Тема: Спутниковые системы телевизионного вещания

Лекция № 34

Спутниковые системы телевизионного вещания.

23 апреля 1965 года был запущен на высокую эллиптическую орбиту первый отечественный спутник связи "Молния-1", который ознаменовал становление в нашей стране спутниковой радиосвязи. Почти одновременно в США был запущен на геостационарную орбиту первый спутник коммерческой связи Intelsat-1.

Таким образом, была реализована заманчивая идея резкого увеличения дальности радиосвязи благодаря размещению ретранслятора высоко над поверхностью Земли, что позволило обеспечить одновременную радиовидимость расположенных в разных точках обширной территории радиостанций. Преимуществами систем спутниковой связи (СС) являются большая пропускная способность, глобальность действия и высокое качество связи.

В состав спутниковой системы связи входят следующие составляющие:

· Космический сегмент, состоящий из нескольких спутников-ретрансляторов

· Наземный сегмент, состоящий из центра управления системой, центра запуска КА, командно-измерительных станций, центра управления связью и шлюзовых станций.

· Пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи персональных спутниковых терминалов.

· Наземные сети связи, с которыми через интерфейс связи сопрягают шлюзовые станции космической связи.

Конфигурация систем СС зависит от типа искусственного спутника Земли (ИСЗ), вида связи и параметров земных станций. Для построения систем СС используются в основном три разновидности ИСЗ (рисунок 27) - на высокой эллиптической орбите (ВЭО), геостационарной орбите (ГСО) и низковысотной орбите (НВО). Каждый тип ИСЗ имеет свои преимущества и недостатки.

Примером ИСЗ с ВЭО могут служить отечественные спутники типа "Молния" с периодом обращения 12 часов, наклонением 63°, высотой апогея над северным полушарием 40 тысяч км. Движение ИСЗ в области апогея замедляется, при этом длительность радиовидимости составляет 6..8 ч. Преимуществом данного типа ИСЗ является большой размер зоны обслуживания при охвате большей части северного полушария. Недостатком ВЭО является необходимость слежения антенн за медленно дрейфующим спутником и их переориентирования с заходящего спутника на восходящий.

Рисунок 81 Орбиты спутников

Уникальной орбитой является ГСО - круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 часа, лежащая в плоскости экватора, с высотой 35875 км от поверхности Земли. Орбита синхронна с вращением Земли, поэтому спутник оказывается неподвижным относительно земной поверхности. Достоинства ГСО: зона обслуживания составляет около трети земной поверхности, трех спутников достаточно для почти глобальной связи, антенны земных станций практически не требуют систем слежения. Однако в северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и вовсе не виден в приполярных областях.

Спутники с низковысотной орбитой (НВО) запускаются на круговые орбиты, плоскость которых наклонена к плоскости экватора (полярные и квазиполярные орбиты) с высотой порядка 200..2000 км над поверхностью Земли. Запуск легкого ИСЗ на низкую орбиту может быть осуществлен с помощью недорогих пусковых установок. Однако скорость перемещения ИСЗ относительно поверхности Земли достаточно велика, в результате длительность сеанса от восхода спутника до его захода не превышает несколько десятков минут.

Диапазоны рабочих частот систем СС регламентированы МСЭ-Р, различны для участков Земля-ИСЗ и ИСЗ-Земля и лежат в пределах 2..40 ГГц.

В зависимости от назначения системы СС и типа земных станций регламентом МСЭ различаются следующие службы:

· фиксированная спутниковая служба для связи между станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах, а также распределения телевизионных программ;

· подвижная спутниковая служба для связи между подвижными станциями, размещаемыми на транспортных средствах (самолетах, морских судах, автомобилях и пр.);

· радиовещательная спутниковая служба для непосредственной передачи радио и телевизионных программ на терминалы, находящиеся у абонентов.

Фиксированная спутниковая служба (ФСС). На начальном этапе развития ФСС развивалась в направлении создания систем магистральной связи с применением крупных земных станций с диаметрами зеркала антенн порядка 12..30 м. В настоящее время функционирует около 50 систем ФСС. В качестве примеров можно отметить отечественные системы СС "Молния-3", "Радуга", "Горизонт" и международные системы Intelsat и Eutelsat. Развитие ФСС идет по направлениям увеличения срока службы ИСЗ, повышения точности удержания ИСЗ на орбите, разработки и совершенствования многолучевых антенн, а также возможности работы на антенны земных станций малого диаметра (1,2..2,4 м) (системы VSAT).

Подвижная спутниковая служба (ПСС). В силу международного характера работы транспорта для его управления создаются международные системы глобальной спутниковой связи, например, система морской спутниковой связи Inmarsat, которая введена в действие в 1982 году. Функционально она содержит геостационарные спутники, расположенные над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами; береговые станции, установленные на различных континентах, и разветвленную сеть судовых станций различных стандартов. В настоящее время системой Inmarsat пользуется около 15 тысяч судов. В рамках организации Inmarsat решается проблема создания системы авиационной спутниковой связи.

Различают два типа СС с НВО. В наиболее простых из них пакеты информации передаются через ИСЗ-ретранслятор непосредственно или с задержкой на время пролета по трассе. Второй тип систем обеспечивает непрерывную связь. Зоны радиовидимости отдельных ИСЗ объединяются в единое информационное пространство.

Примером такой системы служит международный проект Iridium, возглавляемый фирмой Motorola. Система базируется на 66 легких (масса 689 кг) ИСЗ, равномерно размещенных на 6 полярных орбитах (по 11 ИСЗ на каждой орбите) высотой 780 км, плоскости которых разнесены на 30°, но совпадают по фазам движения. Каждый ИСЗ связан с четырьмя соседними. Ретранслятор работает на многолучевую антенну с числом лучей 48, что позволяет организовать в системе 2100 активных лучей одновременно, т.е. создать сотовую зону обслуживания на всей поверхности Земли.

В системе принят многостанционный доступ с частотно-временным разделением каналов, для межспутниковых линий и станций сопряжения предусматривается диапазон частот "K" 19..29 ГГц, для абонентских линий "Земля-ИСЗ" и "ИСЗ-Земля" - использование двух полос в диапазоне частот "L" 1610..1626,5 МГц. Система Iridium охватывает связью до 1,5 млн. абонентов. Примененяеися двухрежимных абонентских терминалов: режим Iridium и режим одного из стандартов сотовой подвижной связи (например, GSM). При нахождении абонента в зоне обслуживания системы сотовой связи, он обслуживается данной системой. Когда абонент покидает зону обслуживания системы сотовой связи, автоматически происходит его переключение на обслуживание системой СС Iridium.

Системы персональной спутниковой связи предназначены для предоставления следующих видов услуг:

· связь абонентов, имеющих персональные спутниковые терминалы, между собой

· дуплексная связь абонентов, имеющих персональные спутниковые терминалы, с абонентами телефонной сети общего назначения, пейджинговых и сотовых сетей, а также частных каналов связи, если указанные сети подключены к интерфейсам связи шлюзовых станций

· определение местоположения (координат) абонентов СПСС

Для организации спутниковой связи применяют переносные персональные спутниковые терминалы (весом около 700 г) и мобильные терминалы (весом около 2,5 кг). Данные терминалы способны устанавливать связь между абонентами за 2с, как и в системе сотовой связи. В настоящее время многие фирмы предлагают пользователям следующие типы спутниковых терминалов:

· портативные терминалы (спутниковый телефон)

· переносные персональные терминалы

· мобильные терминалы для автотранспортных, авиа- и морских средств

· малогабаритные пейджинговые терминалы

· терминалы для коллективного пользования

Персональные терминалы подвижной связи работают в диапазонах частот 137-900 и 1970-2520 МГц, которые практически не отличаются от диапазона частот сотовой связи (450-1800 МГц). Средняя мощность передатчика невелика и составляет, например, для спутникового терминала системы Iridium 15-400 мВт. Это означает, что владельцу терминала не следует опасаться за здоровье: спутниковый терминал не более опасен, чем привычный сотовый радиотелефон. Наибольший интерес для пользователей представляют портативные и персональные спутниковые терминалы.

В последнее время все большее внимание уделяется созданию спутниковых систем связи на основе технологии VSAT (Very Small Aperture Terminal), которая переводится как система связи с малыми спутниковыми терминалами. Данная технология позволяет изготовлять спутниковые терминалы с диаметром антенн до 2,5 м.

Радиовещательная спутниковая служба (РСС). В настоящее время основным способом распространения телерадиопрограмм является трансляция сигнала через системы спутникового телерадиовещания (ССТ). ССТ - это системы передачи телевизионных и радиовещательных программ от передающих земных станций (ЗС) к приемным через ретранслятор, установленный на искусственном спутнике земли (ИСЗ). Такая система предполагает симплексную (одностороннюю) передачу одной и той же информации на большое число приемных станций.

Принятые на ЗС программы подаются на телевизионные или радиовещательные передающие станции, кабельные и эфирные распределительные сети. ССТ может быть составной частью многофункциональной системы с многоствольным ретранслятором, часть стволов которого используются для телерадиовещания, а другая - для телефонной дуплексной (двухсторонней) связи, передачи данных и др.

Использование передаваемого ИСЗ сигнала большой сетью приемных установок и их сравнительная простота снижают затраты конечного потребителя телерадиопрограмм и делают эксплуатацию систем спутникового телерадиовещания экономически выгодной.

МСЭ утвердил международный план спутникового ТВ вещания в диапазоне 12 ГГц (НТВ-12). В планах зафиксированы точки стояния ИСЗ на ГСО, номера частотных каналов, параметры бортовой передающей аппаратуры. Для спутников бывшего СССР выделены пять точек стояния: 23°, 44°, 74°, 110° и 140° восточной долготы. Следует отметить, что из-за исторически сложившегося развития технических средств, для непосредственного телевидения применяется также диапазон 11 ГГц, выделенный для ФСС.

Для широкого внедрения НТВ необходимы многопрограммные спутники с нескольким десятком программ с тем, чтобы с приобретением сравнительно дорогого приемного оборудования абонент (зритель) смог бы резко увеличить свой телевизионный выбор. В этой связи являются актуальными работы в области цифрового сжатия телевизионных изображений, позволяющего передавать в одном частотном стволе до 6..10 программ одновременно.

Дата добавления: 2014-01-05