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

1. Inwestycje Eksploatacja Uzgodnienia międzynarodowe Nazwa danych Rodzaj pliku Lista stacji radiowych wg. GE75 Baza d. typu Access Krzywe propagacyjne Baza d. typu Access Mapa przewodności gruntu Polski Plik binarny Plik tekstowy Mapa przewodności gruntu Europy Mapa linii brzegowej Europy Plik binarny Radiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalne 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 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. Teren, grunt i jego pokrycie Jonosfera Emisja innych nadajników i szumy otoczenia odbiornika Algorytmy postępowania Bazy danych Realizacja algorytmów: oprogramowania komputerowe Rys.1. Cele analizy zasięgów Rys.4. Realizacja celu Rys.2.Środowisko propagacyjne 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. • 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. Kh – współczynnik korekcyjny uwzględniający zmiany wysokości anteny odbiorczej, [dB]. Wartość granicznego natężenia pola uwzględnia zakłócenia przychodzące za pośrednictwem jonosfery: 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: • szerokość kanału Δf • tryb odpornościowy (A, B, C, D) • model kanału radiowego (fala powierzchniowa, bezpośrednia, jonosferyczna, propagacja wielodrogowościowa) • stosunek sygnału do szumu S/N. 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. 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. 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: 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: Tabl.1. Minimalne natężenia pola ze względu na zakłócenia atmosfe- ryczne Eat i przemysłowe Ep. Tabl.2. Przykładowe wartości współczynników ochronnych Ai . gdzie: Eu - wartość natężenia pola sygnału użytecznego Egr - wartość granicznego natężenia pola stacji zakłócających: gdzie: Ed– natężenie pola wyznaczone z krzywych propagacyjnych Ei – natężenie pola i-tego sygnału zakłócającego, [μV/m] N – liczba sygnałów zakłócających Ai– współczynnik ochronny dla i-tego sygnału zakłócającego, [dB] dla odległości dod 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] D l a f a l ś r e d n i c h : O zasięgu decydują również poziomy szumów przemysłowych i Symulacje. Za pomocą opracowanego oprogramowania wykonano kilka symulacyjnych obliczeń. Rys.7 prezentuje jedno z nich. Podsumowanie. Zasięgi nadajników średniofalo- wych z systemem DRM są znacznie większe od zasięgów nadajników z systemem AM, tabl.4. Uwidacznia się wówczas zróżnicowanie zasięgów dla poszczególnych kierunków spowodowane zmianami przewodności gruntu i ewentualna zmiana warunków interferencyjnych . Tabl.4. Mediany i odchylenia standardowe zasięgów trzech stacji średniofalowych o mocy 1 kW i 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 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 Projekt badawczy wyodrębniony wykonywany jest wInstytucie RadioelektronikiPolitechniki Warszawskiej 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. Autorzy: Andrzej Dusiński adrezer1@x.wp.pl Jacek Jarkowski J.Jarkowski@itl.waw.pl Ewa Wielowieyska Wielowieyska@itl.waw.pl Rys.6. Mapa przewodności gruntu w Polsce, odtworzona z pliku binarnego Rys.8. Zasięgi nadajnika 26 MHz z dachu Riviery.