Построение графиков зависимости напряженности поля полезного сигнала и сигнала помехи в точке приёма от расстояния между ТВ передатчиками и точкой приёма

Лабораторная работа №2

«Оценка параметров электромагнитной совместимости для двух телевизионных радиопередатчиков»

Цель лабораторной работы: изучить параметры среды распространения и приёмопередающих устройств, влияющие на обеспечение электромагнитной совместимости в сети ТВ вещания

Подготовка к лабораторной работе

1. Изучить конспект лекций по теме «Сети эфирного ТВ вещания»

2. Изучить соответствующие разделы в рекомендованной литературе.

3. Подготовить ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе

4. Ознакомиться с принципами работы и заполнениями рабочих окон калькулятора по расчёту напряжённости поля в точке приёма.

Задание на лабораторную работу

Построение графиков зависимости напряженности поля полезного сигнала и сигнала помехи в точке приёма от расстояния между ТВ передатчиками и точкой приёма.

1.1 Ввести в рабочие окна калькулятора следующие исходные данные для полезного радиопередатчика в соответствии с номером бригады:

Таблица 1 – Параметры полезного передатчика.

№ бригады	Номер ТВ канала, N	Средняя частота радиоканала, МГц	Мощность ТВ передатчика Рпд, Вт	Высота подвеса передающей антенны h1, м	Коэффициент усиления передающей антенны, Gпд, дБи	Неровность рельефа местности ,м	Плотность городской застройки S, %
1	21	474	10	20	8,0	15	0
2	23	490	25	30	8,5	30	5
3	25	506	50	40	9,0	50	5
4	27	522	100	45	9,5	45	10
5	29	538	250	50	10,0	50	10
6	31	554	300	60	10,5	55	10
7	33	570	500	65	11,0	60	10
8	35	586	1000	75	11,5	70	20
9	37	602	2000	100	12,0	80	30
10	39	618	5000	150	10,0	120	45
11	41	634	50	60	8,0	55	5
12	47	682	100	70	8,5	60	5
13	49	698	250	80	9,0	70	10

Обратите внимание на параметры, которые являются общими для всех вариантов:

- Высота подвеса приёмной антенны .

- Заданная вероятность приёма по времени в точке приёма Т=50 %.

- Заданная вероятность приёма по месту в точке приёма L=50 %.

- Затухание сигнала в фидере на 1 метр принять 0,012 дБ/м

Также есть параметры, величину которых предварительно необходимо определить в соответствии с вариантом:

- Длина фидера передатчика lф=h1+20, м

Все исходные данные необходимо внести в отчёт.

1.2 Снять зависимости напряженности поля полезного сигнала в точке приёма от расстояния для различных значений R, меняя их в соответствующем окне калькулятора от 1 до 150 км. Значения Есигн, дБмкВ/м при изменении параметра R определяются в окне вывода результатов расчёта. Результаты внести в таблицу 2.

Таблица 2

R, км	1	2	5	10	20	30	50	75	100	125	150
Е сигн., дБмкВ/м
Епомехи, дБмкВ/м

1.3 Ввести в рабочие окна калькулятора следующие исходные данные для мешающего радиопередатчика в соответствии с номером бригады:

Таблица 3 – Параметры мешающего передатчика.

№ бригады	Номер ТВ канала, N	Средняя частота радиоканала, МГц	Мощность ТВ передатчика Рпд, Вт	Высота подвеса передающей антенны h1, м	Коэффициент усиления передающей антенны, Gпд, дБи	Неровность рельефа местности ,м	Плотность городской застройки S, %
1	21	474	10	20	8,0	15	0
2	23	490	10	35	8,5	30	5
3	25	506	25	45	9,0	50	5
4	27	522	50	50	9,5	45	10
5	29	538	100	60	10,0	50	10
6	31	554	250	65	10,5	55	10
7	33	570	300	70	11,0	60	10
8	35	586	500	80	11,5	70	20
9	37	602	1000	90	12,0	80	30
10	39	618	2000	110	10,0	120	45
11	41	634	25	50	8,0	55	5
12	47	682	50	60	8,5	60	5
13	49	698	100	70	9,0	70	10

Аналогично с предыдущим измерением, обратите внимание на параметры, которые являются общими для всех вариантов.

1.4 Снять зависимости напряженности поля мешающего сигнала в точке приёма от расстояния для различных значений R, меняя их в соответствующем окне калькулятора от 1 до 150 км. Значения Епомехи, дБмкВ/м при изменении параметра R определяются в окне вывода результатов расчёта. Результаты также внести в таблицу 2.

1.5 После заполнения соответствующих строк в таблице 2 необходимо построить графики зависимостей Есигн.= f(R) и Епомехи = f(R) в одних системах координат с учётом того, что расстояние между мешающим и полезным передатчиком составляет 150 км. При построении важно соблюдать единый масштаб по оси абсцисс и ординат. При правильном построении должны получиться следующие кривые (рисунок 1)

Рисунок 1 – Построения зависимостей Есигн.= f(R) и Епомехи = f(R)

1.6 После построения требуемых кривых можно графически определить максимальный радиус зон обслуживания полезного и мешающего передатчиков.

Максимальный радиус зоны обслуживания определяется исходя из условия: напряжённость поля на границе зоны обслуживания ТВ передатчика равна минимальной напряженности поля.

В случае организации цифрового ТВ вещания значения Емин зависят от номера ТВ канала (частоты радиосигнала), параметров приёмного устройства, и способа формирования радиосигнала (таблица 4)

Таблица 4 – Исходные данные к определению параметра Емин, дБмкВ/м

№ бригады	Номер ТВ канала, N	Средняя частота радиоканала, МГц	Коэффициент шума приёмника, дБ	Потери в фидере приёмника, дБ	Коэффициент усиления приёмной антенны, Gпр, дБи	Модуляция	Кодовая скорость
1	21	474	7	2	10	QPSK	1/2
2	23	490	7	2	10	QPSK	2/3
3	25	506	7	2	10	QPSK	3/4
4	27	522	7	2	10	QPSK	5/6
5	29	538	7	2	10	16-QAM	1/2
6	31	554	7	2	10	16-QAM	2/3
7	33	570	7	2	10	16-QAM	3/4
8	35	586	7	2	10	16-QAM	5/6
9	37	602	7	2	10	64-QAM	1/2
10	39	618	7	2	10	64-QAM	2/3
11	41	634	7	2	10	64-QAM	3/4
12	47	682	7	2	10	64-QAM	5/6
13	49	698	7	2	10	QPSK	1/2

Зная параметр Емин, с использованием ранее построенных графиков зависимостей Есигн.= f(R) и Епомехи = f(R) графически определить значения Rmax для полезного и мешающего передатчиков (см. рисунок 2)

Рисунок 2 - К определению параметров Rmax

1.7 Определение требуемого защитного отношения

Как видно из таблиц 1 и 3, помеха по прямому и обратному влиянию проникает по основному каналу приёма, следовательно, требуемое защитное отношение определяется в соответствии с таблицей 5.

Таблица 5 – К определению требуемого защитного отношения

Модуляция	Кодовая скорость	Аз по ОКП (А_{З ОКП}) для сигнала DVB-T2, испытывающего помехи от сигнала DVB-T2, дБ
QPSK	1/2	6
QPSK	2/3	6
QPSK	3/4	7
QPSK	5/6	7
16-QAM	1/2	8
16-QAM	2/3	10
16-QAM	3/4	11
16-QAM	5/6	12
64-QAM	1/2	13
64-QAM	2/3	15
64-QAM	3/4	16
64-QAM	5/6	17

1.8 Проверка выполнения защитного отношения по прямому и обратному влиянию

Вывод о выполнении защитного отношения в заданной электромагнитной обстановке делается на основе проверки неравенства:

(1)

Разницу между напряжённостью поля полезного сигнала и напряжённостью поля помехи можно определить графически (рисунок 3), используя построенный ранее рисунок. Проверка защитного отношения производится по прямому и обратному влиянию в точках, расположенных на границах зон обслуживания полезного и мешающего передатчиков соответственно.

1.9 Применение направленных приёмных антенн для повышения электромагнитной совместимости в сети ТВ вещания

Применение направленных приёмных антенн в точке приёма позволяет улучшить электромагнитную совместимость за счёт двух факторов:

- увеличения уровня полезного сигнала на величину коэффициента усиления приёмной антенны

- уменьшения уровня мешающих сигналов, которые приходят в точку приёма по неосновному лепестку диаграммы направленности антенны.

Рисунок 3 - К проверке защитного отношения

по прямому и обратному влиянию

Так как энергетический расчёт сетей ТВ вещания производится через напряжённость поля в точке приёма, а не через уровень сигнала на входе приёмника, то выигрыш в ЭМС, который даёт применение направленной приёмной антенны, оценивается через эквивалентное уменьшение требуемого защитного отношения F(Θ) (рисунок 4).

При выполнении данного пункта учитывается, что помеха и полезный сигнал приходят в точку приёма с противоположных сторон, а поляризация полезного и мешающего сигналов определяется в соответствии с таблицей 6.

Таблица 6 – Поляризация полезного и мешающего передатчиков.

№ бригады	Поляризация сигнала полезного передатчика	Поляризация сигнала мешающего передатчика
1	Вертикальная	Горизонтальная
2	Вертикальная	Горизонтальная
3	Вертикальная	Горизонтальная
4	Вертикальная	Вертикальная
5	Вертикальная	Вертикальная
6	Вертикальная	Вертикальная
7	Вертикальная	Вертикальная
8	Горизонтальная	Вертикальная
9	Горизонтальная	Вертикальная
10	Горизонтальная	Вертикальная
11	Горизонтальная	Горизонтальная
12	Горизонтальная	Горизонтальная
13	Горизонтальная	Горизонтальная

Рисунок 4 – Уменьшение защитного отношения при совпадающей поляризации полезного и мешающего сигналов на входе приёмной антенны

Рисунок 5 - Уменьшение защитного отношения при ортогональной поляризации полезного и мешающего сигналов на входе приёмной антенны

Итоговое защитное отношение определяется в соответствии с выражением:

(2)

После определения защитного отношения с учетом применения направленной антенны, необходимо произвести повторную проверку защитного отношения по прямому и обратному влиянию, сделать вывод о влиянии направленной приёмной антенны на вопросы обеспечения электромагнитной совместимости.

Итогом выполнения пунктов 1.6 – 1.9 является заполненная таблица 7.

Таблица 7 – Сводная таблица результатов

Параметр	Полезный передатчик	Мешающий передатчик
Минимальная напряжённость поля в точке приёма, Емин, дБмкВ/м
Максимальный радиус зоны обслуживания, Rмах, км
Канал проникновения помехи	ОКП	ОКП
Требуемое защитное отношение Аз, дБ

Выполнение защитного отношения (+ или -)
Требуемое защитное отношение при использовании направленной приёмной антенны
Выполнение защитного отношения (+ или -)

После заполнения таблицы необходимо привести развёрнутые выводы.

1.10 Определение координационного расстояния

Координационное расстояние Dк, то есть минимальное расстояние между передатчиками, при котором они не оказывают мешающего влияния друг на друга. Величина координационного расстояния складывается из двух частей (Рисунок 6): максимального радиуса зоны обслуживания ТВ передатчика Rмах и допустимого расстояния действия помехи Rпомехи.

Рисунок 6 - К определению координационного расстояния

Координационное расстояние определяется из условия, что на границе зоны обслуживания должно выполняться равенство:

(3)

Так как минимальная напряженность поля и защитное отношение уже определены ранее (см. таблицу 7), то можно определить допустимое значение напряжённости поля помехи на границе зоны обслуживания полезного ТВ передатчика:

(4)