Архитектура и технологии ССС

Радиопередающий центр ССС состоит из следующих функциональных устройств, изображенных на рисунке 3.2.: кодеров 6, 7 информационных данных, мультиплексора 5, модулятора 4, радиопередатчика 3 и параболической антенны 2. Назначение кодера заключается в формировании цифровых транспортных потоков, если речь идет о телевизионном вещании – то в стандарте MPEG-2 или MPEG-4, и в их помехоустойчивом кодировании. Далее с помощью мультиплексора формируется результирующий транспортный поток данных, который непосредственно подается на вход модулятора.

Генерируемый передатчиком радиосигнал с помощью параболической антенны излучается в сторону ИСЗ.

Радиоаппаратура спутникового ретранслятора включает в себя параболическую антенну, частотно-разделительное устройство, СВЧ приемник, ра-

Рисунок 3.2  Упрощенная функциональная схема цифровой ССС.

  

ботающий в одном из отведенных для ССС диапазонах и радиопередатчик.

Приемная аппаратура ССС может быть двух типов: абонентские устройства и приемные устройства, обеспечивающие коллективный прием.

В состав аппаратуры непосредственного приема спутниковых радиосигналов индивидуального типа входят: антенна (9, 13), представляющая собой в большинстве случаев параболическое зеркало с облучателем; поляризатор, сочлененный с конвертором (преобразователем частоты) (8, 12); спутниковый приемник (10) или головная станция (14) в случае коллективного приема. При этом антенна, облучатель, поляризатор и конвертор представляют собой наружный блок, представляющий единую конструкцию, которая соединяется с приемником с помощью коаксиального кабеля. Наружный блок , выполняющий роль конвертора, укрепляется непосредственно у облучателя параболической антенны или является общей с ним конструкцией. Принимаемый антенной радиосигнал по отрезку волновода проходит через поляризатор на вход конвертора. В конверторе принятые радиосигналы после преобразования частоты переносятся в диапазон промежуточных частот (0,95 ÷ 2,15 ГГц), усиливаются и передаются по коаксиальному кабелю на вход спутникового приемника.

Напряжение питания на конвертор подается по центральному проводнику соединительного коаксиального кабеля со спутникового приемника.

В случае систем коллективного приема спутниковых сигналов, рассчитанных на обслуживание достаточно большого количества абонентов (сотни,

тысячи), распределительная сеть имеет структуру типовых систем кабельного телевидения (рисунок 3.2). С помощью разветвителя (15) на несколько направлений от головной станции отходят  несколько магистральных линий, состоящих из однотипных кабельных участков, магистральных усилителей (16, 18),  и  ответвителей  (17, 19).  К  магистральным  линиям  подключаются   

                                                                        домовые распределительные се-

 Таблица 3.3                                                ти (20, 21), содержащие домовые  усилители,  пассивные на-                                                                            правленные абонентские ответвители, с помощью которых осуществляется подключение абонентских терминалов.

Сигналы цифрового радиотелевизионного вещания передаются в стандарте DVB-S, в котором применяется метод многочастотной модуляции OFDM в каждом стволе с полосой от 27 до 72 МГц. При этом в одном стволе передается транспортный поток, содержащий от 8 и более программных потоков.

Стандарт DVB-S [7] предполагает две стадии кодирования телевизионного сигнала – кодирование источника по стандарту MPEG-2 или MPEG-4 и кодирование канала. Стандарты MPEG-2 и MPEG-4 обеспечивают сжатие передаваемой информации за счет устранения статистической и психофизиологической избыточности При кодирование канала обработка сигнала производится двумя уровнями – внешнее и внутреннее кодирование, преследующие необходимую помехозащищенность передаваемого цифрового телевизионного сигнала. При этом используются такие приемы, как скремблирование, кодирование Рида-Соломона, сверточное кодирование, битовое и блочное перемежение цифрового телевизионного сигнала. В качестве первичной модуляции каждой из несущих в спектре OFDM используются многопозиционные виды модуляций, такие как QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM, обеспечивающие необходимую скорость передачи.

В таблице 3.3. приведены данные российской спутниковой группировки по состоянию на 2011г. В области спутникового вещания ФГУП «РТРС» предполагает создание двух новых ИСЗ-ретрансляторов – «Европа-1» и Азия-1». Основным отличием данных спутников от ныне действующих ИСЗ российской группировки является использование технологии обработки сигналов на борту типа SkyPlex, применяющаяся на европейских вещательных спутниках. Эта технология позволяет собрать на ИСЗ в единый поток сигналы всех региональных вещателей, обеспечив высокую энергетику для приемных станций распределительных вещательных сетей. В этом случае не требуется организовывать дорогостоящие перегоны сигналов на центральные станции подачи, а можно подавать сигналы от региональных вещателей с помощью небольших станций с диаметром антенны от 2,4 м.

В настоящее время в России действуют два основных оператора спутниковой связи – ФГУП «Космическая связь» и ОАО «Газком». Кроме того, используются арендованные каналы на ретрансляционном ИСЗ «Intelsat». В качестве примера организации непосредственного ТВ вещания с помощью ИСЗ может служить система «НТВ-Плюс». Схема организации ТВ вещания в системе «НТВ-Плюс» приведена на рисунке 3.3.

 

 

Рисунок 3.3 Схема организации ТВ вещания в системе «НТВ-Плюс».

 

Первоначальная зона обслуживания системы «НТВ-Плюс» охватывала европейскую часть России и Урал. Технической основой системы являлись ИСЗ «Галс-1», «Галс-2» и французский ИСЗ «TDF-2». Передача ТВ сигналов на связные ИСЗ осуществляла передающая станция в Останкино двумя антеннами диаметром 9,2 м. Для использования ИСЗ «TDF-2» использовался телепорт Екатеринбурга, поскольку из Москвы за счет ориентации антенн ИСЗ нет возможности принимать сигналы на борту «TDF-2».

Развитие системы «НТВ-Плюс» производилось путем запуска ИСЗ «БОНУМ -1» и «Eutelsat W4» в позиции 56^º и 36^º восточной долготы соответственно. Расчетный уровень сигнала на границе обслуживания этих ИСЗ составляет 50 дБ Вт, используется 11 транспондеров (стволов), из них 8 рабочих и три резервных с полосой пропускания 33 МГц в стандарте MPEG-2/DVB-S. Каждый транспондер ретранслирует шесть ТВ программ. Для передачи сигналов на ИСЗ построен передающий центр в Сколково с двумя автоматизированными аппаратными выпуска программ ТВ вещания. Сигналы ТВ программ передаются в стандарте DVB-S в диапазоне 17,7 ÷ 18,3 ГГц. На рисунке 3.4 приведены зоны покрытия ТВ вещанием указанными ИСЗ.

Еще одним из сегментов ТВ вещания является региональное спутниковое вещание, предназначенное для  создания местных распределительных сетей. По экспресс-оценке не менее 40% регионов России имеют спутниковые

1 – зона ТВ вещания ИСЗ Eutelsat W4; 2 – зона ТВ вещания ИСЗ Бонум-1;

______ _. ______ граница зоны ТВ вещания при использовании приемной

                           антенны диаметром 90 см;

― ― ― ― ― ―   граница зоны ТВ вещания при использовании приемной

                            антенны диаметром 60 см.

Рисунок 3.4  Зоны покрытия ТВ вещанием, обеспечиваемая системой «НТВ-

                 Плюс».

 

вещательные сети, а практически все регионы планируют их создание. Пример схемы регионального спутникового вещания приведен на рисунке 3.5, а пример схемы многопрограммного ТВ вещания приведен на рисунке 3.6.

Современное развитие спутниковой связи связано с пакетной технологией передачи цифровых сигналов с использованием IP-протоколов, в том числе и IP-телевидения (IPTV). Такие абонентские функции, как самостоятельное формирование пакетов ТВ программ для просмотра в соответствии со своими предпочтениями, возможность оплаты только за полученный контент, просмотр ТВ программ со сдвигом во времени (в зависимости от вре-

 

 

менного пояса), «Отложенное ТВ» и многие другие услуги, делают IPTV привлекательным в смысле спутникового абонентского ТВ вещания.

В том числе, в спутниковой связи внедряются мультисервисные услуги, заключающиеся в том, что абонент мультисервисной сети имеет возможность в любой момент времени затребовать ту или иную услугу (из определенного набора возможных), либо отказаться от нее, перейдя на более экономичный и выгодный для него вид обслуживания. В перечни мультисервисных услуг входят такие необходимые современные информационные услуги, как:

- доступ в Интернет;

- IP телефония;

- видеоконференцсвязь;

- передача данных;

- многопрограммное радиотелевизионное вещание;

- просмотр предварительно заказанных фильмов или передач;

- телемедицина;

- интерактивное телевидение и т.д.

С этой целью в России идет широкомасштабное внедрение спутниковых сетей как общегосударственных, так и региональных.

В 80-х годах прошлого века появилась VSAT-технология, ориентированная на передачу несимметричного трафика данных. Суть технологии заключается в том, что из центра через спутник транслируется единичный цифровой широкополосный поток в стандарте DVB-S, доступный всем пользователям системы, но каждый абонентский терминал принимает только те пакеты, которые адресованы именно ему. От абонента в обратном спутниковом канале RCS (Return Channel Satellite) абонентской станции формируется узкополосный трафик запросов. Такая технологи интерактивного доступа в общем случае называется DVB-RCS.

На рынке спутниковых технологий наиболее динамично развивается рынок земных станций с антеннами малого диаметра, на базе которых и реализуется технология VSAT. Потенциал этого рынка в нашей стране достаточно высок в первую очередь в силу таких объективных факторов, как наличие обширных территорий, отсутствие в большинстве регионов современной наземной инфраструктуры и необходимость быстрого развертывания сетей связи.

Главной особенностью VSAT-сетей является наличие в их составе множества абонентских станций, которые позволяют достаточно просто решить задачу «последней мили», обеспечить интерактивный доступ к распределительным информационным ресурсам. Пример сети доступа абонентов ССС

к информационным ресурсам приведен на рисунках 3.7 и 3.8.

В настоящее время тарифы на спутниковые каналы уже ниже, чем на проводные при удалении абонентов на расстояние более 300 ÷ 400 км. Поэтому в России наблюдается быстрый рост количества корпоративных и коммерческих VSAT-сетей различного назначения (рисунок 3.8).

 

Рисунок 3.7  Сеть доступа на базе наземного сегмента мультисервисной 

        сети предоставления услуг ФГУП «Космическая связь»

 

Семимильными темпами развиваются системы подвижной спутниковой радиосвязи (ПСС). Самым известным оператором на рынке услуг ПСС является Inmarsat, который предлагает около 30 типов абонентских устройств как переносных, так и подвижных для сухопутного, морского и воздушного использования, обеспечивающих передачу речи, факс и передачу данных со скоростью от 600 бит/с до 64 кбит/с. Конкуренцию для Inmarsat представляют три системы ПСС – Globalstar, Iridium и Thuraya. Первые две обеспечивают практически полное покрытие земной поверхности за счет использования больших группировок ИСЗ (48 из 66 соответственно) на низких орбитах. Также в мире функционируют четыре региональных ПСС (в Японии, Австралии, Америке и Индонезии), причем в Японии и Австралии абонентов морской ПСС обслуживают в 200 мильной прибрежной зоне.

Услуги ПСС востребованы в основном специализированными группами абонентов, в частности морскими и авиационными компаниями, различными государственными ведомствами и службами. Например, самым крупным корпоративным пользователем системы Iridium является министерство обороны США, Globalstar получил популярность после известных природных катаклизмов в США и Юго-Восточной Азии в 2006 г. Особо перспективное направление в развитии ПСС заключается в организации передачи ТВ программ и звукового вещания, а также распространение различного рода данных для всех или определенной категории абонентов. 

             Рисунок 3.8 Архитектура ССС VSAT-технологии

 

Структурная схема станции индивидуального приема СНТВ приведена на рисунке 3.9. Приемник строится по схеме с двойным преобразованием частоты. Принятые антенной сигналы различных каналов в диапазоне С или Ku поступают в установленный на антенне наружный блок, состоящий из об-

 

Рисунок 3.9  Структурная схема станции индивидуального приема СНТВ.

 

                     Рисунок 3.10  Архитектура сети СНТВ.

 

лучателя, блока выбора поляризации и малошумящего СВЧ конвертора, который преобразует принимаемый сигнал в сигнал первой промежуточной частоты 700 ÷ 1200 МГц, пригодный для передачи по радиочастотному кабелю длиной несколько десятков метров к перестраиваемому приемнику (внутренний блок). В приемнике осуществляется второе преобразование частоты (вторую ПЧ). На второй ПЧ осуществляется основное усиление и частотная селекция сигнала выбранного канала. Затем сигналы разделяются на сигналы изображения и звукового сопровождения, каждый из которых в соответствующем канале подвергается демодуляции, декодированию. Приемник имеет выходы по видеочастоте и звуковой частоте, а также в.ч. выход на частоте одного из телевизионных каналов обычно дециметрового диапазона.

Архитектура сети спутникового непосредственного ТВ (СНТВ) вещания приведена на рисунке 3.10. Сеть включает в себя совокупность приемопередающих станций, обеспечивающих трансляцию через один или несколько ИСЗ ТВ программ большому числу приемных станций, а также прием программного материала от других приемопередающих станций с целью обмена программами между станциями и приема репортажных материалов от подвижных станций (ПТС). Источниками информации для приемопередающих средств являются студии ТВ вещания. Спутниковая служба новостей обеспечивает распределение программных материалов между студиями и головными станциями кабельного телевидения.

Особое место в системах спутниковой связи занимают радионавигационные системы. Методика определения местоположения с помощью спутников основана на измерении временных задержек распространения радиосигналов от навигационных ИСЗ до абонента и на измерении доплеровского сдвига, что позволяет получить оценку дальности и скорости объекта. Для этого требуется очень высокая стабильность шкал времени и частоты, что осуществляется атомными стандартами частоты. Водородный стандарт частоты обеспечивает стабильность излучения не хуже 10^-15. Для вычисления координат точки, в которой находится приемник сигналов, требуются данные наблюдений как минимум четырех ИСЗ. Точность вычислений достигается за счет использования дополнительных навигационных сигналов, в том числе и от наземных навигационных станций.

В настоящее время функционируют две высокоточные навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия), использующие группировки ИСЗ на высоких круговых орбитах (19200 км для ГЛАНАСС и 20200 км для GPS). Европейское космическое агентство также разрабатывает глобальную спутниковую радионавигационную систе6му Galileo, как альтернативу системы GPS и ГЛОНАСС. В системе Galileo предусматривается поддержка различных служб, таких как:

- сервис открытого доступа;

- сервис коммерческого доступа;

- служба скорой медицинской помощи;

- аварийно-спасательная служба и т.д.

Координаты, отображаемые на экране телефона либо цифрами, либо в виде точки на предварительно загруженной в телефон электронной карте, можно сохранить или передать в режиме SMS как на спутниковый, так и на сотовый телефон.