Что такое поднесущая частота в телевидении

Опубликовано: 30.06.2022

Поднесущий представляет собой боковую полосу из несущей волны радиочастотной, который модулируется для отправки дополнительной информации. Примеры включают предоставление цвета в системе черно-белого телевидения или обеспечение стерео в монофоническом радиовещании. Нет никакой физической разницы между несущей и поднесущей; "суб" означает, что он был получен из несущей, которая была амплитудно-модулирована устойчивым сигналом и имеет постоянную частотную зависимость от него.

Содержание

  • 1 FM стерео
  • 2 Телевидение
  • 3 Частное аудио
  • 4 Обработка данных
  • 5 Телеметрия и фолбэк
  • 6 спутников MCPC
  • 7 См. Также
  • 8 ссылки
  • 9 Внешние ссылки

FM стерео

Стерео вещание стало возможным с помощью поднесущей на радио FM - станций , которая принимает левый канал и «» вычитание правого канала от него - по существу , за счет подключения провода правого канала в обратном направлении (реверсирования полярности ) , а затем присоединение левой и reversed- право. Результат модулируется с подавленной несущей AM , более правильно называемой суммированной и разностной модуляцией или SDM, на частоте 38 кГц в FM-сигнале, который объединяется при 2% -ной модуляции с моно левым + правым звуком (который находится в диапазоне от 50 Гц до 15 кГц). . Пилотный тон 19 кГц также добавляется при 9% -ной модуляции, чтобы радио запускало декодирование поднесущей стерео, делая FM-стерео полностью совместимым с моно.

Как только приемник демодулирует сигналы L + R и L-R, он складывает два сигнала ([L + R] + [L-R] = 2L), чтобы получить левый канал, и вычитает ([L + R] - [L −R] = 2R), чтобы получить правильный канал. Вместо гетеродина пилот-тон 19 кГц обеспечивает синфазный опорный сигнал, используемый для восстановления пропущенной несущей волны из сигнала 38 кГц.

Для AM-вещания используются различные аналоговые ( AM-стерео ) и цифровые ( HD Radio ) методы для создания стереофонического звука. Модулированные поднесущие того типа, который используется в ЧМ-вещании, непрактичны для АМ-вещания из-за относительно узкой полосы пропускания сигнала, выделенной для данного АМ-сигнала. В стандартных радиостанциях AM-диапазона вся выделенная полоса частот AM-сигнала от 9 кГц до 10 кГц может использоваться для звука.

Телевидение

Аналогичным образом аналоговые телевизионные сигналы передаются с черно-белой частью яркости в качестве основного сигнала и цветностью в качестве поднесущих. Черно-белый телевизор просто игнорирует лишнюю информацию, так как для нее нет декодера. Чтобы уменьшить полосу пропускания цветовых поднесущих, они фильтруются для удаления более высоких частот. Это стало возможным благодаря тому, что человеческий глаз видит гораздо больше деталей в контрасте, чем в цвете. Кроме того, передаются только синий и красный, а зеленый цвет определяется вычитанием двух других из яркости и взятием остатка . (См .: YIQ , YCbCr , YPbPr ) Различные системы телевещания используют разные частоты поднесущих, помимо различий в кодировании .

Для звуковой части MTS использует поднесущие в видео, которые также могут нести три аудиоканала, в том числе один для стерео (тот же метод «лево-минус-право», что и для FM), другой - для вторых аудиопрограмм (например, описательная видеослужба для зрения. -impaired и двуязычных программ), и еще третий скрытый один для студии , чтобы общаться с журналистами и техников в области (или для техник или вещания инженера в удаленном передатчике сайте дерзить студии), или любой другой использовать телеканал, который сочтет нужным. (См. Также NICAM , A2 Stereo .)

В составном видеосигнале , передаваемом по РЧ-каналу , поднесущие остаются в сигнале основной полосы частот после демодуляции основной несущей и разделяются в приемнике. Монофонический аудиокомпонент переданного сигнала находится на отдельной несущей и не является неотъемлемой частью видеокомпонента. В проводных видеосоединениях композитное видео сохраняет интегрированную структуру сигнала поднесущей, обнаруженную в передаваемом сигнале основной полосы частот, в то время как S-Video размещает сигналы цветности и яркости по отдельным проводам, чтобы устранить перекрестные помехи поднесущих и повысить ширину полосы и силу сигнала ( резкость и яркость изображения) .

Частное аудио

До спутника , Muzak и аналогичные услуги были переданы в универмаги на ЧМ поднесущих. Точность звука поднесущей была ограничена по сравнению с основным аудиоканалом FM-радио. США Федеральная комиссия по связи (FCC) также позволило ставки красоты в Нью - Йорке состоянии , чтобы получить скаковые результаты государственной игорной комиссии по той же технологии.

Многие некоммерческие образовательные FM-станции в США (особенно общественные радиостанции , связанные с NPR ) транслируют услуги чтения по радио для слепых, которые читают статьи в местных газетах, а иногда и в журналах. Слабовидящие могут запросить специальный радиоприемник, постоянно настроенный на прием звука на определенной поднесущей частоте (обычно 67 кГц или 92 кГц) от конкретной FM-станции.

Подобные и другие услуги на вещательных поднесущих FM называются службой вспомогательного органа связи (SCA) Федеральной комиссией по связи США (FCC) и вспомогательными операциями мультиплексирования связи (SCMO) Канадской комиссией по радио, телевидению и электросвязи (CRTC). в Канаде .

