Література

 

1 Launch: BBC – Deutsche Welle in Europe on DRM Digital Radio www.drm.org/news 10.12.08.

2 Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник / Локшин М.Т., Шур А.А., Кокорев А.В, Краснощеков Р.А. – М.: Радио и связь, 1988. – 144 с.

3 Recommendation ITU-R BS. 412-7 Planning Standards for terrestrial FM sound broadcasting at VHF, 1997.

4 Recommendation ITU-R BS. 1615 Planning parameters for digital sound broadcasting at frequencies below 30 MHz, 2003.

5 U. Gil, D. Guerra, L. Del Amo and J. Masdeu “DRM field trials – for urban coverage planning in Spain”, EBU Technical Review – 2008 Q2.

6 Выходец А.В., Ганжа С.Н., Лапин В.А. Цифровое звуковое радиовещание: Учебное пособие / Под общ. ред. Н.К. Михайлова. – Одесса: «Феникс», 2006. – 272 с.

7 Ковалгин Ю. Передающее и контрольно-измерительное оборудование системы DRM: состояние дел в мире // Broadcasting. Телевидение и радиовещание. – № 4(72). – 2008. – С. 53 – 55.

8 ITU-R Document 6/324-E “Planning parameters for digital sound broadcasting at frequencies below 30 MHz”, September 2002.

9 ITU-R Document 6-7/19E “Minimum usable field strengths for digital sound broadcasting (DRM) in frequency bands below 30 MHz”, August, 2001.

10 ITU-R Document 9C/17E. The climatic control of intensity of a field strength terrestrial wave on communication lines in an MF band, February, 2004.

11 Стереофоническое радиовещание / Н.М. Балан, С.А.Бедойа, А.В. Выходец и др.; под ред. А.В.Выходца и Б.В. Одинцова. – К.: Техніка, 1995.–240 с.

12 ITU-R Document 6E/301-E. RF Protection ratios for digital sound broadcasting below 30 MHz, March, 2003.

ВИСНОВКИ

 

Польові випробування роботи передавачів звукового мовлення системи DRM показали, що наведені в Рекомендації МСЕ-Р BS. 1615 [4] значення мінімальної використовної напруженості поля для планування служби цифрового DRM мовлення можуть бути скориговані. Це може бути зроблено на підставі двох причин. По-перше, при прийманні DRM сигналів в умовах великих міст зростає необхідне значення відношення сигнал/шум на вході приймача [4], а отже, і мінімальної використовної напруженості поля. По-друге, необхідно врахувати коливання напруженості поля обумовлені кліматичним фактором – впливом зміни температури повітря на коливання рівня сигналу [10].

В даній роботі на прикладі м. Одеси було визначено необхідні значення мінімальної використовної напруженості поля Емін з урахуванням зазначених вище факторів. Одержані дані дозволили виконати оцінку можливої зони покриття цифровим звуковим мовленням в системі DRM території міста Одеси та передміських районів при різних варіантах використовуваного виду модуляції та ефективної випромінюваної потужності передавача.

ПОРЯДОК РОЗРАХУНКУ ЗОНИ ОБСЛУГОВУВАННЯ DRM ПЕРЕДАВАЧА

 

При обчисленні можливої зони обслуговування DRM передавача у великому місті із неоднорідною щільністю забудови, як, наприклад, у м. Одесі за умови відсутності завад від інших передавачів можна користуватися типовим алгоритмом із певними зауваженнями:

1) Визначають кількість напрямків, за якими буде вестися розрахунок та визначається характер забудови міста в цьому напрямку.

2) У якості вихідного напрямку від передавача обирають напрямок на північ за мерідіаном. На цьому напрямку фіксують на відстані R0 опорну точку.

3) В залежності від характера забудови міста в даному напрямку визначається необхідне значення Емін.

4) Визначають напруженість поля, створювану DRM передавачем на відстані R0 за формулою:

де E1(R0) - напруженість поля на відстані R0 від передавача при ефективній потужності випромінювання 1 кВт; Ре – ефективна потужність випромінювання передавача, дБкВт.

E1(R0) визначається за графіком кривих розповсюдження радіохвиль в діапазонах НЧ та СЧ (обирається крива для відповідної носійної частоти)

4) Одержане за формулою (2) значення напруженості поля порівнюють із значенням Емін. Якщо DЕ = Е(R0) – Емін = 0, розрахунок закінчується. Границя зони обслуговування для даного напрямку знаходиться на відстані R0 від передавача. Якщо DЕ < 0, відстань зменшують, і процес обчислення повторюють. Якщо DЕ > 0, поступово збільшують відстань від передавача із кроком DR. Розрахунок ведеться доти, поки не зміниться на протилежний знак DЕ. По кільком значенням функції Е(R) при інтерполяції результату визначають R при DЕ = 0.

5) Змінюючи напрямок від вихідного з кроком Dy, для кожного напрямку знову визначають точку, для якої виконується вимога DЕ = Е(R) – Емін = 0. З’єднуючи точки плавною кривою, одержують контур зони обслуговування передавача.

Нагадаємо, що рекомендації приведено для випадку відсутності завад від інших станцій, або якщо вони достатньо незначні, щоб їх впливом можна було знехтувати. У випадку появи значних завад від інших станцій алгоритм розрахунку змінюється. В цьому випадку значення напруженості поля, створюваної передавачем, потрібно порівнювати із значенням не мінімальної використовної напруженості поля Емін, а використовної напруженості поля Евик [6, 11].

На границі зони обслуговування значення Евик рекомендується визначати наступним чином [11]:

де Езі – напруженість поля і-ї заважаючої станції;

Аі – захисне відношення за радіочастотою корисної станції при заваді від і-ї заважаючої станції;

N – кількість заважаючих станцій.

Необхідні значення захисних відношень за радіочастотою А визначаються в залежності від режиму передавання цифрового сигналу, рознесення носійних частот корисного і заважаючого передавачів, ширини смуги частот, що займають корисний і заважаючий сигнали і необхідної якості звучання. В документах МСЕ-Р надаються рекомендовані значення захисних відношень для різних комбінацій параметрів корисного і заважаючого сигналів [4, 12].

Проведемо згідно вказаної вище методики розрахунок зони обслуговування DRM передавача, встановленого в м. Одесі, за умови, що:

– ефективна випромінювана потужність передавача Pe дорівнює 10 кВт;

– частота носійного коливання fн дорівнює 1332 кГц;

– приймання здійснюється всередині приміщень.

Параметри цифрового сигналу відповідають вказаним в табл. 1.

Розрахунок будемо вести за п’ятьма напрямками, які визначаються відповідними кутами. За кут 0° приймаємо напрямок на північ. Результати розрахунку радіуса зони обслуговування разом із необхідними значеннями напруженості поля для відповідного

напрямку зазначені в табл. 3.

Контур зони обслуговування нанесено на карту міста: рис. 2, крива 1 (масштаб: в 1см – 2,5 км). На тому самому рисунку нанесено також контур зони обслуговування передавача з ефективною випромінюваною потужністю Pe = 7 кВт, але із застосуванням модуляції 16-КАМ при швидкості згорткового коду 0,62.

1 – використовується модуляція 64-КАМ та Pe = 10 кВт;

2 – використовується модуляція 16-КАМ та Pe = 7 кВт

Відзначимо, що при модуляції 16-КАМ знижується потік інформації, який можливо реалізувати у системі, але суб’єктивні експертизи показали, що навіть за таких обставин якість звуку при прийманні DRM сигналів виявилася більш високою, ніж при прийманні аналогових сигналів.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИЗНАЧЕННЯ МІНІМАЛЬНОЇ ВИКОРИСТОВНОЇ НАПРУЖЕНОСТІ ПОЛЯ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ ЗОНИ ОБСЛУГОВУВАННЯ ПЕРЕДАВАЧА

 

При визначенні необхідного для розрахунків значення Емін крім впливу щільності забудови треба врахувати ще й наступний фактор. Були проведені дослідження [6, 10], які показали, що рівні електромагнітних і атмосферних завад у діапазоні СЧ непостійні й коливаються щодня, щомісячно, щосезонно.

Такі зміни електромагнітних завад при аналоговому радіомовленні відбиваються незначно, але при цифровому мовленні, яке має пороговий характер, на межі зони обслуговування відбудеться зрив приймання. Тому з урахуванням зазначених вище коливань рівнів завад, необхідні значення мінімальної використовної напруженості поля дещо корегуються.

Поправка до необхідного значення Емін залежить від кліматичних умов певного регіону і визначається середньою температурою у січні місяці [6] (табл. 2).

В якості прикладу розглянемо визначення необхідного значення мінімальної використовної напруженості поля DRM передавача, що працює в м. Одеса.

При використанні модуляції 64-КАМ та швидкості згорткового коду 0,6 відношення С/Ш для високоякісного приймання в автомобілі, одержане на основі польових випробувань, як вказано вище, становить 20 дБ, що перевищує рекомендоване згідно документів МСЕ значення для СЧ діапазону на 3,6 дБ. Отже, необхідне значення Емін = 40,9 дБ(мкВ/м) [6] повинно бути скориговане для умов міста: Емін’ = 40,9 + 3,6 = 44,5 дБ.

Щоб врахувати поправку на кліматичні умови, скористаємося табл. 2. Для Одеської області середня температура у січні місяці становить приблизно мінус 3С, отже, як випливає з табл. 2, потрібне значення поправки до встановленої мінімальної використовної напруженості поля буде дорівнювати DЕ = 9,5 дБ.

Таким чином, при використанні модуляції 64-КАМ і відносної швидкості кода 0,6 остаточне значення

Порівняємо це значення із значенням мінімальної використовної напруженості поля, що використовувалося при плануванні служби аналогового СЧ-АМ мовлення. Наприклад, на частоті 525 кГц Емін = 60 + 6 = 66 дБ/(мкВ/м), а для частоти 1251 кГц Емін = 58,5 дБ(мкВ/м)).

Отже, на частоті носійного коливання 1251 кГц при цифровому мовленні виграш у потужності можна оцінити як 58,5 – 54 = 4,5 дБ (відносно 1 мкВ/м).

Таким чином, забезпечивши значення Емін рівне 54 дБ(мкВ/м), можна гарантувати високоякісне відтворення програм цифрового звукового мовлення при прийманні в автомобілі, що рухається вулицями міста.

Що стосується оцінки якості приймання всередині приміщень, то як показали вищезгадані дослідження, застосування цього значення Емін, на жаль, не дозволить забезпечити цілком прийнятної якості звуковідтворення в умовах щільної міської забудівлі та значного рівня шумів від промислового та побутового обладнання.

ОСОБЛИВОСТІ ПЛАНУВАННЯ ЦИФРОВОГО РАДІОМОВЛЕННЯ В СИСТЕМІ DRM В УМОВАХ ВЕЛИКИХ МІСТ

 

Система DRM, що застосовується в діапазонах НЧ, СЧ та ВЧ, як правило, розглядається як така, що дозволяє за допомогою одного передавача покриття мовленням великої території; це притаманно також і потужним радіопередавачам аналогового мовлення в зазначених діапазонах. Однак існують прецеденти, коли DRM передавач використовується для обслуговування території великого міста за рахунок поширення земної хвилі. У зв’язку з цим цікавим є досвід ряду європейських країн, де був виконаний великий обсяг польових випробувань роботи DRM передавачів у різних умовах. Серед них були і випробування середньохвильових передавачів, що працюють у м. Мадрид [5], м Берлін [6] та інших містах Європи.

На рис. 1 наведена узагальнена структурна схема передавальної інфраструктури системи звукового DRM мовлення. Комплект обладнання, що використовується при передаванні, містить наступні основні блоки [7]:

DRM контент-сервер, що формує мультиплексований цифровий потік, який містить дані аудіопрограм, медіадані, дані про конфігурацію мультиплексування; звукові сигнали прогам мовлення створюються в апаратно-студійних комплексах, в яких також формуються додаткові дані, що відносяться до програм, та інші дані, що мають бути передані слухачам;

DRM модулятор;

GPS приймач, необхідний для синхронізації обладнання;

Програмні продукти для конфігурації цифрових потоків.

Радіопередавальне обладнання.

При плануванні служби звукового мовлення в будь-якому діапазоні одним з основних параметрів, який необхідно врахувати, є мінімальна використовна напруженість поля Емін.

Мінімальна використовна напруженість поля Емін, дБ(мкВ/м), визначає рівень напруженості поля, при якому забезпечується відтворення програми з необхідної якістю в присутності шумів, але за відсутності завад від інших передавачів. Емін повинна перевищувати напруженість поля сумарних шумів Ешsum на значення відношення сигнал/шум (С/Ш), яке визначає якість приймання [2]:

Для DRM мовлення норми на цей параметр наведені у відповідних документах МСЕ-Р [4, 8, 9]. Значення мінімальної використовної напруженості поля обчислювалися на основі значень відношення сигнал/шум, необхідних для високої якості звучання аудіопрограм. Ці значення дозволять одержати  начення відносної помилки BER не більше ніж 10-4 [6]. Проте вказані в цих документах значення відношення сигнал/шум та Емін грунтувалися на базі лабораторних досліджень. Для визначення можливості їх використання при плануванні DRM радіомовленнєвої служби необхідно встановити їх відповідність реальним умовим приймання.

Для проведення експеримента в умовах щільного міського середовища використовувалася вихідна потужність передавача 10 кВт. Радіосигнал передавався на частоті 1260 кГц, смуга каналу, який займав сигнал, дорівнювала 9 кГц.

Виконувалися випробування фіксованого і мобільного приймання як поза приміщеннями, так і всередині приміщень.

Для випробувань використовувся лише один режим передавання, параметри якого вказані у табл. 1.

Як показала практика організації DRM мовлення в СЧ діапазоні, такий режим є досить завадостійким при розповсюдженні земних хвиль.

Особливості приймання поза приміщеннями

Одержані результати узгоджуються із прогнозованими згідно механіхму розповсюдження у середньохвильовому діапазоні. На результати вплинули такі фактори, як ширина вулиць, висота будівель (з урахуванням ширини відповідної вулиці), джерела індустріальних шумів, а також елементи міського середовища, які спричинюють загасання сигналу, що приймається (мости, тонелі, ін.). Вплив цих факторів зростає по мірі того, як рівень сигналу зменшується при зростанні відстані від передавача [5].

Детально аналізуючи результати, отримані у районах міста з різною забудовою, рекомендується використовувати значення відношення сигнал/шум рівне 18 дБ у якості порогового у випадку фіксованого приймання.

У випадку приймання в автомобілі порогове значення відношення сигнал/шум для планування мереж DRM мовлення в умовах міста при використанні режиму 9 кГц/А/64/16/0,6/S (табл. 1) має бути рівним 20 дБ [5].

Обидва порогові значення відношення с/ш, одержані експериментальним шляхом при виконанні польових випробувань, відрізняються від значення 16,4 дБ, запропонованого МСЕ-Р [4, 6] і яке було одержано на основі лабораторних випробувань і моделювання.

Особливості приймання всередині приміщень

Під час експерименту, що проводився в Мадриді в 2007 р. [5], вперше було приділено досить багато уваги особливостям приймання всередені приміщення на портативні приймачі у середньохвильовому діапазоні. Таке середовище розглядалося як найбільш несприятливе та критичне, насамперед через збільшений рівень завад від побутового та промислового обладнання.

Ці результати були класифіковані відповідно до середовища, де розміщується будівля і типу будівлі. Приймання DRM сигналу в СЧ діапазоні залежить від висоти будівель та прилеглого середовища. Значення рівня поля сигналу повинно бути не менше 80 дБ(мкВ/м) для забезпечення задовільного приймання в умовах щільного міського середовища, в той час як воно може бути зменшене майже на 10 дБ у міському середовищі меншої щільності.

Якість приймання краща на верхніх поверхах будівель та в умовах нещільної міської забудови.

ВСТУП

 

На сьогоднішній день в Європі регулярні передачі звукового мовлення в цифровому режимі ведуться з використанням таких систем як T-DAB та DRM.

Система T-DAB була розроблена для використання в діапазоні 60 МГц – 3 ГГц, регулярне мовлення почалося в 1995 році в Великій Британії, Данії та Швеції. В цих країнах у теперешній час найвищий відсоток охоплення населення програмами цифрового мовлення в системі T-DAB.

Система DRM була розроблена для роботи в діапазонах до 30 МГц. Нині працює кілька десятків DRM передавачів, забезпечуючи слухачів аудіопрограмами із якістю звучання близькою до якості стереофонічного ДВЧ-ЧМ мовлення, що супроводжуються текстовими повідомленнями та електронною програмою передач. 10 грудня 2008 року розпочалося мовлення на країни західної Європи у форматі DRM програм нового каналу, створеного такими мовленнєвими компаніями як BBC та Deutsche Welle [1]. Для передавання програм у цьому каналі використовується 6 передавачів у діапазоні середніх та коротких хвиль, повністю забезпечуючи покриття території таких країн як Франція, Німеччина, Нідерланди, Бельгія, Люксембург та Швейцарія.

На сьогоднішній день в Україні серед фахівців в галузі звукового мовлення система DRM викликає значний інтерес, і отже, актуальними є дослідження щодо можливості впровадження цієї системи в країні.

Варто відзначити, що при впровадженні будь-якої системи радіомовлення вкрай важливим є вирішення задачі планування передавальної мережі.

При плануванні мереж звукового мовлення, як аналогового, так і цифрового, необхідною складовою є визначення імовірних зон покриття, які забезпечить кожен з передавачів цієї мережі. При визначенні зон покриття передавачів цифрового звуквого мовлення існують особливості, що залежать від місця встановлення передавача (сільська місцевість, місто або передмістя), а також використовуваного діапазону частот. Такі ж особливості враховувалися і при плануванні мереж аналогового мовлення [2]. Проте чисельні значення параметрів планування, встановлені для аналогового і цифрового мовлення значно різняться через використання певних технічних засобів і алгоритмів, розроблених для підвищення завадостійкості приймання у цифровому форматі. До параметрів планування, необхідні значення яких досліджувалися в процесі лабораторних і польових випробувань, належать: відношення сигнал/шум на вході приймального пристрою, мінімальна використовна напруженість поля та захисні відношення за радіочастотою. В умовах приймання у великих містах – із високим рівнем шумів від промислового та побутового обладнання та при наявності додаткового ослаблення, що визначається забудовою, норми на параметри планування найбільш жорсткі [2, 3], що підтвердили результати польових випробувань.

Стосовно системи DRM існує Рекомендація МСЕ-Р BS.1615 [4], яка містить чисельні значення необхідних параметрів планування. Однак результати польових випробувань роботи DRM передавача показали, що в умовах покриття великих міст значення цих параметрів мають бути скориговані [5]. Причому величина такої корекції залежить від типу приймання – всередині приміщення або поза ним (наприклад, в автомобілі); а також від характеру забудови певного міського району. В зв’язку з цим, задача планування покриття цифровим DRM мовленням території певного міста повинна вирішуватися з урахуванням щільності його забудови та характеру розташування будівель. Нижче буде розглянуто принцип оцінки можливої території покриття цифровим DRM мовленням на прикладі міста Одеси.

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ПОКРИТТЯ ЦИФРОВИМ ЗВУКОВИМ DRM МОВЛЕННЯМ ВЕЛИКИХ МІСТ THE INVESTIGATION OF PECULIARITIES OF COVERAGE OF THE CITIES BY DIGITAL SOUND BROADCASTING USING DRM SYSTEM

Анотація. Розглядається принцип визначення зони покриття цифровим DRM мовленням в СЧ діапазоні території великого міста. Виконано відповідні розрахунки на прикладі міста Одеси.

Abstract. The principle of coverage area determination for digital DRM broadcasting in MF band on the territory of the city is examined. The corresponding calculations are executed on the example of Odessa city.