3Телевизионные сигналы, передаваемые по спутниковым каналам

3.1Способы модуляции при передаче телевизионной информации по спутниковым каналам

Чтобы передавать телевизионную информацию со спутника, нужно изменять или амплитуду, или частоту, или фазу несущей электромагнитной волны, то есть модулировать любые (один или два) ее параметры в соответствии с передаваемой информацией. Для этого применяются амплитудная, частотная, фазовая, импульсно-кодовая и другие виды модуляции.

Амплитудная модуляция. Амплитудная модуляция с одной боковой полосой (АМ ОБП — DSB), используемая в наземных передачах и для передач со спутников была бы наиболее приемлемой, так как здесь относительно экономно используется полоса частот. Однако работа с АМ крайне невыгодна энергетически, — при этом только 5% мощности используется на передачу информации, а остальные 95% тратятся на передачу бесполезной несущей волны. При работе с АМ ОБП энергетические соотношения несколько улучшаются, так как на передачу информации используется около 35% всей излучаемой мощности.

На орбите, как известно, самым трудным и дорогостоящим является получение необходимой излучаемой мощности от бортового передатчика спутника. Главное препятствие здесь — это ограниченные возможности источника электроэнергии, в качестве которого используются солнечные батареи, отдающие от 1,5 до 10 кВт электрической мощности, которая расходуется еще на обеспечение "живучести" систем спутника в целом. В силу этого мощность пере- датчика спутника нельзя сделать как угодно большой, а из-за потерь на рассеяние при прохождении огромного расстояния между спутником и наземными приемными устройствами, а также из-за потерь в атмосфере Земли, электромагнитная волна со спутника настолько ослабевает, что у земной поверхности ее уровень становится ниже естественного уровня помех и шумов. Эти ослабления велики в диапазоне частот 10,7...2,7 ГГц и использование АМ ОБП энергетически невыгодно.

Частотная модуляция. В системах спутникового телевизионного вещания при передаче аналоговым способом применяется частотная модуляция (ЧМ), то есть при передаче информации изменяется частота несущей электромагнитной волны, а амплитуда ее остается постоянной и мощность передатчика при излучении не изменяется. Она всегда равна пиковой, тогда как при амплитудной модуляции мощность максимальная при излучении немодулированной (бесполезной) несущей волны, а при передаче информации (при модуляции несущей) уменьшается в 3...4 раза. Поэтому, чтобы получить требуемую полезную эквивалентную мощность при передаче информации, мощность передатчика при излучении электромагнитной волны с АМ должна быть в четыре раза выше, чем при ЧМ. При частотной модуляции:

- при передачах на большие расстояния нужна значительно меньшая мощность, что очень важно для бортовых передатчиков спутника;

- подводимый для передачи сигнал имеет постоянную амплитуду, поэтому требования по обеспечению линейности режима работы выходного каскада выполняются всегда. Более того, применение ЧМ позволяет работать выходному каскаду в режиме ограничения, что повышает его коэффициент полезного действия и, тем самым, в целом к.п.д. всего ретранслятора (транспондера);

- излучаемая передатчиком мощность в процессе передачи информации постоянна, не изменяется во времени, поэтому в местах приема сохраняется стабильный уровень сигнала, что очень важно для ведения приема со спутников;

- обеспечивается меньшая чувствительность к помехам и шумам за счет применения при передачах коррекции как высокочастотной, так и низкочастотной (предыскажений) и обратной коррекции при приеме;

- обеспечивается значительный выигрыш по отношению к шумам, благодаря применению на приемной стороне частотного демодулятора с его S-образной передаточной характеристикой и фильтров низших частот.

И еще, частотная модуляция обладает высокой помехоустойчивостью, так как помехи, возникающие в канале связи, воздействуют в основном на амплитуду сигнала, а не на частоту, что позволяет осуществлять связь при невысоком отношении сигналlшум.

Как недостаток, следует отметить, что при ЧМ несущей требуется довольно широкая частотная полоса, Однако для спутниковых каналов при ширине частотной полосы f =2 7 (36) МГц и несущих, превышающих 10 ГГц, этот недостаток становится несущественным.

Частотная модуляция была открыта американским ученым Э.М.Амстронгом в 1936 — 1939 гг. В научных статьях по этому поводу писалось, что она имеет крупные недостатки, так как занимает более широкую полосу частот, чем АМ. По этой причине ЧМ не находила применения несколько десятилетий. Однако позже было установлено, что при применении частотной коррекции при приеме/передаче и занятию широкой полосы частот, при ЧМ можно добиться значительного снижения шумов и помех. В настоящее время, благодаря своим преимуществам, ЧМ широко используется:

- в наземных высококачественных стереосистемах звука;

- во многих системах спутникового телевизионного вещания.

Фазовая модуляция (ФМ) — это изменение фазы несущей электромагнитной волны согласно передаваемой информации. При изменении фазы изменяется и частота. Так как частота определяется скоростью изменения фазы во времени, то ЧМ и ФМ очень похожи и отличаются только спектром модулированного сигнала. При модуляции чистым (синусоидальным) сигналом ФМ и ЧМ не различимы. Отличие состоит в индексе модуляции, который при фазовой модуляции постоянен при любой модулирующей частоте, а при ЧМ, как известно, он принимает разные, мгновенные значения, зависящие от частоты модулирующего сигнала. Поэтому все рассмотренные преимущества ЧМ при применении фазовой модуляции сохраняются.

Следует различать часто встречаемые понятия "фазовая модуляция" и "фазовая манипуляция". Как видно из предыдущего под модуляцией понимается взаимодействие двух видов колебаний, в результате которого происходит информационное или энергетическое преобразование сигнала. При этом осуществляется любое воздействие на сигнал (линейное, или нелинейное), в том числе и дискретное

Частным случаем модуляции является манипуляция. Понятие "манипуляция" охватывает те случаи воздействия на исходное колебание, при которых фаза получает строго определенное дискретное изменение. Как правило, модулятор может всегда выполнять функции манипулятора, а манипулятор — не всегда.