WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭФИРНОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ ...»

-- [ Страница 3 ] --

Все передающие станции планируется оснастить многоэтажными антеннами с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, с коэффициентами усиления 9 dB, а в вертикальной плоскости должен обеспечиваться необходимый наклон антенны по углу места.

Расчет выходной мощности передатчиков проведем согласно рекомендации МСЭ–R 1546–3 с использованием метода Окамура–Хата.

Метод Окамура–Хата описывает особенности распространения радиоволн над «квазиплоской» открытой местностью и не учитывает особенности рельефа.



Распространение основных лучей от передающей станции происходит выше крыш строений.

Уравнение Окамуры–Хата для напряженности поля имеет следующий вид E мед = 39,82 + PЭИМ 6,16logf +13,82logh1 + a(h2 ) ( 44,9 6,55logh1 ) ( logR)b, (2.10) где PЭИМ – эффективная излучаемая мощность передатчика (ЭИМ), дБВт, f – частота излучения передатчика, h1 – высота подвеса антенны передатчика над поверхностью земли, h2 – высота подвеса антенны приемника над поверхностью Земли, a(h2 ) – поправочный коэффициент на высоту приемной антенны, R – радиус зоны покрытия, b – коэффициент, расширяющий действие модели для протяженности трассы.

–  –  –

Используя выражение (2.13), а также учитывая затухание в питающих фидерах, вычислим значения выходной мощности различных передатчиков с определенными параметрами (частота излучения, высота подвеса и т.п.).

Чтобы сравнить выражение 2.10 и 2.13 исследуем их функции зависимости от радиуса зон покрытия для формулы Окамура–Хата (2.10) и Введенского (2.12):

–  –  –

Рисунок 2.10 – Графики зависимостей напряженности поля по формуле Окамуры–Хата и Введенского от радиуса зоны покрытия Из графика видно, что в «дальней зоне» значения функций близки и различаются в пределах 2%.

Таким образом, в случае распространения радиоволн над квазиплоской поверхностью Земли, формула Введенского может быть использована, но при этом требуется введение поправочного коэффициента m=0.95.

В этом случае, для определения напряженности поля над квазиплоской поверхностью земли, с учетом поправочного коэффициента и затухания в питающем фидере, формула Введенского принимает следующий вид 2,18 P D h1 h2 m, (2.16) Em = r2 где m = 0,95 – безразмерный поправочный коэффициент.

Следовательно, формула Введенского остается актуальной для расчета зон покрытия цифровых телевизионных передатчиков в дальней зоне.

В рамках исследования был проведен эксперимент по измерению уровня электромагнитного поля в зоне покрытия. Задачей эксперимента являлось определение реальной зоны уверенного приема передатчика мощностью 100 Вт в цифровом режиме и оценка качества принимаемых программ.

В качестве передающего оборудования использовался DVB–T2– передатчик TTUD100 производства компании «Микротек». Контроль за качеством и уровнем сигнала осуществлялся анализатором спектра ETL фирмы Rohde & Schwarz.

Прием производился на антенну с коэффициентом усиления КУ = 4 дБ, закрепленную на штанге высотой 4 метра.

Передающая антенна с высотой подвеса 180 метров имела коэффициент усиления 9 дБ, фидер диаметром 1 5/8 дюйма.

В качестве испытательного сигнала подавался транспортный поток из четырех телевизионных программ, со скоростью 24 Мбит/сек. Оптимальным режимом для передачи такого сигнала, обеспечивающим уверенный прием, был выбран режим модуляции 64–QAM с относительной скоростью кодирования 2/3 и защитным интервалом 1/32.

На рисунке 2.11 представлены расчетные и экспериментальные графики зависимости напряженности электромагнитного поля от расстояния между передатчиком и приемником.

Рисунок 2.11 – Графики зависимости напряженности поля от расстояния

Из графиков видно, что рассчитанные и измеренные значения уровня электромагнитного поля достаточно близки, чтобы утверждать, что метод Окамуры–Хата пригоден для расчета зон покрытия цифровых телевизионных передатчиков. То же можно утверждать и про метод Введенского, с условием, что в расчетах будет учитываться поправочный коэффициент m=0,95.

На практике проверено, что методы для расчета зон покрытия аналоговых телевизионных передатчиков применимы и в расчетах зон покрытия цифровых телевизионных передатчиков со следующими параметрами транспортного цифрового потока: режим модуляции 64–QAM с относительной скоростью кодирования 2/3 и защитным интервалом 1/32.





На рисунке 2.12 изображено окна интерфейса программного продукта «Zona 2.0». В основе моделирования лежит математическая функция интерполяции значений напряженности поля. Зная несколько значений напряженности электромагнитного поля на промежутке между передающей и приемной антеннами, появляется возможность построить сглаженную кривую приближенную к реальной.

–  –  –

Рисунок 2.13 – Изображение интерфейса программного продукта «Zona 2.

На рисунке 2.13 представлена зона покрытия без применения алгоритма оптимизации. Зона покрытия телевизионной радиостанции, полученная при помощи программного пакета «Пиар 4.56» – фиолетовый и «Zona» – черный.

Расчетные значения напряженности электромагнитного поля отличны от измеренных. Но отличие является незначительным, если учесть то, что программа не в полной мере учитывает неровности земной поверхности. Также немаловажный фактор расхождения рассчитанных значений с измеренными – это непостоянство электромагнитного поля в точке приема.

На ранних этапах проведения исследований зон покрытия цифровых телевизионных радиостанций, были произведены расчеты и проведены измерения.

После применения алгоритмов оптимизации, получим следующие зоны покрытия (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 – Зона покрытия радиостанции после применения алгоритмов оптимизации Красными линиями отмечены области без покрытия электромагнитным полем.

Средняя линия зон покрытия является оптимальной, потому что в этой зоне находится минимальное количество районов без достаточной напряженности поля и охватывается максимальная площадь территории.

Сравнение измеренных уровней сигнала с рассчитанными показало их различие не более чем на 6%.

2.3 Мониторинг параметров сигнала DVB–T2

На сегодняшний день использование современных телекоммуникационных технологий позволяет построить качественное, надежное и экономически обоснованное управление цифровым телевизионным передающим комплексом [66, 67, 68].

Система дистанционного контроля и управления радиотелевизионными передатчиками включает в себя, по меньшей мере, один управляющий модуль для дистанционного управления, один исполнительный модуль, при этом управляющий модуль включает микроконтроллер, управляющий беспроводным приемопередатчиком, управляющий модуль, который посредством приемопередатчика осуществляет обмен кодированными сигналами с исполнительным модулем, один исполнительный модуль, включающий приемопередатчик, посредством которого осуществляется обмен кодированными сигналами с управляющим модулем, микроконтроллер с аналого–цифровым преобразователем (АЦП) и последовательно установленные разъем для подключения к электросети, датчик тока, реле размыкания/замыкания и разъем для подключения электроприбора. При этом датчик тока связан с микроконтроллером с АЦП, микроконтроллер с АЦП связан с приемопередатчиком для передачи величины потребляемого электроприбором тока на управляющий модуль, кроме того, по сигналу управляющего модуля, принятого приемопередатчиком, микроконтроллер с АЦП управляет реле размыкания/замыкания.

Система (рисунок 2.15) предназначена для дистанционного контроля основных рабочих параметров и управления оборудованием. Управление оборудованием осуществляется по сетям Ethernet (так же поддерживается маршрутизация через Интернет и другие сети с поддержкой протокола TCP/IP), GSM и проводной телефонной линии.

Функциональные возможности системы дистанционного контроля цифрового телевизионного передатчика:

–контроль и управление параметрами оборудования, опрашиваемого внутренним контроллером – напряжения и токи всех источников питания передатчика, температура внутри блоков, падающая, отраженная и входная мощности и т.п. (зависит от состава конкретного передатчика);

– включение\выключение оборудования;

– интерфейс управления внешними устройствами;

– контроль состояния внешних датчиков (пожарная сигнализация, охранная сигнализация, температура в помещении и т.п.).

Рисунок 2.15 – Структурная схема системы дистанционного контроля и управления цифровыми радиотелевизионными передатчиками Исполнительный модуль коммутирует данные из сети RS–485 в сети Ethernet, GSM или телефонные.

Помимо этого, блок имеет TTL–входа, состояние которого опрашивается программой. Его можно использовать, например, для подключения датчиков сигнализации (пожарной, охранной и т.п.).

Так же исполнительный блок позволяет удаленно управлять выходами TTL, которые можно подключить к исполнительным механизмам, включения– выключения вентиляции и т.п.

Имеются входы видеодетекторов, состояние которых доступно программно.

Эти входы можно использовать для дополнительного контроля оборудования (видеонаблюдение), подключенного к исполнительному модулю.

Отличительной чертой организации вещания на объектах связи является его низкая рентабельность, где содержание технического штата занимает существенную часть всех расходов, связанных с финансированием вещания.

Оптимальным решением в такой ситуации служит создание необслуживаемых объектов связи с системой дистанционного управления и контроля передатчиками (рисунок 2.16).

–  –  –

Рисунок 2.16 – Входные и выходные параметры интерактивной системы эфирного ЦТВ с обратной связью Например, значение уровня сигнала на входе абонентского приемника U, будет соответствовать значению выходной мощности передатчика.

При изменении одного или нескольких входных параметров приемника (прямая связь), например, из–за усиления помех в канале, на вход передатчика по заранее

–  –  –

мощность, Вт Потребляемая мощность, Вт На основе этих данных строим зависимость потребляемой мощности от излучаемой (рисунок 2.17).

Рисунок 2.17 – График зависимости потребляемой мощности от излучаемой

–  –  –

Иными словами, уменьшив излучаемую мощность передатчика на 1 Вт, потребляемая снизится на 5,5 Вт.

Пример:

Высота подвеса передающей антенны – 182 м, излучаемая мощность передатчика – 2000 Вт, потребляемая мощность передатчика 14300 Вт, коэффициент усиления передающей антенны – 12 дБ, 23 ТВК (490 МГц). Если излучаемую мощность передатчика с 2000 Вт снизить до 1900 Вт (5%), то радиус зоны уверенного приема, согласно расчетам, снизится на 700 м (4%), потребляемая мощность сократится на 550 Вт (2%), что в годовом выражении приведет к экономии в 4,7 МВт.

2.4 Выводы по разделу

Решение задач мониторинга не только передающих средств, но и 1.

принимающих позволит повысить качество и надежность систем эфирного ЦТВ, в том числе в части гражданской обороны (оповещение населения при чрезвычайных ситуациях).

Значения оценок зон покрытия по Введенскому и Окамура-Хата на 2.

расстоянии более 10 км от передающего центра близки и различаются в пределах 2%.

Использование интерактивных устройств при обеспечении обратной 3.

связи в системах эфирного ЦТВ позволяет сэкономить электроэнергию до 15% для передатчиков с излучаемой мощностью более 5000 Вт, а для передатчиков с излучаемой мощностью менее 5000 Вт экономия составит до 10%.

Использование интерактивных устройств при обеспечении обратной 4.

связи в системах эфирного ЦТВ позволяет увеличить срок эксплуатации цифровых телевизионных передатчиков.

Чтобы подтвердить выдвинутые предположения о необходимости 5.

использования интерактивных устройств в системах эфирного ЦТВ, в разделе 3 представлены результаты экспериментальных и лабораторных исследований.

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ

ЭФИРНОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

На данный момент известны многие способы оценки помехоустойчивости систем эфирного ЦТВ [11, 12, 13], но в вышеуказанных исследованиях либо анализировались системы устаревших стандартов, либо в качестве испытательного сигнала использовался идеализированный поток. В работе автора в качестве потока был использован реальный поток сигнала стандарта DVB-T2 и применен способ имитации среды распространения для передачи сигнала.

3.1 Планирование и проведение лабораторного эксперимента

Методы планирования эксперимента позволяют минимизировать число необходимых испытаний, установить рациональный порядок и условия проведения исследований в зависимости от их вида и требуемой точности результатов. Если же по каким–либо причинам число испытаний уже ограничено, то методы дают оценку точности, с которой в этом случае будут получены результаты. Методы учитывают случайный характер рассеяния свойств испытываемых объектов и характеристик используемого оборудования. Они базируются на методах теории вероятности и математической статистики.

Планирование лабораторного эксперимента включает ряд этапов [71, 72].

Цель эксперимента. Исследовать помехоустойчивость сигналов стандарта DVB–T2 в системах эфирного ЦТВ.

Условия проведения эксперимента. Эксперимент заключался в измерении параметров сигнала (уровень, MER – коэффициент ошибок модуляции, preBER (количество ошибок перед декодером), postBER (количество ошибок после декодера), количество неисправленных ошибок). Комплекс оборудования использовался для трансляции сигнала DVB-T2 по схеме, которая используется на радиотелевизионных передающих станциях (РТПС), с одним лишь отличием:

вместо «эфира» распространения радиоволн автором было предложено использовать в схеме широкополосный аттенюатор с шагом ослабления в 1 дБ.

Условный «эфир» принят за идеальную среду распространения сигналов, т.е.

реализован канал Рэлея. Тракт эфирного ЦТВ был смоделирован с помощью прибора HD Access 2 для тестирования вещательного оборудования компании Elecard и комплексного анализатора сигналов стандарта DVB-T/T2 ИТ-15Т2 фирмы Planar, г. Челябинск. В качестве дополнительного контрольного средства использовался портативный приемник LV5T2 фирмы NOTONLYTV. Прибор HD Access 2 позволяет скомпоновать транспортный поток для формирователя системы DVB. В формирователе задавались настройки системы, согласно разработанному плану эксперимента. С помощью анализатора ИТ-15Т2 измерялись параметры принимаемого сигнала: уровень, MER и BER, количество ошибок. Таким образом, выбирая комбинации режим вещания системы DVB (модуляцию, кодовую скорость, защитный интервал, количество несущих частот) и управления ослаблением аттенюатора, была оценена помехоустойчивость системы.

Выявление и выбор входных и выходных параметров. Цифровой сигнал можно передать с разными настройками: задать модуляцию, скорость кода, защитный интервал и количество несущих частот. От этих настроек будут меняться его параметры по приему (уровень сигнала на входе приемника, MER, preBER, postBER).

Суть эксперимента заключается в изменении характеристик сигнала системы эфирного ЦТВ. Сначала изменяется одна характеристика, например, вид модуляции, и сигнал «проходит» через аттенюатор (с ослаблением через 1 дБ, Приложение В). Выходные данные фиксируются. Устанавливаем другой вид модуляции. Переключаем аттенюатор по 1 дБ. Фиксируем результаты. Далее первый параметр устанавливается на исходную настройку, меняется следующая настройка сигнала, проходят через аттенюатор. Уровень остается постоянным (амплитуда сигнала – const). Уровень сигнала на входе приемника – Х., который теоретически должен меняться по одному закону, изменяется только из–за погрешности прибора ±0,5 дБ. MER, BER до декодера, BER после декодера – это Y1, Y2 и Y3.

Установление необходимой точности результатов измерений. Точность измерений определена точностью анализатора ИТ–15Т2, его погрешностью.

Составление плана эксперимента и проведение. Схема подключения оборудования помехоустойчивости системы DVB–T2 приведена на рисунке 3.1.

–  –  –

Рисунок 3.1 – Схема подключения оборудования для исследования помехоустойчивости системы DVB–T2 (а) и его общий вид (б) На схеме (рисунок 3.

1, а) изображены: 1 – формирователь сигнала DVB ООО «НПП Триада–ТВ» с возможностью управления его параметрами (вид модуляции, количество несущих частот, защитный интервал); 2 – аттенюатор (полоса пропускания частот телевизионного диапазона) с постоянным ослаблением для ограничения уровня сигнала; 3 – переменный аттенюатор (полоса пропускания частот телевизионного диапазона) с шагом в 1 дБ; 4 – трансформатор 50 Ом в 75 Ом; 5 – сплиттер; 6 – абонентский приемник; 7 – устройство вывода для субъективной оценки качества видео и звука; 8 – анализатор сигнала стандарта DVB–T2; 9 – персональный компьютер для получения и обработки данных с анализатора и генерации транспортного потока для формирователя сигнала DVB-T2 [74].

Линии связи, в устройстве выполнены коаксиальными кабелями с волновыми сопротивлениями 50 и 75 Ом. Переменный аттенюатор (3) моделирует идеальную среду распространения сигнала DVB–T2. Управляемый аттенюатор моделирует идеальную среду распространения сигнала DVB-T2 и позволяет вносить ослабления (условно изменяется расстояние между передатчиком и приемником) с шагом в 1 дБ (эквивалент расстояния между передатчиком и приемником).

Подобным образом были проведены измерения сигнала системы с различными комбинациями настроек сигнала (больше 200 различных режимов).

–  –  –

Эксперимент спланирован и проведен согласно предложенной автором методике. Пример оформления фрагмента входных (задаваемых) и измеренных параметров приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Входные и измеряемые параметры для режима 8k; ; ; 64-QAM

–  –  –

На основе полученных данных об уровне сигнала было рассчитано среднее значение уровня сигнала на входе приемника при его удалении от 0 до 45 км. В таблице 3.2 представлены значения уровня сигнала после его усреднения.

Таблица 3.2 – Зависимость усредненного уровня сигнала от ослабления

–  –  –

Используя из таблицы 3.2 данные, строим график полученной зависимости (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – График зависимости усредненного уровня сигнала от расстояния и полиномиальная функция аппроксимации данных зависимости Для оценки результатов, оценим величину достоверности аппроксимации различными функциями (таблица 3.

3).

–  –  –

Функция ниспадает практически линейно. Максимальную величину достоверности аппроксимации в 99,93% удалось получить с помощью полиномиальной функции, которая имеет вид:

–  –  –

По результатам проведения лабораторного эксперимента и обработки данных, были выявлены следующие закономерности.

Нелинейность графиков зависимостей можно объяснить погрешностью измерительного прибора и накопления ошибки при округлении результатов.

–  –  –

В связи со спецификой работы, используемой в исследованиях программы ImageJ [75, 76, 77] для упрощения обработки изображений были взяты звездные диаграммы сигнала стандарта DVB-T2, накопленные в течение 30 секунд (рисунки 3.3, 3.4, 3.6, 3.7).

–  –  –

Экспериментально получено, что если уровень Gray Value – 5,08 усл. ед., то число ошибок вектора велико и изображение не декодируется.

Распределение интенсивности векторов модуляции стало более пологим, декодирование сигнала проходит с многочисленными ошибками, что приводит к артефактам на изображении и его полному «пропаданию».

Экспериментально получен график зависимости уровня Gray Value (ось абсцисс, усл.ед) от уровня сигнала на входе приемника (ось ординат, дБмкВ) (рисунок 3.5).

Загрузка...

–  –  –

Рисунок 3.7 – Звездная диаграмма сигнала QAM–64 на границе помехоустойчивости в 35 дБмкВ, обработанная в программе ImageJ (плагин 3D) Экспериментально установлено, что если уровень GrayValue меньше 5,08 усл.

ед., то сигнал декодируется с вероятностью ошибок вектора больше 210– 4.

Распределение интенсивности векторов модуляции стало более пологим (рисунок 3.7), декодирование сигнала проходит с ошибками больше 210– 4, что приводит к артефактам в изображении и его полному «пропаданию».

Исследование зависимости вероятности ошибки до декодера и после декодера от ослабления выявило, что существует некая зона устойчивости (расстояние между кривой вероятности ошибки до декодера и после по уровню

–3 210 ), причем в каждом режиме передачи сигнала она различная. В данном случае рассмотрены зоны устойчивости сигнала DVB – T2 в режиме 16 – QAM, 2k, защитный интервал 1/32, скорость кода изменяется (таблица 3.4).

Таблица 3.4 – Величины защитных зон на примере сигнала DVB – T в режиме 16 – QAM, 2k, защитный интервал 1/32, скорость потока 20 МБит/c

–  –  –

1. В данных условиях изменение защитного интервал никак не сказывается на помехоустойчивости сигнала (эхо – сигналы отсутствуют).

2. уровень сигнала (U, дБмкВ) изменяется по предложенной закономерности (3.1), которая не зависит от параметров системы, таких как модуляция, защитный интервал, скорость кода, количество несущих, а зависит только от параметров передающей стороны (выходная мощность передатчика);

3. Степень помехоустойчивости системы эфирного ЦТВ возможно оценить по параметрам изображения звездной диаграммы сигнала COFDM.

4. Лабораторные исследования подтвердили необходимость в использовании интерактивных устройств для реализации обратной связи между приемником и передатчиком с целью повышения помехоустойчивости систем эфирного ЦТВ.

Результаты натурных испытаний представлены в разделе 4 диссертационной работы.

4. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ ЭФИРНОГО ЦИФРОВОГО

ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

4.1 Методика определения зон обслуживания и покрытия ЦТВ Методика натурных испытаний включает в себя два этапа. На первом этапе определяются границы зоны покрытия передающей станции эфирного ЦТВ по результатам измерения напряженности электромагнитного поля в запланированных малых зонах. На втором этапе осуществляется более детальное исследование зоны покрытия: проверка расчетных данных в проблемных областях, более тщательное обследование тех областей, в которых по результатам проведенных измерений выявлен нестабильный прием сигнала от передающей станции эфирного ЦТВ.

Как правило, такие измерения проводят в тех случаях, когда эти области приходятся на населенные пункты. Зона обслуживания определяется как суммарная зона, полученная нанесением на карту местности границ зоны покрытия и результатов обследований, вышеупомянутых областей.

Назначение и область применения. Настоящая методика устанавливает порядок определения зоны обслуживания передающей станции эфирного цифрового ТВ–вещания стандарта DVB–T2, работающей в диапазоне радиочастот от 174 до 862 МГц.

Методика предназначена для использования предприятиями радиочастотной службы.

Планирование проведения измерений. Для исследуемой станции эфирного ЦТВ с помощью ПО в соответствии с выбранным методом расчета определяют границу расчетной зоны покрытия с заданной вероятностью охвата мест (Х%; например, Х=95%). Расчет границы зоны покрытия для исследуемой станции производят следующим образом:

– в секторе азимутальных углов от 0° до 360° с интервалом не более 10° от станции выбирают радиальные направления;

– на каждом радиальном луче определяют положения расчетных точек с шагом ( для передатчиков мощностью менее 100 Вт: 50 м; для передатчиков мощностью 100 Вт и выше: 100 м; );

– в каждой точке в соответствии с выбранным методом расчета вычисляют напряженность электромагнитного поля;

– в каждой точке расчетную напряженность поля сравнивают с требуемой минимальной медианной напряженностью электромагнитного поля;

– на каждом направлении, начиная с 21–ой расчетной точки, находят точку такую, что большинство расчетных точек, лежащих на отрезке, не принадлежат зоне покрытия (расчетная напряженность поля в большинстве выбранных точек оказалась ниже требуемой минимальной медианной напряженности поля), тогда точка считается граничной, а расстояние от исследуемой станции до точки определит радиус расчетной зоны покрытия на заданном направлении;

– последовательно на каждом радиальном направлении от исследуемой станции определяют граничные расчетные точки;

– замкнутая кривая, соединяющая граничные точки по всем направлениям, будет определять расчетную границу зоны покрытия. При расчетах высота приемной антенны определяется типом местности и равна ( для районов города с многоэтажными и высотными зданиями – 30 м;

– для районов города, где преобладают здания средней этажности (от 3 до 5 этажей) – 15 м;

– для районов города с малоэтажной застройкой (1–2 этажа) и в сельской местности – 10 м.).

В случае отсутствия данных о типе местности высота приемной антенны при расчетах берется равной 10 м. Расчетную границу зоны покрытия наносят на карту местности.

Для расчета границы зоны покрытия допускается использование известных программных средств, например: «ПИАР», «Progira Plan 5» и др., при условии, что они обеспечивают выполнение вышеуказанных требований.

После анализа карты местности, определены радиальные направления от станции эфирного ЦТВ, по которым будут проводить измерения для нахождения положения реальной границы зоны покрытия данной станции.

Условия выбора направлений:

– количество радиальных направлений должно быть не менее 4 и не более 36;

– азимутальный угол между двумя смежными направлениями не должен превышать 120°;

– направления выбирают с учетом рельефа местности и наличия радиальных шоссейных дорог.

Выбранные радиальные направления наносятся на карту местности. На каждом радиальном направлении определяют положение не менее 7 малых зон.

Положение первой малой зоны должно удовлетворять следующим требованиям:

– малая зона должна располагаться в дальней зоне излучения антенны станции эфирного ЦТВ на расстоянии R 2D2/, где: D – линейный размер апертуры антенны станции цифрового вещания в плоскости поляризации излучения, – длина волны излучения;

– малая зона должна находиться в пределах прямой видимости на исследуемую станцию;

– малая зона должна находиться в зоне облучения основного лепестка диаграммы направленности передающей антенны.

Остальные малые зоны размещают ближе к расчетной границе зоны покрытия с равным шагом S, не превышающим 5 км, на отрезке:

[~(0,6…0,7)·Rрасч; ~(1,3…1,4)·Rрасч], где Rрасч – расстояние от передатчика до расчетной границы зоны покрытия с заданной вероятностью охвата мест приема (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Пример назначения малых зон для определения границы зоны покрытия с последующей корректировкой положения этой границы по результатам измерений Уточнение положения малых зон и мест приема производиться по фотографиям с ИСЗ или по данным их предварительного осмотра на местности.

Конкретный случай будет рассмотрен на рисунке 4.7 Места для размещения малых зон следует выбирать так, чтобы локальных мешающих предметов в окрестностях малой зоны было бы как можно меньше, а на возможное изменение напряженности поля внутри малой зоны в первую очередь влияли бы неровности рельефа подстилающей поверхности на исследуемом направлении.

Необходимо определить этапы проведения натурных испытаний приема сигналов в системе DVB-T2.

1. В условиях сельской местности или в условиях малоэтажной застройки приемную антенну устанавливают на мачту, ориентируют по поляризации и поднимают на высоту 10 м. При многоэтажной застройке используют штатив с креплением для измерительной антенны. Штатив устанавливают на крыше наиболее высокого дома в окрестностях выбранной малой зоны. К штативу крепят приемную антенну, после чего антенну ориентируют по поляризации и поднимают на высоту не менее 2 м над уровнем крыши.

2. В каждом месте приема записывают текущие координаты. Зная координаты исследуемой станции, по карте местности определяют азимут на исследуемую станцию эфирного ЦТВ (расчетный азимут прихода полезного сигнала).

3. Поворачивая антенну в горизонтальной плоскости, определяют направление прихода полезного сигнала максимального уровня, наличие/отсутствие помех. Азимут прихода сигнала определяют с помощью компаса. Для этого измеряют азимутальный угол, по которому направлена несущая стрела приемной антенны (траверса). Истинный (географический) азимут прихода сигнала определяют по формуле (4.1):

Аи = Ам + +, (4.1) где: Аи –истинный (географический) азимут прихода сигнала;

Ам – измеренный по компасу магнитный азимут несущей стрелы приемной антенны (траверсы); – склонение магнитной стрелки (магнитное склонение) или угол между истинным (географическим) и магнитным меридианами;

магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки компаса отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным – если к западу; – угол в горизонтальной плоскости между направлением основного лепестка диаграммы направленности и несущей стрелой (траверсой) приемной антенны.

Если реальное значение азимута прихода полезного сигнала не совпадает с расчетным значением азимута на ТВ–станцию (отклонение превышает ±15°), то делают соответствующую запись в журнале измерений об аномальном направлении прихода. Дальнейшие измерения в данном месте приема не проводят, а измерительный комплекс перемещают в следующее место приема данной малой зоны, где повторяют процедуру проверки азимута прихода полезного сигнала с максимальным уровнем.

Если реальный азимут прихода полезного сигнала совпадает с расчетным (в пределах ±15°), но в месте приема присутствует помеха, то делают соответствующую запись в журнале измерений и решают вопросы о поиске помехи, ее идентификации и возможности устранения. Если помеху в данном месте приема устранить на момент измерений нельзя, то дальнейшие измерения в данном месте приема не проводят, измерительный комплекс перемещают в следующее место приема, где повторяют вышеуказанные процедуры.

4. Последовательно в каждом месте приема данной малой зоны в решают вопрос о пригодности каждого места приема данной малой зоны для проведения измерений параметров сигнала.

5. В каждом месте приема, где не выявлено присутствие помеховых сигналов и азимут прихода полезного сигнала совпадает с расчетным (в пределах ±15°), устанавливают приемную антенну в направлении прихода сигнала с максимальным уровнем, после чего выполняют измерения параметров принимаемого сигнала.

6. Результаты измерений сохраняют для дальнейшей обработки.

7. Если в первых трех местах приема малой зоны каналом приема был реализован канал Гаусса или Райса, и разница между измеренными медианными значениями нормированной напряженности поля в этих точках не превышает 6 дБ, то измерения в дальнейших местах приема данной малой зоны можно не проводить.

8. В соответствии с расписанием измерений выполняют действия по пп. 1

– 8 в каждой из последующих малых зон.

9. С использованием ПО производят обработку результатов измерений параметров.

–  –  –

Планирование и проведение натурных испытаний также включает ряд этапов.

Установление цели и задач эксперимента. Целью натурных испытаний являлось определение зон покрытия цифровых телевизионных передатчиков в н.п. Кемерово (23 ТВК), н.п. Юрга (60 ТВК) и н.п. Томск (21 ТВК). На практике необходимо было подтвердить либо опровергнуть результаты лабораторных исследований и теоретических расчетов (Приложение В, Г).

Задачи эксперимента.

1. Разработать критерии оптимальности расчетов зон покрытия цифровых телевизионных передатчиков.

2. Разработать методику определения зоны покрытия (уверенного приема) цифрового телевизионного передатчика с минимальными вычислительными затратами и заданной точностью.

3. Разработать методику обработки полученных экспериментальных данных с эффективным алгоритмом оптимизации.

4. Рассчитать зоны радиовидимости передатчиков в н.п. Кемерово (23 ТВК) и н.п. Юрга (60 ТВК). Оценить их зоны покрытия согласно [2, 13, 78 – 85].

Уточнение условий проведения эксперимента. Натурные испытания проводились на межрегиональном уровне в рамках сотрудничества с филиалами РТРС «Кемеровский ОРТПЦ» и «Томский ОРТПЦ». Согласно предложенной методике определения зоны покрытия цифрового телевизионного передатчика, мобильный комплекс с измерительным оборудованием удаляется от места установки передатчика по заранее спланированному маршруту и проводит измерения в установленных местах.

Выявление и выбор входных и выходных параметров. За входные параметры приняты расстояние между передатчиком и приемником, высота подвеса передающей антенны, мощность передатчика. За выходные параметры приняты уровень сигнала на входе приемника в дБмкВ, MER в дБ, BER безразмерная величина и количество ошибок декодирования [86, 87]. Также во время эксперимента проводилась субъективная оценка качества принимаемого изображения и звука.

Установление достаточной точности результатов измерений. Расстояние между передатчиком и приемником оценивается с точностью до сотни метров, выходные параметры оцениваются согласно паспортных данных анализатора ИТ– 15Т2.

Составление плана и проведение эксперимента. Натурные испытания были проведены:

– г. Кемерово (высота подвеса передающей антенны – 182 м., мощность передатчика – 2000 Вт) (Приложение В, Г);

– г. Юрге (высота подвеса передающей антенны – 72 м., мощность передатчика – 1000 Вт) (Приложение В);

– г. Томске (высота подвеса передающей антенны – 187 м., мощность передатчика – 860 Вт) (Приложение Г).

С целью дополнительной проверки используемого для измерений анализатора ИТ–15Т2 в филиале РТРС «Томский ОРТПЦ» состоялась апробация данного устройства. По результатам испытаний (рисунок 4.2) установлено, что распределение уровней измеренных величин согласуется по виду функциональных зависимостей. Сдвиг в 1 дБ можно объяснить совокупностью погрешностей в измерениях и точности прибора.

Рисунок 4.2 – Калибровка анализатора ИТ–15Т2 в филиале PТРС «Томский ОPТПЦ»

На рисунке 4.3 изображены: 1 – антенно-фидерный тракт [88]; 2 – прибор для измерения параметров эфирного сигнала стандарта DVB–T2; 3 – приемник GPS для определения месторасположения устройства; 4 – персональный компьютер, необходимый для анализа качества изображения и аудиосигнала и для обработки результатов измерений; 5 – преобразователь напряжения 12 В в 220 В, необходимый для питания прибора (рисунок 4.3).

220 В 12 В Рисунок 4.3 – Схема подключения оборудования для исследования помехозащищенности систем DVB при натурных испытаниях Для проведения натурных испытаний был использован автомобиль марки «УАЗ» (рисунок 4.4), укомплектованный измерительными приборами и дополнительным оборудованием (всенаправленная антенна) (рисунок 4.5) [89].

Рисунок 4.4 – Мобильный комплекс для определения зон покрытия Рисунок 4.

5 – Оборудование для проведения натурных испытаний (схема подключения оборудования – а; фото передвижного комплекса для исследования помехоустойчивости эфирного ЦТВ при натурных испытаниях - б) Для измерения уровня сигнала телевизионного передатчика после подключения системы по указанной схеме необходимо настроить анализатор на канал, на котором работает передатчик. Данные об уровне, MER, сигнал/шуме, BER [90, 91, 92] сигнала стандарта DVB–T2 будут отображаться на дисплее ПК.

Согласно выше указанной методике, необходимо двигаться по намеченному маршруту, делать запланированные остановки и фиксировать данные (Приложение Ж).

4.3 Обработка результатов эксперимента

На рисунке 4.6 приведена, аппроксимирующая расчетная сплошная кривая находятся в соответствии (при d 8 дБ) с результатами натурных и лабораторных испытаний. В отличие от лабораторного эксперимента при натурных испытаниях уровень сигнала снизился из–за влияния рельефа местности [94 – 97] режим устойчивого приема реализовался на расстоянии, соответствующем затуханию, меньшему на 4 дБ по сравнению с прогнозируемым лабораторным экспериментом.

Рисунок 4.6 – Зависимости рассчитанной, измеренной в лаборатории и полученной при натурных испытаниях зависимости уровня сигнала в месте приема от расстояния На рисунке 4.

7 приведены расчетная и измеренная зоны покрытия цифровым телевизионным сигналом передатчика мощность 2 кВт, при высоте подвеса передающей антенны 180 м.

Рисунок 4.7 – Радиовидимость, расчетная и измеренная зоны покрытия цифрового телевизионного передатчика г.

Кемерово ( – точки измерения) На рисунке 4.8 приведены расчетная и измеренная зоны покрытия цифровым телевизионным сигналом передатчика мощность 860 Вт, при высоте подвеса передающей антенны 187 м.

Рисунок 4.8 – Расчетная и измеренная зоны покрытия цифрового телевизионного передатчика г.

Томск ( – точки измерения) В отличие от лабораторного эксперимента при натурных испытаниях уровень сигнала снизился на 4 дБ по сравнению с прогнозируемым лабораторным экспериментом из–за влияния рельефа местности (количество ошибок после декодера BER более 210 – 6).

На юго–восточном направлении от г. Кемерово рассчитанная и измеренная зоны покрытия совпадают с точностью до 2% (47,5 км – расчёт, 46,5 км – измерение). В этом направлении рельеф местности «квазигладкий». В других направлениях от передатчика расхождения «теории» и «практики» достигают 22% (47,5 км–рассчитано, 37 км – измерено).

Аналогичные исследования, как указано выше, проведены в городе Томске и городе Юрге, результаты представлены в приложении к диссертационной работы.

Исходя из опыта натурных испытаний, для их проведения предлагается интервалы измерений выбирать из расчета кратности 30 высотам антенно– мачтового сооружения. То есть, если высота мачты равна 100 м., то измерения по направлениям от передатчика рекомендуется проводить не чаще 3000 м.

Данные рекомендации могут быть приняты во внимание при условии низкой городской застройки, по мере приближения к условной границе зоны уверенного приема кратность должна адекватно снижаться. Результаты экспериментальных исследований соотносятся с работами [11, 12, 13, 98, 99, 100, 101], соответствует с [2, 3, 7, 102, 103, 104, 105].

Для оценки влияния атмосферных явлений на уровень сигнала на входе приемника, была организована их регистрация в 9:00, 12:00, 15:00 и 18:00 с 10 по 31 октября 2013 года в г. Томске, по адресу ул. Вершинина, 47 (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 График зависимости уровня сигнала на входе приемника от погодных условий с 10 по 31 октября 2013 года Пунктиром изображен «теоретический» уровень сигнала для данного места после применения алгоритма повышения помехоустойчивости системы с обратной связью 45,5 дБмкВ.

Из рисунка 4.9 видно, что уровень сигнала на входе приемника сильно зависит от погодных условий в точке приема. Имеются даже участки времени, когда уровень сигнала на входе приемника уменьшался до 45 дБмкВ (при уровне ниже данного значения декодирование сигнала стандарта DVB-T2 становится невозможным). На длительном промежутке времени уровень сигнала редко уменьшался до критического уровня и необходимости в передаче сигнала на номинальной мощности из телерадиоцентра не требовалось.

Иными словами, для уверенного приема сигнала эфирного ЦТВ нет необходимости эксплуатировать передатчик на номинальной мощности, для обеспечения уверенного приема абонентом. При необходимости, в случаях ухудшения условий приема, выходная мощность передатчика должна вернуться к номинальной.

Для проверки предложенной системы с обратной связью в реальных условиях был проведен эксперимент с ее использованием. В качестве обратной связи был организован пункт измерения (на удалении в 43,1 км по «квазигладкой»

поверхности от передатчика) и пункт управления, который находился в непосредственной близости от передатчика. По определенной команде из пункта измерений, которая формировалась на основе параметров приемника, пункт управления изменял мощность передатчика значение согласно полученной ранее зависимости. Корректировка мощности передатчика составила в пределах от 100 Вт до минус 100 Вт (от 1,5 до минус 1,5 дБмкВ). При номинале излучаемой мощности передатчика в 2000 Вт, установлен рабочий режим на время эксперимента 1800 Вт (рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 – Изменение уровня сигнала на входе приемника без обратной связи и с ее введением Эксперимент был проведен на базе филиала РТРС «Кемеровский ОРТПЦ» в городе Кемерово при условиях, указанных выше.

Возможные технические остановки трансляции пакета программ РТРС-1 и изменения излучаемой мощности на период с 01 по 06 октября 2013 года с 00 ч. 00 мин. по 06 ч. 00 мин.

местного времени были согласованы с Генеральной дирекции РТРС.

На юго–восточном направлении от г. Кемерово рассчитанная и измеренная зоны покрытия совпадают с точностью до 2%, именно в этом направлении рельеф местности считается относительно ровным. В других направлениях от РТПС расхождения «теории» и «практики» достигают 22%.

Используемое при проведении экспериментальных исследований интерактивное устройство [106] позволяет реализовать взаимодействие между передатчиком (ТВ передатчик) и приемником (абонент) на уровне обмена информации.

Из предшествующего уровня техники известна система мониторинга телерадиовещательного оборудования, включающая анализатор антеннофидерных устройств, вход которого связан с антенно-фидерным трактом передающей антенны, анализатор спектра аудио- и видеосигналов, вход которого связан с антенной приемной, измеритель мощности сигналов, вход которого связан с эквивалентом антенны от радиопередатчика; анализатор аудиосигнала, анализатор видеосигнала, анализатор качества изображения, входы анализаторов аудиосигнала, видеосигнала и качества изображения связаны с антенной приемной универсальной; причем выход каждого анализатора соединен со входами интерфейса сбора и обработки информации и далее с устройством ввода/вывода и управления системой, один из выходов которого соединен с каналом связи Ethernet и/или USB, а другой через канал связи соединен с периферийными устройствами [107].

Недостатками данного технического решения являются отсутствие возможности проводить мониторинг уровня сигнала, коэффициента ошибок модуляции (MER), частота/коэффициент битовых ошибок (BER) сигнала эфирного ЦТВ, а также не предусмотрена интерактивная связь между передатчиком и приемником.

Задачи, на решение которых направлено данное техническое решение заключаются в реализации мониторинга уровня сигнала, коэффициента ошибок модуляции (MER), частоты/коэффициента битовых ошибок (BER) принимаемого сигнала эфирного ЦТВ на абонентские устройства с возможностью определения зоны покрытия цифрового телевизионного передатчика и введении связи между передатчиком и приемником [108].

После введения обратной связи возможно компенсировать неконтролируемое снижение или рост уровня сигнала на входе приемника, тем самым повысить помехоустойчивость системы ЦТВ.

Структура системы с интерактивным устройством изображено на рисунке 4.11, на которой изображена структурная схема системы эфирного цифрового телевизионного вещания с интерактивным устройством (блоки 5, 6, 7, 8 интерактивное устройство для повышения помехоустойчивости систем).

Рисунок 4.11 – Структурная схема системы эфирного цифрового телевизионного вещания с интерактивным устройством Устройство работает следующим образом.

Телевизионный передатчик (1) с помощью антенно-фидерного устройства (2) транслирует в свободное пространство (канал прямой связи) сигнал (3). С приемной антенны (4) телевизионный сигнал поступает на вход абонентской приставки (приемник) (5).

В это же время уровень телевизионного сигнала анализируется с помощью анализатора уровня входного сигнала (6) и на анализаторе параметров входного сигнала (7), качество изображения и звука оцениваются на анализаторе изображения и звука (8). Далее данные о результате анализов поступают на интерфейсный блок (9), после чего по каналу обратной связи (10) информация о значениях параметров поступает в интерактивный блок управления параметрами передатчика (11), который в свою очередь регулирует работу передатчика.

На рисунке 4.12 изображены варианты расположения точек приема (А, B, C,

D) в пространстве (прямоугольной системе координат) относительно передающей станции цифрового телевизионного вещания (передающая станция ЦТВ в точке 0 системы координат X,Y,Z).

–  –  –

например, влияет городская застройка. Точка C и D также находятся на одном направлении распространения электромагнитных волн. Но в точке D есть уверенный прием сигнала – она находится на возвышенности относительно передающей станции ЦТВ, в точке C приема нет – мешает городская застройка, как и в случае с точкой B.

Таким образом, при определении точки приема, с которой будут считываться данные на передающую сторону нельзя руководствоваться только степенью ее удаленности, но и необходимо учитывать уровень сигнала на входе приемника.

Из этих условий сформулирован следующий критерий определения точки, на основании данных из которой будет организована обратная связь:

–  –  –

[дБмкВ], Uув.прим - уровень уверенного приема сигнала [дБмкВ].

Согласно данному критерию для организации системы эфирного ЦТВ с обратной связью, необходимо выбрать приемник с максимальным удалением и уровнем сигнала на его входе близкому к пороговому.

При соблюдении условия (4.2) системе будет известно, с какого интерактивного устройства учитывать информацию о сигнале. В системе эфирного ЦТВ без обратной связи, при ухудшении погодных условий (например, осадки) снижается уровень сигнала на входе интерактивного устройства.

Выходная мощность передатчика остается постоянной. При использовании обратной связи и интерактивного устройства в системе эфирного ЦТВ, при изменении погодных условий, уровень сигнала на входе приемника не меняется.

Не требуется удерживать выходную мощность передатчика на номинальном значении.

На рисунке 4.13 приведены зависимости уровней сигналов на входе приемника от погодных условий без обратной связи и с обратной связью.

Рисунок 4.13 Зависимости уровней сигналов на входе приемника от погодных условий без обратной связи и с обратной связью (1 – качество погодных условий, 2 – выходная мощность передатчика [Вт], 3 – уровень сигнала на входе приемника [дБмкВ], 4 – уровень уверенного приема сигнала на входе приемника [дБмкВ]) Как уже сказано ранее, в системных проектах по проектированию сетей эфирного ЦТВ зона охвата считается с запасом, например на случай ухудшения погодных условий (снег, дождь).

В случае с использованием обратной связи и интерактивного устройства в системах эфирного ЦТВ такой запас не требуется (снижается выходная мощность) до возникновения условий, о которых упомянуто выше. Итак, зона уверенного приема передатчика 1-го мультиплекса в г.Кемерово составляет 2025 кв.км, охват населения 611 тыс.чел. При уменьшении зоны уверенного приема на 9% (выходная мощность снижена на 3 дБ) до 1842,75 кв.км, охват населения останется на прежнем уровне. Информация по другим населенным пунктам приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Эффективность системы эфирного ЦТВ в части площади охвата Населенный пункт Площадь охвата без Охват Площадь охвата с Уменьшение интерактивного населения, интерактивным охвата населения устройства, тыс.

чел. устройством, кв.км. тыс.чел.

Анжеро-Судженск 3552,84 142 3117,61 (-11%) 0 Юрга 1572,86 105 1308,48 (-17%) -0,6 (-0,5%) Таштагол 671,13 25,8 618,51 (-8%) 0

4.4 Выводы по разделу

На основе проведенных натурных испытаний можно сделать следующие выводы.

До применения обратной связи в системе эфирного цифрового 1.

телевизионного вещания уровень сигнала на входе приемника в зоне неуверенного приема изменялся от 38 до 41 дБмкВ, что приводило к искажению изображения до его полного пропадания.

После введения обратной связи удалось компенсировать 2.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
Похожие работы:

«Попов Александр Сергеевич ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭФИРНОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ Специальность 05.12.04 – радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Диссертация на соискание учёной степени кандидата...»

«Самищенко Алексей Сергеевич Научные основы дактилоскопии и перспективы их развития Специальность 12.00.12 — криминалистика; судебно-экспертная деятельность; оперативно-розыскная деятельность Диссертация на соискание ученой степени кандидата юридических наук Научный руководитель:...»

«СМИРНОВА ЛАРИСА ПЕТРОВНА ДИЗАЙН ИЗДЕЛИЙ ПО УХОДУ ЗА РЕБЁНКОМ ПЕРВОГО ГОДА ЖИЗНИ Специальность: 17.00.06 – Техническая эстетика и дизайн ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата искусствоведения Научный руководитель: доктор искусствоведения, профессор Грашин Александр...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.