Содержание к диссертации
Введение
1. Основы технического планирования сетей наземного цифрового звукового радиовещания 11
1.1. Преимущества и особенности цифрового звукового радиовещания по сравнению с существующими аналоговыми системами 11
1.2. Общая структура и обработка сигналов в сети наземного цифрового звукового радиовещания 14
1.3. Способы построения сети наземного цифрового звукового радиовещания 29
1.4. Методика планирования территориального размещения передатчиков и распределения частотных каналов 31
1.4.1. Линейные методы распределения каналов 31
1.4.2. Метод триад 32
1.4.3. Метод относительных расстояний 35
1.4.4. Метод Хеада 35
1.4.5. Универсальная модель однородной сети 39
1.5. Методика расчета передающей сети звукового радиовещания 43
2. Определение параметров для планирования сети наземного цифрового звукового радиовещания 57
2.1. Математическая модель для расчета защитных отношений системы Н-ЦЗВ с использованием М-ОФМ и М-КАМ 57
2.1.1. Объективная оценка защитного отношения 57
2.1.2. Построение математической модели 60
2.1.3. Спектр излучения сигнала передатчика 61
2.1.3.1. Спектр цифрового сигнала 62
2.1.3.2. Амплитудно-частотная характеристика ФНЧ 64
2.1.3.3. АЧХ выходного фильтра передатчика 66
2.1.4. Функция селективности ФСС приемника 67
2.1.5. Расчет относительного защитного отношения 68
2.1.6. Расчет защитного отношения 72
2.2. Методика определения минимального значения напряженности поля для системы наземного цифрового звукового радиовещания 83
3. Определение коэффициента ошибок и защитного отношения для системы наземного цифрового звукового радиовещания при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала и шума 98
3.1. Определение коэффициента ошибок при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала и шума 98
3.2. Определение защитных отношений при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала и шума 123
4. Оптимизация шага сетки частот для сети наземного цифрового звукового радиовещания 130
4.1. Определение частотно пространственных ограничений в сети наземного цифрового звукового радиовещания 13JK-
4.2 Исследование влияния технических параметров на величину оптимального шага сетки частот 137
4.3. Описание возможностей программы для расчета частотных присвоений и зон вещания 150
4.3.1. Возможности программы 150
4.3.2. Методика работы с программой 150
4.3.3. Распределение каналов в регулярной сети 151
4.3.4. Расчет радиуса зоны обслуживания по методу МККР 153
4.3.5. Расчет радиуса зоны обслуживания по методу Окамуры 155
Заключение 160
Список литературы 162
Приложения:
- Общая структура и обработка сигналов в сети наземного цифрового звукового радиовещания
- Методика определения минимального значения напряженности поля для системы наземного цифрового звукового радиовещания
- Определение защитных отношений при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала и шума
- Исследование влияния технических параметров на величину оптимального шага сетки частот
Введение к работе
Несмотря на бурное развитие телевидения, радиовещание по-прежнему является эффективным средством массовой информации, позволяя быстрее и с меньшими затратами внедрять новые виды информационного обслуживания и современные информационные технологии.
Сегодня наряду с ростом интереса к улучшению качества звука для служб радиовещания, возрастает само количество служб (общественных или частных), а, следовательно, и перегруженность частотных полос, распределенных для радиовещания. Широкое использование цифровой технологии для радиовещательных систем способно решить возникшие проблемы. Необходимость внедрения систем наземного цифрового звукового радиовещания (Н-ЦЗВ) вызвана не только возрастающей перегруженностью радиочастотного спектра, дефицитом частотных каналов и социальными запросами общества, нуждающегося в качественно новой инфраструктуре вещания и телекоммуникаций, но и сложившейся в развитых странах мира ситуацией в области радиовещания, которая характеризуется, во-первых, началом этапа замены аналоговых методов передачи на цифровые, и, во-вторых, тенденцией к внедрению единых общеевропейских и даже мировых стандартов и систем.
В настоящее время разработаны: системы Н-ЦЗВ «Eureka-147» (Digital audio Broadcasting-DAB), разработанная Европейским радиовещательным Союзом (EBU), позволяющая строить одночастотные и многочастотные сети, занимающая полосу частот 1,5 МГц для передачи 4-х стереопрограмм; системы, разработанные в США, позволяющие организовать передачу одной стереопрограм-мы в полосе 200 кГц; системы сегментного ТВ вещания с полосой в сегменте 615 кГц, позволяющие передавать в сегменте программы звукового радиовещания или сигналы передачи данных.
В этих системах предлагается использовать различные виды модуляции, различные корректирующие коды.
В настоящее время одним из направлений развития звукового радиовещания является Н-ЦЗВ, однако, вопрос технического планирования и принципов построения сетей Н-ЦЗВ в настоящее время недостаточно полно разработан, поэтому тема является актуальной. Об актуальности рассматриваемой проблемы говорит и тот факт, что в исследовательских программах МСЭ - Р вопрос 43/11 (том XI - часть 1), вопросы 46/10 и 46L/10 (том X - часть 1) указывается, что важнейшей целью планирования является улучшение использования радиочастотного спектра и что должны быть проведены исследования по разработке технических основ планирования, которые приведут к наиболее эффективному использованию выделенной полосы частот.
Цель работы и задачи исследований.
Целью настоящей работы является исследование и разработка методов оптимального планирования сетей наземного цифрового звукового радиовещания в ОВЧ-диапазоне, определение технических параметров и выработка рекомендаций по построению системы Н-ЦЗВ. Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:
Разработка математической модели расчета защитных отношений для системы Н-ЦЗВ при различных видах модуляции.
Разработка методики для определения минимального значения напряженности поля системы Н-ЦЗВ при различных видах модуляции.
Определение защитных отношений для системы Н-ЦЗВ при различных видах модуляции в случае воздействия интерферирующего сигнала (с учетом его модуляции) на полезный сигнал.
Определение оптимального шага сетки частот для системы Н-ЦЗВ при различных видах модуляции.
Определение числа частотных каналов необходимых для построения сети Н-ЦЗВ.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач используются методы статистической радиотехники, теории вероятностей, теории случайных процессов и математической статистики, статистической теории связи, математического моделирования, теории передачи дискретных сообщений, теории распространения радиоволн, теории графов, а так же методов вычислительной. Для подтверждения полученных теоретических результатов выполнены экспериментальные исследования с использованием ЭВМ.
Научная новизна результатов работы.
Результаты диссертационной работы заключаются в разработке методов оптимального планирования сетей Н-ЦЗВ и состоят в следующем:
Разработана математическая модель для определения значений защитных отношений при разной позиционности ОФМ и КАМ с учетом параметров фильтра Найквиста и избыточного кодирования, которые является основным критерием, определяющим разработку методов оптимального планирования сети Н-ЦЗВ.
Разработана методика для определения минимального значения напряженности поля системы Н-ЦЗВ при разной позиционности ОФМ и КАМ.
Разработка методика определения величины защитных отношений сети Н-ЦЗВ для случая воздействия интерферирующего сигнала (с учетом его модуляции) на полезный сигнал.
Разработан и исследован метод оптимизации шага сетки частот в однородных сетях Н-ЦЗВ, основанный на универсальной модели сети и методе координационных колец. Разработанный метод позволяет повысить эффективность использования спектра частот для системы Н-ЦЗВ.
Практическая ценность результатов.
Разработанные методики могут быть использованы в проектных организациях при планировании сети Н-ЦЗВ в различных регионах. Выводы, полученные в результате исследовании, дают возможность определить потенциальные возможности сети Н-ЦЗВ при использовании различных видов модуляции и учете параметров интерферирующих сигналов.
Реализация результатов работы.
Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе в СибГУТИ, что подтверждены актом внедрения
Личное участие.
Все основные результаты, изложенные в диссертации получены автором самостоятельно.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
Международная научно-техническая конференция "Информатика и проблемы телекоммуникаций", г. Новосибирск, 1997г.
Российская научно-техническая конференция "Информатика и проблемы телекоммуникаций", г. Новосибирск, 1998г.
Российская научно-техническая конференция "Информатика и проблемы телекоммуникаций", г. Новосибирск, 2000г.
Международный научно-технический семинар "Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций", г. Новосибирск, 2000г.
Международный научно-технический семинар "Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций", г. Омск, 2001г.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
Математическая модель для определения значений защитных отношений в сети Н-ЦЗВ при использовании многопозиционных методов модуляции.
Методика определения минимального значения напряженности поля для системы Н-ЦЗВ при разной позиционности ОФМ и КАМ.
Определение защитных отношений в сети Н-ЦЗВ при разной позиционности ОФМ при воздействии интерферирующего сигнала (с учетом его модуляции) на полезный сигнал.
Метод определения оптимального шага сетки частот (минимального разноса по частоте передатчиков, работающих в соседних каналах), основанный на универсальной модели однородной сети и методе координационных колец.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. В их числе 2 статьи и 7 тезисов докладов.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и пяти приложений. Диссертация содержит 190 страниц машинописного основного текста, включая 100 рисунков и 22 таблицы. Список литературы, включающий 124 наименования на 7 страницах.
В первой главе обсуждаются основные преимущества и особенности Н-ЦЗВ по сравнению с существующими системами передачи вещательных программ. Рассмотрена общая структура и характеристики системы Н-ЦЗВ, а также цифровой поток, модуляция и кодирования в системе Н-ЦЗВ. Рассматриваются способы построения сети Н-ЦЗВ.
Приводится анализ известных методик территориального размещения передатчиков и распределения частотных каналов, также показывается, что синтез сетей регулярных структур целесообразно проводить на основе универ- сальной модели однородной сети. Проанализированы технические основы планирования сетей радиовещания и выбраны основные исходные соотношения, необходимые для проведения дальнейших исследований.
Во второй главе разрабатывается методика определения защитных отношений, которые являются один из основных параметров для планирования сетей Н-ЦЗВ. Знание их позволяет так разместить радиостанции, чтобы, с одной стороны обеспечить возможность достаточно качественного приема в любой зоне и, с другой стороны, минимизировать взаимные помехи, что существенным образом улучшает использование выделенной полосы частот.
Предлагается и разрабатывается методика определения минимальной напряженности поля при различных видах модуляции, местности и скорости цифрового звукового потока для Н-ЦЗВ в ОВЧ-диапазоне.
В третьей главе произведено определение защитных отношений при воздействии интерферирующего сигнала (с учетом его модуляции) на полезный сигнал. В результате математических преобразований, была получена общая формула, определяющая коэффициент ошибок для разной кратности модуляции, а также определены значения защитных отношений при воздействии интерферирующего сигнала (с учетом его модуляции) на полезный сигнал.
В четвертой главе предлагается методика определения оптимального шага сетки частот в регулярной сети звукового радиовещания. Введено понятие модуля сети, на основе которого с использованием кривых защитных отношений и технических параметров передающих станций, определены координационные расстояния для различных шагов сетки частот и видов модуляции. Полученные результаты позволили рассчитать частотно-пространственные ограничения, и на их основе определить оптимальный, при минимизации используемой полосы частот, шаг сетки. Исследуется влияние технических параметров на величину оптимального шага сетки частот.
Разрабатывается программное обеспечение в интегрированной среде программирования Delphi 3.0. Применение предложенной программы позволяет произвести распределение каналов в регулярных сетях наземного радиовещания и подвижной радиосвязи на основе универсальной модели однородной сети и метода координационных колец, исходя из координационных расстояний по совмещенному и соседнему каналам и радиуса зоны обслуживания (число каналов вычисляется автоматически). Программа позволяет вычислить радиус зоны обслуживания для двух моделей распространения сигналов МККР и Окаму-ры.
Заключение содержит основные результаты, полученные в диссертационной работе.
Приложения содержат результаты расчетов и программ моделей.
Общая структура и обработка сигналов в сети наземного цифрового звукового радиовещания
Система Н-ЦЗВ предназначена для доставки высококачественных цифровых звуковых программ и данных в ОВЧ-диапазоне. Она разрабатывается с учетом реализации методов эффективного использования спектра и излучаемой мощности при частотном планировании наземной передающей сети, получившей название "одночастотная сеть", а также с учетом применения маломощных ретрансляторов, работающих на единой частоте передачи и приема и обеспечивающих уверенный прием цифрового сигнала в зонах городов с разноэтажной застройкой [23].
Типичным для распространения сигналов в ОВЧ-диапазоне является то, что эти сигналы попадают на приемник несколькими путями, т.е. не прямо, а обходными путями с запаздыванием по времени. Эти отражения от зданий, гор, разнообразных движущихся объектов и т.д. интерферируют с прямым сигналом и, конечно, же друг с другом. Поэтому возникает проблема многолучевого приема, которая особенно заметна при мобильном приеме, например в автомобиле. К настоящему времени уже накоплен большой опыт в области мобильной цифровой техники. Благодаря передаваемым контрольным сериям приемник может идентифицировать сигналы с различной задержкой и сложить их поеле ее компенсации. Тем самым становится возможным не только устранение помех, вызванных многолучевостью, но и увеличение полезной мощности сигнала при радиоприеме [24-26].
Упрощенные структурные схемы передающей (а) и приемной частей (б) системы Н-ЦЗВ показаны на рис. 1.1 [23,25,27]. Входными сигналами системы Н-ЦЗВ являются сигналы звуковых программ Audioi, Audio2, ... Audion и цифровые сигналы данных Datenb Daten2..., Datenn. Аналоговые звуковые сигналы поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где преобразуются в цифровую форму с частотой дискретизации 48 кГц и разрешением 16 бит/отсчет. Далее каждый из них кодируется MPEG-кодером (Moving Pictures Experts Group) стандарта ISO/IEC 11172-3 уровень-2 с целью компрессии цифровых аудиоданных. Далее все индивидуальные цифровые потоки мультиплексируются (мультиплексор) и затем объединенный цифровой поток, передаваемый со скоростью передачи 1,5 Мбит/с, поступает на COFDM-модулятор (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). Полученный на его выходе COFDM-сигнал переносится в требуемую полосу частот и полученный после этого цифровой звуковой вещательный (ЦЗВ) сигнал излучается. На приемной стороне системы выполняются обратные преобразования: принятый ЦЗВ-сигнал переносится смесителем на промежуточную частоту, далее он демоду-лируется в COFDM-демодуляторе, демультиплексируется (демультиплексор). Цифровые потоки, соответствующие звуковым программам, декодируются в MPEG-декодере, после чего подвергаются цифро-аналоговому преобразованию (ЦАП). Выходными сигналами приемной части системы Н-ЦЗВ являются сигналы звуковых программ Audiob Audio2, Технические характеристики и возможности системы Н-ЦЗВ представлены ниже. Значения несущих частот, МГц, не более: Режим передачи I (одночастотная сеть Н-ЦЗВ) 104 Режим передачи II (сеть местного РВ) 1000 Режим передачи III (спутниковое и кабельное РВ) 2500 Радиосигнал системы Н-ЦЗВ: Тип модуляции OFDM Число несущих частот: Режим передачи I (одночастотная сеть Н-ЦЗВ) 1536 Режим передачи II (сеть местного РВ) 384 Режим передачи III (спутниковое и кабельное РВ) 192 Длительность символа OFDM, мкс: Режим передачи I (одночастотная сеть Н-ЦЗВ) 1246 Режим передачи II (сеть местного РВ) 312 Режим передачи III (спутниковое и кабельное РВ) 156 Защитный интервал межу символам OFDM, мкс: Режим передачи I (одночастотная сеть Н-ЦЗВ) 246 Режим передачи II (сеть местного РВ) 62 Режим передачи III (спутниковое и кабельное РВ) 31 Модуляция несущих частот 4-ОФМ Системная тактовая частота. МГц 2,048 Формат передачи по фреймам Длительность фрейма радиосигнала, мс: Режим передачи I (одночастотная сеть Н-ЦЗВ) 96 Режим передачи II (сеть местного РВ) 24 Режим передачи III (спутниковое и кабельное РВ) 27 Входные сигналы системы Н-ЦЗВ: Цифровые звуковые сигналы РВ: Частот дискретизации, кГц 48 Квантование равномерное, 16 ... 22 бит Предыскажение J 17 МККТТ Полоса частот исходного аналогового сигнала, Гц 50 ... 15000 Кодирование звуковых сигналов программ РВ: Стандарт кодирования MPEG-1 ISO/IEC 11172-3 Уровень кодирования Layer II Объем выборки звукового сигнала 1152 отсчета Длительность звукового фрейма, мс 24 Скорость передачи звукового потока, кбит/с 64, 96, 128,192, 256, 384 Защита от ошибок: В каналах передачи звуковых сигналов РВ: Помехоустойчивое кодирование CRC-код, временное перемежение логических фреймов В каналах передачи данных : Помехоустойчивое кодирование CRC-код В радиоканалах кодирование несущих частот Режим передачи звуковых сигналов РВ моноканал, обычное стерео, совмещенное стерео, моно Цифровые потоки в системе наземного цифрового звукового радиовещания Система Н-ЦЗВ предназначена для передачи множества звуковых сигналов вместе с сигналами данных потребителю. В передающей части системы Н-ЦЗВ формируются три канала передачи цифровых потоков [28-30]
Методика определения минимального значения напряженности поля для системы наземного цифрового звукового радиовещания
Минимальной напряженностью поля (Е, ) называют уровень напряженности электрического поля, необходимой для приема с удовлетворительным качеством при заданных условиях в отсутствии помех от других передатчиков. К заданным условиям относят: частотный диапазон, характеристики приемной установки (коэффициент усиления антенн, параметры приемника, местопоже-ние), географическую (климатическую) зону, вид работы (монофония или стереофония) [97]. Для определения минимальной напряженности поля в сети наземного цифрового звукового радиовещания необходимо знать характеристики аддитивных шумов в канале. По своему происхождению шумы разделяются на естественные и искусственные. Среди естественных обычно выделяют атмосферные, солнечные, галактические, и внутренние тепловые шумы приемника [59,98-101]. Под шумами искусственного происхождения понимаются шумы от оборудования, не предназначенного для излучения сигналов. Эти шумы порождаются, как правило, случайными источниками, такими как системы автомобильного зажигания, промышленными и медицинскими установками, бытовыми приборами и т.д.
Основным критерием, определяющим разработку методов оптимального планирования сети Н-ЦЗВ в диапазоне ОВЧ, обеспечивающем прием с заданным качеством, является параметр защитное отношение [59,102]: где Рс - мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания; Рп - мощность помех (внешних шумов). Если принять коэффициент полезного действия фидера, связывающего антенну и приемник, равным единице, действующую высоту антенны равную одному метру, тогда (2.28) можно переписать в виде: где Ес, ЕШЕ(50)- напряженность поля (мкв/м) полезного сигнала и суммарных шумов в месте расположения приемной антенны, соответственно. Суммарные шумы определяются наличием естественных и индустриальных шумов, т.е. при отсутствии помех от других передатчиков. Тогда, согласно определению Е щщИ (2.29) можно записать: Учитывая энергетический выигрыши (ав) в отношении сигнал/шум (определяемый видом модуляции и обработкой сигнала на передающей и приемной сторонах), (2.30) можно записать: Значения А3 приведены на рис. 2.14 для нулевой расстройки частоты между полезным и мешающим сигналами при различных видах модуляции. Медианное значение суммарной напряженности поля шумов Еш(50), определяется из выражения: ЕШЕ (50) = 10 log[Ela (50) + Е2ШМ (50) + Е (50) + Е (50)], дБ, (2.32) где Еша(50),Еши(50),Ешпр(50),Ешк(50) - медианные значения напряженности полей атмосферных шумов (мкв/м), соответственно зависящие от времени суток, года, географического района и частоты несущего колебания, индустриальных шумов, также зависящих от частоты несущего колебания, от плотности промышленных предприятий и интенсивности движения автотранспорта в рассматриваемом районе (поэтому местность обычно подразделяют на три зоны: сельская, пригородная и городская), внутренних шумов приемника, пересчитанных на его вход, космических шумов. На рис. 2.16 - 2.17 [103-105] представлены типичные распределения напряженности поля атмосферных, космических и индустриальных шумов, полученных экспериментальных путем для различных районов при различных значениях среднеквадратического отклонения а.
Согласно рис. 2.16 в ОВЧ-диапазоне собственные шумы приемника и космические шумы много меньше мощности шумов искусственных происхождения даже для сельской местности, поэтому при расчетах Еш2;(50) их влиянием можно пренебречь. Приведенные на рис. 2.16 - 2.17 зависимости внешних шумов от частоты сняты в полосе 1 кГц, поэтому для получения величин напряженности ПОЛЯ шумов для различных видов модуляции при передаче сигналов Н-ЦЗВ необходимо знать эквивалентную (энергетическую) шумовую полосу приемника [ 106] Согласно рис. 2.18, для определения шумовой полосы пропускания приемника необходимо знать форму его амплитудно-частотной характеристики K(F). Согласно нормам, в приемнике должно обеспечено условие малой ( 1 дБ) неравномерности АЧХ в полосе занимаемой сигналом Пс, т.е. в этой полосе АЧХ можно считать неизменной. Изменение затухания за полосой сигнала определяется качеством изготовления фильтров и для приемников различных классов составляет Ф = -5...-30 дБ/кГц. С учетом принятых обозначений АЧХ приемника можно записать: Таким образом, при расчете суммарной напряженности шумов (2.32), необходимо учитывать шумовую полосу приемника, причем полоса пропускания приемника берется примерно на 10% больше полосы занимаемой сигналом для обеспечения норм на допустимые неравномерность АЧХ и нелинейность ФЧХ. Учитывая сделанные выше предположения, результаты таблицы 2.6, а также то, что в большинстве приемников Ф -15 дБ/кГц, суммарную напря женность шумов (2.31) с учетом шумовой полосы приемника можно записать: Полоса занимаемая сигналам, определяется видом модуляции и скоростью передачи цифрового потока. При использовании М-ОФМ и М-КАМ, полоса занимаемая сигналом будет равна [107]: где: М - позиционность модуляции (М=2,4,8,16,32,64); В - скорость цифрового звукового потока (В = 64, 96, 128, 192), кбит/с; а - коэффициент расширения полосы (скруглення).
Определение защитных отношений при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала и шума
Определим защитные отношения при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала, когда последний рассматривается либо с учетом его модуляции, либо как обычный гауссовский шум. Исследования проведем для 2-; 4-ОФМ., В = 64; 96; 128; 192 кбит/с и отношения сигнал/ интерференция 15 дБ, при этом используем рисунки 3.7 и 3.8 в случае, когда интерферирующий сигнал рассматривается с учетом его модуляции и рисунки 3.11 и 3.12 в случае, когда интерферирующий сигнал рассматривается как обычный Гауссовский шум. Определим требуемое значение отношения сигнал/шум с учетом энергетического запаса 3 дБ для 2-; 4-ОФМ, при которых допустимая вероятности ошибочного приема (коэффициент ошибок) Кош =10" и отношении сигнал/интерференция 15 дБ. Результаты расчетов сведены в табл. 3.2.
С использованием разработанной математической модели (см. 2-ой раздел), произведем расчет относительного защитного отношения по (2.5) с использованием (2.3) - (2.6), а также полученных характеристик передатчика и приемника. Далее путем прибавления, к его значению требуемого значения отношения сигнал/шум (данные в табл. 3.2) по (2.1) для системы Н-ЦЗВ с использованием 2-; 4-ОФМ при различных скоростях передачи цифрового потока (В = 64; 96; 128; 192 кбит/с), отношении сигнал/интерференция 15 дБ и коэффициенте расширения полосы (а = 0,3 и 0,6), мы получим защитные отношение для различных величин расстройки по частоте полезного и мешающего сигналов. В приложении 4 приведен пример расчета защитных отношений при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала и шума.
Некоторые результаты представлены на рисунках. 3.15 , 3.16. На рисунке 3.15. приведены зависимости защитных отношений для системы Н-ЦЗВ при В = 64 кбит/с, отношении сигнал/интерференция 15 дБ а) для а = 0,3; б) - а = 0,6 (кривая 1 для 2-ОФМ при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала с учетом его модуляции, а кривая 2- когда интерферирующий сигнал рассматривается в виде гауссовского шума; кривые 3 и 4 для 4-ОФМ для тех же условий соответственно). Здесь необходимо отметить, что между кривыми 3.15. а) и б) отличие в том, что полоса частот занимаемая сигналом увеличивается на 60 % , следовательно, частотный разнос между каналами также увеличивается на 60 %. Аналогично на рисунке 3.16. приведены зависимости защитных отношений для системы Н-ЦЗВ при В = 128 кбит/с, отношении сигнал/интерференция 15 дБ а) для а = 0,3; а б) - а = 0,6. Защитное отношение для основных значений частотного разноса приведены также в таблицах 3. 3. и 3.4.
В приложении 5 приведены кривые защитных отношений для системы Н-ЦЗВ с использованием 2-; и 4-ОФМ при В = 64; 96; 128; 192 кбит/с, а = 0,3 -0,6; и отношении сигнал/интерференция 15 дБ.
Сравнение двух рассматриваемых случаев - воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала, когда последний рассматривается либо с учетом его модуляции, либо как обычный гауссовский шум, показывает, что в системе Н-ЦЗВ ухудшение защитного отношения, а следовательно и увеличение коэффициента ошибочного приема сигналов, оказывается более заметным в случае воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала с учетом модуляции последнего. 1. Получено общее выражение, позволяющее найти коэффициент ошибок при 2-; 4-; 8-; и 16-ОФМ для сети Н-ЦЗВ при воздействии на вход приемника полезного сигнала с многопозиционной ОФМ, гауссовского шума и мешающего интерферирующего сигнала с многопозиционной ОФМ. Рассмотрены случаи учета интерферирующего сигнала с его модуляцией или как гауссовского шума. 2. Определены величины защитного отношения, необходимого для работы системы Н-ЦЗВ при воздействии на полезный сигнал интерферирующего сигнала, либо с учетом его модуляции, либо как обычный гауссовский шум с использованием 2-; 4-ОФМ при В = 64; 96; 128; 192 кбит/с, а = 0,3 - 0,6; и отношении сигнал/интерференция 15 дБ. 3. На основе полученных величин защитных отношений при различных видах модуляции в случае воздействия на полезный сигнал интерферирующего сигнала, когда последний рассматривается либо с учетом его модуляции, либо как обычный гауссовский шум, можно провести оптимизацию шага сетки частот для сети Н-ЦЗВ
Исследование влияния технических параметров на величину оптимального шага сетки частот
На основе вышеизложенного можно рассчитать величину требуемого частотного разноса между каналами для различных относительных расстояний г0 между передатчиками. Результаты расчетов для системы при 4-ОФМ и hA = 150 м приведены в таблице 4.8.
Из таблицы 3 следует, что для рассматриваемых условий передатчики, работающие в совмещенных ±0 и соседних +1, ±2 каналах должны быть разнесены по частоте не менее чем на 3 частотных канала, т.е. на 90 кГц.
В такой постановке рассматриваемая задача может быть решена на основе метода координационных колец для оптимизации частотного плана сети радиовещания [124].
Нахождение наименьшего интервала (минимальной полосы) частот (4.1), удовлетворяющего частотно-пространственным ограничениям (4.9) является общей задачей обобщенной раскраски графов, где под цветами понимаются номера частот [124]. Такая задача весьма сложна уже потому, что она содержит как весьма специальный случай задачу Эрдеша раскраски точек плоскости так, что точки, находящиеся на единичном расстоянии, получают разные цвета. Она же является обобщением классической задачи раскраски вершин графа, которая как известно, относится к NP трудным [123].
Эмпирическим путем с использованием частично упорядоченных множеств и диаграмм Хасса получены конструкции, которые дают возможность строить раскраски сети и получать оценки хроматического числа % ( кь кг, к3, ..., kr ), так например, для ситуации приведенной в таблице 4.8 для реальной сети, где передатчики могут располагаться на любом расстоянии друг от друга г0 1, можно записать % ( 3,3,3,0 ).
В сети регулярной структуры передатчики располагаются в узлах решетки [3] и расстояние между ними в относительных модулях равны 1, V 3, 2, V 7, 3, л/12, V 13, 4, V 19, V 21 и т. д., т. е. на таком расстоянии будут располагаться координационные кольца в сети регулярной структуры рис. 4.1.
С помощью разработанного программного обеспечения, число каналов вычисляется автоматически, исходя из координационных расстояний по совмещенному и соседнему каналам и радиуса зоны обслуживания.
На основании большого объема проведенных исследований с использованием разработанного программного обеспечения были построены зависимости количества частотных каналов от шага сетки частот для Н-ЦЗВ с использованием 2-ОФМ и 4-ОФМ при различных значениях параметров. Некоторые результаты представлены на рис. 4.4 - 4.6.
На рис.4.4 приведены зависимости, показывающие связь между количеством частотных каналов и шагом сетки частот в сетях Н-ЦЗВ с использованием 2-ОФМ и В = 64 кбит/с при Ah = 50 м, AS = 12 дБ, Емин= 32,83 дБмкв/м и а = 0,3; для hA= 150 м, R3= 48 км (для малых сетей), Р = 64 Вт (кривая 1), а для hA = 300 м, R3= 75 км (для больших сетей), Ps = 245 Вт (кривая 3); а при Емин= 34,63 дБмкв/м и а = 0,6; для hA = 150 м, R3= 48 км, Р = 97 Вт (кривая 2), а для hA = 300 м, R3= 75 км, Ps= 370 Вт (кривая 4).
На рис. 4.5 приведены зависимости, показывающие связь между количеством частотных каналов и шагом сетки частот в сетях Н-ЦЗВ с использованием 2-ОФМ и В = 128 кбит/с при Ah = 50 м, AS = 12 дБ, Емин= 38,9 дБмкв/м и а = 0,3; для hA= 150 м, R3= 48 км, %= 260 Вт (кривая 1); для hA= 300 м, R3= 75 км, РЕ = 1 кВт (кривая 3); а при Емин= 40,7 дБмкв/м и а = 0,6 для hA = 150 м, R3= 48 км, Ps = 390 Вт (кривая 2); для hA = 300 м, R3= 75 км, Ps = 1,5 кВт (кривая 4). На рис. 4.6 представлены аналогичные зависимости, полученные при использовании 4-ОФМ и В =128 кбит/с при таких же наборах параметров.
Применение разработанных алгоритма и программного обеспечения также позволяет произвести распределение каналов в регулярных сетях Н-ЦЗВ на основе универсальной модели однородной сети и метода координационных колец, исходя, из координационных расстояний по совмещенному и соседнему каналам и радиуса зоны обслуживания. На рис. 4.7-4.10 приведены примеры распределение частотных каналов для С = 3, 9, 12, 16 и т. д., обеспечивающих полное покрытие территории. Минимально необходимое число частотных каналов равно трем.
