Расчет линии связи для системы телевидения

Отношение сигнал-шум в канале изображения является важным показателем для энергетического расчета ТВ систем и планирования сетей вещания. В каналах изображения нормируются отношение сигнал - взвешенный шум, равное (в децибелах) отношению амплитуды от пика до пика сигнала изображения (параметр L на рис. 3.1.2) к эффективному значению шума, измеренному взвешивающим фильтром с полосой от 10 кГц до верхней частоты сигнала 6 МГц. Амплитудно-частотная характеристика взвешивающего фильтра позволяет учесть свойства зрения при восприятии флуктуационных помех в различных участках спектра. Используемый в настоящее время на новых спутниковых линиях подачи ТВ взвешивающий фильтр с т = 245 нс (рис. 3.1.3) в соответствии с Рек. МККР 567 позволяет захватить и область частот, в которой находятся поднесущие, содержащие информацию о цвете. Шумы измеряются прибором для измерения эффективных значений, их уровень определяется по формуле

где Uэф ш -- эффективное значение взвешенного шума, Uc разм -- размах видеосигнала между уровнями черного и белого (параметр L).

Нормированное отношение сигнал-шум должно выполняться в течение 99 % времени любого месяца. Допускается ухудшение нормированного отношения на 8 дБ в течение 0,1 % времени любого месяца. Нормирование в малом проценте времени особенно актуально для систем, работающих в диапазонах выше 10 ГГц.

В Рек. МККР 567-3 предлагается, чтобы полоса, в которой измеряется взвешенный шум, была равна 5 МГц. Но в нашей стране принято измерять шум в полосе 6 МГц, поскольку сигнал системы СЕКАМ занимает эту полосу. Полоса измерения формируется фильтром подавления НЧ помех (от сети питания и микрофонного шума) (АЧХ 1, рис. 3.1.4), взвешивающим фильтром с постоянной времени т = 245 нc (АЧХ 1, рис. 3.1.3). Во внедренных ранее системах применяется фильтр с постоянной времени t = 330 нс (АЧХ 2, рис. 3.1.3) и фильтром нижних частот, ограничивающим полосу измерения помех (АЧХ для fв = 6 МГц, рис. 3.1.5).

Измерения с унифицированным для разных ТВ стандартов взвешивающим фильтром по Рек. МККР 567-3 с постоянной времени т = 245 нc для измерения флуктуационных помех в каналах черно-белого и цветного телевидения позволяют нормировать единое отношение сигнал - взвешенный шум при измерении в одинаковых условиях для разных ТВ стандартов. При этом шум для всех стандартов должен измеряться в полосе 5 МГц, формируемой фильтром нижних частот ФНЧ (АЧХ на рис. 3.1.6), схема которого аналогична схеме ФНЧ с полосой 6 МГц, но номиналы элементов другие. Низкочастотные помехи также подавляются специальным фильтром.

В табл. 3.1 приводятся нормы на отношение сигнал - взвешенный шум, получаемые при измерениях взвешивающим фильтром с т = 245 и 330 нc в полосе 6 МГц.

В системах передачи ТВ сигнала с частотной и амплитудной модуляцией для повышения помехоустойчивости сигналов применяют линейные частотные предыскажения видеосигнала на передающей стороне и частотное восстановление -- на приемной (Рек. МСЭ-Р 405, рис. 3.1.7).

Коэффициенты пересчета влияния контуров восстановления предыскаженного сигнала и взвешивающей цепи отдельно и вместе на значение защищенности от белого шума и шума с треугольной формой спектра приведены также в табл. 3.1. Треугольную форму имеет спектр шума на выходе спутникового канала, в котором сигнал ТВ передается ТВ методом ЧМ. На участке ретрансляции сигнала для потребителей применяется ОБП-АМ, спектр шума на выходе демодулятора AM сигнала равномерный.

Из табл. 3.1 следует, что при треугольной форме спектра шума совместное действие цепей восстановления и взвешивания унифицированной цепью с = 245 нс при передаче и измерении сигнала в полосе 6 МГц дает выигрыш 14,3 дБ и при белом шуме 1,7 дБ, при = 330 нс при передаче и измерениях в той же полосе -- соответственно 18,1 и 1,9 дБ. Эти выигрыши и учитываются при расчетах энергетики ЧМ и ОБП-ТВ систем.

Исходя из технических, организационных и экономических соображений и в соответствии с установленной эквивалентной длиной канала ГЭЦ в спутниковых каналах нормируются следующие отношения сигнал - взвешенный шум (с учетом контуров восстановления и унифицированного взвешивающего фильтра) на краю зоны обслуживания: в магистральных каналах -- 50 дБ, в каналах распределения ТВ с приемными установками I и II класса при эфирном вещании -- 46 дБ и в каналах распределения ТВ с приемными установками II класса при подаче на кабельные системы и приеме на индивидуальные установки -- 42 дБ. При использовании взвешивающего фильтра с постоянной времени = 330 нc значения отношения сигнал-шум увеличиваются примерно на 4 дБ.

Низкочастотная периодическая помеха (фон) измеряется при включении на выходе канала фильтра для выделения низкочастотных помех. Отношение размаха сигнала от уровня гашения до уровня белого к размаху фоновой помехи составляет 35. . .40 дБ (табл. 3.2).

Допустимые линейные и нелинейные искажения сигнала в магистральном канале нормируются в основном в соответствии с ГОСТ 19463-89. Спутниковые магистральные каналы изображения для распределения программ ТВ нормируются в соответствии с Правилами технической эксплуатации средств вещательного телевидения. Спутниковые магистральные каналы с установками коллективного и индивидуального приема систем непосредственного приема программ телевидения нормируются в соответствии с ГОСТ Р 50788-95.

В настоящее время в международных и национальных организациях интенсивно исследуются и активно разрабатываются стандарты цифрового стандартного, повышенного и высокой четкости качества телевидения с устранением избыточности ТВ сигналов и с соответствующим уменьшением скорости передачи, а также соответствующие методы передачи в ВЧ трактах, в частности спутниковых, формируются требования на канал изображения по аналоговым выходам. Проводятся большие исследования субъективного качества цифрового ТВ.

Разрабатывается семейство стандартов сжатия цифрового ТВ сигнала типа MPEG -- Moving Pictures Experts Group.

Стандарт MPEG-1, регламентирующий способ передачи цифрового ТВ сигнала на скоростях до 1,5 Мбит/с, в наибольшей степени подходит для электронной фотографии, видеоконференцсвязи, для мультимедиа, Т.е. для тех применений, где требуется передача неподвижных изображений с малой разрешающей способностью. Стандарт MPEG-2 оптимален для видеосистем с более высокоскоростными потоками. Первоначально предусматривалась скорость передачи от 4 до 15 Мбит/с, но для обработки видеопрограмм в студиях могут использоваться и скорости до 100 Мбит/с. В этих стандартах в едином информационном потоке передаются видеосигналы, звуковые сигналы и данные. Гибкость алгоритмов, используемых обеими системами MPEG, позволяет в будущем наращивать структуры оборудования для расширения функциональных возможностей только путем усовершенствования блока кодера. Все остальные функциональные элементы систем остаются прежними, и даже не требуется вносить изменений декодер на приемной стороне.

Существует до одиннадцати стандартов MPEG-2. Качество передачи в этих стандартах в основном оценивается субъективно: сложность субъективных испытаний состоит в отсутствии согласованных испытательных последовательностей изображений. Что касается нормирования каналов изображения, то в МСЭ-Р и МСЭ-Т согласовано мнение, что канал, составленный из аналоговых и цифровых секций, как и составленный только из аналоговых секций, должен отвечать рекомендациям на параметры и методы измерений Рек. МККР 567, в которую будут добавлены параметры и методы измерений для цифрового кодирования.

В связи с отсутствием согласованных решений по стандарту цифрового ТВ на международном и отечественном уровне требования к каналам изображения, организуемым цифровыми методами, постепенно пополняются и вносятся в Рек. МСЭ-Р 658. Заранее можно предположить, что в целом субъективное качество такого канала должно быть не хуже обеспечиваемого аналоговым каналом, отвечающим нормам Рек. МККР 567.

Универсальные блоки LNB

Теперь, когда цифровое ТВ вещание (DVB) становится общепринятым, существуют модифицированные разработки LNB, которые подходят для приема как аналоговых сигналов Кu-диапазона, так и цифровых сигналов во всем диапазоне частот 10,7-12,75 ГГц. Такие устройства стали называть универсальными LNB, и они хорошо приспособлены для приема сигналов со спутников Astra и Eutelsat.

Универсальные LNB охватывают (перекрывают) весь диапазон 10,7 - 12,75 ГГц и осуществляют понижающее преобразование сигнала при помощи местного генератора (гетеродина), который переключается в двух отдельных диапазонах ПЧ. Полученный сигнал затем может быть обработан приемником, находящимся внутри помещения, или совмещенным приемником/декодером (RD). Гетеродин частотой 9,75 ГГц переключается на выбранную спутниковую ПЧ нижней полосы (950-1950 МГц), а гетеродин частотой 10,6 ГГц используется для выбора спутниковой ПЧ верхней полосы (1100-2150 МГц) в распределительном устройстве.

Так как напряжение переключения 13/17 В уже используется для управления направлением поляризации, для управления частотой гетеродина во внутреннем приемнике применяется устройство дополнительного переключения. В недорогих блоках, распространяющихся на внутреннем рынке, применяется схемное решение, при котором по умолчанию включается гетеродин частотой 9,75 ГГц, а для включения по требованию гетеродина частотой 10,6 ГГц используется тоновый сигнал 22 кГц. Внутренний приемник вырабатывает все управляющие сигналы, необходимые как для поляризатора, так и для выбора полосы LNB, и посылает их вверх по коаксиальному кабелю к распределительному устройству, так что никаких дополнительных проводов не требуется. Имеются также варианты со сдвоенными выходами для питания двух отдельных приемников и двух полностью независимых переключаемых блоков LNB в одном и том же корпусе. Для таких недорогих блоков LNB номинальные значения коэффициента теплового шума в настоящее время составляют около 1,2 дБ.

Для приема сигналов всех расположенных рядом спутников SES системы Astra и Eutelsat Hotbird, находящихся соответственно в позициях 19,3°Е и 13°Е, необходим универсальный блок LNB, который покрывает все диапазоны FSS (10,7-11,7 ГГц), DBS (11,7-12,5 ГГц) и Telecom (12,5-12,75 ГГц). Спутники системы Astra имеют транспондеры с полосой пропускания 27 ГГц, а спутники Eutelsat Hotbird -транспондеры с полосой пропускания 33 ГГц. Распределение диапазонов и ввод в действие соответствующих станций спутников связи приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Ввод в действие станций спутников SES Astra и Eutelsat Hotbird

На свободном рынке и у кабельных операторов используются широкополосные двухвыходные устройства повышенного качества, в которых LNB обеспечивает два отдельных выхода для верхней (HI) и нижней (LO) полосы частот. Эти приборы обладают низким уровнем фазового шума, поэтому вполне подходят для приема сигналов нового цифрового ТВ стандарта. Для приема сигналов с двумя направлениями поляризации необходимо подключение ОМТ (разделитель поляризации - ортомод). Примером такого прибора является модель WDLNB 1000E производства фирмы Swedish Microwave которая обладает следующими основными параметрами:

-- Частота входного сигнала 10,7-12,5 ГГц

-- Коэффициент шума 0,8 дБ (номинальное значение), 1,0 дБ (максимальное значение)

-- Частота выходного сигнала 950-1950 МГц (нижняя полоса), 1100-2150 МГц (верхняя полоса)

-- Коэффициент усиления 52 дБ (±4 дБ)

-- Частота гетеродина 9,75 ГГц (нижняя полоса), 10,6 ГГц (верхняя полоса)

-- Фазовый шум гетеродина не более -75 дБ/Гц @ 10 кГц

-- КСВ на выходе (SWR) не более 2

-- Избирательность по зеркальному каналу не менее 40 дБ

-- Уровень сигнала гетеродина на выходе в полосе 1700 МГц не более -30 дБмВт

-- Источник питания постоянного тока 12-20 В при токе потребления (через любой соединитель) не более 300 мА

4. Спутниковые приемники

После понижающего преобразования в конверторе сигналы поступают на вход спутникового приемника (ресивера), где происходит выбор сигнала конкретного канала для просмотра. Кроме того, принятый сигнал необходимо преобразовать в форму, пригодную для подачи на вход обычного ТВ приемника и/или стереоаппаратуры. Приемники могут быть отдельными устройствами или входить в состав обычного телевизора в качестве дополнительного блока и содержать как минимум следующие схемные блоки:

о блок питания;

о блок спутникового тюнера/демодулятора;

о каскады обработки видеосигналов;

о каскады обработки звуковых сигналов;

о модулятор ВЧ диапазона ДМВ (UHF).

Используемые термины и сокращения

АПЧ (автоматическая подстройка частоты) - это метод, посредством которого частота настройки приемника автоматически удерживается в оптимальной точке. Это уменьшает возможность ухода настройки под воздействием изменений температуры и влажности.

АРУ (автоматическая регулировка усиления) - это метод автоматического поддержания уровня напряжения сильных сигналов по отношению к слабым. Таким образом цепи обработки сигналов защищаются от эффектов перегрузки и поддерживается постоянный уровень выходного сигнала.

ВЧ (высокая частота, или радиочастота) - высокая частота несущей, промодулированная частотой сигнала.

Гетеродин (местный задающий генератор) -- название синусоидального генератора (генератора синусоидального сигнала), который используется вместе с каскадом смесителя.

Девиация - мера того, насколько несущая частота отклоняется от своего номинального (центрального) значения модулирующим сигналом.

Коррекция предыскажений - процедура, обратная внесению предыскажений, методу, который применяется для подъема уровня (усиления) высоких частот перед передачей сигнала. Поскольку плотность шумов возрастает с частотой, последующая коррекция внесенных предыскажений (восстановление уровня) уменьшает уровень сигнала до номинальной величины и, следовательно, ослабляет высокочастотную составляющую шумов, приобретенную сигналом во время передачи.

MAC (уплотнение аналоговых составляющих) - ТВ система, применяющаяся для уменьшения эффекта перекрестной модуляции и совместимая с будущими ТВ разработками высокой четкости.

Основная полоса частот - термин, используемый для описания необработанных или исходных частот видеосигнала (до коррекции предыскажений и фиксации уровня) вместе с поднесущими частотами звука.

Полоса частот - общая ширина диапазона частот, занимаемая конкретным сигналом.

ПЧ (промежуточная частота) - термин, используемый для описания частоты сигналов на выходе понижающего преобразователя частоты (конвертора) или схемы смесителя (схемы изменения частоты).

Смеситель - схема, функцией которой является генерирование суммы и разности частот поступающего ВЧ сигнала и гетеродина.

ЧМ демодулятор - схема, с помощью которой происходит воссоздание исходного сигнала из ЧМ сигнала несущей. Данная схема иногда упоминается как дискриминатор.

РС - сокращение, применяемое для обозначения микропроцессора или предварительно запрограммированной интегральной схемы микроЭВМ (микроконтроллера), которые часто используются в системах управления и в системах настройки с синтезаторами частоты.

Тюнер/демодулятор

Спутниковый тюнер/демодулятор обычно изготавливается в виде единого блока или контейнера. Группа конвертированных с понижением частот (каналов) поступает от LNB через коаксиальный кабель на вход блока тюнера/демодулятора.

Внутри корпуса тюнера чаще всего размещаются следующие схемные блоки:

о инжектор напряжения питания постоянного тока для LNB;

о изолятор по постоянному току входа тюнера от источника напряжения питания LNB;

о ВЧ каскад, управляемый схемой АРУ, и фильтр;

о каскад второго понижающего преобразователя частоты (вторая ПЧ);

о ЧМ демодулятор;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8