Преобразование данных


RDS / RBDS поднесущей (57 кГц) позволяет FM - радио для отображения какой станции они находятся, выбрать другую частоту в той же сети или в том же формате, пролистайте краткие сообщения , как станционных лозунги, новости, погода, или трафик даже активировать пейджеры или удаленные рекламные щиты. Он также может транслировать сообщения EAS и имеет название ALERT в " формате " станции, чтобы автоматически запускать радио для настройки на получение информации о чрезвычайных ситуациях, даже если проигрывается компакт-диск . Хотя в Северной Америке она так и не получила широкого распространения , европейские станции часто полагаются на эту систему. Модернизированная версия встроена в цифровое радио .

xRDS - это система, с помощью которой вещательные компании могут увеличить скорость передачи данных в FM-канале, используя дополнительные нормальные поднесущие RDS, сдвинутые на более высокие частоты мультиплексирования FM. Дополнительные поднесущие RDS помещаются в верхнюю пустую часть спектра мультиплексирования и несут дополнительную полезную нагрузку данных. xRDS не имеет фиксированных частот для дополнительных несущих 57 кГц.

До 2012 года MSN Direct использовала поднесущие для передачи трафика, цен на бензин, времени просмотра фильмов, погоды и другой информации на устройства GPS- навигации, наручные часы и другие устройства. Многие из поднесущих были от станций, принадлежащих Clear Channel . Технология была известна как DirectBand .

FMeXtra на FM использует десятки небольших поднесущих COFDM для передачи цифрового радио в полностью внутриполосном режиме на канале . Удаление других аналоговых поднесущих (например, стерео) увеличивает либо качество звука, либо доступные каналы, последние позволяют отправлять вместе с ними метаданные, не относящиеся к аудио , например обложки альбомов, тексты песен, информацию об исполнителе, данные о концертах и ​​т. Д.

Телеметрия и фолбэк

Многие станции используют поднесущие для внутренних целей, например, для получения данных телеметрии от удаленного передатчика , часто расположенного в труднодоступной местности на вершине горы. Инженер станции может носить с собой декодер и знать все, что не так, пока станция находится в эфире и он находится в пределах досягаемости. В этом суть беспроводного передатчика / студийной связи .

По беспроводным каналам связи между студией и передатчиком (STL) передаются не только поднесущие радиостанции, но и другие команды дистанционного управления .

Прерывистая обратная передача , например, для удаленной широковещательной передачи , также возможна по поднесущим, хотя ее роль ограничена.

Спутники MCPC

Аналоговое спутниковое телевидение и наземная аналоговая микроволновая ретрансляционная связь полагаются на поднесущие, передаваемые с видеоносителем на спутниковом ретрансляторе или микроволновом канале для аудиоканалов видеопотока. Обычно это частоты 5,8, 6,2 или 6,8 МГц (несущая видеосигнала обычно находится ниже 5 МГц на спутниковом транспондере или микроволновом реле). Дополнительные поднесущие иногда передаются на частоте около 7 или 8 МГц для дополнительного звука (например, радиостанций) или данных с низкой или средней скоростью. Это называется множеством каналов на несущую (MCPC).

Сейчас это в основном вытеснено цифровым ТВ (обычно DVB-S , DVB-S2 или другой системой на основе MPEG-2 ), где аудио и видеоданные упаковываются вместе ( мультиплексируются ) в один транспортный поток MPEG .


  1. Статьи
  2. Редакционные статьи

Введение

Изучая теорию технологий беспроводных сетей доступа или сетей сотовой связи, неизбежно, так или иначе, можно столкнуться с такой аббревиатурой, как OFDM. Обратившись к википедии, мы обнаружим там следующее: "OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing) — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов, является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путём использования БПФ (быстрое преобразование Фурье)".

Думаю после прочтения данного объяснения для большинства читателей тема OFDM как была непонятной, так ей и осталась. Это неудивительно, поскольку при описании используются довольно нетривиальные и непростые термины. Рядовой читатель спросит, что это еще за ортогональное частотное разделение каналов? Тот, кто хотя бы частично знаком со спектральным анализом может удивиться, откуда здесь взялось быстрое преобразование Фурье?

В данной статье сделана попытка объяснить суть OFDM модуляции простым языком, так сказать "на пальцах" без сильного углубления в математический анализ и теорию цифровой обработки сигналов.


Краткая биография OFDM

Параллельная передача данных с частотным разделением была придумана еще в середине 60-х годов прошлого века и использовалась, как и большинство известных сегодня технологий, сначала только в военных системах. В те времена военные, используя OFDM, уже осуществляли параллельную передачу данных с использованием 34 поднесущих.

В 1980-х стали рассматривать применение OFDM в коммерческих системах: в первую очередь в высокоскоростных модемах и цифровых мобильных сетях. В 1990-х OFDM модуляцию стали использовать в цифровом радиовещании (DAB), в наземном телевещании, при передаче видео высокой четкости HDTV, а также в известных технологиях последней мили ADSL, HDSL.

Долгое время OFDM не находила весьма широкого распространения в других системах связи по причине сложной технической реализации. Решение задачи формирования OFDM сигнала аналоговыми методами весьма проблематично. Развитие вычислительных систем и методов цифровой обработки сигналов позволяет применять сегодня OFDM модуляцию в самых различных системах – от радио до проводных линий и даже волоконно-оптических.


