Анализ существующих условий приёма тв сигнала в пгт ивня
БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НИУ «БелГУ»)
ФАКУЛЬТЕТ КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ
ПРОЕКТ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВЕЩАНИЯ ДЛЯ ПГТ ИВНЯ
1403.210406.080.ПЗКП
Курсовой проект (Курсовая работа)
По дисциплине «Цифровое телерадиовещание»
Студента заочного отделения 5 курса группы 140761
Восковской Ольги
Научный руководитель:
канд. техн. наук, доцент
И.А. Сидоренко
БЕЛГОРОД 2012
Содержание:
Введение ....................................................................................................................... 3
1 Анализ существующих условий приёма ТВ сигнала в пгт. Ивня ....................... 5
2 Выбор стандарта цифрового ТВ вещания .............................................................. 7
3 Выбор способа доставки и распределения транслируемого контента ................ 9
4 Энергетический расчёт радиолинии доставки ТВ сигнала ................................ 11
4.1 Построение пролёта наземной РРЛ прямой видимости Самарино-Ивня ...... 11
4.2 Построение пролёта спутниковой РРЛ прямой видимости ............................ 13
5 Проектирование распределительной сети телевещания для пгт Ивня ............. 17
Заключение ................................................................................................................. 20
Список использованных источников ....................................................................... 21
 |
ВВЕДЕНИЕЦелью данной курсовой работы является получение практических навыков расчёта и планирования систем телевизионного вещания. Его сущность состоит в выборе территории в пределах области, определение условий местности, определении топологии приёмо-передающих систем, выборе цифрового стандарта, в котором будет производиться телевещание, а так же определение энергетических характеристик зоны покрытия.
Проблема создания эффективных систем телевизионного (ТВ) вещания исключительно актуальна для России. Современные системы развиваются в трёх основных направлениях:
▪ Системы индивидуального/коллективного приёма спутникового ТВ вещания;
▪ Широкополосное кабельное вещание в полосе 5...862 МГц;
▪ Аналоговое и цифровое наземное телевещание и его реализации.
В настоящее время установились тенденции к переходу на цифровые методы передачи сигналов. Их преимущества заключаются в следующем:
▪ Обеспечение передачи видеоизображений повышенного качества в сравнении с существующими системами и реализацию телевидения высокой четкости (High-Definition Television — HDTV), многопрограммного и стереоскопического вещания;
▪ Переход от множества стандартов к единому стандарту, что позволит унифицировать передающую студийную и приёмную аппаратуру;
▪ В абонентских терминалах (телевизорах) плавно перейти от аналоговых декодеров видеосигнала к цифровым на первом этапе путем внедрения специальных приставок — декодеров;
▪ Реализация интерактивной связи;
▪ Слияние цифровых сетей передачи данных и систем передачи телевидения.
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСЛОВИЙ ПРИЁМА ТВ СИГНАЛА В ПГТ ИВНЯ
Для курсовой работы я выбрала пгт. Ивня Белгородской области. Здесь возможен неуверенный приём из-за расположения радиоретранслятора на северном участке Ивнянского района, близ села Самарино.
Рисунок 1 — Топографическая карта.
На рисунке 1 показан топографический профиль местности с нанесёнными высотами. Численность населения в селе Ивня составляет 7,9 тыс. человек по данным на 2010 год. Климат местности резко-континентальный. Средняя годовая температура воздуха изменяется от +5,2°C до +6,9°C. Профиль подстилающей поверхности среднепересечённый.
Исходя из этих условий мне представляется необходимым использование смешанного построения сети с использованием разного рода ретрансляторов, как активных, так и пассивных, где это возможно.
2 ВЫБОР СТАНДАРТА ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ
Мной был выбран данный стандарт ТВ вещания в соответствии с распоряжением Правительства РФ №287-р от 3 марта 2012 г., Планом перехода на стандарт цифрового телевизионного вещания DVB-T2, утверждённым Министром связи и массовых коммуникаций РФ и решением Государственной комиссии по радиочастотам от 16 марта 2012 г. В нём начало перехода на цифровое эфирное ТВ вещание в стандарте DVB-T2 перенесено с 2015 на 2012 год. В марте 2012 года вещание в стандарте DVB-T2 началось в Москве, Санкт-Петербурге и Республике Татарстан.
Преимуществом DVB-T2 является обеспечение более эффективного использования частотного ресурса за счет интеграции передовых технологий обработки сигналов. При использовании нового стандарта ожидается до 50% увеличения скорости передачи данных при работе в той же полосе частот.
Спецификация разработана прежде всего для приема на фиксированные наружные антенны и имеет такие же характеристики частотного спектра, как и у DVB-T, что предполагает возможность обратной совместимости с существующей инфраструктурой вещания.
Как и DVB-T, DVB-T2 использует модуляцию OFDM (ортогональное частотное уплотнение) и предоставляет набор режимов с разным количеством несущих (1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k, 16k расширенный, 32k расширенный) и созвездиями модуляции (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM). Для защиты от ошибок DVB-T2 использует LDPC (проверка на чётность с низкой плотностью) и кодирование BCH (БЧХ — Боуза-Чоудхури-Хоквингхема). Новая техника, известная как повернутые созвездия, была введена для обеспечения дополнительной устойчивости в определенных условиях.
Стандарт DVB-T2 также требует внимательного обслуживания передающего оборудования. В частности в режиме 32k, генерируются высокие пики по мощности и, таким образом, сводится к минимуму эффективность усилителя (или он может даже выйти из строя). Для ограничения этих пиков без потери информации в спецификацию стандарта была введена специальная характеристика, называемая уменьшением PARR (отношения пиковой мощности к средней). 
Таблица 1. Сравнение DVB-T2 и DVB-T
| DVB-T2 | DVB-T | |
| FEC | LDPC + BCH | CC + RS |
| Скорость кодирования | 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 | 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 |
| Созвездие | QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM | QPSK, 16QAM, 64QAM |
| Защитный интервал | 1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128 | 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 |
| Размер FFT | 1K, 2K, 4K, 8K, 8K ext., 16K, 16K ext., 32K, 32K ext. | 2K, 8K |
| Распределенные пилот-сигналы | 1%, 2%, 4%, 8% от общего количества несущих | 8% от общего количества несущих |
| Непрерывные пилот-сигналы | 0,35% от общего количества несущих | 2,6% от общего количества несущих |
| Занимаемая полоса частот | 1,7; 5; 6; 7; 8; 10 МГц | 5; 6; 7; 8 МГц |
| Максимальная скорость | 50,34 Мбит/с | 31,66 Мбит/с |
3 ВЫБОР СПОСОБА ДОСТАВКИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАНСЛИРУЕМОГО КОНТЕНТА
Существует несколько способов доставки телевизионного контента в район:
а. использование существующей системы аналогового ТВ вещания из Белгорода или близлежащей телевизионной станции;
б. использование каналов спутниковой системы телевещания.
Современные системы телевизионного вещания развиваются в трёх направлениях:
1. интенсивный рост числа коллективных и индивидуальных установок спутникового телевизионного вещания;
2. внедрение широкополосных сетей кабельного телевидения в полосе 5...862 МГц, способных предоставить абоненту до 100 и более телевизионных программ;
3. внедрение и развитие наземного ТВ при реализации систем, так называемого сотового телевещания (системы MMDS — Multichannel Microwave Distribution, LMDS — Local Multipoint Distribution System, MVDS — Multipoint Video Distribution System).
В районе находится один ретранслятор, расположенный вблизи его границы. От него необходимо взять региональную вставку. Остальные каналы, для обеспечения необходимого качества трансляции, будут получены со спутника. В качестве системы доставки цифрового контента абоненту будет использоваться система распределения MVDS.
Достоинством данной системы распределения, по сравнению с остальными являются низкие выходные уровни сигналов, не превышающие предельно допустимые, порядка 100 мВт, свобода от помеховых сигналов, которые дают радиорелейные, спутниковые, и радиотелефонные сети вещания. Так же к преимуществам данной системы можно отнести практически прямолинейное распространения сигнала в пределах прямой видимости с малой зоной Френеля. Недостатком можно считать большее погонное затухание сигнала в атмосфере на километр трассы и малую способность к рефракции, т.е. огибанию сигналом препятствий. Преимуществом системы является её рабочая полоса 40,5...42,5 ГГц. В ней можно разместить до 128 каналов аналогового телевидения, или в 4...7 раз больше цифровых ТВ каналов при использовании разных поляризаций, и в 2 раза меньше каналов при использовании только одной поляризации.
В качестве излучающих антенн будут использоваться направленные антенны с разносом по поляризации, с тем, чтобы была возможность обеспечения обратного канала, иными словами поляризация в направлении станция-абонент одна, и в направлении абонент-станция - другая. Возможность интерактивности предусматривается на будущее, когда будут подведены соответствующие коммуникации для предоставления абонентам беспроводного доступа к сети передачи данных по транспортному протоколу DOCSIS.
4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАДИОЛИНИИ ДОСТАВКИ ТВ СИГНАЛА
4.1. Построение пролёта наземной РРЛ прямой видимости Самарино-Ивня
Исходные данные для построения пролета.
Таблица 2. Высотные отметки рельефа местности
| k | h, м | R, км | |
| 0,07 | 0,7 | ||
| 0,12 | 1,2 | ||
| 0,3 | |||
| 0,48 | 202,7 | 4,8 | |
| 0,52 | 202,7 | 5,2 | |
| 0,62 | 191,6 | 6,2 | |
| 0,84 | 184,6 | 8,4 | |
| 169,8 |
Высота РТС в с Самарино менее 50 м (точнее не удалось установить, поэтому примем высоту 40 м).
Для уверенного приёма сигнала высота подвеса антенны в пгт Ивня должна составлять 30 м. (рисунок)
Рисунок 2 - Карта высот и профиль трассы Самарино-Ивня.
Рассчитаем просвет по 1-й зоне Френеля без учета рефракции:
где 
Просвет по 1-й зоне Френеля с учетом рефракции:
g (1/м) = 
σ (1/м) = 
просвет выбирают с учетом рефракции:
Таким образом, просвет с учётом рефракции:
А просвет без учёта рефракции:
Высоты подвеса антенн определяются из профиля трассы (рисунок 3). Для этого откладываем по вертикали от критической точки рассчитанный просвет.
Рисунок 3 - Поиск препятствия с учетом и без учета рефракции пролета
Как видно из рисунка 3 минимальный просвет составляет 6,3 м, что больше чем рассчитанный минимальный просвет 4,26 м и 4,77 мс учётом и без учёта рефракции.
4.2. Построение пролёта спутниковой РРЛ прямой видимости
Расчёт азимута и угла места для спутника произведём с помощью программы «Satellite Antenna Alignment».
Вводим координаты места установки антенны. Для этого определимся с расположением приёмно-распределительной станции. Комплекс должен быть расположен в возможно высшей точке местности. Далее, лучше всего разместить приёмную и передающую антенны на одной мачте, только разнести их в пространстве по вертикали: приёмная антенна, ориентированная на спутник, расположена над передающей антенной. Кроме того, передающая антенна, ориентированная на пгт Ивня, будет направленной, с углом раскрыва 120º. Значит приёмопередающий пункт должен быть вынесен за пределы поселения. Это так же диктуется и соображениями о санитарных нормах и правилах защиты населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами, а так же близостью к линиям передачи энергии.
Рисунок 4 — Топографическая карта участка местности с нанесённой точкой установки приёмопередающего комплекса.
Это точка с координатами 51º04'43'' с.ш. и 36º07'42''. Таким образом центральная распределительная станция находится рядом с перед пгт Ивня. Это в значительной мере отвечает вышеизложенным требованиям. Кроме того необходимо установить как минимум ещё два дополнительных ретранслятора внутри села, один из которых должен включать три антенны с диаграммами направленности 120º дабы обеспечить внутри села круговой охват территории.
 |
Рисунок 5 — Вычисление азимута и угла места для наведения спутниковой антенны.
На рисунке 5 показан скриншот с вычисленными азимутом и углом места для наведения фокуса приёмной параболической антенны на спутник Eutelsat W4(36A).
Рисунок 6 — Вычисление требуемого наклона оффсетной спутниковой антенны.
Помимо этого программа позволяет рассчитать требуемый угол наклона антенны в зависимости от её линейных размеров и необходимого угла подъёма на спутник, как это показано на рисунке 6.
5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ТЕЛЕВЕЩАНИЯ ДЛЯ ПГТ ИВНЯ
Во второй главе данного курсового проекта было дано обоснование использования системы сотового телевещания MVDS для распределения транслируемого контента для пгт Ивня.
По своей сути MVDS — это сотовая система передачи информации для фиксированных абонентов на основе радиоканала миллиметрового диапазона волн (для оборудования ДОК это частота 40,5-43,5 ГГц). По принципу своей организации MVDS копирует принцип организации сети в мобильной сотовой связи. Для покрытия определенной территории (обычно города) разворачивается сеть перекрывающихся сот, в центре каждой из которых устанавливается базовая станция (БС). Одна БС позволяет охватить район в виде окружности с радиусом в несколько километров и подключить несколько тысяч абонентских станций (АС).
На головной станции устанавливается коллективная установка для приёма ТВ сигналов со спутника и с РТПЦ. Принятые сигналы поступают на кодеры каналов ProView 2980. Далее сигналы поступают на шлюз NN6-T2, который инкапсулирует транспортный поток DVB/MPEG-2 в мультиплекс DVB-T2, вставляет данные синхронизации для выполнения вещания в одночастотной сети, распределяет данные по различным каналам на физическом уровне и генерирует пакеты T2-MI через ASI и IP. Затем сформированный сигнал поступает на модулятор PT2082, превращаясь в непрерывный аналоговый сигнал. Сформированный сигнал поступает на передающее оборудование. Для обеспечения зоны покрытия необходимо установить одну центральную станцию и два активных ретранслятора. На головной станции будет установлено всё каналообразующее оборудование, приёмо-передатчик с разносом по поляризациям и одна антенна с углом раскрыва 120º. На двух других ретрансляторах устанавливаются лишь приёмопередатчики без выделения сигнала. На одном из ретрансляторов устанавливается три антенны с углом раскрыва апертуры антенн 120º, а на другом лишь одна.
Пример расположения показан на рисунке 7.
 |
Рисунок 7 - Расположение головной станции и ретрансляторов в пгт Ивня.
На приёмной стороне у абонента должны быть установлены антенна MVDS, с встроенным конвертором в дециметровый диапазон, и DVB-T2 ресивер, например рекомендованный РТРС TE-8714, поддерживающий системы условного доступа Роскрипт-ПРО или Росскрипт М 2.0.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итогом проведённой курсовой работы стала разработка локальной системы ТВ вещания для пгт Ивня, соответствующая новейшим рекомендациям и стандартам в области связи.
В ходе работы были изучены современные телевизионные цифровые стандарты и получен практический опыт по их применению к конкретной спроектированной системе связи.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Левченко В.Н. Спутниковое телевидение. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998.
2. Системы спутниковой связи: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.Я. Кантора. М.: Радио и связь, 1992.
3. Регламент радиосвязи. М.: Международный союз электросвязи, 2008.
4. Таблица частот спутниковых каналов // Теле-Спутник. 1998. №8.
5. Технические требования на основные классы абонентских приемников, телевизоров, CAM-модулей стандарта DVB-T/T2.
6. Internet Минкомсвязи России: http://minsvyaz.ru/ru/.
7. Internet Филиал «РТРС» — Белгородский ОРТПЦ: http://belgorod.rtrn.ru/.
8. Internet Wikipedia — MVDS: http://broadcasting.ru/wiki/index.php?title=MVDS.