Технические науки/6.Электротехника и радиоэлектроника.
Липкович Э.Б., Ткаченко А.П., Яцковский
А.Н.
Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники, Беларусь
Инженерная методика
расчета зон обслуживания в системе НЦТВ по стандарту DVB-T
На этапе проектирования
систем и сетей наземного цифрового ТВ вещания (НЦТВ) необходимо, исходя из ряда
известных и задаваемых параметров, оценить границы зон покрытия цифровым
вещанием.
По стандартам DVB-T, H, C, S, S2 и SH при расчете зон обслуживания может
варьироваться около 60 параметров, среди которых: тип модуляции QPSK; 16-, 32-, 64-, 128- и 256-QAM, COFDM; относительная длина защитного
интервала ; относительная скорость сверточного кодирования
– 1/2, 2/3, 3/4, 5/6
или 7/8; высота подвеса антенны, выходная мощность передатчика, объем
передаваемой информации. Необходимо также учесть рабочий диапазон частот; ширину
полосы канала вещания; способы кодирования (сверточное, Рида-Соломона, турбо); режим
передачи 2K, 4K или 8K; статическое мультиплексирование;
применение приоритетного (иерархического)
режима; способ приема (стационарный, внутри помещения, мобильный) и ряд
других вспомогательных. В отличие от стандартов спутникового DVB-S и кабельного DVB-C вещания, в которых применяется
традиционный режим передачи “несущая на канал”, в НЦТВ DVB-T и H используется многочастотный режим
передачи с 6817 несущими (режим 8K) или 1705 несущими (режим 2K, где K=1024), а также 4K (для DVB-H) в радиоканале (с шириной полосы
частот 8,0; 7,0 или 6,0 МГц в странах со стандартами D/K, K1, I, L; B/G, B/H и M,N соответственно). Следует оптимально
выбрать параметры передачи для обеспечения уверенного приема в зоне с
максимальными границами покрытия.
Рассматривается разработанная
инженерная методика расчета границ покрытия НЦТВ по стандарту DVB-T при оптимизации стационарного приема,
которая легко распространяется и на другие способы приема. С учетом некоторых
особенностей она составляет основу и для методик расчета зон обслуживания системами
DVB-H, DVB-S, S2 и SH (будут также опубликованы).
Отличительная особенность методики состоит в том, что все исходные данные,
приведенные в виде таблиц или графиков, аппроксимированы и представлены в виде
формул, что существенно упрощает получение конечного результата и разработку
программного обеспечения.
Основной задачей
методики является установление дальности
покрытия в зависимости от совокупности основных и вспомогательных параметров
передачи. Расстояние от передающей станции до приемного оборудования на границе
зоны обслуживания является функцией напряженности поля в точке приема, величина
которой связана с уровнем сигнала в точке приема выражением
(1)
где – средняя частота ТВ
канала в ГГц;
– коэффициент усиления
приемной антенны в дБ.
На границе зоны
обслуживания , а минимальный уровень сигнала, при котором на выходе
приемника обеспечивается требуемая вероятность ошибки
, зависит от отношения несущая/шум (ОНШ)
на входе демодулятора:
(2)
где – отношение
несущая-шум на входе демодулятора, при котором на выходе декодера Виттерби (или
Рида-Соломона) обеспечивается заданная вероятность
ошибки, дБ;
– постоянная
Больцмана, равная 1,38·10–23 , (Вт/град)·Гц;
– эффективная шумовая
температура (ЭШТ) приёмного устройства, К;
– шумовая полоса
приёмника, примерно равная ширине полосы
, занимаемой модулированным радиосигналом, Гц.
В системе НЦТВ величина принята равной 7,61 МГц, тогда
=68,8 дБ·Гц. Величина
с учётом действия внешних шумов
определяется по формуле:
(3)
где – температура окружающей среды, равная 290
К;
– коэффициент,
учитывающий влияние внешних шумов, наводимых на антенну (шумы космоса,
промышленные шумы), дБ;
– потери в фидере
приёмного устройства, дБ;
– коэффициент шума
приёмника, дБ.
Требуемая величина ОНШ зависит
от порядка модуляции, скорости кодирования
и типа канала (Гаусса, Райса или Релея). При приеме на стационарную антенну моделью
канала связи является канал Райса. Требуемое значение ОНШ, в зависимости от
заданной вероятности ошибки
на выходе декодера Виттерби,
рассчитывается по выражению:
(4)
где – энергетический запас
на снижение ОНШ для реального канала связи (
дБ для QPSK,
дБ для 16-QAM и
дБ для 64-QAM.
Пороговое отношение сигнал/шум
, при котором возникает срыв синхронизации и “рассыпание”
изображения, описывается формулой
(5)
Учитывая выражения (2) –
(4), можно (1) записать в виде
(6)
Добротность приемника зависит от
,
и
. На этапе
планирования сети НЦТВ с одним передающим центром параметры приемного
оборудования задаются исходя из рекомендаций. Для упрощения совокупность параметров
можно описать
зависимость
. (7)
Таким образом, выражение
(6) упрощается и принимает вид
(8)
Для стационарного приема необходимо
реализовать уверенный прием в 95 и 70% мест [1]. При этом нужно учесть
энергетический запас 9 дБ для 95 % мест и 2,9 дБ для 70 %. В результате на
границе зоны обслуживания . Если считать, что прием осуществляется на частоте 48 канала
(610 МГц), то
(9)
(10)
Для определения
расстояния между передатчиком и границей зоны покрытия, пользуются кривыми
распространения (по рекомендации МСЭ-Р1546), которые построены для усредненного
города без фрагментации его отдельных частей. Предварительно необходимо
определить эквивалентное значение уровня напряженности поля , учитывая заданные мощность передатчика
, потери в фидерном тракте
и усиление антенны
, т.е.
(11)
где = ЭИМ – разность между ЭИМ передатчика в дБ∙кВт и
уровнем 0 дБ∙Вт, при котором построены кривые распространения, дБ∙кВт.
Положим, что в системе НЦТВ
,
и
, то
,
. Полагая также, что передача осуществляется по каналу с полосой
8 МГц с
, модуляцией 16-QAM и
, определим информационную скорость цифрового потока
(12)
Если среднюю скорость передачи
на одну программу принять равной 4,35
Мбит/с, то в полосе 8 МГц можно передать 4 цифровых ТВ программы.
В приведенных выражениях
в явном виде учтены параметры канала приема-передачи и величина вероятности
ошибок на выходе декодера Виттерби приемника. С помощью них и цифровых карт
местности можно рассчитать зоны покрытия НЦТВ при стационарном приеме. Получены
также соотношения для мобильного приема и приема внутри помещений.
Литература
1. ETS 300 744. Digital Broadcasting systems for television, sound
and data services. Framing structure, channel coding and modulation for digital
terrestrial television – 2004.
2. Капуро П.А., Липкович
Э.Б., Ткаченко А.П. Расчет параметров в сетях наземного ТВ-вещания по стандарту
DVB-T// Известия белорусской инженерной
академии: материалы шестой международной НТК “Современные средства связи”. – 2001.
– №1. – С. 124-125
3. Липкович Э.Б., Кисель
Д.В. Проектирование и расчет систем цифрового спутникового вещания.: Учеб.-метод.
пособие. – Мн.: БГУИР, 2006. – 135 с.