В чем же смысл OFDM?

Несмотря на то, что метод дословно расшифровывается как мультиплексирование с ортогональным частотным разделением, его все-таки в первую очередь относят к методам цифровой модуляции. Дело в том, что метод OFDM использует одновременно и модуляцию и мультиплексирование, но мультиплексирование особенное. Обычное мультиплексирование подразумевает объединение различных сигналов от разных источников, здесь же происходит объединение составных частей одного и того же сигнала.

Постараемся объяснить все на простом примере. Представьте, что нам надо передать из одного пункта в другой стеклянный витраж. Для этого в нашем распоряжении есть некоторый ресурс, допустим 4 тележки (в случае передачи информации в качестве ресурса можно было бы считать доступный для передачи диапазон частот).

В случае OFDM мы разбираем наш стеклянный витраж на некоторое определенное количество частей, для примера пусть их будет 4. Далее каждая тележка перевозит свою часть посылки (витража), при этом тележки катятся одновременно параллельно друг другу. Допустим на пути у нас встречается одна преграда в виде камня (в случае передачи информации – узкополосная помеха). Одна из тележек наезжает на камень, соответственно одна из частей посылки не доходит до пункта приема.

В случае OFDM мы разбираем наш стеклянный витраж на некоторое определенное количество частей, для примера пусть их будет 4.


Рис. 1

Однако большее количество частей витража все-таки было корректно получено, поэтому с помощью интуиции и волшебства (помехоустойчивого кодирования), есть шанс восстановить недостающую в результате падения одной тележки часть посылки.

Как бы все было, не применяя OFDM? При традиционном подходе для наискорейшей передачи всей посылки мы также задействуем все доступные ресурсы, но будем транспортировать витраж целиком на всех 4 тележках (используем высокоскоростной метод модуляции, занимающий всю полосу канала). Допустим, на пути у нас также встречается одна преграда в виде камня. В результате одна из тележек наезжает на камень, витраж падает и разбивается вдребезги.

При традиционном подходе для наискорейшей передачи всей посылки мы также задействуем все доступные ресурсы, но будем транспортировать витраж целиком на всех 4 тележках (используем высокоскоростной метод модуляции, занимающий всю полосу канала).


Рис. 2

Алгоритма, по которому в данном случае распался на части наш витраж, мы не знаем, поэтому собрать по кусочкам заново мы его не можем. Итог: целый витраж не доехал до пункта приема (потерян немалый объем данных, здесь даже помехоустойчивое кодирование нас не спасет). Таким образом, можно сказать, что один из основных девизов OFDM: "не надо класть все яйца в одну корзину".

Один из основных девизов OFDM: «не надо класть все яйца в одну корзину».

Одной из особенностью OFDM является то, что все тележки могут двигаться параллельно практически вплотную и при этом не мешать друг другу. При передаче информации роль тележек выполняют поднесущие сигналы, т.е. множество несущих колебаний (если забыли, что это такое, почитайте в любом учебнике основы модуляции). Вспомним фильм Терминатор 2 и представим, что тележки сделаны из жидкого металла. В связи с этим даже если при движении пути тележек частично перекрываются, они не мешают друг другу, комфортно сосуществуют вместе и движутся дальше. Существует аналогичный эффект по отношению к передаче сигналов – ортогональность сигналов. Обычно для объяснения термина ортогональность сигналов приводят интегральное математическое выражение. Однако поскольку было дано обещание объяснять все на пальцах, можно просто уяснить следующее. Ортогональные сигналы обладают замечательным свойством – их взаимная энергия равна нулю. Ортогональность поднесущих позволяет на приёме выделить каждую из них из общего сигнала даже в случае частичного перекрытия их спектров. Поскольку поднесущие располагаются вплотную друг к другу и даже частично накладываются друг на друга (см. рис. 3) спектральная эффективность модулированного OFDM сигнала получается высокой.

Изображение поднесущих на частотной оси


Рис. 3 – Изображение поднесущих на частотной оси

Как видно из рисунка, каждая поднесущая представлена отдельным пиком. Обратите внимание, что в точке пика каждой поднесущей значение остальных поднесущих равно нулю. На оси времени каждой кривой соответствует свой модулированный сигнал. Сумма всех этих сигналов дает сложный по форме OFDM-сигнал.

На оси времени каждой кривой соответствует свой модулированный сигнал. Сумма всех этих сигналов дает сложный по форме OFDM-сигнал.


Рис. 4

Параметры поднесущих сигналов (например, синусойд) подбираются таким образом, чтобы они были по отношению друг к другу ортогональны. Для быстрой реализации данного действия с помощью вычислительных устройств используют алгоритм обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). То есть мы нарочно представляем, что значения сигнала перед блоком ОБПФ относятся к частотной области. Тогда на выходе блока ОБПФ мы получаем значения сигнала на временной оси. Объединяя все значения, мы получаем сложный составной OFDM сигнал.

Параметры поднесущих сигналов (например, синусойд) подбираются таким образом, чтобы они были по отношению друг к другу ортогональны.


Рис. 5

Важно отметить, что в данной упрощенной схеме представлены не все блоки, имеющиеся в реальных системах с OFDM. Здесь для упрощения схемы не приведены блоки добавления защитных бит и циклического префикса, являющегося неотъемлемой частью технологии.

В виду того, что ОБПФ работает эффективно с массивами размерности 2^k, количество поднесущих выбирается аналогичной кратности. Например, в WiMAX число поднесущих выбирается от 128 до 2048 и может занимать полосы частот от 1,25 МГц до 20 МГц.

Для каждой из поднесущих используется свой формат модуляция в зависимости от требований и величины помех в канале.

Для каждой из поднесущих используется свой формат модуляция в зависимости от требований и величины помех в канале.

На приемном конце все блоки приведенной выше схемы инвертируются (вместо ЦАП ставится АЦП, вместо обратного БПФ – прямое БПФ) и ставятся в обратном порядке.

В чем же заключается изюминка OFDM, что обусловило его популярность во всех современных системах связи?

Преимущества (добротные изюминки) OFDM:

  • способность противостоять сложным условиям в радиоканале, в первую очередь устранять межсимвольную интерференцию и бороться с узкополосными помехами (как в примере мы потеряли одну из тележек и в последующие моменты времени можем пока сменить данный путь с препятствием на другой);
  • высокая спектральная эффективность. Если число поднесущих приближается к бесконечности, OFDM системы показывают почти удвоенную спектральную эффективность в сравнении с традиционными системами с частотным разделением каналов.
  • адаптивность метода – возможность использования различных схем модуляции для разных поднесущих, что позволяет адаптироваться к условиям распространения сигнала и к различным требованиям к качеству принимаемого сигнала;
  • простая реализация методами цифровой обработки (стала простой с развитием мощности вычислительных устройств);
  • способность противостоять интерференции между поднесущими, что обуславливает хорошие показатели при многолучевом распространении.

  • требуется высокоточная синхронизация по времени и по частоте;
  • OFDM сигнал имеет относительно высокое значение пик-фактора, что приводит к чрезмерным энергетическим затратам;
  • использование защитных интервалов снижает спектральную эффективность метода;
  • метод чувствителен к эффекту Доплера, что накладывает дополнительные трудности при его применении в мобильных сетях.


Текущее применение OFDM. На сегодняшний день наиболее известно применение OFDM модуляции в беспроводных системах связи Wi-Fi, WiMax, LTE, в наземных системах цифрового телевидения DVB-T, в системах кабельного телевидения DVB-C, в технологии ADSL и это далеко не все примеры.

Важно отметить, что в данной статье рассмотрены только некоторые основные моменты OFDM. Если вы хотите разобраться в этой теме более серьезно, то стоит обратить внимание также на такие моменты как добавление циклического префикса для устранения помех и борьбы с замираниями, процедуры тактовой и фазовой синхронизации, использование пилотных поднесущих и др.


Сигнал, передаваемый по сети кабельного телевидения представляет из себя широкополосный, частотно разделённый спектр. Параметры сигнала, в том числе частоты и номера каналов в России регламентируются ГОСТ 7845-92 и ГОСТ Р 52023-2003, но наполнение каждого из каналов оператор волен выбирать на своё усмотрение.

  • Часть 1: Общая архитектура сети КТВ
  • Часть 2: Состав и форма сигнала
  • Часть 3: Аналоговая составляющая сигнала
  • Часть 4: Цифровая составляющая сигнала
  • Часть 5: Коаксиальная распределительная сеть
  • Часть 6: Усилители RF-сигнала
  • Часть 7: Оптические приёмники
  • Часть 8: Оптическая магистральная сеть
  • Часть 9: Головная станция
  • Часть 10: Поиск и устранение неисправностей на сети КТВ

Напомню, что я пишу не учебник, а ликбез для расширения кругозора и вхождения в мир кабельного ТВ. Поэтому стараюсь писать простым языком, оставляя ключевые слова для заинтересовавшихся и не углубляться в описание технологий, которые и без меня прекрасно описаны сотни раз.

Для получения информации о сигнале в коаксиальном кабеле наш технический персонал пользуется в основном прибором Deviser DS2400T.


По сути это телеприёмник, но вместо изображения и звука мы видим количественные и качественные характеристики как всего спектра, так и отдельных каналов. Приведённые в дальнейшем иллюстрации являются скриншотами с этого прибора.

Такой Deviser имеет даже несколько избыточный функционал, но бывают приборы и покруче: с экраном, показывающим непосредственно телеизображение, приёмом оптического сигнала и, чего не хватает Deviser`у, приёма спутникового сигнала DVB-S (но это совсем другая история).

Быстро оценить состояние сигнала «на глаз» позволяет режим отображения спектра


В этом режиме прибор производит сканирование каналов в соответствии с заданным частотным планом. Для удобства из полного спектра убраны неиспользуемые в нашей сети частоты, поэтому получившееся изображение представляет из себя частокол каналов.


Синим цветом обозначены цифровые каналы, жёлтым — аналоговые. Зелёная часть аналогового канала — разница между звуковой и видео составляющими сигнала (по ГОСТ должна быть от 10 до 20дБ).

Хорошо заметна разница в уровнях разных каналов: отдельная неравномерность зависит от настроек транспондеров на головной станции, а общее различие между верхними и нижними частотами имеет определённый смысл, о котором я расскажу ниже.

