Radiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalneRadiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalne

Autorzy:

Andrzej Dusiński adrezer1@x.wp.pl

Jacek Jarkowski J.Jarkowski@itl.waw.pl

Ewa Wielowieyska Wielowieyska@itl.waw.pl

Bazy danych. Analizy propagacyjne korzystają z pewnej liczby baz danych. W tabl.3. przedstawiono te, które, ze względu na swoje rozmiary wymagały specjalnego opracowania. Na rys.6 przedstawiona

Tabl.3. Opracowane bazy danych

Symulacje. Symulacje. Za pomocą opracowanego Za pomocą opracowanego oprogramowania wykonano kilka symulacyjnych oprogramowania wykonano kilka symulacyjnych obliczeń. Rys.7 prezentuje jedno z nich.obliczeń. Rys.7 prezentuje jedno z nich.

Podsumowanie. Podsumowanie. Zasięgi nadajników średniofalo- Zasięgi nadajników średniofalo- wych z systemem DRM są znacznie większe od wych z systemem DRM są znacznie większe od zasięgów nadajników z systemem AM, tabl.4. zasięgów nadajników z systemem AM, tabl.4. Uwidacznia się wówczas zróżnicowanie zasięgów dla Uwidacznia się wówczas zróżnicowanie zasięgów dla poszczególnych kierunków spowodowane zmianami poszczególnych kierunków spowodowane zmianami przewodności gruntu i ewentualna zmiana warunków przewodności gruntu i ewentualna zmiana warunków interferencyjnych .interferencyjnych .

Tabl.4. Mediany i odchylenia standardowe zasięgówTabl.4. Mediany i odchylenia standardowe zasięgówtrzech stacji średniofalowych o mocy 1 kW i trzech stacji średniofalowych o mocy 1 kW i dookólnych charakterystykach anten, dla godz. 24.dookólnych charakterystykach anten, dla godz. 24.

Zasięg nadajnika w zakresie średniofalowym głównie zależy od zakłóceń przemysłowych i atmosferycznych oraz sytuacji interferencyjnych w miejscach odbioru.Nowe algorytmy i oprogramowania są opracowywane dla potrzeb doskonalenia narzędzi prognostycznych dla analiz propagacyjnych z uwzględnieniem nowych systemów nadawania w zakresach częstotliwości wykorzystywanych przez radiofonię. Zmienia się sytuacja w sieciach stacji radiofonicznych. Będą wzrastać zapotrzebowania nie tylko na wyznaczanie zasięgów danej stacji lecz również na jej oddziaływanie w sieci stacji radiofonicznych

Zadanie cząstkowe: Analiza zasięgów propagacyjnych nadajnika DRM w paśmie fal średnich i krótkich. Zadanie cząstkowe: Analiza zasięgów propagacyjnych nadajnika DRM w paśmie fal średnich i krótkich. Cel zadania. Opracowanie oprogramowań komputerowych do analizy propagacyjnej zasięgów nadajników DRM w zakresie fal średnich i dodatkowo w zakresie fal krótkich w paśmie 26 MHz dla potrzeb inwestycyjnych, eksploatacyjnych i uzgodnień międzynarodo-wych rys.1. Analiza propagacyjna wiąże się z badaniem zachowań środowiska, w którym rozchodzą się fale radiowe, rys.2. Z punktu widzenia odbioru sygnałów cyfrowych DRM istotne są zmiany tych zachowań oraz błędy oszacowania ich wartości.

Różne metody analizy. Różnice w sposobie rozchodzenia się fal zakresu średniofalowego i pasma 26MHz powodują, że do analizy

propagacyjnej wykorzystywane 

Eksploatacja

Uzgodnieniamiędzynarodowe

Inwestycje

Rys.1. Cele analizy zasięgów

są różne metody obliczeniowe, których elementy przedstawia rys.3.Występują również różnice w sposobie oceny jakości odbieranego sygnału dla transmisji analogowej i cyfrowej. Istotne jest uwzględnienie w analizie propagacyjnej sposobu modulacji stacji zakłócających.

Realizacja celu. Dla prognozowania zasięgów nadajników sygnałów cyfrowych DRM niezbędne jest posiadanie odpowiednich narzędzi w postaci algorytmów opracowanych na podstawie przyjętych metod, danych dotyczących toru radiowego oraz środków ułatwiających szybkie obliczenia w postaci komputerowego oprogramowania, rys.4.

