основы радиосвязи. Основы радиосвязи и телесвязи. 1. Основы радиосвязи
 Скачать 2.77 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля 9.1. Из каких соображений выбирается частота дискретизации аналогового ТВ сигнала? 9.2. Какое число уровней квантования, необходимое для высококачественного раздельного кодирования составляющих цветового ТВ сигнала, рекомендуется использовать в цифровом телевидении? 9.3. Назовите основные стандарты цифрового кодирования ТВ сигнала. 9.4. С какими техническими трудностями связана реализация цифровых способов кодирования ТВ изображений высокой четкости? 9.5. В чем заключаются основные требования, предъявляемые к способам модуляции, используемым в цифровом телевидении? 9.6. Поясните принципы квадратурной амплитудной модуляции. 9.7. Перечислите основные особенности квадратурной амплитудной модуляции. 9.8. Объясните важнейшие принципы способа частотного уплотнения с ортогональными несущими. 9.9. Поясните особенности многоуровневой амплитудной модуляции с частично подавленной несущей и боковой полосой частот. 9.10. Проведите сравнительный анализ основных способов модуляции, используемых в цифровом телевидении. Список рекомендуемой литературы 1. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. - М.: Радио и связь, 1990. -528с. 2. Кривошеев М.И., Никаноров С.И., Хлебородов В.А. Международный стандарт цифрового телевидения // Техника кино и телевидения, 1982.-№3.-с. 49-54. 3. Гласман К. Методы передачи данных в цифровом телевидении. Часть 1 // 625. ТВ информационно-технический журнал, - 1999. - № 5. - с. 70-77. 10. Системы телевизионного вещания 10.1. Структура передающей сети телевизионного вещания 10.2. Планирование передающей телевизионной сети 10.3. Системы кабельного телевидения 10.4. Спутниковые системы телевизионного вещания 10.5. Сотовые системы телевидения 10.6. Контроль и измерения в телевизионных системах передачи Целью изучения данной темы является ознакомление с диапазоном частот, в котором ведется ТВ вещание, со способами обеспечения совместной работы большого количества ТВ станций, знание принципов построения систем кабельного телевидения, спутниковых систем ТВ вещания, систем сотового телевидения, а также принципов организации контроля качества ТВ вещания. 10.1. Структура передающей сети телевизионного вещания Для ТВ вещания используется метровый и дециметровый диапазоны волн электромагнитных колебаний, соответствующие очень высоким и ультравысоким частотам, которые иногда с целью удобства называются ультракороткими волнами или УКВ. Сигналы ТВ программ передаются абонентам (телезрителям) в основном с помощью наземной ТВ передающей сети, систем кабельного телевидения (СКТВ) и системы непосредственного ТВ вещания (НТВ), использующей связные искусственные спутники Земли (ИСЗ), находящиеся на геостационарной орбите (ГСО), а также сотовыми системами телевидения. Наземная ТВ передающая сеть состоит из телецентров, работающих совместно с радиотелевизионными передающими станциями (РТПС), ТВ ретрансляторов и технических средств передачи ТВ сигналов на большие расстояния. Телецентры представляют собой комплексы радиотехнической аппаратуры, помещений и служб, необходимых для создания ТВ программ. С телецентров сформированные ТВ сигналы непосредственно передаются на РТПС. К настоящему времени в России используются 350 РТПС с передатчиками мощностью 1кВт и более, причем 300 из них являются многопрограммными, и 10000 РТПС с передатчиками мощностью менее 1кВт, из которых около 4000 многопрограммные. Основным назначением ТВ ретрансляторов является обеспечение более равномерного покрытия густонаселенной территории ТВ вещанием. ТВ ретрансляторы требуются, как правило, в двух случаях: во-первых, вне зоны уверенного приема основной мощности РТПС и, во-вторых, внутри зоны в местах, в которых по географическим причинам сигнал основной станции ослаблен и не обеспечивает удовлетворительного качества приема. Около 1000 ретрансляторов имеют передатчики более 1кВт, а 12000 – передатчики мощностью менее 1кВт. Причем около 10000 ретрансляторов имеют спутниковые приемные антенны. Распределение сигналов ТВ программ на большие расстояния по территории России осуществляется с помощью разветвленной сети радиорелейных линий (РРЛ) и спутниковых систем связи Орбита, Экран, Москва. Причем наземная распределительная сеть включает в себя свыше 300 тысяч каналокилометров РРЛ. В состав современной сети ТВ вещания нашей страны входят также около 70 млн. телевизоров. Организовано ТВ вещание по зональному принципу с поочередным повторением передачи центральных программ для каждой из пяти существующих зон со сдвигом во времени на два часа. С целью классификации выделенная для ТВ вещания полоса частот электромагнитных колебаний условно разбита на пять частотных диапазонов, в которых может быть размещено 73 радиоканала; 1 диапазон 48,5 66 МГц (радиоканалы 1 и 2); 2 диапазон 76 100 МГц (радиоканалы 3 5); 3 диапазон 174 230 МГц (радиоканалы 6 12); 4 диапазон 470 582 МГц (радиоканалы 21 34); 5 диапазон 582 960 МГц (радиоканалы 35 82). Следует заметить, что между вторым и третьим радиоканалами расположена полоса частот, отведенная для ОВЧ ЧМ, т.е. для УКВ ЧМ вещания, равная 7 МГц (66 73 МГц). Частоты f , f , ограничивающие полосу любого дециметрового канала, и частота несущей изображения f радиоканала могут быть определены по номеру канала N из следующих соотношений: f = 470 + (N -21)8 = 302 + 8N , МГц; f = 470 + (N -20)8 = 310+8N , МГц; f = 470 + (N -21)8+1,25 = 303,25+8N , МГц. Выбор нижней границы 1 диапазона определяется тем, что для упрощения конструкции ТВ приемников и снижения частотных искажений при выделении полного ТВ сигнала из радиосигнала необходимо, чтобы несущая частота изображения в несколько раз превышала максимальную частоту спектра модулирующего ТВ сигнала f 6,25 МГц. Кроме того, частотный диапазон примерно до 40 МГц практически полностью занят для целей радиовещания и радиосвязи и других радиослужб. Верхняя граница 5 частотного диапазона ограничена длинами радиоволн, на которых начинают сказываться значительное их поглощение в атмосфере и влияние ее неоднородностей - дождя, тумана и т.д. 10.2. Планирование передающей телевизионной сети Планирование передающей ТВ сети заключается в определении места расположения РТПС и выборе их параметров (мощность передатчиков, высота подвеса антенн, частота излучения), чтобы обеспечивались удовлетворительные условия приема в заданной полосе без взаимных помех между ТВ станциями. При этом следует иметь ввиду, что ТВ передающие станции и радиоретрансляторы большой мощности имеют радиус действия обычно 50 70 км, а ретрансляторы малой мощности излучают ТВ сигналы в радиусе 10 20 км. Наиболее экономичное планирование передающей ТВ сети достигается в том случае, если ТВ передающие станции размещаются по углам равностороннего треугольника (рисунок 10.1). В этом случае каждый ТВ передатчик, имеющий передающую антенну с круговой диаграммой направленности, обеспечивает возможность приема ТВ сигнала на расстоянии r < г0, где r0 - средний радиус зоны прямой видимости. Из рисунка 10.1 видно, что для сплошного покрытия территории площадью S ТВ вещанием с помощью нескольких ТВ радиопередатчиков, имеющих одинаковый средний радиус зоны обслуживания г, расстояние между соседними ТВ радиопередатчиками нужно выбирать из условия г г. При этом образуются области, в которых возможен уверенный прием одновременно от нескольких ТВ радиопередатчиков. Радикальным средством ослабления взаимных помех для телевизоров, расположенных в этих областях, является работа соседних ТВ радиопередатчиков в разных ТВ радиоканалах. При этом учитывается избирательность ТВ приемников по соседним каналам приема.  Рисунок 10.1. Схема размещения ТВ радиопередатчиков Из рисунка 10.1 следует, что каждый элементарный треугольник площадью S обслуживается тремя радиопередатчиками. При этом каждый радиопередатчик является общим для шести треугольников. Следовательно, если заданную территорию площадью S можно условно разбить на k треугольников площадью S, то количество радиопередатчиков n , необходимых для обеспечения ТВ вещанием этой территории, равно n = 3k/6 = k/2. Выделим в пределах общей территории большой треугольник площадью S, в вершинах которого располагаются ТВ радиопередатчики, работающие в одном радиоканале. Сторона такого треугольника, соответствующая расстоянию d между радиопередатчиками, работающими в совмещенном канале, практически находится в пределах 400 500 км в зависимости от особенностей рельефа местности. Будем считать, что в пределах этой территории можно выделить М больших треугольников. Тогда в пределах всей зоны ТВ вещания может быть расположено n = М /2 радиопередатчиков, работающих в одном канале. Зная значения n и n , легко определить число радиоканалов N , необходимых для обслуживания ТВ вещанием всей территории площадью S. N =  .