Tema 8 Sisteme de televiziune prin satelit. Evoluţia, structura şi principiile funcţionării sistemelor de televiziune prin satelit

8.1 Organizaţii internaţionale de telecomunicaţii la care România este parte

Pe plan mondial, evoluţia telecomunicaţiilor a determinat infiinţarea de organizaţii internationale, la care România este membru. Dezvoltarea spectaculoasă a comunicaţiilor necesită abordări globale, colaborarea între state şi sectorul privat.

Uniunea Internaţională a Telecomunicaţiilor (UIT) este cea mai veche organizaţie internaţională interguvernamentală. România a participat activ la activităţile UIT încă din 1865, când s-a infiinţat Uniunea Telegrafică Internaţioonală, precursorul UIT.

În 1947, UIT a devenit o agenţie specializată a ONU, urmând apoi mai multe modificări de structură.

UIT a permis reducerea incompatibilităţilor şi accelerarea ritmului de introducere a unor noi tehnologii. UIT gestionează numerotaţia telefonică, spectrul radio şi poziţiile orbitale, contribuie la formarea specialiştilor, furnizează experţi, ş.a.

Conferinţa Europeană a administraţiilor de Poştă şi Telecomunicaţii (CEPT) a fost creată în anul 1959 şi a ajuns la 45 membrii în 2003.

În august 1964 au fost semnate acorduri interimare în vederea utilizării telecomunicaţiilor prin satelit, care au determinat acordurile de înfiinţare a Organizaţiei Internaţionale de Telecomunicaţii prin Satelit - INTELSAT (acum ITSO) - cea mai mare dintre organizaţiile interguvernamentale de sateliţi.

Organizaţia Internaţională pentru Comunicaţii Spaţiale INTERSPUTNIK a fost creată în noiebrie 1971, cu scopul de a asigura cooperarea şi coordonarea eforturilor de proiectare, instalare, funcţionare şi dezvoltare a unui sistem internaţional de comunicaţii prin satelit, între ţările socialiste. Numărul membrilor a crescut ulterior la 24. S-a dorit un concurent pentru INTELSAT. Restructurarea INTERSPUTNIK a început în 1996.

Organizaţia Internaţională de Telecomunicaţii Mobile prin Satelit (IMSO), cunoscută până de curând sub denumirea Organizaţia Internaţională de Telecomunicaţii Maritime prin Satelit – Inmarsat – a fost creată pentru a răspunde nevoii de securitate a vieţii pe mare. Inmarsat a fost creată în septembrie 1976.

Organizaţia europeană de telecomunicaţii prin satelit – EUTELSAT, a fost creată în mai 1977.

Principalele organizaţii internaţionale de telecomunicaţii sunt în prezent în proces de restructurare.

8.2 Evoluţia sistemelor de TV prin satelit

În octombrie 1945, sciitorul englez de literatură science-fiction, Arthur C. Clarke, într-un articol publicat în revista Wireless World, prezenta proiectul unui sistem de comunicaţii prin utilizarea unui satelit artificial al Pământului, cu rol de amplificator în spaţiu.

Idea a fost preluată, satelitul imaginat devenind cunoscut sub denumirea de satelit cu orbită geosincronă sau geostaţionară.

Primul satelit artificial al Pământului, Sputnik 1, a fost lansat de URSS în octombrie 1957. Evoluţia rachetelor purtătoare a permis creşterea greutăţii şi

gabaritului sateliţilor. Sputnik 1 a avut 83,5 kg, iar în 1960, Sputnik 4 a cântărit 4600 kg.

Primul satelit American, Vanguard 1 (martie 1958), cântărea 1,36 kg, iar Score (decembrie 1958) 4000 kg.

În prezent în jurul Terrei gravitează numeroşi sateliţi, care printre altele, asigură extinderea nebănuită a reţelelor telefonice şi de televiziune. La sfârşitul anului 1990, în Europa se recepţionau peste 140 de canale TV transmise prin satelit.

Momentul de debut al telecomunicaţiilor spaţiale s-a realizat la începutul anilor 60, când NASA a realizat şi experimentat echipamente de telecomunicaţii prin satelit.

Echo, este numele primului satelit pasiv de comunicaţii care reflecta undele electromagnetice emise pe direcţia sa de staţiile terestre. Era un balon de masă plastică aluminizat, pus pe orbită pliat şi desfăşurat apoi cu ajutorul energiei solare.

Courier 1B este primul satelit activ de comunicaţii. Primii sateliţi activi (relee active) aveau traiectorii eliptice şi planuri orbitale înclinate faţă de planul ecuatorial. Aceasta înseamnă poziţie variabilă faţă de Pământ, deci legături temporare.

Pentru o legătură permanentă este necesar ca sateliţii să fie geostaţionari. Primii sateliţi geostaţionari au fost cei din seria Syncom lansaţi de SUA în anii 1963-1964.

Syncron 3 a asigurat transmisia TV a Jocurilor olimpice din Japonia în SUA în anul 1964.

Toţi sateliţii geostaţionari de radiotelecomunicaţii utilizaţi până în anul 1975 au fost sateliţi profesionali, prelucrarea şi redistribuirea semnalelor realizându-se de staţiile de la sol. Antenele de la sol trebuiau să urmărească micile abateri ale sateliţilor.

Satelitul Telstar I a constituit un mare pas înainte din punct de vedere tehnologic, fiind primul satelit destinat preluării programelor TV între SUA şi Europa.

Primul satelit artificial geostaţionar utilizat pentru radiodifuzarea programelor TV direct marelui public, a fost satelitul ATS lansat de SUA în anul 1978 (a transmis în zona Indiei programe TV în gama 0,8-2,56 GHz, permiţând folosirea instalaţiilor de recepţie individuale, relativ simple).

Pentru coordonarea activităţilor de comunicaţii prin satelit în SUA a luat fiinţă firma COMSAT, iar pe plan internaţional consorţiul INTELSAT, cu rol în proiectarea, dezvoltarea, construirea, întreţinerea şi operarea reţelei de sateliţi comerciali.

Începând cu aprilie 1965 sunt lansaţi INTELSAT I, II şi III, în cadrul programului NASA realizându-se seria de sateliţi pentru aplicaţiile tehnologice.

URSS a organizat o reţea naţională pentru retransmisia programelor TV şi pentru telecomunicaţii, folosind sateliţii MOLNIA I şi II.

În perioada 1967-1974, Franţa şi RFG construiesc şi plasează pe orbită satelitul Symphonic pentru transmisii experimentale de TV, radio şi telefonie.

În anul 1977 s-a desfăşurat la Geneva ”Conferinţa administrativă mondială a radiocomunicaţiilor prin satelit” – WARC, care a stabilit parametrii tehnici ai canalului TV transmis prin satelit pentru marele public şi programul de dezvoltare al transmisiilor TV prin satelit pentru toate regiunile lumii (exceptând continentul American care are program propriu).

Ca urmare a nefericitului episod al navetei spaţiale americane Challenger, din ianuarie 1986, NASA a renunţat pentru o perioadă la zborurile cu caracter comercial. Consecinţa: polarizarea industriei spaţiale la nivelul unor firme (Martin Marietta, General Dinamics, Mc Donell Douglas) şi al programelor de rachete (Titan, Atlas-Centaur şi Delta).

Rezultate spectaculoase au fost obţinute de ţări ca URSS, R.P. Chineză, statele vest-europene, Japonia.

URSS a încheiat acorduri cu firme vest-europene pentru lansări de sateliţi cu rachete Proton. Japonia a experimentat rachete de fabricaţie proprie. A fost reluată misiunea ARIANE.

În SUA industria sateliţilor este concentrată în cadrul firmelor Hughes Aircraftt şi RCA Astro-Electronics.

Compania Hughes a realizat un amplu contract cu INTELSAT pentru 4 serii de sateliţi. Produce cel mai utilizat satelit de telecomunicaţii HS 376, compatibil cu sateliţii ELV tip ARIANE, Delta şi Long March. Produce 2 sateliţi HS 393 pentru Japan Comunication Satellite Co, fiecare satelit având 32 de canale de 27 MHz, cu transpondere de 20 W şi greutate de 1364 kg. Satelitul HS 601 are stabilitate pe trei axe, putere 6 kW, precizia de orientare a antenelor de 0,05o, greutate 680 kg, compatibilitate cu vehiculele de lansare de tip Titan, Atlas-Centaur, Ariane, Long March.

Ford Aerospace, cu Alcatel şi Mitsubishi, au construit sateliţii din seria INTELSAT VII, primul cu lansare în 1992, al doilea în 1993.

În viitor, cercetările urmăresc realizarea unei generaţii de sateliţi cu funcţionare în banda 20-30 GHz. Astfel programul ACTS (NASA), vizează realizarea antenelor cu fascicule multiple.

Evoluţia utilizării sateliţilor, funcţie de ponderea aplicaţiilor, este următoarea:-serviciile mobile prin satelit: în curs de implementare pe avioane, nave

maritime, vehicule terestre;-serviciile comerciale: extinse în SUA, incipient în Europa, cu avantajul

introducerii terminalelor cu aparatură de dimensiuni reduse;-servicii TV în plină dezvoltare;-telefonie cu pondere mare în cadrul serviciilor prin satelit (60-70%).Creşterea posibilităţilor de lucru a sateliţilor a cunoscut salturi spectaculoase

odată cu realizările electronicii cu aplicabilitate în domeniul telecomunicaţiilor: prelucrarea numerică a informaţiilor (tehnica digitală TDMA-acces multiplu cu divizare în timp, introdusă în 1985, permite viteza de transmitere de 120 Mbiţi/sec), utilizarea tehnicilor de multiplicare a canalelor digitale.

Au fost introduce metode inedite de comercializare (INTELSAT oferă servicii telefonice interne din anul 1972, iar din 1985 a introdus serviciul intern de planificare).

Există posibilitatea cumpărării sau închirierii transponderilor în condiţii facile pentru transmisii vocale, de date şi TV.

Progrese tehnice aflate în curs de asimilare: creşterea puterii semnalelor emise de satelit, emisia cu fascicule spot, folosirea de antene de dimensiuni mai mari pe sateliţi, software pentru sistemele de telecomunicaţii, procesare de semnal de viteză mare, circuite integrate monolitice pentru microunde, tehnici de transmisie cu viteze înalte.

Sateliţii sunt sursa naţiunilor de progres, având la bază informaţia (societăţi post industriale sau informaţionale).

Se poate concliziona că într-o perioadă de 50 de ani, alături de comunicaţiile prin satelit, televiziunea prin satelit a cunoscut un formidabil progres.

Televiziunea prin satelit înseamnă sute de canale TV despre aproape toate domeniile de activitate şi de preocupări ale oamenilor. TV digitală prin satelit are numeroase avantaje, cum ar fi: o mai bună calitate a imagini şi sunetului, posibilitatea transmiterii unui număr sporit de canale cu o calitate mai bună pe zone uriaşe, o infrastructură simplă de recepţie prin satelit care poate fi instalată în orice locaţie.

