Расчет дальности приема сигнала цифрового телевидения DVB-T2

Размещено на http://www.allbest.ru/

СМК Ф 7.5.0-01-33

минобрнауки россии федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Электромагнитные поля и волны

на тему Расчет дальности приема сигнала цифрового телевидения DVB-T2

Череповец, 2015



Введение

В феврале 2006 года в рамках консорциума DVB был создан исследовательский комитет (Study Mission), который должен был оценить потенциал различных технологий. Через полгода работа комитета была закончена, и DVB приступил к разработке стандарта DVB-T2. Вначале консорциум определил набор коммерческих требований, определяющих рамки данной разработки:

* Трансляции Т2 должны приниматься на существующие домашние антенны, и переход на новый стандарт не должен требовать изменения инфраструктуры передающей системы. Это требование не позволило включить в стандарт технологию MIMO, которая потребовала бы новых приемных и передающих антенн.

* T2 в первую очередь должен быть ориентирован на передачу на фиксированные и портативные антенны.

* Т2 должен обеспечить, как минимум, 30%-ый прирост пропускной способности каналов относительно DVB-T при идентичных условиях передачи.

* T2 должен улучшить работу одночастотных сетей (SFN).

* T2 должен допускать возможность сосуществования в одном РЧ-канале услуг, передаваемых с разной степенью помехоустойчивости. Например, часть услуг, транслируемых по одному каналу шириной 8 МГц, может быть предназначена для приема на направленные антенны, установленные на крышах, а часть -- для приема на комнатные портативные антенны.

* Т2 должен повысить гибкость использования полосы и частот.

* Должен присутствовать механизм, снижающий отношение пиковой и средней мощности передаваемого сигнала. Это позволит снизить эксплуатационные расходы.

1. Структура системы DVB-T2

Таб. 1 Структура DVB-T2

	DVB-T2
Коррекция ошибок (FEC)	LDPC (Low Density Parity Check) + BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6
Режимы модуляции	QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM
Защитный интервал	1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128
Размерность ДПФ	1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k
Рассредоточенные пилот-сигналы	1 %, 2 %, 4 %, 8 % от общего числа
Непрерывные пилот-сигналы	0,35 % от общего числа
Полоса пропускания	1,7; 5; 6; 7; 8; 10 МГц
Макс. скорость передачи данных (при ОСШ 20 дБ)	45,5 Мбит/с
Требуемое ОСШ (для 24 Мбит/с)	10,8 дБ

напряженность кадр дециметровый

1.1 Основные особенности DVB-T2

Спецификация разработана прежде всего для приема на фиксированные наружные антенны и имеет такие же характеристики частотного спектра, как и у DVB-T, что предполагает возможность обратной совместимости с существующей инфраструктурой вещания. Как и DVB-T, DVB-T2 использует модуляцию OFDM (ортогональное частотное уплотнение) и предоставляет набор режимов с разным количеством несущих (1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k, 16k расширенный, 32k расширенный) и созвездиями модуляции (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM). Для защиты от ошибок DVB-T2 использует LDPC (проверка на чётность с низкой плотностью) и кодирование BCH (БЧХ -- Боуза-Чоудхури-Хоквингхема). Новая техника, известная как повернутые созвездия, была введена для обеспечения дополнительной устойчивости в определенных условиях.



Рис. 1 Созвездие 16-QAM

Стандарт DVB-T2 также требует внимательного обслуживания передающего оборудования. В частности в режиме 32k, генерируются высокие пики по мощности и, таким образом, сводится к минимуму эффективность усилителя (или он может даже выйти из строя). Для ограничения этих пиков без потери информации в спецификацию стандарта была введена специальная характеристика, называемая уменьшением PAPR (отношения пиковой мощности к средней).

1.2 Архитектура системы DVB-T2

Основным отличием между системами DVB-T2 от DVB-T является то, что мультиплексор должен быть подключен к T2 шлюзу. Этот T2 шлюз принимает один или несколько мультиплексов, то есть по одному на PLP, от мультиплексора и инкапсулирует их в немодулированные кадры. Далее T2 шлюз посылает этот контент модулятору DVB-T2 с помощью протокола интерфейса модулятора T2-MI.



Рис. 2 Архитектура системы DVB-T2

1.3 Структура кадра DVB-T2

DVB-T2 заимствует концепцую PLP (или канала физического уровня), введенную в спецификации DVB-S2. PLP -- это физический канал, который может передавать один или несколько сервисов. Каждый PLP может иметь различные скорости передачи данных и параметры защиты от ошибок. Например, можно разделить SD и HD сервисы на разные PLP. Другим примером является стандарт DVB-NGH (New Generation Handheld), который будет основан на возможности использования нескольких PLP для включения вещания мобильного телевидения поверх DVB-T2.

Стандарт DVB-T2 определяет несколько профилей:

Тип A: однопоточный вход, т.е. mono-PLP;

Тип B: многопоточный вход, т.е. multi-PLP. В режиме multi-PLP каналы PLP фрагментированы по времени. Режим multi-PLP подразделяется на несколько режимов:

Тип 1: Для каждого PLP выделено по одному временному интервалу в кадреT2. При этом от приемника требуется меньшая производительность.



Рис. 3 Символы COFDM тип 1

Тип 2: для каждого PLP выделено по два и более временных интервала в кадре T2. При этом увеличивается временное разнесение. Если не ставится целью экономия производительности приемника, то количество временных интервалов должно быть как можно больше.

Рис. 4 Символы COFDM тип 2

Частотно-временное разнесение (TFS) создает большой мультиплекс, объединяя радиочастотные каналы (до 6 каналов), чтобы создать один "вертикальный" канал для возможности эффективного статистического мультиплексирования. TFS в текущей спецификации DVBT2 является необязательным.



Рис. 5 Временное уплотнение кадра

При необходимости можно определить тип (1 или 2) для каждого PLP, а затем соединить в T2 кадре PLP разных типов.

T2 кадр начинается с преамбул P1 и P2. Ниже показана структура T2 кадра.



Рис. 6 Структура Т2 кадра

1.4 Интерфейс модулятора DVB-T2

T2 шлюз инкапсулирует данные в немодулированный (BaseBand) кадр. Эти BB кадры отправляются на DVB-T2 модулятор с помощью специального протокола интерфейса модулятора DVB-T2 MI, структура которого показана ниже.

Рис. 7 Модулятор DVB-T2 MI

2. Дециметровые волны. Особенности распространения

Общей особенностью для метровых и дециметровых волн является то, что они распространяются, в основном, в пределах прямой видимости. Напряженность поля волн убывает с увеличением расстояния от передающей антенны. У границы зоны прямой видимости возникают колебания уровня напряженности поля из-за огибания поверхности земли (явление дифракции) и искривление траектории волн за счет преломления в атмосфере (явление рефракции). Ввиду отражения от поверхности земли и преломления, обусловленного неоднородным строением атмосферы, в точку приема приходят две или более волн со случайными фазами и амплитудами. На распространение метровых и дециметровых волн также влияют метеорологические условия (температура, влажность, давление и т. д.), рельеф местности и многое другое.

Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость воздуха в атмосфере убывает с высотой, траектория радиоволны получается искривленной, причем степень искривления зависит от характера изменения электрических свойств атмосферы.

Поэтому дальность передачи телевизионного вещания несколько больше, чем рассчитанная теоретически.

С учетом рефракции дальность радиовидимости увеличивается примерно на 15% по сравнению с оптической (прямой видимостью) и определяется формулой:

где r- расстояние радиовидимости, км;

Н- высота установки передающей антенны, м;

h - высота установки приемной антенны, м.

например, если Н = 150 м, а h = 10 м, то дальность радиовидимости составит

= 63,5 км. Если же приемная антенна находится на крыше девятиэтажного дома (h=30 м), то дальность

= 73 км. Следовательно, при увеличении высоты подвеса антенн дальность радиовидимости увеличивается.

Область распространения метровых и дециметровых волн удобно разделить на три зоны: освещенную (зона, ограниченная пределами прямой видимости), полутени и тени.

