Организация приёмной станции сигналов спутникового вещания

Структура наземной станции для приема сигналов телевизионного вещания показана на рисунке А.1.

Рисунок А.1- Наземная станция для приема сигналов телевизионного вещания. Схема электрическая структурная

В ее состав входят зеркальная антенна, конвертор, кабель снижения и спутниковый ресивер.

Для вещания используются спутники, расположенные на геостационарной орбите. При этом упрощается состав антенной системы. Она может не содержать системы наведения (при работе с одним спутником). Высота геостационарной орбиты около 38000 км. Мощность спутниковых передатчиков ограничена мощностью солнечных батарей, расположенных на борту ИСЗ. Уровень сигнала в точке приема крайне мал. Именно поэтому в спутниковых системах используются зеркальные антенны с большим коэффициентом усиления. Чаще всего применяются параболические антенны осесимметричные и осенесимметричные (офсетные) рисунок А.2а и 2б соответственно.

а) б)

Рисунок А.2- Параболическая антенна:

а) осесимметричная; б) осенесимметричная (офсетная)

В таблице А.1 представлены диапазоны частот, выделенные для спутниковых систем связи.

Таблица А.1- Диапазоны частот, выделенные для спутниковых систем связи

Диапазон	Полоса частот, ГГц
L	0,39 – 1,55 и 1.61 – 1,71
S	1,93 – 2,7
C	3,40 – 5,25 и 5,725 – 7,075
X	7,25-8,40
Ku	10,7 – 12,57 и 12,7 – 14,8
Ka	15,4 – 27,5 и 27,0 – 50,2
K	84 - 86

Для спутникового вещания отведены нижние части диапазонов С (3.40 – 5.25ГГц) и Ku (10,70 – 12,75ГГц). Спутниковые ресиверы рассчитаны на входной сигнал в диапазоне L с полосой 0,93 – 2,150 ГГц. Для согласования по частоте и для компенсации затухания в кабеле используется конвертор, расположенный в фокусе антенны. В нем происходит перенос принимаемого спектра в рабочий диапазон частот ресивера. Учитывая низкий уровень сигнала на входе конвертора, он должен обладать низким уровнем собственных шумов. Поэтому его международная аббревиатура LNB (Low Noise Block) – малошумящий блок. Конвертор представлен на рисунке А.3.

Простейшая структурная схема конвертера приведена на рисунке А.3.

Рисунок А.3- Конвертор. Схема электрическая структурная

В состав конвертора входит смеситель, гетеродин и фильтр боковой полосы, который выделяет из выходного спектра смесителя одну из боковых полос (обычно разностную) f_пч= f_с-f_г. Промежуточная частота должна оказаться в полосе пропускания ресивера. Это выполняется правильным выбором частоты гетеродина. Поэтому для работы на разных диапазонах частот, отведенных для спутниковых систем связи необходимо выбирать соответствующий конвертор. При приеме сигналов со спутника, работающего в диапазоне L, в фокус антенны устанавливается не конвертор, а малошумящий усилитель. Питание на конвертор подается по кабелю снижения с ресивера.

В спутниковом вещании в одной полосе частот могут передаваться два сигнала с противоположной поляризацией. Например, используются вертикальная и горизонтальная поляризации. На рисунке А.4 показаны спектры сигналов со спутника Hot Bird в одной полосе частот, но с разной поляризацией: а) – вертикальной; б) – горизонтальной.

Для уменьшения взаимного влияния в сигналах разных поляризаций, частоты транспондеров смещены относительно друг друга.

Изменяя напряжение питания конвертера можно переключать принимаемую поляризацию. При U_п = 12 В, конвертер работает с сигналами, поляризованными вертикально, а при U_п = 18 В – с сигналами, поляризованными горизонтально.

а) б)

Рисунок А.4- Спектры сигналов со спутника Hot Bird:

а) с вертикальной поляризацией; б) с горизонтальной поляризацией

Для полного охвата диапазона частот, частота гетеродина в конвертере должна меняться. Например, ширина диапазона Ku составляет 12,75-10,70=2,05 ГГц. При постоянной частоте гетеродина, например 10 ГГц, на выходе конвертера будет действовать сигнал со спектром от 0,7 до 2,75 ГГц. Этот спектр не согласуется с входными частотами ресивера 0,93 – 2,150. Верхняя и нижняя часть диапазона будут потеряны. Для охвата всего диапазона в конверторах есть возможность изменения частоты гетеродина. Широкополосные конверторы диапазона Ku могут использовать две частоты гетеродина 9,75 ГГц и 10,600 ГГц (рисунок А.5).

Рисунок А.5- Преобразование полосы частот диапазона Ku с использованием двух частот гетеродина

При включении частоты гетеродина 9,75 ГГц в полосу частот ресивера переносится часть диапазона 10,680 – 11,900 ГГц, а при включении частоты 10,600 ГГц – 11530 – 12750 ГГц. Таким образом, при использовании двух частот гетеродина охватывается весь диапазон Ku. При чем часть диапазона 11,53…11,9 ГГц можно принимать с обеими частотами гетеродина. Частоты гетеродина в конвертере переключаются согласно управляющим сигналам, подаваемым с ресивера по кабелю снижения.

Ресивер производит прием выбранного сигнала, его детектирование, исправление ошибок, демультиплексирование транспортного потока, декодирование источника и цифро-аналоговое преобразование (рисунок А.6).

Рисунок А.6- Ресивер. Схема электрическая структурная

Каждый «бугор» на рисунке А.4 – пакет данных, который представляет собой несущую (центральная частота), промодулированную цифровым потоком. Он состоит из данных нескольких программ и некоторого количества проверочных символов. Такой пакет характеризуется частотой несущей, поляризацией, частотой следования символов F_S и скоростью внутреннего кодирования FEC. Эти данные можно найти в специализированной литературе (журнал «Телеспутник»).

В смесителе входной сигнал ресивера смешивается с частотой перестраиваемого внутреннего гетеродина. Частота гетеродина выбирается таким образом, чтобы разностная частота (f_ПЧ2= f_BХ - f_Г2 = 70 МГц) попала в полосу пропускания полосового фильтра. Для этого частота внутреннего гетеродина должна быть на 70МГц ниже частоты несущей выбранного пакета. Полоса пропускания полосового фильтра соответствует ширине одного пакета. Таким образом, на вход детектора попадает только сигнал выбранного пакета (рисунок А.7).

Рисунок А.7- Селекция с помощью изменения частоты гетеродина

Продетектированный цифровой поток подается на декодер канала для исправления ошибок. В начале исправляются одиночные ошибки во внутреннем декодере, затем восстанавливается исходный порядок данных в блоке перемежения, и в окончании исправляются пакетные ошибки. После этого происходит процесс дерандомизации («вычитание» из принятого цифрового потока квазислучайной последовательности). Этот процесс обратный процессу рандомизация на передающей стороне. Таким образом, на демультиплексор подается многопрограммный транспортный поток, скорость S которого можно определить, зная характеристики принятого пакета, по следующему выражению:

S=F_S *2*FEC*188/204 (1)

где S – скорость многопрограммного транспортного потока на выходе декодера DVB;

F_S – sym rate (символ-рейт);

2 – коэффициент, учитывающий количество переносимых бит на интервале одного символа (модуляция QPSK);

FEC – коэффициент, учитывающий скорость внутреннего кодирования;

188/204 – коэффициент, учитывающий скорость внешнего кодирования.

В цифровом спутниковом вещании используется стандарт DVB-S. Согласно ему используется модуляция QPSK, при которой на интервале одного символа передается 2 бита информации. Скорость внутреннего кодирования может соответствовать одному из следующих вариантов: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8. Скорость внешнего кодирования всегда постоянна и равна 188/204, т.е. на передающем конце к 188 байтам транспортного пакета добавляется 16 байт кода Рида-Соломона.

Демультиплексор выделяет из многопрограммного транспортного потока транспортные пакеты, относящиеся к выбранной программе. Грубо можно узнать битрейт этой программы S₁, разделив скорость многопрограммного транспортного потока на количество программ в этом потоке: S₁ = S/N.

В качестве декодера источника используется декодер MPEG-2, на выходе которого действует цифровой сигнал с форматом разложения 4:2:0 или 4:1:1.

АЦП преобразует цифровой сигнал в аналоговый.

Ресивер снабжен и цифровым и аналоговым композитными или компонентными выходами, к которым можно подключить монитор, или телевизор в режиме «Видео».

Приложение Б

(информационное)