1

CURSUL 12

Cap. 12. RECEPIA DIRECT TV SATELIT (DBS RECEIVERS)

12.1. Generaliti.Caracteristicile tehnice ale transmisiilor DBS

DBS Direct Broadcasting Satellite este denumirea sub care este cunoscut recepia

programelor TV transmise prin satelit cu ajutorul unor echipamente comerciale ce pot fi instalate

n orice locuin aflat n aria de acoperire a sateliilor, vizionarea programelor TV fcndu-se

cu un receptor TV convenional.

Ideea de a folosi satelii pentru acoperirea ntregului glob pmntesc din punct de

vedere al comunicaiilor, a aprut n 1945, primul satelit de telecomunicaii INTELSAT (EARLY

BIRD) fiind lansat ns abia n 1965.

Benzile de frecven alocate transmisiilor prin satelit sunt n domeniul SIF(supra nalt

frecven) (SHF - Supra High Frequency):

- banda L: 1...2,6GHz;

- banda S: 2,6...4GHz;

- banda C: 4...8GHz;

- banda KU (KUNDER): 10,9...18GHz;

- banda K: 18...26GHz;

- banda KA (KABOVE): 26...40GHz.

Marea majoritate a sistemelor DBS operaionale n momentul de fa folosesc banda

SHF (Super High Frequency) de 12GHz.

12.1.1. Clasificarea sateliilor de telecomunicaii

Sateliii pot fi clasificai din mai multe puncte de vedere :

Dup durata perioadei de revoluie: A. Satelii de pasaj sunt satelii cu orbite joase, care asigur comunicaii ntre dou

puncte de pe glob.

B. Satelii geostaionari - sunt satelii situai la punct fix n raport cu pmntul. Orbita este

n planul ecuatorial, altitudinea de cca. 36.000Km i au perioada de revoluie egal cu perioada

de rotaie a Pmntului. Cu 3 satelii dispui la 120 unul fa de cellalt se poate acoperi toat suprafaa globului pamntesc, mai puin calotele polare (peste 70 latitudine Nord i Sud). Exemplu: Sateliii din sistemul INTELSAT, n exploatare fiind cei din seria INTELSAT V,

V-a, VI, sateliii INMARSAT etc.

2

2. Dup tipul de serviciu pe care-l asigur, exist satelii pentru meteorologie, prospeciuni geologice, navigaie maritim i aero, militari sau pentru telecomunicaii.

Sateliii de telecomunicaii la rndul lor, se pot clasifica astfel:

A. Dup puterea transponderelor (receptor - emitator de bord) mbarcate:

- de mic putere LPS (1 30W) Exemplu: INTELSAT (8 10W);

- de medie putere MPS (30 100W)

- de mare putere HPS (100 300W) i mai mult.

B. Dup tipul de servicii de telecomunicaii:

B1. Satelii pentru servicii fixe (FSS - Fixed Satellite Service). Exemplu: sateliii

INTELSAT.

B2. Satelii pentru servicii de radiodifuziune (BSS - Broadcasting Satellite Service).

Exemplu: Sateliii de distribuie din seria ECS - European Comunication Satellite lansai de

compania EUTELSAT, cu puteri de cca. 10W, care distribuie programele pentru staii TV.

Recepia individual a programelor transmise de aceti satelii este dificil.

B3. Satelii pentru recepia direct (DBS - Direct Broadcasting Satellite). Au putere mare

(250W) i pot asigura o recepie bun, n zona pentru care au fost destinai, cu antene

parabolice sau offset cu diametru de 60 90cm.

Dup frecvenele de lucru exist satelii care transmit i recepioneaz: - n banda C (6GHz pentru traseul ascendent, 4GHz pentru cel descendent. Exemplu:

sateliii INTELSAT.

- n banda Ku: pentru traseul descendent 10,95....11,7GHz i 12,5...12,75GHz; pentru

traseul traseul ascendent 14GHz. Exemplu: sateliii ECS, ASTRA, DFS.

- tot n banda Ku: pentru traseul traseul descendent 11,7...12,5GHz; pentru traseul

traseul ascendent 18GHz. Exemplu: sateliii pentru DBS: TDF-1, TV-SAT2, OLIMPUS, TELEX

etc.

12.1.2. Sisteme de transmisie folosite

Pentru legturile spre i de la satelii, pentru transmisiile TV, n conformitate cu normele

WARC-77 (World Administrative Radio Conference) se folosesc mai multe sisteme de

transmisiune:

1. Sisteme analogice cu multiplexare n frecven MDF (n limba englez FDM -

Freqvency Division Multiplexing) n categoria crora intr sistemele PAL, SECAM, NTSC, cu

MAQ sau MF.

2. Sisteme cu multiplexare n timp MDT (n limba englez TDM - Time Division

Multiplexing) care elimin diafoniile ce apar la sistemele MDF. n aceast categorie intr

sistemele MAC - Multiplexed Analog Components. Sunetul este digital, un receptor TV obinuit

neputnd reda nici imaginea, nici sunetul transmise MAC.

3

Uniunea European de Radiodifuziune EBU a propus sistemele C-MAC/packet i D2-

MAC/packet, iar n SUA i Australia a fost adoptat sistemul B-MAC.

Transmisiunea MAC se poate face n sistem binar (cu 2 nivele 0 i 1) sau duobinar cu 3

nivele, folosind frecvena de tact pentru multiplexarea n timp de 20,250MHz sau 10,125MHz. n

funcie de aceste moduri au aprut specificaiile B, C, D, D2 ca prefix la MAC. Exemplu:

transmisia D2-MAC/packet (deoarece cuvintele de cod sunt grupate n pachete).

Modulaia duo-binar reduce banda de transmisie necesar, sau la aceeai band

asigur viteza de transmisie de dou ori mai mare.

Fig. 12.1. Multiplexarea n timp folosit n sistemul DBS, familia

D2-MAC/packet; spectrul semnalului TV n banda de baz

12.1.3. Parametrii tehnici ai transmisiilor DBS Conferina WARC-77 a mprit suprafaa Pmntului, din punct de vedere al

transmisiilor radio n 3 zone, Europa fcnd parte din zona I, iar America de Nord i de Sud din

zona II. De asemenea, a stabilit i o serie de parametri generali, cum ar fi:

- lrgimea de band a unui canal 27MHz

- ecartul dintre canale 19,18MHz

- tipul de polarizare (circular-dreapta, circularstga, liniar)

- puterea maxim radiat

- valoarea minim a densitii de putere pe suprafa (-103dBW/m2 pentru recepia

individual i 111dBW/m2 pentru receptoarele profesionale)

- diametrul standard al antenei parabolice (0,9m)

- zgomotul propriu al receptorului satelit (max. 7dB)

4

Un satelit pentru televiziune direct DBS emite cu puteri mari (cca. 200W) i acoper

teritoriul unei ri sau al unui grup de ri. Emisia se face n banda de 11,712,5GHz, cu

polarizare circular stnga sau dreapta. De regul, se utilizeaz sistemele D2-MAC sau C-MAC.

Datorit faptului c n transmisiile DBS canalele se ntreptrund, la repartizarea canalelor

pe zone s-a asigurat protecia la interferene prin urmtoarele metode:

- separarea spaial, prin zona de acoperire a antenei de emisie a satelitului

- separarea prin polarizare

- puterea maxim radiat

Ca tip de modulaie s-a ales modulaia de frecven pentru purttoarea canalului, pentru

o protecie sporit la perturbaii.

Un serviciu de televiziune DBS comercial transmite:

- informaii de luminan i crominan,

- un canal principal de sunet (mono sau stereo)

- alte componente de sunet sau date (teletext etc.)

Imaginea este transmis n prezent sub form analogic, pentru c nu s-au dezvoltat

nc procedee eficiente de reducere a debitului de date de 20-25MHz, acceptabile din punct de

vedere economic pentru receptoarele TV convenionale. Semnalele de luminan i crominan

moduleaz n frecven purttoarea de radiofrecven cu o deviaie de frecven maxim de

13,5MHz.

Tehnicile de codare digital a sunetului, bine puse la punct, permit ca semnalele de

sunet i date s fie transmise prin metoda de multiplexare n pachete.

