Спочатку можливості ефірного прийому систем КТВ були обмежені, оскільки їм був доступний прийом сигналів тільки від наземних радіомовних джерел (сигнали НТВ), для чого часто доводилося вживати спеціальних заходів. З'являлося безліч проблем, пов'язаних з доступністю ефірного сигналу при наявності в яку обслуговує галузі природничих височин або висотних будівель. У місцях, де природний прийом був неможливий, доводилося споруджувати високі щоглові структури і використовувати масивні комплекси антен. Висотні об'єкти можуть бути причинами утворення так званих "колодязів" і перевідбиттів сигналу. На рис. 12.1 показана така ситуація, коли сигнал від ефірної мовної станції приходить в точку прийому двома шляхами. В результаті відображення від будь-якого об'єкта відбитий сигнал, також приймається антеною на головній станції, але проходить довший шлях, ніж сигнал, що приймається за прямим шляху, тому приходить на антену пізніше, ніж прямий сигнал. Відбитий сигнал може створювати видиму перешкоду, відображаючись на екрані телевізора у вигляді вторинного контуру, зміщеного горизонтально від оригінального зображення на величину, що залежить від часу запізнювання. Наскільки неприємним виявляється цей ефект для глядача, залежить як від різниці в часі між двома зображеннями, так і від амплітуди відбиття.
Технологія супутникового прийому повністю змінила цю ситуацію, надавши можливість прийому великої кількості програм з високою якістю і практично в будь-якій точці, що знаходиться в зоні обслуговування даного супутника (сигнали СТВ). Супутники телевізійного мовлення, яких існує сьогодні більше сотні, стали головним джерелом сигналів для головних станцій систем КТВ.
До найбільш популярних супутників, сигнали яких впевнено приймаються в європейській частині Росії, відносяться супутники Thor, Astra, Intelsat 707, Eutel-sat, Hot Bird, Експрес, Галс. Здатність прийому супутникових програм є одним з основних вимог до сучасних систем КТВ, тому навіть системи невеликого масштабу мають таку здатність. Інтерес до перегляду програм супутникового телебачення останнім часом значно зріс, оскільки ця технологія вже майже стала загальнодоступною і переходить в розряд побутової. Загальнодоступною вона стає завдяки появі в продажу індивідуальних приймальних установок супутникового телебачення, які вже становлять реальну конкуренцію системам колективного прийому супутникових програм по розподільчої кабельної мережі за допомогою комплексу антенного обладнання, що встановлюється на головній станції. Супутники телевізійного мовлення здатні безпосередньо обслуговувати приватних абонентів, що мають домашні станції супутникового прийому. Якщо ціна побутових супутникових приймачів становить не більше 400 дол., То ця служба стає привабливою для безлічі приватних споживачів і може вважатися рентабельною. Приймальні антени для домашніх супутникових приймачів повинні мати невеликий розмір, наприклад, не більше одного метра. Це вимагає використання захищених методів модуляції і високочувсвітельного приймальних пристроїв. У Росії найбільший інтерес в цьому сенсі являє проект НТВ-плюс. Абонентський комплект, що включає малогабаритну супутникову тарілку і цифровий супутниковий ресивер , Надає можливість прийому близько 30 каналів.
Проте, колективний прийом супутникових програм по кабельній мережі має ряд очевидних переваг в порівнянні з індивідуальним прийомом, як для абонента, так і для оператора кабельної мережі. По-перше, абонент буде позбавлений необхідності купувати досить дорогу індивідуальну установку, до складу якої входить супутниковий ресивер і приймальня параболічна антена. Вартість підключення по мережі обійдеться йому набагато дешевше (як показує практика, в 4 - 5 разів). По-друге, абонент, підключаючись до кабельної мережі, отримує можливість користуватися всіма послугами, що надаються нею, в числі яких може бути і доступ в Інтернет, і телефонія, і, зрозуміло, перегляд програм ефірного телебачення. По-третє, для оператора вартість будівництва системи в розрахунку на одного абонента знижується за рахунок збільшення числа абонентів.
Перші телевізійні супутники з'явилися на початку 1960-х років. Тоді вони розташовувалися на так званих асинхронних орбітах для того, щоб уникнути транзитної затримки передачі, викликаної становищем супутника на вищій орбіті. Пізніше стали використовувати синхронні орбіти. На рис. 12.2 зображений супутник, що знаходиться на висоті 35850 кілометрів над землею. Орбіта цього супутника є синхронною і геостаціонарній. Синхронної орбіта називається тому, період обертання супутника навколо землі дорівнює періоду обертання землі навколо своєї осі (24 годинах), тобто обертання супутника синхронізовано з обертанням землі. Геостаціонарній називається орбіта, на якій супутник, знаходиться завжди в одній і тій же точці над поверхнею землі. При іншій висоті орбіти супутник буде обертатися навколо землі за час, відмінне від 24 годин і, отже, буде несинхронним по відношенню до землі. В результаті з землі буде спостерігатися переміщення супутника і всі приймальні антени на землі повинні будуть стежити за цим переміщенням. Супутник на асинхронної орбіті буде на деякий час йти за горизонт і протягом цього часу ресивер не зможе приймати сигнал. Робота зі супутниками, розташованими на геостаціонарній орбіті, не має цих недоліків. Зокрема, спрощується технічний процес організації зв'язку, стає можливою безперервна цілодобовий зв'язок, досягається висока стабільність параметрів сигналу, а також відпадає необхідність в дорогих і складних пристроях стеження за положенням супутника - прийомні антени наземної станції фіксуються нерухомо. Це дозволяє використовувати антени більшого розміру з великим посиленням. Для підтримки супутника на синхронної геостаціонарній орбіті потрібно його постійне позиціонування, тобто відстеження його положення і коригування орбіти. Для цього використовуються двигуни, що живляться енергією сонячних батарей.
Шлях передачі сигналу через супутник показаний на рис. 12.2. Надвисокочастотний сигнал діапазону СТВ поширюється у вільному просторі зі швидкістю світла, яка становить 3-108 м / с. Будь-якому сигналу, переданому з наземної станції, для проходження відстані до супутника, а потім назад до приймаючої наземної станції потрібно близько 0,24 с. При передачі телевізійних сигналів ця затримка не має значення, однак, при передачі телефонії затримка відчувається в розмові. Якщо, в передачі на велику відстань задіяні два супутникових ланки, то затримка може стати в деяких додатках відчутною. Супутники в цій схемі фактично є радіорелейними станціями для наземних телевізійних систем.
Супутникове мовлення здійснюється відповідно до свого частотним планом (регламентом супутникового радіозв'язку), який був прийнятий всесвітньою організацією МККР в 1977 р Цим регламентом частотні діапазони супутникового мовлення призначені для трьох умовно виділених географічних районів земної кулі. У перший район входять європейська частина Євразії і вся Африка, в другій район входить Азія і Австралія, а в третій - Північна і Південна Америка. Росія, таким чином, потрапляє в перший район супутникового мовлення. Частотні діапазони, виділені для супутникового мовлення, наведені в табл. 12.1.
Найбільш часто використовується нижня частина С-діапазону (3,70 - 4,20 ГГц) і нижня частина Ku-діапазону (10,7 - 12,75 ГГц). Ширина діапазону З становить всього 500 МГц, а ширина смуги частот, займаної Кі-діапазоном, становить понад 2 ГГц. Вищі за частотою діапазони мають велику ємність, але їх освоєння поки менш економічно. Деякі діапазони СТВ розбиті на декілька піддіапазонів. Наприклад, Ku-діапазон має 3 поддиапазона: FSS (Fixed Satellite Service) на частотах 10,70 - 11,70 ГГц, DBS (Direct Broadcast Service) на частотах 11,70 - 12,45 ГГц і BSS (Broadcast Satellite Service) на частотах 12,45 - 12,75 ГГц. Кожен діапазон може використовуватися в двох взаємно перпендикулярних напрямках поляризації, наприклад, вертикальному і горизонтальному, що збільшує їх канальну ємність вдвічі. У діапазонах СТВ виділені частоти, які використовуються для прямої передачі сигналів з супутника на землю, і частоти, які використовуються для зворотної передачі з землі на супутник.
Рівень супутникового сигналу визначають в одиницях ЕІВП (еквівалентної изотропно-випромінюваної потужності), яка характеризує щільність потоку потужності сигналу в точці прийому і вимірюється в одиницях дбвт / м.
Перед надходженням безпосередньо на приймальне обладнання наземної головної станції сигнали супутникових діапазонів перетворюються в сигнали діапазону, сприйманого супутниковим приймачем. Використовується два діапазони частот вхідного сигналу для супутникових приймачів: перший, стандартний, знаходиться на частотах 950 - 1750 МГц, а другий, розширений, займає частоти 900 - 2150 МГц.
Основним елементом обладнання супутника телевізійного мовлення є транспондер. Транспондер являє собою комбінацію передавального і приймального обладнання, яке приймає сигнал на одній частоті і потім передає його вже на іншій частоті. Робоча потужність супутникового передавача обмежена, тому передача сигналу повинна здійснюватися за допомогою прогресивних методів модуляції, що забезпечують високу перешкодозахищеність сигналу. В даний час для супутникового мовлення використовується аналогова частотна модуляція (ЧМ) і цифрова модуляція. Перехід на цифрову модуляцію QPSK і QAM істотно підвищив перешкодозахищеність і зменшив необхідну потужність передачі. Стандарт DBS (Digital Broadcast Satellite) регламентує принципи організації системи цифрового супутникового мовлення. При переході на цифрові канали використовується кодування (стиснення) сигналу за стандартом MPEG-2 в потік даних зі швидкістю передачі від 3 Мбіт / с до 30 Мбіт / с.
Супутники, використовувані в даний час, можуть передавати одночасно десятки каналів. Для обробки сигналу кожного каналу на супутнику існує окремий блок транспондера. Зауважимо, що в процес обробки сигналу транспондером не входить його модуляція і демодуляція. Високочастотна несуча, що передається з землі на супутник, вже модулювати за частотою інформаційними аудіо і відео сигналами і глибина модуляції транспондером не змінюється. Смуга ЧМ сигналу одного аналогового телевізійного каналу дорівнює 27 МГц, а ширина захисної смуги між частотами сусідніми каналами становить 4 МГц, таким чином, кожен аналоговий телевізійний канал вимагає смуги 31 МГц. Оскільки смуга діапазону З становить 500 МГц, то в ній можуть розміститися тільки 16 аналогових телевізійних каналів. Але застосування антен з поділом за двома напрямками поляризації дозволяє повторно використовувати частоти тих же 16 каналів, так що загальне можливе число каналів стає рівним 32. Діапазон Кі дозволяє розмістити в обох поляризаціях близько 130 аналогових каналів. При переході на цифрове мовлення сигнал в модуляції QAM, що займає смугу частот 36 МГц, стискається кодером MPEG-2 до смуги 8 МГц без втрати якості передачі, що дозволяє збільшити число каналів, що транслюються ще в кілька разів. Зрозуміло, прийомні антени на землі також повинні бути здатні приймати аналогові і цифрові сигнали в обох поляризаціях.
За допомогою встановленої на супутнику передавальної антени з високою спрямованістю сигнал може бути направлений в необхідний географічний район. Антена концентрує СВЧ енергію і зменшує таким чином і її розсіювання. Контур діаграми спрямованості супутникової передавальної антени на поверхні землі показує розподіл зони обслуговування по потужності супутникового сигналу. Шлях передачі від супутника до місця установки прийомної антени повинен бути вільний, тобто супутник повинен знаходитися в прямій видимості, щоб сигнал на своєму шляху не зазнавав загасання на локальних перешкодах. Перешкодами можуть бути не тільки непроникні об'єкти, але і такі об'єкти як щільні грозові хмари в атмосфері або сильний сніг. Чим більше сфокусований і потужний сигнал буде передавати супутник в напрямку наземної станції, тим менше посилення повинно буде забезпечувати приймальне обладнання наземної станції.
З метою захисту від безкоштовного несанкціонованого перегляду виробник супутникових програм, як правило, кодує свій відеосигнал. На даний момент існує і застосовується кілька систем кодування аналогових і цифрових сигналів СТВ. Серед найбільш відомих можна назвати системи Viaccess, Power Vu, Irdeto, Mediaguard, Cryptowork. Сенс кодування полягає в зміні вихідного сигналу за певним алгоритмом, який робить його непридатним для перегляду після демодуляції. Щоб відновити оригінальну відеосигналу приймач на головній станції КТБ повинен спочатку декодувати сигнал по тому ж самому алгоритму, отже, частиною обладнання головної станції повинен бути декодер. Крім того, в більшості систем для авторизації доступу оператор повинен придбати smart-карту, яка дозволяє перегляд програм конкретного виробника в конкретній системі кодування протягом певного часу. Авторизована (дійсна) карта отримує ключ, що забезпечує декодування. В даний час певна кількість каналів відкрито для безкоштовного перегляду, в основному це суспільно-політичні канали або канали новин. Канали розважального характеру, спортивні та фільмові зазвичай передаються в закритому вигляді. Після закінчення сплаченого часу необхідно знову авторизувати карту, сплативши наступний термін.