Статьи - статьи
 
 




 
Site map карта сайта


andex-поиск по сайту:




 

Rambler's
Top100


ОБОРУДОВАНИЕ СПУТНИКОВОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА

(по материалам информационно-технического журнала 626 (№05/2002)

    Оборудование для цифровой компрессии телевизионного сигнала разработано на базе стандарта MPEG-2/DVB, хорошее описание которого дано, например, в обзоре Константина Гласмана " MPEG - это просто" (" 625" , 2000 г., №3) и в монографии Бориса Локшина " Цифровое вещание от студии к телезрителю" . Функционально различных единиц оборудования используется немного. Это кодер преобразующий аналоговые видео и звуковые сигналы в элементарный цифровой поток, мультиплексор, позволяющий объединить элементарные потоки в пакет программ, добавить к ним радиопрограммы и каналы данных, модулятор, трансформирующий этот поток в фазово-модулированный сигнал, пригодный для ретрансляции через спутниковый транспондер или кабельную сеть, и, наконец, приемник цифрового сигнала, вновь преобразующий сигнал в изображение и звук На базе этого основного комплекта существует большое количество модификаций, разработанных для удовлетворения различных запросов потребителей и непрерывно совершенствуемых фирмами-производителями.
    Кодер - это основной элемент оборудования, определяющий качество распространяемого цифрового сигнала. Именно в нем реализуются новые идеи разработчиков алгоритмов сжатия видеосигнала, для них создается новая элементная база В настоящее время ведущие фирмы-производители объявили о выпуске на рынок кодеров пятого и шестого поколений. От устройств предыдущих поколений они отличаются значительно возросшими вычислительными возможностями процессоров, новыми, более эффективными алгоритмами обработки сигналов и более высокими коэффициентами сжатия. В частности, возросшая производительность современных процессоров позволила реализовать новые методы вычисления вектора движения. В последних моделях кодеров многих марок вместо традиционного иерархического метода вычисления вектора движения реализуется метод полного движения, при котором вычисление ведется по всему кадру, параллельно по нескольким каналам. Это позволяет избежать снижения разрешения, свойственного иерархическому методу при передаче быстро движущихся объектов.
    Схема построения со SkyStar Advantage 

    Современные кодеры MPEG-2, как правило, имеют блоки предварительной обработки сигнала, позволяющие реализовать такие передовые методы обработки видеоизображения, как адаптация сцены (шумоподавление), изменение пространственного разрешения, адаптация кодера к сцене. Вслед за развитием систем телевидения высокой четкости появились кодеры, способные обрабатывать сигналы этих систем в формате 4:3 и 16:9.
    Кодеры отличаются возможностями кодирования MPEG-сигнала различных профилей (High, Main, Low) и уровней (Simple, Main, SNR, Spatial, High, 422). Они могут кодировать сигнал на определенной информационной скорости вне зависимости от сложности передаваемой в сигнале информации (constant bit rate, CBR) или с обеспечением определенного постоянного качества сигнала, по с переменной выходной скоростью (variable bit rate, VBR). Кодеры с VBR используются в случаях, когда для формирования пакета программ применяется метод статистического мультиплексирования.
    Кодеры обычно имеют модульную конструкцию, позволяющую реализовать широкий спектр входных и выходных интерфейсов. Композитные и компонентные аналоговые входные интерфейсы для видеосигнала дополняются цифровым последовательным интерфейсом SDI (оцифрованный, но несжатый видеосигнал). Количество цифровых, и аналоговых звуковых входов путем добавления соответствующих модулей может варьироваться в широких пределах до шести или даже до двадцати стереопар. Кроме того, обычно имеется вход высокоскоростных данных, которые могут быть включены в общий выходной поток для распространения совместно с телевизионным сигналом, а также низкоскоростные входы (Ethernet, RS-232, RS-485) для организации удаленного управления и объединения в систему с другими функциональными модулями.
    Общая схема системыВ качестве выходных обычно используются один или несколько асинхронных последовательных интерфейсов транспортных потоков DVB-ASI. Для передачи транспортного потока по сетям ATM или SDH в некоторых кодерах существуют соответствующие опции выходных интерфейсов различных иерархических уровней для электрических и оптических линий связи. Встречаются также интерфейсы Gigabit Ethernet как реакция на потребность в распространении видео в сетях Интернет.

