Организация телевизионного и радиовещания с использованием геостационарных спутников – технические и коммерческие аспекты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"Организация телевизионного  и радиовещания с использованием  геостационарных спутников –  технические и коммерческие аспекты"

 

Оглавление

Введение 3

Основная  часть 5

Заключение 13

Список использованной литературы 14

 

 

Введение

 

 Сегодня растут потребности в телекоммуникациях. Наземные радиорелейные линии не могут в полной мере удовлетворить обмен радиовещательных и телевизионных программ, особенно если они сильно удалены друг от друга. Между ретрансляторами не может быть больших расстояний, поэтому размещение наземных ретрансляторов связано со значительными техническими и экономическими сложностями, а связь через океаны и труднодоступные территории просто невозможна. От этих недостатков свободны спутниковые системы связи (ССС). Они могут ретранслировать сигналы с высоты в десятки тысяч километров. ССС обладают высокой пропускной способностью и позволяют обеспечить экономичную круглосуточную связь между любыми оконечными пунктами, обмен радиовещательными и телевизионными программами, одновременную работу без взаимных помех большого числа линий.

В основе построения спутниковой  системы связи лежит идея размещения ретранслятора на космическом аппарате (КА). Движение КА длительное время происходит без затрат энергии, а энергоснабжение  всех систем осуществляется от солнечных  батарей. КА, находящийся на достаточно высокой орбите, способен 'охватить' очень большую территорию — около  трети поверхности Земли. Через  его бортовой ретранслятор могут  связываться любые станции, находящиеся  на этой территории. Принцип спутниковой  связи заключается в ретрансляции аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приёмникам.

Известно, что большинство  абонентских спутниковых терминалов, использующих технологию VSAT, обслуживаются спутниками-ретрансляторами, находящимися на геостационарной орбите. Высота геостационарной достаточно большая, поэтому в таких спутниковых системах есть крупный недостаток длительная задержка между передачей и приемом сигнала. Кроме того, дополнительную задержку вносят атмосфера и приемопередающая аппаратура VSAT терминалов и спутника-ретранслятора. На практике появление задержки при водит к тому, что при телефонном разговоре двух собеседников постоянно возникают паузы, что очень раздражает абонентов.

 

Основная часть

 

Спутниковая связь и вещание  с геостационарной орбиты (ГСО) даже в период мирового экономического кризиса  по-прежнему остается коммерчески выгодным видом космической деятельности. За истекшие девять лет нового века, включая кризисные годы, телекоммуникационная космическая отрасль развивалась  динамично и поступательно.

Известно, что в системах спутниковой связи и вещания  наиболее интенсивно используется геостационарная  орбита [1, 2]. Достоинства геостационарной  орбиты (ГО) по сравнению с другими:

1. Непрерывный (24-часовой)  сеанс связи через почти неподвижный  (относительно земного наблюдателя)  спутник

2. Возможность использования  неподвижных (не следящих за  спутником) антенн на земных  станциях. По этим причинам большинство  современных спутников связи  и вещания выводятся на геостационарную  орбиту.

Спутниковая линия связи  с ретранслятором на геостационарной  орбите имеет ряд серьезных преимуществ:

• 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,  повышение 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.

Спутниковое телевизионное  вещание — это передача через  космический спутник-ретранслятор телевизионного изображения и звукового  сопровождения от наземных передающих станций к приемным. В сочетании  с кабельными сетями, спутниковая  телевизионная ретрансляция сегодня  является основным средством обеспечения многопрограммного высококачественного телевизионного вещания.

 В зависимости от  организации, спутниковое ТВ-вещание  может осуществляться двумя службами:

Фиксированной спутниковой  службой (ФСС). 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 (рис. 2.1).

 

Рисунок 2.1 - Ретрансляция спутниковых сигналов наземным телецентром

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) (рис. 2.2).

 

 

Рисунок 2.2 – Непосредственное телевизионное вещание

 

Большое распространение  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 (рисунок 2.3):

• Передающий телевизионный центр.
• Активный спутник-ретранслятор.
• Приемное оборудование.

Таблица 2.3 - Применение спутниковой ретрансляции для ТВ вещания

Современные технические  средства позволяют сформировать достаточно узкий пучок волн, чтобы при  необходимости сконцентрировать практически  всю энергию передатчика КА на ограниченной территории, например, на территории 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  спутника-ретранслятора. Несмотря на то, что антенна всегда направлена ​​в точку прицеливания - за ней 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 изотропно-излучаемой мощностью (ЭИИМ) и измеряют в децибелах  на ватт. Уровень сигнала в точке  приема определяется плотностью потока мощности у поверхности Земли  относительно потока мощности 1Вт, проходящего  через 1м² (ДБВт/м2).

Для систем спутникового вещания  выделены полосы частот, представленные в табл. 1.1. 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 Ku-диапазона (10,70 — 12,75 ГГц) имеют характерные размеры 0,6 — 1,5 м, то антенны К-диапазона (84 — 86 ГГц) при том же значении коэффициента усиления будут иметь размеры 0,10 — 0,15 м. Кроме того, информационная емкость этих диапазонов значительно выше. Под информационной емкостью понимается количество телевизионных каналов, которые можно разместить в данном диапазоне частот.

 

Таблица 2.4 – Районы спутникового вещания

Возрастающие требования к качеству телевизионного вещания, дальнейшее совершенствование его  технологии приводят к необходимости  изыскания новых эффективных  методов создания, записи и передачи сигналов телевизионных программ. В  течение многих лет в телевидении  используют аналоговый телевизионный  сигнал, который преобразует свет-сигнал в электрический аналог изображения.

 Основное требование  к передаче телевизионных сигналов  – обеспечение минимальных искажений.  Однако в процессе формирования  и записи сигналов ТВ-программ, а также при передаче их по линиям связи методами и средствами, используемыми в аналоговом телевидении, сигналы подвергаются искажениям, которые накапливаются с увеличением числа обработок и переприемов. Особенно сильно эти искажения проявляются при компоновке программ, осуществляемой путем электронного монтажа видеозаписей на магнитной ленте.

 При многократной перезаписи  фрагментов программ, неизбежной  во время монтажа, происходит  существенное ухудшение качества  аналоговых сигналов. Аналоговый  тип телевизионных сигналов лимитирует  дальнейшее повышение качества  изображения и возможности различных  спецэффектов. Отмеченные ограничения  могут быть преодолены путем  перехода на цифровую форму  телевизионного сигнала. Поэтому  в последние годы все большее  внимание уделяется цифровому  телевидению.

Установка спутниковой антенны  должна начинаться с выбора места, к  которому предъявляются следующие  требования:

В направлении приема в  пределах телесного угла ±5° не должно быть никаких затеняющих предметов: деревьев, крыш зданий, труб, линий электропередач и т. д.,  так как любая преграда может поглощать или отражать электромагнитные волны, что приводит к снижению уровня принимаемого сигнала.

Необходимо обеспечить, по возможности, минимальное расстояние между антенной и телевизором (до 70 — 100 м). От этого расстояния, а также  от типа применяемого коаксиального  кабеля зависит необходимость установки  дополнительного усилителя. Этого, по возможности, следует избегать.

    Необходимо иметь свободный доступ к антенне для вас и максимально затрудненный — для посторонних, поскольку антенна вполне может быть предметом посягательства со стороны незаконопослушных граждан.

Все эти требования часто  могут противоречить друг другу, поэтому требуется найти компромиссное  решение. При оценке места установки  следует учитывать ряд факторов, которые в будущем могут повлиять на качество приема, например:

При установке зимой необходимо помнить, что летом на деревьях появятся листья, которые значительно ухудшат  прием.

Если в направлении  приема строится здание, то по завершении строительства возможен вариант  полного затенения выбранного спутника.

В случае установки полярной подвески с возможностью перенацеливания на несколько спутников, должно быть обеспечено свободное вращение антенны в выбранном секторе обзора.

 

 

 

 

Заключение

 

Спутники на геостационарных  орбитах оптимальны для систем радио- и телевизионного вещания, где задержки в 250 мс (в каждом направлении) не сказываются  на качественных характеристиках сигналов. Системы радиотелефонной связи  более чувствительны к задержкам, а поскольку суммарная задержка в системах данного класса составляет около 600 мс (с учетом времени обработки  и коммутации в наземных сетях), даже современная техника эхоподавления не всегда позволяет обеспечить связь высокого качества. В случае "двойного скачка" (ретрансляции через наземную станцию-шлюз) задержка становится неприемлемой уже более чем для 20% пользователей.

Архитектура геостационарных  систем ограничивает возможность повторного использования выделенных полос  частот, а следовательно, их спектральную эффективность. Зона охвата геостационарных КА не включает в себя высокоширотные районы (выше 76,50 с.ш. и ю.ш.), т. е. действительно глобальное обслуживание не гарантируется. Следует также отметить, что геостационарные КА могут обеспечить услуги персональной связи лишь в том случае, если формируемые ими на поверхности Земли зоны обслуживания примерно одинаковы с зонами, образуемыми низкоорбитальными спутниками.

 

Список использованной литературы

1. Бахтигараев Н.С., Костюк Н.Д., Юревич В.А. О применении комплекса программ обработки астронегативов АФУ-75 к снимкам камеры ВАУ. // Научн. информ. Астрон. совета АН СССР, 1982, вып.55, с. 82-88.
2. Лозинский A.M., Бахтигараев Н.С., Бирюков А.Н., Бург Б.М., Пак Кен Су. Результаты наблюдений зоны геостационарных ИСЗ в Звенигороде за 1975-1983 годы. // Научн. информ. Астрон. совета АН СССР, 1987, вып. 64, с. 47-160.
3. Бахтигараев Н.С., Пирогов К.В. Анализ результатов наблюдений геостационарного спутника за длительный период. // Набл. ИНТ, 1990, № 85, с. 67-71.
4. Бахтигараев H.C. Фотографические наблюдения искусственных небесных тел и возможности их каталогизации. // Проблема загрязнения космоса (Космический мусор) (ред. А.Г.Масевич), М.: Космосинформ, 1993, с. 47-58.
5. Бахтигараев H.C., Гаязов И.С., Пирогов K.B., Сочилина А. С. О создании долгосрочной эфемеридной службы геостационарных спутников. // Набл. ИНТ, 1994, № 88, с. 31-36.
6. Бахтигараев Н.С., Ю.З. Вибе, М.И. Гулямов, И.И. Дмитроца, Ю.Н. Иващенко, Г.Т. Кайзер, JI.H. Кизюн, Ф.Н. Масуми, Ю.И. Сафронов. Результаты сеанса позиционных наблюдений геостационарных спутников. // Набл. ИНТ, 1994, № 88, с. 51.