ОПИС Методические указания 12.11.2013

Методические указания

к выполнению курсового проекта на тему

Система коллективного приема спутниковых ТВ каналов.

Цель. Приобретение навыков построения телекоммуникационных систем и сетей связи.

Техническое задние:

Разработать систему коллективного приема спутниковых ТВ каналов

1.Привести структурную схему системы коллективного приема спутниковых ТВ каналов.

2.Выбрать и обосновать тематическое направление каналов вещания.

3.Определить координаты пункта приема.

4.Выбрать спутник, обеспечивающий достаточный уровень мощности сигнала в выбранном частотном диапазоне.

5.Привести перечень транслируемых ТВ каналов.

6.Привести схему зоны покрытия спутника, и определить по ней плотность мощности сигнала в точке приема.

7.Произвести расчет диаметра приемной антенны.

8.Рассчитать отношение сигнал шум на входе ТВ приемника.

9.Рассчитать угол места и азимут установки приемной антенны, а также угол поворота конвертора.

10.Рассчитать периоды солнечной интерференции с использованием программы-калькулятора.

4

1. Принципы построения систем телевизионного вещания

Зрение человека обладает инерционностью, мы не замечаем, например моргание ламп дневного света с частотой 100 Гц. Поэтому для передачи

изменяющихся изображений с достаточным качеством можно использовать передачу только отдельных кадров (изображений) с определенной частотой. Исследования показали, что при смене кадров с частотой более 50 Гц изображение начинает восприниматься как непрерывное. Отдельные кадры формируются также как и факсимильных аппаратах, последовательным считыванием отдельных точек изображения. Для преобразования

изображения в электрические сигналы вакуумные передающие телевизионные трубки ПЗС или КМОП матрицы.

В системах аналогового телевизионного вещания для передачи изображений используется так называемая чересстрочная развертка, при которой передача изображений производится в виде двух полей. В первом поле (полукадре) передаются нечетные, а во втором четные строки полного кадра. Основное преимущество чересстрочной развертки заключается в сокращении полосы частот сигнала за счет уменьшения частоты кадров (25 Гц) при сохранении частоты мелькания изображения (50 Гц).

1.1.Системы черно-белого телевидения

Всистемах черно-белого телевидения полный ТВ сигнал состоит из сигнала яркости и сигнала синхронизации. Для упрощения усилительных устройств в системах связи используются усилители переменного тока, т.е. постоянная составляющая в них теряется. Для восстановления правильного

уровня яркости в ТВ приемнике в сигнал яркости домешиваются сигнал гашения (по уровню соответствующий уровню черного в сигнале яркости), который передают во время обратного хода строчной развертки. Длительность импульса гашения 12 мкс.

Всистемах ТВ вещания применяется автономно-принудительная синхронизация. Передача на приемную сторону сигналов изображения и

синхронизации осуществляется по одному каналу с временным и уровневым разделением. Импульсы синхронизации передаются во время обратного хода развертки (во время гасящего импульса) по строкам и кадрам, кроме того синхроимпульсы имеют уровень ниже уровня черного (уровня гасящего импульса). В сигнал яркости замешиваются синхронизирующие импульсы строк длительностью 4,7 мкс и кадровые импульсы длительностью 2,5 строки или 160 мкс. Длительность кадрового синхроимпульса 2,5 строки или

5

160 мкс. Период строчной развертки в европейских системах телевидения 64 мкс (частота 15625 Гц) а частота полукадров 50 Гц.

Нормированный размах полного ТВ сигнала между уровнем белого и уровнем синхронизирующего импульса на нагрузке 75 Ом равен 1 В из которого 0,3 В отводится на синхросигнал.

В ТВ приемнике для восстановления постоянной составляющей используется схема привязки уровня черного, которая состоит из разделительного конденсатора ключа, замыкающегося в момент между

окончанием строчного синхроимпульса и окончанием гасящего строчного импульса. После привязки уровня черного в приемнике с помощью компаратора выделяется синхросигнал. Затем с помощью

дифференцирующей и интегрирующей цепочек синхросигнал разделяется на строчные и кадровые синхроимпульсы.

1.2. Совместимые системы цветного телевидения

В системах цветного телевидения первоначально с использованием трех передающих телевизионных трубок или ПЗС матриц создается три сигнала изображения соответствующих трем цветам - R, G, B. яркостный сигнал совместимый с системой черно-белого телевидения формируется из сигналов R, G, B в следующем соотношении:

в котором численные значения коэффициентов выбираются с учетом спектральных характеристик источника опорного белого цвета (источник света с цветовой температурой 6500oК соответствующей излучению дневного облачного неба) и координат цветности люминофоров кинескопа телевизионного приемника.

Для передачи информации о цвете формируются цветоразностные сигналы:

В совместимых системах цветного телевидения яркостный и цветоразностные сигналы передаются в полосе стандартного канала черно- белого телевидения. Это достигается уплотнением спектра яркостного сигнала. Зрение человека имеет меньшую цветовую чувствительность для

мелких объектов, поэтому в выходном изображении достаточно окрашивать

6

только достаточно крупные детали. При этом для передачи цветоразностных сигналов можно ограничить полосу частот до 1,5 МГц и использовать

различные виды модуляции для передачи яркостного и цветоразностного сигналов.

В системе СЕКАМ цветоразностные сигналы передаются с использованием частотной модуляции (ЧМ) с частотой поднесущей сигнала ER−Y : fR = 4406,25кГц , и сигнала EВ−Y : fВ = 4250,00кГц . Получающийся индекс модуляции (отношение максимальной девиации частоты к максимальной частоте модулирующего сигнала) оказывается меньше 0,5, поэтому спектр ЧМ сигнала практически не отличается от спектра амплитудно- модулируемого сигнала (АМ)

1.3. Системы распределения телевизионных программ

В системах наземного телевизионного вещания полный ТВ сигнал передается по радиоканалу с использованием негативной амплитудной модуляции. При этом уровень синхроимпульсов соответствует максимальной, а уровень белого – минимальной амплитуде радиосигнала. Негативная полярность огибающей сигнала имеет следующие преимущества:

∙помехи импульсного характера воспроизводятся на экране телевизора в виде темных пятен и полос, которые менее заметны;

∙средняя мощность передатчика значительно меньше пиковой, т.к. в реальных сюжетах преобладают сигналы, соответствующие уровню серого.

При передаче ТВ радиосигнала для сужения полосы частот радиоканала используется частичное подавление нижней боковой полосы сигнала изображения.

Звуковое сопровождение осуществляется с использованием частотной модуляции с максимальной девиацией частоты +- 50 кГц. Разнос несущих частот изображения и звука составляет 6,5 МГц. Номинальная полоса частот ТВ радиоканала 8 МГц. Отношение номинальной мощности передатчиков изображения и звука принято равным 10:1.

Для ТВ вещания используют метровый, дециметровый и сантиметровый диапазоны радиоволн.

7

Поляризация передаваемого радиосигнала может быть как горизонтальная, так и вертикальная. Однако при горизонтальной поляризации помехи, создаваемые техногенными и природными источниками оказывают меньшее влияние. Кроме того при использовании

горизонтальной поляризации упрощается конструкция направленных антенных систем.

Передаваемый телевизионный сигнал имеет избыточную энергию в области низких частот и для обеспечения равномерности АЧХ тракта приема

– передачи изображения в приемнике вводится ослабление сигнала в области несущей до -6 дБ.

Сигналы телевизионных (ТВ) программ передаются телезрителям с помощью наземной ТВ передающей сети, систем кабельного телевидения (СКТВ) и систем непосредственного ТВ вещания (НТВ) с использованием искусственных спутников земли (ИСЗ), находящихся на геостационарных орбитах. Телевизионная сеть состоит из телецентров, радио-передающих телевизионных станций (РТПС), кабельных, радиорелейных (РРЛ) и спутниковых линий связи для передачи ТВ сигнала на большие расстояния.

2.Системы спутникового телевизионного вещания.

Внастоящее время почти все системы спутникового телевидения (СТВ) рассчитаны на передачу ТВ вещательных программ непосредственно на индивидуальные или коллективные приемники. Основные преимущества систем НТВ: возможность использования сигнала неограниченным числом приемных установок на всей или значительной части страны (включая горные районы); высокая надежность ИСЗ; небольшие затраты энергии на поддержания ИСЗ в заданной точке орбиты.

Для стационарного ТВ вещания наиболее широко используются спутники находящиеся на геостационарной орбите – круговой орбите, распложенной в плоскости экватора на высоте 35786 км над поверхностью земли. Иногда эту орбиту называют поясом Кларка в честь писателя фантаста предложившего размещать на ней спутники.

Система СТВ состоит из передающей земной станции, геостационарного спутника, на котором размещен ретранслятор (приемник – усилитель - передатчик) и приемной земной станции. Передающая станция предает сигналы «вверх» (направление земля – спутник) например в диапазонах частот 5,8 – 6,4 ГГц или 14,0 – 14,5 ГГц. Для передачи «вниз» как

8

правило используются так называемые частотные диапазоны C и Ku (диапазоны частот определенные Международным союзом электросвязи: 3,6

– 4,2 ГГЦ и 11,7 – 12,5 ГГц соответственно).

Всемирная административная конференция по радио (ВАКР) в 1977 и 1983 гг. распределила 40 каналов в диапазоне Ku c разносом частот в 19,18 МГц. Номера каналов были распределены по странам с указанием положения спутника в плоскости экватора и поляризации излучения. Ширина полосы частот частотно-модулированных (ЧМ) каналов выбрана 27 МГц, для

устранения межканальных помех в соседних каналах выбирают ортогональные направления поляризации излучения.

Ограниченные возможности увеличения мощности спутникового передатчика и значительное затухание на линии вниз приводят к необходимости использования очень чувствительных приемников. Чувствительность приемника, прежде всего, определяется шумами.

2.1. Основные соотношения для расчета энергетического баланса спутниковой линии связи

Для оценки свойств приемной станции НТВ удобно использовать т.н. добротность:

θ

где GP - усиление приемной системы, θ - шумовая температура приемной системы приведенная ко входу.

Коэффициент усиления приемной параболической антенны может быть найден из соотношения:

где η - эффективность облучения зеркала антенны излучателем или коэффициент использования поверхности (в расчетах можно принять η ≈ 0,6 ), D - диаметр параболического зеркала, λ - длина волны излучения.

Направленные свойства антенн также определяются шириной их диаграмм направленности (по уровню -3дБ) приблизительно равной:

9

где αk - эффективный коэффициент передачи волновода между антенной и приемником, α z - коэффициент учитывающий уменьшение усиления по причине поляризационных и других ошибок.

В результате шумовая температура приемного устройства может быть записана как:

окружающей среды (в расчетах можно принять θ0 = 290K ), F - Коэффициент шума приемника (в относительных единицах).

Добротность приемной системы часто выражают в логарифмической

единица дБ/К. При проектировании систем приема спутникового телевидения с учетом рекомендаций ВАКР (World Administrative Radio Conference) логарифмическую добротность для индивидуального приемников необходимо выбирать больше 6 дБ/К, для коллективного приема больше 14 дБ/К.

Отношение мощностей сигнала и шума на выходе выносного блока приемной станции (конвертора) определяется следующим соотношением:

Pv - мощность передатчика на спутнике, Bmf - ширина полосы пропускания для одного ТВ канала (в расчетах принимаем Bmf = 27МГц ), k - постоянная

10