CC BY
97
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ АТМОСФЕРНЫХ РАДИОШУМОВ В ДИАПАЗОНАХ НИЗКИХ ЧАСТОТ И СРЕДНИХ ЧАСТОТ ПО ТЕРРИТОРИИ ЗЕМЛИ
ВАРЛАМОВ Олег Витальевич1
ВАРЛАМОВ Владимир Олегович2
1к.т.н., начальник отдела Московского технического университета связи и информатики, г. Москва, Россия, vov@mtuci.ru
2студент Московского технического университета связи и информатики, г. Москва, Россия, f.vvo@bk.ru
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цифровое радиовещание; йРМ; атмосферный ра-диошум; частотно-территориальное планирование; предпочтительные частоты.
АННОТАЦИЯ
Система цифрового радиовещания йРМ, позволяющая наиболее экономично обслуживать малонаселенные и удаленные территории с отсутствующей вещательной инфраструктурой, рекомендована Международным союзом электросвязи для применения в диапазонах частот ниже 30 МГц и распоряжением Правительства признана целесообразной для использования в РФ. Особенностью цифрового радиовещания является пороговый характер приема, что требует более тщательного частотно-территориального планирования, чем в системах радиовещания с амплитудной модуляцией. Планирование сетей цифрового радиовещания в диапазонах низких частот и средних частот необходимо проводить на круглосуточной основе на годовой период с учетом сезонных факторов. Для диапазонов низких частот и средних частот особенно важным становится учет максимальных уровней атмосферных радиошумов в планируемых зонах обслуживания. В сельской местности, где, как правило, проходит граница зоны обслуживания, в этих диапазонах данный вид радиошумов является преобладающим над другими видами радиошумов - индустриальным и галактическим. В качестве критерия «комфортного прослушивания» в системе цифрового радиовещания стандарта йРМ принято корректное декодирование аудио контента в течение не менее 98% времени. Соответственно, за максимальный уровень атмосферного радиошума следует принимать его значение, превышаемое в течение 2% времени в полосе сигнала цифрового радиовещания в каждой точке зоны обслуживания. Разработана процедура перехода от описанного в рекомендации Международного союза электросвязи графоаналитического метода определения данного параметра к программно-вычислительному. Разработанный программный продукт использует модифицированный код программы Международного союза электросвязи для расчета атмосферных радиошумов и позволяет отображать на карте с произвольным масштабом территориальное распределение превышаемой в течение 2% времени напряженности поля атмосферных радиошумов в заданной полосе частот на частотах диапазонов низких частот и средних частот. Приведены примеры расчетов в полосе частот цифрового радиовещания 10 кГц в диапазонах низких частот - для Первого региона Международного союза электросвязи, и средних частот - для всей территории Земли. Проведенный анализ примеров расчетов позволил определить предпочтительные частоты и территории, на которых наиболее целесообразно использовать цифровое радиовещание стандарта йРМ.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Варламов О. В., Варламов В. О. Распределение максимальных уровней атмосферных радиошумов в диапазонах низких частот и средних частот по территории Земли // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 5. С. 42-51.
Введение
Система цифрового радиовещания DRM (ГОСТ Р 54462-2011) [1-2] рекомендована Международным союзом электросвязи (МСЭ) [3] для применения в диапазонах частот ниже 30 МГц и распоряжением Правительства признана целесообразной для использования в РФ [4]. Система DRM позволяет в диапазонах низких частот (НЧ), средних частот (СЧ) и высоких частот (ВЧ) обеспечить качество звучания, сопоставимое с качеством ультрокороткие волны частотная модуляция (УКВ-ЧМ) вещания [5]. При этом радиус зоны обслуживания передатчика, который в диапазоне очень высокие частоты (ОВЧ) ограничен расстоянием прямой видимости, составляет сотни километров. Данное обстоятельство делает стандарт DRM незаменимым для обслуживания малонаселенных удаленных территорий с отсутствующей вещательной инфраструктурой [6-8].
Разработанные в [9-13] технические решения позволяют использовать существующие антенно-мачтовые сооружения, в том числе в режиме одновременной передачи цифровой и аналоговой программ (Simulcast) в переходный период [14]. Особенности работы передающего оборудования в режиме DRM, способы построения его основных энергоемких узлов и измерительного оборудования рассмотрены в [15-12]. Требования к приемному оборудованию и решения по обеспечению требуемой чувствительности в диапазонах НЧ и СЧ разработаны в [22].
Известной особенностью цифрового радиовещания является пороговый характер приема, что требует более тщательного частотно-территориального планирования, чем в системах радиовещания с амплитудной модуляцией [23-26]. Для диапазонов НЧ и СЧ особенно важным становится учет максимальных уровней атмосферных радиошумов в планируемых зонах обслуживания. В сельской местности, где, как правило, проходит граница зоны обслуживания, в указанных диапазонах данный вид радиошумов является преобладающим над другими видами радиошумов — индустриальным и галактическим [27]. Процедура и примеры такого учета приведены в [28], где, в частности, показано, что в северных широтах РФ напряженность поля атмосферных радиошумов ниже уровня собственных шумов приемника, приведенных к напряженности поля, а в ряде тропических регионов — существенно выше.
Учитывая проводимое в настоящее время широкое внедрение системы цифрового радиовещания (ЦРВ) стандарта DRM в Индии (в 2016 году регулярное вещание в диапазоне СЧ в режиме Simulcast осуществляли 34 передатчика), проведение большого количества тестовых трансляций на всех континентах, и возрастающий интерес администраций связи различных стран к использованию этой системы, разработка инструментария для вычисления и наглядного отображения распределения максимальных
уровней атмосферных радиошумов в пределах больших территорий, в том числе по всей поверхности Земли, является актуальной.
Дополнительную актуальность данной задаче придает возможность использования результатов при планировании зон обслуживания перспективной радиосистемы диапазона СЧ «Навигационные данные» (НАВДАТ), предназначенной для использования в морской подвижной службе для цифрового радиовещания (в формате, совместимом со стандартом DRM) информации, касающейся защиты и обеспечения безопасности на море в направлении берег- судно, на частоте 500 кГц [29-30].
Постановка задачи
В системе ЦРВ стандарта DRM в качестве критерия «комфортного прослушивания» принято корректное декодирование аудио контента в течение не менее 98% времени. Соответственно, применительно к данной системе, за максимальный уровень атмосферного радиошума принимается его значение, превышаемое в течение 2% времени [28] в полосе частот, соответствующей используемому номиналу занятия спектра: 4,5; 5;9; 10; 18 или 20 кГц.
При проведении расчетов зон обслуживания принято использовать значение напряженности поля полезного сигнала, выраженное в дБмкВ/м. Для облегчения восприятия сопоставляемых данных, уровень атмосферного радиошума, выражаемый обычно в виде медианного значения Fam (в децибелах выше kTQb) или в единицах мощности (Pn=Fa+В- 204 (дБВт), где В = 10 lg Ъ, Ъ — шумовая полоса частот), целесообразно выражать как напряженность поля радиошума, которая для короткой (h << X) вертикальной штыревой антенны может быть получена как [27]:
En=Fa + 201ё/МГц + В — 95,5 (дБмкВ/м),
где En — напряженность поля в полосе b,f — центральная частота.
По значению Vd (Voltage deviation) [27] для заданной полосы частот по семейству графиков, приведенных на рис. 39 в [27], можно определить амплитуду превышения уровня шума над медианным значением (А0) для заданного процента времени. Зависимость А0 от Vd для рассматриваемого в настоящей работе случая превышения ординаты в течение 2% времени, полученная на основании данных из рис. 39 [27], представлена в виде точек на рис. 1. Она достаточно хорошо аппроксимируется полиномом пятого порядка (сплошная линия на рис. 1) вида:
А0 (Vd) = 8.921571*10л (-6)) *хл5 - (8.151156*10л (-4)) *хл4 + 0.0277473*хл3 - 0.4535662*хл2 + + 2.6482744*х+ 3.9329623.
Таким образом, напряженность поля атмосферных радиошумов, превышаемая в течении 2% времени, может быть получена как:
E„2%=Fam + 201ё/МГц + 5-95,5 +A0(Vd) (дБмкВ/м).
Планирование сетей цифрового радиовещания в диапазонах НЧ и СЧ необходимо проводить на круглосуточной основе на годовой период с учетом сезонных факторов. В настоящее время авторам не известно ни одного широко доступного программного продукта, позволяющего рассчитывать для территорий произвольного размера максимальные ожидаемые значения напряженности поля атмосферных радиошумов (для всех сезонов года и всех временных блоков), превышаемые в течение 2% времени, и отображать их на карте.
Так, свободно распространяемая МСЭ программа NOISBW позволяет для выбранной точки с заданными географическими координатами рассчитать ожидаемые медианные значения атмосферного радиошума Fam (в децибелах выше kTQb) и значение Vd (Voltage deviation) [27] в заданной полосе на используемой частоте для четырех сезонов года с шестью временными блоками в каждом. Эта программа была написана на языке FORTRAN V в 1993 году (автор Gregory R. Hand) как 16-ти битное DOS-приложение для работы в диалоговом режиме и не работоспособна на современных компьютерах с 64-х битной операционной системой. Вывод результатов расчетов осуществляется в текстовый файл. Выбор максимальных значений можно проводить только в ручном режиме по данным выходного текстового
файла, а построение карты местности с использованием данной программы не представляется возможным.
Более современная программа того же автора, GH_ NOISE, написана в 2007 году как Windows приложение на SalfordFTN95 [31]. Ориентированная, преимущественно, на диапазон ВЧ, она позволяет рассчитывать значение Fam в полосе 1 Гц на используемой частоте для четырех сезонов года с шестью временными блоками в каждом от атмосферного, индустриального и галлакгического шума, а также их комбинаций, и отображать результаты в графическом виде на карте мира. Следует отметить, что используемый в программе GH_NOISE модуль отображения результатов расчетов на карте мира представляет собой усеченный вариант (без возможности построения карты отдельных регионов) программы отображения WORLDWIN, использовавшейся в свободно распространяемом пакете ITS HF Propagation того же автора [31].
Таким образом, для решения рассматриваемой задачи может быть использована следующая стратегия.
1. Модификация кода программы NOISBW, заключающаяся в:
— добавлении блока выбора максимальных значений Fam по всем сезонам и частотно-временным блокам для одной географической точки;
— пересчет значений F^ в напряженность поля в заданной полосе частот, превышаемую в течение 2% времени, по значениям Vd с учетом полученной выше зависимости А„ от V,;
0 d
— организации проведения серии расчетов в пределах заданного поля географических координат с требуемым шагом;
Рис. 1. Зависимость амплитуды превышения уровня шума над медианным значением (Л0) от для 2% времени превышения ординаты
— организации ее работы в качестве вызываемой программы с полным набором входных параметров, определяемых файлом входных данных;
— генерации выходного файла в формате, пригодном для чтения программой построителя карты WORLDWIN;
— перекомпилирование в современной среде разработки для обеспечения возможности работы с 64-х битными операционными системами.
2. Написание управляющей программы с графическим интерфейсом пользователя, позволяющем:
— вводить координаты для границ географической области, в которой проводятся расчеты;
— задавать центральную частоту и полосу частот;
— вызывать модифицированную версию программы NOISBW и передавать ей исходные данные для расчета;
— формировать файлы конфигурации для программы построителя карты WORLDWIN и осуществлять ее запуск с требуемыми параметрами;
— проводить расчет с использованием модифицированной версии программы NOISBW для одиночной точки по сезонам года и временным блокам с построением графиков для удобства визуального восприятия.
Реализация программного продукта и примеры использования
При реализации программного продукта были решены все поставленные выше задачи. Управляющая программа NBWMax.exe (Noise Bandwidth Maximum) была реализована в среде разработки Microsoft Visual Studio 2010 на языке программирования С#. Интерфейс пользователя управляющей программы приведен на рис. 2.
Размер рассчитываемой сетки по координатам может изменяться от 5x5 точек до 361х361точек по широте
Рис. 2. Интерфейс пользователя управляющей программы
Рис. 3. Пример выходных данных расчета для одиночной точки
и долготе. По умолчанию используется 61x61 точка. При этом при расчете шумов по всему миру шаг по широте составляет 3 градуса, а по долготе 6 градусов, что аналогично программе GH_NOISE. При уменьшении размеров территории, для которой проводится расчет, шаг пропорционально уменьшается.
Пример отображения выходных данных при расчете для одиночной точки по сезонам года и временным блокам показан на рис. 3.
Примеры расчетов превышаемой в течение 2% времени напряженности поля атмосферных радиошумов в полосе частот ЦРВ 10 кГц в диапазонах НЧ (для Первого региона МСЭ — на частотах 0,15; 0,20; 0,25 МГц) и СЧ (для всей территории Земли — на частотах 0,55; 1,0; 1,5 МГц) приведены на рис. 4и5 соответственно.
Анализ результатов
Диапазон НЧ. Фрагмент диапазона НЧ (148,5283,5 кГц) выделен для радиовещания в Первом регионе МСЭ, который включает в себя Европу, Африку, страны бывшего СССР и ближнего Востока, а также Монголию. Минимально используемая напряженность поля сигнала ЦРВ для этого диапазона определена в [23] как 46 дБмкВ/м в режиме помехоустойчивости А, 9 кГц, 64QAM-l, с требуемым для декодирования ОСШ, равным 16 дБ. Данное значение соответствует уровню собственного шума приемника, приведенного к напряженности поля, равному 30 дБмкВ/м. При превышении этой величины атмосферными радиошумами чувствительность приемника не будет полностью использована, и необходимая напряженность поля будет определяться как уровень атмосферных радиошумов плюс требуемое для декодирования значение ОСШ. Это, в свою очередь, потребует увеличения мощности передатчика для сохранения радиуса зоны обслуживания, или приведет к уменьшению зоны обслуживания при сохранении мощности передатчика.
«Q NBWMax - □ X
map type gndsze(5'5-361-361)
Lat/Lon v| IG! I широтз-latitucle
BOflroTfl-longoiude
минимум широты (градусы) -90
open fife максимум ы^иро ты (градусы) 90 wgle point calculation
минимум долготы (градусы) 1-130
save максимум £опготы(гргсусы) ширина полосы 180 110000 contour colorí
save as частота center* [0.15 1» map colorí
center у |0
Calculate parameters
Show last calculation Show map only
Рис. 4. Примеры расчетов в диапазоне НЧ для Первого региона МСЭ на частотах 0,15; 0,20; 0,25 МГц
Как видно из рис. 4, на большей части азиатской территории РФ уровень атмосферных радиошумов не превышает собственных шумов приемника, что позволяет наиболее экономичным способом обслуживать цифровым радиовещанием малонаселенные и удаленные территории, используя самые низкие частоты диапазона НЧ. Незначительное превышение (на 5-10 дБ на частоте 150 кГц) наблюдается в северной части Скандинавского полуострова, Великобритании, северо-западной части Франции, Португалии и восточной части Казахстана. На этих территориях целесообразнее использовать верхнюю половину диапазона НЧ, где превышение атмосферных радиошумов над шумами приемника составляет не более 5 дБ.
Верхнюю треть диапазона НЧ можно также использовать в северной части и на южной оконечности Африки, на ближнем Востоке, в западной Европе и в центральной части РФ, где превышение атмосферных радиошумов над шумами приемника составляет до10 дБ.
Использование ЦРВ в диапазоне НЧ в экваториальной и тропической частях Африки, где находится один из трех мировых очагов грозовой активности и связанных с ним атмосферных радиопомех, напряженность поля которых даже на верхних частотах диапазона НЧ превышает 5560 дБмкВ/м, представляется мало целесообразным.
Диапазон СЧ. Участок диапазона СЧ (526,51606,5 кГц), выделен для радиовещания на всемирной основе. Минимально используемая напряженность поля сигнала ЦРВ для этого диапазона определена в [23] как 40 дБмкВ/м в режиме помехоустойчивости А, 9 кГц, 64QAM-1, с требуемым для декодирования ОСШ, равным 16 дБ- Данное значение соответствует уровню собственного шума приемника, приведенного к напряженности поля, равному 24 дБмкВ/м.
Как видно из рис. 5, в трех мировых очагах грозовой активности даже на верхних частотах диапазона СЧ напряженность поля атмосферных радиошумов превышает 45 дБмкВ/м. Это потребует минимально используемой напряженности поля не менее 60 дБмкВ/м, что нивелирует энергетический выигрыш системы ЦРВ по сравнению с радиовещанием с амплитудной модуляцией. Однако выигрыш системы ЦРВ в качественных характеристиках, как по качеству передаваемого аудио контента, так и по возможностям передачи многопрограммного вещания и дополнительной цифровой информации, остается. По этой причине целесообразность использования ЦРВ в диапазоне СЧ в этих регионах следует оставить на усмотрение администраций связи соответствующих стран.
В целом, ориентируясь только на уровень атмосферных радиошумов, благоприятными для применения ЦРВ во всем диапазоне СЧ можно считать территории, расположенные выше 30 °СШ и ниже 30° ЮШ, за исключением центральной части Северной Америки, где целесообразнее использовать верхнюю половину диапазона СЧ. Для
Рис. 5. Примеры расчетов в диапазоне СЧ для всей территории Земли на частотах 0,55; 1,0; 1,5 МГц
более точного анализа необходимо учитывать сезонные вариации напряженности поля полезного сигнала, которые в диапазоне СЧ существенно выше, чем в диапазоне НЧ, и зависят от климатических условий, а также распределение напряженности поля от места к месту [34].
Заключение
Разработанные методика расчетов и программный продукт позволяют определять максимальные ожидаемые значения напряженности поля атмосферных радиошумов, превышаемые в течении 2% времени в диапазонах НЧ и СЧ в заданной полосе частот как по всей территории Земли, так и в локальных географических регионах, и отображать их на карте.
Проведенный анализ примеров расчетов позволил определить предпочтительные частоты и территории, на которых наиболее целесообразно использовать цифровое радиовещание стандарта DRM.
Более подробные расчеты для территорий конкретных стран на заданных частотах, которые необходимо проводить при планировании тестового или регулярного вещания, могут быть выполнены по заказу заинтересованных администраций связи или вещателей.
Дальнейшими направлениями работы могут являться актуальная для крупных городов разработка процедуры совместного учета атмосферных и индустриальных радиошумов, имеющих различное распределение, а также разработка программного обеспечения для расчетов зон покрытия передатчиков ЦРВ стандарта DRM диапазонов НЧ и СЧ с учетом неравномерного распределения уровня радиошумов в пределах зоны обслуживания. Данная задача особенно актуальна для автоматизации расчетов зон покрытия в крупно-кластерных одночастотных сетях ЦРВ, описанных в [6, 32-33], поскольку в пределах кластера с размерами, превышающими две тысячи километров, уровень шума может изменяться более чем на 10дБ-
Литература
1. ETSI ES201 980 V4.1.1 (2014-01) Digital Radio Mondiale (DRM); System Spécification.
2. Варламов О. В. Разработка отечественной нормативной базы цифрового радиовещания стандарта DRM // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. Т. 7. № 9. С. 47-50.
3. Rec. ITU-R BS.1514-2 (03/2011). System for digital sound broadcasting in the broadcasting bands below 30 MHz. Geneva. 2011.
4. Распоряжение Правительства РФ от 28 марта 2010 г. № 445-р.
5. Варламов О. В. Качественные характеристики звукового тракта в системе DRM II Век качества. 2014. № 1. С. 48-52.
6. Варламов О. В. Способ организации глобальной сети цифрового радиовещания в диапазоне ДВ // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. № 5. С. 63-68.
7. ВарламовО.В. Исследование цифрового радиовещания DRM в диапазоне СВ в зоне фединга II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. Т. 9. № 2. С. 41-45.
8. ВарламовО.В. Использование необыкновенной волны для цифрового радиовещания DRM зенитным излучением II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. №1.С. 32-38.
9. ВарламовО.В., ТореглжЗЯД.Расширение полосы согласования передающих вещательных антенных систем диапазона ДВ для работы в режиме DRM II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. №1.С. 18-22.
10. Варламов О. В. Разработка алгоритма и программных средств проектирования антенно-согласующих цепей цифровых радиовещательных передатчиков стандарта DRM II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. № 2. С. 47-50.
11. ГайнутдиновТ.А., ГаранкинаН.И., Кочержев-ский В. Г. Исследование способов модернизации действующей передающей радиовещательной антенны АМШП для работы в стандарте DRM II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. Т. 7. № 9. С. 51-56.
12. ГайнутдиновТ.А., ГаранкинаН.И., Кочержев-ский В. Г., Гусева А. С. Простые широкополосные согласующие устройства длинноволновых радиовещательных антенн II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2014. Т.8.№11.С. 33-39.
13. ГайнутдиновТ.А., ГаранкинаН.И., Кочержев-ский В. Г. Двухзвенное согласующее устройство длинноволновых радиовещательных антенн II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. Т. 9. № 6. С. 48-56.
14. Varlamov О. К Analog to digital signal power ratio in simulcast DRM transmission II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2016. Т. 10. № 12. С. 81-84.
15. ВарламовО.В. Research of influence of DRM broadcast transmitter nonlinearities onto the output signal parameters II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2014. №2. С. 59-60.
16. ВарламовО.В., ГроморушкинВ.Н., Лаврушен-ков В. Г. Разработка коротковолнового ключевого усилителя мощности с раздельным усилением составляющих однополосного сигнала II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2011. Т. 5. № 9. С. 42-44.
17. ВарламовО.В., ГончаровИ.А., Лаврушен-ков В. Г. Мощный ВЧ цифроаналоговый преобразователь для усилителя мощности ОМ сигналов II Электросвязь. 1989. №8.С. 54-57.
18. Варламов О. В. Разработка высокоэффективного модуляционного тракта для ВЧ усилителя мощности с раздельным усилением составляющих однополосного сигна-
ла II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2011. № 9. С. 45-46.
19. ВарламовО.В., ГроморушкинВ.Н., Лаврушен-ков В. Г., Чугунов И. В. Генератор испытательных сигналов для измерительных характеристик ключевых усилителей мощности с раздельным усилением составляющих однополосного сигнала II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2011. №9. С. 47-49.
20. ВарламовО.В., ЛаврушенковВ.Г.Кртещн качества передающего устройства для стандарта DRM и измерительное оборудование II Broadcasting. Телевидение и радиовещание. 2004. № 3. С. 44-48.
21. ИеанюшкинР.Ю., ВарламовО.В., СягаевА.К. Нелинейные искажения сигнала стандарта DRM в синтетических схемах линейного усиления IIВ сборнике: Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения Материалы XV межрегиональной научно-технической конференции. 2007. С. 301-310.
22. Варламов О. В. Разработка требований к приемному оборудованию сетей цифрового радиовещания стандарта DRM II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. № 9. С. 39-42.
23. Ree. ITU-RBS.1615-1 (05/2011). "Planning parameters" for digital sound broadcasting at frequencies below 30 MHz. Geneva. 2011.
24. Варламов О. В. Особенности частотно-территориального планирования сетей радиовещания DRM диапазонов НЧ и СЧ II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. № 9. С. 43-46.
25. Варламов О. В. Корректное планирование сетей DRM вещания II Электросвязь. 2014. № 6. С. 26-34.
26. Варламов О., Лаврушенков В., Козыревский Б., Ка-люга В. Уточнение отдельных величин защитных отношений для цифрового радиовещания стандарту DRM. Результаты лабораторных и эфирных измерений II Broadcasting. Телевидение и радиовещание. 2006. № 5. С. 56-59.
27. Ree. ITU-RP. 372-13 (09/2016). Radio noise. Geneva. 2016.
28. 'Varlamov О. The radio noise effect on the coverage area of DRM broadcast transmitter in different regions II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. Т. 9. № 2. С. 90-93.
29. Рек. МСЭ-R М.2010 (03/2012) «Характеристики цифровой системы под названием «Навигационные данные», которая предназначена для радиовещания информации, касающейся защиты и обеспечения безопасности на море в направлении берег-судно в диапазоне 500 кГц». Geneva. 2012.
30. Варламов О. В. Применение стандарта DRM для передачи навигационных данных в направлении берег — судно II Системы синхронизации, формирования и обра-боткисигналов. 2016. Т. 7. №2. С. 15-16.
31. Интернет ресурс: www.greg-hand.com/hf.html (дата обращения 17.07.2017).
32. ВарламовО.В. Об организации общегосударственной сети цифрового радиовещания в диапазоне ДВ // REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. 2014. Т. 4. № 1. С. 16-19.
33. ВарламоеО. ^Применение крупно-кластерных синхронных зон диапазона ДВ для организации сетей DRM
вещания на территориях стран РССII Технологии информационного общества X Международная отраслевая научно-техническаяконференция: Сб. трудов. 2016. С. 89-90.
34. Rec. ITU-R Р. 1321-5 (07/2015). Propagation factors affecting systems using digital modulation techniques at LF and MF. Geneva. 2015.
DISTRIBUTION OF MAXIMUM LEVELS OF ATMOSPHERIC RADIO NOISE IN LF AND MF RANGES IN THE TERRITORY OF THE EARTH
OLEG V. VARLAMOV, KEYWORDS: digital broadcasting; DRM; atmospheric radio
Moscow, Russia, vov@mtuci.ru noise; regional frequency planning; preferred frequencies
VLADIMIR O. VARLAMOV,
Moscow, Russia, f.vvo@bk.ru
ABSTRACT
The DRM digital broadcasting system allows the most economical servicing of sparsely populated and remote areas with a missing broadcast infrastructure. It is recommended by the ITU for use in frequency bands below 30 MHz and by the government order is deemed expedient for use in the Russian Federation.
A feature of digital broadcasting is the threshold reception. This requires more careful regional frequency planning than broadcasting systems with amplitude modulation. Networks of digital broadcasting in the LF and MF bands should be planned for round-the-clock broadcasting throughout the year, taking into account seasonal factors. For the LF and MF bands, is especially important to take into account the maximum levels of atmospheric radio noise in the planned service areas. In rural areas, where, usually, passes the border of the service area, in these bands this type of radio noise is predominant over other types of radio noise - industrial and galactic. As a criterion of "comfortable listening" in the DRM system, correct decoding of audio content for at least 98% of the time is accepted. Accordingly, the maximum level of atmospheric radio noise should be taken as
its value, exceeded within 2% of the time in the band of the DRM signal at each point of the service area. Was developed a procedure for transition from the graph-analytical method described in the ITU recommendation to the definition of this parameter to the software-computing one. Developed software product uses the modified code of the ITU program for calculating atmospheric radio noise and allows mapping with an arbitrary scale the distribution over the area of the field strength of atmospheric radio noise exceeded for 2% in a given bandwidth at the frequencies of the LF and MF bands. Examples of calculations are given in the 10 kHz DRM bandwidth in the LF bands - for the First ITU region, and MF - for the entire territory of the Earth. The analysis of the examples of calculations made it possible to determine the preferred frequencies and areas on which it is most expedient to use digital broadcasting of the DRM standard.
REFERENCES
1. ETSI ES201 980 V4.1.1 (2014-01) Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification.
2. Varlamov O. V. Development of national regulatory frame-
work for DRM digital broadcasting. T-Comm. 2013. No. 9. Pp. 47-50. (In Russian)
3. Rec. ITU-R BS.1514-2 (03/2011). System for digital sound broadcasting in the broadcasting bands below 30 MHz. Geneva. 2011.
4. Order of the Government of the Russian Federation of March 28. 2010. No. 445-r
5. Varlamov O. V. Kachestvennye harakteristiki zvukovogo trakta v sisteme DRM [Qualitative characteristics of the sound path in the system DRM]. Vek kachestva [Age of quality]. 2014. No. 1. Pp. 48-52. (In Russian)
6. Varlamov O. V. Method of organization global digital radio broadcasting network in the LW band. T-Comm. 2015. Vol. 9. No.5. Pp. 63-68. (In Russian)
7. Varlamov O. V. Study of DRM digital broadcasting in the MF fading zone. T-Comm. 2015. No.2. Pp. 41-45. (In Russian)
8. Varlamov O. V. Using the extraordinary wave for digital DRM NVIS broadcasting. T-Comm. 2015. No.1. Pp. 32-38. (In Russian)
9. Varlamov O. V., Goreglyad V. D. Bandwidth extension LW transmitting broadcasting antenna systems for operating in DRM mode. T-Comm. 2013. No. 1. Pp. 18-22. (In Russian)
10. Varlamov O. V. Development of algorithm and software tools for antenna matching circuit design of DRM digital broadcast transmitters. T-Comm. 2013. No. 2. Pp. 47-50. (In Russian)
11. Gainutdinov T. A., Garankina N. I., Kocherzhewskiy V. G. The research of ways of modernization AMSHC for work in DRM standard. T-Comm. 2013. No 9. Pp. 51-57. (In Russian)
12. Gajnutdinov T. A., Garankina N. I., Kocherzhevskij V. G., Guseva A. S. The simple wideband matching shemes for long wave broadcasting antennas. T-Comm. 2014. No. 11. Pp. 3339. (In Russian)
13. Gainutdinov T. A., Garankina N. I., Kocherzhewski V. G. Two-unit matching device of the long-wave broadcasting antennas. T-Comm. 2015. Vol. 9. No. 6. Pp. 48-56. (In Russian)
14. Varlamov O. V. Analog to digital signal power ratio in simulcast DRM transmission. T-Comm. 2016. Vol. 10. No. 12. Pp. 81-84.
15. Varlamov O. V. Research of influence of DRM broadcast transmitter nonlinearities onto the output signal parameters. T-Comm. 2014. No. 2. Pp. 59-60.
16. Varlamov O.V., Gromorushkin V. N., Lavrushenkov V. G. Development of switching shortwave power amplifier with separate gain of component of single-sideband signal. T-Comm. 2011, No. 9. Pp. 42-44. (In Russian)
17. Varlamov O. V., Goncharov I. A., Lavrushenkov V. G. Moshh-nyj VCh cifroanalogovyj preobrazovatel' dlja usilitelja moshh-nosti OM signalov [High-power HF digital-analog converter for SSB signal power amplifiers]. Jelektrosvjaz' [Telecommunications]. 1989. No. 8. Pp. 54-57. (In Russian)
18. Varlamov O. V. Development of high efficiency modulation path for RF power amplifier with separate gain com-
ponent of single-sideband signal. T-Comm. 2011. No. 9. Pp. 45-46. (In Russian)
19. Varlamov O. V., Gromorushkin V. N., Lavrushenkov V. G., Chugunov I. V. Generator of test signals for measuring characteristics of EER SSB switching power amplifiers. T-Comm. 2011. No. 9. Pp. 47-49. (In Russian)
20. Varlamov O. V., Lavrushenkov V. G. Kriterii kachestva peredajushhego ustrojstva dlja standarta DRM i izmeritel'noe oborudovanie [The quality criteria for the DRM standard transmitting device and the measuring equipment]. Broadcasting. Televidenie i radioveshhanie. [Broadcasting. Television and radio broadcasting]. 2004. No. 3. Pp. 44-48. (In Russian)
21. Ivanjushkin R. Ju., Varlamov O. V., Sjagaev A. K. Nelinejnye iskazhenija signala standarta DRM v sinteticheskih shemah linejnogo usilenija [Non-linear distortion in the DRM standard synthetic linear amplification circuits] Obrabotka signalov v sistemah nazemnoj radiosvjazi i opoveshhenija: Sbornik materialov XV mezhregional'noj nauchno-tehnicheskoj kon-ferencii [The collection of reports of XV-th International scien-tifictechnical conference "Processing signals terrestrial radio systems and alarm systems"]. Moscow: NTORES. 2007. Pp. 301-310. (In Russian)
22. Varlamov O. V. Development of requirements for receiving equipment of digital broadcasting networks of the DRM standard. T-Comm. 2013. No. 9. Pp. 39-42. (In Russian)
23. Rec. ITU-R BS.1615-1 (05/2011). "Planning parameters" for digital sound broadcasting at frequencies below 30 MHz. Geneva. 2011.
24. Varlamov O. V. Peculiarity of frequency-territorial planning of DRM broadcasting networks for LW and MW bands. T-Comm. 2013. No. 9. Pp. 43-46. (In Russian)
25. Varlamov O. V. Korrektnoe planirovanie setej DRM vesh-hanija [Correctly planning of DRM broadcasting networks]. Jelektrosvjaz' [Telecommunications]. 2014. No. 6. Pp. 26-34. (In Russian)
26. Varlamov O., Lavrushenkov V., Kozyrevskij B., Kalju-ga V. Utochnenie otdel'nyh velichin zashhitnyh otnoshenij dlja cifrovogo radioveshhanija standartu DRM. Rezul'taty lab-oratornyh i jefirnyh izmerenij [Refinement of individual values of protection ratios for digital broadcasting to the DRM standard. Results of laboratory and field measurements]. Broadcasting. Televidenie i radioveshhanie [Broadcasting. Television and radio broadcasting]. 2006. No. 5. Pp. 56-59. (In Russian)
27. Rec. ITU-R P. 372-13 (09/2016). Radio noise. Geneva. 2016.
28. Varlamov O. V. The radio noise effect on the coverage area of DRM broadcast transmitter in different regions. T-Comm. 2015. Vol. 9. No. 2. Pp. 90-93.
29. Rec. ITU-R M.2010 (03/2012). Characteristics of a digital system, named Navigational Data for broadcasting maritime safety and security related information from shore-to-ship in the 500 kHz band. Geneva. 2012.
30. Varlamov O. V. Primenenie standarta DRM dlja peredachi navigacionnyh dannyh v napravlenii bereg - sudno [Application of the DRM standard for the transfer of navigational data in the direction of the shore-ship]. Sistemy sinhronizacii, formirovanija i obrabotki signalov [Systems of signal synchronization, generating and processing]. 2016. Vol. 7. No. 2. Pp. 15-16. (In Russian)
31. www.greg-hand.com/hf.html Date of reference 17.07.2017.
32. Varlamov O. V. Ob organizacii obshhegosudarstvennoj seti cifrovogo radioveshhanija v diapazone DV [On the organization of a nationwide digital broadcasting network in the LW range]. REDS: Telekommunikacionnye ustrojstva i sistemy [REDS: Telecommunication devices and systems]. 2014. Vol. 4. No. 1. Pp. 16-19. (In Russian)
33. Varlamov O. V. Primenenie krupno-klasternyh sinhronnyh zon diapazona DV dlja organizacii setej DRM veshhanija na territorijah stran RSS [The use of large-cluster synchronous
zones of the LW band for the organization of DRM broadcasting networks in the territories of the RCC countries] Tehnologii informacionnogo obshhestva: Sbornik dokladov X Mezhdunarodnoi otraslevoi nauchno-tehnicheskoi konfer-encii [The collection of reports of Xth International Branch Scientific and Technical Conference "Information Society Technologies"] Moscow: Media Publisher. 2016. Pp. 89-90. (In Russian)
34. Rec. ITU-R P. 1321-5 (07/2015). Propagation factors affecting systems using digital modulation techniques at LF and MF. Geneva. 2015.
INFORMATION ABOUT AUTHORS:
Varlamov O. V., PhD, Head of Department of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. Varlamov V. O., Student of the Moscow technical university of communications and informatics.
FOR CITATION: Varlamov O. V., Varlamov V. O. Distribution of maximum levels of atmospheric radio noise in LF and MF ranges in the territory of the Earth. H&ES Research. 2017. Vol. 9. No. 5. Pp. 42-51. (In Russian)
