СПУТНИКОВОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
А. ЧЕРНИКОВ, радиоинженер.
Индивидуальный прием мировых телеканалов с помощью спутниковой "тарелки" стал почти таким же обыденным делом, как и просмотр "обычного" эфирного телевидения. Но в отличие от него возможности спутникового телевидения практически безграничны. Жители сельской местности, больших и малых городов России, не говоря уж о Москве, имеют возможность смотреть те же программы, что и телезрители Лондона, Амстердама, Рима, Парижа, получая дополнительное удовольствие от идеального качества изображения и звука. Требуется для этого оборудование разумных размеров (спутниковая антенна - "тарелка"), приобретенное за довольно скромную цену.
Языковое сопровождение и тематика каналов многообразны: мировые политические и бизнес-новости, спорт, современное художественное и документальное кино, классика мирового кинематографа, мультфильмы, путешествия, классическая и популярная музыка, сериалы, ток-шоу, ночные программы для взрослых. Кроме того, спутниковое телевидение дает возможность познакомиться с "настоящим" западным телевидением, не просто смотреть фильмы, новости и развлекательные программы, но и расширить свой взгляд на мир, сравнив "наше" и "не наше". Так что же такое - спутниковое телевидение и как оно устроено?
Рассказ о нем придется начать почти "от динозавров". еще в 1945 году известный ученый и фантаст Артур Кларк писал, что искусственный спутник, размещенный на круговой экваториальной орбите, на высоте 36 тыс. км над землей будет иметь период обращения вокруг земли 24 часа, то есть останется неподвижным для наблюдателя, как бы зависнет в одной точке неба. Такая орбита получила название "геостационарная".
Ныне большинство спутников, применяемых для ретрансляции ТВ-сигнала, являются именно геостационарными. Они находятся в специально определенных международными соглашениями орбитальных позициях, которые обозначаются градусами долготы того меридиана, над которым данная позиция находится. Например, спутник (вернее, несколько спутников группировки) Hot Bird находится в позиции 13 град восточной долготы.
Примечание. Ныне на геостационарной орбите существует несколько десятков спутниковых позиций, самих же спутников, естественно, больше. Бывает, что на одной позиции на расстоянии около 100 км друг от друга в космосе находятся 5-6 спутников. В таком случае позиция называется группировкой спутников.
На каждом из них размещено несколько передающих антенн, охватывающих своими лучами различные географические зоны на поверхности Земли. Обычно название зоны определяется странами, расположенными в регионах, на которые ведется вещание того или иного спутника. Например, западноевропейский луч охватывает страны Западной Европы, ближневосточный луч - азиатские страны Ближнего Востока и т. д. Установленные на спутниках передатчики арендуют телевизионные компании многих стран, осуществляя с их помощью глобальную трансляциюсвоих программ.
Основное оборудование спутника - приемно-передающий ретранслятор. Он принимает сигнал, передаваемый с наземных станций, усиливает его и посылает обратно на Землю (рис. 1).
Первоначально спутниковое телевидение, так же как и эфирное, было аналоговым. (Знаменитое НТВ+ тоже начинало как аналоговая система спутникового телевидения.) Аналоговый сигнал, многие годы используемый в телевидении, снимается с телевизионной камеры, где он формируется на светочувствительной матрице, становясь электрическим аналогом изображения. В процессе формирования и записи телевизионных программ, а также при передаче их по линиям связи (в том числе и спутниковым) методами и средствами аналогового телевидения сигнал подвергается искажениям. С увеличением числа этапов обработки, передачи и приема искажения накапливаются и качество изображения, естественно, падает. Дальнейшее же развитие аналоговых методов обработки и передачи сигнала уже не могло обеспечить сколь-нибудь серьезного улучшения качества телевизионного сигнала. Между тем требования к качеству "картинки" постоянно росли и стимулировали поиск новых эффективных методов создания, записи и передачи сигналов телевизионных программ. Ответом на этот запрос стал цифровой метод обработки и передачи сигнала.
Сущность цифрового метода заключается в том, что на одном из начальных этапов обработки аналоговый сигнал преобразуется в цифровой поток - последовательность нулей и единиц. Алгоритмы его преобразования таковы, что при искажении или даже потере части цифрового потока на приемной стороне существует возможность восстановить исходную форму сигнала.
Преимущества этого метода для спутникового телевидения многообразны. Прежде всего, существенно повышается качество передачи телевизионного изображения и сопровождающего его звука. Появляется возможность передачи стереофонического звукового сопровождения на нескольких языках и с субтитрами. Многократно увеличивается количество телевизионных каналов, транслируемых через один спутник. Кроме того, помимо основного сигнала телевизионного изображения и звука становится возможным транслировать дополнительную информацию, например программу передач на неделю вперед.
