СмирновАВ_ССЦТВ_ЛК06_Семестр 2

1.

Центр дистанционного обучения
Современные системы цифрового телевидения
Семестр 2 Лекция 6
Приемные устройства систем цифрового
ТВ
ФИО преподавателя: Смирнов
Александр Витальевич
e-mail: [email protected]
online.mirea.ru

2. Антенны для приема наземного ТВ

Центр дистанционного обучения
Антенны для приема наземного ТВ
Требования: 470-862 МГц, коэффициент усиления, устойчивость к ветру.
10.8.20
online.mirea.ru

3. Структура ТВ приемника

Центр дистанционного обучения
Структура ТВ приемника
10.8.20
online.mirea.ru

4. Функции селектора каналов

Центр дистанционного обучения
Функции селектора каналов
В тюнере или селекторе каналов сигнал с антенного входа
усиливается, подавляются зеркальные каналы, сигнал выбранного
частотного канала переносится на промежуточную частоту (ПЧ),
значение которой обычно выбирается в интервале 36 – 39 МГц.
Частота сигнала на входе тюнера изменяется в диапазоне 48–862 МГц,
поэтому данный блок выполняется в виде отдельного высокочастотного
узла.
Ширина полосы частот одного канала наземного или кабельного
телевидения по отечественному стандарту равна 8 МГц. Тюнер
приемника цифрового ТВ может использоваться и для приема сигналов
аналогового ТВ вещания, передаваемых в кабельных сетях.
10.8.20
online.mirea.ru

5. Структура селектора каналов

Центр дистанционного обучения
Структура селектора каналов
10.8.20
online.mirea.ru

6. Усилитель ПЧ

Центр дистанционного обучения
Усилитель ПЧ
Усилитель ПЧ с АРУ обеспечивает избирательность по
соседнему каналу и усиливает сигнал в соответствии с диапазоном
входных напряжений демодулятора. Необходимая избирательность
достигается при помощи пьезоэлектрического фильтра на
поверхностных акустических волнах. В этом блоке может
выполняться дополнительное понижение ПЧ до 11 – 15 МГц.
Фильтр ПАВ состоит из пьезоэлектрической подложки, на которую
нанесены две группы электродов (П1 и П2). Акустическая волна создается
П1 и распространяется до П2, где преобразуется обратно в электр. сигнал.
10.8.20
online.mirea.ru

7. Демодулятор

Центр дистанционного обучения
Демодулятор
В демодуляторе осуществляется демодуляция радиосигнала
сигнала цифрового телевидения в соответствии со способом
модуляции, используемом в данном виде вещания. Структуры и
принципы работы демодуляторов наземного и кабельного
цифрового ТВ вещания по стандартам DVB описаны в
соответствующих разделах пособия.
В современной аппаратуре все операции выполняются в
цифровой форме в быстродействующем процессоре цифровой
обработки сигнала (ЦОС). На выходе демодулятора присутствует
транспортный поток с введенными в него проверочными символами
помехоустойчивого кодирования.
10.8.20
online.mirea.ru

8. Коррекция ошибок

Центр дистанционного обучения
Коррекция ошибок
В блок коррекции ошибок производится декодирование
помехоустойчивых кодов в соответствии со стандартом принимаемого
ТВ вещания. Так, в случае DVB-T2 выполняются внешнее
деперемежение, декодирование внутреннего кода LDPC,
декодирование внешнего кода BCH.
В потоке на выходе блока частота ошибок не должна превышать 1010 – 10-11 Ош/бит.
10.8.20
online.mirea.ru

9. Дескремблирование

Центр дистанционного обучения
Дескремблирование
Дескремблер осуществляет дескремблирование (расшифровку)
транспортного потока. Абонентская карта содержит данные,
необходимые для получения доступа к передаваемым в составе
транспортного потока контрольным словам скремблирования платных
ТВ программ. Контроллер обеспечивает взаимодействие
дескремблера с абонентской картой и с Пользователем. Эти функции,
как правило, выполняются основным процессором телевизора.
online.mirea.ru

10. Демультиплексирование TS

Центр дистанционного обучения
Демультиплексирование TS
Демультиплексор транспортного потока (ДМП) извлекает из
транспортного потока пакеты с видео, звуком и другими данными
выбранной ТВ программы и распаковывает эти пакеты, направляя
видео и звук на соответствующие декодеры, а другие данные – на
Контроллер.
10.8.20
online.mirea.ru

11. Декодирование и ЦАП

Центр дистанционного обучения
Декодирование и ЦАП
Декодеры видео и звука осуществляют декодирование
(декомпрессию) данных в соответствии с используемыми
стандартами сжатия.
ЦАП преобразуют сигналы видео и звука а аналоговую форму,
после чего видеосигналы направляются на блок управления
экраном, а звуковые сигналы – на усилители ЗЧ и
громкоговорители.
Отметим, что в современных телевизорах ЦАП видеосигналов
расположены непосредственно в самих ЖК и OLED панелях.
В случае приема аналогового сигнала его обработка, включая
декодирование сигнала цветности, также выполняются в
цифровой форме.
10.8.20
online.mirea.ru

12. Структура управления по шине I2C

Центр дистанционного обучения
Структура управления по шине I2C
Inter Integrated Circuit – «между интегральными схемами».
Каждая ИС телевизора имеет свой адрес. Контроллер обращается к нужной
ИС, посылая сначала ее адрес в последовательной форме бит за битом, а
потом посылая в нее данные или считывая из нее данные бит за битом.
10.8.20
online.mirea.ru

13. Некоторые функции в телевизорах

Центр дистанционного обучения
Некоторые функции в телевизорах
1. Шумоподавление, коррекция искажений.
2. Масштабирование видеоинформации к параметрам экрана.
3. Интерполяция во времени для повышения частоты смены
кадров на экране и переходе от чересстрочной развертки к
прогрессивной.
4. Обработка с целью увеличения числа уровней квантования.
5. Автоматическая настройка параметров отображения в
зависимости от окружающей освещенности и свойств контента.
6. Связь с Интернетом.
7. Работа под управлением ОС типа Android TV.
8. Работа в составе системы «Умный дом».
10.8.20
online.mirea.ru

14. Типы разъемов

Центр дистанционного обучения
Типы разъемов
10.8.20
online.mirea.ru

15. Антенны спутникового ТВ

Центр дистанционного обучения
Антенны спутникового ТВ
Среднеквадратическое отклонение точек поверхности рефлектора от
заданных положений, равное 0,3 мм, при частоте 12 ГГц приводит к
уменьшению коэффициента усиления на 0,1 дБ, а равное 1 мм – к
уменьшению на 1 дБ, что существенно.
10.8.20
online.mirea.ru

16. Типы подвески антенн

Центр дистанционного обучения
Типы подвески антенн
Подвеска должна обеспечить возможность наведения антенны на
нужный спутник.
Один из вариантов – обеспечить поворот антенны на 360о по
азимуту и в некоторых пределах по углу места. Этот тип подвески
называется А-УМ или azimut-elevation. Он требует поворота антенны в
двух плоскостях, что трудно реализовать с необходимой точностью.
Поэтому антенны с такой подвеской применяют в случаях, когда
переход на другой спутник не требуется.
Другой вариант – полюсная подвеска, при которой антенна сначала
устанавливается так, чтобы ось ДН была параллельна плоскости
экватора, а затем отклоняется так, чтобы ось ДН пересекала плоскость
экватора в области геостационарной орбиты. После этого антенну
можно поворачивать в некоторых пределах только в одной плоскости,
наводя на желаемые спутники.
10.8.20
online.mirea.ru

17. Поляризационное согласование

Центр дистанционного обучения
Поляризационное согласование
В спутниковом ТВ вещании по оси частот чередуются каналы с
разными типами поляризации: вертикальной и горизонтальной или
правой круговой и левой круговой. Полосы частот таких каналов
частично перекрываются. В приемной аппаратуре необходимо
разделять каналы с разными типами поляризации, чтобы между
ними не возникали взаимные помехи.
Параболический рефлектор и облучатель в виде открытого конца
круглого волновода не обладают избирательностью к поляризации
приходящих электромагнитных волн. Поэтому где-то после входа
облучателя и до входа усилителя необходимо поместить
устройство, позволяющее пропустить волну с нужным типом
поляризации и подавить волну с другим типом поляризации.
10.8.20
online.mirea.ru

18. Поляризатор на основе эффекта Фарадея

Центр дистанционного обучения
Поляризатор на основе эффекта Фарадея
1 - соленоид;
2 - ферритовый стержень;
3 - круглый волновод;
4 - распространение волны.
Ферритовый стержень
располагается на оси волновода и
подмагничивается полем
соленоида. Поворот плоскости
поляризации пропорционален току,
протекающему в соленоиде.
Ослабление 0,2...0,3 дБ.
10.8.20
online.mirea.ru

19. Разделение волн с круговой поляризацией

Центр дистанционного обучения
Разделение волн с круговой поляризацией
В случае круговой поляризации используют преобразование
ее в линейную поляризацию.
Один из вариантов – установка в круглом волноводе
диэлектрической пластины под углом 45о.
Другой вариант – установка в круглом волноводе двух
зондов под углом 90о. Сигнал с одного из зондов задерживается
по фазе на 90о. Затем сигналы с обоих зондов суммируются. В
результате выделяется волна с круговой поляризацией в одном
из направлений. Если задерживать на 90о сигнал другого зонда,
то будет выделяться волна с противоположным направлением
круговой поляризации.
10.8.20
online.mirea.ru

20. Плоские приемные антенны

Центр дистанционного обучения
Плоские приемные антенны
Плоские антенны строят на основе двумерных фазированных
антенных решеток (ФАР). Если расстояния между элементами ФАР
не превышают половины длины волны, то коэффициент усиления
равен
G
4
2
Lx Ly
где Lx, Ly – размеры ФАР по двум координатам. При равномерном
вкладе всех элементов в выходной сигнал такая ФАР будет иметь
весьма высокий уровень боковых лепестков ДН (-13,5 дБ). Для
уменьшения уровня боковых лепестков необходимо уменьшить
усиление сигналов с элементов, расположенных по краям. Но это
приведет к уменьшению эффективной площади антенны и,
следовательно, к уменьшению коэффициента усиления.
10.8.20
online.mirea.ru

21. Внешний вид плоской антенны

Центр дистанционного обучения
Внешний вид плоской антенны
10.8.20
online.mirea.ru

22. Назначение и структура конвертора

Центр дистанционного обучения
Назначение и структура конвертора
Назначение конвертора – усиление сигнала, принятого антенной,
перенос спектра сигнала вниз на первую промежуточную частоту и
последующее усиление для передачи по коаксиальному кабелю на
приемник (ресивер).
ВПП – волноводно-полосковый переход;
МШУ – малошумящий усилитель;
ПФ - полосовой фильтр; СМ - смеситель; Гет – гетеродин;
УПЧ – усилитель промежуточной частоты.
online.mirea.ru

23. Типовые требования к конвертору

Центр дистанционного обучения
Типовые требования к конвертору
Диапазон частот входного сигнала:
- в С-диапазоне 3,5 – 4,2 ГГц и 4,5 – 4,8 ГГц;
- в Ku-диапазоне 10,70 – 10,95 ГГц и 11,20 – 11,45 ГГц.
Диапазон частот выходного сигнала 900 – 2150 МГц.
Общее усиление 40 – 70 дБ.
Коэффициент шума – не более 1..2 дБ.
Диапазон окружающей температуры от -30 до +40 оС.
Конструкция конвертера должна обеспечивать его
работоспособность при воздействии осадков, солнечных лучей и
других факторов.
Нестабильность частоты гетеродина не более 700 кГц.
online.mirea.ru

24. Элементная база МШУ

Центр дистанционного обучения
Элементная база МШУ
1. Параметрические усилители, для которых требовалось охлаждение
до температуры жидкого азота или даже жидкого гелия.
2. Малошумящие полевые транзисторы СВЧ диапазона из арсенида
галлия (GaAs-FET). При длине затвора 0,25..0,3 мкм коэффициент
шума на частоте 14 ГГц составляет 1,5 – 2 дБ, а коэффициент
усиления – порядка 12 дБ.
3. Транзисторы, изготовленные по технологии HEMT (high electron
mobility transistor – транзистор с высокой подвижностью электронов).
Формируются на слоистой структуре (гетероструктуре),
обеспечивающей высокую подвижность электронов и тем самым
снижающей шум транзистора. На частоте 12 ГГц HEMT-транзисторы
имеют коэффициент шума не более 0,6..0,8 дБ.
online.mirea.ru

25. Многокаскадный МШУ

Центр дистанционного обучения
Многокаскадный МШУ
АБ - активный блок; СКЦ - согласующе-корректирующая цепь.
На входе и выходе МШУ должен быть согласован с
сопротивлениями источника сигнала и нагрузки. Источником сигнала
является волновод, соединяющий облучатель с входом конвертера,
а нагрузкой – вход ПФ или смесителя.
Обычно МШУ содержит 3 или 4 каскада.
online.mirea.ru

26. Требования к МШУ

Центр дистанционного обучения
Требования к МШУ
1. Необходимый коэффициент усиления во всей полосе
рабочих частот.
2. Низкий коэффициент шума.
3. Низкий коэффициент отражений.
Для выполнения этих требований необходимо выбирать
транзисторы с подходящими характеристиками и оптимально
распределять выполнение требований между каскадами,
проектируя СКЦ между ними.
Проектирование МШУ - задача многокритериальной
оптимизации.
online.mirea.ru

27. Требования к полосовому фильтру

Центр дистанционного обучения
Требования к полосовому фильтру
Задача - пропустить сигналы в рабочем диапазоне частот и
подавить сигналы за его пределами.
1. Избирательность по зеркальному каналу 30..50 дБ.
2. Не допускать попадания сигнала гетеродина на приемную антенну,
откуда этот сигнал может излучаться в пространство и создавать
помехи.
3. Ширина полосы пропускания приблизительно 800 МГц, что
соответствует полосе частот, выделяемой в Ku-диапазоне для ТВ
вещания.
4. Неравномерность АЧХ в пределах всей полосы пропускания ПФ
может быть достаточно большой, порядка 2..3 дБ, так как далее
будет использоваться сигнал только одного узкополосного (27 МГц)
канала.
online.mirea.ru

28. Конструкция и АЧХ ПФ

Центр дистанционного обучения
Конструкция и АЧХ ПФ
ПФ содержит 6 микрополосковых резонаторов. Вносимые
потери в полосе пропускания менее 3 дБ. Затухание на частоте
гетеродина (11,2 ГГц) более 30 дБ, а по зеркальному каналу в
полосе от 9,2 до 10,2 ГГц – более 50 дБ. Для предотвращения
непосредственной связи между входом и выходом ПФ помещен
между защитными стенками.
online.mirea.ru

29. Принципы построения гетеродинов

Центр дистанционного обучения
Принципы построения гетеродинов
Требования к гетеродину в конверторе спутникового ТВ:
- частота около 11 ГГц (Ku-диапазон);
- выходная мощность от 1 до 10 мВт;
- нестабильность частоты не более + 1 МГц в интервале
температур от -30 до +40 оС;
- генерация по возможности на одной частоте.
В настоящее время применяют гетеродины на основе полевых
транзисторов с барьером Шоттки. Такие устройства потребляют
значительно меньшую мощность, по сравнению с диодами Ганна.
Для стабилизации частоты в гетеродине используют
диэлектрический резонатор в обратной связи транзисторного
каскада. Для изготовления резонатора применяют
термостабильную керамику, что обеспечивает температурный
коэффициент частоты (ТКЧ) порядка + (1..5)∙10-6 К-1.
online.mirea.ru

30. Балансный смеситель

Центр дистанционного обучения
Балансный смеситель
Сигнал гетеродина на двух диодах
оказывается противофазным за счет их
встречного включения. Входной сигнал
при этом оказывается для двух диодов
синфазным за счет использования
отрезка линии полуволновой длины.
Результат – подавление амплитудных шумов гетеродина и шумов,
принятых по зеркальному каналу, а также четных гармоник сигнала
гетеродина. Для этого, однако, необходимо тщательно подбирать
пары диодов.
online.mirea.ru

31. Усилитель 1-й промежуточной частоты

Центр дистанционного обучения
Усилитель 1-й промежуточной частоты
УПЧ работает в дециметровом диапазоне. В нем можно
использовать как биполярные, так и полевые транзисторы.
Требуется относительно большая широкополосность
Δf / fср = 800 / 1300 ∙ 100% = 71%.
Поэтому необходимы широкополосные согласующие цепи и
схемные решения, обеспечивающие постоянство коэффициента
усиления в рабочем диапазоне частот с учетом спада усиления
транзисторов с ростом частоты.
Входной каскад УПЧ надо проектировать с целью минимизации
его коэффициента шума. Желательно, чтобы коэффициент шума
УПЧ не превышал 3..4 дБ.
online.mirea.ru

32. Конструкция конверторов

Центр дистанционного обучения
Конструкция конверторов
Герметичный корпус для защиты от влаги.
Фланец для присоединения к волноводу, идущего от облучателя.
Разъем для коаксиального кабеля, по которому сигнал с
конвертера направляется на приемник (ресивер). По этому же
кабелю к конвертеру подводится напряжение питания.
online.mirea.ru

33. Соединение конвертора с облучателем

Центр дистанционного обучения
Соединение конвертора с облучателем
Между облучателем и конвертором
находится деполяризатор, выбирающий
одно из направлений поляризации с
возможностью переключения.
Применяют и конверторы,
объединенные с облучателем. Но такие
устройства обычно предназначены для
определенного типа антенн. Кроме того,
такие конвертеры специализированы
для работы с определенными типами
поляризации
online.mirea.ru

34. Конвертор с несколькими выходами

Центр дистанционного обучения
Конвертор с несколькими выходами
К такому конвертору можно
подключить несколько ресиверов,
каждый из которых будет выбирать из
общей полосы частот один канал.
online.mirea.ru

35. Функции ресивера

Центр дистанционного обучения
Функции ресивера
Ресиверами общепринято называть приемные устройства
спутникового ТВ, находящиеся внутри помещения, например,
квартиры, и соединенные коаксиальным кабелем с выходом
конвертора, установленного в непосредственной близости у антенны.
Сигнал всего диапазона вещания с шириной полосы частот до
800 МГц поступает с конвертора на ресивер на первой
промежуточной частоте (ПЧ) в диапазоне примерно 0,9 – 2 ГГц.
Назначение ресивера – выделить сигнал принимаемого канала,
выполнить его демодуляцию и декодирование и преобразовать в
низкочастотные сигналы, содержащие видео и звуковую
информацию и направляемые далее на телевизор или монитор для
воспроизведения. Такие устройства называют также Set-Top-Box
(STB), то есть приставка.
10.8.20
10.8.20
online.mirea.ru

36. Структура ресивера

Центр дистанционного обучения
Структура ресивера
10.8.20
10.8.20
online.mirea.ru

37. Конструкция радиочастотного блока

Центр дистанционного обучения
Конструкция радиочастотного блока
Диапазон рабочих частот модуля 950 –
2150 МГц.
Уровень входного сигнала от -65 до -25
дБмВ.
Модуляция QPSK.
Символьная частота от 1 до 45
Мсимв/с.
Микросхема демодулятора ST Micro
STV0299B.
Напряжения питания для модуля +5 и
+30 В.
Потребляемая мощность до 1,6 Вт.
10.8.20
10.8.20
online.mirea.ru

38. Функции процессора

Центр дистанционного обучения
Функции процессора
Если 20 лет назад задачами микропроцессора были
взаимодействие с пользователем и пересылка команд по шине
I2C на другие ИС, то в современных ресиверах микропроцессор
выполняет практически все операции обработки сигналов:
демодуляцию, АЦП, декодирование помехоустойчивого
кодирования, демультиплексирование транспортного потока,
декодирование видео и аудиокомпрессии, формирование
выходных сигналов, поддержку интерфейсов.
Для ресиверов выпускают специализированные процессоры,
выполняющие перечисленные функции.
10.8.20
10.8.20
online.mirea.ru

39. Процессор

Центр дистанционного обучения
Процессор
10.8.20
online.mirea.ru

40. Конструкция платы ресивера

Центр дистанционного обучения
Конструкция платы ресивера
10.8.20
10.8.20
online.mirea.ru

41. Задняя панель ресивера

Центр дистанционного обучения
Задняя панель ресивера
10.8.20
10.8.20
online.mirea.ru

42.

Центр дистанционного обучения
Спасибо за внимание!
online.mirea.ru