СИСТЕМА КОЛЛЕКТИВНОГО ПРИЕМА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ МОДУЛЯЦИИ
SYSTEM OF COMMUNITY RECEPTION OF TELEVISION SIGNALS WITH VARIOUS MODULATION TYPES

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для приема и распределения большого количества телевизионных и радиовещательных каналов с различными типами стандартов и модуляции, как аналоговой, так и цифровой, в том числе и сигналов ТВЧ.
В настоящее время телевидение стало самым мощным информационным средством. В связи с этим спрос на телевизионные каналы уже превышает возможности выделенной телевизионной частотной сетки в метровом и дециметровом диапазонах. В связи с этим в России была предпринята попытка создания Федеральной программы распределения частот между регионами. Однако решить полностью задачу удовлетворения спроса на выделение частотных каналов для региональных вещательных станций не удалось. Для решения задачи увеличения числа телевизионных каналов в настоящее время реализованы три технических варианта передачи ТВ-сигналов.
1. Кабельное телевидение, включая передачу сигналов по оптоволокну. Такое решение требует значительных экономических затрат на прокладку кабеля или оптоволокна до головных станций, эксплуатацию этой кабельной сети, разводку сигналов до абонентов с головных станций с соответствующим преобразованием сигналов для обеспечения требований по качеству приема. При этом все затраты ложатся в основном на вещателя. Кроме того, при числе каналов большем, чем выделено для эфира, расширяется полоса передачи и приема сигналов, что требует как специальных передающих устройств и магистральных усилителей, так и специального тюнера на месте приема. С учетом того, что в России есть очень непростые рельефы местности - водные преграды, горы, болота, низины и т.д., прокладка кабельных линий или волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) становится достаточно дорогой.
2. Передача по наземному эфиру цифрового телевизионного сигнала в ДМВ-диапазоне, а также на более высоких частотах. При этом используются частоты излучения в диапазоне 2,5-2,692 ГГц. В полосе частот 2,5-2,692 ГГц, используя амплитудную модуляцию, можно передавать одновременно на одной несущей и с помощью одного передающего устройства не более 24 ТВ-программ. Такая передача телевизионного сигнала получила название MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). По сравнению с обычным ТВ в этой системе за счет применения высоконаправленных приемных и передающих антенн удалось значительно (в 3-6 раз) понизить мощность излучения на один канал и использовать одну передающую антенну. Однако передающая аппаратура остается достаточно громоздкой, так как суммарная мощность при необходимости обеспечить приемлемые дальности передачи сигналов на 5 км и более, составляет сотни ватт. Это приводит к необходимости размещать аппаратуру в специальных помещениях, а антенну поднимать на антенную вышку более чем на 30 м. Для приема сигналов абонентами необходимо использовать специальную аппаратуру в составе: приемная антенна, конвертер и тюнер. Сам передатчик достаточно сложен в эксплуатации из-за тепловых режимов и требований к поддержанию достаточно низких, менее 40 дБ, интермодуляционных составляющих.
3. Передача спутниковых телевизионного сигналов. Для приема программ со спутника используется следующая приемная аппаратура: СВЧ-конвертер, антенна, тюнер, возможно система слежения за спутником. Требуемый сигнал и, следовательно, качество обеспечиваются за счет применения высоконаправленных приемных антенн и малошумящих СВЧ-конвертеров.
Однако вещать на спутник с тем, чтобы тебя могли принимать на больших территориях доступно не всем телевизионным компаниям, а для областных и районных студий это вообще нецелесообразно. Кроме того, многоканальное вещание телевизионных программ ведут в основном зарубежные спутники, расположенные в различных точках пространства, а российские - единицы программ на спутник, поэтому принимать российские программы и зарубежные на одну антенну невозможно. Самым большим недостатком спутникового телевидения является его высокая стоимость.
Все эти системы не обеспечивают телекоммуникационные услуги в едином информационном пакете, и создание их по отдельности приводит к большим материальным затратам. В связи с этим для России необходимо применение других интегральных телекоммуникационных технологий.
Современная тенденция развития телерадиовещания - переход на цифровые передачу и прием информации. Сегодня некоторые отечественные компании предлагают своим абонентам просмотр телевизионных программ в цифровом формате, но их услугами способна пользоваться лишь небольшая часть населения. Предполагается, что с 2015 г. все жители России смогут получить цифровое ТВ -выбирать каналы и программы по своему вкусу, заказывая их заранее. Основные преимущества цифрового ТВ, на сегодняшний день, по сравнению со стандартными системами аналогового ТВ (SECAM или PAL) заключаются в том, что:
- цифровое изображение характеризуется высокой помехоустойчивостью, отсутствием шумов изображения, отсутствием контуров двоения; качество телевизионной картинки HD, принятой через эфир, приближаются к качеству blue - ray - видеоплеера;
- цифровой звук может передаваться по нести дорожкам одновременно;
- в системе цифрового телевидения существует возможность индивидуальной доставки видео по заказу (VoD), а также позволяет предоставить абоненту в цифровом формате телевизионные программы SD и HD разрешения и цифровые радиопрограммы;
- существует возможность получения индивидуального CMC-сообщения или бегущей строки;
- абонент может пользоваться электронной программой передач.
Кроме того, можно транслироватьсущественно больше ТВ-каналов в той же выделенной полосе пропускания.
Другой выигрыш в том, что качество цифрового ТВ в любых условиях приема остается высоким как для стационарных ТВ-приемников, так и для мобильных, работающих, например, в движущемся транспорте. Помехоустойчивость цифрового ТВ, по отношению к аналоговому ТВ-вещанию, обусловлена применением высокоэффективных видов цифровой модуляции. Цифровое ТВ также означает приход интерактивности (обратной связи со зрителем), которая включает маркетинговые и социологические опросы, голосование в конкурсах, образовательные программы, новый, качественно иной уровень ТВ-продаж и пр.
После проведения анализа эксплуатируемых и прошедших международную стандартизацию систем цифрового телевидения, испытаний и отечественного опыта цифрового наземного и спутникового телевизионного вещания Межведомственная рабочая группа признала целесообразным принять в России за основу европейскую систему цифрового телевидения DVB-T. К настоящему времени не существует единого мирового стандарта наземного ЦТВ, и ситуация весьма напоминает историю аналогового ТВ (АТВ), в результате чего в мире более 40 лет сосуществовали три системы цветного телевидения - NTSC, PAL и SECAM»
Одной из главных характеристик стала полоса частот, занимаемая системой DVB. Необходимо, чтобы она могла соответствовать полосе аналогового телевизионного канала, то есть 8 МГц. Аналоговый телевизор, которым мы пользуемся сегодня, принять цифровой сигнал не в состоянии. Посредником между телевизором и средой распространения сигнала послужит приемная приставка, так называемый set-top-box. Устройство принимает цифровой сигнал, преобразует его в аналоговый и подает на вход ТВ-приемника - зрителю остается выбрать канал.
Для правильного выбора того или иного принципа построения системы ее будущему оператору (владельцу) необходимо принять во внимание следующие ее характеристики и возможности:
- максимально возможное количество абонентов;
- максимальное число каналов, к которым получает доступ каждый абонент;
- возможность частичного или полного использования существующей распределительной сети (системы коллективного приема), т.к. все эти требования связаны с технико-экономическими показателями.
Известна система коллективного приема телевидения, содержащая приемное устройство, соединенное с усилителем телевизионного сигнала, связанного с магистральными разветвителями, которые в свою очередь соединены с абонентскими разветвителями, причем приемное устройство выполнено в виде конвертера MMDS (многоканальная многоточечная распределительная система) с переносом частот из диапазона вещания в диапазон работы существующих систем коллективного приема телевидения Патент РФ №232222).
Эта система не позволяет непосредственно принимать сигналы MB и ДМВ, т.к не содержит соответствующих приемников этих сигналов, а преобразует частоты MMDS 2500-2692 МГц в диапазон метровых волн или децимитровых волн.
Известна цифровая система приема для жилых домов (Digital residential entertainment system заявка США US 20050086694 A1, опубликованная 06 декабря 2004 г). Такая приемная система содержит группу тюнеров, демодуляторов и свич-роутера, с выходов которого сигналы раздаются на абонентские устройства. Однако такая система содержит значительное количество различных устройств (тюнеров-демодуляторов, а также свитч-роутер), удорожающих и усложняющих систему, и кроме того, не позволяющих любому абоненту выбирать любой канал из всего спектра сигналов, присутствующих на входах роутера.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для коллективного приема телепрограмм эфирного ТВ, защищенное патентом РФ №68828. Оно включает в себя два блока: блок приемников цифровых ТВ сигналов и блок усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ. Последний блок представляет собой набор параллельно включенных канальных фильтров. Блок приемников цифровых ТВ сигналов содержит ряд демодуляторов цифровых сигналов, выполненных с возможностью приема сигнала стандарта DVB-T и последовательно соединенных с аналоговыми модуляторами, кроме того, в него введен ряд канальных фильтров, выходы которых соединены параллельно с выходами канальных фильтров блока усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ.
