечити коефіцієнт помилок 10–11 або краще, що реально для радіорелейних ліній, те проблем з втратою якості ТМ програм по вині єднальних ліній не буде.
2 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА
2.1 Організація ліній через штучні супутники Землі (ШСЗ)
Зростаючі потреби у комунікаціях зв’язку для обміну радіомовними і телевізійними програмами між виділеними пунктами за допомогою наземних РРЛ не задовольняються. На зміну їм приходять нові засоби зв’язку – цифрові супутникові системи зв’язку (ЦССЗ).
ЦССЗ не має тих недоліків, що наземні РРЛ і можуть ретранслювати сигнали з висоти десятків тисяч км, що охоплює третину Земної території . Для організацій лінії зв’язку через штучні супутники Землі достатньо тільки трьох ШСЗ. А для низькоор-бітальних орбіт потрібна велика кількість супутників, тому, що в цьому випадку є вели-кий кут заломлення сигналу. На таких видах орбіт кращий зв’язок між ретрансляторами і наземними станціями. Тут є менш запізнення сигналу. Основним недоліком розта-шування супутників на низьких орбітах є те, що потрібна велика кількість космічних апаратів. А це не є дуже економічно вигідно.
Такий космічний комплекс базується на системі «Iridium» (США), яка складається з 66 космічних апаратів, розміщених на кругових орбітах з нахилом 86° і заввишки 780 км. Супутники розміщуються в орбітальних площинах, в кожній одночасно знаходяться 11 супутників. Кутова відстань між сусідніми орбітальними площинами складає 31,6°, за виключенням 1-й і 6-й площин, кутове рознесення між якими біля 22°.
Антенна система кожного ШСЗ формує 48 вузьких променів. Взаємодія всіх ШСЗ забезпечує глобальне покриття Землі послугами зв'язку.
2.2 Види орбіт ШСЗ та особливості радіозв’язку з ШСЗ, що пере-бувають на цих орбітах
Орбіти зв'язних штучних супутників Землі - це траєкторії руху ШСЗ в просторі. Вони визначаються багатьма чинниками, основним з яких є тяжіння супутника Землею.
У системах зв'язку можуть використовуватися ШСЗ, рухомі по орбітах, які відрізняються наступними параметрами: формою (кругова або еліптична); висотою над
поверхнею Землі або відстанню від центру Землі; нахилом, тобто кутом між екваторіаль-ною площиною і площиною орбіти. При висоті орбіти 35 800 км період звернення ШСЗ буде рівний земній добі. Екваторіальна кругова орбіта із заввишки 35 800 км за умови, що напрям руху супутника співпадає з напрямом обертання Землі щодо своєї осі (із заходу на схід), називається геостаціонарною орбітою. Така орбіта є універсальною і єдиною. Супутник, що знаходиться на ній, здаватиметься земному спостерігачу нерухомим. Насправді ШСЗ, математично точно запущений на геостаціонарній орбіті, не залишається нерухомим, а із-за еліпсної Землі і унаслідок обурення орбіти поволі йде із заданої точки і здійснює періодичні (добові) коливання по довготі і широті. Тому на ШСЗ повинна бути встановлена система автоматичної стабілізації і утримання його в заданій точці геостаціонарної орбіти.
Більшість сучасних супутникових системах передачі базується на геостаціонарних супутниках. Проте в деяких випадках представляє інтерес сильно витягнуті еліптичні орбіти, такі параметри, що мають: кут нахилу 63,5°, висота в апогеї приблизно 40 000 км, в перигеї близько 500 км. Для Івано-Франківська така орбіта є зручною. Супутник, виведений на неї, обертається синхронно із Землею, має період звернення 12 год і, здійснюючи за добу два повні витки, з'являється над одними і тими ж районами Землі в один і той же час. Для забезпечення цілодобового зв'язку доводиться виводити на еліптичні орбіти, площини яких взаємно зміщені, 3...4 супутника, створюючих систему супутників.
Останнім часом намітилася тенденція використання зв'язкових ШСЗ, що знаходяться на низьких орбітах (відстань до Землі в межах 700... 1500 км). Системи зв'язку з використанням ШСЗ на низьких орбітах дякуючи значно меншій (практично в 50 разів) відстані від Землі до супутника мають ряд переваг перед супутникових систем передачі на геостаціонарних супутниках. По-перше, це менше запізнювання і загасання передаваного сигналу, а по-друге, простіший вивід ШСЗ на орбіту.
Розглянемо лінію зв’язку для декількох супутників:
Для з'ясування особливостей роботи низькоорбітальних супутникових систем розглянемо схему проходження в ній сигналів (рисунок 2.4). В цьому випадку на кожній зоновій станції повинні бути встановлені дві антени (А1 і А2), які можуть здійснювати передачу і прийом сигналів за допомогою одного з супутників, що знаходиться в зоні взаємного зв'язку. На рисунку 2.4 показані ШСЗ, рухомі за годинниковою стрілкою по одній низькій орбіті, частина якої показана у вигляді дуги mn. Дана система супутникового зв'язку працює таким чином. Сигнал від першої зонової станції через антену А1 поступає на ШСЗ4 і ретранслюється через ШСЗ3, ШСЗ2, ШСЗ, до приймальної антени А1 другої земної станції. Таким чином, в цьому випадку для ретрансляції сигналу використовуються антени А1 і сегмент орбіти, що містить ШСЗ4 ШСЗ4. При виході ШСЗ4 із зони передача і прийом сигналу вестимуться через антени А2 і сегмент орбіти, що містить ШСЗ5...ШСЗ2 і т.д.
Рисунок 2.4 - Система зв'язку з декількома ШСЗ на низькій орбіті
Оскільки кожен ШСЗ може спостерігатися з достатньо великої території на пове-рхні Землі, то можна здійснити зв'язок між декількома зоновими станціями через один загальний зв'язковий ШСЗ. В цьому випадку супутник виявляється «доступним» усім зоновій станції, тому така система називається системою супутникового зв'язку з багато-станційним доступом.
Використання ШСЗ, рухомих по орбіті з малою висотою, спрощує апаратуру зонової станції, оскільки при цьому можливо зниження посилення земних антен, поту-жності передавачів і робота з приймачами меншої чутливості, ніж у разі геостаціонарніх супутників. Проте в цьому випадку ускладнюється система управління рухом великого числа ШСЗ по орбіті.
2.3 Телерадіомовні супутники, які видно з території України
З моменту запуску першого європейського супутника ESC-1, який використано для
передачі ТВ програм, минуло більш ніж 14 років. Але за цей час виведено на геостаціо-
нарну орбіту понад 100 телерадіомовних супутників різними країнами та фірмами. З них на території України видно біля 50 супутників на позиціях від 45,0 західної довготи до 105 східної довготи. При цьому кількість супутників неперервно змінюється, швидко розробляються та розміщуються на орбіті нові супутники замість тих, що відпрацювали свій ресурс. Усі зміни публікуються у періодичних виданнях різних країн.
У таблиці 2.1 наданий перелік супутників, які ретранслюють теле- та радіопрограми і які видно з довготи м. Івано-Франківська за станом на грудень 2005 р., азімут та кут схилення приведені для м. Івано-Франківська. Ознака поляризацій: H- горизонтальна; V- вертикальна; R- кругова права; L- кругова ліва.
Кожний супутник, показаний у таблиці 2.1, має кілька траспондерів, ре транс-люючих телевізійні програми в різних стандартах і на різних мовах. Це пов’язано з тим, яку територію вони обслуговують. Деякі з них транслюють програми в аналоговому вигляді. Багато фірм переходять на цифровий метод передачі.
Аналогові методи накладають певні обмеження на якість сигналу, що, відповідно, звужує можливості розвитку телебачення. Однієї з головних причин цих обмежень є низька завадостійкість аналогового сигналу, так як при проходженні всього телеві-зійного тракту він піддається впливу шуму та інших завад. А мовна телевізійна мережа представляє собою дуже довгий ланцюг приладів перетворення і передачі сигналів. Особливо це відноситься до систем супутникового телебачення.
В кожному приладі телевізійного тракту виникає неминуча втрата якості зоб-раження – адже при будь-якому перетворенні сигнал піддається впливу завад. При анна-логових методах ці завади нагромаджуються тим сильніше, чим більше в тракті процесів обробки і переприйому.
В нинішній час відбувається перехід від аналогового мовлення до цифрового, і про-міжною ланкою тут є розроблені цифрові стандарти, що отримали назви MAC і MPEG.
Майже 60%
