577_Maglitskij_B.N._Kosmicheskie_i_nazemnye_sistemy_radiosvjazi_

1.4 Содержание разделов курсового проекта

1 Введение

В этом разделе необходимо рассмотреть современное состояние и перспективы развития цифрового телевизионного вещания в Российской Федерации и сформулировать цель курсового проекта.

2 Краткий обзор и сравнение возможных способов доставки телевизионного контента к потребителям в заданном районе

Данный раздел необходимо выполнить с использованием ресурсов Интернета, привести упрощенные структурные схемы способов доставки телевизионного контента с краткими пояснениями, отметить достоинства и недостатки каждого способа. Список использованных источников должен быть приведен в библиографии.

3 Схема организации сети ТВ-вещания

При выполнении этого раздела необходимо с учетом заданного места установки и требуемых каналов (таблица 3.1) с использованием ресурсов Интернета определить используемый спутник-ретранслятор и его координаты на геостационарной орбите.

Привести зону покрытия спутника-ретранслятора. Пример показан на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Зона покрытия «Экспресс АМ 22» 53E

21

Изобразить схему организации сети ТВ-вещания с указанием всех необходимых элементов сети и краткими пояснениями к ним.

Привести частотный план спутника-ретранслятора и основные технические параметры транспондеров. Наиболее полная информация на русском языке представлена таблицами журнала «Телеспутник», размещенных на сайте http://www.telesputnik.ru/ft/freqtab.php?sa =0&ad=D&encs=all.

Пример таблицы приведен на рисунке 1.2.

Бонум 1 / DirecTV 1R 56° в.д.

Outdoor Channel, Russian Travel Guide TV, Домашний Телеканал (+4), Закон ТВ, Кино Плюс, Киноклуб, Кинохит, Моя Планета, НТВ (+4), НТВ-Плюс Спорт, НТВ-Плюс Футбол, Наше Кино, Наше Новое Кино,Первый канал (+4), Перец (+2), Премьера, Пятый канал, РБК-ТВ, РЕН ТВ +4, Россия 1 (+4), Россия К (+4), ТНТ (+4),

365 дней ТВ, Comedy TV, Europa Plus TV, Fox, Fox Life, Gulli, S TV, SET Middle East, TiJi, Universal Channel, Авто Плюс, Боец, Индия ТВ, КХЛ-ТВ, Канал Disney, Кинолюкс, Комедия ТВ, Кухня ТВ, Ля-минор TB,Много ТВ, Совершенно секретно, Телеклуб,

Домашний Телеканал (+4), Звезда (+3), КХЛ-ТВ, Канал Disney (+2), Нано ТВ, Перец (+2), РЕН ТВ, Русская ночь, СТС

(+4), ТВ 3 Россия (+2), ТНТ (+4),

Animal Planet RUS, Cartoon Network, Discovery Channel Europe, Discovery Science, Discovery World, Diva Universal, EuroNews, Eurosport, Eurosport 2, Investigation Discovery Europe, Jim Jam, MCM Top, MGM,Nat Geo Wild, National Geographic Channel, Nickelodeon Россия, Sony Sci-Fi, TLC, TV21, Еврокино, Иллюзион +, Охота и рыбалка, Русский иллюзион,

365 дней ТВ, Russian Travel Guide TV, Авто Плюс, Боец, Индия ТВ, Комедия ТВ, Ля-минор TB, Мать и дитя, Много ТВ, НСТВ,

Рис. 1.2. Таблица частот спутниковых каналов

4 Обзор и выбор конвертера и приемной антенны

Условия эксплуатации конверторов являются весьма жесткими: на них непосредственно воздействуют атмосферные осадки и перепады температур, зависящие от климата региона. Конвертор является необслуживаемым устройством, поэтому должна обеспечиваться их полная взаимозаменяемость без каких-либо дополнительных регулировок. Соединения и корпус должны быть пыле- и влагозащищенными.

22

Основные технические характеристики конвертора:

-диапазон принимаемых частот;

-коэффициент шума;

-коэффициент усиления;

-нестабильность частоты гетеродина;

-фазовые шумы.

Усиление современного конвертора составляет 50 – 70 дБ. Для обеспечения эффективной работы приемного комплекса величина этого параметра очень важна.

Недостаточное усиление равнозначно применению антенны меньшего диаметра, чрезмерное усиление приведет к перегрузке входных цепей приемного устройства. В целом же усиление конвертора должно быть согласовано с длиной кабеля (затуханием в нем сигнала) и чувствительностью приемного устройства.

Втаблице 1.3 приведены параметры некоторых типов конверторов. Более подробную информацию можно найти в Интернете.

Вданном разделе курсового проекта необходимо привести краткий обзор типов конвертеров и с учетом варианта задания выбрать конкретный тип конвертора.

Аналогично необходимо провести обзор спутниковых антенн для НТВ, их основные параметры и произвести предварительный выбор антенны.

Окончательный выбор типа и параметров приемной антенны производится после проведения энергетического расчета.

1.5Энергетический расчет спутниковой линии связи

1.5.1Общие сведения

Линии спутниковой связи состоят из двух участков: Земля – спутник и спутник – Земля. В энергетическом смысле второй участок является более напряженным из-за ограничений на массу, габаритные размеры и энергопотребление бортового ретранслятора, лимитирующих его мощность.

Основная особенность спутниковых линий – наличие больших потерь энергии сигнала, обусловленных затуханием (ослаблением и рассеянием) его энергии. Кроме этого, на распространение сигнала оказывают влияние такие факторы, как поглощение энергии радиоволн в атмосфере Земли, вращение плоскости поляризации радиоволн за счет эффекта Фарадея и др. Также на

23

распространение сигнала оказывают влияние разного рода помехи в виде излучения космоса, Солнца и планет.

В этих условиях правильный и точный учет влияния всех факторов позволяет осуществить оптимальное проектирование системы связи, обеспечить ее работу с требуемым качеством и в то же время исключить излишние энергетические запасы, приводящие к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой аппаратуры.

Задачей энергетического расчета является определение основных энергетических параметров, обеспечивающих требуемое качество передачи сигналов по спутниковой линии связи.

Основным качественным показателем любой цифровой системы связи (в том числе и спутниковой) является коэффициент ошибок BER. В системах СНТВ для обеспечения приемлемого качества передачи телевизионного сигнала значение BER на выходе приемника земной станции должно быть не более, чем 10-8.

При проведении расчетов значение коэффициента ошибок определяется в зависимости от нормированного отношения Eб/N0 , где Еб – энергия сигнала на один бит цифрового сигнала, N0 – спектральная плотность мощности теплового шума.

Энергия сигнала на один бит рассчитывается как мощность сигнала РС, умноженная на время передачи бита Тб. Таким образом:

где (Рс/Рш)вх – отношение сигнал/шум на входе приемника земной станции;

R – скорость передачи данных, бит/с;

W – ширина полосы частот транспондера, Гц.

Скорость передачи данных в системах СНТВ зависит от количества мультиплексированных программ в транспортном потоке и значения скорости передачи, соответствующей одной телевизионной программе В. Значение В определяется действующими стандартами DVB-S или DVB-S2, которые используются в системе НТВ:

где Nтв – число мультиплексированных телевизионных программ;

B – скорость передачи для одной телевизионной программы, бит/с.

24

Отношение Eб/N0 при заданном значении BER зависит от вида модуляции, применяемой в радиоканале, и может быть найдено по соответствующим теоретическим зависимостям, приводимым в справочной литературе. В

качестве примера на рисунке 1.3 приведена зависимость BER от отношения

Eб/N0 для QPSK.

параметров оборудования спутника-ретранслятора и приемной земной станции, при которых выполняется условие:

1.5.2 Расчет мощности сигнала на входе земной станции

Уровень мощности сигнала на входе земной станции определяется

где: Рс вх ЗС - уровень мощности сигнала на входе земной станции, дБВт;

РЭИИМ - эквивалентная изотропно-излучаемая мощность передатчика ИСЗ, дБВт;

GЗС - коэффициент усиления антенны земной станции, дБ; aф ЗС – затухание сигнала в фидере земной станции, дБ;

L- затухание сигнала в тракте распространения на участке спутник – земная станция, дБ.

25

Затухание сигнала в тракте распространения рассчитываются как:

где L0 – затухание сигнала в свободном пространстве; Lдоп - дополнительные потери энергии сигнала.

Значения параметров РЭИИМ, GЗС и aф ЗС определяются техническими параметрами транспондера и земной станции соответственно.

Наклонная дальность зависит от географических координат земной станции и точки стояния спутника-ретранслятора. Для определения наклонной дальности можно использовать соответствующие расчетные соотношения

где ЗС - долгота земной станции;

СП - долгота подспутниковой точки;

ЗС - широта земной станции.

Необходимая информация для расчета рабочей длины может быть определена из технических параметров используемого транспондера.

26

Дополнительные потери определяются как:

где Lн - потери энергии сигнала из-за рефракции и неточности наведения антенны, дБ;

Lп - поляризационные потери энергии сигнала, дБ;

Lатм - потери энергии сигнала в атмосфере Земли, дБ.

Рефракция – это искривление траектории сигнала при прохождении через атмосферу (ионосферу и тропосферу). Величина ионосферной рефракции обратно пропорциональна квадрату частоты и становится пренебрежимо малой при частоте, большей чем 12 ГГц. Тропосферная рефракция не зависит от частоты и составляет десятые доли градуса.

При автоматическом наведении антенн по максимуму приходящего сигнала влияние рефракции практически исключается. Еще одна составляющая потерь — потери из-за неточности наведения антенн земных станций на ИСЗ. Этот вид потерь, строго говоря, носит неподдающийся оценке статистический характер и может примерно на 1 дБ увеличить общие потери. Отметим, что влияние рефракции пренебрежимо мало в диапазонах 14/12 ГГц и выше.

Поляризационные потери можно разделить на три составляющие: потери, связанные с эффектом Фарадея, несогласованностью поляризаций антенн и с деполяризацией сигналов в атмосфере.

С влиянием атмосферы связаны эффект Фарадея и вытекающее из него следствие — фазовая дисперсия сигналов. Как известно, эффект Фарадея обусловлен тем, что при распространении линейно поляризованной волны через атмосферу под действием магнитного поля Земли происходит расщепление этой волны на две составляющие, которые распространяются в ионосфере с различными скоростями. Следовательно, между ними появляется фазовый сдвиг, который приводит к повороту плоскости поляризации суммарной волны. Эффект Фарадея приводит к заметному изменению направления вектора поляризации на частотах ниже 5 ГГц; на частотах выше 10 ГГц с этим явлением можно не считаться. Во избежание этого на частотах ниже 10 ГГц в спутниковых системах используется исключительно круговая поляризация.

Потери, вызванные несогласованностью поляризации, возникают в результате изменения взаимной ориентации антенн ЗС и спутника, что имеет решающее значение при использовании линейной вертикальной или горизонтальной поляризации. Возникающие при этом потери могут доходить до 10 дБ, однако использование круговой поляризации позволяет сделать эту составляющую поляризационных потерь пренебрежимо малой.

Потери из-за деполяризации радиоволн в осадках обусловлены несферичностью формы и особенностью траекторий падения капель дождя, что

27

приводит к различному влиянию осадков на вертикальную и горизонтальную составляющие радиоволн с круговой поляризацией. Эффект деполяризации радиоволн с линейной поляризацией вызывает намного меньшие потери, чем в случае с круговой. Очевидно также, что этот вид потерь носит статистический характер, связанный со статистикой выпадения дождей, в связи с чем такой же характер будут носить и результирующие поляризационные потери.

В целях снижения результирующих поляризационных потерь в полосах частот ниже 10 ГГц используют только круговую поляризацию.

Потери энергии сигнала в атмосфере Земли находятся как:

где LАТМ .С - затухание радиоволн в спокойной атмосфере, дБ;

LД - затухание радиоволн в дожде, дБ.

Затухание радиоволн в невозмущенной атмосфере обусловлено в основном поглощением кислородом и водяным паром тропосферного слоя, а также ионосферой.

На частотах выше 1 ГГц ионосферные потери становятся весьма малыми (менее 0,0025 дБ), и их можно не учитывать.

Полное поглощение атмосферными газами в спокойной атмосфере

где lK ,lB - длина пути радиосигнала в слоях кислорода и водяного пара соответственно, км;

LК ,LB - удельное поглощение кислородом и водяным паром соответственно, дБ/км.

Удельное поглощение кислородом и водяным паром зависит от давления, влажности, температуры и частоты. Для количественного определения составляющих потерь можно воспользоваться рисунком (1.4) [4], на котором приведены зависимости составляющих удельных потерь от частоты для стандартных параметров Т = 290°К, Р = 101 кПа, р = 8 г/м3 атмосферы, из которого следует, что:

LК 0,008дБ /км,LB 0,0004дБ/км.

28

Рис. 1.4. Зависимость погонного ослабления сигнала в атмосфере Земли

Эквивалентная длина пути сигнала в стандартной атмосфере зависит не только от эквивалентной толщины атмосферы, но также от угла места земной антенны и высоты земной станции над уровнем моря hЗ:

эквивалентная толщина слоя кислорода и водяных паров в стандартной атмосфере;

hЗ , км – высота земной станции над уровнем моря.

Примечание: высота земной станции над уровнем моря можно также определить при помощи приложения Google Earth.

Для определения угла места удобно воспользоваться следующим выражением:

При вычислении значения азимута можно воспользоваться следующим выражением:

После вычисления угла места и азимута по предложенным выше формулам, проверьте правильность расчетов. Для этого запустите программу Satellite Antenna Alignment (SAA). Скачать ее последнюю версию, а также посмотреть справку по программе, можно непосредственно на сайте разработчика www.al-soft.com.

Программа для российских пользователей бесплатная, не требует регистрации и не имеет никаких временных ограничений при условии использования ее в некоммерческих целях. Также она поддерживает русский язык.

После установки и запуска SAA введите географические координаты того населенного пункта, который был определен в соответствии с вашим вариантом, на вкладке с названием Углы поворота антенны (рисунок 1.5).

Для удобства, Вы можете на этой же вкладке вписать название населенного пункта. Далее, для сохранения введенных данных, нажмите на расположенную внизу кнопку с надписью "Сохранить".

Рис. 1.5. Окно программы SAA

После введения географических координат земной станции выберите ИСЗ, соответствующий Вашему варианту задания, и определите угол места и азимут.

30