Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания - Контур-М

Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания
Напряженность поля для мобильного приема
Песков С.Н., зам. директора по науке компании “Контур-М”, к.т.н.,
Колпаков И.А., ген. директор компании “Контур-М”,
Колгатин С.Ю., директор по маркетингу компании "Контур-М"
Настоящая статья является продолжением серии статей [1], посвященных цифровому вещанию
DVB-T. В прошлой публикации рассматривалась напряженность поля для фиксированного (стационарного) приема на направленную антенну с высоким коэффициентом усиления. В настоящей статье по аналогии рассматривается расчет требуемой минимальной
напряженности поля Е для нормальной работоспособности приемника, но уже при мобильном приеме вне
или внутри дома.
Большей частью цифровое наземное вещание (DVB-T) ориентировано на фиксированный прием, при котором используются эффективные антенны направленного типа. Зоны
покрытия большей частью рассчитываются именно на фиксированный прием. Тем не менее,
особенность DVB-T стандарта предусматривает великолепную возможность и мобильного
приема при наличии значительных переотражений.
Мобильный прием, в отличии от фиксированного, характеризуется следующими особенностями:
9 отсутствием направленности и усиления приемной антенны (Ga ≤0);
9 малым потерям в фидере (кабеле снижения от пристраиваемой set-top приемной
антенны или без потерь для встроенной антенны);
9 как правило, прием осуществляется на значительно более низких высотах в сравнении с фиксированным приемом;
9 прием может осуществляться как внутри дома, так и вне его; внутридомовой прием характеризуется значительными потерями за счет радиоэкранирования стен.
Напомним [2], что мобильный прием был разбит на два случая: класс А (наружный) и
класс В (внутридомовой на первом этаже), а фиксированный – на “хорошие” и “приемлемые” зоны охвата, соответствующие 95% и 75% зонам покрытия. Рассмотрим критерии мобильного DVB-T приема.
Изменения уровня сигнала обязаны многим составляющим и их рассматривают для
микромасштабных и макромасштабных зон. К макромасштабным относят зоны с линейными
размерами от 10 м до 100 м и более. Макромасштабные изменения уровня сигнала вызваны
эффектами затенения и многонаправленными отражениями от значительно удаленных объектов. Микромасштабные же изменения касаются зон с линейными размерами, сравнимыми
с длиной волны, и обязаны в основном многонаправленным переотражениям от близлежащих объектов. Уровни отраженных сигналов в таких случаях сравнимы с уровнем падающего сигнала, а их фазы могут быть противоположными, что вызывает наличие “мертвых” микрозон приема. Эффективным способом устранения “мертвых” микрозон является обычное
перемещение антенны в пределах длины волны, т.е. обычно не более 1 м, в силу чего микрозоны не важны при сетевом планировании. Макромасштабные же изменения напряженности
поля для оценки зоны покрытия очень важны.
Измерения, выполненные в Нидерландах, показали, что типовое отклонение микромасштабного распределения напряженности поля составляет порядка 3 dB. Это значение было подтверждено также испытаниями, проведенными в Великобритании. Значения микромасштабных и макромасштабных изменений приведены в табл.1.
2
На напряженность электрического поля при
мобильном приеме влияет множество факторов, котоЛокальные вариации
рые будут рассмотрены как ниже, так и последующих
микро
макро
5 dB
9 dB
публикациях. Одним из таких факторов является вы1,5 dB
2,9 dB
сота подъема антенны h. Если для фиксированного
приема принято h = 10 м, то для мобильного приема принято производить расчеты для h =1,5
м. Для этого вводится поправочный коэффициент Lh. Значение Lh составляет примерно 1 dB
при подъеме антенны на каждый метр в диапазоне МВ, и 1,2 dB – в диапазоне ДМВ. При
проведении расчетов принимают Lh = 10 dB для диапазона МВ, и 12 dB для диапазона ДМВ.
Таблица 1
Планируемый
охват
>95%
>70%
Потери за счет радиоэкранирования сооружений является очень важным и трудно
учитываемым (для теоретических расчетов) фактором при мобильном приеме. Напряженность поля внутри помещения будет ниже, чем вне его, и разность будет зависеть как от конструкции здания, так и от материалов, используемых при его строительстве.
Измерения, проведенные в Великобритании, показывают, что типовое значение ослабления электрического поля внутри помещения (LB) порядка 8 dB в диапазоне МВ и 6 dB в
диапазоне ДМВ со стандартным отклонением в 3 dB. Измерения же, проведенные в Нидерландах, позволяют сделать вывод о величине LB ≈ 9 dB в диапазоне ДМВ. Скорее всего, различия можно объяснить тем фактом, что в Нидерландах измерения проводились большей частью в зданиях железо-бетонной конструкции при меньшем числе точек отсчета.
Одновременно проводилась также оценка влияния перемещения людей около антенны. При этом изменение уровня сигнала варьировалось от +2,6 dB до -2,6 dB. Такие изменения носят случайный характер и не велики по своей величине, в силу чего их не принимают в
расчет.
В Нидерландах было выполнено также множество и других измерений, в том числе по
оценке влияния влажности и изменения уровня сигнала с течением времени в течение 11
дней. Оказалось, что ни одно из этих условий не имеет существенного влияния на уровень
принимаемого сигнала.
Последние измерения, выполненные в Великобритании, показали, что потери на радиоэкранирование помещений (LB) составляют 19…34 dB (медианное значение 29 dB) для
первого этажа и 16…29 dB (медианное значение 22 dB) для верхних этажей. Тем не менее,
согласно [3], при проведении сетевого планирования приняты значения коэффициента LB,
представленные в табл.2.
Таблица 2
Диапазон
МВ
ДМВ
где:
Медианное
значение
8 dB
7 dB
Стандартное
отклонение
3 dB
6 dB
Как отмечалось в [2], при расчете напряженности поля Е вводится корректирующий коэффициент
С:
C = μ ⋅δ
(1)
μ - фактор распределения, составляющий 0,52 для вероятности приема 70% и 1,64
для вероятности приема 95%;
δ-
стандартное отклонение, составляющее 5,5 dB для условия внешнего приема
(как мобильного, так и фиксированного).
Не вдаваясь в математические описания, в табл.3 представлены расчетные значения
корректирующего коэффициента С для всех вариантов приема.
Таблица 3
Вероятность
>95%
>70%
Условия приема
Внутридомовой
Внешний
МВ
ДМВ
9
10
14
2,9
3
4
Особенности портативной приемной антенны также играют важную роль при мобильном
приеме. Если при фиксированном приеме используется направленная антенна (располагаемая на
крыше с расчетной высотой в 10 м) с коэффициен-
3
том усиления 10-12 dB, то при портативном приеме используется малогабаритная антенна с
коэффициентом усиления в единицы децибел (в лучшем случае) в диапазоне ДМВ и в критическом случае порядка -2 dB в диапазоне МВ.
При сетевом планировании принято, что антенна портативного приемника является
всенаправленной (круговая диаграмма направленности) с коэффициентом усиления – 2,2 dB
в диапазоне МВ и 0 dB в диапазоне ДМВ. Потери кабеля снижения в расчетах принимают
нулевыми. Для справки отметим, что к портативному относится также прием на даче, в коттеджном домике, при расположении антенны на крыше. При этом потери кабеля снижения
принимают величиной 3…5 dB для диапазона ДМВ. На первый взгляд кажущиеся большие
потери являются оправданными, т.к. нужен технологический запас на старение кабеля
(обычно это коррозия металла). Как это было показано в [2], также дополнительные потери
приводят к снижению отношения несущая/шум (C/N).
В Нидерландах также проводились тестовые испытания комнатных антенн различных
типов. В частности, была выбрана антенна “rabbit-car” и две пятиэлементные антенны Yagi.
Результаты испытаний показали, что как направленность, так и коэффициент усиления антенн (изменяли в пределах -15…+3 dB для антенн Yagi и -10…-4 dB для антенны “rabbit-car”)
в очень большой степени зависят от места размещения антенны и от частоты. При этом антенны располагались как внутри комнаты, так и в непосредственной близости от стены
(рис.1).
Rabit-car
Yagi
-30
-12
В Нидерландах же проводились измерения по деполяризации
электромагнитной волны. При измерениях использовали реальный
цифровой TV сигнал с вертикальной поляризацией. Результаты испытаний показали, что угол деполяризации в закрытом помещении
лежит в диапазоне от 20о до 48о в
микромасштабе и в пределах
3…16о для макромасштабного
уровня.
Из этого следует вывод, что
за счет наличия значительного чис-3
ла переотражений внутри помещения, комнатную антенну всегда
-0
следует ориентировать не в наРис.1
правлении линии на телецентр, а по
уровню максимального сигнала в данной точке приема. Так, если это телескопическая антенна, то ее типовой угол наклона составит 30о, а само направление наклона следует искать
экспериментально.
-6
Напряженность электрического поля в точке приема, необходимая для нормальной
работы приемника, рассчитывается в полной аналогии, как это было сделано в [2]. Коэффициент шума приемника (STB) также, как и при фиксированном приеме, принимается величиной 7 dB. Результаты типовых расчетов для частот 200 МГц и 800 МГц представлены в
табл.4.
Сравнение результатов расчетов, приведенных в табл.4 для мобильного приема, и
аналогичных результатов, приведенных в [2] для фиксированного приема, показывают, что
типовая разница в напряженности поля составляет 20 dB для класса А (прием вне дома) и
30dB для класса В (прием внутри помещения). Как будет показано в дальнейшем, радиус по-
4
Таблица 4
Параметр
Обозн.
Класс А
Класс В
Частота, МГц
f
200
800
200
800
Несущая/шум, dB
C/N
2
26
2
26
2
26
2
26
Коэффициент усиления антенны, dB
Ga
-2,2
0
-2,2
0
Коэффициент шума, dB
7
F
Собственная шумовая мощность, dBW
-128,2
-128,2
-126,2
-126,2
Рш
Минимальная входная мощность, dBW
-124,2
-100,2
-126,2
-102,2
-124,2
-100,2
-126,2
-102,2
Рвх.min
Минимальный уровень сигнала, dBµV
Uвх.min 14,6 38,6 14,6 36,6
14,6
38,6 14,6 36,6
Минимальная напряженность поля, dBµV/м Emin 29,2 53,2 37,1 61,6
29,2
53,2 37,1 61,1
Шумовой параметр, dB
Pn
1
0
1
0
Коэффициент потери высоты, dB
Lh
10
12
10
12
Потери проникновения сооружения, dB
8
7
Вероятность 70% (L=50%, T=50%)
Корректирующий коэффициент, dB
С
2.9
3
4
Медианная напряженность поля, dBµV/м
Емед 43,1 67,1 52,0 76,5 51,27 75,2 60,1 84,1
Вероятность 95% (L=50%, T=50%)
Корректирующий коэффициент, dB
С
9
10
14
Медианная напряженность поля, dBµV/м
Емед 49,2 73,2 58,1 82,6
58,2
82,2 70,1 94,1
крытия для мобильного приема (включая DVB-H) много меньше, чем для фиксированного
приема. Такая большая разница в радиусах покрытия (8…20 раз) объясняется малой высотой
приема, низким коэффициентом усиления антенны и значительным радиоэкранированием
строительных сооружений.
Авторы с удовольствием ответят на все вопросы и практические замечания по E-mail:
[email protected] или по тел.: (495) 782-12-17.
Литература
1. Песков С.Н., Колпаков И.А. и др. Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания. “Телеспутник”, 2007, №2-8.
2. Песков С.Н., Колпаков И.А. и др. Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания. “Телеспутник”, 2007, №8, с.74-78
3. ETSI TR 101 190 v1.2.1 (2004-11) “Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspecte”.