    Наконец, кодеры могут иметь встроенный мультиплексор, который позволяет соединять их каскадом для трансляции двух или более программ одновременно, или QPSK-модулятор. Эти возможности оказываются очень полезными в системах сбора новостей, когда важны массо-габаритные параметры аппаратуры и время приведения системы из транспортировочного состояния в рабочее.
    Для объединения элементарных ASI-потоков, формируемых кодерами, в единый транспортный поток служат мультиплексоры. Количество входных интерфейсов в мультиплексоре может достигать нескольких десятков, но при этом суммарная скорость элементарных потоков на входах всегда ограничена определенной величиной. Большинство мультиплексоров формируют один выходной транспортный поток, но ряд фирм предлагают мультиплексоры, способные организовать одновременно несколько различных по составу транспортных потоков. Скорость выходного транспортного потока (или суммарная скорость в случае нескольких выходных потоков) также ограничена. В настоящее время эти ограничения лежат в пределах 100... 200 Мбит/с.

    Перевозимая станцияПрактически все современные мультиплексоры при соответствующем программном обеспечении поддерживают функцию статистическою мультиплексирования. Этот вид мультиплексоров умеет анализировать скорости элементарных потоков, поступающих на его входы с VBR-кодеров, и заполнять выходной транспортный поток в соответствии с реальными значениями этих скоростей. При этом возникает возможность более плотного заполнения выходного потока и организация сервисов различного качества: с гарантированным качеством, скоростью или предоставлением канала в зависимости от возможностей реального трафика. Мультиплексоры также могут иметь функцию, позволяющую контролировать информационную скорость входящей программы и менять ее в выходном транспортном потоке, а также переходить от VBR к CBR и обратно. Кроме кодеров к мультиплексорам могут подключаться и другие устройства, кодеры звука, IР-инкапсуляторы. Эти устройства позволяют включать в выходной транспортный поток дополнительные радиоканалы, каналы данных, спутниковый Интернет, потоковое вещание.

    Среди мультиплексоров выделяют такую их разновидность, как ремультиплексоры, которые способны принимать пакеты программ, сформированные другими мультиплексорами, и формировать из них па выходе пакеты с измененными комбинациями программ и служебной информацией. Хотя в настоящее время эта функция реализована и в некоторых моделях мультиплексоров, по ремультиплексоры дешевле. Часто бывают полезны специфические устройства, называемые фильтрами сервисов (или расщепителями транспортного потока), которые могут выделить часть программ из пакета и сформировать из них новый транспортный поток с соответствующей служебной информацией.
    Мультиплексоры могут также включать в себя системы условного доступа, которые позволяют организовать информационную защиту транслируемых программ.
    Современные мультиплексоры, также как и кодеры, имеют модульную конструкцию. Они могут оснащаться различными выходными интерфейсами, упрощающими их сопряжение с SDH-и АТМ-сетями. Кроме того, современные мультиплексоры имеют ряд возможностей по вводу и транспортный поток высоко- и низкоскоростных данных, в том числе IP, и даже дополнительных аудиоканалов (Harmonic).

    Схема доставки данных через спутникСистемы компрессии, где используются обычное или статистическое мультиплексирование, обычно работают под управлением компьютера со специальной программой, обеспечивающей контроль работоспособности системы и ее резервирование. И это еще один вид продукции, которую фирмы-изготовители предлагают своим клиентам. Программное обеспечение позволяет управлять одной или несколькими системами компрессии одновременно, создавать, сохранять в памяти и быстро переходить от одного профиля конфигурации системы к другому, резервировать не только оборудование компрессии, по и сами управляющие компьютеры, вести учет сбоев всех элементов системы, а также отдавать архив событий, происходящих в системе. В вариантах со статистическим мультиплексированием на систему управления возлагается также управление скоростями элементарных потоков, формируемых кодерами.
    Все большие комплексы аппаратуры компрессии работают под контролем систем управления, которые обычно строятся па базе Windows NT. Но некоторые фирмы для построения системы управления используют платформу Unix. В любом случае система управления обеспечивает контроль и мониторинг всех устройств, входящих в состав системы компрессии, их автоматическое резервирование, протоколирование обнаруженных сбоев и отказов, генерирование служебной информации, внедряемой в выходной транспортный поток, маршрутизацию входных и выходных (если мультиплексоры поддерживают эту функцию) сигналов.

    Интеграция с TVВсе, что говорилось выше о типах выходных интерфейсов для кодеров, полностью справедливо для входных и выходных интерфейсов мультиплексоров: основным является DVB-ASI, но возможны опции для подключения к ATM- или SDH-сетям.
    Модуляторы служат для преобразования цифровой информации из импульсной формы в одну из форм, пригодных для ретрансляции через спутниковый транспондер, кабельную сеть или эфирный передатчик. В случае спутниковой ретрансляции используются типы модуляции: квадратурно-фазовая (QPSK), восьмифазная (8PSK) или амплитудно-фазовая модуляция (16QAM). Наиболее распространена модуляция типa QPSK, которая в настоящее время используется в системах непосредственного телевизионного вещания и распределительных системах. Другие типы модуляции применяются ныне в системах сбора новостей. Поскольку эти типы имеют преимущества в использовании спутниковых ресурсов, в будущем они должны получить более широкое распространение. Основной сдерживающей причиной служит относительно высокая стоимость приемного оборудования.

    Обычно модуляторы имеют один входной ASI-интерфейс, реже два, что позволяет организовать перекрестное резервирование модуляторов. Кроме того, ряд фирм предлагает модуляторы с параллельным интерфейсом SPI, или LVDS. Для резервирования модуляторов по выходу обычно используются переключатели, которые переводят систему на резервный комплект либо при пропадании несущей (или спектра) с основного комплекта, либо по сиг-палу аварии с соответствующего выхода модулятора. Модуляторы могут переключаться по сигналам системы управления или иметь встроенное автоматическое резервирование. Во втором случае нужно лить соединить, соответствующие порты, а встроенная функция Mute обеспечит блокировку выходного сигнала резервирующего модулятора. Модуляторы, используемые в спутниковых системах передачи, имеют стандартные значения выходной частоты 70, 140 МГц или L-диапазона.

    Fly AwayПриемники цифрового спутникового телевидения - это еще один вид оборудования, предлагаемого фирмами-изготовителями. Приемник состоит из демодулятора, обеспечивающего преобразование фазово-модулированного сигнала в импульсную форму, и декодера, трансформирующего цифровой сигнал в аналоговую форму для воспроизведения на телевизоре или трансляции в местной телевизионной сети. Приемники могут сильно отличаться в цене от недорогих бытовых устройств, предназначенных для установки в квартирах, до профессиональных, используемых на центральных станциях эфирного и кабельного телевидения.

    Современные профессиональные приемники-декодеры также имеют модульную конструкцию и могут комплектоваться широким диапазоном дополнительных карт, расширяющих их возможности. Здесь можно назвать карты ASI-входа/выхода, карты SDI-выхода, выходной порт канала высокоскоростных данных, дополнительные выходные карты звука с возможностью адресации звукового канала на назначенный порт. Звук может выводиться как в аналоговом виде, так и в цифровом стандарте AES/EBU. Практически все приемники-декодеры имеют слоты для установки карт-дешифраторов систем условного доступа. Многие модели приемников имеют возможность получения последних версий программного обеспечения через служебный канал принимаемого пакета программ. Кроме того, ряд приемников имеют возможность управления внешними устройствами (например, включения/выключения студийного видеомагнитофона для врезки региональной рекламы), используя сигналы временных меток, передаваемых в интервалах гашения кадровых синхроимпульсов.
    Наибольшее распространение в спутниковых системах получили приемники, декодирующие сигналы с QPSK-модуляцией в формате 4:2:0 и/или 4:2:2, но имеются также демодуляторы и приемники, способные обрабатывать сигналы с модуляцией 8PSK и 16QAM.

    Ситуация, складывающаяся на мировом рынке цифровой телевизионной техники, заставляет производителей строго придерживаться норм DVB. Это наглядно демонстрируют регулярно проводимые тесты EBU на совместимость кодирующего и декодирующего оборудования. Соблюдение норм позволяет телекомпаниям комплектовать приемную сеть декодерами не обязательно того же производителя, который установил оборудование компрессии. Исключение составляют системы закрытия. Известные системы закрытия Power Vu и Power Vu Plus компании Scientific Atlanta не позволяют использовать приемники других производителей.

    Схема прохождения потоков данныхВ процессе доставки телевизионного сигнала до потребителя, кроме каналообразующей аппаратуры, участвуем еще довольно длинная цепочка оборудования При непосредственном вещании это повышающие преобразователи частоты, передатчики, фидерные тракты, передающие антенны, транспондеры геостационарных спутников, приемные антенны с понижающими преобразователями частоты. В распределительных телевизионных сетях к перечисленному оборудованию добавляются еще и эфирные передатчики, с помощью которых сигнал и доводимся до потребителя Примером непосредственного вещания может служить распространение программ компании НТВ+, примером распределительной сети - распространение программ каналов ОРТ, РТР, " Культура" . Во втором случае требования, предъявляемые к энергетическим характеристикам транспондера, ниже, чем при непосредственном вещании, так как городская эфирная вещательная станция может позволить себе установить приемную антенну большего диаметра, чем индивидуальный пользователь. Тенденции, однако, таковы, что спутниковые транспондеры становятся вес более мощными, и различия постепенно нивелируются. Например, космические аппараты серии " Экспресс-А" имеют транспондеры, предназначенные для доставки телевизионного сигнала до распределительных сетей и в то же время позволяющие принимать этот сигнал на приемные антенны с диаметром менее 1 м. После запуска такого аппарата в орбитальную позицию 40° ВД, планируемого на июнь 2002 г, и перевода на него вещания общероссийских программ прием этого пакета программ будет доступен не только вещательным компаниям, по и отдельным гражданам или домовым коллективам, проживающим на европейской частя России и в ряде стран СНГ.

    Swe Dish IPT SuitcaseВ цепочке, обеспечивающей спутниковое вещание, за модуляторами располагаются повышающие преобразователи частоты. Они осуществляют перенос сигналов промежуточной частоты (ПЧ) в диапазон частот С, Ku, DBS. Современные преобразователи частоты - это компактные устройства высотой, как правило, 1 RU или 2RU. Они должны обеспечивать высокую стабильность выходной частоты, минимальный уровень фазовых шумов и интермодуляционных искажений. Существуют преобразователи для сигналов ПЧ диапазонов 70, 140 МГц или L — диапазона. На выходе преобразователи обеспечивают полосу ± 20 или ± 40 МГц. Для компенсации потерь в кабеле современные преобразователи частоты обычно имеют встроенный эквалайзер, позволяющий также выравнивать форму АЧХ Кроме того, некоторые модели конвертеров могут дополнительно оснащаться эквалайзерами ФЧХ. Как и все элементы схемы спутникового вещания, преобразователи частоты предусматривают резервирование в различных вариантах. Это может быть резервирование 1:1, N:1 или N:М.

    Если передающая земная станция удалена па большое расстояние от системы, формирующей сигнал ПЧ, очень полезными могут оказаться оптические удлинители ПЧ, которые практически без потерь могут передать сигналы ПЧ па расстояние в сотни метров и даже на километры.

    С выхода повышающих преобразователей сигналы радиочастоты поступают на входы усилителей мощности. Усилители мощности, так же как и преобразователи частоты, рассчитаны на работу в определенном диапазоне. Усилители различаются но мощности (малой, средней и большой), а по типу активного элемента делятся на твердотельные (транзисторные) и вакуумные (ЛБВ, клистрон). По варианту исполнения различаются внутренние усилители, рассчитанные на установку в закрытом помещении, и внешние, устанавливаемые обычно на несущих конструкциях антенны.

    Swe Dish IP Drive AwayТвердотельные усилители обладают хорошей линейностью, широким диапазоном частот, высокой надежностью и выпускаются в диапазоне мощностей от единиц до сотен ватт. Некоторые фирмы предлагают твердотельные усилители мощностью до 1,0… 1,2 кВт. Основной проблемой твердотельных усилителей мощности является высокое тепловыделение. Если взглянуть на твердотельный усилитель, можно увидеть, что его корпус представляет сплошной, весьма массивный радиатор, который могут дополнять еще и несколько вентиляторов При одинаковой мощности твердотельные усилители заметно дороже, например, чем ЛБВ-усилители. Правда, 50-ваттный твердотельный усилитель с успехом может заменить 120-ваттный ЛБВ-усилитель.

    ЛБВ-усилители в настоящее время являются основным элементом современных земных станций спутниковой связи средней и большой мощности (до сотен ватт), так как они были первыми разработанными широкополосными активными элементами Однако они обладают низкой линейностью. Обычно линейный участок рабочей характеристики ЛБВ ограничен точкой -10… -7 дБ от мощности насыщения лампы. Это значит, что усилитель мощностью, к примеру, 700 Вт в многосигнальном режиме может выдавать в антенну не более 70… 140 Вт, чтобы не превысить допустимый уровень интермодуляционных искажений Для решения этой проблемы ЛБВ-усилители оснащают так называемыми линеаризаторами, которые позволяют поднять рабочую точку до уровня -4 дБ Срок жизни ЛБВ в зависимости от ее исполнения и режима работы может достигать 10…20 тыс.ч.

    В случаях, когда требуется излучать большие и сверхбольшие мощности (более киловатта), используются клистронные усилители мощности. Они имеет высокую линейность, по очень узкую рабочую полосу частот, Обычно клистронный передатчик перекрывает один-два спутниковых ствола, то есть 40…80 МГц по полосе Клистронные усилители мощности использовались и используются в системах аналогового спутникового ТВ-вещания.

    В рамках небольшой статьи можно только перечислить основные типы оборудования, выпускающеюся фирмами-изготовителями для обеспечения такой бурно развивающейся отрасли техники, как цифровое телевизионное вещание.
     

Главная  •  Земные станции  •  Проекты  •  Услуги  •  Спецификации  •  Статьи  •  Вверх


Copyright© 2000-2010 Alexey V.Ghmak - SCC Ltd.
Satellite Communication Center, Ltd. , Moscow, Russia

Designed by  


TopList
Яндекс цитирования
Rambler's Top100