Критерии планирования сетей цифрового телевизионного вещания в полосах 470-862 МГц

Термины и определения, используемые при планировании сети

Цифровое наземное телевизионное радиовещание (ЦНТВ)

Системы цифрового телевидения в наземной радиовещательной службе, описание которых приведено в Рекомендации МСЭ‑R BT.1306-3. DVB-T (наземное цифровое видеорадиовещание) соответствует системе DVB, которая обозначается как "система В".

Диапазоны частот

Диапазон IV Диапазон частот: 470–582 МГц.

Диапазон V Диапазон частот: 582–862 МГц.

Зона покрытия

Зона покрытия радиовещательной станции или группы радиовещательных станций в случае одночастотной сети представляет собой зону, в пределах которой величина полезной напряженности поля равна или превышает величину используемой напряженности поля, определенную для конкретных условий приема и для предусмотренного процента покрываемых местоположений приема.

При определении зоны покрытия для каждого из условий приема принимается трехуровневый подход:

Уровень 1: Место приема

Место приема является наименьшей единицей; оптимальные условия приема будут наблюдаться при перемещении антенны на расстояние до 0,5 м в любом направлении.

Место приема считается охваченным, если уровень полезного сигнала достаточно велик для компенсации воздействия шумов и помех в течение заданного процента времени.

Уровень 2: Небольшая зона покрытия

Вторым уровнем является "небольшая зона" (обычно 100 м × 100 м).

В этой небольшой зоне указывается процент охватываемых мест приема.

Уровень 3: Зона покрытия

Зона покрытия радиовещательной станции или группы радиовещательных станций составляется из суммы отдельных небольших зон, в которых достигается заданный процент (например, от 70% до 99%) покрытия.

Зона обслуживания

Зона, в пределах которой администрация имеет право требовать обеспечения согласованных условий защиты.

Планирование выделений

В процессе планирования выделений администрации "предоставляется" конкретный канал для обеспечения покрытия в заданной зоне в пределах ее зоны обслуживания, называемой зоной выделений. Местоположения передатчиков и их характеристики на этапе планирования неизвестны и должны быть определены ко времени преобразования выделения в одно или несколько присвоений.

Планирование присвоений

В процессе планирования присвоений конкретный канал присваивается для места расположения отдельного передатчика с определенными характеристиками передачи (например, излучаемая мощность, высота антенны и т. д.).

Контрольные точки

Контрольная точка представляет собой географически определенное местоположение, в котором проводятся конкретные вычисления.

Напряженность поля мешающего сигнала

Напряженность поля мешающего сигнала (En), выраженная в дБ(мкВ/м), – это напряженность поля мешающего сигнала (для 50% мест и для заданного процента времени) от любого потенциального источника помех, к которой добавлено соответствующее защитное отношение в децибелах.

При необходимости учитывается соответствующее значение направленности приемной антенны или развязки по поляризации в децибелах.
При наличии нескольких мешающих сигналов для получения результирующей напряженности мешающего поля должен применяться метод объединения отдельных значений напряженности мешающего поля, как, например, метод суммы мощностей или какой-либо иной подходящий метод суммирования сигналов.

Минимальная используемая напряженность поля

Минимальная величина напряженности поля, необходимая для обеспечения требуемого качества приема при определенных условиях приема при наличии естественного или промышленного шума, но без помех от других передатчиков.

ПРИМЕЧАНИЕ Термин "минимальная используемая напряженность поля" соответствует термину "минимальная защищаемая напряженность поля", который встречается во многих текстах МСЭ, а также соответствует термину "минимальная медианная напряженность поля", который используется в расчетах области покрытия одного передатчика (Emed).

Используемая напряженность поля

Минимальная величина напряженности поля, необходимая для обеспечения требуемого качества приема при определенных условиях приема при наличии естественного и промышленного шума и помех в реальной ситуации или как определено соглашениями или планами частот.
Термин "используемая напряженность поля" соответствует термину "необходимая напряженность поля", который встречается во многих текстах МСЭ.

Используемая напряженность поля вычисляется путем объединения отдельных значений напряженности поля (En) и суммарного поправочного коэффициента местоположений. Одной из отдельных составляющих напряженности мешающего поля является минимальная медианная напряженность поля (Emed), которая характеризует уровень шума.

Эталонная напряженность поля

Согласованное значение напряженности поля, которое может служить в качестве эталона или основы для частотного планирования.
В зависимости от условий и требуемого качества приема, для одной и той же службы могут существовать несколько эталонных значений напряженности поля.

Минимальная плотность потока мощности

Минимальное значение плотности потока мощности jmin (дБ(Вт/м2)) в определенном местоположении приемной антенны, которое необходимо обеспечить, с тем чтобы был обеспечен минимальный уровень сигнала для приемника для успешного декодирования сигнала.
Величина jmin равна минимальному требуемому значению мощности на входе приемника (дБВт), из которого вычитается эффективная апертура антенны (дБм2) и к которому добавляются, при необходимости, потери на фидере (дБ).

Минимальная медианная напряженность поля

Соответствующее значение минимальной используемой напряженности поля Emed (дБ(мкВ/м)), которое должно использоваться для покрытия с помощью только одного передатчика, причем это значение применяется для 50% мест приема и для 50% времени на высоте 10 м над уровнем земли.

Величина Emed зависит от медианного значения минимальной напряженности поля (Emin) в месте приема, которое требуется для заданного процента мест и процента времени с целью обеспечения минимального уровня сигнала в приемнике, необходимого для успешного декодирования сигнала.

Величина Emed рассчитывается на основе минимальной напряженности поля (Emin) при добавлении, в надлежащих случаях, соответствующих поправочных коэффициентов.

Для широкополосных сигналов, когда спектральная плотность мощности может не быть постоянной по всей занимаемой ширине полосы, термин "напряженность поля" нередко заменяется термином "эквивалентная напряженность поля". Эквивалентная напряженность поля – это напряженность поля одной немодулированной РЧ несущей, излучаемая с такой же мощностью, что и общая излучаемая мощность широкополосного сигнала.

Координационная пороговая напряженность поля

Уровень напряженности поля, который, в случае его превышения, определяет, что необходима координация (называется также пороговой напряженностью поля).

Фиксированный прием

Фиксированный прием определяется как прием с использованием направленной приемной антенны, установленной на уровне крыши.

Предполагается, что при установке такой антенны достигаются близкие к оптимальным условия приема (в пределах сравнительно небольшого пространства на крыше).

При вычислении напряженности поля в случае фиксированного приема считается, что высота приемной антенны 10 м над уровнем земли является типичной для радиовещательной службы. Для других служб могут использоваться другие высоты антенн.

Прием на портативное оборудование определяется как:

Прием на портативное оборудование в помещениях на более высоких этажах будет относиться к классу приема B с использованием поправок к уровням сигналов, но, по-видимому, прием в помещениях на первом этаже является наиболее общим случаем.
Для обоих классов A и B предполагается, что:

Подвижный прием

Подвижный прием определяется как прием сигналов в движении, когда антенна расположена на высоте не менее 1,5 м над уровнем земли.  Это может быть, например, автомобильный приемник или портативное оборудование.

Предполагается, что основным фактором при рассмотрении явлений местного приема будут эффекты, обусловленные замираниями в Рэлеевском канале. Для компенсации этих эффектов планируется использование запасов на замирание. Уровни запасов на замирание зависят от частоты и скорости движения автомобиля.

Многочастотная сеть (МЧС)

Сеть передающих станций, использующая несколько РЧ каналов.

Одночастотная сеть (ОЧС)

Сеть синхронизированных передающих станций, излучающих одинаковые сигналы в одном и том же РЧ канале.

Эталонная конфигурация планирования (ЭКП)

Репрезентативная комбинация критериев и параметров, которые следует использовать для целей частотного планирования.

Эталонная сеть(ЭС)

Обобщенная сетевая структура, отображающая реальную сеть, пока неизвестную, для целей анализа совместимости. Основным назначением данной сети является определение потенциальных возможностей типичных сетей цифрового радиовещания и их чувствительности к помехам.

Защитные отношения, используемые при планировании сетей DVB-H

В Рекомендации МСЭ-Р ВТ.1381 приводятся защитные отношения, используемые для планирования сетей наземного цифрового телевизионного вещания стандарта DVB-T. Как было показано в предыдущем разделе настоящего Отчета, радиоэлектронные средства стандартов DVB-T и DVB-Н используют одни и те же полосы частот и сигналы этих систем могут передаваться с одного передатчика в одном мультиплексированном потоке. Таким образом, на предварительном этапе оценки электромагнитной совместимости при планировании сетей DVB-Н можно учитывать критерии планирования и использовать защитные отношения, разработанные для сетей DVB-T.

Расчет минимальной напряженности поля для цифрового наземного телевизионного вещания DVB-T

Для расчета минимальных значений напряженности поля используем метод напряжений. Формулы которого имеют следующий вид:

Параметр		Формула		Для получения значения в дБ
		P  =  U 2/R
Мощность теплового шума:		k T B		10 log (k T B)
Мощность шума на входе приемника, PN :		n k T B		10 log (k T B) + F
Напряжение теплового шума, UT :
Напряжение шума на входе приемника, UN :				10 log (k T B) + F + 10 log (R)
Минимальное напряжение на входе приемника, Umin :				UN + C/N
Взаимосвязь между напряжением и напряженностью поля:
Отсюда
Коэффициент преобразования, K:
Коэффициент преобразования, K0:
Минимальная напряженность поля:			Emín = Umín + K0

В результате расчета минимальных значений напряженности поля с использованием метода напряжений, получим следующие результаты

Результаты применения метода напряжений для системы DVB-Н

В расчетах использовались следующие данные:

Расчет минимальной медианной напряженности поля

Величины минимальной медианной напряженности поля рассчитывают с использованием следующих формул:
Pn = F + 10 log10 (k T0 B)

Ps min = C/N + Pn

Aa = G + 10 log10 (1,64l2/4p)

j min = Ps min – Aa + Lf

Emin = j min + 120 + 10 log10 (120p)  =  j min + 145,8

для фиксированного приема

Emed  = Emin + Pmmn + Cl     

при приеме на портативное оборудование вне помещений/подвижном приеме

Emed = Emin + Pmmn + Cl + Lh        

при приеме на портативное оборудование внутри помещений

Emed = Emin + Pmmn + Cl + Lh + Lb             

Cl =    m*sc

sc = ,

где Pn : мощность шума на входе приемника (дБВт)

F : коэффициент шума приемника (дБ)

k : постоянная Больцмана (k = 1,38 ´ 10–23 Дж/K)

T0 : абсолютная температура (T0 = 290 K)

B : ширина шумовой полосы приемника

7,61 × 106 Гц для канала DVB-T 8 МГц и

Ps min : минимальная мощность сигнала на входе приемника (дБВт)

C/N : отношение РЧ сигнал/шум на входе приемника, требуемое системой (дБ)

Aa : эффективный раскрыв антенны (дБм2)

G : усиление антенны, относящееся к полуволновому вибратору (дБд)

l : длина волны (м)

j min : минимальная плотность потока мощности в месте приема (дБ(Вт/м2))

Lf : потери в фидере (дБ)

Emin : минимальная напряженность поля в местоположении приемной антенны (дБ(мкВ/м))

Emed : минимальная медианная напряженность поля (дБ(мкВ/м))

Pmmn : поправка на промышленный шум (дБ)

Lh : потери при уменьшении высоты (местоположение приемной антенны на 1,5 м над поверхностью земли) (дБ)

Lb : средние потери на прохождение здания (дБ)

Cl : поправочный коэффициент местоположений (дБ)

sс : общее стандартное отклонение (дБ)

sm : стандартное крупномасштабное отклонение (дБ)          (sm = 5,5 дБ)

sb : стандартное отклонение при потерях на прохождение здания (дБ)

m : коэффициент распределения (0,52 для 70%, 1,64 для 95% и 2,33 для 99%).

Другие критерии планирования

Распределение напряженности поля в зависимости от местоположения

Ожидается, что распределение напряженности поля в зависимости от местоположения для цифровых телевизионных сигналов будет отличаться от такого распределения для аналоговых телевизионных сигналов. В Рекомендации МСЭ‑R P.1546 указаны значения стандартной девиации для аналоговых и для цифровых систем для диапазонов 100 МГц, 600 МГц и 2 000 МГц.
Результаты исследований для цифровых систем для диапазона 470-862 МГц показаны на рисунке 1. Этот график соответствует стандартной девиации 5.5 дБ. Этот график рекомендуется использовать для получения кривых прогноза распространения радиоволн для других процентов области покрытия (отличных от 50%).

Прием на подвижные портативные терминалы внутри зданий

Для наземных трасс распространения сигнала в Рекомендации МСЭ‑R P.1546 приведены графики значений напряженности поля для значения высоты приемной антенны над уровнем земли, используя т.н. «представительное значение» высоты антенны для данных условий приема. Минимальное значение высоты выбрано равным 10 м, другими примерами эталонной высоты являются 20 м для городских условий, 30 м для города с плотной застройкой, 10 м – для пригородов.

Если высота приемной антенны – иная, то применяется корректировка напряженности поля согласно графикам и процедурам  приведенным в Рекомендации МСЭ‑R P.1546.

Потери из-за проникновения  в здания существенно зависят от материала стен и перекрытий, угла падения сигнала и частоты. Следует учитывать также то, ведется ли прием в комнате, расположенной вблизи внешней стены или в средней части здания. Хотя не существует формулы для расчета потерь из-за проникновения  в здания, в рекомендации МСЭ‑R P.679 приведена полезная статистическая информация о результатах измерений на частотах от 500 МГц до 5 ГГц. Для приема внутри зданий потери на распространения из-за поглощения в стенах и полах рассчитываются в соответствии с   Рекомендацией МСЭ‑R P.1238.

Требования к параметрам излучения цифровых телевизионных передающих устройств

Поскольку в настоящее время отсутствуют точно определенные данные по требованиям к параметрам излучения цифровых телевизионных передающих устройств стандарта DVB-Н, и, учитывая высокую вероятность совместной работы передающих радиоэлектронных средств стандартов DVB-T и DVB-Н на одну антенну, для дальнейших расчетов воспользуемся утвержденными Государственной комиссией по радиочастотам «Требованиями к параметрам излучения цифровых телевизионных передающих устройств,  работающих в стандарте DVB» (Приложение к решению ГКРЧ от 06.06.05 № 05-06-02-001). Требования к параметрам излучения цифровых телевизионных передающих устройств стандарта DVB-T приведены в таблице 1

Таблица 1

Требования к параметрам излучения цифровых телевизионных передающих устройств,  работающих в стандарте DVB (Приложение к решению ГКРЧ от 06.06.05 № 05-06-02-001

Наименование параметра	Допустимое значение параметра
1 Отклонение мощности излучения от номинальной величины	±10%
2 Изменение мощности при медленных колебаниях напряжения в сети в пределах (+ 10 ÷ - 15)% от номинального значения и при медленных изменениях частоты электропитания в пределах ±1% от номинального значения	±0,25 дБ
3 Отклонение центральной частоты спектра излучения от номинальной величины	±100 Гц
4 Относительный уровень любого побочных излучений на выходе передатчика:
- для передатчиков III диапазона с выходной мощностью не более 100 мВт	не менее чем на 40 дБ ниже мощности основного излучения, но не более 10 мкВт
- для передатчиков III диапазона с выходной мощностью от 100 мВт до 25 Вт;	не менее чем на 40 дБ ниже мощности основного излучения, но не более 25 мкВт
- для передатчиков IV, V диапазонов с выходной мощностью не более 25 Вт	не менее чем на 40 дБ ниже мощности основного излучения, но не более 25 мкВт
- для передатчиков III-V диапазонов с выходной мощностью более 25 Вт	не менее чем на 60 дБ ниже мощности основного излучения
5 Относительный уровень спектральной плотности мощности внеполосных излучений (при режиме работы передатчика 8К и величине защитного интервала 1/4)
5.1 Если передатчик работает в условиях, когда на смежных частотных каналах не ведется вещание или ведется вещание в стандарте DVB-T, и выходные мощности передатчиков примерно равны	Значение отстройки от центра, МГц	Относительный уровень внеполосных составляющих, дБ
	-8,0	-46
	-6,0	-43
	-5,0	-40
	-4,2	-35
	-3,8	0
	3,8	0
	4,2	-35
	5,0	-40
	6,0	-43
	8,0	-46
5.2. Если цифровой телевизионный передатчик работает в стандарте DVB-T условиях, когда на смежных частотных каналах ведется аналоговое вещание в стандарте DK/SECAM, мощности излучения аналогового и цифрового передатчиков равны и излучения имеют одинаковую поляризацию. Примечание. Если излучаемые мощности передатчиков не равны, то к относительным значениям уровней внеполосных составляющих следует прибавить корректирующую величину, рассчитываемую по формуле: , где ΔP – корректирующий уровень, дБ, Pa – излучаемая пиковая мощность аналогового передатчика, Вт, Pц – излучаемая эффективная мощность цифрового передатчика, Вт.	Значение отстройки от центра, МГц	Относительный уровень внеполосных составляющих, дБ
	-12	-67,2
	-10,75	-45,9
	-9,75	-45,9
	-4,75	-40,8
	-4,185	-26,2
	-3,9	0
	3,9	0
	4,25	-33,3
	5,25	-45,9
	6,25	-45,9
	11,25	-45,9
	12,0	-67,2

Спектр выходного сигнала передатчика цифрового телевидения представлен на рис. 2.

Рис. 2