В этом режиме хорошо будут заметны сильные отклонения от нормы и если в сети есть серьёзные проблемы, то это сразу станет видно. Например, на приведённом изображении виден пропуск двух цифровых каналов в зоне высоких частот: они присутствуют лишь в виде коротких полосок, едва доходящих до уровня 10дБмкВ (вверху указан опорный уровень 80дБмкВ — это верхняя граница графика), что фактически есть шум, который кабель принимает на себя как антенна или вносимый активным оборудованием. Эти два канала — тестовые и были выключены на момент написания статьи.

Недоумение может вызвать неравномерность расположения цифровых и аналоговых каналов. Это конечно не является правильным и произошло из-за эволюционного развития сети: в частотный план просто добавляли дополнительные каналы в свободную часть спектра. При создании частотного плана с нуля было бы правильно расположить весь аналог в нижней части спектра. Кроме того, у станционного оборудования, предназначенного для формирования сигнала для европейских стран существуют ограничения на использование частот для трансляции цифрового сигнала и, хоть в нашей стране таких ограничений нет, используя такое оборудование приходится размещать цифровые каналы в спектре вопреки логике.

Как известно из фундаментальной физики, чем выше частота волны, тем сильнее её затухание по мере распространения. При передаче такого широкополосного сигнала, как имеющийся в сети КТВ затухание в распределительной сети может достигать десятков децибел на плечо, причём в нижней части спектра оно будет в несколько раз меньше. Поэтому отправив в стояк из подвала ровный сигнал, на 25 этаже мы увидим примерно следующее:


Уровень верхних частот заметно меньше нижних. В реальной ситуации телевизор, не разобравшись, может счесть более слабые каналы просто шумом и отфильтровать их. А если в квартире установлен усилитель, то при попытке настроить его для качественного приёма каналов из верхней части диапазона возникнет переусиление в нижней. Стандарты регламентируют разницу не более 15 дБмкВ на весь диапазон.

Чтобы избежать этого, при настройке активного оборудования изначально закладывается более высокий уровень в зоне высоких частот. Это называется «прямой наклон», или просто «наклон». А то, что показано на изображении — «обратный наклон», и такая картина — это уже авария. Или, как минимум, указание на то, что с кабелем до точки измерения — беда.

Бывает и обратная ситуация, когда низкие частоты практически отсутствуют, а верхние еле пробиваются выше уровня шумов:


Это так же говорит нам о повреждении кабеля, а именно его центральной жилы: чем выше частота, тем ближе к краю волновода она распространяется (скин-эффект в коаксиальном кабеле UPD: касаемо физических основ этого явления есть разногласия, подробнее в комментариях). Поэтому мы видим только те каналы, что распространяются на верхних частотах, но, как правило, телевизор принять их с таким уровнем уже не сможет.

Американская система цветного телевидения, — NTSC.

NTSC. Что в переводе с американского на татаро-монгольский означает: National Television System Commitee (Национальный комитет телевизионных систем). Как я уже говорил в предыдущих мини-лекциях, американская система NTSC появилась в 1953 году. Кроме США она применяется также в Канаде, Японии, Корее, Тайване и ряде других стран. Казалось бы какое нам дело до NTSC? Тем более, если она шибко мерзопакостная? Не торопитесь. Ведь известная западноевропейская (немецкая) система PAL не только знакома специалистам, видеоманам но и обычным обывателям. А PAL это же ближайшая родственница той самой NTSC, но шибко модернизированная и приспособленная к другому телевизионному формату. И где-то, в чём-то схожего с нашим форматом. Вот как-то так.

Американские изобретатели, как впрочем и другие, были шибко озабочены двумя головными болями! Во-первых, система должна быть совместима с чёрно-белой системой, а во-вторых передача цвета в рамках той же чёртовой совместимости с чёрно-белым. Независимо от страны происхождения, от разработанной системы, всё начинается у всех одинаково! Студия, камера и выходные сигналы Y — яркостный. RGB — цветовые: красный, зелёный и синий (голубой). А, что потом? Потом, суп с котом. Как оказалось каждый пошёл своим путём. Вот только все пришли к одному мнению, передавать нужно не сами цветовые сигналы, а только цветоразностные рис8. Здесь изображены диаграммы сигналов, полученных при передаче цветных полос на рис8 вверху. Передавать цветоразностные и причём только два: Er-y и Eb-y (голубой прямоугольник) . А на месте, в телевизоре из Y, Er-y и Eb-y собрать недостающий Eg-y. А в остальном проблему каждый решал по-своему.

Задача-то стояла перед разработчиками ведь не только передать сигналы, но и сделать так, чтобы они не создавали друг другу помехи. А заодно и чёрно-белому. Если уж не на все сто процентов, то хотя бы свести к минимуму!

Американцы решили оба сигнала (Er-y и Eb-y) и плюс Y передавать одновременно. Передавать с применением так называемой квадратурной модуляции. О всех видах модуляций рассказано в мини-лекции «Модуляция». Квадратурная модуляция позволяет передавать два независимых сигнала одновременно. Избежать взаимных помех с помощью фазового разделения. Как это осуществить? С помощью квадратурной модуляции. А это, что такое? Каждый цветоразностный сигнал модулирует одну и ту же поднесущую частоту. Что означает поднесущая?

Для передачи общего, полного телевизионного сигнала используют НЕСУЩУЮ частоту, а для передачи цвета ПОДНЕСУЩУЮ (поднесущие). С той лишь разницей, что поднесущая частота fs на один модулятор подаётся непосредственно с генератора, а на другой с фазовым сдвигом в 90° рис2. В итоге вектор Ur-y, полученный в результате модуляции, перпендикулярен вектору Ub-y, хотя у них и одна поднесущая — 3,579545 МГц. Почему именно такая? Ну. Это долгая и отдельная история. Если кратко, всё связано с американским стандартом, а именно: числом строк разложения 525 и 30 кадров. В то время как в Европе и у нас 625 строк и 25 кадров. А выбор поднесущей именно на это всё и ориентируется (и не только!).

А так-как спектр чёрно-белого сигнала [Y] дискретный и цвета тоже, то подобрав соответствующую поднесущую мы с можем безболезненно подселить цвет к чёрно-белому. На рис6 продемонстрировано это самое подселение. Где [a] спектр чёрно-белого сигнала [Y], [b] спектр цветного, а [с] совмещённые спектры (после подселения). Но есть ещё ряд нюансов. В итоге получилась поднесущая, — 3,579545 МГц.

Вот только такая система оказалась мёртворождённой! Почему? Дело в том, что мы сдуру (о чём потом пожалели) применили амплитудную модуляцию в чистом виде. В результате в сумматоре сложенные два промодулированных дали вот такую картинку рис2, справа. Чем характеризуется цвет в прямоугольной системе координат? Длина вектора это насыщенность цвета, а угол, фаза цветовой тон. Стало быть вектор по идее должен быть во всех четырёх квадрантах (четвертях) системы координат. На рис8 на диаграмме B-Y показана временная ось t и как она делит сигнал на положительные и отрицательные значения. Вот только в нашем случае наши векторы не могут принимать отрицательные, эти самые значения? Все фазы ограничены только углом в 90°. И, что же нам делать? Применить балансную модуляцию. Это та же амплитудная, но с подавлением несущих частот. Да, при амплитудной модуляции векторы боковых частот вращаясь заходили в отрицательные области, вот только нам, что с этого? Они только изменяли длину вектора несущей не меняя фазы! Отчего результирующий вектор «топтался» только в первом квадранте рис2 справа.

В балансной модуляции векторы боковых частот также как и в амплитудной вращаются, но при отсутствие несущей результирующие вектора заходят во все квадранты рис5. В данном случае B-Y отрицательный. На рис4 показаны вектограммы такой вот балансно-квадратурной модуляции. Через a и b обозначены как бы вектора, но подавленной поднесущей. А с другой стороны на этом месте находится вектор результирующего сигнала. А уже после сумматора окончательно получаем результирующий Us.

Другая особенность NTSC это выбор осей кодирования не R-Y и B-Y, а сдвинутых (опережающих) на 33° осей I и Q рис3. Там много чего за и против, но? Но вот так применяют эти I и Q в NTSC. В основном все эти извращения связаны с повышением цветовой чёткости. А точнее подстройки системы к цветовому свойству глаза. Кроме этого сигналы R-Y, B-Y подвергаются компрессии для уменьшения так называемого динамического диапазона. И стало быть к 33° добавляют ещё и коэффициенты компрессии. В итоге (после всех издевательств) мы имеем: Ei=0,74Er-y - 0,27Eb-y; Eq=0,48Er-y + 0,41Eb-y. На рис3 Вы и видите как перекосило ось [+Q,] - [-Q]. И естественно и [+I] - [-I].

На рис9 показана блок-схема декодирующего устройства, где: Гs — генератор поднесущей, той самой 3,579545 МГц. Для чего здесь генератор и поднесущая? Без него ничего мы не сможем сделать. На передающей стороне поднесущую же подавили! На приёмной надо сыграть в обратную. Поднесущую подают вместе с общим цветовым сигналом Us на синхронный детектор. Их два, по числу цветоразностных сигналов. На СДr-y поднесущую подают через фазовращатель 90°. После модуляции мы и получим чего так долго добивались Er-y и Eb-y. Но это всё без учёта поворота осей I-Q. Чтобы всё срослось нужно искусственно повернуть с помощью фазовращателей.

На рис1 показана блок-схема кодирующего устройства, а на рис6 декодирующего. БМ1 и БМ2 и есть те балансные модуляторы. Крестиком помечены сумматоры. Чтобы избежать неприятностей в общий сигнал втискивают так называемую вспышку рис10. Это 8-10 периодов поднесущей частоты. Она на приёмной стороне подправляет генератор в нужную сторону. Ну, чтобы не очень уклонялся куда не надо?! Пурпурным цветом показаны фазовращатели, благодаря которым ось I-Q и встала на дыбы!

На рис7 декодирующее устройство NTSC. То самое, что на рис9 но с добавлением фазовращателя на 33°. Всякие фильтры и ЛЗ1, ЛЗ2. Это линии задержки для того чтобы разнополосные (разноскоростные) сигналы свести одновременную картину.

На рис11 показаны часть спектра полного телевизионного сигнала NTSC. Жёлтым цветом яркостный Y. Внутрь вставлены спектры цветоразностныз сигналов:Ui и Uq. В силу ряда причин при одной поднесущей спектры отличаются друг от друга по ширине. На врезке вверху рис11 кусочек такого же но только для системы PAL. Они же родственники, но как видите поднесущая уже другая и ширина спектров цветоразностных сигналов равны. Я только занизил высоту Uv (Ub-y), чтобы показать прячущегося за ним сигнала Uu (Ur-y). Так, что родственными их делает только балансно-квадратурная модуляция, а дальше всё, полный раздрай! В следующей мини-лекции мы и рассмотрим эту самую систему PAL.