Устройство позволяет принимать как аналоговые, так и цифровые каналы стандарта DVB-T в аналоговом формате без использования дополнительного оборудования - абонентских цифровых приставок.
Устройство работает следующим образом. Цифровые и аналоговые сигналы наземного ТВ от приемной антенны эфирного наземного ТВ по кабелю снижения поступают на блок усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ, где и осуществляется их усиление и выравнивание. В активном канальном фильтре сигнал через цепи деления попадает на фильтрующие цепи, где выделяется один из каналов наземного ТВ. Затем он усиливается с помощью усилительных каскадов и подается на выходной суммирующий элемент. После этого ТВ-каналы поступают на выходной широкополосный усилитель (магистральный), который усиливает их до уровня, необходимого для подачи в сеть. Выходной магистральный усилитель содержит три усилительных каскада, последний из которых выполнен по двухтактной схеме (push-pull), достаточно широко распространенной в усилителях кабельного ТВ. Через направленный ответвитель и делитель сигналы попадают на вход демодуляторов цифровых сигналов стандарта DVB-T, тюнеры которых настроены на частоты цифровых каналов. Радиочастотный сигнал на промежуточной частоте поступает на декодер DVB-Т 20, где преобразуется в групповой транспортный поток стандарта DVB-T, который в свою очередь поступает на демультиплексор, выделяющий из группового потока один канал в стандарте DVB-T. После выделения аудио- и видеосигналов из транспортного потока DVB-T сигналы подаются на входы аналоговых модуляторов, формирующих аналоговые ТВ каналы на свободных частотах ТВ диапазона. Низкочастотные аудио- и видеосигналы подаются на вход модулирующей микросхемы, на выходе которой формируется высокочастотный телевизионный сигнал стандарта PAL или SECAM, соответствующий стандартной частотной сетке OIRT. С помощью переключателей на передней панели аналогового модулятора может быть установлен любой канал ТВ-диапазона (48-862 МГц).
Однако к недостаткам этой системы следует отнести то, что она содержит сложные и дорогостоящие блоки приемников цифровых ТВ-сигналов, а также блоки усиления и выравнивания уровней, причем для приема закрытых цифровых каналов такая система будет еще более дорогой и сложной из-за необходимости установки модулей доступа (для каждой телепрограммы необходим отдельный DVB-T цифровой телеприемник с САМ-модулем доступа, демодулятором и модулятором; например, если в пакете в трех каналах передается 30 цифровых телепрограмм, то нужно, соответственно, 30 блоков DVB-T приема).
Кроме того, поскольку в такой системе применяется демодуляция цифрового сигнала с последующей модуляцией в аналоговом виде, абонент лишается всех преимуществ цифрового телевидения - ухудшается качество вещания, отсутствует возможность получения индивидуальных CMC-сообщений и/или бегущей строки, отсутствует возможность пользования системой EPG (электронный программный справочник - программа передач).
Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в том, чтобы доставить всем абонентам коллективной приемной телевизионной сети все сигналы (аналоговые и цифровые, в т.ч. и ТВЧ), присутствующие на входах системы без ухудшения качества их воспроизведения.
Технический результат достигается за счет того, что в известную систему коллективного приема аналого-цифрового телевидения, включающую приемные антенны MB и ДМВ в комплекте с антенным согласующим устройством, цифровуюй антенну, блок приема телевизионных радиосигналов ММДС, магистральный усилитель, соединенный с магистральными разветвителями, которые соединены с абонентскими ответвителями внесены изменения и дополнения, а именно:
- в качестве блока приема телевизионных радиосигналов ММДС применен цифровой конвертер;
- дополнительно введены инжектор питания конвертера и цифровой сумматор, выход которого соединен с ДМВ входом магистрального усилителя;
- разъем инжектора соединен с соответствующим разъемом цифрового конвертера, а выход цифрового конвертера через инжектор соединен с цифровым входом сумматора;
- второй (аналоговый вход) сумматора через согласующее устройство соединен с антенной ДМВ, а вход MB-сигналов магистрального усилителя через согласующее устройство соединен с приемной антенной MB.
Инжектор питания конвертера содержит дроссель и разделительный конденсатор, причем дроссель соединен с входом стабилизатора напряжения цифрового конвертера, а разделительный конденсатор - с выходом конвертера и цифровым входом цифрового сумматора.
Конвертер осуществляет перенос спектра радиосигналов ММДС, принятых цифровой антенной в более низкочастотный сигнал ДМВ-диапазона.
Функция инжектора - разделить постоянный и переменный токи; постоянный от источника приходит в конвертер (через дроссель), переменный (через конденсатор) проходит с конвертера через инжектор в сумматор.
В цифровом сумматоре происходит сложение аналогового ДМВ-сигнала и цифрового сигнала ДМВ и формируется выходной сигнал, на вход ДМВ магистрального усилителя.
Выполнение всех элементов системы не вызывает трудностей, т.к. выполнены на основе стандартных радиотехнических деталей и элементов.
Разные модели разветвителей и ответвителей имеют разные параметры, в зависимости от этажности, количества подъездов в доме, но сети строятся из них таким образом, чтобы у всех абонентов сигнал был (по возможности) одинакового уровня. Достигается это за счет обеспечения соответствующей нагрузки магистрального усилителя.
Возможный вариант реализации предлагаемого изобретения приведен на чертеже.
На ней показаны: цифровая антенна 1, аналоговые антенны 2(МВ) и 3 (ДМВ), цифровой конвертер 4, инжектор питания конвертера 5, антенное согласующее устройство (АСУ) 6, цифровой сумматор 7, магистральный усилитель 8, магистральные усилители 9, абонентские ответветвители 10 и абоненты сети 11.
На чертеже показаны, также связи между указанными блоками и приведены название не-которых сигналов. Двойная стрелка между цифровым конвертером и инжектором питания обозначает общий разъем через который осуществляется коммуникационная связь между этими блоками, в частности, из инжектора в конвертер поступает напряжение постоянного тока, а в инжектор из конвертера преобразованный сигнал. Широкая стрелка на выходе магистрального усилителя означает магистраль, по которой осуществляется разделение усиленных сигналов на разветвители 9 и далее на абонентские ответвители 10.
Учитывая, что на чертеже приведена блок-схема устройства, некоторые детали, которые содержатся в том или ином блоке, например, стабилизатор, дроссель, разделительный конденсатор на чертеже не показаны, но их роль поясняется при описании работы системы.
Работает система коллективного приема телевизионных сигналов с различными типами модуляции следующим образом.
Цифровые высокочастотные телевизионные радиосигналы ММДС (цифровая антенна 1) поступают на вход цифрового конвертера 4. Конвертер переносит принятые цифровой антенной пакеты цифровых телевизионных сигналов в более низкочастотный (по сравнению с ММДС) сигнал - в верхнюю часть ДМВ-диапазона. Выходной разъем конвертера 4 подключен к конвертерному входу инжектора питания 5. Внутри инжектора постоянный и переменный токи разделяются с помощью дросселя и конденсатора на две составляющие. Постоянный ток питания конвертера подается только на стабилизатор конвертера 4 через дроссель инжектора 5 (не показан). На этот же выходной разъем цифрового конвертера подается переменный выходной сигнал, конвертированный в верхнюю часть спектра ДМВ-диапазона), который поступает через разделительный конденсатор (не показан) на выход инжектора 5, соединенный с цифровым входом цифрового сумматора 7. На аналоговый вход цифрового сумматора 7 поступают сигналы с выхода антенного согласующего устройства 6, на входы которого принимаются аналоговые сигналы, образованные приемными антеннами 2 ДМВ-диапазонов телевизионной антенны, а сигналы, принятые аналоговой антенной 3 MB, непосредственно поступают на соответствующий вход магистрального усилителя 8. На высокочастотный вход (ДМВ) этого же усилителя поступают с выхода цифрового сумматора 7 все принятые ДМВ телевизионные сигналы, обработанные в сумматоре, имеющие различный тип модуляции, т.е. как аналоговые, так и цифровые, в том числе и ТВЧ. С выхода магистрального усилителя 8 усиленные сигналы распределяются по магистральным разветвлителям 9, и далее через соответствующие ответвители 10 поступают к абоненту 11 на вход телевизионного приемника или приставки.
Таким образом, все абоненты коллективной системы приема получают все эфирные сигналы, присутствующие на входах в нее независимо от типа модуляции, т.е. абонент получает обычное аналоговое эфирное телевидение плюс дополнительно цифровое (а не цифровое в аналоговом формате, как в прототипе.
Это значительно улучшает качество приема телевидения, а абонент получает цифровое телевидение со всеми его достоинствами, в том числе и в случае приема ТВЧ.
В настоящее время несколько систем коллективного пользования проходят промыш-ленно-опытные испытания на нескольких домах г. Омска. Внедрение системы будет осуществляться после их окончание в 2011 г.