Содержание к диссертации
Введение
1 Разработка теоретических основ построения системы информационного обслуживания на базе сети овччм радиовещания 25
1.1 Радиовещательные системы информационного обслуживания и их классификация. Основные требования и критерии эффективности 25
1.2 Анализ радиовещательных систем информационного обслуживания Обоснование вариантов структуры и состава системы 43
1.3 Разработка алгоритма создания и развертывания радиовещательных систем информационного обслуживания 52
1.4 Исследование основных характеристик радиовещательных систем информационного обслуживания при различных способах организации вещательного канала 62
1.5 Выводы по разделу 83
2 Разработка эффективных методов и алгоритмов цифровой обработки сигналов для использования, в радиовещательных системах информационного обслуживания
2.1 Разработка и обоснование критерия эффективности алгоритмов цифровой обработки сигналов в радиовещательных системах информационного обслуживания 85
2.2 Разработка методики и алгоритма синтеза эффективных цифровых фильтров на основе декомпозиции передаточной функции 95
2.3 Разработка методики и алгоритма синтеза эффективных многоканальных и многоскоростных цифровых фильтров, используемых для разделения сигналов в радиовещательных системах информационного обслуживания 113
2.4 Разработка методики проектирования устройств цифровой обработки сигналов на основе декомпозиции их системных функций 131
2.5 Выводы по разделу 147
3 Разработка радиовещательных систем информационного обслуживания и их составных частей 149
3.1 Разработка и экспериментальные исследования синтезаторов сигналов и модуляторов радиовещательных систем информационного обслуживания методами цифровой обработки сигналов 149
3.2 Разработка системы экстренного оповещения о чрезвычайных ситуациях 171
3.3 Исследование возможности использования радиовещательной системы информационного обслуживания для подачи дополнительных радиовещательных программ 190
3.4 Исследования возможностей модификации стандарта RDS в российских условиях 205
3.5 Выводы по разделу 219
4 Разработка методов и средств модернизации антенно-фидерного оборудования радиовещательных систем информационного обслуживания 222
4.1. Выбор и обоснование направлений модернизации антенно-фидерного оборудования с целью обеспечения; информационного обслуживания в зонах затенения 222
4.2 Разработка методики проектирования излучающих и переизлучающих структур в рамках модернизации антенно-фидерного оборудования : 232:
4.3 Разработка средств радиовещательного информационного обслуживания сильно затененных зон на основе использования антенных, систем пассивной ретрансляции 254
4.4 Разработка антенных устройств для повышения качества подачи сигналов радиовещательной системы информационного обслуживания на частотах вещания 266
4.5 Выводы по разделу 285
5 Разработка методов мониторинга антенно-фидерного оборудования и обеспечения электромагнитной безопасности радиовещательных систем информационного обслуживания 287
5.1 Пути повышения качества информационного обслуживания за счет совершенствования процедуры сертификации оборудования 287
5.2 Обеспечение электромагнитной безопасности на этапах проектирования и гигиенической экспертизы объектов и оборудования радовещательных систем информационного обслуживания 312
5.3 Разработка методики освидетельствования, диагностики и мониторинга антенно-мачтовых сооружений 329
5.4 Выводы по разделу 343
Заключение 345
Список литературы 353
- Анализ радиовещательных систем информационного обслуживания Обоснование вариантов структуры и состава системы
- Разработка методики и алгоритма синтеза эффективных цифровых фильтров на основе декомпозиции передаточной функции
- Исследование возможности использования радиовещательной системы информационного обслуживания для подачи дополнительных радиовещательных программ
- Разработка методики проектирования излучающих и переизлучающих структур в рамках модернизации антенно-фидерного оборудования
Введение к работе
Радиовещание (РВ) в России на рубеже XX и XXI веков развивается, отражая влияние основных тенденций развитияинфокоммуникаций [47,50]. Это, прежде всего, либерализация: государственного регулирования; проявившаяся в росте числа радио- и; телевизионных компаний, их: доминирующей- роли <:в освоении новых диапазонов частот. Важнейшей современной тенденцией является^конвергенция технологий; и услуг телекоммуникаций и информатики на основе повсеместного внедрения средств и методов цифровой обработки, хранения и передачи сообщений.
В: области технологий РВ вполне определились доминирующие глобальные перспективы: внедрение цифрового вещания стандарта DAB (Digital Audio Broadcasting) [120] и принятие цифрового стандарта вещания с амплитудной модуляцией для диапазонов средних и коротких волн DRM (Digital Radio Mon-diale). Соответственно, современное состояние РВ-должно рассматриваться как период перехода от аналогового к цифровому вещанию. Ближайшие перспективы развития технологий РВ связаны с созданием >. технологий'; п ереходного периода, нацеленных на формирование условий, благоприятных для внедрения цифрового вещания. РВ: приобретает при этом новые черты, которые должны быть отображены в новых переходных технологиях (интерактивность; взаимодействие с различными инфотелекоммуникационными сетями и службами; интеллектуальность, дружественность пользователю радиоприемного терминала и т.д.).
Внедрение: цифровых методов обработки и передачи' информационных сообщений в технологию РВ:и обусловленная этим процессом конвергенция: звукового РВ: (ЗРВ) с инфокоммуникациями ? находят конкретное выражение г в -создании радиовещательных систем информационного обслуживания (РВ СИО) - систем доставки пользователям по каналам, предназначающимся для трансляции сигналов программ ЗРВ, цифровых сообщений различного инфор-
мационного содержания и различной природы (аудио, видео, текстовые и иные файлы) [196]. Появление РВ СИО актуально, поскольку значительно расширяет присутствие ЗРВ на рынке информационных услуг и укрепляет его конкурентоспособность , относительно других видов электронных средств массовой информации и телекоммуникаций;, Повышается эффективность использования спектра ЗРВ и; создаются: предпосылки для масштабного внедрения цифрового вещания. Как показывает опыт запуска сетей цифрового ЗРВ, именно оказание информационных услуг зачастую может быть наиболее привлекательной функцией во всем спектре возможностей цифрового вещания.
Использование поднесущих в каналах ОВЧ ЧМ радиовещания для передачи дополнительной информации > методом частотного уплотнения достаточно хорошо известно и уже получило определенное распространение в практике вещания. Широкое внедрение цифровых методов и средств обработки и передачи сигналов в технику радиовещания проявилось, в частности, в организации: дополнительных цифровых.каналов передачи данных (datacasting -data и broadcasting).
Передача данных на поднесущих (datacasting on subcarrier. (DC-SC)) зародилась как технология обслуживания и совершенствования вещания основной звуковой- программы (ОЗП), создающая слушателю дополнительные удобства в процессе поиска ОЗП. Затем полученный цифровой,канал передачи данных стал использоваться собственно для-«вещания данных» произвольной природы, в том числе и не связанных с ОЗП.
Существующие и развиваемые РВ СИО можно отнести к трем поколениям по признаку обеспечиваемой скорости передач цифровой информации;
С истемы; первого поколения, разработанные в 19 7 8-19 84 гг., представлены стандартом RDS [62, 119] (Radio Data System), получившим широкое распространение практически ; во: всем мире. Основной недостаток систем RDS — низкая скорость передачи.
Системы второго поколения, созданные в 90-е годы, обеспечивают более высокую скорость передачи данных и способны, в частности, обеспечить передачу компрессированного речевого сигнала и неподвижных; изображений. Протокол DARC (Data Radio Channel) положен в основу европейского стандарта SWIFT [121].
К системам третьего поколения: могут быть отнесены системы, реализующие протокол Super DARC, в основе. которого лежат технологии многократного доступа на базе использования ортогональных сигналов специальной формы (16 сигналов-переносчиков): Система Super DARC обеспечивает малую чувствительность к замираниям и обладает всеми преимуществами; многочастотных: систем, обусловленными большой базой используемого сигнала и длиной тактового интервала [197].
Существующие РВ СИО, с одной; стороны, обладают самостоятельной: технической, коммерческой и социальной; значимостью, а с другой^ стороны, представляют собой пример технологии переходного периода от традиционного аналогового к полностью цифровому вещанию: С этой точки зрения их значение состоит в создании инфраструктуры, накоплении информационного контента; установлении^ альянсов между всеми участниками процесса: создания полномасштабных СИО, начиная с поставщиков информации и заканчивая конечными пользователями услуги, создании и стимулировании спроса на услугиі РВ СИО: Все это обеспечит быстрый и успешный переход РВ СИО в среду цифрового радиовещания, в которой полностью могут быть реализованы потенциальные возможности РВ СИО.
В рамках решения указанных проблем должны быть, в частности; созданы интерактивные: системы на базе интеграции РВ; СИО с другими телекоммуникационными системами; достигнута: соответствующая интеграция абонентских (пользовательских) терминалов;; обеспечено наращивание информационной скорости, внедрение протоколов третьего < поколения, создание для них от-
крытых международных стандартов; решены проблемы совместимости с различными режимами вещания, включая синхронное вещание на одной частоте.
Соответственно, причем опережающими темпами, должны обеспечиваться ; развитие теории: РВ СИО, совершенствование методов, методик и алгоритмов формирования сигналов для систем третьего поколения; развитие методов проектирования оборудования РВ СИО.
Одновременно, в связи с вопросом построения сети1 и ее составных частей, должны, системно разрабатываться вопросы обеспечения максимальной, доступности, безопасности и высокого качества услуги, что предполагает совершенствование методов и средств обеспечения радиопокрытия зон, доставки программ, электромагнитной безопасности излучающих объектов РВ; СИО (а значит соответствующее развитие и модернизацию антенно-фидерного оборудования), а также методов и средств сертификации и мониторинга.
Таким образом, существует актуальная научная проблема дальнейшего развития теории и техники радиовещательных систем информационного обслуживания, включая разработку теоретических основ юс построения, создание, эффективных методов и средств формирования цифровых сигналов, разработку направлений, методов и средств модернизации и мониторинга, антенно-фидерного оборудования,, а также обеспечения электромагнитной безопасности.
Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется- следующими основными достижениями.
Современный уровень развития технологий аналогового и цифрового телерадиовещания, включая звуковое стереовещание в ОВЧ диапазоне, представлен работами И.А. Багларова, И.Е. Горона, А.П. Ефимова, Ю.Б. Зубарева, Л.М; Кононовича, С.Л. Мишенкова, C.F. Рихтера, Л. Кана, М. Кросби и многих других ученых [9, 23, 24, 34, 37, 38, 59 — 61, 77]. В этих трудах рассмотрены общие вопросы организации радиовещания, классификации и. построения систем радиовещания, принципы, методы и средства, построения передающей сети.
Обоснованы требования к параметрам каналов звукового вещания, основные варианты структуры радиовещательных трактов. Разработаны вопросы формирования и анализа вещательных сигналов; их преобразования, коррекции, регулирования уровней и динамического диапазона, и т.д. В области стереофонического ОВЧ ЧМ радиовещания [9] подробно исследованы способы! и системы формирования стереосигналов, методы и устройства. их обработки; системы и оборудование формирования радиосигнала. Продолжаются интенсивные исследования в области цифрового вещания [9, 34, 37, 38, 59, 61, 77]. Исследуются перспективы развития цифрового вещания; методики его поэтапного внедрения: Разрабатываются базовые процедуры обработки сигналов, средства цифрового вещания на основе технологий DAB и DFJVL Решаются вопросы проектирования систем и сетей цифрового вещания.
Вопросы использования технологий передачи данных на дополнительных поднесущих частотах сигнала радиовещательной станции в рамках применения и развития действующих стандартов [118-121, 131, 150; 160] рассмотрены в работах В.Д. Горегляда, Р: Андерсона; В. Чена, Д. Копитца и других [22, 106, 115, 123]. Значительное.число публикаций, в основном, информационного характера, посвящено практической реализации і конкретных локальных систем информационного обслуживания, как на основе международных и. национальных стандартов; так и на основе закрытых корпоративных протоколов.
Однако научно обоснованные подходы, методы и средства, обеспечивающие создание полномасштабных информационных систем, интегрированных с существующими ' сетями радиовещания и ориентированных на перспективу развития цифрового вещания, до настоящего времени в должной степени не разработаны.
Существенным аспектом, в плане разработки современных и перспективных РВ СИО, является создание эффективных методов и средств формирования и цифровой обработки сигналов (ЦОС) в различных звеньях и составных частях системы. Вопросы передачи данных и обработки дискретных сигналов, вклю-
чая построение эффективных алгоритмов их обработки и анализа характеристик, рассматривались в работах М. Беланже, Б, Голда, А. Константинидеса, Г. Лэма, Дж. Макклелана, А. Оппенгейма, Т. Паркса, Л: Рабинера, А. Феттвейса,.
Ф Р. Хемминга [54, 55, 77, 96, 109]: Определенный вклад в развитие ЦОС внесли
отечественные ученые В:В. Витязев, Л.М. Гольденберг, В.П; Дворкович, В.Г. Карташевский:, Д.Д. Кловский, А.А. Ланнэ, Б.Д, Матюшкин, А,И. Тяжев, Л.М: Финк [18,21, 38, 44,46, 53, 89]:
Публикация работ, посвященных глубокому исследованию отдельных способов'сокращения сложности алгоритмов ЦОС [21, 109], свидетельствует о насущной, необходимости обобщающего подхода в этом направлении. Обзор
* результатов новых исследований в данной і области показывает, что они могут
быть сгруппированы по следующим основным направлениям:
исследование и синтез новых структурных схем цифровых фильтров (ЦФ), обеспечивающих низкую чувствительность характеристик к изменениям коэффициентов ЦФ [16,125];
разработка новых типов оборудования1 ЦОС, для реализации которых требуется выполнение уменьшенного объема арифметических операций [104];:
развитие новых методов аппроксимации, постановка и решение новых аппроксимационных задач;
исследование вопросов многоканальной цифровой фильтрации.
« Несколько меньше исследованы з адачи: многоканальной, фильтрации без
преобразования частоты дискретизации. В этом: отношении следует упомянуть труды автора;настоящей диссертационной работы в области*исследования линейных алгоритмов и устройств цифровой обработки сигналов [178, 192, 193, 198]. На базе дальнейшего развития и обобщения обоснованных в них подходов могут быть разработаны новые эффективные методы формирования и обработки цифровых сигналов РВ СИО.
Ретрансляция сигналов (в том числе в затененные зоны) и подача (доставка) радиовещательных сигналов на частотах вещания широко используются в настоящее время. Соответствующие вопросы отражены в литературе: [12,. 107, 152, 186]. Достаточно часто для получения программы используется сигнал, поступающий по эфиру от ближайшей мощной: («головной») вещательной станции. На ретрансляторе этот сигнал принимается на направленную высоко поднятую антенну, что гарантирует уверенный прием и достаточно высокое качество программы. Для звукового вещания на ОВЧ: из-за относительно большой длины волны высоконаправленную приемную антенну получить сложно. Для этого случая целесообразно видоизменять диаграмму направленности передающей антенны, с которой принимается сигнал, подлежащий.ретрансляции, с тем, чтобы получить дополнительную направленность на ретранслятор.
В силу известных технических, организационных и экономических факторов, в ряде случаев предпочтительным вариантом оказывается использование пассивных ретрансляторов. Пассивные ретрансляторы с у спехом-применяются-на радиорелейных линиях СВЧ диапазона. Большой вклад в теорию и практику их применения сделан ГЗ: Айзенбергом, В.Г. Ямпольским,.О.П. Фроловым [1, 2, 102]. Техника пассивной ретрансляции в последнее время интенсивно разви-ваетсядля; систем УВЧ-диапазона [124, 139, 146, 147, 164].. Однако непосредственное использование этих результатов для РВ: СИО не представляется рациональным из-за больших габаритов и стоимости при относительно длинных рабочих волнах.
Представляется: целесообразным, с использованием, аналогичных научных подходов, разработать пассивные переизлучающие структуры, развитые по горизонтали. Непосредственное применение хорошо развитых [И, 5S] и про-должающих интенсивно развиваться [36] методов синтеза антенн для структур, протяженных в направлении распространения t волны, а также известных методов синтеза пассивных ретрансляторов типа «препятствие» [1, 2, 102], в данном; случае, по-видимому неперспективно.
Исследование пассивных ретрансляторов в нашем случае: должно основываться на применении точных численных электродинамических методов.
Эти методы продолжают интенсивно развиваться, в том числе трудами АЛ. Бузова, Л.С. Казанского, В.В. Юдина, В.А; Неганова и других ученых [41, 42, 63, 64, 117,.127, 145, 158, 159].
Вопросы совершенствования расчетных и инструментальных методов в; области обеспечения электромагнитной безопасности объектов радиовещания рассмотрены в-трудах А.Л. Бузова^ В.П. Кубанова,.О.Н. Маслова, В.А. Романова, Ю.М. Сподобаева и многих других авторов [6, 42, 56, 84]. В то же время, решение задач обеспечения безопасности объектов РВСИО, как показал анализ литературы,, требует дальнейшего развития расчетных и; расчетно-экспери-ментальных методов определения уровней электромагнитного поля, в частности; с целью максимального учета влияния подстилающей поверхности и окружающих металлоконструкций при расчете поля по паспортным диаграммам:!направленности антенн.
Цель работы — разработка теоретических основ создания радиовещательных систем информационного обслуживания на базе сети ОВЧ ЧМ; радиовещания, эффективных методов формирования и обработки цифровых сигналов этих систем, конкретных вариантов построения систем и их составных частей, методов и средств модернизации1 и мониторинга антенно-фидерного оборудования радиовещательных систем информационного обслуживания, а также решение вопросов обеспечения их электромагнитной безопасности.
Для достижения поставленной цели в настоящей диссертационной работе выполнена следующая программа исследований.
Анализ радиовещательных систем информационного обслуживания Обоснование вариантов структуры и состава системы
Исходные положения, системного исследования- заключаются в представлении о целостности изучаемой системы и иерархии систем: РВ; СИО должна рассматриваться как единый объект, выполняющий функцию предоставления; информационной услуги пользователю системы по каналам ЗРВ;
При этом учитывается взаимодействие и взаимовлияние: отдельных частей РВ СИО, существенных для: достижения целевой функции системы-(подсистемы).. Необходимо также учитывать воздействие РВ СИО на окружение, в частности, на инфокоммуникационные системы более высокого иерархического уровня, на организацию процесса взаимодействия- между участниками; процесса предоставления информационной услуги, организацию информационных потоков между составными частями системы.
РВ СИО, возникли и первоначально формировались по отношению к первичной сети ЗРВ составляющей техническую основу РВ СИО; Анализируя динамику развития РВ СИО можно установить, что такой ход развития событий обусловлен весьма глубокими; функциональными причинами.
Во-первых, это использование принципа уплотнения (мультиплексирования) радиоканала, выделенного целевым образом, для осуществления: ЗРВ, для передачи информационных сообщений РВ СИО. Топология зоны обслу-живанияРВ СИО, размеры этой зоны и другие характеристики РВ СИО могут совпадать либо полностью, либо частично с существующими характеристиками сети ЗРВ, но не могут их превосходить, за-исключением отдельных частных случаев, рассмотренных ниже..Переход от аналогового к цифровому ЗРВ, в этом смысле, изменяет только вид уплотнения: вместо частотного уплотнения используется временное уплотнение.
Во-вторых, это общая логика развития отрасли инфокоммуникаций в целом. В аналоговых сетях связи, основной вид передаваемой информации это звуковой (аудио) сигнал, в телевидении - аудио-видео сигнал. Затем, по мере развития компьютерных технологий, прогресса в;цифровых.методах передачи и обработки информации, в сетях электросвязи; так и в сетях мобильной радиосвязи, сетях телерадиовещания повышается удельный вес передачи данных в общем объеме передаваемой информации. Наступает «эпоха модемов», организации линий передачи данных в аналоговом окружении, которая сопровождается возникновением информационных служб. И, наконец, осуществляется переход на полностью цифровые технологии передачи и обработки информации, внедрение мультимедийных сервисов взамен обмена аудио сообщениями.
Обращаясь к перспективам РВ СИО; есть основание полагать, что информационное обслуживание, рассматривавшееся как «дополнительные» услуги к передаче основной программой звукового вещания трансформируется в широковещательную передачу мультимедийных сообщений,, в которой аудио сообщения займут роль равноправного вида передаваемой информации,, возможно «первого среди равных», а сети ЗРВ трансформируются; в сети РВ СИО с широковещательным радиоканалом доставки сообщений. Анализируя: свойства РВ СИО можно установить, что они несут в;себе «родовые признаки» порождающих систем - систем передачи данных (СПД) и систем ЗРВ. Что касается СПД, то РВ СИО фактически представляет по своей функционально-логической структуре и по физической, структуре разновидность информационно-вычислительной сети, ее ядром является СПД, по отношению к которой справедлива эталонная модель взаимодействия открытых систем [73].
Эффективность характеристик РВ: СЙО по отношению к таким показателям как помехоустойчивость, надежность, достоверность, живучесть, определяется как раз свойствами РВ СИО как СПД. Хар актеристики РВ СИО настолько эффективны, насколько эффективна СПД лежащая в основе данной РВ СИО.
В соответствии; с принципами системного подхода, на начальной фазе, системного анализа каждая система,. обладая свойством целостности и организованности отдельных своих частей, является в тоже время подсистемой обособленной частью системы более высокого уровня иерархии [50].. Применительно: к РВ-СИО, её можно рассматривать как подсистему большей информационной системы, выполняющей как и РВ СИО, функции сбора; обработки, хранения; и использования информации и передающей информационные сообщения по каналам произвольной природы. В этой большой системе могут быть задействованы каналы телевидения, интернета; радио и т.д. РВ СИО безусловно является подсистемой глобальной инфокоммуникационной системы [47] J
При рассмотрении РВ СИО полезно провести результативные: сравнения характеристик РВ СИО с характеристиками систем ЗРВ. Общие характеристики ЗРВ и РВ СИО 1. Диапазон и номиналы используемых частот. 2. Покрытие определенной зоны обслуживания. 3. Потребность системы.в каналах подачи программ, получения информации. 4. Широковещательная природа канала, циркулярный (в целом) характер передачи сообщений. 5. Общее используемые технические средства по организации радиоканала: радиопередатчики, антенно-фидерный тракт, тюнеры. Специфические характеристики РВ СИО 1. В цепи предоставления услуг появляются новые участники. 2. Используется режим условного доступа, подписки. 3., Многообразность форм представления информации (аудио, видео, графика). 4; Возможность множественности представления услуг в рамках одной системы, в том числе параллельный режим предоставления услуг. Развивая системных подход к рассмотрению РВ СИО, обратимся к моделям РВ СИО, имея ввиду в конечном результате построение структурной модели РВ СИО, полностью характеризующей РВ СИО в рамках системного подхода наряду с описанием динамики функционирования системы. Первый уровень рассмотрения модели РВ СИО, это представление в виде «Черного ящика», описывающая соотношение вход-выход и отображающая только связь системы с внешней средой и другими системами. Графически модель «Черного ящика» изображается в виде, показанном на рисунке 13.
Разработка методики и алгоритма синтеза эффективных цифровых фильтров на основе декомпозиции передаточной функции
Таким образом, можно рекомендовать в широком диапазоне параметров, представляющих практический интерес, использовать N3 = (N3" +1).
Ко второй группе принадлежат ПФС, получаемые суммированием по (2.69) звеньев, каждое из которых представляет собой ЦФЦ. Поскольку свойства этого класса фильтров во многом аналогичны /,-полосным НЦФ [153], он получил название Х-полосные РЦФ. Оптимальный синтез L-полосных РЦФ приводит к получению ПФ,.объединяющих звенья // /разного неравного между собой: порядка. Использование зеркальной симметрии числителя и знаменателя ПФ для ЦФЦ снижает значения показателя вычислительной сложности и в этом случае.
Далее рассматривается метод проектирования устройств общих приложений ЦОС в РВСИО, обобщающий рассмотренные в предыдущих подразделах результаты применения методики декомпозиции системных функций для повышения вычислительной эффективности конкретных примеров У ЦОС.
В данном подразделе опыт применения разработанных методик, синтеза эффективных по показателю вычислительной сложности алгоритмов работы фильтрующих устройств ЦОС обобщается применительно к проектированию устройств и комплексов ЦОС в целом, используемых при формировании сигналов РВ СИО. Отправной точкой в любой методике проектирования служит анализ исходных данных. В результате анализа должна быть установлена их полнота и достаточность для формализации и перехода к основным процедурам синтеза. Затем проводится синтез и изучение системных функций и выбирается та, которой свойственны наиболее перспективные виды симметрии. Термин системная функция обобщает такие характеристики, как передаточная функция, импульсная характеристика, спектр сигнала.
Далее, с точки зрения критерия вычислительной сложности, определяется тип декомпозиции системной функции, позволяющий использовать для последующей; группировки и объединения такие компоненты, симметрия которых описывается группами наибольшего порядка.
Наконец, разрабатывается структурная схема устройства или блок-схема алгоритма, в соответствии с которыми производится синтез составных частей, проверяется.реализация, предусматривающая использование программ тестирования и диагностики.
Важное преимущество ЦОС заключается в возможности практически полного имитационного или математического моделирования проектируемого объекта на ЭВМ в процессе синтеза составных частей и проверки качества полученного решения. В случае неудовлетворительного решения происходит возврат к предыдущему этапу (например, пересмотру избранного вида декомпозиции) и повторному выполнению синтезирующих процедур, пока требования установленного критерия вычислительной сложности не будут удовлетворены..
Перейдём к более детальному рассмотрению методики, начиная с ввода внешних параметров. Среди требований общего плана одно из главных - требование обеспечения реального масштаба времени, выражаемое через параметр допустимой величины, вносимой в процессе обработки временной задержки моп.
В зависимости от необходимости обеспечения данного параметра выбирается: способ реализации: программный или; аппаратный. Определяются скорость передачи и обработки данных по системной магистрали, особенности организации конвейерного режима, максимальный размер обрабатываемого блока данных.. Для программной реализации. конкретизируется тип используемых технических средств вычислительной; техники. Если применяются, микропрограммные средства, то учитываются; данные по структуре внутренней шины, объему доступной внутренней памяти, адресному пространству. Для аппаратной реализации должны быть заданы основные ограничения по элементной базе и допустимым значениям массогабаритных показателей, энергопотреблению, характеристикам надежности, определен элементный базис. Обязательно учитываются требования на условия сопряжения и взаимодействия объекта с другими частями комплекса, описанию входного воздействия, учету особенностей организации смежных функций.
Наличие альтернатив при: выборе компонент определяет необходимость согласования структуры или блок-схемы алгоритма1 со структурными особенностями- организации процессора и его архитектурой. Методология выбора предполагает выполнение анализа требований системы, составления-эскизного функционального описания её структуры, составления сводной таблицы характеристик требований, заполнения матрицы согласования параметров:
При заполнении матрицы согласования параметров в [134] рекомендуется: уровни значимости требований выбирать в соответствии с определённой: балльной системой: - слабая значимость; - нормальная значимость; - сильная значимость. На этапе анализа и формализации исходных данных вся совокупность требований должна быть отображена в ограниченный набор характеристик и параметров, необходимых для выполнения процедур синтеза. Прежде всего, устанавливается целевая функция, или критерий оптимальности для аппроксимационнои задачи синтеза. Решением задачи является близкая к у0(х) - идеальной, целевая функция y(h{, ..., hn, х), в которой hi - коэффициенты или параметры аппроксимации.
Исследование возможности использования радиовещательной системы информационного обслуживания для подачи дополнительных радиовещательных программ
Поскольку значения генерируемых частот являются точными, то: отклонения их от номинала равны 25% от абсолютных значений отклонений частоты задающего ген ератор а - от номи нала. Стабильность генерируемых частот равна 10" (т.е: стабильности частоты задающего генератора).
Соотношения уровней основной и побочной составляющей позволили определить.требования к аналоговым- фильтрам. Уровни всех составляющих вычисляются по формуле:
Выбрав время исполнения команды перехода равное Г мкс, т.е. примерно половине периода дискретизации, убеждаемся, что оно составит 0,5-1(Р % длительности интервала измерения, что существенно меньше длительности переходных процессов в аналоговых фильтрах.
Включением на выходе фильтров: схемы автоматической; регулировки усиления в сочетании с выполнением условия непрерывности фазы. генерируемого колебания обеспечивается (при надлежащем выборе импульсных реакций, аналоговых фильтров) выполнение жестких требований к постоянству уровня выходного сигнала системы.
Очевидно, что полученные выше значения частот не позволяют получить сколько-нибудь эффективную декомпозицию путем группировки значений. Оптимальной в данном случае оказывается реализация в виде единого цифрового синтезатора, работающего на два независимых аналоговых выхода. В данном случае полное использование всех видов «потенциальной» симметрии и запись в таблицу только четверти периода приводит к нежелательному усложнению алгоритма управления. Поэтому в таблицу заносятся значения половины периода. Выбрав шаг дискретизации по частоте, равный 20 Гц, получаем, что требуемый объем таблицы равен 16200, что вписывается в стандартный объем 16 к.
Число двоичных разрядов в мантиссе табличных значений L определяется из условия обеспечения наименьшего уровня паразитных продуктов, равного 65 дБ. Это означает, что отношение среднеквадратичного отклонения для шумов квантования округлением
Выбранное значение частоты дискретизации означает, что по требуемому быстродействию должны применяться ППЗУ, изготовленные по ТТЛ технологии. Емкости и организация ТТЛ ППЗУ, оговоренных перечнем разрешенных к применению в данном случае комплектующих изделий, оказались недостаточными, чтобы использовать чисто табличный метод, поэтому был выбран таблично-алгоритмический вариант реализации.
Минимальная величина объема таблицы опорных значений определилась по условию равенства максимальных значений погрешностей квантования и интерполяции Взяв ближайшее целое, равное 6, получили R — 64. Выполнение декомпозиции, таким образом, привело бы к неэффективному использованию емкости стандартных ППЗУ. Поэтому, было выбрано бли то умножитель был реализован на основе ППЗУ емкостью 2(2+!)-25 = 28 = 256 слов. Максимальное значение коэффициента пересчета в нашем случае соста вило 8711, т.е. потребовался 14-ти разрядный накапливающий сумматор для Ф построения следящего вычислителя аргумента. Цифровая часть синтезатора, как уже было упомянуто, должна быть дополнена аналоговой (включением на ее выходе ЦДЛ с последующим фильтром). При одновременной генерации нескольких сигналов число аналоговых окончаний равняется числу сигналов. Кроме того, чтобы получить возможность для каждого сигнала независимо вычислять аргумент, нужно включить на вы ходе АЛУ 1, параллельно RG 1, дополнительные регистры. На этапе синтеза составных частей были выполнены процедуры расчета содержимого таблиц в форме, удобной для последующего программирования ППЗУ, и: определены основные соотношения для импульсных последовательностей управляющих сигналов. Аналогичным образом была выполнена разработка - цифровых модуляторов для РВ СИО. Сразу следует отметить, что обоснованные в разделе 2 положения, в том числе утверждение о том, что использование средств ЦОС позволяет существенно упростить структуру модулятора в части формирования вы- ходного сигнала, нашли в ходе разработки убедительное подтверждение. Действительно, за счет использования методов прямого (табличного) синтеза отпала необходимость выполнения ряда промежуточных преобразований, включая балансную модуляцию при разработке модулятора RDS. На рисунке 3.3 приведена схема включения модулятора в тракт, а на рисунке 3.4 — схема формирователя сигнала RDS» входящего в состав модулятора: В основу построения, как уже было сказано, положен принцип прямого цифрового синтеза сигналов. При этом в зависимости от значения передаваемых данных, из ПЗУ последовательно выбираются отсчеты выходного сигнала, соответствующие этим данным. Далее отсчеты преобразуются в аналоговую форму и через ФНЧ поступают на выход модулятора.. Поскольку в данном случае основная энергия сигнала сконцентрирована в полосе частот ±2,4 кГц [131], ширина переходной полосы от полосы пропускания к полосе частот гарантированного затухания может быть не более 1,6 кГц. Значение цифровых кодов отсчетов выходного сигнала S(n) записываются: в ячейки ПЗУ (рисунок 3.4). Процессом считывания из ячеек памяти ПЗУ управляют двоичные символы передаваемых данных, из которых формируются команды адресации. Считанные коды отсчетов; после преобразования ЦАП в аналоговую форму и сглаживания аналоговым фильтром, поступают в тракт радиовещания. Остановимся несколько подробнее на системе синхронизации. Она обеспечивает синхронизацию моментов перехода через ноль поднесущеи сигнала RDS с частотой 57 кГц с моментами перехода через ноль пилот-тона комплексного стерео сигнала (КСС). Для того, чтобы модулятор RDS можно было подключить к передатчику только внешними; разъёмами, для синхронизации было решено использовать пилот-тон, выделенный непосредственно из стереосигнала. Структурная схема системы синхронизации модулятора RDS показана на рисунке 3.5; Использованные сокращения пояснены в подрисуночной подписи. Система синхронизации- работает следующим образом.
Разработка методики проектирования излучающих и переизлучающих структур в рамках модернизации антенно-фидерного оборудования
В связи с особенностями требований к трассе, при использовании некоторых из рассмотренных в разделе 1 перспективных, способов организации вещательных каналов, отметим еще одно достоинство преломляющих пассивных ретрансляторов. В отличие от активных и отражающих пассивных ретрансляторов, в данном случае дополнительное время задержки сигнала определяется только локальным эффектом изменения фазовой скорости радиоволны в области пространства, занятой структурой ретранслятора, размеры которой не превышают единиц - десятков длин волны. Соответственно, в диапазонах ОВЧ ЧМ радиовещания время задержки, вносимой пассивным ретранслятором, составит от нескольких десятков до 200-300 наносекунд.
Аналогичным образом, в принципе, могут быть построены структуры для огибания препятствий на местности. Огибание волной препятствия при использовании такого ретранслятора должно достигаться выбором геометрических параметров структуры, так чтобы рассеянная волна была направлена за препятствие и «освещала» затененную зону (вариант для обслуживания территории) или фокусировалась в точке приема (вариант для подачи сигнала).
Остановимся; подробнее на втором аспекте, связанном с подачей программ.
Достаточно часто при построении сети1 в качестве источника сигнала ретранслируемой программы для маломощных станций-ретрансляторов используют ближайшую мощную (головную) станцию (т.е. фактически подача программы осуществляется на частотах вещания головной станции). Последующая трансляция программы в зоне вещания ретранслятора ведется на других (ретранслятор-преобразователь) или тех же (ретранслятор-бустер) рабочих частотах (каналах) [80].
Для обеспечения приемлемого качества сигнала: (особенно при значительной удаленности ретранслятора от головной станции или сложных условиях рельефа), совместно с приемным оборудованием ретранслятора должна использоваться приемная антенная система с высоким усилением, реализуемость которой во многом ограничивает область применения данного подхода.
Вместе с тем, дальнейшее повышение качества подачи сигнала, по-видимому, вполне возможно посредством недорогой и: несложной модернизации антенного оборудования головной станции с целью формирования-диа-граммы направленности специальной формы. При этом должен быть обеспечен высокий коэффициент усиления в узком секторе в направлении ретранслятора при сохранении в остальных направлениях диаграммы направленности, близкой к круговой. Поскольку сектор с высоким усилением имеет малую ширину, снижение напряженности в пределах зоны: обслуживания: головной: станции: может быть практически несущественным. Наиболее простой вариант решения указанной задачи для действующей головной станции — это включение в состав передающей антенной системы дополнительной направленной антенны, на которую ответвляется часть мощности передатчика. Таким образом, по результатам проведенного сравнительного анализа методов ретрансляции и подачи программ наиболее перспективными представляются следующие методы,решения проблем обеспечения качественной работы РВ СИО,в том числе, в зонах затенения на основе соответствующей модернизации антенно-фидерного оборудования:
1. Пассивная ретрансляция сигналов РВ СИО в сильно затененные зоны посредством специально разработанных для указанной: цели антенных систем на основе замедляющих проволочных структур типа «волновой канал». 2. Повышение качества подачи си гналов РВ СИО на частотах вещания посредством модернизации передающей антенной системы головной станции (с включением в ее состав дополнительной направленной антенны) с целью формирования диаграммы направленности, имеющей узкий максимум в направлении точки приема: Создание антенных устройств (систем), реализующих указанные методы, предполагает: - разработку соответствующей методики (методик) проектирования излучающих и переизлучающих структур; - разработку конкретных технических решений антенных систем пассивной ретрансляции; - разработку технических решений антенных систем с дополнительными антеннами для повышения качества подачи сигналов на частотах вещания. Проектирование излучающих и переизлучающих; структур в рамках модернизации ; антенно-фидерного оборудования предполагает: синтез структуры дополнительной антенны или пассивного ретранслятора; синтез цепи питания системы, включающей дополнительную и основную антенны (в случае пассивного ретранслятора это исключается); разработку проектной документации.
Предметом рассмотрения в рамках настоящей работы являются задачи, по результатам решения которых и выполняется собственно проектирование. Современный уровень развития численных методов технической: электродинамики и вычислительной техники делают весьма эффективными методы параметрической оптимизации, выполняемой на ЭВМ с многократным решением задач электродинамического анализа. Использование электродинамических методов анализа позволяет получить высокую точность расчетов, учесть такие факторы, как металлоконструкции опоры, и т.д. При этом, как показывает практика (по крайней мере, применительно к синтезу антенн [13]), в процедуре собственно оптимизации целесообразно предусмотреть «эвристический элемент» — изменение некоторых параметров, варьирование которых трудно формализовать и автоматизировать, в то время как их изменение человеком на основе тех или І иных эвристических соображений позволяет повысить эффективность алгоритма оптимизации в целом. Такой подход и принят в настоящей работе.