Под освещенной зоной следует понимать зону гарантированного приема телевизионных передач (до 0,8r). Это пространство, в пределах которого обеспечивается напряженность электромагнитного поля, достаточная для регулярного и качественного приема телевизионных сигналов с помощью любого телевизора. В ближней зоне (несколько километров от передающей антенны), напряженность поля характеризуется большой неравномерностью в виде периодических максимумов и минимумов, обусловленных интерференцией в точке приема между прямой и отраженной от поверхности Земли радиоволной. При установке антенны необходимо учитывать, что напряженность поля изменяется так, как показано на графике рис. 8.



Рис. 8 Расположение максимумов напряженности поля

Высоту первого ближайшего к земле максимума можно определить по приведенной ниже формуле (справедлива для расстояния до 25 км):

где - высота первого максимума напряженности поля, м;

Рис. 9 Зоны распространения ультракороткиих волн

l - длина волны, м;

R- расстояние между передающей и приемной антеннами, м;

Н - высота передающей антенны над окружающей местностью, м.

А второй максимум будет находиться на высоте в 3 раза, а третий -- в 5 раз большей, чем первый максимум. Для ближней зоны также характерен спад уровня сигнала, поскольку прием может осуществляться от боковых лепестков диаграммы направленности.

С увеличением расстояния от передающего центра напряженность поля падает, при этом действующее значение напряженности электромагнитного поля E определяется уравнением

где Е - напряженность поля в свободном пространстве, мВ/м;

R - расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р- мощность передатчика, кВт;

n - к.п.д. фидера антенны в относительных единицах;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны

(относительно изотропной антенны). Если G выражено относительно полуволнового диполя, то под корень вводится множитель 1.64 при этом формула имеет вид

Для получения амплитудного значения напряженности поля, полученные значения при расчетах увеличивают в , т.е. в 1.4 раза.

Для удобства расчетов в ряде случаев напряженность поля выражают в децибелах по отношению к напряженности поля, равной 1 мкВ/м, и обозначают дБ/мкВ/м. В этом случае:

Е = 106,9 -20lg(R) +10lg(P) +10lg(G) +10lg(n), (2.5)

где Е- напряженность поля, дБ;

R- расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р- мощность передатчика, кВт;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны;

n- КПД фидера антенны в относительных единицах

Так как высота антенн (передающих и приемных) в большинстве случаев намного меньше расстояния между ними, то при удалениях менее 0,8 расстояния радиовидимости напряженность поля с достаточной для практических целей точностью можно рассчитать по формуле Б.А. Введенского:

Е=2,18*т*Н*h*/l*

где Е- напряженность поля, мВ/м;

R - расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р - излучаемая мощность передающего центра, кВт;

G - коэффициент усиления передающей антенны;

n - КПД передающей антенны;

Н - высота подвеса передающей антенны, м;

h - высота подвеса приемной антенны, м;

l - длина волны в метрах;

т - поправочный коэффициент, учитывающий кривизну земной поверхности.

Формула 2.6 применяется при соблюдении неравенств:

R<=0.8r, (2.7) Н*h*m/R*l<=0,1. (2.8)

Для расстояний не более 25 км земную поверхность можно' считать плоской, т.е. можно считать т=1 рис.2.3, для чего надо рассчитать зону радиовидимости по формуле 2.1, отношение R/r и .

Если эффективная излучаемая мощность передающей станции в глав ном направлении антенны

= Р * G * n, (2.9)

где - эффективная излучаемая мощность, кВт;

Р - мощность передатчика на входе фидера, кВт;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны относительно изотропной антенны;

n- КПД фидера антенны в относительных единицах;

то формула 2.6 примет вид:

Е=2,18-т-Н-h- */l* (2.10)

Рис. 10 График определения коэффициента m

Возможность приема в зоне полутени (от 0, 8r до 1, 2r) во многом зависит от используемой антенны. Дело в том, что напряженность поля в этой зоне полутени быстро убывает с увеличением расстояния от телевизионного передатчика. Прием телевизионного сигнала в течение дня нестабилен, наблюдаются как быстрые, так и медленные изменения напряженности поля.

Следует учитывать, что только на небольших расстояниях от передающей станции приемную антенну легко установить в точку максимума напряженности поля. С увеличением расстояния высота первого максимума резко уходит вверх, поэтому приемную антенну приходится устанавливать как можно выше.

На дальность приема сильное влияние оказывает рельеф местности. Наиболее сложны условия приема на сильнопересеченной местности и в горных районах: множественные отражения от вершин и склонов гор вызывают на экране телевизионного приемника многоконтурность изображения. Прием сигналов за горами, холмами, а также в низинах и оврагах практически невозможен. Поэтому в некоторых горных населенных пунктах принимать ТВ сигналы можно только при использовании телевизионных ретрансляторов. На прием ТВ сигналов влияют также погодные условия, приводящие к значительным замираниям уровня сигнала за счет неоднородностей воздушных масс (температура, влажность, давление) непрерывно изменяющихся во времени.

В горных районах и на пересеченной местности граница зоны приема определяется наличием прямой видимости (хотя в некоторых местах благодаря эффекту усиления сигналов клиновидными препятствиями появляется возможность приема телепередач на расстояниях, значительно превышающих расстояния прямой видимости). Для этого на топографической карте строится профиль трассы с учетом наличия естественных и искусственных препятствий (рис. 2. 4). Построение трассы [2. 1] выполняют в таком масштабе по горизонтали и вертикали, чтобы было удобно определять наличие просвета и высоту установки приемной антенны.

Рис. 11 График построения профиля местности

Возможность приема в зоне тени в большинстве случаев носит не регулярный характер. Тем не менее случаи удовлетворительного приема на расстояниях, в несколько раз превышающих расстояния прямой видимости, встречаются.

Дальний прием зависит от многих факторов -- состояния атмосферы, времени года, влияния солнечной активности и других, причем напряженность поля в случаях дальнего приема невелика.

Дальний прием возможен только на антенны с большим усилением. Условия, способствующие дальнему распространению радиоволн, возникают летом в ночное время над сушей, а в дневное время над морем. Сверхдальний прием возможен при определенных состояниях ионосферы, когда волны не проходят сквозь ионосферу, а отражаются от нее. Прием за счет отражений от ионосферы нерегулярен, чаще всего наблюдается на первом - третьем телевизионных каналах. Вследствие дальнего распространения радиоволн возможен одновременный прием передач местного и дальнего телецентра, при этом возникают искажения, имеющие вид утолщенных строк, перемещающихся в вертикальном направлении.

Прохождение волн на сверхдальние расстояния отмечается зимой в дневное время, в годы максимума солнечной активности (происходящие с периодом 11 лет и совпадающие с появлением большого числа пятен на Солнце). Существует прямая зависимость между числом пятен (в астрономии используется число Вольфа) и интенсивностью излучения. Чем больше число Вольфа, тем больше интенсивность излучения, тем сильнее ионизация слоев, тем лучше условия распространения радиоволн на высоких частотах.

Вероятность приема сигналов дальних телецентров чаще всего наблюдается на морском побережье, вследствие сверхрефракции. Обычно это происходит в летние месяцы при условии, когда температура воздуха выше температуры воды. Разность температур вызывает падение влажности, что в свою очередь влияет на коэффициент преломления воздуха с увеличением высоты и приводит к образованию волноводных слоев значительной протяженности.

Однако получение устойчивого изображения при дальнем и сверхдальнем приеме ТВ передач в течение длительного времени, вследствие аномальных явлений -- не представляется возможным.

Данные для расчетов зоны обслуживания цифрового телевидения

Таб. 2 Частоты мультиплексоров в г. Вологда

Город	Канал, F(частота)
Вологда	34(578)
Вологда	35(586)

H1 = 182 H2 = 6 H2 = 12

P = 5 КВт



D = 3,57 * [Іv(H) + Іv(h)] ? 57.236 при h = 6

D = 3,57 * [Іv(H) + Іv(h)] ? 58.119 при h = 12

Где D - расстояние прямой видимости

Антенна ANT-510F: 10dbi

Антенна Rhombus (Fagor): 17dbi



3. Расчет минимальной медианной напряженности поля

Для вычисления значений минимальной медианной плотности потока мощности и минимальной медианной напряженности поля для ТВ-канала с полосой частот 8МГц используются следующие формулы:

= F + 10) (4.1)

= C/N+ (4.2)

= + 10) (4.3)

= - + (4.4)

= + 120 + 10) = + 145,8 (4.5)

= + + (4.6)

= + 120 + 0) = + 145,8, где: (4.7)

- эффективный раскрыв антенны (дБ);

C/N -отношение «Сигнал/Шум», требуемое системой (дБ);

- поправочный коэффициент местоположений (дБ);

- минимальная медианная напряженность поля, планируемое значение (дБ(мкВ/м));

- минимальная напряженность поля в месте приема (дБ(мкВ/м));

- усиление антенны относительно полуволнового диполя (дБ);

- потери в фидере (2 дБ);

- поправка на индустриальный шум (дБ);

- минимальная плотность потока мощности в месте приема (дБ(Вт/));

- минимальная медианная плотность потока мощности, планируемое значение (дБ(Вт/));

- длина волны (м);

- мощность шума на входе приемника (дБВт);

F-шум-фактор приемника (дБ); В диапазоне рабочих частот принимается максимальное значение 6 дБ.

K-постоянная Больцмана (k = 1,38 10-23) Дж/K;

T0 -абсолютная температура (= 290 K);

B -ширина шумовой полосы приемника (7,77ЧГц для режимов 16k, 32k с расширенным спектром (extended); 7,71Чдля режима 8k с расширенным спектром(extended) и 7,61Ч Гц - для всех остальных режимов);

-минимальная мощность сигнала на входе приемника (дБВт)

Таб. 3 Значение поправки на влияния индустриального шума, в дБ

Диапазон	(дБ)
ОВЧ	1 дБ
УВЧ	0 дБ

- 129 дБВт

Расчет поправки на вероятность охвата местоположения , предполагает логарифмически нормальное распределение отсчетов принимаемых сигналов,

дБ: = м*у,

где: м -коэффициент распределения; который рассчитывается следующим образом: = (1 -x/100), где -множитель, значения которого приведены в таб.7, а x - процент местоположений, для которых требуется защита.

Коэффициент распределения равен 0 для 50%, 0,52 для 70%, 1,28 для 90%, 1,64 для 95% и 2,33 для 99% местоположений. у -стандартное отклонение отсчетов измерения, в дБ; для широкополосных сигналов стандартное отклонение в пределах крупных зон определено равным 5,5дБ.

Тогда для мобильного приема в транспортном средстве или внутри здания при 99% мест:

Прием DVB-T2 внутри заданий и транспортных средств будет сильно

зависеть от свойств стен зданий и конструкции автомобилей. Европейские исследования показали, что в среднем, потери на проникновение в автомобиль составляют 7-8 дБ со среднеквадратическим отклонением v= 2 дБ.

При этом потери для других транспортных средств могут быть выше, например в поезде.

Расчет минимальной медианной напряженности поля будет произведен для режима модуляции 16QAM при скорости кода 2/3 и частоты 578 МГц (34 ТВК) для антенны с = 10dbi (данные для C/N см. в таблице 12):

дБВт,

дБВт,

дБ

= -117 +4,54 + 2 = -110,46 дБ/

= + 145,8 = -110,46 + 145,8 = 35,34 дБмкВ/м,

= -110,46 + 12,8 = -97,66 дБ/

= + 145,8 = -97,66 + 145,8 = 48,14 дБмкВ/м

Расчет минимальной медианной напряженности поля будет произведен для режима модуляции 256QAM при скорости кода 2/3 и частоты 578 МГц (34 ТВК) для антенны с = 10dbi (данные для C/N см. в таблице 12):

= F + 10) = -129 дБВт

= C/N+ = 20 - 129 = - 109 дБВт

= + 10) = -4,54 дБ

= - + = -109 + 4,54 + 2 = -102,46 дБ

= + 145,8 = 43,34 дБмкВ/м

= + + = -89,66 дБ

= + 145,8 = 56,14 дБмкВ/м

Расчет минимальной медианной напряженности поля будет произведен для режима модуляции QPSK при скорости кода 2/3 и частоты 578 МГц (34 ТВК) для антенны с = 10dbi (данные для C/N см. в таблице 12):

= F + 10) = -129 дБВт

= C/N+ = 6 - 129 = - 123 дБВт

= + 10) = -4,54 дБ

= - + = -123 + 4,54 + 2 = -116,46 дБ

= + 145,8 = 29,34 дБмкВ/м

= + + = -104,46 дБ

= + 145,8 = 41,34 дБмкВ/м

Расчет минимальной медианной напряженности поля будет произведен для режима модуляции 16QAM при скорости кода 2/3 и частоты 578 МГц (34 ТВК) для антенны с = 17dbi (данные для C/N см. в таблице 12):



= F + 10) = -129 дБВт

= C/N+ = 12 - 129 = - 117 дБВт

= + 10) = 2,46 дБ

= - + = -117 - 2,46 + 2 = -112,54 дБ

= + 145,8 = 33,26 дБмкВ/м

= + + = -100,54 дБ

= + 145,8 = 45,26 дБмкВ/м

Расчет минимальной медианной напряженности поля будет произведен для режима модуляции 256QAM при скорости кода 2/3 и частоты 578 МГц (34 ТВК) для антенны с = 17dbi (данные для C/N см. в таблице 12):

= F + 10) = -129 дБВт

= C/N+ = 20 - 129 = - 109 дБВт

= + 10) = 2,46 дБ

= - + = -109 - 2,46 + 2 = -109,46 дБ

= + 145,8 = 36,34 дБмкВ/м

= + + = -96,66 дБ

= + 145,8 = 49,14 дБмкВ/м

Расчет минимальной медианной напряженности поля будет произведен для режима модуляции QPSK при скорости кода 2/3 и частоты 578 МГц (34 ТВК) для антенны с = 17dbi (данные для C/N см. в таблице 12):

= F + 10) = -129 дБВт

= C/N+ = 6 - 129 = - 123 дБВт

= + 10) = 2,46 дБ

= - + = -123 - 2,46 + 2 = -123,46 дБ

= + 145,8 = 22,34 дБмкВ/м

= + + = -110,66 дБ

= + 145,8 = 35,14 дБмкВ/м

Таб. 4 Минимальные медианные напряженности поля для разных модуляций

Режим модуляции	ANT-510F	Rhombus (Fagor)
QPSK	41,34 дБмкВ/м	35,14 дБмкВ/м
16QAM	48,14 дБмкВ/м	45,26 дБмкВ/м
256QAM	56,14 дБмкВ/м	49,14 дБмкВ/м

Таб. 5 Значение поправочного коэффициента местоположений, дБ

Вероятность охвата мест, %	Фиксированный прием
50	0
70	2,9
90	7,1
95	9,0
99	12,8



4. Расчет зоны покрытия

Метод Окамура-Хата описывает особенности распространения радиоволн над квазиплоской местностью и не учитывает особенности рельефа. Распространение основных лучей от передающей станции происходит выше крыш строений. Уравнение Окамура-Хата для напряженности поля имеет следующий вид:

(5.1)

- эффективная излучаемая мощность передатчика (ЭИМ), дБ Вт;

f - частота излучения передатчика;

- высота подвеса антенны передатчика над поверхностью земли;

- высота подвеса антенны приемника над поверхностью земли;

a() - поправочный коэффициент на высоту приемной антенны:

3,2lg-4,97 = 5,96 (5.2)

R - радиус зоны покрытия;

b - коэффициент, расширяющий действие модели для протяженности трассы:

b = 1 для R < 20 км

(5.3)

для 20 км < R < 100 км.

Таб. 6 Коэффициенты b, при R > 20

R(20:27)	1.00	1.015	1,026	1,035	1,044	1,051	1,058	1,065
R(28:35)	1,071	1,077	1,083	1,088	1,093	1,098	1,103	1,107
R(36:43)	1,112	1,116	1,120	1,124	1,128	1,131	1,135	1,138
R(44:51)	1,142	1,145	1,148	1,151	1,154	1,157	1,160	1,162
R(52:59)	1,165	1,168	1,170	1,173	1,175	1,178	1,180	1,182
R(60:67)	1,185	1,187	1,189	1,191	1,193	1,195	1,197	1,199

Из (5.1):

(5.3)

Следовательно, для расчета радиуса зоны покрытия DVB-T2 нам необходимо провести вычисления значение переменной R. Зная значение мощности передатчика P = 5кВт(37дБВт), нам необходимо увеличивать значение R, до тех пор, пока больше выражения в правой части уравнения.

Выберем значения минимального медианного напряжения из таблицы 7.3

Получаем следующую таблицу значений R:

Таб. 7 Радиус зоны покрытия DVB-T2 при приеме на различные антенны

QPSK 10dbi	50км
16QAM 10dbi	35км
256QAM 10dbi	22км
QPSK 17dbi	67км
16QAM 17dbi	41км
256QAM 17dbi	33км

Как видно из расчетов, расстояние, на котором можно принять сигнал, прямо пропорционально коэффициенту усиления приёмной антенны.

Выбор более помехоустойчивой, но в то же время белее медленной модуляции, увеличивает радиус покрытия DVB-T2.

График 1 Радиус покрытия территории при приеме на антенну с dbi = 10

График 2 Радиус покрытия территории при приеме на антенну с dbi = 17

Ссылка 1 Ссылка на таблицу Exel с расчетами по формуле 5.3

Применив формулу Б.А. Введенского, можно проверить результаты, полученные методом Окамура-Хата:

R = (6.1)

где: Н и h -- высота подъема передающей антенны и высота подвеса приемной антенны соответственно, м;

-- длина волны, м;

R -- дальность от вещательного центра до точки приема, в которой осуществляется измерение напряженности поля Е, км;

P - мощность передатчика, кВт;

G - коэффициент усиления передающей антенны, дБ; (при G = 10)

Таб. 8 Расчет для формулы Введенского

QPSK для антенны 10dbi	45,25 км
QPSK для антенны 17dbi	63,99 км
256QAM для антенны 10dbi	19 км
256QAM для антенны 17dbi	28,56 км

Таб. 9 Значение C/N



5. Расчет зоны покрытия с использованием ПО Radio Mobile

Далее произведем расчет зоны покрытия в программе Radio Mobile 11.4.7.

Для этого воспользуемся ранее полученными расчетными значениями: медианная напряженность поля для 99% времени и места E из таблицы 7.3, выходная мощность передатчика P = 5кВт, коэффициент усиления антенны =от 0 до 10 дБд. Программа использует топографические данные на основе SRTM.Shuttle radar topographic mission (SRTM) -радарная топографическая съемка большей части территории земного шара, за исключением самых северных (>60), самых южных широт (>54), а также океанов, произведенная за 11 дней в феврале 2000г с помощью специальной радарной системы.

Рис. 12 Карта высот г. Вологда и Вологодского района



Рис. 13 Карта дорог и дистанционное кольцо. Шаг кольца 5 км

Рис. 14.1 Зона приема антенны высотой 6м, dbi = 10, шаг кольца 5км



Рис. 14.2 Зона приема антенны высотой 12м, dbi = 10. Шаг кольца 5 км.

Рис. 16 Уровень сигнала

Рис. 15.1 Зона приема анны высотой 6м, dbi = 17. Шаг кольца 5 км

Рис. 15.2 Зона приема антенны высотой 12м, dbi = 17

Рис. 18 Уровень сигнала

Из расчетов, произведенных в Radio Mobile, можно сделать вывод, что зона приема в Вологодском районе не является постоянной. Зона покрытия цифрового телевидения при увеличенном подвесе антенны шире. Наблюдается увеличение мест приема dvb-t2 при использовании антенны с большим коэффициентом усиления. Согласно рисунку 15.1 и 15.2, радиус приема сигнала ровняется 45 и 50 км соответственно. На данных изображениях, используется коэффициент усиления антенны равный 10dbi в обоих случаях, отличны лишь высоты приемных антенн. В итоге, при приеме на антенну высотой 12 м, наблюдается увеличение радиуса действия сигнала, а также увеличивается плотность мест приема. Главная причина такого явления в рельефе и в особенностях распространения дециметровых волн, а именно, их распространение в пределах прямой видимости. На рисунках 17.1 и 17.2 коэффициенты усиления антенны равняются 17 dbi, в данном случае, также можно наблюдать увеличение радиуса покрытия с 65 км до 70 км, в случае с подвесом приемной антенны равной 12 м. Плотность покрытия местности при подвесе 12м также является более равномерным, отсутствует большое количество «белых пятен» у краев зоны приема.



