Глава 9. Системы телевизионного вещания

9.1. Структура передающей сети телевизионного вещания

Для ТВ вещания используются метровый и дециметровый диапазоны волн электромагнитных колебаний, соответствующие очень высоким и ультравьюоким частотам, которые для 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),

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 1 кВт и более, причем 300 из них являются многопрограммными, и 10 ООО РТПС с передатчиками мощностью менее 1 кВт, 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 мощностью более 1 кВт, а 12 ООО - передатчики мощностью менее 1 кВт. Причем около 10 ООО 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 тью, канало-километров РРЛ,

В состав современной сети ТВ вещания нашей страны входят также около 85 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 2 ч.

С целью классификации выделенная для ТВ вещания полоса частот электромагнитных колебаний условно разбита на пять частотных диапазонов, в которых может быть размещено 74 радиоканала:

1-й диапазон 48,5 ,66 МГц (радиоканалы 1 и 2);

2-й диапазон 76 , 100 МГц (радиоканалы 3-5);

3-й диапазон 174...230 МГц (радиоканалы 6-12);

4-й диапазон 470...582 МГц (радиоканалы 21-34);

5-й 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 оиз радиоканала могут быть определены по номеру канала из следующих соотношений:

f =470-ь(Л/,-21)8 = 302-ь8Л/ МГц; 3 =470 + (Л/ -20)8 = 310-ь8Л/ МГц; 0,3 = 470 + (Л/, -21)8 + 1,25 = 303,25+ 8Л/ , МГц,

Выбор нижней границы 1-го 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

=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-го частотного диапазона ограничена длинами радиоволн, на которых начинают сказываться значительное их поглощение в атмосфере и влияние ее неоднородностей - дождя, тумана и т,д.

9.2. 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 в виду, 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.

Рис. 9.1. Схема размещения ТВ радиопередатчиков

Наиболее экономичное планирование передающей ТВ сети достигается в том случае, если ТВ передающие станции размещаются по углам равностороннего треугольника (рис. 9.1) [1]. В этом случае каждый ТВ передатчик, имеющий передающую антенну с круговой диаграммой направленности, обеспечивает возможность приема ТВ сигнала на расстоянии г < г, где Ло - средний радиус зоны прямой видимости. Из рис. 9.1 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 Фл1ъг. 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.

Из рис. 9.1 следует, что каждый элементарный треугольник площадью AS обслуживается тремя радиопередатчиками. При этом каждый радиопередатчик является общим для шести треугольников. Следовательно, если заданную территорию площадью S можно условно разбить на к треугольников площадью AS, то количество радиопередатчиков необходимых для обеспечения ТВ вещанием этой территории, равно

п ,=3/(/6 = /(/2.

Выделим в пределах общей территории большой треугольник площадью AS, 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 больших треугольников. Тогда в пределах всей зоны ТВ вещания может быть расположено п 2 = Mj2 радиопередатчиков, работающих в одном канале. Зная значения л, и nz. легко определить число радиоканалов Ni необходимых для обслуживания ТВ вещанием всей территории площадью S;

л/. =

SAS AS

п 2 MJ2 М, SAS AS V3

Зл =

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

где - напряжение полезного сигнала на антенном входе телевизора; и - 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 превышал мешающий 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.

7 /, МГц

Рис. 9.2. Частотные зависимости защитного отношения 1-СНЧ = 0;2-СНЧ= ±l/3f.

Вследствие различной степени заметности отдельных частотных составляющих помехи, а также неравномерности частотной характеристики избирательности ТВ приемника, величина защитного отношения неодинакова по спектру радиоканала (рис. 9.2) [1].

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 абсолютная стабильность величины сдвига спектров (несущих частот радиопередатчиков). Например, при СНЧ на 1/2 строчной частоты получается наибольший выигрыш в защитном отношении (до 20 дБ). При СНЧ на 2/3 или 4/3f равной 15 625 Гц для российского ТВ стандарта, защитное отношение уменьшается до 15 дБ. Применять СНЧ на M2f 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 A/3f,. В случае трех радиопередатчиков, работающих в одном радиоканале, один должен иметь

номинальное значение несущей частоты изображения оиз, ДРУгой fo3 + 2/3f а третий f,-2IZf,. 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 fj, должна находиться в пределах 5-10 ®, 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 30-50 ТВ программ, в том числе местных и региональных.

В мировой практике наметилось три 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 создание специальных ТВ программ, в том числе 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.

Третий путь - это развитие наземного телевидения при реализации систем сотового телевидения с низким уровнем излучения электромагнитных волн. Системы сотового телевидения работают по следующему принципу: в пределах зоны телевещания устанавливают сеть радиопередатчиков (базовых станций - БС) с радиусом действия