Поскольку спутников много, а число градусов всей орбиты 360, то возможна ситуация, когда, спутники имеют близкие координаты. Не стоит думать, что они находятся друг возле дружки на небольшом расстоянии, на практике это делается для обеспечения большего числа транспондеров в одной точке. Количество спутников, с которых возможен прием сигнала, напрямую зависит от удаленности экватора. Геостационарная орбита с Земли для человека видна в виде дуги над горизонтом. Чем севернее широта, тем меньше дуга, а значит и видно меньше спутников. «Зона покрытия» является основной характеристикой по которой определяют наличие возможности принимать сигналы со спутника. Она часто имеет вид диаграммы (beam). У одного спутника могут быть несколько различных диаграмм в зависимости от количества разных транспондеров. К примеру, на спутнике Intelsat 707 (1 West) транспондеры направленны на Ближний Восток (у нас его не видно) и на Европу. Зона покрытия определяется при помощи "footprints" — это проекция диаграммы направленности «луча» спутника на географическую карту. На вид зоны покрытия изображены, как горизонтали на карте местности, где горизонталь — граница определенной мощности принимаемого сигнала (EIRP — Equivalent Isotropic Radiated Power). Как правило, они разделяются примерно следующим образом — 53 dbW, 50 dbW, 48dbW, 45 dbW и 40 dbW. Диаметр зависит от мощности сигнала, чем больше мощность, тем меньше нужен диаметр антенны.

Частота транспондера (transponder frequency)- основной параметр. Он делится на два основных диапазонах — Ku-Band и C-Band. Диапазон C (4GНz) используется отечественным и американским вещанием. Эту используют российские спутники. В особенности наиболее известный и популярный YAMAL 102,201 (позиция 90.0E). Диапазон Ku (10.700-12.750 GHz) распространен в Европе, в этом диапазоне и смотрят телевизионные передачи 95% зрителей. Современные отчественные спутники тоже начали оборудоватся транспондерами Ku-Band. Ku-Band делится в свою очередь на 3 поддиапазона: Ku-Telecom или Ku-BSS (Broadcast Satellite Services, 12.500-12.750 GHz); Ku-DBS (Direct Broadcast Services, 11.700-12.500 GHz); Ku-FSS (Fixed Satellite Services, 10.700-11.700 GHz, на текущий момент основная масса вещания).

Каждому транспондеру присваивается определенная частота в одном из указанных диапазонов.

Поляризация (polarity) — горизонтальная (H, Horizontal) или вертикальная (V, Vertical). Благодаря разной поляризации достигается уменьшение промежутка между частотами транспондеров, за счет этого можно увеличивать их количество. На французских и скандинавских спутниках используется также правая и левая циркулярные (RС и LС, Right Сircular и Left Circular, против часовой стрелки или 45 градусов от вертикали). Частота звуковой поднесущей (audio frequency) — это уже относится к свойствам определенных каналов, а не транспондерам. Широко распространенными есть - моно 6.65 MHz и стерео 7.02/7.20 MHz. Стоить заметить, что существуют также и другие поднесущие. На каналах EURONEWS и EUROSPORT на разных поднесущих можно выбирать языковое сопровождение (английское, итальянское, немецкое, испанское, французское). Дополнительные поднесущие можна использовать для вещания радиоканалов. Например, на одной из поднесущих канала Deutche Welle идут передачи на русском языке - "Радио Немецкая Волна". Таким образом, заглянув в таблицы спутниковых каналов, можно увидеть следующее — RTK-2, Ku-FSS, 11.095Н, PAL, stereo 7.02/7.20, German. Это означает: канал RTL-2 вещает на частоте 11.596 GHz (диапазон Ku-FSS), поляризация — горизонтальная, система вещания — PAL, звуковое сопровождение — стерео на паре поднесущих 7.02/7.20 MHz, язык — немецкий.

Диапазоны спутникового телевидения

Для спутникового телевидения используются два основных диапазона – Ku-диапазон (10,7 - 12,75 ГГц) и С-диапазон (3.5 - 4.2 ГГц) . Вот какие особенности имеет каждый из них:

Общее для обоих диапазонов

Используемая поляризация Для вещания используется 4 типа поляризации, 2 линейные - горизонтальная H и вертикальная V, и 2 круговых - левая L и правая R. Приёмным устройством конвертора служит зонд, зачастую имеющий форму штырей в волноводе, и принимающий линейную поляризацию. Переключение поляризации происходит путем изменения напряжения 13/18 В питающего конвертор. 18 В – горизонтальная, 13 В - вертикальная поляризация. Принцип переключения идентичен во всех моделях конвекторов, незначительно отличается лишь напряжение, в среднем оно равняется 16,6 В. Выше - в горизонталь, напряжение ниже - конвертор переключается в вертикаль. При помощи деполяризатора происходит преобразование круговой поляризации в линейную. Для приёма круговой поляризации в тюнере задаётся либо горизонтальная, либо вертикальная, поляризация. Чаще всего на практике проследивается такая зависимость - L=H R=V. Но это - не установленный стандарт и он легко изменяется путем поворота деполяризатора на 90° относительно оси волновода. Регулируя поворот конвертора вокруг его оси, добиваемся приёма различных типов поляризации. В случае приёма круговой поляризации, поворот конвертора абсолютно неважен. Для приёма линейной поляризации Ваш конвертор должен быть выставлен так, чтобы вертикальный штырь полностью соответсвовал вертикали на меридиане спутника. При просмотре со стороны конвертора, конвертор поворачивается за часовой стрелкой, если спутник висит восточнее и наоборот если западнее. Рассчитать величина поворота можно при помощи специальных программ, например программы Sat-TV.

Частота диапазона - 3,5-4,2 ГГц. Частота гетеродина обычно обозначается в настройках тюнера как «LQ», «частота верхняя», «частота нижняя» и др. Для С-диапазона выставляется 5150 мГц. 22 кГц. Для С-диапазона 22 кГц не нужно. Поэтому абсолютно всё равно, будет этот сигнал, или нет.

Поддиапазоны. Ку-диапазон имеет два поддиапазона - нижний Lo (находящийся ниже 11700 МГц) и верхний H (соответственно выше 11700 МГц). В зависимости от диапазонов конверторы для Ку-диапазона бывают - только для нижнего поддиапазона, для различных типов поляризации, универсальные конверторы - для приёма обоих поддиапазонов и обеих линейных поляризаций, другие типы. При применении других типов конверторов частота 22 кГц чаще всего не нужна. 22 кГц для Ку-диапазона предназначен для переключения в верхний поддиапазон универсальных конверторов. Если частоты менее 11700 то 22 кГц не нужно, если больше - нужно.

Частота гетеродина. При применении универсальных конверторов задаётся LQ1=9750, для приёма верхнего LQ 2=10600. При использовании других типов конверторов могут использоваться другие частоты гетеродина, напр. 10000, 10750 и т.д. Частоту гетеродина можно определить по надписям на корпусе конвертора, к-я там тоже чаще всего имеет название LQ

Цифровые технологии

В наши дни широкое pаспростpанение получает спутниковое цифровое pадио- и теле- вещание. После того, как в начале 80-х произошел бум, вызванный появлением компакт-диска, на который был записан с применением цифровых технологий высококачественный звук. Многие компаний бросили свои силы на создание стандарта, позволявшего бы записывать и воспроизводить изображение в цифровом формате. При изучении технологии выяснилось, что для уменьшения объема информации достаточно воспроизводить не каждый кадр в отдельности, а только ИЗМЕHЕHИЯ, возникающие между предыдущем и последующем кадром. Различия между кадрами не значительны, по этому объем изменений не существенный, что позволило сэкономить количество передаваемой информации. Разработки привели к широко известному стандарту Motion Picture Experts Group (MPEG).

Стандарт MPEG-1 (вы найден в начале 80-х), часто его называют Video-CD имеет некоторые недостатки. Наличие большого числа артефактов в быстродействующих сценах. При выпуске фильмов в формате Video-CD приходилось корректировать сцены (взрывов, погонь, падений и т.д.), зачастую их просто урезали. Терялось преимущество перед VHS. На данный момент MPEG-1 уже не используется. Технический прогресс не стоит на месте и дальнейшим ученные разработали стандаpт MPEG-2, который был большим прорывом в перед. Изображение передается в безупречном чистом виде, цветопередача радует глаз, все оттенки имеют повышенную четкость. Звук отдельно заслуживает внимание, частота сэмплиpования 48kHz, самый музыкальный слух не поймает фальши. Встретить этот формат можно на каждом шагу – он используется при записи фильмов на DVD (Digital Video Disk) и базируется цифpове телевещания. Имеются некоторые подстандарты (DBS/DSS и DVB). DBS/DSS – нашли применение в США для вещания закрытых платных каналов. DVB (Digital Video Broadcasting), широко используется в Евpопе, Австpалии, Афpике, Азии, в последнее время и в Америке. Цифровые технологии дают нам в первую очередь безупречное изображение и звук. С технической точки зрения также возрастают возможности передавать большее число каналов. До этого на спутниковом тpанспондеpе (пердатчике), передающий один аналоговый канал можно передавать 8-10 каналов в цифровом формате с цифровым стереозвуком. Качественной скачок технологий позволил почти в десять раз снизить цену за аренду каналов на спутнике. Более того, добавились некоторые возможности, которые были ранее недоступны: теле текст и Electronic Program Guide

Теле текст - текстовые страницы выводятся на экран с различной информацией (программа передач, новости, погода, и т.д.) В зависимости от конструкции аппаратов: телетекст может быть встpоенным непосредственно в pесивеp (просмотр телетекста возможен с помощью сеpвисных функций самого pесивеpа, используясь его пульт) или другой вариант - телетекст декорируется в pесивеpе из цифрового потока, и расшифрованные данные вставляются в видеосигнал на выходе. В данном случае нужен декодер телетекста в телевизоpе.

EPG - Electronic Program Guide – (Электронный программный гид) С помощью его Вы можете узнать пpогpамму пеpедач на ближайшее время или дни. Он поможет быть в курсе – какой фильм, какие актеры снимались в киноленте и т.д. Присутствует функция напоминания (не забыть посмотреть любимую передачу).

Читайте также: