Содержание

1.Введение
2.История спутникового телевидения
3.Приемная сеть «Орбита»
4.Приемная сеть «Москва»
5.Приемная сеть «Экран»
6.Стандарты сигналов спутникового ТВ вещания
7.Аналоговый метод передачи с ЧМ
8.ТВ сигнал с временным разделением компонентов
9.Передача ТВ сигналов в цифровой форме с сжатием
10.Телевидение высокой четкости
11.Засекречивание ТВ сигнала

Введение

Мечта человека о возможности видеть на любые расстояния отражена в легендах и сказках многих на родов. Осуществить эту мечту удалось в наш век, когда общее развитие науки и техники подготовило основу для передачи изображения на любое расстояние.

История спутникового телевидения

Тенденция существенного увеличения использования странами каналов по плану НТВ-12 сегодня не наблюдается. В странах Американского континента преимущественно используется диапазон ФСС 4 ГГц, а в Европейских государствах - 11...12 ГГц, что обусловлено исторически сложившимся характером развития технических средств. В США для применения земной приемной станции ранее требовалось получить специальное разрешение
Федеральной Комиссии по связи и пройти сложную процедуру оформления. В 1984 г. этот фактический запрет был снят, и в течение нескольких лет населению было продано 2,5 млн. приемных станций. Сегодня же в США население имеет более 4 млн. спутниковых станций диапазона 4 ГГц. Через ИСЗ передается более 100 ТВ программ.

Использовать ИСЗ (искусственные спутники земли ) для передачи телевизионных (ТВ) программ стали после первых запусков спутников связи.
Именно с ТВ трансляции из Владивостока в Москву началась эксплуатация первого в мире спутника связи "Молния" и день его вывода на орбиту 23 апреля 1965 г. Техноэкономические решения спутникового вещания были настолько удачны, а его социальное значение так велико, что практическое применение ИСЗ для передачи ТВ программ оказалось в центре внимания. Сразу была поставлена задача обеспечить прием непосредственно на индивидуальные приемники метрового и дециметрового диапазонов, имеющиеся у населения. Для выполнения данного требования было необходимо, чтобы излучаемый с ИСЗ сигнал соответствовал параметрам наземной передающей сети - диапазону частот, методу модуляции, уровням сигнала и взаимных помех и другим параметрам, для чего нужно было бы решить ряд технических и правовых проблем.

Однако расчеты показали, что для реализации перечисленных выше условий непосредственного ТВ вещания (НТВ) в пределах одного европейского государства или временной зоны вещания России нужно оборудовать спутник передатчиком мощностью от единиц до нескольких десятков киловатт и антенной диаметром от десятков до сотен метров. Пока что достичь таких параметров
ИСЗ нельзя, хотя со временем они, безусловно, станут возможными.

Еще более серьезной оказалась проблема совместного использования частотного спектра системой НТВ и наземными передающими средствами, что обусловлено практической невозможностью сконцентрировать излучение спутника в пределах планируемой зоны обслуживания (территории государства), как в наземной передающей сети. Данное явление получило название "естественного перелива". Облучая территорию той или иной страны, спутниковая система ТВ вещания создает в соседних государствах значительный уровень сигнала, в данном случае представляющего собой помеху. В Европе, например, выделенных для ТВ вещания в метровом и дециметровом диапазонах каналов оказалось бы недостаточно для обеспечения в каждой стране даже одно - или двухпограммного спутникового ТВ вещания, причем в случае его осуществления наземную передающую сеть пришлось бы полностью закрыть. После изучения данной проблемы Международный Союз Электросвязи принял решение о выделении радиовещательной спутниковой службе (РВСС) для спутникового ТВ вещания специальной полосы частот в диапазоне 12 ГГц.

В 1977 г. Был разработан и принят Международный план спутникового ТВ вещания.. в этом диапазоне для стран районов 1 и 3 (для стран района 2 план был принят в 1983 г.), в котором определены позиции ИСЗ на геостационарной орбите, частотные каналы, зоны обслуживания, уровни сигналов и помех и другие параметры. План составлен исходя из обеспечения возможности приема в каждой стране пяти только национальных программ. Понятия международного вещания в плане нет.

По техническим параметрам (диапазон частот, метод модуляции, уровень сигнала и др.) план не обеспечивает возможность НТВ. Термин "НТВ", однако, сохранился, но приобрел другой смысл. В Радиовещательной спутниковой службе была принята следующая терминология : "индивидуальный прием" - прием излучений радиовещательного спутника на простые приемные установки с домовой или коллективной антенной, обычно небольших размеров; "коллективной прием" - прием излучения радиовещательного спутника на более сложные устройства, имеющие большие антенны, чем при индивидуальном приеме, и предназначенные для использования группой пользователей сосредоточенных в одном населенном пункте с небольшим числом телевизоров или кабельной распределенной сетью, обслуживающей ограниченную зону. Естественно, такое деление условно, поскольку тип (сложность) используемого приемного устройства, а значит и качество принимаемого изображения, определяются стоимостью спутниковой станции, приобретаемой потребителем.

На момент принятия плана HTВ-12 технических возможностей для его реализации еще не было. Когда же они появились, в большинстве развитых стран была создана наземная передающая сеть, обеспечивающая повсеместно прием двух-четырех национальных программ. Особой потребности в дальнейшем развитии этой сети не ощущалось, в связи с чем наблюдалась пассивность стран по внедрению плана НТВ-12 только для национального вещания. В то же время возрос интерес к тематическим программам для детей, домохозяек, любителей кино, музыки, новостей, спорта и др. Такие программы как правило, рассчитаны на прием населения нескольких стран одновременно. В техническом и экономическом отношениях наиболее подходящими для этого оказались спутниковые каналы в сочетании с многоканальными наземными кабельными распределительными сетями. Подобное решение обеспечивает как массовость приема большого числа программ, так и их "межгосударственность", а поскольку план HTB-12 предусматривает возможность организации трансляции сигналов ТВ программ только в пределах национальных границ государств, для их международного распределения начали использоваться системы Фиксированной спутниковой службы (ФСС). Из выделенных регламентом радиосвязи для систем
ФСС диапазонов практическое применение для передачи ТВ сигналов получили полосы 4 и 11-12 ГГц.

По своему статусу ФСС первоначально определялась как система связи между определенными фиксированными пунктами. Согласно международному праву, не разрешался несанкционированный перехват и распространение информации, передаваемой по каналам ФСС, выявленный же перехват должен был пресекаться.
На первых этапах развития ФСС данное требование легко выполнялось. поскольку земные станции представляли собой сложные и громоздкие устройства с антенной, достигавшей десятков метров в диаметре, которые легко обнаруживались и контролировались.
Однако по мере развития техники ситуация изменилась. Земные станции ФСС, предназначенные только для приема сигналов, упростились, их габариты уменьшились, что существенно затруднило выявление таковых. При необходимости же предотвратить несанкционированный прием стали использовать кодирование (scrambling) ТВ сигнала. а для безыскаженного воспроизведения изображения на приеме - соответствующий декодер. Кодирование обеспечивает как защиту авторских прав так и организацию платного (коммерческого) телевидения. Все это привело к широкому использованию систем ФСС для передачи ТВ программ на большую сеть простых земных приемных станций. Были изменены международные правовые положения по использованию ФСС и введены два новых термина: "косвенное распределение" - использование ФСС для ретрансляции вещательных программ из одного или более пунктов на разные земные станции для дальнейшего распределения по наземным радиовещательным станциям, включая передачу необходимых служебных сигналов: " непосредственное распределение" - использование ФСС для ретрансляции вещательных программ из одного или более пунктов непосредственно наземным радиовещательным станциям без промежуточных этапов распределения, включая передачу необходимых служебных сигналов. Трактуя терминологию ФСС и НТВ, не следует смешивать понятия "непосредственного распределения" и
"коллективного приема". В то же время, нет четкого технического различия между системами ФСС и НТВ в плане их использования для передачи ТВ сигналов. Применение той или иной системы определяется решаемой задачей с учетом необходимых для ее реализации капитальных затрат. Системы ФСС, предназначенные только для приема сигналов ТВ вещания. получили название
TVRO (Television Receiver Only) или ТВПР - "ТВ прием только". В последние годы они получили большое распространение, существенно опережая системы
НТВ. Параметры канала передачи в диапазоне ФСС, как правило, идентичны с принятыми в плане НТВ, что позволяет унифицировать многие схемные и конструктивные решения земных приемных станций, работающих в системах ФСС и
НТВ даже в различных диапазонах частот. Последнее замечание относится к части оборудования, начиная с усилителя промежуточной частоты. Существенно же различаются только антенны и аппаратура СВЧ [входные цепи, малошумящие усилители (МШУ) и первый преобразователь частоты], которые обычно называют конвертором или входным устройством. Для диапазонов 4 и 12 ГГц конверторы пока не унифицированы. Внутри же диапазона 11-12 ГГц различаются входные устройства, МШУ и преобразователи частоты, обычно устанавливаемые непосредственно на антенне. Однако постепенно происходит и их унификация.
На первом этапе развития аппаратуры спутникового приема ее широкополосность достигалась путем использования сменных входных блоков при работе на разных участках диапазона 10,7... 12,75 ГГц. Но поскольку приемная антенна с размещенными на ней входными устройствами обычно устанавливается вне помещения, такал конструкция не всегда удобна, так как не позволяет оперативно менять блоки. Для повышения оперативности на антенне устанавливается несколько дистанционно переключаемых входных устройств. В последнее время были разработаны более широкополосные входные устройства, главным образом, МШУ для работы во всем диапазоне ФСС и НТВ (10.7...12,75
ГГц). Излучаемый с ИСЗ сигнал может иметь различную поляризацию (линейную вертикальную и горизонтальную, круговую право- и левостороннюю), что учитывается в конструкции входных блоков. Кроме того, в случае необходимости работы с несколькими ИСЗ, применяют устройство дистанционного перенацеливания антенны земной станции на различные ИC3.

Современные приемные устройства спутникового телевидения выпускают с учетом возможности его оперативной перестройки по частоте. Разработаны также приемники, реализующие программированную перестройку не только по частоте, но и по ориентации на ИСЗ.

Для обеспечения ТВ вещанием районов Сибири и Дальнего Востока в б.
СССР был разработан ИСЗ диапазона 700 МГц с параметрами, близкими к НТВ.
Передатчик на ИСЗ должен был иметь мощность 1,5 кВт с амплитудной модуляцией. Частотная совместимость с наземной сетью достигалась удалением зоны вещания от сопредельных стран. Обеспечению совместимости способствовала также неразвитость земной передающей сети дециметрового диапазона б. СССР. Позже параметры ИСЗ были изменены - мощность передатчика снизили до 200 Вт и стали использовать частотную модуляцию. При этом обеспечивалась простота конструкции земных приемных станций, устанавливаемых. в основном, вместе с ретрансляторами малой мощности. Такой спутник, получивший название "Экран", был введен в эксплуатацию в 1976 г.

1980 г. запустили многоствольный ИСЗ "Горизонт", имеющий специальный мощный (40-ваттный) передатчик диапазона 4 ГГц для передачи ТВ сигналов на относительно простые земные приемные станции системы "Москва", устанавливаемые вместе с ретрансляторами различной мощности. На ИСЗ
"Горизонт" имеется также один ствол диапазона 11 ГГц (ФСС), применяемый для передачи ТВ программ. Использование систем "Экран" и "Москва" (9 ИСЗ) позволило организовать распределение двух ТВ программ. формируемых в Москве по всей территории б. СССР с учетом временного сдвига для вещания в удобное для зрителей время.

По данным "Всемирного радиотелевизионного справочника" выпуска 1993 г., использование спутниковых систем для ТВ вещания характеризуется данными, приведенными в таблице, из которой следует, что в конце 1992 г. в мире для приема ТВ программ на относительно простые земные станции использовалось 79 ИСЗ. На этих ИСЗ имелось 1029 лучей, направленных в различные регионы и имеющих разную зону покрытия. Только 58 лучей из них
(около 5%) по техническим параметрам (частоты. зоны покрытия и уровни сигнала) соответствуют международному плану НТВ-12, остальные же были согласованы на координационной основе в диапазонах ФСС. Из 1029 лучей 849 используются для регулярной передачи ТВ программ, а 180 применяются "по требованию". Обычно под этим подразумевают передачу спортивных состязаний, концертов, новостей и других разовых, нерегулярных мероприятий. Из 819 передаваемых регулярно программ 175 кодируются для предотвращения несанкционированного приема и обеспечения их коммерческого распределения.
Частотами плана HTВ-12 больше всего пользуются Япония (21 луч) и Австралия
(14 лучей). В Европе в диапазоне НТВ-12 работают Франция, ФРГ, Италия,
Испания и Скандинавские страны. В большинстве случаев в Европе передают ТВ сигналы повышенного качества по системе МАС (Multiplex analog component - уплотнение аналоговыми компонентами). В этой системе путем раздельной передачи сигналов яркости и цветности исключаются перекрестные искажения между ними и ограничение спектра яркостного сигнала, однако требуется более широкая полоса видеоканала.

Тенденция существенного увеличения использования странами каналов по плану НТВ-12 сегодня не наблюдается. В странах Американского континента преимущественно используется диапазон ФСС 4 ГГц, а в Европейских государствах - 11...12 ГГц, что обусловлено исторически сложившимся характером развития технических средств. В США для применения земной приемной станции ранее требовалось получить специальное разрешение
Федеральной Комиссии по связи и пройти сложную процедуру оформления. В 1984 г. этот фактический запрет был снят, и в течение нескольких лет населению было продано 2,5 млн. приемных станций. Сегодня же в США население имеет более 4 млн. спутниковых станций диапазона 4 ГГц. Через ИСЗ передается более 100 ТВ программ.

Приемная сеть «Орбита»

В 1967 г. в Советском Союзе была создана приемная сеть станций
"Орбита" первой очереди, содержащая 20 станций для обслуживания ТВ вещанием удаленных районов Крайнего Севера, Дальнего Востока и Средней Азии.
Эффективность сети была высокой, и число земных станций быстро росло: к началу 1982 г. оно достигло примерно 100 на территории СССР. В СССР эти станции расположены преимущественно в районах, прилегающих к берегам
Северного Ледовитого океана от Мурманска до Анадыря и к южным границам
Союза от Каспийского моря до Сахалина. В настоящее время станции работают с
ИСЗ "Молния-1, -2, -З", "Радуга", "Горизонт".
Сеть "Орбита" является косвенной распределительной сетью, т. е. наземные станции принимают через ИСЗ Центральную программу из Москвы и по соединительным линиям передают на ближайший ТЦ, который доводит ее до местных зрителей в своем метровом диапазоне. Все станции "Орбита" однотипные: круглое железобетонное здание, на крыше которого на специальном опорно-поворотном устройстве устанавливается следящая параболическая антенна диаметром 12 м и фокусным расстоянием 3 м. Перемещение антенны обеспечивается в двух плоскостях: по азимуту на ±270° и по углу места от 0 до 90°. Жесткость конструкции антенны допускает работу при скорости ветра до 25 м/с в диапазоне температур ±50°С. Коэффициент использования площади антенны до 0,65... 0,7 и шумовая температура не выше 40 К при угле места
5°. В центральном зале станции располагается вся приемная аппаратура с устройствами оперативного контроля (рис. 18.10), аппаратура наведения антенны и соединительной линии с местным ТЦ. В помещениях вокруг центрального зала размещены: система вентиляции и кондиционирования, аппаратура электроприводов антенны, силовые шкафы и лаборатория с измерительной аппаратурой. В качестве малошумящего усилителя применяется двухкаскадный параметрический усилитель с охлаждением жидким азотом.

Разработана также малая ретрансляционная станция "Марс". Это приемно- передающая перевозимая станция, позволяющая вести ТВ передачу практически из любого пункта СССР через ИСЗ или принимать передачу центрального телевидения через ИСЗ в удаленном пункте. Это "космическая передвижка" обеспечивает высокое качество ретрансляции сигналов ТВ, а также организацию двух каналов звукового сопровождения и каналов служебной связи. Вся аппаратура размещается в трех контейнерах Развертывание станции на работу в пункте событий занимает только несколько дней В состав станции входят параболическая полноповоротная антенна с диаметром зеркала 7 м, с механизмами вращения и антенно-волноводным трактом; широкополосное приемное устройство с малошумящими усилителями - первые два каскада охлаждаются жидким азотом; передающее устройство, работающее в сантиметровом диапазоне, в различное вспомогательное оборудование Помимо станции "Марс" ряд наземных станций "Орбита" оборудован передатчиками для обратной ТВ связи с центром через ИСЗ.

Космическая станция при движении по эллиптической орбите вокруг Земли в некоторые периоды времени будет находиться вне видимости земного пункта приема Это ведет к перерывам космической связи. Для ликвидации этого нежелательного явления требуются несколько спутников (система спутников) или передвижные ретрансляторы в виде морских кораблей, которые могут курсировать в любой акватории Мирового океана В Советском Союзе для этого создан специальный флот Академии наук СССР в составе кораблей- флагман -
"Космонавт Юрий Гагарин" и исследовательских кораблей - "Академик Сергей
Королев", "Космонавт Владимир Комаров". Оборудование этих кораблей состоит из антенн, приемных и передающих радиоустройств дальней связи, систем траекторных измерений, систем управления и сложного комплекса ЭВМ. В этом случае связь с Землей будет осуществляться по схеме космический объект- морской корабль-ИСЗ "Молниях-центральный приемный пункт.

Приемные станции "Орбита" были построены практически во всех крупных городах отдаленных районов Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока. В то же время строительство таких станций в малых населенных пунктах с населением в несколько тысяч человек практически невыгодно. Поэтому дальнейшее развитие системы "Орбита" было прекращено.

Приемная сеть «Москва»

В 1979 г. была введена в эксплуатацию новая распределительная спутниковая система "Москва" в диапазонах 6/4 ГГц. Подача ТВ программ на сеть земных приемных станций ведется через ИСЗ "Горизонт", которые планируется располагать на геостационарных орбитах в точках 53, 90 и 140° в.д.