Radiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalneRadiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalne Autorzy: Andrzej Dusiński Jacek Jarkowski Ewa Wielowieyska 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. 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 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 Uzgodnienia międzynarodowe 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 nadajników i 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 postępowania Bazy danych Realizacja algorytmów: oprogramowania 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: E u - wartość natężenia pola sygnału użytecznego E gr - wartość granicznego natężenia pola stacji zakłócających: E i – natężenie pola i-tego sygnału zakłócającego, [μV/m] N – liczba sygnałów zakłócających A i – współczynnik ochronny dla i-tego sygnału zakłócającego, [dB] D l a f a l ś r e d n i c h : O zasięgu decydują również poziomy szumów przemysłowych i gdzie: E p – natężenie pola zakłóceń przemysłowych, [μV/m] E at – 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 E at EpEp Teren miejski Teren wiejski kHzdB 150 – 285 (530) – – – Tabl.1. Minimalne natężenia pola ze względu na zakłócenia atmosfe- ryczne E at i przemysłowe E p. 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 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. dla odległości d od nadajnika i mocy e.r.p. 1 kW, [dB] P pr – moc promieniowana [dB/1kW] K 1 – współczynnik korekcyjny uwzględniający nierówności terenu, [dB] K 2 – 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: E d – natężenie pola wyznaczone z krzywych propagacyjnych K h – współczynnik korekcyjny uwzględniający zmiany wysokości anteny odbiorczej, [dB]. Wartość granicznego natężenia pola uwzględnia zakłócenia przychodzące za pośrednictwem jonosfery: gdzie: E z – natężenie pola sygnałów interferencyjnych od stacji znajdujących się w otoczeniu punktu odbiorczego (fale bezpośrednie i odbite), [μV/m] E ES – natężenie pola sygnałów zakłócających odbitych od warstwy E sporadycznej, [μV/m] E F2 – 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 Odstęp międzykanałowy F z - F u [kHz] Parametry B DRM [kHz] S/I [dB] DRM_A2AM–34,00 96,7 DRM_A2 –38,30-38,3915,3 DRM_A3 –12, ,3 DRM_B2 -38,10 915,9 Tabl.2. Przykładowe wartości współczynników ochronnych A i. Mapa przewodności gruntu Polski Plik binarny Nazwa danychRodzaj 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 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 interferencyjnych w sieci radiofonicznej. Dla pasma 26 MHz wykonano symulacyjne obliczenia zasięgów. Tutaj prezentowana jest symulacja wykonana za pomocą programu Radio Mobile; Model Longleya Ricea. Obliczenia wykonano dla P = 4 W, Gi = 5 dB i wysokości 119 m. Rys.8. Zasięgi nadajnika 26 MHz z dachu Riviery. Projekt badawczy wyodrębniony wykonywany jest w Instytucie Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej