74Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания. Сетевое планирование


С.Н. Песков, зам. директора по науке компании «Контур-М», к.т.н.,И.А. Колпаков, ген.директор компании «Контур-М» С.Ю. Колгатин, директор по маркетингу компании «Контур-М» Теле-Спутник - 8(142) Август 2007 г.


Продолжая серию публикаций, подготовленных компанией «Контур-М», мы подходим к одному из основных моментов — сетевому планированию. Начиная с этой публикации, излагаемый материал большей частью будет носить не теоретический, а практический характер.
Под сетевым планированием в данном случае понимается определение зоны покрытия (ЗП) передатчиком при оговоренных условиях приема. На практике чаще ставится обратная задача — определение места установки передатчика (передатчиков), его выходной эффективно излучаемой мощности (то есть с учетом коэффициента усиления антенны в заданном направлении) и высоты подвеса антенны при заданной ЗП.
Определение зоны покрытия передатчиком является наиважнейшим критерием для расчета сети в целом (особенно для SFN). Сразу оговоримся, что расчет ЗП является весьма трудоемкой операцией, доступной только подготовленным специалистам и при наличии специального программного обеспечения. Тем не менее, внимательно ознакомившись с изложенным ниже материалом (а также с последующими публикациями), читатель сможет самостоятельно рассчитывать ЗП для стандартных условий с погрешностью, не превышающей 10-15%. Особенно важен точный расчет ЗП для SFN DVB-H сетей и при наличии ретрансляторов.
Действительно, каждому оператору, приступающему к планированию своей сети, необходимо ответить на вопрос: какова должна быть аудитория (зона обслуживания) его телецентра. Зоной покрытия (обслуживания) принято называть территорию вокруг передающего центра, на границе которой гарантируется прием с заданным качеством [1]. Понятие «гарантируется» весьма условно, поскольку в действительности качество приема зависит от целого ряда факторов: технических характеристик приемной установки (высота подвеса приемной антенны, ее коэффициент усиления, потери кабеля снижения, коэффициент шума приемной системы и др.), характера местности, условий застройки в месте приема, времени суток и года, погодных условий и т.д. Кроме того, при определении зоны покрытия принято считать, что диаграмма направленности передающей антенны имеет форму окружности, тогда как допустимая нормативами неравномерность реальной диаграммы в азимутальной плоскости может достигать 3 dB, что эквивалентно изменению излучаемой мощности вдвое и, соответственно, приводит к искажению идеального вида диаграммы.
Границу зоны обслуживания определяют как геометрическое место точек, в которых значения напряженности поля Е равны нормируемым (то есть минимально допустимым) значениям в течение времени в L% мест приема (обычно на практике пользуются медианным значением, то есть для 50% мест — L, и 50% времени приема — Е, хотя могут быть и другие критерии, например, 90/10%).В каждом конкретном случае следует жестко оговаривать условия приема. Действительно, условия приема могут быть улучшены, например, за счет использования более эффективной антенны (с большим коэффициентом усиления), подъема ее на большую высоту или за счет установки малошумящего мачтового усилителя.
Возможные условия приема:
?Фиксированный прием — это такой прием, при котором используется направленная приемная антенна, установленная на крыше. При стандартном расчете (по умолчанию) эквивалентной напряженности поля Е принято считать, что высота подъема приемной антенны составляет 10 метров выше уровня земли.
?Мобильный прием осуществляется на мобильный приемник со встроенной или пристраиваемой антенной и определяется для двух случаев:

  • Класс А — вне помещения на высоте не менее 1,5 м над уровнем земли
  • Класс В — в помещении на первом этаже, с окном в направлении приема (или близком к нему), на высоте 1,5 м от пола.
Для классов А и В оговаривается, что мобильный приемник не должен перемещаться во время приема. Кроме того, около приемника не должны перемещаться предметы значительных размеров и условия приема не должны соответствовать полностью экранированному помещению. Логично считать, что мобильный прием, в основном, ориентирован для городских условий, поэтому класс В будет являться наиболее общим случаем мобильного приема.
В определении ЗП для каждого условия приема используются следующие подходы:
1. Зона приема разделяется на минимальную и малую.
Минимальная зона (модуль) — зона охвата с размерами ?0,5 х 0,5 м. Для мобильного приема принято, что для оптимального приема допустимо перемещение антенны на 0,5 м в любом направлении. Для фиксированного приема принято, что оптимальные условия приема создаются во время юстировки антенны в направлении на телецентр вещания.
Зона приема считается покрытой, если требуемые значения несущая/шум (C/N) и отношение несущая/интермодуляция (C/I) обеспечиваются в течение 99% времени.
Малая зона — это площадь порядка 100 х 100 м. Охват малой зоны квалифицируется на «хорошо», если охвачено не менее 95% местоположений приема, и на «приемлемо», если охвачено не менее 70% местоположений приема.
2. Зона покрытия передатчиком или группой передатчиков формируется из суммы индивидуальных зон, в которых действует данный класс охвата.
На практике, под формулировкой «зона покрытия, в пределах которой ожидается хороший фиксированный прием», понимается, что при фиксированном приеме покрытию подлежат не менее 95% малых зон приема. Аналогично, для мобильного приема под понятием «приемлемый мобильный прием» понимается покрытие не менее 70% местоположений приема внутри помещения на первом этаже.Понятие минимальной напряженности поля.
При оценке минимальной напряженности поля Е (эквивалент минимального уровня входного сигнала) принято вести отсчеты мощностных значений для пяти фиксированных C/N в диапазоне от 2 до 26 dB. Для других значений C/N используется линейная экстраполяция.Если не оговаривается особо, то коэффициент шума приемника принимается по умолчанию величиной 7 dB для всех диапазонов частот, в силу чего минимальный уровень входного сигнала приемника не будет зависеть от частоты. Если же используется приемник с другим коэффициентом шума, то, соответственно, изменится и требуемый уровень входного сигнала на разницу в этих значениях.Не вдаваясь в вывод формул, приведем конечное соотношение по расчету минимального уровня сигнала на входе приемника (STB)1:

U вх.min[dBµV]=Pвх.min[dBW]+138,8. (1)
Здесь:
Pвх.min[dBW]=PШ[dBW]+C / N[dB] — минимальный уровень входного сигнала, при котором обеспечивается требуемое минимальное значение C/N;
PШ[dBW]=F[dB]—135,1— шумовая мощность, развиваемая на входе приемника в полосе канала 7,61 МГц (эффективная спектральная полоса канала для DVB-T/H) при нормальной температуре 293Ко (dBW).
В таблице1 приведены расчетные значения требуемых минимальных уровней сигнала на входе приемника для разных требуемых значений C/N (выбираются согласно таблице 2, приведенной в [2]).



В конечном счете, задача сводится к нахождению минимальной напряженности электрического поля в точке приема, которая будет гарантировать нам требуемое C/N. С другой стороны, требуемая минимальная напряженность поля будет обеспечиваться мощностью передатчика, коэффициентом усиления передающей антенны, высотой ее подъема, ландшафтом местности и т.п. Приравняв эти два значения минимальной напряженности поля (требуемую для уверенного приема и обеспечиваемую передатчиком), находят требуемую мощность передатчика. В силу этого, рассмотрим отдельно фиксированный и мобильный приемы сигналов DVB-T (для DVB-H сетей методика расчета несколько иная).

Фиксированй прием удобно рассматривать сразу для общего случая, соответствующего установке мачтового усилителя (рис.1). Общий случай представляет собой приемную антенну с коэффициентом усиления Gа, соединительный кабель между антенной и мачтовым усилителем длиной lc и потерями ?с, собственно малошумящий усилитель с коэффициентом шума Fус и кабель снижения длиной lф с потерями ?ф. Вся антенная система нагружается на вход приемника-демодулятора (STB) с коэффициентом шума F.
Наипростейший вариант общего случая — отсутствие соединительного кабеля и мачтового усилителя. Для такого простейшего варианта минимальное значение напряженности поля определяется из выражения:

(2)

Коэффициент усиления антенны стандартизован и выбирается из таблицы 2. Если согласно ТЗ требуется провести расчеты на частоту f, отличной от заданной fc в таблице 2, то в расчетах ЗП следует принимать коэффициент усиления антенны Gа, вычисляемой через табулированное значение Gа.с (таблица 2) по формуле:

(3)



Формула (2) с учетом (1) может быть также записана в удобном для практического использования виде:

(4)

здесь f подставляется в МГц, а остальные значения — в dB.
При использовании мачтового усилителя под коэффициентом шума F следует понимать его собственный коэффициент шума, а при его отсутствии — коэффициент шума STB.
На практике используются не минимальные значения напряженности, а медианные (средние), соответствующие 50% мест (L) в 50% моментов времени. Для медианного значения вводится ряд корректирующих факторов. Однако все корректирующие факторы будут учтены при рассмотрении напряженности поля, создаваемого передатчиком. Здесь же отметим, что специфика расчета ЗП для DVB-T сигналов заключается в том, что для них расчет проводится для вероятностей приема в 70% или 95%. При этом вводится корректирующий коэффициент:
E мед=Emin + C=Pn , (5)
где: С = 2,9 dB для вероятности 70%;
С = 9,0 dB для вероятности 95%;
Pn — шумовой параметр, учитывающий индустриальные шумы (или шумы атмосферы):
Pn = 6 dB для частоты 65 МГц;
Pn = 1 dB для частоты 200 МГц;
Pn = 0dB для частот 500 МГц и 800 МГц.
Результаты расчетов для всех рекомендованных частот по формулам (4) и (5) для крайних значений C/N = 2 dB и 26 dB представлены в таблицах 3, 4 (столбцы «приближенно»).




Формулы (1-5) получены в предположении, что шумовая температура антенны ТА=293Ко и не зависит от частоты. Для ее корректировки и введен поправочный шумовой параметр Pn. Во всем диапазоне ДМВ такие упрощенные формулы вносят погрешность в расчетах не более ±1 dB, что вполне достаточно для практики. Однако в диапазонах МВ, погрешность расчетов может достигать уже 7…8 dB, что является недопустимым. Не вдаваясь в математические описания, приведем точные формулы для расчетов требуемых минимальных значений напряженностей поля на любой частоте:

(4)

где:

— шумовая температура антенны; (7)
шумовая температура приемного тракта; (8)
То = 293Ко — нормальная шумовая температура,
F — коэффициент шума приемника (STB) при отсутствии мачтового усилителя или самого мачтового усилителя (при его наличии).


В таблицах 3, 4 также приведены расчетные значения, полученные по точным формулам (6-8). Для проведения упрощенных ускоренных инженерных расчетов на рис. 2 представлены зависимости нормированных напряженностей поля от частоты. Определение истинных значений Еi осуществляется по формуле:

Ei=Eni+C/N-Ga+C. (9)

Пример:
Найти медианное значение требуемой напряженности поля для вероятности приема в 95% на частоте 600 МГц. Коэффициент шума мачтового усилителя F = 3 dB, потери соединительного кабеля ?с = 1 dB. Требуемое C/N = 20 dB.
Решение:
1. Пользуясь нижней кривой рис.2 (F + ?с = 4 dB), отсчитываем значение En = 29,8 dBµV/м.
2. Рассчитываем коэффициент усиления стандартной антенны по формуле (3):
Ga=Ga.c+10lg (f/fc)=10+10lg(600/ 500)=11,2dB.
3. Подставляя в (9) численные значения, находим искомое значение напряженности поля:
Eмед(95)=29,8+20-11,2+9=47,6 dBµV/м.
Используя линейную аппроксимацию на заданной частоте, легко найти En для любого суммарного значения F + ?c.

Авторы с удовольствием ответят на все вопросы и практические замечания.

Литература1. М. Локшин. Основы планирования наземных сетей телевизионного и ОВЧ-ЧМ-вещания. Зоны обслуживания радиостанций. «Broadcasting», 2006г., №4, с.28-31.2. С.Н. Песков, И.А. Колпаков и др. Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания. «Теле-спутник», 2007, №2, с.32-35.



 
Теле-Спутник Август 2007
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт