Территориальное планирование сетей телерадиовещания с учетом ЭМС РЭС на основе геоинформационных технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций

Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Геоинформационные системы»

Территориальное планирование сетей телерадиовещания с учетом ЭМС РЭС на основе геоинформационных технологий

Выполнил

студент группы 5673

Танкеев Д.Н.

Проверил

Спирина Е.В.

Казань, 2013 г.

Содержание

Введение

1. Методика расчета напряженности поля и зон обслуживания РПС сетей телерадиовещания

2. Защита от помех в телевидении и радиовещании

3. Методика расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций

4. Расчётная часть

Введение

На этапе проектирования телекоммуникационных сетей с появлением электронных карт и геоинформационных систем появилась возможность проведения более точных расчетов размещения радиоэлектронных средств на заданной территории с учетом рельефа местности и свойств подстилающей поверхности, что повышает качество результатов расчета и уменьшает затраты. Следовательно, возрастает потребность в квалифицированных специалистах в области телекоммуникаций, владеющих геоинформационными технологиями.

1. Методика расчета напряженности поля и зон обслуживания РПС сетей телерадиовещания

При проектировании сетей ТВ и звукового вещания возникает необходимость в определении зоны, в которой связь будет обеспечена с заданными качеством и надежностью. Зона обслуживания РПС телерадиовещательной сети определяется на основе статистических и детерминированных методов.

При использовании детерминированных методов алгоритмы прогноза качества связи основаны на учете влияния местных условий и препятствий на трассе распространения сигнала. Следовательно, данные методы требуют построения профиля трассы для каждой из возможных передающей и приемной точек. Для практической оценки величины ослабления поля очень часто используют статистический подход. Статистические методы прогноза зон обслуживания РПС сетей радиосвязи длительное время являлись основными и не потеряли своей актуальности до настоящего времени.

Напряженность поля сигнала является случайной величиной по местоположению и во времени вследствие неравномерности рельефа и во времени вследствие неустойчивого состояния тропосферы. Медианное значение напряженности поля сигнала (дБ(мкВ/м)) находят из кривых распространения Рекомендации 370-7 Международного союза электросвязи по Радио (МСЭ-Р), которые представляют собой уровни напряженности поля как функции от высот передающей и приемной антенн, несущей частоты и протяженности трассы и получены в результате усреднения экспериментальных результатов в различных регионах при различных условиях.

Исходными данными при построении графиков Рекомендации 370-7 МСЭ-Р являются:

- напряжённость поля полезного сигнала создаётся передатчиком с эффективной излучаемой мощностью 1 кВт;

- приёмная антенна установлена на высоте 10 м;

- напряжённость поля сигнала приведена в точке приёма, а не на входе приёмника;

- значения напряжённости поля полезного сигнала, показанные на графиках, имеют место в течение 50% времени и 50% пунктов приёма.

(1)

В реальных системах связи значения исходных параметров могут быть другими. Поэтому для определения напряженности поля полезного сигнала в расчеты следует вносить соответствующие поправки, учитывающие различие исходных параметров.

Рис.1. Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния на равнинно-холмистой местности (--- линии для метрового диапазона, - - - для дециметрового м, кВт)

Необходимая граничная напряженность поля в точке приема определяется по формуле

, (2)

где: - необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала (дБ(мкВ/м)); - минимальная используемая напряженность поля; - поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика от мощности 1кВт, для которой составлены графики МСЭ-Р (дБ); - поправка, учитывающая отличие высоты установки приемной антенны от высоты 10 м, для которой составлены графики МСЭ-Р (дБ); , - поправки на медленные и быстрые замирания, учитывающие отклонения заданного процента приемных пунктов и времени превышения данной напряженности поля от 50% (дБ); - поправка, учитывающая отличие реального рельефа местности от принятого при составлении графиков МСЭ-Р (дБ); - неравномерность диаграммы направленности приемной антенны в горизонтальной плоскости (дБ).



Рис.2. Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния. Равнинно-холмистая местность (I - III диапазоны, )

Таблица 1. Значения минимальной используемой напряженности поля для телевизионного вещания

, дБмкВ/м	Диапазон частот
	I	II	III	IV	V
	50	54	57	70	70



Рис.3. Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния

Равнинно-холмистая местность (IV, V диапазоны, )

Поправка на отличие эквивалентной мощности передатчика определена по формуле:

, (3)

где: - поправка, учитывающая фактическую мощность передатчика (дБ); - затухание в резонаторных и мостовых фильтрах, антенных разделителях и т.п. (дБ); - затухание в неоднородностях антенно-фидерного тракта передачи (дБ); - затухание в фидере передающей антенны (дБ); - неравномерность диаграммы направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости (дБ); - усиление передающей антенны (дБ).

Поправку , определяют исходя из схемы антенного тракта и паспортных данных используемых устройств.

Параметр , обычно принимают равным 1 дБ.

Затухание в фидере передающей антенны , определяют как произведение погонного затухания фидера на его длину .

Неравномерность диаграммы направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости , определяется по расчётным или измеренным диаграммам направленности. Для прикидочных расчётов эту поправку берут равной .

Значения коэффициента усиления передающей антенны относительно усиления полуволнового вибратора для некоторых типов антенн хранятся в базах данных, которые используются на каждом этапе планирования сети. Поправочный коэффициент на высоту приемных антенн определен как:

, (4)

где - высота установки антенны приемной станции, м.

Поправка , вносимая при необходимости обеспечения связи для процента пунктов приёма, отличающегося от 50%, определяется по графику (рис.4).

Рис.4. Зависимость величины от процента пунктов приема, в которых величина напряженности поля равна заданной

Коэффициент на быстрые замирания, позволяет учитывать отличие заданного процента времени превышения данной напряжённости поля от 50% времени. В настоящее время влияние этих замираний можно учитывать только на основе экспериментальных наблюдений.

Для расчётов наиболее приемлемы графики замираний по Буллингтону (рис.5)

Рис.5. Замирания по Буллингтону (--- Кривая Рэлея относительно среднего значения)

Поправка , учитывает отличие реального рельефа местности от принятого при составлении графиков МСЭ-Р рельефа среднепересечённой местности. Для её определения вводится среднее колебание высот местности . По некоторому направлению от передающей антенны строится рельеф местности (рис.6). На участке от 10 до 50 км проводится две горизонтальные линии уровня. Причём верхняя из них пересекает вершины рельефа на 10% интервала (суммарно на 4 км), а нижняя поднимается над ложбинами рельефа на таком же интервале, пересекая поверхность земли на 90% интервала (суммарно на 36 км). Разница высот этих линий уровня даёт величину .

Рис.6. К определению параметра, характеризующего степень неровности местности

Поправку на рельеф местности по известной величине определяют по графикам рис.7.

Рис.7. График для определения поправки на рельеф

Для вычисленной величины по кривым распространения Рекомендации 370-7, приведенных на рис. 1-3, определяют дальность связи рассматриваемой системы.

2. Защита от помех в телевидении и радиовещании

Защитное отношение по радиочастоте - это минимальное значение отношения уровня полезного сигнала к уровню мешающего сигнала, выраженное в децибелах, на входе приемника, определенное при специально оговоренных условиях, которое обеспечивает на выходе приемника надлежащее качество приема. Его величина зависит от частотного разноса между несущими полезного и мешающего сигналов, от видов и глубины их модуляции, а так же от вида помехи.

Помехи от смежного канала. Смежные частотные каналы - это соседние каналы, непосредственно примыкающие друг к другу. При работе ТВ передатчиков в соседних частотных каналах основное мешающее воздействие в нижнем канале - оказывает сигнал звукового сопровождения, а в верхнем - сигнал изображения. Защитное отношение при помехе от нижнего и верхнего соседних каналов в диапазоне метровых и дециметровых волн составляет . При длительной помехе ЗО следует увеличить на .

Помехи от зеркальных каналов. Частотные ТВ каналы распределены так, что передатчики могут создавать помехи в зеркальных каналах лишь в диапазоне дециметровых волн, начиная с 29-го канала. Для канала приема с номером в полосу частот зеркального канала попадают каналы с номерами и , при этом основные помехи приему будут создавать несущие изображения канала и звукового сопровождения канала . Значение защитного отношения при помехе от несущей звука канала составляет , а при помехе от несущей изображения канала составляет . Указанные защитные отношения применимы к тропосферной помехе, при постоянно действующей помехе эти значения необходимо увеличить на .

Результирующее защитное отношение. Качество приема определяется как характеристиками приемной установки, так и воздействием атмосферных шумов, индустриальных помех и помех от других РПС. На основании некоторых стандартных данных приемников и воздействия атмосферных шумов и индустриальных помех нормируется минимальная используемая напряженность поля (см. табл.5,6) .

Таблица 5. Значения минимальной используемой напряженности поля для телевизионного вещания

, дБмкВ/м	Диапазон частот
	I	II	III	IV	V
	50	54	57	70	70

Любая полезная радиопередающая станция, характеризуемая напряженностью поля на границе зоны обслуживания и радиусом зоны обслуживания (расстояние от полезной станции до мест приема, в которых напряженность поля составляет ), является мешающей по отношению к другим станциям (рис.2). В расчетах, связанных с мешающей станцией (МС), используют параметры, аналогичные параметрам полезной станции: напряженность поля на границе зоны обслуживания МС ; радиус зоны обслуживания МС . Кроме того, вводят дополнительную напряженность поля МС , называемую напряженностью поля помех. Она характеризует напряженность поля с учетом результирующего защитного отношения

. (9)

Таким образом, зона помех (рис.2) оценивается в виде зоны обслуживания РПС, в которой уровень электрического поля превышает минимальный допустимый уровень напряженности поля на величину защитного отношения.

Напряженность поля помех рассчитывают следующим образом. Для известных и по кривым распространения находят , или , или . Для известных [дБкВт] и определяют напряженность поля помех, дБ

. (10)

При расчете напряженности поля мешающего сигнала необходимо учитывать возможные ослабления его из-за различных поляризаций полезного и мешающего сигналов и направленности приемных антенн. Результирующее защитное отношение учитывает дополнительные поправки, которые уменьшают защитное отношение

, (11)

где - поправка, учитывающая СНЧ передатчиков полезной и мешающей станций, работающих в совмещенном канале (табл.7); - поправка, учитывающая поляризацию передающих антенн полезной и мешающей станций; - поправка, учитывающая помехозащищенность приемных антенн телевизоров или радиоприемников.

Различают пространственную и поляризационную помехозащищенность приемных антенн.

Поправку вводят при ортогональной поляризации передающих антенн полезной и мешающей станций. Для тех мест приема в зоне обслуживания ПС, в которых сигнал МС принимается на главный лепесток приемной антенны, поправку принято брать , а для тех мест, в которых прием идет по боковым и задним лепесткам .

Поправка для тех мест приема в зоне обслуживания ПС, в которых сигнал МС принимается на главный лепесток приемной антенны, а также при моно ОВЧ ЧМ вещании. Значения поправки для мест, в которых прием идет на боковые и задние лепестки приведены в табл.8. при ТВ и стерео ОВЧ ЧМ вещании.

Таблица 8. Поправка, учитывающая помехозащищенность приемных антенн телевизоров и радиоприемников

Значение поправки, дБ	Диапазоны ТВ вещания	Стерео ОВЧ ЧМ вещание
	I-II	III	IV-V
	6	12	16	12

3. Методика расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций

При воздействии на приемник полезного сигнала и помех от нескольких мешающих передатчиков необходимо учитывать суммарный эффект воздействия всех помех, мешающих приему полезного сигнала. В телевизионном и звуковом вещании используют упрощенный метод умножения. Согласно этому методу совместное влияние нескольких мешающих станций учитывают следующим образом.

Зону обслуживания полезной станции рассчитывают для двух азимутальных направлений (прямом и обратном) по отношению к каждой мешающей станции. На прямом направлении имеет место влияние мешающей станции в пределах заднего лепестка приемных антенн, на обратном - в пределах главного лепестка (рис.12).

В рассмотренных случаях расстояние между полезной и мешающей станциями определяется

, (12)

, (13)

где формула (10) соответствует влиянию МС с прямого направления, а формула (11) влиянию с обратного. Далее по каждой мешающей станции по (11) вычисляют результирующее значение защитного отношения, а по (10) определяют напряженность поля помех мешающей станции в точках приема на расстояниях с прямого и обратного направлений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис.12. Воздействие мешающей станции на зону обслуживания с направлений:

а) - прямого; б) - обратного

Для напряженности поля помех определяют вспомогательную величину

, (14)

, (15)

где , - напряженность поля помех МС при ее воздействии на зону обслуживания ПС с прямого и обратного направлений, дБ; - стандартное отклонение распределения напряженности поля по местоположению, дБ. Далее находят местную вероятность обеспечения приема для каждой напряженности поля помех, представленной (14-15), аппроксимировав табличный интеграл вероятности нормального распределения следующим полиномом

, (16)

где в качестве величины берут величины и , определяемые выражениями (12) и (13) соответственно.

Местную вероятность обеспечения приема для напряженностей полей помех определяют через произведение отдельных вероятностей

. (17)

Если , то имеет место вероятность обеспечения мест приема и времени приема при расчете напряженности поля помех по кривой распространения и времени приема при использовании кривой распространения [1].

Если , то считается, что полезная и мешающие станции совместимы. При полезная и мешающие станции несовместимы и расчет повторяют для другого месторасположения полезной станции.

сеть телевидение станция помеха

4. Расчетная часть

1.

Для 1 станции: Из таблицы 1 находим Е мин=70дБ

Вф=0

Вн=1дБ

h2=4*3=12м

Из рис. 4 находим

Из рис. 5 находим



Для 2 станции: Е мин=70дБ

Вф=0

Вн=1дБ

h2=4*3=12м

Для 3 станции: Е мин=70дБ

Вф=0

Вн=1дБ

h2=4*3=12м

2. По рис. 1 определяем радиусы зоны обслуживания:

R1=2,7км

R2=2,8км

R3=3,3км

3. Защитное отношение при помехах от смежного канала А=6дБ;

При помехах от зеркальных каналов А=9дБ

А=6дБ+9дБ=15дБ

4. Находим расстояния между полезной и мешающими станциями

R1-2пр=R1+R2+3км=2,7+2,8+3=8,5

R1-2обр=2*R1+R2+3км=5.4+2,8+3=11,2

R1-3пр=R1+R3+3км=2,7+3,3+3=9

R1-3обр=2*R1+R3+3км=5,4+3,3+3=11,7

5. Находим результирующее защитное отношение

6. Определим напряженность поля мешающих станций

Е меш обр 1-2=63дБ

Е меш пр 1-2=69дБ

Е меш обр 1-3=65дБ

Е меш пр 1-3=71дБ

7. Напряженность помех

Е пом обр 1-2=63+5=68дБ

Е пом пр 1-2=69-6=63дБ

Е пом обр 1-3=65+5=70дБ

Е пом пр 1-3=71-6=65дБ

8. Найдем - местную вероятность обеспечения приёма

, значит полезная и мешающие станции совместимы.

Размещено на Allbest.ru