Из вышеприведенного выражения следует, что для уменьшения числа радиоканалов необходимых для охвата ТВ вещанием заданной территории, надо уменьшить расстояние между передатчиками, работающими в одном радиоканале и увеличить радиус вещания каждой ТВ станции. При планировании сети ТВ вещания, а именно при конкретном распределении номеров радиоканалов для соседних передающих станций с целью исключения заметности взаимных помех должны соблюдаться нормы на значения защитного отношения А, которое определяется выражением A = U /U , где UС - напряжение полезного сигнала на антенном входе телевизора; U - напряжение сигнала помехи. Следовательно, для сохранения высокого качества воспроизводимых ТВ изображений отношение полезного сигнала к мешающему на входе ТВ приемника должно быть не ниже защитного отношения. Наибольшее защитное отношение требуется при работе ТВ передатчиков в совмещенном (одинаковом) радиоканале. Например, величина защитного отношения по совмещенному радиоканалу должна быть такой, чтобы полезный сигнал на входе телевизора был больше мешающего не менее, чем на 40 дБ. Для обеспечения такого значения защитного отношения на практике необходимо удалять друг от друга ТВ радиопередатчики, работающие в одинаковых радиоканалах, на очень значительные расстояния. Вследствие различной степени заметности отдельных частотных составляющих помехи, а также неравномерности частотной характеристики избирательности ТВ приемника, величина защитного отношения неодинакова по спектру радиоканала (рисунок 10.2).  Рисунок 10.2. Частотные зависимости защитного отношения 1-СНЧ=0, 2-СНЧ= ± 1/3f Определенным смещением несущих частот (СНЧ) передающих ТВ радиостанций можно уменьшить заметность помех и тем самым снизить требуемые значения защитного отношения, что позволит сократить расстояние между радиопередатчиками, работающими в совмещенных каналах. В свою очередь, это дает возможность снизить число радиоканалов, необходимых для организации однопрограммного ТВ вещания в пределах заданной территории. Метод СНЧ основан на использовании дискретных частотных свойств ТВ сигналов. Причем величина ослабления мешающего действия помех зависит от величины сдвига и точности его поддержания. Различаются два режима работы СНЧ - обычный и прецизионный (точный). При обычном режиме СНЧ учитывается смещение в пределах периода строчной развертки. При этом не требуется большая абсолютная стабильность величины сдвига спектров (несущих частот радиопередатчиков). Например, при СНЧ на 1/2 строчной частоты f получается наибольший выигрыш в защитном отношении (до 20 дБ). При СНЧ на 2/3 или 4/3 f , равной 15625 Гц для российского ТВ стандарта, защитное отношение уменьшается до 15 дБ. Применять СНЧ на 1/2 f можно только при расположении радиопередатчиков на одной линии, т.е. при обслуживании узко вытянутой территории. При работе нескольких передатчиков, работающих в одном радиоканале на смежных территориях, применяется СНЧ на 2/3 или 4/3 f . В случае трех радиопередатчиков, работающих в одном радиоканале, один должен иметь номинальное значение несущей частоты изображения f , другой f +2/3 f , а третий f -2/3f . Следовательно, несущие частоты второго и третьего радиопередатчиков имеют сдвиг на 4/3 f . При прецизионном СНЧ учитывается сдвиг в пределах периода частоты кадров, т.е. сдвиг должен быть кратным частоте кадров, равной 25 Гц. Для выполнения данного условия относительная нестабильность fz, должна находиться в пределах , а абсолютная нестабильность несущей изображения радиопередатчика не более ±2,5 Гц. Прецизионное смещение дает дополнительный выигрыш по сравнению с обычным СНЧ на 10 дБ. Выигрыш в защитных отношениях, достигаемый при точном СНЧ по сравнению с обычным СНЧ, позволяет значительно сократить расстояния между мешающими передатчиками, а в уже сложившейся передающей сети существенно снизить взаимные помехи, что способствует дальнейшему повышению качества ТВ приема. Мешающее действие помех может быть также уменьшено применением различной поляризации радиоволн, излучаемых РТПС, работающими в совмещенном радиоканале. Практически в этом случае защитное отношение может быть снижено на 10 дБ. В результате планирования передающей ТВ сети, выполненного как с соблюдением норм на защитные отношения, так и с недопущением взаимных помех установлено, что имеющихся частотных радиоканалов едва хватает для обеспечения большинства районов страны двумя-тремя ТВ программами (четыре-пять ТВ радиоканалов могут быть выделены лишь для отдельных городов). В то же время система ТВ вещания должна обеспечить повсеместный и одновременный прием не менее 5 10 ТВ программ, в том числе местных и региональных. В мировой практике наметилось два основных пути построения сети многопрограммного ТВ вещания. Первый путь - это создание систем кабельного ТВ различной емкости с подачей на них ТВ сигналов нескольких десятков программ путем приема от ближайших ТВ передатчиков или передачи по радиорелейным, кабельным и спутниковым линиям связи. Предполагается также и создание специальных ТВ программ, в том числе и платных. Второй путь - это внедрение спутниковых систем непосредственного ТВ вещания в диапазоне 12 ГГц с установкой у абонента дополнительного приемо-передающего устройства для подачи стандартного ТВ сигнала на вход телевизора. Ближайшее будущее большинства систем ТВ вещания заключается в переходе на цифровые технологии. Первыми примерами цифровых систем передачи ТВ сигналов явились спутниковые линии связи, в которых стал использоваться стандарт сжатия спектра ТВ сигналов MPEG-2, позволяющий по одному стандартному спутниковому каналу передавать несколько ТВ программ при условии их приема, в первую очередь, головными станциями систем кабельного телевидения. Наконец, наметилась тенденция к внедрению наземного цифрового ТВ вещания. Пионерами в данной области ТВ вещания являются США, где Конгрессом принято решение о переходе на полностью цифровую систему вещательного телевидения высокой четкости с прогрессивной разверткой (на 1000 строк) с уплотненным радиоканалом в срок до 2008 года. Создатели новой системы считают, что она должна стать единой мировой системой телевидения. Предполагается, что Канада, Япония, а также ряд европейских стран присоединятся к этой системе в ближайшее время. Введение в эксплуатацию новой ТВ системы обеспечит значительное улучшение качества изображения и звукового сопровождения, позволит телевидению эффективно взаимодействовать с различными цифровыми системами связи, а также с компьютерными сетями. Цифровое телевидение во многом будет определять качество жизни людей в XXI веке. 10.3. Системы кабельного телевидения Принципы построения систем кабельного телевидения. СКТВ называются системы приема и распределения значительного числа сигналов высококачественных ТВ программ большому числу абонентов по кабельным линиям связи. В районах с низкой напряженностью электромагнитного поля, в условиях многолучевого распространения радиоволн (в больших городах с разноэтажными зданиями, горных, холмистых районах) использование СКТВ оказывается единственно возможным техническим решением, позволяющим обеспечить высококачественный прием цветных ТВ программ. Известны три основных структуры построения СКТВ: древовидная, радиальная, кольцевая. Древовидная схема распределительной сети СКТВ, обеспечивающая экономное расходование кабеля, по своей структуре напоминает крону дерева. При радиальном построении распределительной сети СКТВ от головной станции (ГС) к каждому абоненту прокладывается специальный кабель, по которому организуется передача ТВ сигналов нескольких программ (схема подключения основная звезда). По конфигурации распределительная сеть СКТВ радиального типа аналогична телефонной сети, поэтому появляется возможность их объединения. Это упростит построение и удешевит эксплуатацию таких СКТВ, а в будущем позволит организовать единую универсальную сеть двусторонней широкополосной связи с абонентами. Для организации двустороннего обмена между абонентами может применяться система с кольцевой схемой распределения ТВ сигналов. В этом случае магистральный кабель прокладывается по кольцевой трассе, т.е. вход и выход кабеля заводится на ГС. При этом один и тот же магистральный кабель может использоваться для организации двусторонней связи. Основной недостаток СКТВ кольцевого типа заключается в невозможности одновременной передачи по магистральному кабелю достаточно большого количества различных ТВ сигналов. Конкретное техническое решение СКТВ во многом определяется типом используемых кабельных линий связи. В распределительных сетях современных СКТВ в основном применяются коаксиальные кабели. Однако, в разрабатываемых СКТВ планируется широкое использование оптических кабелей, т.е. волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Предполагается создание как комбинированных, так и полностью волоконно-оптических СКТВ. В комбинированных СКТВ в качестве магистральных кабелей используются ВОЛС, а домовая распределительная сеть выполняется на коаксиальном кабеле. В современных СКТВ в основном применяется аналоговый способ передачи ТВ сигналов, так как при длине распределительной сети в пределах нескольких десятков километров обеспечивается достаточная помехоустойчивость систем благодаря достаточно высокой помехозащищенности как коаксиального кабеля, так и ВОЛС.  Рисунок 10.3. Структурная схема СКТВ на коаксиальном кабеле |