12.2. Configuraia unui sistem de recepie TV direct DBS Configuraia tipic a unui sistem de recepie DBS este constituit din cteva elemente

de baz (fig.12.2):

- antena de recepie

- unitatea exterioar (outdoor unit) care este un convertor cu zgomot redus LNC

(Low Noise Converter)

- cablu de conexiune (cablu coaxial)(feeder)

- unitatea interioar (indoor unit) care este cunoscut i sub denumirea de receptor

(de) satelit

- un receptor TV convenional

- un decodor pentru recepia semnalelor codate

- accesorii opionale (actuator cu bloc de comand, distribuitoare pasive etc.)

Antena de recepie este instalat pe exteriorul cldirii ntr-o poziie care s permit

recepia semnalului de la satelitul urmrit, iar unitatea exterioar este cuplat direct la ea.

Unitatea interioar (receptorul-satelit) este instalat lng receptorul TV convenional.

5

Fig. 12.2. Configuraia tipic a unui sistem de recepie direct

TV satelit (DBS)

De regul, sistemele de recepie DBS folosesc dubl schimbare de frecven pentru a

micora ct mai mult problemele de selectivitate, rejecia frecvenei imagine oglind i radiaiile

parazite ale oscilatorului local.

12.3.1. Antena de recepie Sistemele de recepie direct DBS folosesc 3 tipuri de antene

a) antene cu reflector parabolic simetric (fig. 12. 3)

b) antene cu reflector offset

c) antene plate (microstrip)

Fig. 12.3. Anten cu reflector parabolic simetric (a); geometria

sistemului de orientare a antenei (b)

6

Antena cu reflector parabolice simetric Este constituit din:

- reflectorul parabolic (paraboloid de rotaie)

- antena primar (surs primar) denumit i feedhorn, plasat n focarul reflectorului

- dispozitivul de polarizare (polarotorul)

- mecanismul de orientare a antenei (actuatorul)

- sistemul de fixare (susinere) a antenei

Antenele parabolice au caracteristici de recepie excelente dar au dezavantajul

gabaritului mare.

Parametrii care caracterizeaz o anten parabolic sunt:

a) Ctigul antenei, care este dat de relaia:

2

4 AGr =

unde:

- este randamentul antenei, de regul sub 75%, uzual de 55% lungimea de und a purttoarei (pentru banda de 12GHz este n jur de 2,5 cm)

A aria aperturii (deschiderii)

b) Caracteristica de directivitate (radiaie) n plan orizontal i vertical (de regul 1 - 2 la 3dB)

c) Factorul de merit G/T raportul dintre ctigul antenei i temperatura de zgomot

a sistemului

Din punct de vedere mecanic reflectorul parabolic trebuie s fie rezistent la aciunea

factorilor meteorologici i s-i pstreze nealterate dimensiunile. El se realizeaz din tabl de

aluminiu sau material plastic ranforsat, fibr de carbon etc. Diametrele uzuale sunt cuprinse

ntre 0,9 i 4m.

Antena primar (horn, feedhorn)

Se mai numete iluminator sau radiator primar i este, de regul, o anten Horn

(plnie) cu ghid circular montat n focarul reflectorului parabolic, fiind prevzut cu un adaptor

cu inele (cilindri) concentrice cu o adncime de /4 (fig. 12.4). Antena primar are o deschidere (caracteristic de radiaie) mare (90 - 110), suficient pentru iluminarea ntregii suprafee a reflectorului parabolic.

Semnalul recepionat de la satelit este reflectat de ctre reflectorul parabolic i

concentrat n focarul antenei de unde este captat de feedhorn i trimis mai departe, printr-un

ghid de und, ctre unitatea exterioar (outdoor unit) care este aa-numitul convertor cu

zgomot redus LNC (Low Noise Converter).

7

Fig. 12.4. Antene Horn folosite la recpia direct TV satelit

Polarotorul (polarizorul) Este un dispozitiv cu ajutorul cruia se poate selecta modul de polarizare a undelor

radio recepionate cu ajutorul antenei parabolice.

Polarizarea unei unde electromagnetice este dat de direcia vectorului cmp electric

fa de direcia de propagare a acesteia. Planul de polarizare al unei unde conine direcia de

propagare a undei i direcia vectorului cmp electric. Dac vectorul cmp electric este

ndreptat n permanen ntr-o singur direcie, atunci se spune c unda este polarizat liniar.

Dac planul de polarizare conine verticala locului, atunci se spune c unda este

polarizat vertical.

Staiile de televiziune direct DBS folosesc, de regul, unde electromagnetice cu

polarizare circular. Acestea se caracterizeaz prin faptul c, n timp ce se propag n spaiu,

vectorii cmp electric i cmp magnetic se rotesc n jurul direciei de propagare, rmnnd n

permanen perpendiculari unul fa de altul. Polarizarea circular poate s fie de dou feluri, n

funcie de sensul de rotaie al vectorilor cmp electric i cmp magnetic.

O und electromagnetic cu polarizare circular-dreapta este o und pentru care vrful

vectorului cmp electric parcurge n spaiu, n direcia de propagare, o elicoid al crei sens de

rotaie este antiorar (invers sensului de rotaie al acelor de ceasornic).

O und electromagnetic cu polarizare circular-stnga este o und pentru care vrful

vectorului cmp electric parcurge n spaiu, n direcia de propagare, o elicoid al crei sens de

rotaie este orar (n sensului de rotaie al acelor de ceasornic).

Polarizarea circular a undelor electromagnetice permite poziionarea foarte uoar a

LNC n focarul antenei parabolice, el fiind rotit cu un unghi oarecare, n funcie de diferena de

longitudine dintre satelit i poziia antenei de la sol.

Exist posibilitatea de a transforma o und polarizat circular (dreapta sau stnga) ntr-

o und cu polarizare liniar (vertical sau orizontal) cu ajutorul unui transformator de tip de

polarizare.

Polarotoarele sunt de dou feluri:

8

- polarotoare mecanice (cu micromotoare care rotesc LNC n focarul antenei

parabolice);

- polarotoare magnetice, care se bazeaz pe efectul Faraday de rotire a a planului de

polarizare al unei unde electromagnetice la trecerea printr-o ferit plasat ntr-un cmp

magnetic cu intensitatea reglabil.

Un polarotor magnetic este, n principiu, constituit dintr-o pies de ferit al crei bobinaj

este parcurs de un curent cu intensitate variabil, n funie de polaritatea aleas. Acest tip de

polarotoare nu au piese n micare

Transformatorul de tip de polarizare

Deoarece sateliii DBS emit cu polarizare circular a undelor, stnga (CS) sau dreapta

(CD), pentru transformarea polarizrii circulare n polarizare liniar (vertical sau orizontal) se

folosete un transformator de tip de polarizare. Dac deja exist i polarizri liniare, se

folosete un polarizator cu ferit, comandat cu 4 valori de curent, iar CS - 135 trece n V i CD

- 45 trece n H.

Antena offset Pentru creterea randamentului antenelor parabolice (mai ales la diametre mici) se

folosesc antenele offset, al cror reflector se obine decupnd asimetric o bucat dintr-un

paraboloid de rotaie (fig. 12.5). Avantajele principale ale acestui tip de anten sunt:

- Antena primar i LNC sunt plasate astfel nct nu mai umbresc suprafaa

reflectorului parabolic. Unghiul de deschidere al feedhornului pentru acest tip de anten este

mai mic dect la antenele parabolice simetrice (cca. 90) - nclinarea pe vertical a reflectorului este mai mic i acesta nu se mai ncarc cu

zpad sau chiciur.

Fig. 12.5. Antena offsset

9

Antena plat (microstrip) Antena plat (microstrip) este constituit dintr-o structur plan care are ncorporat

unitatea exterioar i mecanismul de orientare i fixare. Ea recepioneaz semnalul de la satelit

folosind mici elemente integrate (dipoli) ntr-o structur de form plat. Antena microstip este

forma uzual a antenei plate moderne, fiind constituit dintr-o plac de circuit imprimat care

conine cteva sute de mici elemente-anten care formeaz o aa-numit array-antenna

(anten-arie de dipoli). Curenii de RF de la toate aceste elemente sunt colectai la punctul de

alimentare (feed point).

n fig. 12.6. sunt prezentate cteva tipuri de elemente-anten. De regul, placa de

circuit imprimat care constituie antena plat este realizat din teflon sau fibr de sticl.

Fig. 12.6. Anten microstrip i tipuri de dipoli-anten folosii la construcia ei

Pentru a se reduce pierderile n anten i pentru a se mri banda de trecere, antenele

microstrip se realizeaz, de obicei, sub form de multistrat.

Antenele plate vor nlocui ntr-un viitor apropiat antenele cu reflector parabolic, fiind mai

ieftine, mai uor de instalat i de dimensiuni mult mai mici.

Mai mult, se ncorporeaz n aceeai structur i unitatea exterioar (LNC), construcia

fiind compact putnd fi orientat electronic.

n prezent, antenele plate au un randament relativ sczut (30dB) i un unghi de

descidere de cca. 2.

10

12.3.2. Convertorul cu zgomot redus (LNC) LNC, cunoscut i sub denumirea de LNB (Low Noise Block), este o component

extrem de important a unui sistem de recepie TV direct DBS, el determinnd calitatea

semnalului recepionat. Pentru obinerea unui raport semnal/zgomot ct mai bun, este dispus

mpreun cu feedhornul i cu polarotorul n focarul reflectorului parabolic/offset.

Cerina principal a acestei componente este zgomotul ct mai redus. Trebuie spus c

funcionarea unei instalaii de recepie direct satelit este influenat de semnale perturbatoare

(zgomote), care pot fi:

- zgomote termice

- zgomotul cosmic

- zgomotul propriu al componentelor (zgomotul de alice)

Pentru a se micora pierderile, unitatea exterioar (LNC) este conectat direct la

antena primar.

Schema bloc a unui LNC este prezentat n fig.12.7.

Fig. 12.7. Schema bloc a unui LNC

Semnalul purttor avnd frecvena de 12GHz, modulat n frecven, de la intrare este

convertit ntr-un semnal de frecven intermediar de 1GHz cu ajutorul unui mixer, fiind apoi

amplificat i transmis printr-o linie de transmisie (cablu coaxial de 50 ohmi) la unitatea interioar

(indoor unit).

n fig. 12.6 este prezentat un mod de realizare a unui LNC.

Stabilizarea frecvenei oscilatorului local din LNC este stabilizat cu ajutorul unui

rezonator dielectric. Oscilatorul local i mixerul sunt realizate n tehnologie microstrip.

Parametrul esenial al unui LNC este factorul de zgomot. Acesta este determinat, n

principal, de primele etaje (amplificator de zgomot redus Low Noise Amplifier) i mai puin de

etajele urmtoare, de regul un mixer i un filtru/amplificator de frecven intermediar.

11

Fig. 12.8. Realizarea constructiv a unui LNC

MIC Microwave Integrated Circuit

Semnalul de 11,7 12,5GHz recepionat de la satelitul DBS este mixat cu semnalul de

la oscilatorul local (10GHz) i convertit n semnalul cu prima frecven intermediar DBS de

0,95 - 1,7GHz. Pentru acest prim schimbare de frecven se folosete, de obicei, un mixer cu

diode n punte (echilibrat). Pentru suprimarea frecvenei imagine (oglind) i a semnalelor

prevzute generate de mixerul cu diode, se folosete un filtru special.

Primul amplificator de FI poate avea amplificarea fix sau reglabil i este constituit din

4 5 etaje realizate cu tranzistoare cu zgomot redus. Ctigul acestui amplificator este de 30

40 dB.

De regul, circuitele care constituie LNC sunt realizate n tehnologia MIC Microwave

Integraded Circuit, cu tranzistoare MESFET cu zgomot redus cu GaAs i cu diode Shottky cu

barier.

Pentru a se asigura o fiabilitate ridicat n condiiile de funcionare extrem de dure a

LNC, acestea sunt realizate ntr-o construcie ermetic rezistent la ap i la cea salin.

n fig. 12.9 este prezentat amplificatorul de zgomot redus (LNA) dintr-un LNC, realizat

n tehnologia MIC.

Fig. 12.9. Schema de principiu a LNA

12

n ultimii ani, pentru mbuntirea performanelor LNC realizate cu tranzistoare

MESFET cu GaAs, n construcia acestora au nceput s fie ntrebuinate i tranzistoare HEMT

(High Electron Mobility Transistor) care sunt realizate n aceeai tehnologie cu tranzistoarele

MESFET cu GaAs, dar au un factor de zgomot extrem de redus.

n prezent se realizeaz LNC cu un factor de zgomot sub 1dB (0,3-0,4dB).

12.3.3. Unitatea interioar (receptorul satelit) Unitatea interioar (indoor unit) primete printr-o linie de transmisie coaxial cu

impedana de 50 semnalul cu frecven intermediar de 1GHz de la ieirea LNC. n unitatea

intern se realizeaz selectarea canalelor i demodularea FM a semnalului, obinndu-se

semnalele video i de sunet/date. n sistemele C-MAC, semnalul de sunet/date sunt obinute

din semnalul de RF cu un demodulator 2 4 psk.

Deoarece formatul semnalului DBS este diferit de la ar la ar i unitatea interioar

(receptorul satelit) este realizat n moduri diferite. n fig. 12.10 sunt prezentate dou scheme

bloc de receptoare satelit, corespunztoare la dou standarde folosite n prezent n sistemele

de recepie DBS.

Fig. 12.10. Scheme bloc de receptor-satelit

13

Descrierea blocurilor funcionale Receptoarele DBS folosesc dou schimbri de frecven, a 2-a schimbare de frecven

realizndu-se cu ajutorul celui de al 2-lea convertor. Cea de a 2-a frecven intermediar poate

fi aleas la o valoare oarecare, nefiind standardizat, dar pentru a se evita interferenele

datorit radiaiilor parazite ale celui de al 2-lea oscilator local, aceast frecven se alege,

conform recomandrilor WARC, de 480MHz, 134MHz sau 70MHz.

Convertorul al 2-lea este constituit din:

- 1 amplificator pentru prima frecven intermediar avnd sistem AGC cu diode PIN

- 1 filtru-trece-band FTB

- 1 mixer

- 1 oscilator local cu amplificator separator

- 1 amplificator pentru a 2-a frecven intermediar cu filtru SAW

Demodulatorul FM este folosit pentru a extrage din semnalul cu a 2-a frecven

intermediar, modulat n frecven, semnalul video i semnalul de sunet/date modulat numeric.

De asemeneea, el genereaz i semnalul de AFC. Demodulatorul FM trebuie s fie de band

larg i de aceea se folosesc de regul demodulatoare cu bucl PLL, cu pragul de 7 8dB, dar

pot fi folosite i discriminatoare clasice de frecven cu pragul de 10 - 11dB.

Rejecia semnalului pentru dispersia energiei

Aceste semnale sunt de form triunghiular, avnd , sau frecvena cadrelor i sunt

nserate n semnalul video n scopul de a se evita concentrarea spectrului energetic n

transmisia FM. Circuitele de rejecie extrag (suprim) aceste semnale triunghiulare; dac ele nu

sunt suprimate, apare fenomenul de plpire a imaginii.

Circuitul de dezaccentuare

Deoarece raportul semnal/zgomot al semnalului video de band larg este nrutit n

transmisiile cu modulaie de frecven, componente cu frecven mare din spectrul semnalului

video complex (luminan i crominan) sunt accentuate (amplificate) nainte de emisie. La

recepie, pentru a se obine un semnal similar cu cel original, se procedeaz la dezaccentuarea

acelorai componente, dup o caracteristic invers.

Caracteristica de accentuare/dezaccentuare este definit pentru fiecare sistem de

transmisie.

Procesorul de semnal sunet/date

Funciile acestuia sunt:

- demodularea/decodarea semnalului multiplexat sunet/date

- transmisia sunetului i datelor

14

- decodarea sunetului digital

n sistemele de televiziune DBS, semnalul de sunet este transmis multiplexat cu

semnalul de date.

n procesul de demultiplexare, datele transmise pe semnalul TV de diverse servicii

particulare, sunt procesate i selectate din semnalul sunet/date demodulat/decodat.

Caracteristicile semnalului sunet/date modulat, multiplexat i codat sunt diferite, n

funcie de sistemul de transmisie folosit.

Semnalul video i de sunet sunt disponibile la mufe separate. Pe lng sunetul

nsoitor, semnalul de televiziune DBS poate s conin, modulat pe frecvene purttoare de 5

8MHz, alte canale de sunet: sunet stereo, sunet n mai multe limbi, programe radio. Acestea pot

fi separate cu filtre acordabile, demodulate MF i scoase la mufe de ieire.