Расчет линии связи для системы телевидения

о каскад АПЧ.

Типичная структурная схема модуля спутникового тюнера/демодулятора приведена на рис. 4.1.

Инжектор напряжения питания LNB

Напряжение постоянного тока, необходимое для питания блока LNB, составляет 15-24 В. Это напряжение, поступающее от источника питания приемника, вводится на вход кабеля для подачи на LNB. Вход ВЧ каскада приемника должен быть защищен от этого напряжения, поэтому в состав блока включается схема изоляции по постоянному току. Изоляция может осуществляться путем установки на входе конденсаторов или трансформаторов. В некоторых спутниковых приемных системах также применяется метод переключения поляризатора V/H при помощи изменения уровня напряжения. Это достигается за счет передачи вверх по кабелю напряжения постоянного тока. Например, напряжение 13 В может использоваться для переключения поляризатора на прием сигналов с вертикальной поляризацией, а напряжение 17 В - для переключения поляризатора на прием сигналов с горизонтальной поляризацией.

ВЧ каскад, управляемый схемой АРУ

Группа приходящих каналов поступает на вход ВЧ каскада. В этом каскаде часто происходит некоторая предварительная настройка выбранного канала и усиление сигнала по ВЧ. Усиление управляется напряжением, поступающим с выхода каскада второй ПЧ, поскольку сильные сигналы требуют меньшего усиления, чем слабые. Как правило, процесс настройки управляется микросхемой микроЭВМ или процессором настройки, вследствие чего управляющее напряжение заставляет изменяться напряжение смещения, которое прикладывается к варикапам (переменным конденсаторам) диодных схем. Однако основная настройка и фильтрация сигнала происходит в каскадах второго преобразователя частоты и ВЧ усилителя.

Каскады гетеродина и смесителя

Выходной сигнал гетеродина и приходящий ВЧ сигнал поступают на каскад смесителя, где генерируются как суммарные, так и разностные сигналы требуемого канала. Поскольку далее используется только разностный сигнал, полоса частот суммарного сигнала отфильтровывается каскадом ВЧ усилителя. Частота гетеродина меняется под воздействием управляющего напряжения, которое создается микро-ЭВМ или процессором настройки. Какой бы канал не был выбран, смешивание двух частот переносит поступающий сигнал в фиксированную полосу частот, центр которой располагается около номинальной частоты 460 МГц, хотя данное значение не является стандартизированным и может меняться в зависимости от конкретной модели приемника. Выходной сигнал смесителя называется сигналом второго преобразования частоты (второй ПЧ).

Усилитель второй ПЧ и фильтр

Назначением усилителя второй ПЧ (ПЧ2) является формирование сигнала в соответствии с требуемой характеристикой полосы пропускания и обеспечение основного усиления сигнала. Через каскад фильтра ПЧ могут пройти только частоты диапазона выбранного канала.

Ширина характеристики полосового фильтра ПЧ может меняться между 16 и 36 МГц, но обычно она составляет около 27 МГц. Например, спутниковые приемники системы Astra имеют характеристику, приведенную на рис. 4. 2. Приемники, предназначенные для работы со спутниками серии Eutelsat II, требуют более широкой характеристики фильтра ПЧ, составляющей 36 МГц. В принципе, каскад усилителя ПЧ можно рассматривать как полосовой фильтр канала с усилением. В некоторых моделях приемников высокого класса можно изменять ширину полосы пропускания усилителей ПЧ, чтобы обеспечить прием сигнала от большого количества различных спутников. Данная возможность имеет еще одно преимущество - уменьшение шумовой составляющей сигналов в условиях плохого приема путем ограничения полосы пропускания сигнала до величины, меньшей номинальной. Однако это достигается за счет потери качества изображения. В большинстве моделей усилитель сигнала ПЧ2 также управляется схемой АРУ. Таким образом автоматически поднимается уровень слабых сигналов по отношению к сильным. Выход каскада второй ПЧ используется как вход каскада детектора АРУ, выход которого, в свою очередь, используется для управления усилением каскадов ВЧ и ПЧ.

ЧМ демодулятор

Назначением ЧМ демодулятора является воссоздание исходной полосы частот видеосигнала и сопровождающих его звуковых поднесущих из полосы частот выбранного канала и удаление сигнала несущей. Выходной сигнал ЧМ демодулятора называется сигналом основной полосы.

Автоматическая подстройка частоты

Выходной сигнал с ЧМ демодулятора поступает на детектор автоматической подстройки частоты (АПЧ). Назначением данной схемы является формирование сигнала ошибки соответствующей полярности с целью получения требуемых значений корректирующих напряжений для подстройки входных каскадов схемы настройки частоты. Иногда управление осуществляется непосредственно процессором настройки или микроЭВМ. Отсутствие данной функции может привести к уходу настройки под воздействием температуры или влажности.

Приемники системы DVB

Структурная схема типичного спутникового приемника системы DVB/ MPEG-2 приведена на рис. 4. 22. Первое поколение приемников DVB представляет собой настольные модели совмещенных приемников/декодеров (IRD). Приемники имеют стандартные разъемы ВЧ и SCART плюс разъем (интерфейс) персонального компьютера для подключения к службам Internet через спутниковый канал связи. Каналы данных используются для получения технических параметров передачи и информации EPG (электронного путеводителя по программам). Приемник имеет слот (гнездо) для вставки смарт-карты. Система MPEG-2 является цифровым стандартом уплотнения звуковых и видеосигналов, который основывается на принципе дискретного косинусного преобразования с максимальной скоростью передачи данных 15 Мбит/с.

В состав принимаемых технических параметров входят частота вещания, параметры модуляции и описание услуг, предоставляемых при передаче объединенных сигналов различных служб. Настройка приемников производится автоматически при помощи встроенного программного обеспечения, что позволяет менять параметры вещания или даже переорганизовывать транспондеры спутника без перенастройки.

EPG включает следующую информацию:

о данные о распределительной сети, например Astra, Eutelsat;

о название каналов, например Bravo, Sky One, UK Gold;

о название программы, например Fashion News, Fawlty Towers;

о содержание программы, например фильм, новости, шоу;

о данные о службе провайдера, например Sky Television;

о программный пакет, например многоканальный пакет Sky;

о время, например 05: 00 - 06: 00;

о описание, например название фильма, состав актеров и т. п.;

о подробности будущей программы.

5. Расчет линии связи

5.1 Общие сведения

Строго говоря, для определения размера приемной антенны следует проанализировать всю линию связи, включая и линию связи вверх (от наземного передатчика до спутника связи), и линию связи вниз (от спутника до наземной приемной станции). Тем не менее применение в ТВ вещании методов управления мощностью на линии связи вверх и другие определенные традиционные допущения позволяют отдельно рассчитать линию связи вниз. На практике для определения параметров оборудования, устанавливаемого на месте приема сигналов (TVRO), вполне достаточно упрощенного метода расчета, представленного в настоящей главе.

Основная цель расчета линии связи - определение или проверка того, насколько данное оборудование подходит для обеспечения устойчивого приема сигналов от выбранного спутника в заданном месте расположения приемной системы. В настоящее время для ТВ вещания наиболее часто используются S-, С-, Ku- и Ка - диапазоны частот. Диапазоны различных микроволновых сигналов и приблизительные значения частот диапазонов приведены в табл. 5. 1.

Таблица 5. 1. Диапазоны микроволновых сигналов

Конечно, можно вместо проведения собственных расчетов полагаться либо на общий расчет линии связи, который предоставляют операторы спутниковой связи, либо сосредоточиться на готовых комплектах приемных систем, предназначенных для работы с общедоступными спутниками. Такой подход не является ошибочным, но он сильно ограничивает вас по многим направлениям. Например, общий расчет линии связи всегда является компромиссным и диктует определенный общепринятый стандарт качества сигнала и его доступности, что может не соответствовать требованиям потребителей. Например, клиент может быть иностранцем, проживающим в вашей стране, и хочет принимать сигналы вещания своей собственной страны. Какой диаметр антенны необходим в этом случае? Таким образом, существует множество причин, по которым расчет линии связи может понадобиться.

Чтобы убедиться, что условия устойчивого приема сигнала обеспечиваются для каждого канала связи, вычисления необходимо выполнить для группы транспондеров. Это особенно важно, когда приемная система собирается из комплектующих частей от разных производителей, поскольку в одном случае на практике может быть получен неудовлетворительный результат, а в другом - чрезмерное усложнение конструкции может привести к неоправданному увеличению стоимости оборудования, а приемная система будет выглядеть неэстетично.

Результатом расчета линии связи является вычисленное значение отношения S/N, величина которого сравнивается с соответствующими значениями по пятибалльной шкале градаций качества принимаемого изображения согласно рекомендациям Международного консультативного комитета по радиовещанию МККР (см. табл. 5. 2). Данные оценки, которые получены в результате многочисленных субъективных тестов, наиболее часто применяются в качестве критерия общей эффективности работы приемных систем. Принятым стандартом для бытовых приемных систем является оценка «4», что соответствует взвешенному значению отношения S/N выше 42, 3 дБ.

Таблица 5. 2. Пятибалльная шкала градаций качества принимаемого изображения в соответствии с рекомендациями МККР

В настоящей главе содержатся выражения, необходимые для детального анализа любого участка линии связи вниз.

Подробный расчет линии связи

Прием сигналов в S- и С- диапазонах относительно не зависит от таких факторов, как затухание в условиях дождя и поглощение сигнала в атмосфере, но при приеме сигналов в Кu- и Ка- диапазонах частот подобные потери необходимо принимать во внимание. Для выполнения подробного расчета линии связи существуют многочисленные стандартные и альтернативные формулы, позволяющие проводить вычисления с различной степенью точности. Приведенный здесь метод расчета является достаточно полным и учитывает затухание сигнала в атмосферных осадках, возрастание шумов в осадках, потери рассогласования, переходные (волноводные) затухания, а также номинальную добротность G/T и используемую добротность G/T, где G/T -- это отношение полного коэффициента усиления антенны к общей шумовой температуре системы.

Факторы, влияющие на прием сигнала со спутника

Работа спутниковых приемных ТВ систем зависит от ряда физических параметров, перечень которых приводится ниже.

1. Эффективная изотропно - излучаемая мощность - ЭИИМ.

2. Диаметр действующей антенны.

3. Коэффициент шума малошумящего блока или шумовая температура.

4. Переходные затухания в волноводах и поляризаторах.

5. Потери из-за неточного наведения (нацеливания) антенны:

- начальная ошибка наведения;

- устойчивость антенны под воздействием ветра или других условий окружающей среды;

- точность удержания станции спутника на орбите.

6. Потери поляризации.

7. Старение транспондера

8. Затухание в условиях дождя для заданной вероятности получения (доступности) сигнала (номинальное значение 99, 5% для среднего года).

9. Возрастание шумов в осадках при приеме сигнала в Кu- и Ка - диапазонах (дождь, снег или град).

10. Поглощение сигнала в атмосфере кислородом и парами воды (в зависимости от влажности).

11. Изменения температуры.

12. Параметры приемника (порог демодулятора).

13. Характеристики модуляции сигнала.

14. Рассеивание сигналов из-за затенения антенны деревьями, зданиями, стаями птиц и летательными аппаратами (самолетами).

15. Потери на расходимость луча при прохождении через атмосферу.

Временные воздействия, такие как затенение пролетающими стаями птиц, по большей части непредсказуемы, и при вычислениях их можно не принимать в расчет. Другие факторы могут иметь значительное долговременное воздействие, хотя при приеме в S- и С- диапазонах факторами 8, 9 и 10 можно пренебречь.

Расположение места приема по отношению к позиции спутника

Каждый геостационарный спутник занимает определенную (уникальную) позицию или участок орбиты, находящейся на высоте 35 784 км прямо над экватором. Фактическое положение спутника определяется долготой подспутниковой точки (точки, расположенной прямо под спутником на экваторе). Для захвата сигнала со спутника в пределах предполагаемой зоны обслуживания антенну необходимо точно установить как по азимуту, так и по углу места.

Угол места

Угол места EL (угол возвышения) представляет собой угол направленного вверх наклона антенного зеркала (рефлектора) относительно земной поверхности. Его можно вычислить следующим образом выражение (1):

где А - широта места нахождения земной станции (положительная для северного полушария, отрицательная для южного полушария);

В - восточная долгота земной станции минус восточная долгота спутника;

m = 6, 61 - отношение радиуса геостационарной орбиты к радиусу экватора Земли.

Для низких углов места, значения которых составляют менее 30°, геометрический угол места может быть слегка модифицирован при помощи выражения (2) для учета средней величины рефракции (преломления) в атмосфере. При этом верно рассчитанное истинное значение угла места всегда должно быть больше, чем геометрический угол.

(2)

где EL - результат вычислений, выполненных по выражению (1). В атласах приводятся значения широты и долготы, выраженные в градусах и минутах. Чтобы их можно было использовать при вычислениях.

Азимут

Истинный азимут AZ (поворот рефлектора антенны) представляет собой угол направления, указывающего на выбранный спутник, который отсчитывается от истинного севера. Магнитный азимут измеряется в градусах от 0 до 360°. Север, восток, юг и запад имеют азимуты

указанные значения необходимо перевести в градусы (с десятичными долями). Для этого следует разделить число минут на 60, а полученный результат умножить на 100 и прибавить к целой части числа градусов. Например, нужно преобразовать 53°15'N в градусы:

53 + [(15/60) х 100] = 53, 25°N.

Значения западной долготы необходимо преобразовать в соответствующие значения восточной долготы и отсчитывать от 0°Е (меридиан по Гринвичу) через 180°Е к 360°Е, которое снова будет являться тем же самым значением 0°Е. Таким образом, для значений долготы, расположенной западнее меридиана по Гринвичу, вычитание значения западной долготы (°W) из 360° дает эквивалентное (соответствующее) значение восточной долготы. Например, значение 3°W будет эквивалентно следующему:

360° - (3°W) = 357°Е.

Стоит иметь в виду, что на широтах выше 810 невозможно наблюдать любой участок геостационарной орбиты спутников. Точно так же и разность значений долготы между земной станцией и желаемым спутником не может превышать данную величину. 0°, 90°, 180° и 360° соответственно. Геостационарная орбита спутников отслеживается магнитными азимутами между 90° и 270° в северном полушарии или от 270° до 90° в южном полушарии. Истинный азимут рассчитывается из следующего выражения:

(3)

В расчетах для южного полушария цифра 180 из формулы исключается.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8