În rezumat, cele mai importante momente ale evoluţiei TV prin satelit pot fi considerate următoarele:

-1945, scriitorul britanic de literatură ştiinţifico-fantastică (science fiction) Arthur Clarke, a lansat idea unui satelit de comunicaţii;

-octombrie 1957, URSS a lansat primul satelit artificial în cosmos, denumit Sputnik 1, al cărui semnal a fost recepţionat pe Pământ;

-martie 1958, SUA au lansat primul satelit artificial, denumit Vanguard 1;-1960, a fost experimentat primul satelit de comunicaţii pasiv, Echo (un balon

metalizat plasat pe orbită care acţiona ca un reflector pasiv al semnalelor de microunde);

-1962, a fost transmis pentru prima dată semnal prin satelitul Telstar din Europa spre America de Nord;

-1963, a fost lansat primul satelit geostaţionar de comunicaţii, Syncom 2 (Syncronous Communication Satellite);

-1964, s-a creat la nivel internaţional INTELSAT-International Telecommunications Satellite Organization, un consorţiu interguvernamental pentru producerea şi gestionarea unei constelaţii de sateliţi de comunicaţie furnizori de servicii internaţionale de radiodifuziune. În martie 2011, Intelsat opera o flotă de 52 de sateliţi de comunicaţie;

-1965, a fost lansat primul satelit de comunicaţii comercial din lume, Intelsat 1 (numit Early Bird);

-1967, a fost creată prima reţea naţională de televiziune prin satelit, cu sateliţi pe orbite eliptice (orbite Molnia), în URSS;

-1971, s-a fondat INTERSPUTNIK, o organizaţie internaţională de servicii de comunicaţii prin satelit, de către Uniunea Sovietică şi un grup de 8 ţări foste socialiste;

-1972, a fost lansat primul satelit geostaţionar, Anik 1, de către America de Nord, care a transmis semnale de televiziune;

-1977, s-a fondat EUTELSAT - The European Telecommunication Satellite Organization, o organizaţie interguvernamentală pentru dezvoltarea şi operarea unei infrastructuri de telecomunicaţii bazată pe sateliţi pentru Europa. Şi-a început activitatea cu lansarea primului său satelit în 1983;

-1977, WARC-World Administrative Radio Conference, a adoptat Planul internaţional pentru Televiziune (radiodifuziunea) prin sateliţi. Acest plan a stabilit alocarea frecvenţelor pentru Digital Broadcasting Satellite (DBS), care permitea fiecărei ţări europene să dispună de facilităţile spectrale şi orbitale proprii.

-1984, familia de sisteme MAC a fost adoptată de EBU- European Broadcast Union. Sistemele MAC urmau să stabilească direcţia spre tehnologia digitală în totalitaea ei;

-1984, a început criptarea serviciilor TV prin satelit, prin utilizarea sistemelor analogice şi digitale pentru accesul condiţionat;

-1986, a fost propus HD-MAC ca standar de sistem pentru televiziunea prin satelit de către Comisia Europeană (European Commission), ca parte a proiectului Eureka 95;

-1993, a început realizarea primei faze a Proiectului DVB (DVB-Project);-1993, s-adezvoltat sistemul DVB-S pentru televiziunea digitală prin satelit,

care a fost introdus ca standard în 1994;-1997, s-a dezvoltat sistemul DVB-DSGN (Digital Satellite News Gathering) şi

s-au realizat alte aplicaţii pentru transmiterea datelor prin sateliţi;-2000, a fost realizat şi s-a publicat pentru aplicare, standardul DVB-RCS

(Return Channel via Satellite, sau Return channel over system)-2003, s-a elaborat DVB-S2, ca a doua generaţie a sistemului DVB-S;-2004, a fost publicat standardul DVB-S2X, ca o extensie a specificaţiei

(standardului) DVB-S2, care furnizează tehnologii şi caracteristici suplimentare ale acestuia.

Televiziunea prin satelit s-a dezvoltat odată cu celelalte tehnologii de transmitere şi prelucrare a semnalelor de televiziune, în principal cu televiziunea terestră (recepţionată cu antena dispusă pe acoperişul casei) şi televiziunea transmisă prin cablu.

Ca principale momente ale evoluţiei televiziunii pe plan mondial, pot fi amintite:

-1880, a apărut primul articol despre posibilitatea realizării televiziunii în Scientific American;

-1900, se utilizează pentru prima dată cuvântul televiziune la Expoziţia de la Paris din 1900;

-1907, Boris Rosing (Rusia) proiectează primul scanner mecanic cu receptor de tip tub catodic;

-23 ianuarie 1926, John Logie Baird (din Anglia) realizează public prima demonstraţie cu un aparat de televiziune mecanic;

-1926, AT&T realizează prima demonstraţie publică de televiziune mecanică;1928, Japonezul Takayanagi realizează prima demonstraţie cu un sistem cu tub

catodic (CRT-Cathode Ray Tube);-1935, primul sistem de televiziune radiodifuzată din lume, realizat în

Germania;-1941, NTSC publică standardul recomandat în SUA cu 525 linii şi 30 cadre

pe secundă;-1946, CBS oferă prima demonstraţie a sistemului color mecanic;-1953, începe era televiziunii color radiodifuzate;-1954, RCA realizează primul echipament de televiziune complet;-1956, TV color este considerată cea mai de răsunet lovitură industrială;-1972, se experimentează teletextul în Marea Britanie;-1974, se utilizează primul microprocesor în sistemul de televiziune;-1974, se produce VCR-Video Casette Recorder de tip Betamax;

-1975, începe munca pentru realizarea standardului video digital;-1986, se realizează Sony videotape recorder (D-1);-1990, este propusă TV de înaltă definiţie complet digitală (all-digital HDTV);-1995, se furnizează pentru prima dată televiziune prin Internet;-1966, este patentată tehnologia de transmitere a semnalelor denumită OFDM;-1992, se realizează organizaţia DVB;-1994, se publică standardul pentru DVB-C (în 1993 pentru DVB-S);-1997, se publică standardul pentru DVB-T;-2004, se publică standardul pentru DVB-H;-2009, se publică standardul pentru DVB-T2;-2009, se publică standardul pentru DVB-C2;-2012, se publică standardul pentru DVB-NGH (Next Generation Handheld);Televiziunea digitală este strâns legată de tehnicile (tehnologiile) de codare şi

compresie a informaţiei de imagine şi sunet. Principalele momente ale evoluţiei acestor tehnologii sunt:

-1992, a fost aprobat standardul MPEG1;-1992, a fost aprobat standardul MPEG2;-1998, a fost aprobat standardul MPEG4/1;-1999, a fost aprobat standardul MPEG4/2;-2003, a fost aprobat standardul H.264/MPEG-4 AVC (H.264 or MPEG-4 Part

10, Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC is a video coding format);-2007, a fost aprobat standardul SVC (SVC-Scalable Video Coding is the

name for the Annex G extension of the H.264/MPEG-4 AVC video compression standard).

8.3 Realizări şi preocupări pe plan mondial

Indian Space Research Organization a plasat pe orbită, folosind rachete Ariane, sateliţii INSAT IB (1983) INSAT 2 (1988), INSAT II A (1990) şi INSAT II B (1991).

Indonezia, începând cu 1973, realizează proiectul Palopa, cu lansări în 1976 (primul satelit din seria Palopa A), apoi din 1983 programul Palopa B. Sateliţii indonezieni sunt plasaţi între 77o E şi 118oE şi aparţin firmei PT Indosat cu transmisii închiriate de Malayesia şi Thailanda.

R.P. Chineză are preocupări pentru un nou tip de satelit cu capacitate mare. Racheta Long March a fost utilizată pentru lansarea satelitului Westar 6, denumit Asiasat 1 cu 24 transpondere, care acoperă o zonă cu o populaţie de peste 2 miliarde de locuitori (China, India, Pachistan, Filipine).

Pentru Europa prezintă interes deosebit societăţile internaţionale INTELSAT, EUTELSAT, SES.

INTELSAT, infiinţată în 1964, cuprinde 112 state. A lansat 7 generaţii de sateliţi: prima cu o capacitate de 240 canale telefonice, a 6-a generaţie cu 120.000 canale şi 3 canale TV simultan.

EUTELSAT cuprinde 27 de state europene (România din 1990). Administrează sateliţii din seria ECS (European Communication Satellite): ECS I-F1, ECS I-F2, ECS I-F4 şi ECS I-F5. Începând cu 1990 a lansat primul satelit din

generaţia a doua EUTELSAT II-F1 care emite în gamele 10,95-11,76 GHz şi 12,5-12,75 GHz.

Societatea SES este un consorţiu particular din Luxemburg, care a lansat satelitul ASTRA 1A (decembrie 1988) şi apoi ASTRA 1B şi ASTRA 1C în aceeaşi poziţie orbitală. Staţia de la sol a sateliţilor SES se află în castelul Betzdorf (Luxemburg) unde dispune de 2 antene parabolic de emisie de 11 m în diametru.

La nivelul anului 1990, repartiţia sateliţilor pe operatori se prezenta astfel:-INTELSAT – 14 sateliţi; -General Electric – 7; -Hughes – 6;-OTE – 5, INMARSAT – 5, Telesat-3, Comsat-5, AIT-3, EUTELSAT -3,

NTT-3, Arabsat-2, Amsat-2, PTT China-2, Embratel-2, France Telecom-2, Perumtel-2, ASC-1, NHK-1, STLC-IBM-1.

În domeniul distribuirii programelor TV, cea mai însemnată pondere la nivelul continentului European se asigură prin sateliţii INTELSAT şi EUTELSAT.

Etapele evoluţiei sistemelor de comunicaţii prin satelit şi a celor TV prin satelit pot fi sistematizate astfel (A Selective Communications Satellite Chronology): • 1945 Arthur C. Clarke Article: "Extra-Terrestrial Relays" • 1955 John R. Pierce Article: "Orbital Radio Relays" • 1956 First Trans-Atlantic Telephone Cable: TAT-1 • 1957 Sputnik: Russia launches the first earth satellite. • 1960 1st Successful DELTA Launch Vehicle • 1960 AT&T applies to FCC for experimental satellite communications license • 1961 Formal start of TELSTAR, RELAY, and SYNCOM Programs • 1962 TELSTAR and RELAY launched • 1962 Communications Satellite Act (U.S.) • 1963 SYNCOM launched • 1964 INTELSAT formed • 1965 COMSAT's EARLY BIRD: 1st commercial communications satellite • 1969 INTELSAT-III series provides global coverage • 1972 ANIK: 1st Domestic Communications Satellite (Canada) • 1974 WESTAR: 1st U.S. Domestic Communications Satellite • 1975 INTELSAT-IVA: 1st use of dual-polarization • 1975 RCA SATCOM: 1st operational body-stabilized comm. satellite • 1976 MARISAT: 1st mobile communications satellite • 1976 PALAPA: 3rd country (Indonesia) to launch domestic comm. satellite • 1979 INMARSAT formed. • 1988 TAT-8: 1st Fiber-Optic Trans-Atlantic telephone cable

8.4 Structura şi principiul funcţionării sistemelor de televiziune prin satelit

TV prin satelit este televiziunea furnizată cu mijloacele sateliţilor de comunicaţii şi recepţionată cu antenă parabolică şi receptor.

TV prin satelit este una din numeroasele modalităţile de utilizare a sateliţilor. Sateliţii de comunicaţii sunt utilizaţi în numeroase aplicaţii, printre care şi cea de transmitere a programelor de televiziune.

În TV, sateliţii reprezintă cea mai uşoară modalitate pentru transmiterea unui număr mare de programe pe zone mari, ceea ce înlocuieşte infrastructura complexă a emiţătoarelor terestre constituite într-o reţea la nivelul unei ţări.

Sateliţii oferă o acoperire totală în zona de acoperire, ceea ce reprezintă un avantaj faţă de TV terestră şi cea prin cablu. TV terestră are unele limitări, iar TV prin cablu nu este avantajoasă în zonele cu densitate mică a populaţiei.

Structura sistemului de televiziune prin satelit este schiţată în figura următoare.

Semnalul purtător al programului TV este radiat de staţia terestră cu o anatenă mare (9-12 m în diametru) până la satelit, unde este amplificat şi retransmis spre Pământ la consumatori. La sol, pentru recepţie este necasară o instalaţie de antenă şi un receptor TV prin satelit. Programele transmise prin satelit depind de condiţiile meteo.

Sateliţii utilizaţi pentru semnalele TV sunt fie pe orbite eliptice (cu înclinaţie de +/- 63,4o şi perioada orbitală de 12 ore, cunoscute ca orbite Molnia) fie pe orbite geostaţionare deasupra ecuatorului la 35.880 km (22.300 mile).

Televiziunea prin satelit, ca şi celelalte comunicaţii transmise prin satelit, începe cu antena de emisie dispusă lângă un studiou de televiziune. Antena emite pe direcţia spre satelit, pe traseul ascendent (uplink). Antenele parabolice de emisie spre satelit pe traseul uplink sunt foarte mari, cu un diametru de 9-12 m. Creşterea diametrului asigură o urmărire mai bună a satelitului şi creşterea puterii semnalului la satelit. Antena de emisie (numită şi uplink) este fixată spre un anume satelit şi semnalele pe traseul ascendent (uplink) sunt emise cu o anumită bandă de frecvenţe, cu scopul recepţionării de către unul din transponderele dispuse pe satelit (dispozitiv de recepţie-emisie), transponder acordat pe acea bandă de frecvenţe.

Transponderul retransmite semnalele înapoi către Pământ, dar cu o altă bandă de frecvenţe (proces denumit translaţie, utilizat pentru a evita interferenţa cu semnalul uplink), de regulă în banda C (4-8 GHz) sau banda Ku (12-18 GHz), sau ambele benzi. Spaţiul parcurs de semnal de la satelit la staţia terestră de recepţie este denumit traseu descendent (downlink).

Un satelit obişnuit are cel puţin 32 transpondere pentru banda Ku şi cel puţin 24 transpondere pentru banda C. Fiecare transponder obişnuit are o lăţime de bandă între 27 MHz şi 50MHz.

Fiecare satelit geostaţionar în banda C necesită să fie plasat la 2 grade faţă de următorul satelit pentru eliminarea interferenţelor. Pentru sateliţii în banda Ku spaţiul trebuie să fie de 1 grad. Aceasta înseamnă că există o limită de 360/2 sateliţi geostaţionari în banda C şi 360 sateliţi în banda Ku.

Transmisia în banda C este sensibilă la interferenţa terestră, iar cea în transmisia în banda Ku, este afectată de ploaie (apa este un excelent absorbant al microundelor la aceste frecvenţe).

Semnalul downlink, cu amplitudinea atenuată de parcurgerea distanţei dintre satelit şi staţia receptoare, este colectat de antena parabolică receptoare, care reflectă semnalul slab în focarul antenei. În centrul focal este montat un feedhorn (antenă primară), care este partea terminală a secţiunii ghid de undă care însumează semnalele în punctul de focalizare şi le direcţionează spre o sondă conectată în convertorul coborâtor al blocului de zgomot redus (low-noise block down converter sau LNB). LNB-ul amplifică semnalele slabe, realizează conversia într-o gamă de frecvenţe mai joase din banda L.

Sistemul TV prin satelit iniţial în banda C a folosit un Amplificator cu zgomot redus (Low Noise Amplifier) conectat la feedhorn în punctul focal al antenei.

Avantajul utilizării LNB constă în folosirea unui cablu ieftin pentru conectarea receptorului de interior cu LNB-ul dispus pe antenă, iar tehnologia manipulării semnalului în banda L şi UHF este mult mai ieftină decât manipularea semnalelor în banda C.

Schimbarea spre tehnologia mai ieftină, de la cablul de 50 Ohm şi conectoare N ale sistemelor iniţiale din banda C la tehnologia mai ieftină de 75 Ohm şi conectoare F, a permis receptoarelor TV prin satelit iniţiale să utilizeze tunerele TV UHF modificate care selectau canalul TV prin satelit prin conversie coborâtoare la altă frecvenţă intermediară mai joasă, centrată la 70 MHz, unde acest semnal era demodulat. Această schimbare de frecvenţă a permis industriei TV prin satelit trecerea de la un număr redus de receptoare şi un sistem complet foarte scump la o producţie de larg consum.

LNB actuale pentru TV directă prin satelit utilizează o bandă limitată de frecvenţe de 950-1800 MHz.

Receptorul TV satelit demodulează şi converteşte semnalele în forma dorită ((ieşire pentru televizor, audio, date, etc.). Uneori, receptorul include şi capabilitatea de ordonare sau decriptare a semnalului recepţionat; în acest caz receptorul este denumit Receptor Integrat/Decodor (Integrated receiver/decoder) sau IRD. Cablul de legătură între LNB şi receptor trebuie să fie cu pierderi mici (ex.:RG-6).

Televiziunea analogică distribuită prin satelit este legată de standardele de televiziune NTSC, PAL sau SECAM. Semnalul analogic este modulat în frecvenţă şi este convertit din semnal MF într-un semnal în bada de bază, care cuprinde semnalul video şi subpurtătoarea (subpurtătoarele) audio. Subpurtătoarea audio este apoi demodulată pentru obţinerea semnalului audio.

Pentru semnalul TV digital sau pentru multiplexarea semnalelor, se utilizează modulaţia QPSK.

TV digitală, incluzând şi pe cea transmisă prin satelit, se bazează în general, în Europa, pe standardele uzuale precum MPEG şi DVB-S.

Metodele de criptare/amestec (scrambling) şi de acces condiţionat includ sisteme de tip BISS, Conax, Digicipher, Irdeto, Nagravision, PowerVu, Viaccess, Videocipher şi VideoGuard. Multe sisteme de acces condiţionat s-au compromis, ca urmare a spargerii lor de către hackers. .

Cele trei tipuri principale de utilizatori ai TV prin satelit sunt: -recepţia directă de către utilizator;-recepţia prin asociaţiile TV locale;-recepţia de către furnizorii care distribuie prin sistemul terestru de cabluri.Recepţia directă de către utilizator include:- direct broadcast satellite (DBS) (sateliţi pentru radiodifuziune directă);- television receive-only (TVRO).Direct broadcast satellite, (DBS) este cunoscută şi sub denumirea de "Direct-

To-Home". Sistemele DBS se referă de obicei la sistemele cu antene mici ("mini-dish" systems). DBS utilizează porţiunea superioară a benzii Ku, precum şi porţiuni ale benzii Ka.

Sistemele DBS modificate pot de asemenea să funcţioneze pe sateliţii de bandă C şi au fost utilizate de unele reţele în trecut.

Majoritatea sistemelor DBS folosesc sistemul standard de transmitere DBS-S, fiind utilizat de cei mai multi provideri (furnizori) de programe TV transmise prin satelit.

FTA (free to air) sunt acele programe transmise liber şi a căror receptie nu este împiedicată de criptare.

PAY-TV (servicii platite) sunt pachete de programe transmise criptat si pentru a caror vizionare este necesar un echipament special de decodare, de multe ori constand dintr-un CAM (Modul de Acces Conditionat) şi o cartelă inteligentă. Aceasta masură asigură că furnizorii de televiziune prin satelit autorizează vizionarea numai pentru acei abonaţi care au achitat abonamentul respectiv.

Termenul Television receive-only (TVRO) a apărut în perioada de început a recepţiei TV prin satelit pentru a o diferenţia de acţiunile uplink şi downlink ale TV prin satelit comerciale (emisie şi recepţie). Canalele TV prin satelit la acel moment intenţionau să fie folosite mai degrabă de către reţelele TV prin cablu decât să fie recepţionate de utilizatori individuali.

Sistemele TVRO au fost construite în mare măsură de pasionaţi şi ingineri şi au funcţionat îndeosebi pe frecvenţele benzii C cu antene de mari dimensiuni ("big dish"), de obicei cu diametrul mai mare de 3 m.

Antenele de satelit parabolice cu fascicul îngust pot recepţiona semnale doar de la satelitul spre care sunt orientate. Simulsat sau Vertex-RSI TORUS este o antenă de staţie terestră cvasiparabolică, capabilă să recepţioneze simultan emisiile de satelit de la 35 sau mai mulţi sateliţi în banda C şi Ku.

8.5 Aspecte privind sateliţii utilizaţi pentru televiziune

În luna noiembrie 1988 s-au desfăşurat la Geneva lucrările celei de-a doua sesiuni WARC pentru utilizarea eficientă a orbitelor sateliţilor geostaţionari şi planificarea serviciilor spaţiale aferente.

Planul de alocare a serviciilor sateliţilor geostaţionari şi benzile de frecvenţe a intrat în vigoare la 16 martie 1990 ora 00.01.

S-a adoptat un plan de legături pentru frecvenţe şi parametrii tehnici ai transmisiilor prin satelit pentru Europa, Africa, Asia şi Australia.

Pentru sateliţii de putere, s-a stabilit utilizarea benzilor de 11,7÷12,2 GHz pentru Europa, URSS şi Africa, 12,2,-12,7 GHz pentru cele două Americi.

Japonia a propus pentru TV de înaltă definiţie folosirea benzii 12,7÷23 GHz.În zona europeană, gama de frecvenţe folosită pentru transmisiile TV este de

10,95-12,5 GHz, împărţită în subgamele 10,95÷11,7 GHz şi 11,7÷12,5 GHz, la care se adaugă sateliţii Telecom în banda 12,5÷12,75 GHz.

În gama 10,95-11,7 GHz, puterea emiţătoarelor este mai mică. Multe semnale TV traficate în această gamă sunt codate special. Se impune cumpărarea decodorului.

Există două sisteme de comunicaţii TV prin satelit.-FSS – Fixed Satellite Service;-DBS – Direct Broadcasting Satellite.În lucrarea “Comunicaţii TV prin satelit”, în Anexa 4 sunt prezentate

caracteristicile a 186 canale TV emise pe suprafaţa Europei de către 35 sateliţi geostaţionari, iar în Anexa 5, sunt prezentate caracteristicile a 61 canale TV emise în standard FSS pe suprafaţa Europei ce pot fi recepţionate în România, grupate pe sateliţi şi polarităţi.

În prezent există pe orbita geostaţionară numeroşi sateliţi de telecomunicaţii care emit programe TV şi radio, care pot fi recepţionaţi în bune condiţii în Europa, începând cu satelitul INT V F7 (66oEst) şi terminând cu satelitul PAS F1 (45oVest)

Sateliţii Europei, existenţi la începutul anilor 1990, se prezintă astfel.

Sateliţi de telecomunicaţii şi de putere medie ai Europei

Sateliţi de radiodifuziune ai Europei

Situaţia actuală a sateliţilor geostaţionari este prezentată în figura următoare.

Următoarea figură prezintă sateliţii pe orbite.

Sateliţii se deosebesc între ei prin generaţia din care fac parte, complexitatea instalaţiilor, tehnicile utilizate, puterea de ieşire a transponderilor, numărul de programe TV şi radio transmise. Sunt administraţi de companii naţionale, private sau internaţionale.

Funcţie de puterea de ieşire, sateliţii se impart în trei grupe: de putere mică, de medie şi mare putere.

Parametrul care caracterizează recepţia la sol, este “puterea efectivă radiată izotrop” EIRP-Effectiv izotropically radiated power:

este puterea de ieşire a transponderului este câştigul în dB al antenei de emisie.

EIRP este o noţiune relativă, puterea transponderului fiind raportată la o putere standard de 1 W.

Ex.: satelitul Astra 1A are: , , deci .

Sateliţi de mică putereAsigură în zona centrală a spotului lor un EIRP de maxim 46 dBW, necesitând

antene de recepţie cu diametrul .Din această categorie fac parte sateliţii din seria EUTELSAT din generaţia I

(Eutelsat I FI-iunie 1983, Eut I F1 şi Eut I F2-august 1984, Eutelsat I F3-sept. 1985, Eutelsat I F4-sept. 1987, Eut I F5-iulie 1988).

Puterea de ieşire pe transponder este mai mică de 20 W. Sateliţii au 4 antene de emisie, realizând spoturile eurospot, spot vest, est şi Atlantic. A cincea antenă este pentru “servicii multiple” (12.000 căi telefonice).

Principalele spoturi ale sateliţilor EUTELSAT

IReprezentarea spoturilor Vest (linie continuă) şi Est pentru sateliţii EUTELSAT 1-

F1÷1-F5 şi a valorii EIRPTot din această categorie fac parte satelitul german DSF 1 Kopernikus, cu un

singur spot şi sateliţii Telecom francezi cu programe TV şi radio (Telecom 1C - 5oV, transmite programe în tehnică analogică, respectiv Telecom 1A -8oV, transmite în tehnică numeric).

Sateliţi de putere medieAsigură valori ale EIRP ridicate pe teritorii întinse (configuraţie specială a

spoturilor).Primul satelit de acest gen este satelitul Astra 1A (19,2oE), proprietate a

consorţiului SES din Luxemburg (decembrie 1988). Are 16 transponderi de câte 45W şi 6 de rezervă. Frecvenţe de lucru: 11,2-11,45 GHz.

Antena de emisie, tip multisport, asigură 4 spoturi distincte, ce se întrepătrund pentru cele 4 grupe de transponderi (cele 4 grupe sunt: 1-5-9-13, 3-7-11-15 cu polarizare orizontală şi 2-6-10-14 şi 4-8-12-14 cu polarizare verticală).

În decembrie 1990 a fost lansat Astra 1B cu 16 transponderi în gama 11,45-11,7 cu puteri de 60 W/transponder, la 80 Km distanţă de astra 1A (19,2oE).

Spotul mediu al satelitului Astra 1A

Sateliţii EUTELSAT II din generaţia a doua, EUT II-F1 (30 august 1990), poziţie orbitală 13oE, transmit în gamele 10,95-11,7 GHz şi 12,5-12,75 GHz, au putere de 65 W, antene de emisie reconfigurabile.

Pentru sateliţii de medie putere, se pot menţiona următorii parametrii: puterea transponderilor este de 40-80 W, pe fiecare satelit sunt plasaţi 12-16 transponderi, câştigul antenei de emisie este de 34-37 dB, , generator solar de 3000 W.

Sateliţi de mare putere (DBS Direct Broadcasting satellite)Transponderii au puteri de 200-260 W, fiecare satelit având 3-5 transponderi,

câştigul antenei este de 44 dB, iar .Exemple de sateliţi de mare putere pentru Europa: TV-SAT 2, TDF 1 şi

Olympus în poziţia 19oV pentru Germania, Franţa şi Italia, iar pentru Marea Britanie, satelitul Marco Polo la 31oV.

În anul 1980, Germania şi Franţa au căzut de acord să construiască împreună sateliţii TDF şi TV-SAT câte 2 pentru fiecare ţară.

Pentru sateliţii DBS s-a adoptat sistemul D2 MAC pentru compatibilitate cu banda de frecvenţe a reţelelor de cablu TV terestre existente.

Aceşti sateliţi vor asigura difuzarea programelor TV de înaltă definiţie HDTV.Se pot evidenţia următoarele aspecte cu caracter general privind sateliţii: -energia emisă de antena satelitului este concentrată într-un con cu unghi solid

foarte mic;-nu sunt permise abateri pe orbite mai mari de ±0,1o. Pentru respectarea

poziţiei orbitale sunt necesare periodic măsuri de corecţie a traiectoriei şi a poziţiei;-sateliţii pot intra în derivă ca urmare a ciocnirii cu meteoriţi şi a presiunii

luminii solare;-periodic, poziţia orbitală a sateliţilor este corectată, pe ambele direcţii: E-V

respectiv N-S;-pentru determinarea poziţiei satelitului se folosesc senzori în infraroşu având

ca puncte de reper marginile Pământului, aflate în vizorul senzorilor, cu o precizie de ±0,1o.

-la lansarea satelitului, rezervoarele proprii au o mare cantitate de carburant (TV-SAT 2 are 999 kg). După lansare, operaţia de plasare pe orbită se obţine cu

ajutorul motoarelor proprii de corecţie (ex.: TV-SAT are 14 motoare de 10 N). Pentru acest satelit, pentru plasarea pe orbită s-au consumat 650 kg, rămânând 349 kg pentru corecţia poziţiei orbitale pe toată durata de funcţionare.

8.6 Geostaţionaritatea sateliţilor pentru comunicaţii TV

Este cunoscut faptul că propagarea undelor metrice şi decimetrice (gamele FIF şi UIF) în domeniul carora se face radiodifuzarea clasică a emisiunilor TV, are loc în linie dreaptă. Acoperirea unui teritoriu cât mai larg, datorită curburii Pământului, necesită instalarea unor antene de emisie şi de receptie cât mai înalte.

Notand cu înălţimea emiţătorului, respectiv a receptorului, relaţiade calcul a distantei d pana la care poate fi receptionat un post de emisie este:

Exemplu: pentru un emiţător terestru cu , situat la o altitudine de 2150 m şi un receptor cu , rezultă d = 125km.

Soluţia optimă pentru recepţia directă pe suprafeţe întinse ale globului pamantesc, o constituie creşterea puternică a înălţimii emiţătorului, posibilitate oferită numai de sateliţii geostaţionari.

Sateliţii geostaţionari sunt plasaţi pe o orbită circulară situată în plan ecuatorial. Fiind caracterizaţi de aceeaşi viteză unghiulară de rotatie ca şi Pamântul, ei sunt practic imobili in raport cu orice punct situat pe acesta.

Faptul că sateliţii geostaţionari rămân în aceeaşi poziţie faţă de instalaţia de recepţie, elimină necesitatea sistemelor automate de urmărire a satelitului în timp real (preţ ridicat).

Înălţimea satelitului şi viteza tangenţială a acestuia se determină din egalitatea forţelor centrifugă şi gravitaţională .

Pentru satelitul S care parcurge orbita circulară cu viteza unghiulară , la altitudinea h, având cu masa m, rezultă:

Forţa gravitaţională se determină ţinând cont de legea atracţiei universale:

în care (constanta universal a atracţiei); (masa Pământului); (raza Pământului)

Greutatea satelitului la suprafaţa Pământului ( ) are expresia:

Din această relaţie rezultă: şi .Pentru , se obţine:

Pe baza acestor relaţii rezultă că:

respectiv sau

Perioada de rotaţie se poate obţine cu relaţia:

Pentru rezultă adică 5,5x6378 km.Viteza de deplasare a satelitului pe orbită este dată de relaţia:

Valorile perioadei şi vitezei de deplasare pentru diferite altitudini sunt:

Pământul are o mişcare de rotaţie în jurul axei sale. O rotaţie completă în 24 de ore este egală cu ziua solară. În acelaşi timp Pământul se roteşte în jurul Soarelui, existând 365,25 zile solare.

Un observator din afara sistemului solar, din combinarea celor două mişcări ale Pământului, va vedea pe an o rotaţie în plus a Pământului în jurul axei sale, deci numărul de zile va fi 366,25 (zile siderale). Durata unei zile siderale este de

. Axa Pământului este înclinată cu . Ţinând cont de toate acestea rezultă

pentru un satelit geostaţionar, următoarele valori:-perioada de rotaţie a satelitului ;- ; - ; - .Durata medie de viaţă a unui satelit de radiocomunicaţii este de 5-8 ani. Orbita sateliţilor geostaţionari este dispusă în planul ecuatorial al Pământului,

sateliţii fiind deci sincroni cu Pământul.

Pe verticala punctului terestru de coordonate 0o latitudine şi 0o longitudine, la distanţa de 35880 km, se află punctul de 0o de pe orbita geostaţionară.

Identic cu împărţirea Pământului în două jumătăţi (estică şi vestică), fiecare de 180o, orbita geostaţionară se împarte în două jumătăţi: estică şi vestică.

Coordonatele satelitului geostaţionarFiecare satelit geostaţionar este caracterizat printr-o singură coordonată

unghiulară denumită ”poziţie orbitală”, care defineşte locul său pe orbita de revolutie in raport cu punctul N de intersecţie al orbitei cu semiplanul meridianului "0" ce trece prin Greenwich,

Poziţia orbitală S=0, se obţine la intersecţia orbitei geostaţionare cu verticala punctului obţinut la intersecţia ecuatorului cu meridianul “0” care trece prin Greenwich. Ex.: satelitul Astra 1A (Luxemburg) are poziţia orbitală S=19,2oE.

Astfel, un satelit situat chiar în punctul N va avea poziţia orbitală S=0, unul care se afla in punctul P1 va avea poziţia orbitală S1 măsurată în grade Est, iar un satelit care se afla în punctul P2 va avea poziţia orbitală S2 măsurată în grade Vest.

Poziţia satelitului faţă de un punct de pe suprafaţa Pământului este definită de două coordonate unghiulare:

-azimutul A; -elevaţia E.

Acestea sunt de fapt şi coordonatele antenei de recepţie. Azimutul, definit în planul orizontal al locului T de recepţie, este unghiul A dintre direcţia Nord, sensul fiind spre Nord, şi proiecţia în planul orizontal al dreptei care uneşte satelitul cu antena de recepţie.

Pentru majoritatea sateliţilor operabili în Europa, rezultă unghiuri de azimut în jurul valorii de 180o. Când , se poate defini un azimut calculat, prin scăderea valorii de 180o ( ) şi adăugarea semnificaţiei Vest (W). Pentru , se adaugă semnificaţia Est (E) la numărul de grade faţă de poziţia , echivalent cu azimutul calculat .

Elevaţia reprezintă înclinaţia satelitului deasupra orizontului. În figură, T reprezintă poziţia punctului de recepţie, TP este raza vizuală spre satelit, iar D este proiecţia în planul orizontal a dreptei TP.

Figură explicativă pentru definirea elevaţiei satelituluiCoordonatele antenei de recepţie, azimutul şi elevaţia, A şi E, poziţionată

pentru un satelit, se pot determina cunoscând longitudinea λ şi latitudinea φ a locului de recepţie.

O variantă a relaţiilor de calcul este următoarea:

În aceste relaţii, S este poziţia orbitală a satelitului, iar valoarea raportului se poate considera 0,1509.

Folosind astfel de relaţii, s-au creat programe de calcul a coordonatelor antenelor de recepţie plasate în diferite locuri.

Pentru determinarea azimutului şi elevaţiei, de asemenea, au fost elaborate nomograme (grafice cu valori prin curbe).

Nomogramă pentru determinarea azimutului şi elevaţiei când se cunosc poziţiile satelitului şi receptorului.

Ex.: aflarea poziţiei satelitului ECS 2, cu poziţia orbitală 7oE, faţă de Bucureşti.Pentru Bucureşti: 45o latitudine nordică, 26oE longitudine estică. Longitudinea relativă este . Din nomogramă rezultă: şi .Din calcule rezultă: şi (eroarea este acceptabilă la o deschidere a antenei de . Nomograma dă variaţia faţă de sud.

Folosind busola, pentru determinarea direcţiei spre satelit, se procedează astfel:-se stabileşte prin calcul sau monogramă valoarea relativă a azimutului;-se adaugă 180o (originea azimutului este N).Se adaugă deviaţia magnetică locală datorată nesuprapunerii nordului magnetic

cu nordul geografic (pentru Bucureşti . Rezultă: ).Sateliţii poziţionaţi spre Vest faţă de meridianul local au azimutul mai mare de

180o, iar cei poziţionaţi spre Est au azimutul mai mic decat 180o (se scade din 180o

valoarea azimutului relativ obţinut din nomogramă).O consecinţă a geometriei Pământ-Satelit, este eclipsa solară a satelitului. Se

foloseşte energia solară. Eclipsa apare atunci când Pământul se interpune între Soare şi satelit. Eclipsa apare în jurul miezului nopţii corespunzător meridianului local al satelitului. Durata zilnică a eclipsei este variabilă în decursul unui an, datorită înclinării axei Pământului. Valoarea sa maximă este de circa 72 de minute şi are loc în perioada echinocţiilor. Fenomenul de eclipsă apare circa 40 de zile, de două ori pe an (figura următoare).

Fenomenul de eclipsă influenţează poziţionarea sateliţilor. În majoritatea cazurilor, miezul nopţii este o perioadă de “recepţie de vârf”, deci se caută ca eclipsa să fie amânată cât mai târziu.

De aceea sateliţii sunt plasaţi în general cu mai multe grade spre vest faţă de meridianul local al teritoriului, dar latitudinea maximă la care poate fi recepţionat un satelit este de 80o.

8.7 Parametrii semnalelor de TV prin satelit. Metode de transmitere şi prelucrare a semnalelor TV prin satelit

8.7.1 Gamele de frecvenţă alocate recepţiei de TV şi radio prin sateliţi

Gamele de frecvenţă alocate sistemelor TV prin satelit, destinate publicului larg, în general, sunt în domeniul 1÷ 20 GHz.

Pentru instalaţiile destinate recepţiei TV prin cablu şi pentru instalaţiile de recepţie individuale, sunt utilizate gamele de frecvenţe 3,65-3,95 GHz, 10,95÷12,75 GHz.

Pentru recepţia directă DBS (Direct Broadcasting Satellite) (recepţia directă a emisiunilor TV şi radio prin satelit) este alocată gama de frecvenţe 11,7÷12,5 GHz.

Gama de frecvenţe SHF (super high frequency) 10,95-11,7 GHz este împărţită în trei subgame: -10,95-11,2 GHz; -11,2-11,45 GHz; -11,45 -11,7 GHz.

Conferinţa WARC -77 a repartizat statelor din Europa câte 5 canale de TV fiecăruia, precum şi poziţiile orbitale ale viitorilor sateliţi DBS.

Astfel României i-a fost alocată poziţia orbitală 1oVest (România, Bulgaria, Ungaria, Polonia, Cehia, Germania), polarizarea 1 (România, Bulgaria, Ungaria) şi canalele 2, 6, 10, 14 şi 18.

Pentru polarizare, cifra 1 are semnificaţia „polarizare circulară dreapta”, iar cifra 2 „polarizare circulară stânga”.

Semnalele pot fi polarizate liniar (orizontal sau vertical), precum şi circular (stânga sau dreapta). Polarizare liniară: Astra (11,2-11,45 GHz), Eutelsat 2 (10,9-11,7 GHz), Atlantic (10,9-11,2 GHz). Polarizare circulară: TV-SAT 1, TDF-1, BSB şi Atlantic, ce funcţionează în gama 11,7-12,5 GHz.

Pentru DBS, banda de frecvenţă 11,7-12,5 GHz, cu lăţime de 800 MHz, a fost împărţită în 40 de canale, cu banda de frecvenţă a unui canal de 27 MHz, distanţate între ele cu 19,18 MHz (diferenţa de frecvenţă între purtătoarele vecine). Pentru

imagine şi sunet se foloseşte modulaţia în frecvenţă. Frecvenţele purtătoare ale celor 40 de canale sunt date în Tabelul 2, de la sfârşitul temei.

Canalele vecine 1, 2, 3, … sunt transmise alternativ cu diferite polarizări, astfel ca două canale vecine corespunzătoare unei polarizări să nu se interfereze reciproc. Rezultă că între două canale vecine cu aceaşi polarizare, există între purtătoare o diferenţă de 38,36 MHZ, iar între marginile benzilor de frecvenţe corespunzătoare rămâne un ecart de siguranţă de 11,36 MHz.

Rezultă că un canal TV transmis prin satelit are parametrii diferiţi cu mult faţă de canalul TV utilizat în transmisiile terestre.

Figura evidenţiază lăţimea canalului, diferenţa de frecvenţă dintre purtătoarele vecine, dispunerea alternantă a polarizărilor

Pentru evitarea perturbării reciproce a canalelor alăturate, protecţia recepţiei se asigură prin următoarele măsuri:

-nu se emit semnale TV pe canale alăturate în aceeaşi zonă geografică;-puterea radiată a emiţătorului este strict controlată pentru a nu perturba

canalele alăturate din zonele apropiate;-directivitatea antenei este strict controlată;-canalele alăturate sunt polarizate diferit.În cazul recepţiei directe, DBS, puterea emisă de transponderii satelitului este

simţitor mai mare, pentru ca antena de recepţie să poată avea un diametru acceptabil de 0,3-0,6 m. Un satelit DBS are un număr mic de transponderi (în jur de 5), ceea ce înseamnă în principiu că fiecare stat va avea propriul satelit DBS.

8.7.2 Sarcina utilă a satelitului

Funcţie de destinaţia satelitului, sarcina utilă cuprinde: -componentele care asigură retransmisia programelor de radio şi TV;-sistemul de comunicaţie a canalelor telefonice;-sistemele de antene de recepţie şi de emisie.Pe lângă sarcina utilă, un satelit mai are: motoarele de corecţie, mecanismele

de orientare, panourile solare, bateriile de stocare a energiei electrice şi sursele electronice de alimentare.

Schema bloc simplificată a modulului de retransmitere a programelor TV (care cuprinde şi transponderii destinaţi canalelor TV), este prezentată în figura următoare.

Semnalele recepţionate de la sol pe traseul uplink în gama de frecvenţă 17,7-18,5 GHz, prin ghidul de undă ajung la blocul BSU (Broadband Section Unit), care cu cele două mixere transpune spectrul sosit pe traseul uplink în gama de lucru a traseului downlink de 11,7-12,5 GHz.

După ultima mixare, din semnalul complex obţinut (banda 11,7-12,5 GHz) se face selecţia fiecărui canal prin blocurile IMUX (Imput Multiplexere) (multiplexor de intrare). Semnalul unui canal este amplificat în amplificatoarele de canal (CAMP-Channel Amplifier) şi aplicat tubului electronic amplificator final (TWTA), care asigură la ieşire o putere de microunde de 200 W.

Ieşirile a 5 amplificatoare (al 6-lea este de rezervă) sunt legate împreună prin multiplexorul de ieşire OMUX (Output Multiplexer), iar semnalul obţinut cu putere de 1000 W, prin ghidul de undă ajunge la emiţătoarele primare şi apoi la antena reflectoare.

8.7.3 Banda de bază transmisă prin canalul de satelit

Un canal TV transmis prin satelit vehiculează mai multe informaţii distincte, independente între ele.

La început, în anul 1977, pentru transmiterea emisiunilor TV prin satelit, s-au folosit sistemele PAL sau SECAM, sunetul fiind modulat în frecvenţă.

Necesitatea creşterii calităţii a impus trecerea la emisiunile stereo cu 2 subpurtătoare (5,5 MHz şi 5,75 MHz), introducerea prelucrării digitale a sunetului şi semnalului de date.

Informaţiile referitoare la programul TV (semnale video şi audio) şi la programele audio transmise, formează aşa-numita bandă de bază, care este un semnal complex cu spectrul relativ larg de 10-20 MHz.

Semnalul benzii de bază modulează în frecvenţă purtătoarea de microunde în gama 10,95-12,75 GHz, care este recepţionată la sol.

Modalităţile de transmitere a informaţiilor programului TV, a informaţiilor audio referitoare la programul TV, cât şi a celor auxiliare-programe de radio adiţionale sunt:

-tehnica analogică în alcătuirea benzii de bază. În acest caz, semnalul video complex (SVC) de tip PAL, SECAM sau NTSC intră în forma originală în alcătuirea

benzii de bază. Semnalele audio modulează în frecvenţă anumite subpurtătoare, care împreună cu SVC, alcătuiesc banda de bază.

-combinaţie între semnalele analogice şi numerice, în care se disting SVC original în care sunt introduse salvele de informaţii audio şi de date codificate numeric. Secvenţele numerice sunt introduse în cadrul fiecărei linii pe duratele în care nu se transmit informaţiile video propriu-zise. Are o utilizare restrânsă.

-sistemul MAC (Multiplexed Analogue Components) cu câteva variante. Semnalele audio şi de date sunt transmise analogic multiplexate în timp după o prealabilă compresie temporară.

8.7.4 Banda de bază utilizată în transmisiile analogice de TV şi radio

Există mai multe variante de alcătuire a benzii de bază, funcţie de frecvenţele utilizate, nivelul componentelor, procedeele de modulaţie, ecartul de frecvenţă dintre subpurtătoare.

Banda de bază standard are în vedere faptul că pentru semnalul video în standardul PAL, banda de frecvenţă este de 5-5,5 MHz. Spectrul PAL conţine semnalele de luminanţă, de teletext, cel de crominanţă şi impulsurile de sincronizare.

Spectrul semnalului video complex în standardul PAL arată astfel:

Pentru transmiterea informaţiilor audio şi a altor informaţii, se utilizează mai multe subpurtătoare modulate în frecvenţă.

Prima subpurtătoare-principală-este modulată în frecvenţă cu sunetul asociat programului TV. Deviaţia de frecvenţă maximă în jurul subpurtătoarei MF principale este de la unii sateliţi (Astra 1A), iar la alţii este de (ECS I).

Un program de TV, în general, necesită mai multe canale de sunet: -informaţia audio principală (semnalul sumă al canalelor stânga

şi dreapta pentru informaţia audio stereofonică); -cele două canale şi distincte corespunzătoare informaţiei stereofonice;

-informaţii audio care se transmit în două sau mai multe limbi diferite.Pentru fiecare informaţie audio distinctă se utilizează o subpurtătoare separată

modulată în frecvenţă. Nivelul acestor subpurtătoare este mult mai mic decât al subpurtătoarei

principale, benzile de frecvenţă fiind reduse în jurul acestor subpurtătoare. Pentru calităţi audio înalte şi foarte înalte şi acestor căi auxiliare de sunet li se

aplică procedee de compandare analogică a spectrului audio înainte de modularea în frecvenţă a subpurtătoarelor.

Procedeul de compandare Wegener – constă în comprimarea puternică a semnalului audio funcţie de nivelul acestuia – dă denumirea de subpurtătoare Wegener. La recepţie se aplică procedura inversă de expandare a dinamicii.

Frecvenţele subpurtătoarelor Wegener încep cu frecvenţa de 7,02 MHz (multiplul 39 al frecvenţei fixe de 180 kHz) şi continuă cu multiplii 40, 41, … 50, după cum se poate observa în următoarea figură.

Subpurtătoarea principală MF şi subpurtătoarele Wegener în banda de bază

Se admit cel mult 12 subpurtătoare. Semnalul video complex, înainte de a fi combinat cu subpurtătoarele audio,

este preaccentuat. La recepţie, după demodularea MF, se procedează la dezaccentuarea corespunzătoare. Banda de bază, rezultată prin compunerea spectrelor semnalului video complex, subpurtătoarei principale MF şi subpurtătoarelor Wegener, se prezintă astfel:

Subpurtătoarea de 6,5 MHz redă sunetul asociat canalului TV (mono), subpurtătoarele 7,02 şi 7,20 MHz sunt alocate pentru canalele stânga şi dreapta ale programului TV stereofonic, perechile 7,38/7,56 şi 7,74/7,93 sunt alocate pentru transmiterea a două programe radio stereo independente de canalul TV. Pot exista şi alte combinaţii (canalele TV destinate sportului pot fi transmise cu comentariu în 5 limbi).

În standardul SECAM, semnalul video complex şi subpurtătoarele MF cu informaţii audio au alte ecarte de frecvenţă, respectiv alte sisteme de compandare.

Pentru micşorarea interferenţelor, semnalul modulator dat de banda de bază, (figura anterioară) este combinat prin însumare cu un semnal de joasă frecvenţă de 25 Hz, de formă triunghiulară. Semnalul sumă obţinut, modulează în frecvenţă semnalul de microunde. La recepţie, circuitul de clampare, elimină din banda de bază acest semnal suplimentar.

8.7.5 Sistemul MAC - Multiplexed Analogue Components

Purtătoarea de SHF emisă de transponderul satelitului este modulată în frecvenţă cu banda de bază care conţine simultan, următoarele componente:

-componente corespunzătoare semnalului de luminanţă, Y;-componente corespunzătoare semnalului de crominanţă; semnale U şi V, de

diferenţă de culoare şi ;-subpurtătoare corespunzătoare informaţiilor audio;-semnalul de date şi teletext;-impulsuri de sincronizare.

-uneori semnale audio codate digital, transmise pe anumite durate în cadrul fiecărei linii.

Aceste semnale alcătuiesc banda de bază limitată la aproximativ 10 MHz şi pot interfera, generând distorsiunile de intermodulaţie.

O soluţie pentru evitarea interferenţelor o constituie transmiterea componentelor audio codate digital în cadrul semnalului video complex (SVC).

Un alt dezavantaj al sistemelor analogice este acela că zgomotul de la ieşirea unui demodulator FM nu are o densitate spectrală constantă în raport cu frecvenţa.

Micşorarea distorsiunilor generate de interferenţa diferitelor semnale transmise în acelaşi timp, se realizează prin separarea în timp a diferitelor componente ce alcătuiesc global informaţia transmisă prin canalul de satelit.

Sistemele de tip MAC (Multiplexed Analogue components), sunt o variantă care îmbunătăţesc în felul acesta calitatea informaţiilor transmise.

Prima condiţie impusă sistemelor MAC este compatibilitatea cu transmisia TV cu 625 linii pe cadru (durata de 64 µs a unei linii TV).

Procedeele de tip MAC realizează o comprimare în timp a informaţiilor de luminanţă, respectiv de crominanţă, transmiterea lor în această stare, iar la recepţie se procedează invers, realizându-se extinderea în timp a acestor informaţii.

Pentru ca o informaţie de tip analogic (ex.: semnalul de luminanţă), să fie comprimată în timp, sunt necesare următoarele etape:

-eşantionarea semnalului;-eşantioanele se aplică unui convertor analog-numeric de viteză;-informaţia numerică rezultată este stocată într-o memorie video de mare

viteză;-memoria video este citită cu o frecvenţă mai mare;-informaţia numerică disponibilă este aplicată unor convertoare numeric

analogice de viteză, rezultând la ieşire eşantioane analogice cu durate mai mici în raportul de compresie utilizat.

-din eşantioane, prin filtrare se reconstituie semnalul analogic cu aceeaşi formă de variaţie în timp ca cel original, însă comprimat în timp .

Principiul comprimării temporare a unui semnal este reprezentat în figura următoare, în care:

a) semnalul original, b) eşantioane prelevate, c) eşantioane extrase din memorie, d) semnal reconstituit din eşantioanele extrase.

Considerentele teoretice şi experimentale pe baza cărora se realizează repartiţia temporală a diferitelor componente în sistemul MAC, sunt:

-asigurarea unui debit de informaţie corespunzător;-sensibilitatea mai mare a ochiului la nivelurile de strălucire ale imaginii

(semnalul de luminanţă) faţă de abaterile semnalului de crominanţă. Au rezultat următoarele repartiţii în timp ale diferitelor informaţii: audio/date

9,58 µs, semnal crominanţă 17,53 µs şi semnal luminanţă 35,06 µs.Dispunera pe durata liniei de explorare de 64 µs a semnalului multiplexat

MAC arată ca în figura următoare.

Din sistemul MAC, funcţie de canalul de transmisie, de satelit, de reţeaua de cablu TV, etc., s-au desprins următoarele variante: A-MAC, B-MAC, C-MAC/PACKET, D2-MAC/PACKET.

Sunt utilizate cu precădere sistemele C-MAC/PACKET şi D2-MAC/PACKET.

Sistemul C-MAC/PACKETBanda de frecvenţe pentru semnalul de luminanţă, Y, este de 5,6 MHz, iar

pentru semnalele diferenţă de culoare U şi V este de 2,8 MHz.Pentru prelucrarea digitală a semnalului Y se utilizează frecvenţa de

eşantionare de 13,5 MHz, iar pentru semnalele U şi V frecvenţa de eşantionare de 6,5 MHz.

Condiţii pentru alegerea rapoartelelor de comprimare: -semnalul Y şi unul din semnalele U sau V transmise pe o linie să se extindă în

timp 52 µs din cele 64 µs;-după comprimare, benzile de frecvenţă ale semnalelor Y, respectiv U sau V,

să fie identice.Din aceste condiţii au rezultat rapoartele de compresie de 3:2 pentru semnalul

Y, respectiv 3:1 pentru semnalul diferenţă de culoare.Frecvenţa de citire a eşantioanelor din memoria video va fi de

, iar benzile de frecvenţă ale semnalelor comprimate, reconstituite din eşantioane vor fi de .

În sistemul C-MAC/PACKET, se mai transmit:-semnale corespunzătoare informaţiilor audio;-semnale de sincronizare linii şi cadre;-semnale de teletext;

-semnale de recunoaştere şi urmărire a prelucrării corecte a semnalelor transmise în cadrul pachetului de date.

Aceste semnale, convertite digital, se transmit ordonate corespunzător pe durata a 12 µs la începutul fiecărei linii.

Frecvenţa de tact a semnalelor transmise fiind de 20,25 MHz, rezultă că o linie cu durata de 64 µs este formată din 1296 eşantioane, fiecare cu durata de 49,38 ns, care transmit toate semnalele.

Semnalul C-MAC/PACKET transmis pe o linie TV are următoarea structură:

-pe durata t1 se transmit: biţii de sincronizare, audio şi de date (total 206 biţi din care 198 biţi pentru informaţii digitale audio şi teletext şi biţi pentru sincronizare linii şi cadre);

- : creşterea nivelului semnalului de la nivelul corespunzător t1 la piedestalul adăugat semnalului video cu scopul compensării dispersiilor energetice;

- : informaţia corespunzătoare nivelului zero al semnalelor U şi V;- : tranziţia la semnalul diferenţă de culoare;- : informaţia privind diferenţa de culoare;- : informaţia de luminanţă;- : tranziţia de terminare a semnalului Y;- : tranziţia de la semnalul cu piedestal la nivelul semnalului

digital.Sistemul asigură o foarte bună calitate a imaginilor şi canalelor audio.Dezavantaj: bandă de bază largă (20 MHz), ce nu poate trece prin instalaţiile

TV prin cablu existente (banda pe canal de 8-10 MHz). Pentru reţelele de cablu TV existente s-au realizat: -sistemul D-MAC (Duobinary Data Coding) cu banda de 10,5 MHz;-D2-MAC/PACKET (Half Bite-Rate) cu 7-8 MHz;-B-MAC.

Sistemul D2-MAC/PACKETStatele care au semnat convenţia WARC-77 privind recepţia directă prin satelit

au agreat sistemul D2-MAC/PACKET. Repartiţia în timp a unui semnal D2-MAC/PACKET este prezentată în figura

următoare.Toate datele, mai puţin semnalele de luminanţă şi crominanţă, sunt transmise

pe fiecare linie, la începutul acesteia, pe o durată de 12 µs. Salva de date este constituită din 105 biţi: primii 6 biţi alcătuiesc cuvântul de sincronizare, ceilalţi 99 biţi poartă informaţiile audio şi de date (informaţii de recunoaştere a programului, teletext).

Semnalele diferenţă de culoare, U şi V se transmit alternativ pe linii succesive, ocupând 17, 3 µs. Semnalul de luminanţă se transmite pe durata de 34,7µs.

Durata de 52 µs, din cele 64 µs, nu este suficientă pentru transmiterea semnalelor Y şi U, sau Y şi V, cu benzile lor naturale de 5,6 MHz (pentru Y), respectiv 2,8 MHz (U sau V). De aceea este necesar ca aceste semnale să fie comprimate.

Semnalul de crominanţă este comprimat de 3 ori, iar semnalul de luminanţă de 1,5 ori, ocupând astfel 17,3 µs şi respectiv 34,7 µs. Rezultă astfel benzi de frecvenţă egale pentru aceste semnale: .

Banda de 8,4 MHz se reduce la , deoarece sistemul standardizat PAL-CCIR are o bandă de frecvenţă a semnalului de luminanţă de 5 MHz.

Multiplexarea în timp a informaţiilor numerice, respectiv analogice, folosite în sistemele MAC prezintă o serie de avantaje faţă de sistemele clasice:

-se elimină distorsiunile de intermodulaţie (informaţiile se transmit separat cu acelaşi debit de informaţie);

-nu mai sunt subpurtătoare de sunet, deci dispar posibilităţile de interferenţă. Banda de bază poate fi majorată, deci creşte calitatea imaginii;

-raportul semnal/zgomot pentru culoare creşte cu 4-5 dB faţă de transmisia PAL (care necesită subpurtătoare de crominanţă de 4,43 MHz în zona în care demodulatorul MF are zgomot ridicat);

-capacitate sporită de sincronizare;-creşte calitatea audiţiei prin transmitere digitală a informaţiilor audio;-posibilităţi mai eficiente de codificare a programelor TV plătite (Pay-TV),

putându-se extinde cifrarea şi asupra informaţiilor audio.Dezavantaje:-semnalul de date este sensibil la reflexii;-raportul semnal/zgomot pentru luminanţă este mai scăzut (banda de frecvenţă

este mai mare decât la sistemele clasice).

8.7.6 Sisteme de codificare a informaţiilor utilizate în transmisiile TV prin satelit

Un număr important de programe TV sau Radio transmise prin satelit sunt cu acces condiţionat-televiziune plătită (Pay-TV). Accesul condiţionat implică o codificare (criptare) a informaţiilor Radio TV transmise, utilizând sisteme analogice (cu care s-a început) sau digitale.

a) Sisteme de codificare analogică a transmisiilor TV prin satelitÎn Europa se utilizează în prezent mai multe sisteme de codificare analogică.Sistemul de codificare SAVE (a salva) foloseşte inversarea semnalului video,

micşorându-i nivelul cu 6 dB şi adăugarea unui semnal de interferenţă de 94 kHz.

Acest sistem prezintă o mică securitate împotriva refacerii imaginii, deoarece o imagine satisfăcătoare se poate obţine uşor prin inversarea semnalului furnizat de receptorul de satelit, mărindu-i nivelul cu 6 dB şi apoi filtrându-l pentru eliminarea componentei sinusoidale de 94 kHz.

Sistemul „MATHUSHITA”, realizează codificarea prin inversarea alternativă a polarităţii semnalului video şi prin deplasarea nivelului componentei continue a semnalului de stingere, mărindu-se semnalul de sincronizare şi salvele de culoare în porţiunea semnalului video activ.

Acest principiu blochează sincroseparatorul din receptorul TV sau din videorecorder. Un semnal adiţional este transmis ca subpurtătoare cu frecvenţa de 7,56 MHz, modulat în frecvenţă cu semnalul de stingere şi sincronizare. O subpurtătoare cu frecvenţa de 7,20 MHz este modulată în frecvenţă cu informaţia de abonat care să permită sau nu accesul decodificatoarelor abonate, înregistrate pentru diferite niveluri de abonamente. Purtătoarea de 7,20 MHz conţine în general date necesare abonatului TV.

Acest sistem are ca dezavantaj faptul că informaţia de sincronizare poate fi uşor reconstituită din semnalul video complex codificat recepţionat.

Sistemul de codificare „LINE SHIFTING” (linie înşelătoare) nu alterează semnalele de sincronizare şi de crominanţă, dar întârzie selectiv partea activă a semnalului video linie cu linie. Timpul de întârziere este selectat din trei valori: 0 µs; 0,9 µs şi 1,8 µs. Întârzierea specifică este controlată în transmisie şi în recepţie printr-un algoritm prealabil. Rezultă o imagine posibil de recunoscut dar puternic perturbată.

Codificarea este extinsă şi asupra informaţiilor audio prin inversarea benzii de frecvenţă, folosind tehnica benzii laterale unice cu purtătoare de 12,8 kHz suprimată.

Sistemul de codificare „LINE DICING” , denumit „taie şi roteşte”, constă în divizarea liniei TV în mai multe segmente şi interschimbarea informaţiilor obţinute între ele. Este cel mai protejat împotriva decodificărilor pirat, fiind propus pentru radiodifuzarea programelor de televiziune. Momentele de timp în care se face tăierea liniei şi modul de schimbare a ordinii fragmentelor obţinute sunt cunoscute pe baza unui algoritm deja memorat. Informaţia de bază pentru algoritm este memorată într-o aşa-numită „cartelă inteligentă”, sub forma unei cărţi de credit.

b) Sistemul de codificare numerică EurocypherAccesul condiţionat se asigură prin plata unui abonament valabil un interval

de timp. Acest sistem permite în plus şi servicii auxiliare, cum ar fi sistemul de „plată pe imagine” (PPV-Pay per View).

Sistemul D-MAC este ideal pentru aplicarea accesului condiţionat, informaţiile video şi audio având o formă care permite o codificare uşoară. În sistemul D-MAC se transmit multe date pentru a furniza receptorului semnale de decodificare (dacă este abonat) sau de interzicere a accesului (în caz de neplată).

În sistemul cu acces condiţionat, primul aspect constă în codificarea semnalului Radio TV difuzat.

Sistemul Eurocypher utilizează tehnica standard D-MAC, de adunare „modulo 2” (sau exclusiv) a secvenţelor codificate pentru informaţiile audio şi de date, respectiv codificarea de tip „taie şi roteşte” pentru informaţiile de crominanţă şi luminozitate. Aceste două metode au la bază secvenţe digitale codificate produse de generatori de semnale pseudoaleatoare, iniţiate periodic prin cuvinte de control.

Al doilea aspect constă în a genera cuvinte de control către receptorul abonatului, realizându-se sistemul de acces condiţionat.

Pentru ca receptorul să poată utiliza mesajele de control, trebuie să conţină o serie de chei în sistem ierarhizat, care are la vârf aşa-numita „session key” - sk, care se schimbă periodic. Această sk este condiţionată de de existenţa unei chei unice pentru fiecare receptor. Mesajul format pe baza celor 2 chei, „mesajul conducător”, este transmis periodic la receptor prin sistemul de date al standardului D-MAC.

Cheile unice sunt programate în receptor la fabricaţie şi păstrate într-o listă secretă a identităţii receptoarelor.

Cererile în cazul PPV - Pay per View se pot prelua prin comandă telefonică. În varianta IPPV (Impulse pay per view) se apelează la creditul dintr-o

„minibancă” electronică a receptorului. Costul programului va fi scăzut din fondul personal existent în minibanca receptorului.

8.8 Efectul mediului asupra transmisiei TV prin satelit

Mediul are efect asupra propagării undelor electromagnetice din gama 10-12 GHz şi asupra aparaturii de emisie şi recepţie.

Factorii fizici care influenţează propagarea sunt: temperatura, conţinutul de vapori de apă şi variaţiile de presiune.

Acestea influenţează omogenitatea mediului şi implicit viteza de propagare, polarizarea şi atenuarea undelor electromagnetice la parcurgerea spaţiului liber.

Gama 10-12,5 GHz este influenţată mai puţin de factorii naturali, şi de asemenea zgomotul cosmic la aceste frecvenţe este mai mic faţă de alte frecvţe.

Schema bloc simplificată a unei legături satelit-Pământ este următoarea:

Puterea radiată de satelit, are expresia:

fiind puterea radiată într-o anumită direcţie, este puterea emiţătorului, iar este câştigul antenei de emisie.

Puterea recepţionată cu o antenă parabolică cu suprafaţa A, are expresia:

în care: - este valoarea componentei electrice a câmpului la distanţa d de

sursa de radiaţie cu puterea P (radiaţie izotropă);

- este suprafaţa efectivă a antenei de recepţie

- este câştigul antenei de recepţie;- η este randamentul antenei.

Considerând antena emiţătoare izotropică, , pierderile în spaţiu notate cu α sunt:

, iar în dB are expresia:

Puterea recepţionată la intrarea receptorului are expresia:sau în dB:

cu α având valoare negativă.Valoarea pierderilor în spaţiul liber pentru un satelit aflat deasupra

receptorului în gama 12 GHz este de 205,1 dB.În practică aceste pierderi sunt mai mari, aşa cum se arată în tabelul următor.

Atmosfera este formată dintr-o succesiune de straturi ionizate sau nu (ionosfera, tropopauza, troposfera, stratopauza, mezosfera, mezopauza, termosfera).

Ionosfera are cea mai mare importanţă; variaţii mari de temperatură, umiditate, presiune, surse de perturbaţii.

Atenuarea este cu atât mai mare cu cât traseul străbătut de undele electromagnetice este mai mare (azimuth mare, elevaţie mare).

Zgomotul cosmicPământul şi cosmosul sunt surse de zgomot, Pământul fiind mult mai puternic.

Antenele fiind îndreptate spre satelit, interesează zgomotul cosmic. Surse îndepărtate de zgomot sunt: galaxiile, stelele radio etc., iar surse apropiate sunt: Soarele, planetele, Luna, etc.

Puterea de zgomot radiată de un corp este dată de legea lui Planck. Pentru Pământ se utilizează următoarea relaţie:

în care: este constanta BoltzmanT este temperatura absolută a corpului (grade Kelvin)

este banda de frecvenţe.Pentru compararea mai uşoară a surselor de zgomot, în locul puterii de zgomot

se utilizează noţiunea de “temperatură efectivă de zgomot”:

Zgomotul de provenienţă cosmică (în principal galactic) are o caracteristică foarte căzătoare între 100 MHz şi 1 GHz, aşa cum se observă în figura următoare.

Există două salturi de atenuare în zonele de absorbţie moleculară a apei şi oxigenului. În cazul transmisiei satelit-Pământ există zone de frecvenţe favorizate: 3,5-13 GHz şi 50-80 GHz, cunoscute sub numele de “ferestre atmosferice”.

Asupra satelitului acţionează următorii factori: presiune scăzută, flux de particule, radiaţia Roentgen (iradierea produce degradarea componentelor).

Asupra aparaturii outdoor acţionează puternic fenomenele meteorologice: căldura, umiditatea, chiciura, vântul.

Pentru calculul unei instalaţii de recepţie terestre este importantă valoarea densităţii de putere la nivelul solului (depinde de puterea radiată de satelit şi de câştigul antenei acestuia).

Produsul dintre puterea radiată şi câştigul antenei satelitului , se numeşte putere efectivă radiată izotropic (EIRP-Effectiv Izotropically Radiated Power), parametru ce caracterizează recepţia la sol.

Rezultă relaţia:

Pentru exprimarea în dB, rezultă:sau

Alegând nivelul de referinţă 1W, rezultă:

Deci: Ex.: pentru satelitul Eutelsat ECS (European Communication Satellite) cu

, , rezultă:

Pentru frecvenţa de 12 GHz, valoarea de 32 dB pentru corespunde unei antene cu diametrul de 50 cm. O astfel de antenă are unghiul de deschidere al caracteristicii de directivitate la 3 dB faţă de direcţia de radiaţie maximă de 4o. Aceasta înseamnă că satelitul acoperă o suprafaţă terestră întinsă.

Se doreşte creşterea EIRP, respectiv a densităţii de putere la nivelul solului. Pentru aceasta există următoarele posibilităţi:

-creşterea câştigului antenei de emisie;-mărirea puterii emise;-ambele posibilităţi simultan.Prima variantă necesită antene cu diametre mai mari, care prezintă unghiuri de

deschidere mai mici (scade suprafaţa acoperită, deci soluţia este neeconomică).Ex.: o antenă cu are şi un unghi de deschidere al

caracteristicii de directivitate de numai 1o. Se acţionează mai ales pentru a doua variantă. Satelitul TV-SAT emite cu o

putere de 260 W, asigurând pe direcţia de radiaţie maximă .Parametrii antenei se determină cu relaţia:

din care rezultă: Această valoare de 36 dB corespunde unei antene cu şi unghiul de

deschidere de 2,8o.Determinarea corespondenţei dintre valoarea EIRP şi S - densitatea de putere

la nivelul solului, se obţine cu relaţia:

Valoarea în dB, se obţine cu relaţia:

sau

Ex.: pentru se obţine pentru condiţii meteo bune (cer senin).

Experimental s-a constatat că atenuarea undelor electromagnetice cu frecvenţa de 12 GHz datorată condiţiilor climatice din Europa, nu depăşeşte 2 dB pentru 99% din intervalul de timp al lunii cu clima cea mai defavorabilă.

Corespondenţa dintre nivelul de putere radiată şi valoarea puterii echivalente radiată izotropic EIRP, precum şi corespondenţa dintre EIRP şi densitatea de putere la nivelul solului, S, este dată de următoarele grafice.

Calitatea recepţiei poate scădea vertiginos prin acoperirea antenei de recepţie cu chiciură, zăpadă umedă, gheaţă (scăderea este aceeaşi cu cea dată de micşorarea cu 10-15% a densităţii de putere).

Următorul tabel prezintă caracteristicile de bază pentru două sisteme de comunicaţii TV prin satelit:

-FSS - Fixed satellite ServiceDBS – Direct Broadcasting satellite.Din punct de vedere juridic, sistemul FSS este monopol al poştei, iar sistemul

DBS este destinat recepţiei directe de marele public, iniţial fără taxe şi abonamente.

Caracteristicile unor canale TV din cele 63 emise pe suprafaţa Europei de 11 sateliţi geostaţionari, în august 1989, sunt prezentate în tabelul următor.

Din tabel rezultă că doar doi sateliţi TELEX 5oE şi TDF-1A 19oW, au caracteristici corespunzătoare sistemului DBS. Satelitul Gorizont 15 (14oW) emite în banda C-3075MHz, urmând să emită în banda Ku. Satelitul francez Telecom 1C 5oW, emite în banda 12,5-12,75 GHz, păstrând celelalte caracteristici ale sistemului FSS.

Toţi ceilalţi sateliţi funcţionează în sistemul FSS. Satelitul Astra 1A, 19,2oE, este de generaţie nouă: putere medie 45 W pe fiecare din cele 12 canale, cuprinse

într-un singur fascicul centrat pe Europa Centrală. Acesta are EIRP în centru de 53 dBW, în vestul României are 45 dBW, iar în estul României are 30 dBW.

Prin lansarea satelitului ASTRA 1B (oct. 1990) s-a reuşit acoperirea întregii suprafeţe a Europei cu sateliţii Astra 1A şi 1B.

Din tabel rezultă că unor canale TV le corespund mai multe purtătoare de sunet. Aceasta pentru ca acelaşi program TV să fie însoţit de mai multe canale sonore, pe diferite limbi. De asemenea, pe unele canale TV se transmit căi de sunet stereo-TV sau mono-radio.

Valorile benzii de trecere şi a deviaţiei corespunzătoare unui canal TV influenţează în final calitatea imaginii de televiziune.

Toate canalele de TV din tabelul anterior, pot fi recepţionate pe teritoriul României dacă: -există compatibilitate între caracteristicile instalaţiei de recepţie şi ale sistemului în care este emis canalul TV dorit (frecvenţa purtătoare, polarizarea undelor, sistemul video, codare, etc,);

-se creşte factorul de merit al instalaţiei de recepţie pentru recepţionarea semnalelor mai slabe. Apar limitări: fizice (la construirea reflectorului antenei de recepţie) şi tehnologice (LNA cu zgomot ideal 9 dB).

8.9 Aspecte privind densitatea de putere a semnalului recepţionat la sol

Prin intermediul unui spot se transmit simultan mai multe canale de TV.Semnalul TV generat în studioul TV se regăseşte la capătul descendent al

traseului sub formă de putere de înaltă frecvenţă distribuită pe suprafaţa terestră iluminată, sau astfel spus, sub formă de densitate de putere.

Calculul densităţii de putere la suprafaţa solului, pe baza EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power-Putere echivalentă radiată izotropic) se realizează cu expresia:

Densitatea de putere la sol exprimată în dB are expresia:

sau Valoarea densităţii de putere la nivelul solului depinde de:-puterea emisă de satelit şi câştigul antenei de emisie, practic de EIRP;-atenuarea semnalului pe traseul descendent.Valoarea densităţii de putere la nivelul solului este garantată ca valoare

minimă, pe toată durata de funcţionare a satelitului (5-10 ani), în medie în 99% din timp, în condiţii “normale” de climă.

Este parametrul de intrare de bază pentru sistemul de recepţie de la sol, fiind independent de performanţele sistemului de recepţie.

În figura următoare sunt date liniile de nivel constant ale densităţii de putere la nivelul solului ale semnalului de înaltă frecvenţă emis de satelitul TV-SAT (19o).

În central spotului, densitatea de putere are valoarea , prima linie are , iar ultima linie are .

La limita de vest a României , iar la limita de est . Aceasta înseamnă că semnalul în Vest este mai puternic cu 18

dB faţă de cel din Est.Pentru a vedea semnificaţia fizică a acestor valori, se consideră valoarea

densităţii de putere corespunzătoare puterii distribuită pe 1 m2 şi pentru aceeaşi distribuită pe 2 m2.

şi

Rezultă: , deci de 2 ori mai mare.Exprimat în dB, este mai mare decât cu 3 dB, deoarece:

O diferenţă de 18 dB între cele două valori înseamnă 6 trepte a câte 3 dB, adică 6 dublări consecutive, adică ori. Matematic:

Pentru a recepţiona aceeaşi putere, respectiv pentru a obţine aceeaşi calitate a imaginii indiferent de locul recepţiei, este necesar ca suprafaţa de pe care se recepţionează semnalul să crească odată cu micşorarea densităţii de putere. Această dependenţă este prezentată în tabelul următor.

În cazul concret prezentat, pentru a recepţiona aceeaşi putere în vestul ţării, este nevoie de o antenă de 1 m2, iar în Est, de 64 m2.

Pentru spotul vestic al satelitului ECS (13oEst), (centrat pe Germania, Anglia, Franţa) valorile densităţii de putere, rezultă din următoarea figură.

Spotul vestic al satelitului ECS (13oEst).Prima linie are . Ultima linie are

Pentru România:

Diferenţa este de 7 dBW.Spotul centrat pe ţara noastră, al aceluiaşi satelit (ECS, 13oEst), are nivel

constant al densităţii de putere: .

Variaţia densităţăţii de putere la nivelul solului pe teritoriul României, comparativ pentru cele trei spoturi, este prezentată în figura următoare.

Concluzii:-valoarea densităţii de putere scade mai rapid faţă de centru la sateliţii din noua

generaţie datorită concentrării fasciculului pe suprafeţe mai restrânse;-există posibilitatea ca în anumite zone ale României să se recepţioneze mai

bine semnalele provenite de la sateliţii mai vechi (cu puteri mici) decât de la cei noi, datorită centrării spotului pe zonele respective;

-există şi situaţii de recepţionare mai bună a semnalelor pe fasciculul centrat departe de România, faţă de semnalele centrate pe România (puterea de emisie).

Deci pentru calculul unei instalaţii de recepţie (diametru antenă, zgomot receptor, banda de recepţie, etc.), respectiv pentru calitatea imaginii, important este densitatea de putere la locul de recepţie.

Antena de recepţie culege doar o parte din puterea de înaltă frecvenţă distribuită pe suprafaţa geometrică a antenei (în caz ideal, toată puterea).