Вывод

В ходе выполнения курсовой работе, был произведен расчет зоны покрытия цифрового телевидения вышкой, установленной в г. Вологда и вещающей в стандарте dvb-t2. Были произведены вычисления цифровых потоков стандарта dvb-t2 (таб.5.1-5.6), на основании этих таблиц, можно сделать выводы о прямо пропорциональной зависимости скорости модуляции и количества информации передаваемых цифровым потоком. Была рассмотрена методика расчета медианной минимальной напряженности поля для сигналов с QPSK, 16QAM, 256QAM модуляцией. Данные вычисления отражены в таблице 7.3 и на их основании, можно заключить, что, чем выше скорость модуляции, тем выше цифровой поток, однако, тем меньше помехоустойчивость, а значит, большее минимальное и медианное напряжения требуются в точке приема, для возможности получения сигнала. Изучен метод Окамура-Хата, результаты вычислений отражены в таблице 10 и графиках 1 и 2. Данные расчета отражают подтверждение того, что скорость модуляции влияет на распространение цифрового сигнала (скорость модуляции обратно пропорциональна радиусу действия сигнала). В excel таблице (ссылка 1) отражены расчеты для 2 видов антенн с 3 видами модуляции. Произведена расчетно-графическая работа в ПО Radio Mobile, которая предоставила визуализированные данные расчетов и подтвердила полученные в результате расчетов данные. Также данное программное обеспечение позволило не только найти радиус зоны покрытия цифрового сигнала, но и определения мест, где нет возможности принять сигнал, без использования более длинного подвеса. А также помогла определить влияние высоты приемной антенны на возможность приема сигнала в дециметровом диапазоне: прием при наличии прямой видимости. В таблице 11 были произведены расчеты для расчета зоны покрытия по формуле Введенского, можно сказать, что они подтверждают основные расчеты по методу Окамура-Хата и с помощью Radio Mobile. К сожалению, в нашем распоряжении не было реальных энергетических характеристик вологодской телевышки, поэтому полученные результаты могут отличаться от реальных.



Основные определения

зона обслуживания (зона уверенного приема) -территория, в пределах которой в присутствии внешних помех и шумов обеспечивается устойчивый прием ТВ-программ цифрового ТВ-вещания с заданным качеством приема;

зона покрытия-территория, в пределах которой величина напряженности поля равна или превышает величину минимальной медианной напряженности поля, определенную для конкретных условий приема и с заданной вероятностью охвата мест приема;

малая зона-площадка на исследуемой территории размерами приблизительно 100х100 метров, предназначенная для выбора на ней нескольких мест приема с целью получения усредненных (медианных) для данной зоны измеренных значений параметров ТВ-сигнала;

место приема - географическое местоположение с известными координатами, в котором осуществляется прием радиосигнала;

минимальная медианная напряженность поля (,дБ (отн. 1 мкВ/м)) -минимальное значение напряженности поля, необходимое для обеспечения требуемого качества приема в заданном проценте мест приема при наличии естественного или промышленного шума, но без помех от других передатчиков;

минимальная напряженность поля (,дБ (отн. 1 мкВ/м)) - минимальное значение напряженности поля, необходимое для обеспечения требуемого качества приема на стандартную установку индивидуального пользования при отсутствии промышленного шума и без помех от других передатчиков;



Использованная литература

1. Методика определения зоны обслуживания одиночной передающей станции наземного цифрового тв-вещания стандарта DVB-T2. Приложение №1 к решению ГКРЧ от 16 октября 2015 года.

2. Телевидение вещательное цифровое. Передающее оборудование для цифрового наземного телевизионного вещания DVB-T/T2. Технические требования. Основные параметры. Методы измерений. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

3. Телевидение вещательное цифровое. Приемники для эфирного цифрового телевизионного вещания DVB-T2. ГОСТ 55947-2014

4. http://www.cplus.org/rmw/english1.html - официальный сайт ПО Radio Mobile

Размещено на Allbest.ru

...