Моделирование передающей части системы цифрового телевидения. Курсовой проект по дисциплине "Сети и системы цифрового телерадиовещания" на тему "Проектирование систем и сетей наземного цифрового телевизионного вещания в стандарте dvbt"
 Скачать 4.34 Mb.
|
 радиосигнал и его передаче по радиоканалу. Источником флуктуационного шума является и сам телевизор. В телевидении принято учитывать не абсолютный результирующий уровень флуктуационных шумов, а со-отношение сигнал-шум ψ, оцениваемое в дБ. Практически параметр ψ определяется следующим выражением: ψ = 20lg(U /UП.ЭФФ), дБ C (0.1) где U - размах видеосигнала от уровня черного до уровня белого; UП.ЭФФ – эффективное C значение флуктуационного шума в заданной полосе частот. Зная Emin по формуле Б.А. Введенского можно определить мощность радиопередатчика, обеспечивающего требуемое значение напряженности поля в пределах заданной площади, имеющей форму круга, находящегося в зоне прямой видимости. Для этого необходимо воспользоваться выражением: Очень часто данное выражение называют квадратичной формулой Б.А. Введенского. Входящий в соотношение коэффициент усиления передающей антенны имеет следующие значения. Для первого и второго телевизионных каналов D = 2,2, третьего - 3,4, четвертого пятого - 4,4, шестого - двенадцатого - 6,1. Мощности излучения на дециметровых волнах (ДМВ) обычно бывают более высокие (примерно на 10 дБ выше подобной мощности у телевизионных радиостанций метровых волн). Это объясняется менее благоприятными условиями распространения ДМВ по сравнению с метровыми из-за сильного отражения от городских сооружений и частичного поглощения в атмосфере. Экспериментальные исследования цифровых систем наземного телевизионного вещания показали, что высококачественное воспроизведение телевизионных изображений обеспечивается при более низких пороговых отношениях уровней несущей к уровню шума по сравнению с аналоговыми системами. Например, для системы АТSС пороговое отношение сигнал-шум с-ответствует 15,1 дБ, а для системы DVВ-Т — 16,5 дБ, т.е. различие только в 1,4 дБ, что фактически является не так существенным. Таким образом, па практике была доказана возможность уменьшения мощности цифровых телевизионных радиопередатчиков почти в пять раз, т.е. на 7 дБ, но сравнению со значениями, полученными из формулы Б.А. Введенского, справедливой для аналоговых радиопередатчиков, при одинаковых размерах зоны уверенного приема. Лист 10 2 РАСЧЕТ ЗОНЫ ПОКРЫТИЯ ПЕРЕДАТЧИКА Основной задачей расчета является установление дальности покрытия в зависимости от совокупности основных и вспомогательных параметров передачи. Расстояние от передающей станции до приемного оборудования на границе зоны обслуживания является функцией напряженности поля Ем в точке приема, величина которой связана с уровнем сигнала в точке приема выражением: E P gпр.а 20lgf 165,05 , дБмкВ/м, (2.1) М C р где f – средняя частота ТВ канала, ГГц; р gпр.а – коэффициент усиления приемной антенны, дБ. На границе зоны обслуживания P PМИН , а минимальный уровень сигнала, при котором C на выходе приемника обеспечивается требуемая вероятность ошибки PОШ , зависит от отношения несущая/шум на входе демодулятора: ВХ P C МИН 10lg(k T f ), дБВт, (2.2) ВХ C Ш ВХ где – отношение несущая-шум на входе демодулятора, при котором на выходе декодера Витерби обеспечивается заданная вероятность (βош) ошибки, дБ; k – постоянная Больцмана; T – эффективная шумовая температура приёмного устройства, К; C fШ – шумовая полоса приёмника, примерно равная ширине полосы Δfс, занимаемой модулированным радиосигналом, Гц. Величина T с учётом действия внешних шумов определяется по формуле: C TC T0e0,23( a nш ) (2.3) ф.пр где Т – температура окружающей среды, равная 290 К; 0 γ – коэффициент, учитывающий влияние внешних шумов, наводимых на антенну (шумы космоса, промышленные шумы), принимается равным 3 дБ (2 в относительных единицах); аф.пр – потери в фидере приёмного устройства, дБ; аф пр=l∙ , дБ; l – длина фидера, м; α – погонное затухание фидера, дБ/м; nш – коэффициент шума приёмника, принимается равным 7 дБ (5 в относительных единицах). Лист 11  Требуемая величина зависит от порядка M модуляции, скорости кодирования и типа ВХ канала (Гаусса, Райса или Релея). При приеме на стационарную антенну моделью канала связи является канал Райса. Требуемое значение , в зависимости от заданной вероятности ошибки ВХ βош на выходе декодера Витерби, рассчитывается по выражению: (M 1 R )(2 lgОШ ) ВХ РАЙС 12,910lg , дБ (2.4) CK ТЗ )(1,25 RCK ) i (1 2 ТИ где Δρ – энергетический запас на снижение отношения несущая-шум для реального i канала связи (Δρ = 1,5 дБ для QPSK, Δρ = 2дБ для 16-QAM и Δρ = 2,5 дБ для 64-QAM). i i i Пороговое отношение сигнал/шум ВХ ПОР , при котором возникает срыв синхронизации и «рассыпание» изображения, описывается формулой: M 1 RCK ВХ ПОР 5,5510lg , дБ (2.5) (1 ТЗ )(1,35 RCK ) 2 ТИ Для расчета величины необходимо определить такие параметры, как порядок ВХ РАЙС модуляции М, скорость кодирования R , защитный интервал, энергетический запас на снижение CK отношения несущая-шум для реального канала связи Δρ , вероятность ошибки βош на выходе i декодера Витерби. В соответствии с заданием на курсовое проектирование, величина β =210 , -4 ош а скорость информационного потока (2 мультиплекс) равна 30,29 Мбит/с. Необходимо подобрать такие параметры кодирования, чтобы полученная скорость была больше требуемой. Такому условию подходит скорость цифрового потока 30,74 Мбит/с. Данная скорость достигается при использовании типа модуляции 64-QAM, следовательно порядок модуляции М=64, энергетический запас на снижение отношения несущая-шум для реального канала связи Δρ = 2,5 i Т дБ. Соответственно отношение Т З 1/16 , скорость кодирования R =7/8. CK И Рассчитаем величину по формуле (2.4): ВХ РАЙС (64 1 )(2 lg 2 104 7 ) ВХ РАЙС 12,9 10lg 2,5 12,9 33,88 2,5 23,48 дБ. 8 1 7 8 (1 )(1,25 2 ) 16 Рассчитаем Пороговое отношение сигнал/шум ВХ ПОР , при котором возникает срыв синхронизации и «рассыпание» изображения, по формуле (2.5): Лист 12  641 7 ВХ ПОР 5,55 10lg 8 5,55 26,38 20,83, дБ. 1 7 ) 2 (1 )(1,35 16 8 i Рассчитаем потери в фидере приёмного устройства. В соответствии с заданием на курсовую работу, используем тип фидера РК 75-41, для которого затухание на центральной частоте 59 канала, равной 778 МГц равно: аф пр =12 0,018= 0,216 дБ (1,05 в относительных единицах). aф.пр n 3 0,216 7 10,216 дБ или в относительных единицах: ш 10,216 Таким образом, aф.пр n 10 ш 10,51 раз. 10 Рассчитаем величину T с учётом действия внешних шумов по формуле (2.3): C TC 290e 0,23(10,51) 3253 К. Рассчитаем минимальный уровень сигнала, при котором на выходе приемника обеспечивается требуемая вероятность ошибки по формуле (2.2): P CМИН ) 23,48124,45= 100,97 дБВт. 23,48 10lg(1,38 1023 3253 8 106 Для стационарного приема необходимо реализовать уверенный прием, при этом нужно учесть энергетический запас 13 дБ для 99% мест; 9 дБ для 95 % мест и 2,9 дБ для 70 %. В результате на границе зоны обслуживания минимальная напряженность поля будет определяться как: ЕМИН РСМИН gпр.а 20lgf 165,05 E(L) , дБмкВ/м, p (2.6) где ΔE(L) – поправочный коэффициент на процент мест гарантированного приема L%, дБ. Рассчитаем минимальную напряженность поля на границе зоны обслуживания для 95% мест по формуле (2.6): ЕМИН 100,9712 20lg 0,778165,059 58,9 , дБмкВ/м. Для определения расстояния между передатчиком и границей зоны покрытия, пользуются кривыми распространения (по рекомендации МСЭ-Р1546), которые построены для усредненного города без фрагментации его отдельных частей. Предварительно необходимо определить эквивалентное значение уровня напряженности поля Еэкв мин, учитывая заданные мощность передатчика P , потери в фидерном тракте аф.пд и усиление антенны gпд.а, т.е. пд ЕЭКВМИН ЕМИН Е , дБмкВ/м (2.7) где ΔЕ – разность между ЭИМ передатчика в дБкВт и уровнем 0 дБкВт, при котором построены кривые распространения. Лист 13  Эффективная излучаемая мощность передатчика определяется выражением: РЭИМ Р g аф.ПД , дБкВт (2.8) ПД ПД где Р – мощность передатчика, дБкВт; пд gпд.а – коэффициент усиления антенны передатчика; аф.пд – потери в фидере передатчика, дБ. Рассчитаем потери в фидере передатчика. В соответствии с заданием на курсовую работу, используем тип фидера РК 75-41, для которого затухание на центральной частоте 59 канала, равной 778 МГц равно: аф.пд=110 0,018=1,98дБ. В соответствии с заданием на курсовую работу в качестве передающей антенны используется антенна «Зигзаг модели 2РТ», коэффициент усиления антенны которой равен: gпд.а=6 дБ Мощность передатчика в проектируемой системе вещания равна: Р 10lg5 =6,99 дБкВт. пд Таким образом, рассчитаем эффективно излучаемую мощность передатчика по формуле (2.8): РЭИМ 6,9961,9811,01, дБкВт. Е РЭИМ 11,01, дБкВт. Тогда: ЕЭКВ МИН 58,9 11,01 47,89 дБмкВ/м. Определим расстояния между передатчиком и границей зоны покрытия, воспользовавшись кривыми распространения (по рекомендации МСЭ-Р1546). Максимальная зона обслуживания ТВ станции Rмакс определяется условием ЭМС по радиошумам: Е (Rмакс) ≥ ЕЭКВ МИН где ЕЭКВ – эквивалентный уровень напряженности поля полезного сигнала в точке приема, дБмкВ/м. (2.9) Необходимым условием радиосвязи между передатчиком и приемником является прямая видимость между ними. В используемых диапазонах частот расстояние прямой видимости передающей антенны с высотой подвеса h и приемных антенн с высотой подвеса h2 1 определяется как: r0 4,12( h h ), км. (2.10) 1 2 r0 4,12( 110 12) 57,5, км. Лист 14  Таким образом, для определения расстояния между передатчиком и границей зоны покрытия необходимо получить значения уровня напряженности поля полезного сигнала в точке приема на расстояниях от 1 км до r0 57,5 км. В соответствии с Рекомендацией, для сухопутной трассы более 15 км значения высоты передающей/базовой антенны h и эффективной высоты передающей/базовой антенны h равны: 1 eff h1 = h eff Если значение h совпадает с одним из восьми значений высоты, для которых приведены 1 кривые, а именно 10; 20; 37,5; 75; 150; 300; 600 или 1200 м, то требуемую напряженность поля можно получить непосредственно из приведенной на графике кривой или соответствующих табулированных значений. В противном случае требуемая напряженность поля должна быть интерполирована или экстраполирована из значений напряженности поля, полученных из двух кривых, с помощью следующего уравнения: (E E )lg( h1 ) sup inf hinf Е E inf , дБмкВ/м, (2.11) hsup lg(h ) inf где hinf равно 600 м, если h > 1200 м, в противном случае ближайшая номинальная 1 эффективная высота меньше h1; hsup равно 1200 м, если h > 1200 м, в противном случае ближайшая номинальная 1 эффективная высота больше h1; E равно значению напряженности поля для h на требуемом расстоянии; inf inf Esup равно значению напряженности поля для hsup на требуемом расстоянии. Таким образом, h =110 м h =75 м, hsup =150 м 1 inf 110 75 (E E )lg( ) sup inf Е E inf , дБмкВ/м. 150 lg( ) 75 Значения напряженности поля для требуемой частоты следует получать путем интерполяции между значениями для номинальных частот в 100, 600 и 2000 МГц. Для частот ниже 100 МГц или выше 2000 МГц интерполяция должна быть заменена экстраполяцией от двух самых близких значений номинальной частоты. Для большинства трасс можно использовать интерполяцию или экстраполяцию логарифма частоты, но для некоторых морских трасс, когда требуемая частота ниже 100 МГц, необходимо использовать другой метод. Лист 15 |