Организация непосредственного телевизионного вещания с помощью ИСЗ

Первая в России система спутникового непосредственного телевизионного вещания «НТВ-Плюс» была введена в эксплуатацию 1 сентября 1996 г. Первоначально зона обслуживания системы «НТВ-Плюс» охватывала европейскую часть России и Урал, в пределах которых прием мог осуществляться на зеркальные антенны диаметром 0,6 м. Технической основой системы являлись два отечественных связных ИСЗ «Галс-11» и «Галс-12», размещенных в точке 36° восточной долготы. Эксплуатация системы показала, что ИСЗ типа «Галс» с точки зрения устойчивости орбиты достаточно стабильны (точность удержания на орбите по долготе находится в пределах ±0,1°), но они были оборудованы недостаточно мощными бортовыми передатчиками (мощность радиопередатчика, приходящаяся на один транспондер, составляла 40...85 Вт), значительно сокращавшими зону вещания. Поэтому с ноября 1997 г. в этой же точке 36° восточной долготы начал функционировать еще один спутник - бывший французский TDF-2, предоставленный в аренду международным консорциумом Eutelsat. Он был нужен только для того, чтобы повысить надежность системы «НТВ-Плюс» в случае выхода из строя отечественных спутников типа «Галс». Спутник TDF позволил передавать на территорию, обслуживаемую спутниками «Галс», дополнительные телевизионные программы. Подачу телевизионных сигналов на связные ИСЗ осуществляет передающая станция в Останкино, включающая две антенны диаметром 9,2 м, каждая из которых работает с одним из ИСЗ, и набор радиотехнического и измерительного оборудования для многоствольной трансляции. Но спутник TDF-2, к сожалению, в свое время уже использовался для вещания на Европу. Его приемная антенна была ориентирована таким образом, что из Москвы на него нельзя было подать телевизионный сигнал. Для передачи телевизионных сигналов на спутник TDF и его управления был построен новый телепорт (наземная передающая станция - «up-link») в Екатеринбурге. Получилась достаточно дорогостоящая система передачи - телевизионные сигналы поступали из Москвы через специально арендованные каналы на ретрансляционном спутнике «INTELSAT», принимались на приемной станции в Екатеринбурге и там же через новую передающую станцию подавались на спутник TDF, с которого велось вещание (рис. 9.3) [42]. Качество телевизионного вещания от этого не ухудшалось, так как телевизионные сигналы из Москвы в Екатеринбург передавались по спутниковой линии в цифровом формате MPEG-2.

Планы дальнейшего развития сети вещания «НТВ-Плюс» предполагают запуски дополнительных ИСЗ. С целью реализации этих планов 23 ноября 1998 г. был запущен ИСЗ, одновременно имеющий три условных названия «РИТМ-1», «БОНУМ-1» или «МОСТ-1», изготовленный американской компанией Hughes Aircraft. Расчетная ЭИИМ на границе обслуживания данного спутника составляет 50 дБ∙Вт.

Рис. 9.3. Схема организации телевизионного вещания в системе «НТВ-плюс»:

1 - передающая станция 1; 2 - передающая станция 2; 3 - ТВ студия;

4 - приемо-передающая станция

Полезная нагрузка ИСЗ «Бонум-1» предполагает использование 11 транспондеров, из них 8 рабочих и 3 резервных. Через каждый транспондер с полосой пропускания 33 МГц в стандарте MPEG-2/ DVB-S ретранслируются 6 телевизионных программ. Для управления спутником и подачи на него4телевизионных сигналов в поселке Сколково (вблизи Московской кольцевой автодороги) был построен Центр спутникового телевизионного вещания с двумя автоматизированными аппаратными выпуска программ, с комплексом передающего оборудования, излучаемого сигнал в сторону спутника по европейскому стандарту DVB-S в диапазоне частот 17,7... 18,3 ГГц. Каждый из 8 транспондеров спутника «БОНУМ-1» имеет полосу пропускания шириной 33 МГц.

С 1 февраля 1999 г. система «НТВ-Плюс» начала цифровое вещание части телевизионных программ. Постепенно аналоговое вещание, требующее очень больших мощностей передающих устройств, которые экономически себя не оправдывали, свертывалось. 31 октября 1999 г. было официально объявлено о полном прекращении аналогового телевизионного вещания. Это потребовало установки у абонентов дополнительных цифровых декодеров.

Еще одним перспективным развитием системы «НТВ-Плюс» является проект «НТВ-International». Это выход системы «НТВ-Плюс» с русскоязычными телевизионными программами на страны Европы и Ближнего Востока. Реализация проекта осуществилась 12 июня 1998 г., когда рядом с Останкино была построена наземная передающая станция, вещающая на американский ИСЗ «Hot-bird 2», находящийся в позиции 13° восточной д on готы.

В сети телевизионного вещания «НТВ-Плюс» впервые в России применена система условного доступа, т.е. сигнал закодирован и для его раскрытия абонент должен приобрести декодер со специальным электронным ключом и оплатить право приема на определенный период. Система условного доступа позволяет разрешить прием (открыть канал) или закрыть его каждому абоненту в отдельности или группе абонентов. Для этого в составе телевизионного сигнала (во время обратного хода по кадру) передаются специальные сигналы, содержащие алгоритм раскрытия сигнала и отдельные команды для каждого приобретенного ключа. В качестве цифровой системы условного доступа выбрана система VIACCESS, разработанная компанией France Telecom и отвечающая необходимым требованиям по числу абонентов, устойчивости, стоимости. К настоящему времени спутниковая система «НТВ-Плюс» обслуживает более 300 тыс. абонентов.

9.3.4. Передача цифровых сигналов MPEG-2/DVB-S по спутниковым каналам

Обработка цифрового потока MPEG-2 для использования в спутниковом вещании детально специфицирована в стандарте EN 300 421, принятом ETSI в 1998 г. Последовательность этапов обработки приведена на рис. 9.4 [18].

Рис. 9.4. Структурная схема обработки транспортного потока в стандарте EN 300 421

Рис. 9.5. Скремблирование данных в стандарте DVB-S

Пришедшие на вход модулятора транспортные пакеты длиной 188 байтов содержат, как мы знаем, синхробайт 0x47 и 187 байтов данных. Для устранения неопределенности фазы формируется внутренний цикл модулятора, включающий 8 пакетов: первый с инвертированной стартовой синхрогруппой 0хВ8, остальные - с неинвертированной. Транспортный поток поступает на скремблер, где происходит его суммирование с псевдослучайной последовательностью (ПСП). Структурная схема принятого в стандарте DVB-S скремблера/дескремблера приведена на рис. 9.5 и состоит из регистра сдвига на 15 триггерах и логического элемента «исключающее ИЛИ», суммирующего по модулю 2 сигналы с выходов ячеек 14 и 15 и подающего суммарный сигнал на вход ячейки 1. Символьная синхронизация ячеек производится тактовой частотой транспортных пакетов, цикловая синхронизация - инвертированными стартовыми синхрогруппами, с помощью которых триггеры регистра сдвига устанавливаются в начальное состояние 1001 0101 0000 0000. Порождающий многочлен g(х) = х¹⁵ + х¹⁴ +1 генерирует ПСП длиной 2¹⁵ - 1 = 32 767 битов≈ 4096 байтов, из которых используется участок длиной 1503 байта.

Скремблирование и дескремблирование транспортного потока происходят во втором логическом элементе «исключающее ИЛИ», на один вход которого подаются транспортные пакеты, а на другой вход через логический элемент «И» поступает ПСП. Схема «И» используется для прерывания ПСП на момент передачи синхробайта (иначе на приеме его не удастся обнаружить).

После скремблирования данные транспортного пакета подвергаются помехоустойчивому кодированию каскадным кодом, в котором в качестве внешнего используется укороченный код Рида-Соломона (204,188,8), в качестве внутреннего - сверточный код. Укороченный код Рида-Соломона формируется в кодере полного кода (255,239,8) путем добавления перед началом транспортного пакета группы из 51 байта, состоящей из одних нулей. Получившийся пакет из 239 байтов проходит кодирование, после которого символы на добавленных позициях отбрасываются и остается пакет длиной 204 байта. Работа кодера описывается порождающим многочленом g(х) = х⁸ + х⁴ + х³ + x² + 1.

Рис. 9.6. Структурная схема сверточного перемежителя и декодера перемежения с глубиной перемежения l = 12

Код Рида-Соломона устойчиво работает при вероятности ошибок на входе декодера не выше 2∙10^-4 устраняя ошибки, с которыми не справился декодер сверточного кода, и обеспечивая выходную вероятность ошибок в пределах 10^-10...10^-11 (квазисвободный от ошибок канал). Такое высокое требование к коэффициенту ошибок связано с принятой DVB концепцией «контейнера данных», согласно которой цифровой канал должен быть универсальным и пригодным для передачи не только телевидения (для которого достаточно иметь вероятность ошибки 3∙10^-6...10^-8), но и любых других цифровых сигналов, в том числе и с повышенными требованиями к достоверности.

Для защиты от пакетных ошибок большой длительности в стандарте осуществляется сверточное перемежение данных с глубиной перемежения 12 байтов. Структурные схема кодера и декодера перемежения показаны на рис. 9.6. В каждом положении переключателя в регистры записывается 1 байт информации, так что транспортный пакет длиной 204 байта будет полнбетью обработан за 204/12 = 17 циклов. Задержка данных в каждой ветви должна быть кратна 17 байт - от 0 до 11 х 17 = 187 байт. В декодере перемежения восстанавливается первоначальный порядок следования данных.

В стандарте DVB-S используется сверточный кодер с длиной кодового ограничения K = 7 и относительными скоростями кодирования R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 (FEC (Forward Error Correction) - прямая коррекция ошибок в англоязычной терминологии). Переключение с базовой скорости 1/2 на другие значения осуществляется выборочным вычеркиванием - перфорированием - некоторых символов. Это несколько снижает корректирующую способность кода, но одновременно уменьшает и его избыточность, позволяя высвободить больше емкости для полезных данных. Декодер сверточного кода осуществляет первый уровень кодозащиты и должен работать при коэффициенте ошибок входного сигнала 10^-1...10^-2, снижая коэффициент ошибок в выходном сигнале до значения 2∙10^-4 необходимого для работы кода Рида-Соломона.

Суммарная энергетическая эффективность каскадного кода, определяемая как выигрыш в необходимом отношении Е_б/N₀, достигает 7,5 дБ при R= 1/2, снижаясь до 5,5 дБ при R= 7/8.