Рассмотрим теперь, что нужно для приема программ с того или иного спутника. Передача сигналов со спутника происходит в виде микроволнового электромагнитного излучения, частота которого намного выше, чем в сигналах обычного эфирного телевещания в диапазоне МВ/ДМВ (50-250 МГц / 470-850 МГц). Это излучение по всей трассе "спутник - земля" подвергается сильному ослаблению из-за водяных паров атмосферы и других препятствий. На месте приема, чтобы уловить такой ослабленный сигнал, устанавливается антенна с большим коэффициентом усиления. Внешне она представляет собой параболический отражатель (зеркало), который собирает сигнал в фокусе, где установлен конвертор, усиливающий и преобразующий частоту сигнала в приемлемую для передачи далее по кабелю в приемник (спутниковый ресивер). Назначение ресивера - выбор канала для просмотра и преобразования поступившего сигнала в форму, приемлемую для подачи на вход домашнего телевизора.
Таким образом, комплект аппаратуры для приема программ с любого спутника состоит минимум из трех главных элементов: антенны, конвертора и ресивера.
Основными и наиболее используемыми являются антенны с зеркалом в виде параболоида вращения. Они делятся на два основных класса: прямофокусные (фото 1) и офсетные. Примером прямофокусных антенн могут служить всем известные гигантские антенны астрофизических радиотелескопов. В самом центре такой антенны, на ее оси в фокусе, находится конвертор, который вместе с крепежными приспособлениями слегка затеняет полезную поверхность зеркала антенны. Правда, с увеличением общей площади антенны этот эффект становится менее значительным. За счет того, что ось прямофокусной антенны всегда нацелена на спутник, она как бы "смотрит в небо".
Офсетная антенна отличается от прямофокусной тем, что "смотрит вниз": ее фокус находится не на оси антенны, а внизу. Поэтому конвертор не затеняет полезную площадь зеркала. К преимуществам офсетной антенны относится и то, что крепится она почти вертикально. Это исключает скопление в ее "чаше" атмосферных осадков, которые способны очень серьезно влиять на качество приема. В зависимости от географической широты угол наклона офсетной антенны немного меняется.
Изготавливают спутниковые антенны из алюминия или стали. Уровень принимаемого сигнала, а следовательно, и качество и количество каналов зависят от диаметра "тарелки". Так, для нормального просмотра НТВ+ в Москве достаточно диаметра 60 см, для приема каналов со спутника Hot Bird - 90 см. Тот же диаметр годится и для спутника Sirius, но лишь в хорошую погоду. При ухудшении метеоусловий для уверенного приема с Sirius`а требуемый диаметр возрастает до 1,2 м. А для хорошего приема всех каналов со спутника Astra требуется установить антенну диаметром 1,8 м.
В комплект любой спутниковой антенны кроме параболического отражателя (зеркала) входит система подвески и крепления. В соответствии с типом подвески антенны подразделяются на азимутальные (полное техническое название этого типа - азимутально-угломестная, то есть осуществляющая наведение по азимуту и углу места) и полярные. В азимутальном варианте антенну настраивают на какой-либо спутник и жестко ее фиксируют (фото 2).
Полярная подвеска получила свое название из-за того, что ось, вокруг которой в этом случае вращается антенна, направлена на Полярную звезду. Полярная подвеска позволяет при помощи рычага - актюатора с электрическим приводом перенацеливать антенну с одного спутника на другой. Благодаря этому у пользователя появляется возможность принимать телевизионные программы с нескольких спутников. Поворотом антенны в этом случае управляет специальное устройство - позиционер, нацеливающее антенну по командам ресивера.
Существует, однако, возможность просмотра программ с двух спутников и при неподвижной (без актюатора, позиционера и полярной подвески) антенне. Для этого возле первого конвертора закрепляется второй, но не в фокусе антенны, а рядом с ним (фото 3). Антенна "смотрит" на один спутник, но в "поле ее зрения", немного сбоку, попадает и второй спутник. Соответствен но сигнал с него собирается антенной не в фокусе, а также немного сбоку. Туда и устанавливается второй конвертор. Обычно прием сигнала с двух спутников возможен, если их орбитальные позиции различаются не более чем на шесть-семь градусов. Такой конструкцией часто пользуются для приема сигналов со спутников Astra и Eutelsat/Hot Bird. Можно, наконец, принимать сигналы разных спутников и с помощью нескольких антенн, наводя на каждый из них отдельную "тарелку".
Следующий компонент приемной спутниковой системы - конвертор. Конструктивно он состоит из трех частей: самого конвертора, поляризатора и облучателя.
Облучатель предназначен для лучшей фокусировки электромагнитного сигнала на волноводный вход конвертора. Для прямофокусной и офсетной антенн применяются несколько различные конструкции облучателя. Связано это с основной характеристикой параболической антенны: отношением ее фокусного расстояния к диаметру (F/D). У большинства современных прямофокусных спутниковых антенн этот параметр равен примерно 0,3-0,4, а у офсетных антенн он составляет 0,5-0,6. В соответствии с этим облучатели для прямофокусных и офсетных антенн изготовляются с разным "углом раскрыва".
Между облучателем и конвертором монтируется поляризатор. Поскольку телевизионные сигналы от подавляющего большинства спутников имеют вертикальную и горизонтальную поляризацию, приемная система должна отделять одну поляризацию от другой и принимать каждую из них в отдельности. Для решения этой задачи и предназначен поляризатор. По командам ресивера он пропускает сигналы либо вертикальной, либо горизонтальной поляризации, а управление этим процессом осуществляется путем переключения напряжения питания с 13 на 18 В.
Существуют также поляризаторы с плавной перестройкой плоскости поляризации, которые управляются плавным изменением тока. Их устанавливают на антеннах с полярной подвеской при приеме сигналов с нескольких спутников. При этом для каждого спутника приходится подбирать свои плоскости поляризации.
Поляризаторы, управляемые напряжением, обычно изготавливают в виде единого блока с облучателем и конвертором (фото 4), а поляризаторы, управляемые током, - как отдельное устройство.
Наконец, сам конвертор. Он принимает собранную облучателем и отфильтрованную поляризатором электромагнитную энергию на частоте передатчика спутника и преобразует ее в сигнал более низкой частоты, пригодной для дальнейшей обработки в ресивере.
Здесь полезно немного познакомиться с частотными диапазонами, в которых ведется вещание со спутника. Для спутникового телевидения используются два основных диапазона - С-диапазон (3,5-4,2 ГГц) и Ku-диапазон (10,7-12,75 ГГц). Европейские спутники - Eutelsat, Hot Bird, Astra, Thor и другие - вещают преимущественно в Ku-диапазоне. Российские и азиатские спутники обычно ведут вещание в обоих частотных диапазонах. Соответственно для этих диапазонов нужны разные конверторы.
Ku-диапазон условно разбит на три поддиапазона. Первый из них (10,7-11,8 ГГц) носит название FSS. Второй (11,8-12,5 ГГц) называется DBS. Третий поддиапазон (12,5-12,75 ГГц) - Telecom получил свое имя по названию французских спутников, использующих для вещания эти частоты. Соответственно и Ku-конверторы бывают трех типов: одно-, двух- и трехдиапазонные (Full Band, Wide Band, Triple).
Конвертор соединяется с ресивером коаксиальным кабелем. Хотя внешне он схож с телевизионным кабелем для приема эфирных программ, цена его существенно - иногда в несколько раз - выше. Связано это с внутренним устройством коаксиального кабеля: одинарной, а то и двойной фольгированной оплеткой экрана, высококачественным металлом центральной жилы и особым наполнителем - диэлектриком.
Дело в том, что для передачи "спутникового" сигнала кабель должен иметь значительно более высокое качество (с меньшими потерями на частотах вплоть до 2 ГГц), чем для передачи сигнала "эфирного". Более того, чем дальше от антенны расположены ресивер и телевизор, тем лучше и соответственно дороже должен быть кабель. Очень хороший способен передавать сигнал на расстояния до 200 м. При больших же расстояниях или при использовании кабеля недостаточно высокого качества необходима установка усилителя сигнала.
Следующим элементом приемной спутниковой системы является ресивер (фото 5) - блок, который находится между антенной (конвертором) и телевизором. С его помощью выбирается канал, производятся все настройки системы и режима приема изображения и звука.
В мире существует более 50 торговых марок спутниковых ресиверов, и практически любой из них применим для индивидуальной приемной системы спутникового ТV. Между собой, вернее, по своим качественным характеристикам эти многочисленные ресиверы различаются, как и любые другие бытовые устройства. Так, устройства ряда фирм-производителей, характеризующихся словами "brand name", обеспечивают более высокий уровень сервиса, имеют высокие надежность, качество, технический уровень исполнения и инженерных решений. От более простых моделей они конечно же отличаются ценой. Так, хотя любой ресивер позволяет принимать стереозвук, лишь несколько моделей имеют систему воспроизведения "объемного звучания" - Dolby Surround. А некоторые ресиверы способны записывать принимаемые телевизионные программы на внутренний жесткий диск.
(Вообще же выбор ресивера зависит от возможностей системы в целом. В частности, если система предполагает перенастройку с одного спутника на другой, то ресивер должен иметь встроенный позиционер или иметь возможность подключения внешнего блока позиционера. Кроме того, мощность позиционера должна быть достаточной для управления данной моделью актюатора.)
Фактически каждый ресивер может переключать поляризацию конвертора при помощи напряжения, однако далеко не все модели имеют "токовое" управление поляризацией.
Зависит выбор ресивера и от того, какие каналы и с каких спутников предполагается смотреть, точнее, сможет ли выбранная модель принять и декодировать нужные каналы. Чтобы разобраться в этих возможностях ресивера, необходимо сказать несколько слов о кодировании спутниковых телевизионных каналов.
Задумываясь над приобретением и установкой системы спутникового телевидения (и оценивая свои финансовые возможности), будущий зритель в первую очередь решает, что именно он хочет в результате смотреть. Редко кого устраивает прием исключительно "открытых" государственных каналов. Более же интересные, коммерческие, каналы в большинстве своем транслируются с частичным или полным кодированием изображения и (или) звука. Причина простая - деньги. С бесплатными государственными каналами все ясно - они финансируются из бюджета страны. А владельцам частных каналов приходится платить за аренду спутникового передатчика, за авторские права, за лицензию на вещание и за многое другое. Естественно, чтобы окупить расходы и получить от своей деятельности прибыль, они хотят взимать плату за просмотр со зрителей, предварительно предложив им нечто, за что те согласны заплатить. Заинтересовать зрителя есть чем - существуют программы на любой вкус, - но кто же будет добровольно отдавать свои деньги? Метод убеждения здесь бесполезен (пробовали), так что в действие вступает метод принуждения.
Заключается он в том, что на телевизионной студии, где формируются программы, с помощью специального устройства (кодера) высококачественный телевизионный сигнал кодируется - сознательно разрушается по строго определенному алгоритму. Причем методы такого "вандализма" постоянно совершенствуются. Для того чтобы вернуть "испорченному" сигналу первоначальный вид, то есть сделать его доступным для приема, потребителю достаточно приобрести ресивер с декодером и декодирующую карточку, которая служит ключом к раскрытию кода. В отличие от "железа" ее по окончании срока действия необходимо обновлять.
Ныне цифровое спутниковое вещание ведется в нескольких системах кодирования. Это - Seca/Mediaguard, Irdeto, Viaccess, Conax, Nagravision, Videoguard и др. Причем некоторые каналы (но их немного) идут сразу в двух или трех системах кодирования одновременно, что облегчает возможность их просмотра. Соответственно и ресиверы различаются по возможности декодировать ту или иную кодировку. Хотя для расширения их возможностей у большинства ресиверов предусмотрена установка дополнительного модуля декодирования.
Что же касается декодирующих карточек, то они существуют, так сказать, двух категорий: легальные и пиратские. Легальные карточки распространяются компанией, осуществляющей трансляцию телевизионных каналов со спутника. Поскольку западные компании официально не транслируют свои программы на Россию, своими карточками они у нас не торгуют. Так что для приема западных программ отечественные фирмы, поставляющие приемное спутниковое оборудование, обычно продают пиратские карточки - аналоги легальных. Вопрос продолжительности работы такой карточки весьма расплывчат. Дело в том, что алгоритмы кодирования могут меняться, а карточки не всегда способны самостоятельно настраиваться на новый код. В таком случае владелец "серой" карточки обращается в фирму, где она была куплена, и за небольшие деньги "обновляет" свое приобретение. Понятно, что ни о какой четкой гарантии тут говорить не приходится.
Иное дело - приобретение легальной карточки. Для жителя России это возможно только для приема пакета НТВ+. Купив официальный договор и декодирующую карточку, можно за 600-1200 рублей в месяц смотреть более 50 отечественных и зарубежных (с переводом) каналов отличного качества.
Но не следует думать, что все хорошее и интересное можно принимать только за деньги. С того же спутника Hot Bird более сотни каналов транслируются без кодирования. Право, там есть, что посмотреть: музыкальные программы, шоу, новости, фильмы - выбор широк. Кроме того, со спутников с тем же великолепным цифровым качеством транслируются еще и радиопрограммы, которые принимаются теми же антеннами и ресиверами. И здесь выбор у потребителя - слушателя более чем богат.
Огромное преимущество спутникового телевидения - его глобальность: где бы ни находился телезритель, он всегда может настроиться хотя бы на один спутник. И часто этого вполне достаточно, чтобы выбрать несколько телевизионных каналов по душе.
Литература
Левченко В. Н. Спутниковое телевидение. - СПб.: ВНV-Санкт-Петербург, 1998.
Сворень Р. С орбиты - в дом // Наука и жизнь, 1989, № 11.
Сворень Р. Спутниковое телевидение: покупай и смотри // Наука и жизнь, 1993, № 12.
См. в номере на ту же тему
А. ЧЕРНИКОВ - Установка приемной спутниковой системы.
Читайте в любое время