Jonosfera

Emisja innych nadajnikówi szumy otoczenia odbiornika

Teren, grunt i jego pokrycie

Rys.2.Środowisko propagacyjne

w zakresie średniofalowym- rozkład natężenia pola fali powierzchniowej- rozkład natężenia pola fali jonosferycznej- wpływ pór doby- wpływ pór roku- wpływ zakłóceń interferencyjnych- wpływ zakłóceń przemysłowych- wpływ zakłóceń atmosferycznych.

w paśmie 26 MHz- rozkład natężenia pola fali przestrzennej przyziemnej- wpływ ukształtowania terenu- wpływ pokrycia terenu- wpływ zakłóceń interferencyjnych- wpływ fal jonosferycznych.

Rys.3. Elementy analiz propagacyjnych.

Algorytmy postępowaniaAlgorytmy postępowaniaBazy danychBazy danych

Realizacja algorytmów:Realizacja algorytmów:oprogramowania komputeroweoprogramowania komputerowe

Opracowane narzędzia. Na podstawie dokumentów ITU zostały opracowane algorytmy prognozowania zasięgów w zakresach fal średnich i pasma 26 MHz fal krótkich. Trwają prace nad oprogramowaniami. Najbardziej zawansowane są prace dotyczące prognozowania w zakresie fal średnich.

Zostało opracowane oprogramowanie komputerowe do wyznaczania zasięgów nadajników sygnałów cyfrowych DRM. Trwają prace nad oprogramowaniem do prognozowania zasięgów w paśmie 26 MHz. Dla przeprowadzania orientacyjnych obliczeń wykorzystywane są już opracowane części oprogramowania i oprogramowania ogólnie dostępne w Internecie.

Rys.4. Realizacja celu

gdzie: Eu - wartość natężenia pola sygnału użytecznego Egr - wartość granicznego natężenia pola stacji zakłócających:

μV/m][EE 2zgr

n

1i

220iA

i2z )10(EE

Ei – natężenie pola i-tego sygnału zakłócającego, [μV/m]N – liczba sygnałów zakłócającychAi – współczynnik ochronny dla i-tego sygnału zakłócającego, [dB]

uE

D l a f a l ś r e d n i c h :O zasięgu decydują również poziomy szumów przemysłowych i

μV/m][EEEE 2at

2p

2zgr

gdzie:Ep – natężenie pola zakłóceń przemysłowych, [μV/m]Eat – natężenie zakłóceń atmosferycznych, μV/m] .W opracowanym oprogramowaniu przyjęto minimalne wartości natężeń pola ze względu na zakłócenia atmosferyczne i przemysłowe, tabl.1.

Przedział

Częstotliwości

Minimalne użyteczne nat.

pola

Eat

Ep

Teren

miejski

Teren

wiejski

kHz dB dB dB150 – 285 (530) 72 84 81

530 – 900 63 77 74

900 – 1300 60 72 69

1300 – 1605 58 68 64

Tabl.1. Minimalne natężenia pola ze względu na zakłócenia atmosfe- ryczne Eat i przemysłowe Ep.

PROGNOZOWANIE ZASIĘGU  Parametry systemu. W systemie cyfrowym DRM wymagane jest od

operatora transmisji ustalenia pewnej liczby parametrów nadawania, rys.5.

atmosferycznych. Wówczas wartość granicznego natężenia pola jest wyznaczana z następującej zależności:

Rys.5. Parametry nadawania sygnałów cyfrowych.

Miara jakości odbioru. Miarą jakości odbieranej informacji cyfrowej jest stopa błędu BER (Bit Error Rate). Dla systemu DRM przyjęto, że stopa błędu BER powinna być nie większa niż 10-4. Wartość ta zależy od zewnętrznych zakłóceń związanych z warunkami propagacyjnymi danego kanału radiowego.

Kryterium ustalania zasięgu nadajnika. Zasięg nadajnika jest odległością od niego dla której zachodzi następująca nierówność:

szerokość kanału Δf tryb odpornościowy (A, B, C, D) model kanału radiowego (fala powierzchniowa, bezpośrednia, jonosferyczna, propagacja wielodrogowościowa) stosunek sygnału do szumu S/N.

[dB] K KKPEE h21prd

dla odległości d od nadajnika i mocy e.r.p. 1 kW, [dB]Ppr – moc promieniowana [dB/1kW]K1 – współczynnik korekcyjny uwzględniający nierówności terenu, [dB]K2 – współczynnik korekcyjny uwzględniający pokrycie terenu, [dB]

Dotyczą one krótkiej pionowej anteny (h«λ) umieszczonej nad dobrze przewodzącym gruntem, podobnie jak krzywe propaga- cyjne fali powierzchniowej.D l a p a s m a f a l k r ó t –k i c h 26MHz. Poziom zakłóceń przemysłowych jest niski i wpływ tych zakłóceń jest pomijany. To samo dotyczy szumów atmosferycznych.Wartość prognozowanego natężenia pola jest obliczana z następującej zależności:

gdzie:Ed – natężenie pola wyznaczone z krzywych propagacyjnych

Kh – współczynnik korekcyjny uwzględniający zmiany wysokości anteny odbiorczej, [dB].Wartość granicznego natężenia pola uwzględnia zakłócenia przychodzące za pośrednictwem jonosfery:

[dB]EE gru

μV/m][EEEE 2F2

2ES

2zgr

gdzie:Ez – natężenie pola sygnałów interferencyjnych od stacji znajdujących się w otoczeniu punktu odbiorczego (fale bezpośrednie i odbite), [μV/m]EES – natężenie pola sygnałów zakłócających odbitych od warstwy E sporadycznej, [μV/m]EF2 – natężenie zakłóceń zakłócających odbitych od warstwy, F2 [μV/m].

Współczynniki ochronne. Wartości współczynników ochronnych, dla ochrony sygnału cyfrowego przed zakłóceniami interferencyjnymi, zależą od konfiguracji sygnału cyfrowego i rodzaju kanału radiowego realizującego transmisję sygnału użytecznego i sygnału zakłócającego.

Sygnał użyteczny

Sygnał zakłócający

Odstępmiędzykanałowy

Fz - Fu [kHz]

Parametry

BDRM

[kHz]S/I

[dB]

-9 0 +9

DRM_A2 AM –34,0 0 –34,0 9 6,7

DRM_A2 DRM_A2 –38,3 0 -38,3 9 15,3

DRM_A3 DRM_A3 –12,1 0 –12,1 10 15,3

DRM_B2 DRM_B2 -38,1 0 -38,1 9 15,9

Tabl.2. Przykładowe wartości współczynników ochronnych Ai .

Mapa przewodności gruntu Polski Plik binarny

Nazwa danych Rodzaj pliku

Lista stacji radiowych wg. GE75 Baza d. typu Access

Krzywe propagacyjne Baza d. typu Access

Plik tekstowy

Plik binarny

Mapa przewodności gruntu Europy

Mapa linii brzegowej Europy

Rys.6. Mapa przewodności gruntu w Polsce, odtworzona z pliku binarnego

0

5

10

15

20

250°

10°20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

100°

110°

120°

130°

140°

150°

160°170°

180°190°

200°

210°

220°

230°

240°

250°

260°

270°

280°

290°

300°

310°

320°

330°

340°350°

AA godz.12.00

AA godz.24.00

AD godz.12.00

AD godz.24.00

DA godz.12.00

DA godz.24.00

DD godz.12.00

DD godz.24.00

Rys.7. Wyniki obliczeń zasięgów dla średniofalowego nadajnika w Radomiu: f=1602 kHz i P=1 KW, w obecności wszystkich stacji pracujących w tym samym kanale i sąsiednich, dla wszystkich możliwych sytuacji interferencyjnychw sieci radiofonicznej.

Dla pasma 26 MHz wykonano symulacyjne obliczenia zasięgów. Tutaj prezentowana jest symulacja wykonana za pomocą programu Radio Mobile; Model Longleya Rice’a.Obliczenia wykonano dla P = 4 W, Gi = 5 dB i wysokości 119 m.

Rys.8. Zasięgi nadajnika 26 MHz z dachu Riviery.

Godz.24 P=1 kW

Warszawa2 819 kHz

PKiN 819 KHz

Radom 1602 kHz

m σ m σ m σ [km] [km] [km] [km] [km] [km]

AA 12,5 0,78 10,7 0,76 7,2 0,13 AD 13,1 0,81 11,2 0,88 7,4 0,14 DA 43,4 4,81 37,4 6,05 23,0 1,69 DD 33,4 3,27 26,7 3,62 15,5 0,55 m – mediana; σ - odchylenie standardowe

Projekt badawczy wyodrębniony wykonywany jest

wInstytucie RadioelektronikiPolitechniki Warszawskiej