Введение к работе
Актуальность темы. Б настоящее время в России и СНГ не-угаюнно растет потребность в магистральных спутниковых линиях (СЛ), предназначенных для внутригосударственного и международного обмена телевизионными (ТВ) программами и актуальными репортажами. Увеличивается также потребность в каналах и системах ТВ вещания. Все государства - члены СНГ, большинство автономных образований в составе России и.ряд административных регионов (краев и областей) желают формировать и распространять на своей территории собственные ТВ программы. В ряде случаев, с учетом географической и экономической специфики (большая территория, неразвитость или загруженность наземных радиорелейных, кабельных и волоконно-оптических сетей связи) наиболее эффективным (а иногда и единственно возможным) способом распространения собственных ТВ программ являются спутниковые системы ТВ вещания (СТВ). В качестве примеров можно привести Республики Казахстан, Якутскую-Саха, Башкирию и Красноярский край.
СТВ и ТВ СЛ представляют собой дорогостоящие комплексы, поэтому большее значение имеет их эффективность. Важнейшим показателем эффективности является обеспечение высокой помехоустойчивости приема телевидения недорогими (небольшими) уємними станциями (ЗС). При использовании традиционных технических решений не всегда удается добиться приемлемой эффективности по этому показателю. Эта проблема возникает, например, при создании систем СТВ и СЛ. работающих в стволах оте-Ч'лугь'-ннсзго геостационарною ИСЗ "Горизонт" диапазона 6/4 ГГц с глЛальной зоной обслуживания и диапазона 14/11 ГГц. Одним ис методов ее решения является разработка и использование эф-
- 4 -фективньк методів предыскажения и корректирования (ЖЕ) ТВ сигналов для СЛ.
При передаче ТВ сигналов различных стандартов по СЛ всегда используются линейные (частотные) предыскажения, рекомендованные ЫККР. Они обеспечивают снижение нелинейных и перекрестных искажений, однако не дают выигрыша по шумам. Задача повышения помехоустойчивости приема телевидения с помощью МПК ставится не впервые: в СТВ "Орбита", "Москва" и "Экран" используются эффективные МПК; известны и другие методы, пока не нашедшие применения. Все они учитывают только 1... 2 статистически усредненных параметра передаваемого сигнала (обычно форму спектра или амплитудное распределение), позтому их эффективность ограничена. Разработка более эффективных МПК возможна на основе использования "тонкой структуры" ТВ сигнала и, для вышеуказанных случаев является актуальной задачей.
Наиболее актуальна разработка МПК для стандарта СЕКАМ, однако, интерес представляют также системы следующего поколения: телевидение повышенного качества (ТПК) и высокой четкости (ТВЧ). Наиболее актуальными для исследования представляются системы ТПК семейства MAC/Packet и ТВЧ MUSE, претендующие на признание в будущем в качестве стандартов для спутникового вещания.
Цель работы - разработка и исследование эффективных методов и устройств предыскажения и корректирования ТВ сигяала СЕКАЫ, а также сигналов ТПК и ТВЧ для СЛ и систем СТВ с частотной модуляцией (ЧМ), обеспечивающих высокую помехоустойчивость приема телевидения недорогими (небольшими) ЗС при малых вносимых искажениях.
Задачи исследования.
1. Обоснованный выбор модели ТВ сигналов и критерия эф-
фективности для исследования методов предыскажения и коррек- , -тирования.
2. Разработка эффективных методов предыскажения и -кор- . ректирования" ГВ сигналов;, исследование их эффективности и вносимых искажений.
3. Выбор-оптимальных характеристик устройств эффективного предыскажения и корректирования; разработка схемотехнических решений.
4. Экспериментальная проверка теоретическихрезультатов. , 5. Разработка рекомендаций по использованию эффективных методов предыскажения и корректирования в системах спутнико-. вого ТВ вещания.
Методы исследования. В диссертационно», работе используются методы теории вероятностей и случайных процессов, теории^ множеств, статистической радиотехники. Цроводятся экспериментальные исследования, имитационное моделирование и расчеты на ЭВМ. ,. 'На.защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты исследования спутниковых линий с ЧМ с точ
ки зрения использования в них эффективных методов предыскаже
ния и корректирования ТВ сигналов.
2. Результаты разработки (на основе множественного описа
ния ТВ сигналов) нового семейства методов предыскажения, осно
ванных на перераспределении динамического диапазона спутнико
вой линии в пользу низкочастотных составхяющих сигнала в со
четании с адаптивной или нелинейной обработкой высокочастот
ных составляющих.
3. Методика и результаты определения предельной эффек
тивности разработанного семейства методов для сигнала-СЕКАМ.
4. Результаты разработки, определения эффективности и
исследования методов адаптивной обработки ТВ сигнала СЕКАМ, оптимизации характеристик основных функциональных блокоа устройств адаптивного предыскажения и корректирования.
-
Результаты разработки, определения эффективности и исследования методов и устройств нелинейного предыскажения и корректирования ТВ сигнала СЕКАМ; результаты исследования совместного применения нелинейной и адаптивной обработки.
-
Результаты исследований разработанных нелинейных и адаптивных методов применительно к сигналам ТПК и ТВЧ.
-
Результаты разработки устройств адаптивного предыскажения и корректирования ТВ сигнала, обеспечивающих высокий выигрыш в отношении сигнал/взвешенный шум на реальных спутниковых линиях.
-
Результаты разработки устройств нелинейного предыскажения и корректирования ТВ сигнала СЕКАМ, обеспечивающих высокий выигрыш в отношении сигнал/взвешенный шум на реальных спутниковых линиях и нашедших применение в современных системах спутникового ТВ вещания.
9. Рекомендации по использованию разработанных методов
в системах спутникового ТВ вещания.
Научная новизна В диссертационной работе решен комплекс научных задач повышения помехоустойчивости приема телевидения при передаче по спутниковым линиям методом ЧМ посредством применения эффективных методов адачтивного или нелинейного предыскажения и корректирования:
1. Обоснованы актуальность выбранного направления иссле
дований и принципы разработки эффективных методов предыскаже
ния и корректирования на основе множественного описания ТВ
сигналов.
2. Обоснованы критерии и методы оценки эффективности и
- 7 -исследований методов предыскажения и корректирования ТВ сигналов для спутниковых ЛИНИЙ с ЧМ.
-
Предложено семейство новых методов эффективного предыскажения и корректирования ТВ сигналов для спутниковых линий с ЧМ.
-
Предложена методика оценки предельной эффективности рассматриваемых методов при передаче сигнала СЕКАМ по спутниковым линиям.
-
Предложен и исследован (с точки зрения эффективности и вносимых искажений) метод адаптивного предыскажения и корректирования ТВ сигнала СЕКАМ.
-
Предложен и исследован . точки зрения эффективности и вносимых искажений) метод нелинейного предыскажения и корректирования ТВ сигнала СЕКАМ.
?. Исследованы предложенные методы нелинейного и адаптивного предыскажения и корректирования применительно к передаче сигналов ТПК и ТВЧ по спутниковым линиям методом ЧМ.
8. С технической и экономической точек зрения исследованы вопросы применения предложенных методов в системах спутникового ТВ вешания.
Практическая ценность.
-
Использование множественного описания ТВ сигналов позволяет синтезировать методы нелинейного и адаптивного предыскажения и корректирования, обладающие высокой эффективностью и малыми вносимыми искажениями.
-
Разработанный метод адаптивного предыскажения обеспечивает при передаче ТВ сигнала СЕКАМ по реальным спутниковым линиям выигрыш в отношении сигнал/взвешенный шум не менее 3,0 дБ при допустимых вносимых искажениях.
-
Разработанный метод нелинейного предыскажения обеспе-
-8.-чивает при передачесигнала. СЕНАМ по реальным спутниковым линиям выигрыш' в отношении сигнал/взвешенный шум не менее 4,0 дБ. а при использовании фильтрации мультипликативной помехи - около 5 дБ при допустимых вносимых искажениях. '
4. Применение разработанных методов при передаче' сигналов .ТПК и ТВЧ по спутниковым линиям с помощью ЧМ обеспечит выигрыш в помехоустойчивости приема до :3 дБ.
5.. Применение разработанных методов в системах спутникового ТВ вещания позволит при определенных условиях уменьшить энергетическую добротность приемных земных.станций или увеличить пропускную способность спутниковой линии, обеспечив тем самым существенный экономический эффект.
6. Проведенные исследования показали, что наибольший технико-экономический эффект достигается при использовании разработанных методов в спутниковых системах коллективного приема ТВ программ.
Связь темы с планом научных работ НИИР. Диссертация содержит результаты исследований, проведенных автором- в соответствии с тематическим планом НИИР по темам "Москва-Глобальная" и "Интеркосмос". Эти работы выполнялись в соответствии с постановлениями и решениями директивных органов. Часть исследований выполнена по заказам республиканских администраций связи,в соответствии с договорами НИИР при создании систем "Нарык" и "Якутия".
Реализация результатов работы.
1. Разработанные на основе предложенных методов"устройства адаптивного предыскажения "и корректирования ,ТВ сигнала СЕКАМ используются на Ыевдународномчэкспериментальном центре спутниковой связи "Дубна-Интеркосмос" для ТВ передач по спутниковым линиям диапазона 14/11 ГГц Дубна-Лондон и Прага-Дубна.
- g -
-
Разработанные на основе предложенных методов устройства нелинейного предыскажения и корректирования ТВ сигнала СЕКАМ используются в системе подачи ТВ программ с расширенной зоной обслуживания "Москва-Глобальная", системах спутникового ТВ вешания Республики Казахстан "Жарык" и Якутской-Саха Республики "Якутия".
-
Результаты исследований эффективных методов предыскажения и корректирования сигналов. ТІК и ТВЧ использованы в НИ-ИР при проведении научно-исследовательских работ по проектированию спутниковых систем передачи программ ТПК и ТВЧ (по теме "Интеркосмос").
Личный вклад автора в исследованиях по теме диссертации выразился в следующем.
Автор являлся ответственным исполнителем по разработке рассматриваемых методов и устройств нелинейного и адаптивного предыскажения ТВ сигналов в НИИР и их внедрению в новых CTR Все результаты по исследованию методов и устройств нелинейной и адаптивной обработки, приведенные в главах 2-5 получены лично автором.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и чолучили одобрение на Региональном семинаре ООН по проблемам космической технологии (СССР, 1988 г.), на Международном Симпозиуме "Спутниковая связь: реальность и перспективы" (Одесса, СССР, 1990 г.), на Всесоюзной конференции "Развитие и совершенствование технических средств ТВ вещания" (Шнек, 1988 г.), Всесоюзном семинаре "Статистический синтез и анализ информационных систем" (Севастополь, 1S91), XLVII научной сессии, посвященной Дню Радио (Москва, 1992), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Московского института связи (1990, 1991 гг.), на 25-ой конференции молодых ученых и
- 10 -специалистов HJffiP (1989 г. )-
Цубдикации. Основные результаты диссертационной работы -опубликованы в научно-технических журналах (7 работ), материалах конференций, семинаров и симпозиумов (8 работ), авторских свидетельствах СССР (1), а также отчетах ШИР.
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащих 105 страниц текста, 42 рисунков, 12 таблиц, списка литературы, включающего 98 наименований и 7 приложений.
