CC BY
57
УДК 51.001.57:681.518
В.В. Киселёв, А.А. Львов, М.С. Светлов
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОДНОЧАСТОТНЫХ СЕТЕЙ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ СТАНДАРТА DVB-
T
Рассматриваются вопросы моделирования и исследования одночастотных сетей цифрового эфирного телерадиовещания стандарта DVB-T. Основное внимание уделено учету особенностей распространения радиосигналов в условиях многолучевого переотражения. Результаты моделирования используются при расчете зон охвата телерадиовещания при переходе на цифровой формат.
Модель радиоканала, одночастотная сеть, цифровое телерадиовещание, стандарт DVB-T
THE FEATURES OF SIMULATION OF SINGLE FREQUENCY DIGITAL TELEVISION BROADCACTING NETS UNDER THE DVB-T STANDARD
The problems of simulation and analysis of the single frequency digital television broadcasting nets under the DVB-T standard are discussed. The main point of investigation is the allowance for signal spreading in the mutibeam re-reflection environment. The simulation results are used in calculation of the coverage areas of digital television broadcasting.
Digital TV, simple frequency network, ligital video broadcasting - terrestrial
При проектировании одночастотных сетей цифрового эфирного телерадиовещания стандарта DVB-T, базирующихся на высокоскоростной когерентной модуляции COFDM и работающих в условиях многолучевого распространения сигналов, необходимо учитывать модель рельефа местности [1] и взаиморасположение на ней передатчиков. Это обеспечивает возможность более эффективно использовать группу маломощных передатчиков или ретрансляторов вместо одного мощного передатчика.
V.V. Kiselev, A.A. L’vov, M.S. Svetlov
Передатчик
Приёмник
ІХ
Рис. 1. Многолучевая модель распространения радиосигнала
В общем случае сигнал г ^) (рисунок 1), принимаемый приёмником, имеет вид
м
2пр (*) = X ^) + п(*)> (!)
г=1
где М - число взаимно независимых лучей, поступающих на вход приёмного устройства;
п(г) - аддитивный гауссов шум, связанный с флуктуациями в самом приёмнике; 2*(г) -
сигнал на г-м луче.
При учёте наличия соседних каналов вещания модель (1) примет вид
м
2 (г) = г (г) + У 2*(г) + п(г), (2)
пр V / стат\ / г V / V / ’ \ /
г=1
где 2стат (г) - статистическая компонента сигнала, связанная с влиянием соседних каналов (проблема электромагнитной совместимости систем аналогового и цифрового телевидения [2]).
Сигнал 2{ (г), действующий на входе приёмного устройства, есть сигнал
передатчика 21 (г -гг), запаздывающий на время распространения сигнала гг в среде, т.е. на время прихода г-го луча от передатчика на вход приёмника:
2г(г) = 2г (г - гг). (3)
Тогда (2) имеет вид
м
2 (г) = 2 (г) + У 2. (г - г) + п(г). (4)
пр V / стат\/ г V г / V / V /
г =1
В общем случае лучи распространения сигнала можно разделить на две группы: испытывающие переотражение от неподвижных объектов и, как следствие, создающие статичное распределение мощности сигнала в пространстве, т. е. детерминированное, а также, взаимодействующие с подвижными объектами и создающие изменяющееся во времени распределение мощности, т.е. случайное.
Тогда (4) примет вид
м
2пр (г) = 2стат (г) + У ((г - ^ ) + 2Т (г - ^ )) + П(г), (5)
г =1
где 2д.ет(г) - детерминированная компонента на г-м луче, представляющая собой
непосредственно передаваемый сигнал; 2сгп(г) - случайная компонента на г-м луче, связанная с взаимодействием передаваемого сигнала с подвижными объектами и эффектом Доплера.
Величина 2С (г) - функция от плотности распределения параметров компонент сигнала м>(е, р), зависящая от модели рельефа местности:
2Г (г) = / (Мр)), (6)
где £ - коэффициент передачи (переотражения); р - фаза сигнала после переотражения.
Учёт 2СС (г) возможен при наличии полной информации о подвижных объектах на модели рельефа местности, т.е. при известных значениях начальных координат, скоростей, ускорений, траекторий движения, габаритных размеров объектов.
Рис. 3. Частотно-временная структура
вид (рис. 3, 4):
Рис. 2. Модель одночастотной сети эфирного цифрового вещания
Обобщая модель (5) на случай одночастотной сети (рис. 2) из К передатчиков [3], будем иметь
К М
2 пр(ї)=2 стат (ї) + ЕЕ(2Т(ї - ї, к) + <к(ї ■
к=1 і=1
, (7)
где К - общее число передатчиков; ї, к
- время прихода і-го луча от к-го передатчика на вход приёмника;
дет / \ •
(ї) - полезный сигнал на і-м луче от к-го передатчика; 2^ (ї) - случайная компонента на і-м луче для к-го передатчика; Мк - число взаимно
независимых лучей от к-го
передатчика.
В свою очередь, 2^1'" (ї) имеет
(ї) = аіЛ2к(ї),
2к(ї) = Ке
N-1 Н т
ехр(2р/;ї )Х е е с, .> (ї))
г=0 я=0 И=Н т
(8)
(9)
Ш ґ<) = \ехР(2рИ(ї -Т% - яТ - ШТ5)/Ти) для (я + ^)Т < ї < (я + N +1 )Т (10)
*Г,Я,и(ї) = І А , (10)
10 в остальных случаях
И = И + (Н,„х - Нт„)/2,
(11)
(12)
Рис. 4. Логическая структура ОРйМ-кадра, отражающая распределение данных по ОРйМ-символам с учётом защитного интервала
передатчика (получаемый с
использованием быстрого
преобразования Фурье (FFT)); а1к -
коэффициент, характеризующий часть полной мощности, приходящуюся на г-й луч к-го передатчика (зависит от диаграммы направленности антенны); N - количество OFDM-символов в кадре передачи; И - номер поднесущей частоты; Я- и Яшах - соответственно
у 111111 шах
шт шах
минимальное и максимальное значения поднесущей частоты (нижняя и верхняя границы диапазона изменения поднесущей частоты); я - номер OFDM-символа; г -номер кадра передачи; Т -длительность защитного интервала; Ти - длительность
полезной части OFDM-символа; Тя - длительность OFDM-символа; /к - опорная частота
(значение несущей частоты к-го передатчика); СгяИк - значение РАМ-ячейки для
поднесущей частоты И в символе я кадра г к-го передатчика.
Так как рассматривается одночастотная сеть вещания, то = f1 = ...=/к = / и
С = С = = С = С
у~'г, я ,И ,1 у-'г, я ,И ,2 у-'г, я ,И ,к у-'г, я ,И •
Время прихода г-го луча от к-го передатчика ^ к - промежуток времени,
затраченный электромагнитной волной на преодоление расстояния от передатчика до приёмника:
к = ягк Iе , (13)
где е - скорость электромагнитной волны в среде; ягк - длина траектории г-го луча к-го
передатчика.
В зависимости от вида траектории распространения сигнала возможны следующие важные, с практической точки зрения, случаи: прямолинейное распространение:
я,к = л/(АХк)2 + (*Ук)2 + (Агк)2 , (14)
где Ахк, Аук и Azk - разности соответствующих декартовых координат расположения
приёмной антенны и передающей антенны к-го передатчика; множественное переотражение:
Ц к .--------------------------------------
г ,к = IV (Ахк 1 ) + (Аук 1 ) + (А2к 1 ) ,
1=1
(15)
где Ц к - количество переотражений г-го луча к-го передатчика; Ахк 1, Аук 1 и Azk 1 -
разности соответствующих декартовых координат точек рефракций для г-го луча к-го передатчика.
Рис. 5. Вариант реализации одночастотной сети из трех передатчиков
Таким образом, соотношения (7) - (15) позволяют на стадии проектирования определить оптимальные параметры топологии одночастотной сети цифрового эфирного наземного телерадиовещания с минимизацией числа и площадей зон неуверенного приёма (зон радиотени) (рис. 5).
В последующем с целью дальнейшего развития сети возможно учесть увеличение количества источников сигналов с совмещёнными каналами для расширения зоны охвата вещанием и достижения желаемых параметров работы сети.
ЛИТЕРАТУРА
1. Киселёв В.В. Разработка модели и исследование помехоустойчивости цифровых систем телерадиовещания / В.В. Киселёв, М.С. Светлов // Сб.тр. МНК ММТТ-21. Саратов: СГТУ, 2008.
2. Киселёв В.В. Проблемы электромагнитной совместимости в цифровом телерадиовещании / В.В. Киселёв, М.С. Светлов // Сб.тр. МНК ММТТ-22. Псков: ППИ, 2009.
3. Киселёв В.В. Одночастотная сеть эфирного цифрового вещания с учётом модели местности / В.В. Киселёв, М.С. Светлов // Сб. тр. МНК ММТТ-23. Саратов: СГТУ, 2010.
Киселев Вадим Владимирович -аспирант, ассистент кафедры «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского государственного технического университета
Львов Алексей Арленович -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского государственного технического университета
Светлов Михаил Семенович -доцент кафедры «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 01.11.10, принята к опубликованию 15.11.10
