Оптимизация параметров сетей наземного цифрового телевизионного вещания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Сартаков Константин Валерьевич

• Сартаков Константин Валерьевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Сартаков Константин Валерьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТИ НАЗЕМНОГО

14

ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

1.1. Система наземного цифрового телевизионного вещания стандарта <ЮУВ-Т2»

1.2. Основы частотно-территориального планирования в сетях наземного цифрового телевизионного вещания

1.2.1. Одночастотные и многочастотные сети

1.2.2. Этапы проектирования сетей наземного цифрового телевизионного вещания

1.2.3. Эталонные сети наземного цифрового телевизионного вещания

1.3. Основы определения параметров РТПС сети наземного цифрового телевизионного вещания

1.3.1. Минимальное значение напряженности поля сигнала в соответствии с рекомендациями МСЭ-Р № Р

1.3.2. Эффективная излучаемая мощность РТПС

1.3.3. Зона обслуживания РТПС

1.4. Постановка задачи исследования

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СЕТИ НЦТВ

2.1. Универсальная модель однородной сети

2.2. Анализ параметров РТПС, необходимых для оценки эффективности

сети НЦТВ

2.2.1. Определение влияния мешающих РТПС на зону

обслуживания полезной РТПС

2.2.2. Анализ технико-экономических показателей сети НЦТВ

2.3. Критерий оценки эффективности сети НЦТВ

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РТПС НА ОСНОВЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛА РТПС

3.1. Определение параметров РТПС сети НЦТВ

3.1.1. Коэффициент использования потенциала РТПС

3.1.2. Эффективная излучаемая мощность РТПС

3.1.3. Удельные капитальные затраты на РТПС

3.2. Методика оптимизации параметров РТПС с учётом влияния

множественных помех от РТПС в сети НЦТВ

3.2.1. Мощность сигнала и мощность помехи на входе приёмника

сети НЦТВ

3.2.2. Распределение вероятностей суммы логнормальных

71

случайных величин

3.2.3. Определение оптимального территориального разноса

между РТПС сети НЦТВ, в которых используется один и

75

тот же частотный канал

3.3. Результаты исследования методики оптимизации параметров РТПС

на основе коэффициента использования потенциала РТПС

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

КОМБИНИРОВАННОЙ СЕТИ НЦТВ

4.1. Исследование координационного расстояния и размерности

кластера различных способов построения сети НЦТВ

4.1.1 Координационное расстояние и размерность кластера сети НЦТВ, реализованной на основе мощных РТПС

4.1.2 Координационное расстояние и размерность кластера для

комбинированной сети НЦТВ

4.1.3 Методика корректировки координационного расстояния и размерности кластера комбинированной сети НЦТВ с помощью уменьшения зоны обслуживания ретрансляторов

4.2 Исследование суммарной излучаемой мощности и интенсивности электромагнитного излучения РТПС комбинированной сети НЦТВ

4.2.1 Суммарная излучаемая мощность РТПС

4.2.2 Интенсивность электромагнитного излучения РТПС

4.3 Определение показателя эффективности комбинированной сети НЦТВ

5 ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБОВ ОПТИМАЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ НЦТВ

5.1. Исследования показателя эффективности сети НЦТВ с помощью алгоритмом оптимизации

5.2. Показатели оценки эффективности параллельных алгоритмов

5.3. Проведение исследований

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АМС - антенно-мачтовые сооружения

ВС - вычислительные системы

ЗО - зона обслуживания

МС - мешающие станции

МРС - мешающие ретрансляционные станции

МЧС - многочастотная сеть

МСЭ-Р - международный союз электросвязи (отделение «Радиосвязь»)

НЦТВ - наземное цифровое телевизионное вещание стандарта «ОУБ-Т2»

ОЧС - одночастотная сеть

ПС - полезные станции

ПРС - полезные ретрансляционные станции

РТПС - радиотелевизионная передающая станция

РЭС - радиоэлектронные средства

ЧТП - частотно-территориальное планирование

ЭМ - элементарные машины

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

ВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация параметров сетей наземного цифрового телевизионного вещания»

Актуальность темы

В настоящее время во всем мире происходят изменения в области телерадиовещания, обусловленные переходом на цифровые системы, позволяющие гораздо более эффективно по сравнению с аналоговыми системами использовать выделенный для вещания радиочастотный спектр, являющийся драгоценным ресурсом. В 2004 году состоялась первая сессия Региональной конференции по планированию сетей цифрового вещания в европейской зоне.

Существует много методов планирования передающих сетей наземного телевизионного вещания, но наиболее широко известны методы планирования передающих сетей телерадиовещания, основанные на применении модели с регулярным расположением РТПС и регулярным распределением каналов. Такая модель предполагает, что: все радиовещательные станции идентичны с точки зрения их параметров; каждая передающая станция находится в узле безграничной, регулярной треугольной решётки и другие размещения не допускаются; все они в равных условиях по количеству и уровню помех; одно и то же множество частотных каналов регулярно используется по всей решетке. Данная модель в силу её простоты является довольно эффективным инструментом при решении теоретических задач различной направленности, в том числе и задач оптимизации технических параметров сетей цифрового телевизионного вещания. Исследованию данной модели посвящены работы [3,4, 11,13,14].

Решение задач планирования передающей сети телерадиовещания и оптимизации параметров сети, с учетом большого числа РТПС, каждая из которых характеризуется своими, отличными от других, параметрами (мощностью передатчика, высотой антенной опоры, рабочей частотой, координатами и т. п.), представляется достаточно трудоемким, поэтому в [1, 2, 22, 25, 28] такая задача эффективно решается для модели однородной сети радиовещания.

Данная модель нашла отражение в ряде источников [1,3,14,15,27,37,43] под автороством Struzak R.G., Eden H., Fastert H. W., Kaltbeitzer K.H., Быховского М.А., Шура А.А., Носова В.И.

При планировании и строительстве сетей наземного цифрового телевизионного вещания стандрта «DVB-T2» (сетей НЦТВ) неизбежно возникает задача определения оптимальных параметров сети НЦТВ и оптимального способа построения сети НЦТВ исходя из параметров сети, а при модернизации действующей передающей сети НЦТВ, может возникнуть задача нахождения инструментов оценки эффективности действующей сети НЦТВ.

Особенную важность данные задачи приобретают при переходе Российской Федерации с аналогового стандарта телерадиовещания на цифровое телевизионное вещание стандарта «DVB-T2» [38].

Однако планирование сетей НЦТВ невозможно представить без учета реального рельефа местности при определении напряженностей поля сигналов и помех. Для учета реального рельефа местности при определении напряженностей полей сигналов и помех в [2, 29] разработаны методики определения зоны покрытия наземным цифровым телерадиовещанием с учётом рельефа местности. Эту методику целесообразно использовать при определении зоны обслуживания передающей станции для внедрения на конкретной локальной территории, с учётом географических особенностей местности.

Также в работах [2] оптимизацию параметров при проектировании сети телерадиовещания рекомендуют проводить с использованием многослойных электронных карт местности и специализированного программного обеспечения на базе геоинформационных технологий. Это способствует повышению оперативности и обоснованности решений, принимаемых при выборе мест размещения РТПС, за счет анализа влияния земной поверхности и местных предметов на распространение радиоволн, а также позволяет провести определение зоны обслуживания с учетом рельефа местности.

В настоящее время можно выделить несколько подходов к решению задачи именно оптимизации сетей телерадиовещания. В России, в большинстве случаев,

применяется подход, описанный в работах Носова В.И., Спириной Е.А. - это оптимальное проектирование новых сетей телерадиовещания и радиосвязи с применением различных инструментов оптимизации параметров сети и геоинформационных технологий, но вопрос анализа и оптимизации параметров уже построенных сетей в указанных работах затрагивается мало. Также вопросу оптимизации сети НЦТВ уделено внимание в работе Школьного С.И., где предлагается для оптимизации сети НЦТВ осуществить подбор ряда параметров -мощности РТПС, азимутального направления и наклона направленных передающих антенн, временной задержки сигнала РТПС синхронной сети НЦТВ, а также введение гибридных алгоритмов для поиска оптимальных параметров сети НЦТВ [33]. Однако если сеть НЦТВ внедряется с передающими антеннами, имеющими круговую диаграмму направленности (в большинстве случаев используются именно такие антенны), то указанная методика малопригодна.

В зарубежных публикациях [31, 32] можно выделить исследования ряда ученых под руководством M. Lanza и M. Anedda, где предлагается использовать эвристические алгоритмы для того, чтобы определить оптимальные значения нескольких выбранных пользователем параметров одночастотной сети. Предлагаемые решения оцениваются только с точки зрения достигнутых размеров зоны обслуживания. Для оценки полученного решения предлагается использовать фитнесс - функцию. Фитнесс-функция оценивает долю обслуживаемой территории, при этом расчётные характеристики сигнала в каждой точки исследуемой области сравниваются с заданными пользователем значениями сети НЦТВ. Указанная методика показала хорошие результаты в регионе Кантабрия, находящегося на севере Испании, но она мало затрагивает вопросы исследования оптимизации как параметров РТПС, так и сети НЦТВ.

Из проведенного анализа следует, что на сегодняшний день отсутствуют полноценные инструменты оптимизации параметров сети НЦТВ и оценки эффективности как запланированных к строительству, так и существующих способов построения сети НЦТВ. Также не затрагивается вопрос решения задачи нахождения оптимального способа машинного вычисления параметров огромного

количества проектов сети НЦТВ путем перебора всех возможных конфигураций способов построения сети НЦТВ. Обозначенные проблемы в полной мере не решены, что не позволяет решить проблему оценки эффективности как уже существующих, так и готовящихся к строительству сетей телерадиовещания.

В целом, проблема оптимизации сетей НЦТВ и их параметров в настоящее время является не достаточно изученной и однозначно требует дальнейших, более глубоких, исследований, что определяет актуальность настоящих диссертационных исследований.

Цель работы и задачи исследований

Целью настоящей работы являются исследования, направленные на оптимизацию, как параметров, так и способов построения сетей НЦТВ, обеспечивающих сплошное покрытие заданной территории. Для достижения указанной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать существующие способы построения сети НЦТВ.

2. Разработать методику многопараметрической оптимизации сети НЦТВ.

3. Разработать методику оптимизации параметров РТПС сети НЦТВ.

4.Разработать методику оценки эффективности комбинированной сети НЦТВ, состоящей из мощных РТПС и ретрансляторов.

5. Провести исследования способов оптимального построения сетей НЦТВ с помощью алгоритмов оптимизации.

Методы исследования

Для решения поставленных задач используются методы исследования построения сетей НЦТВ, теории распространения радиоволн, а также методы вычислительной математики и программирования. Часть результатов получена с использованием численных методов, реализованных в среде «Mathcad».

Научная новизна результатов работы

Научная новизна данной диссертационной работы заключается в разработке

и применении методик оптимизации параметров сети НЦТВ и оценки эффективности способов построения сети НЦТВ и состоит в следующем:

1 Разработана методика многопараметрической оптимизации сети НЦТВ на основе показателя оценки эффективности способов построения сети НЦТВ;

2 Разработана методика оптимизации параметров РТПС сети НЦТВ на основе коэффициента использования потенциала РТПС;

3 Разработана методика оценки эффективности комбинированной сети НЦТВ, состоящей из мощных и маломощных РТПС (ретрансляторов).

Практическая ценность результатов

Проведенные исследования, разработанные методики и полученные результаты использовались при тестовой эксплуатации оборудования сети НЦТВ ООО «Телекомпания ТВК+» в г. Бердске, что подтверждается актом внедрения.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ) на кафедре систем радиосвязи (СРС) и также подтверждены актом об использовании результатов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1 Российская научно-техническая конференция «Современные проблемы телекоммуникаций» «Заседание научной секции Радиосвязь». СибГУТИ, Новосибирск - 2007, 2008, 2009, 2010, 2014, 2015, 2016.

2 Российская научно-техническая конференция «Обработка информационных сигналов и математическое моделирование», г. Новосибирск, 2012 г.

3 53-я Международная научная студенческая конференция, г. Новосибирск, 2015 г.

4 VII международная научно-практическая конференция «Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований», Северный Чарльстон, США, 2015 г.

Основные положения работы, выносимые на защиту

1 Методика многопараметрической оптимизации сети НЦТВ.

2 Методика оптимизации параметров РТПС на основе коэффициента использования потенциала РТПС.

3 Методика оценки эффективности сети НЦТВ, состоящей из мощных РТПС и ретрансляторов.

Публикации

По результатам работы над диссертацией опубликовано 19 печатных работ, включая: 4 статьи в журналах рецензируемых ВАК РФ, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 2 статьи в отраслевых изданиях, 12 тезисов докладов на международных и российских научных конференциях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Она содержит 150 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 17 таблиц, 3 приложения. В библиографию включено 63 наименования.

Краткое содержание работы

Во введении приводится анализ существующего положения в развитии цифрового наземного телерадиовещания, анализируются используемые в настоящее время методы планирования и внедрения сетей НЦТВ. Сформулированы цели и задачи диссертационного исследования, показаны

научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Приведены научные результаты, выносимые на защиту, указаны состав и структура диссертации.

В первой главе кратко расматривается система наземного цифрового телерадиовещания стандарта «ЮУВ-Т2». Рассматриваются принципы частотно-территориального планирования в сетях наземного телерадиовещания с помощью анализа одночастотных и эталонных сетей и этапов проектирования сетей НЦТВ. Рассматривается существующие методы определения параметров РТПС сети НЦТВ и определение напряжённости поля по кривым распространения в соответствии с рекомендациями № Р.1546 и ЕВи-ТЕСН 3348 отделения «Радиосвязь» международного союза электросвязи (МСЭ-Р). Рассматриваются существующие способы построения сетей НЦТВ и осуществляется обоснование актуальности исследований по нахождению и оценки оптимального проекта сети НЦТВ и оптимальных параметров сети НЦТВ.

Во второй главе приводится анализ универсальной модели однородной сети и принимается решение о том, что анализ сетей НЦТВ необходимо проводить именно на основе универсальной модели однородной сети. Производится определение всех основных параметров передатчиков сети НЦТВ и вводится критерий оценки эффективности сети НЦТВ - показателя эффективности сети

Л

НЦТВ - ад (руб./км2), характеризующего затраты на обслуживание наземным

л

цифровым телевизионным вещанием 1 км2 покрываемой территории. Для

Л

определения Г(х) (руб./км ) и дальнейшей многопараметрической оптимизации сети НЦТВ проводится анализ и определение технико-экономических показателей сети НЦТВ.

В третьей главе вводится коэффициент использования потенциала РТПС (т), характеризующий процент зоны обслуживания РТПС, взятый относительно расстояния прямой видимости. Проводятся исследования параметров сети НЦТВ, таких как: эффективной излучаемой мощности РТПС, удельных капитальных затрат на РТПС, мощности сигнала и мощности помехи на входе приёмника, распределения вероятностей суммы логнормальных случайных величин

мощности сигнала и мощности помехи, территориального разноса между РТПС сети НЦТВ и количества требуемых частотных каналов с учётом помех в сети НЦТВ. На основе разработанной методики приводятся полученные результаты оптимизации параметров РТПС с помощью коэффициента m.

В четвёртой главе анализируется ситуационный план одночастотной сети НЦТВ на основе ЭС1 и комбинированной одночастотной сети НЦТВ (с ретрансляторами) и по предложенной в данной главе методике производится определение и оптимизация координационного расстояния и размерности кластера, в том числе с применением методики уменьшения зоны обслуживания ретрансляторов, а также определение и оптимизация суммарной излучаемой мощности и интенсивности электромагнитного излучения РТПС для различных способов построения сети НЦТВ. Производится определение показателя эффективности В F(x) для комбинированной одночастотной сети НЦТВ и оценка способов построения сети НЦТВ.

В пятой главе проводятся исследования показателя эффективности F(x) с помощью «Программы построения оптимального проекта сети наземного цифрового телевизионного вещания с регулярным размещением передающих станций» на базе вычислительного кластера F «Jet» как на основе как последовательного, так и параллельного алгоритмов оптимизации сети НЦТВ. Производятся определение и анализ результатов оптимизации показателя F(x) для различных способов построения сети НЦТВ. На основе модели однородной смоделирован оптимальный проект сети с применением карты Новосибирской области.

Заключение содержит выводы по результатам работы, формулировку основных научных и практических результатов диссертационной работы.

1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТИ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

По всему миру широкое развитие получает цифровое наземное телевидение стандарта «DVB-T2», и многие страны достигли охвата более 90% населения, по меньшей мере, двумя или тремя национальными сетями. Необходимость достижения большого процента охвата для трансляция большого количества телевизионных программ в цифровом качестве приводит к использованию при внедрении наземного цифрового телевизионного вещания (НЦТВ) как конфигурации одночастотной сети (ОЧС), в которой соседние РТПС охватывают перекрывающиеся зоны обслуживания одними и теми же программами по одним и тем же радиочастотным каналам, так и конфигурации многочастотной сети (МЧС), охватывающей смежные зоны обслуживания по различным радиочастотными каналами [9].

1.1 Система цифрового наземного телевизионного вещания стандарта «DVB-T2»

«DVB-T2» (англ. Digital Video Broadcasting - Second Generation Terrestrial) -второе поколение стандарта DVB-T, европейского стандарта эфирного цифрового наземного телевизионного вещания. «DVB-T2» призван увеличить на 30-50% ёмкость сетей эфирного наземного цифрового телевизионного вещания по сравнению с DVB-T при той же инфраструктуре сети и частотных ресурсах. В «DVB-T2» используется стандарт сжатия видео MPEG-4 с модуляцией OFDM [41]. Скорость потока до 50 Мбит/с. «DVB-T2» является последним в семействе стандартов DVB эфирного наземного цифрового телевизионного вещания, так как физически невозможно реализовать более высокую «скорость передачи информации в единице спектра» [6, 7, 44, 45].

Кратко опишем особенности «DVB-T2». В «DVB-T2» используется OFDM модуляция с большим количеством поднесущих, обеспечивающая устойчивый сигнал. Для выполнения коррекции ошибок в «DVB-T2» применяется такое же кодирование, которое было выбрано для DVB-S2. Сочетание кодирования с

низкой плотностью проверок на чётность (LDPC) и кодирования Боуза - Чоудхури - Хоквингема (БЧХ) обеспечивает очень устойчивый сигнал и превосходное качество в условиях с высоким уровнем шумов и помех.

Для «DVB-T2» был выбран вариант OFDM (ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием) c защитными интервалами (GI-OFDM). Длина защитного интервала выбирается в зависимости от расчетной протяженности эфирного тракта и других параметров сети передачи. Стандарт «DVB-T2» предлагает более широкий ряд размерностей FFT и защитных интервалов: размерности FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K; Относительная длительность защитных интервалов: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4.

Высшая модуляция в «DVB-T2» увеличена до 256-QAM, она позволяет передавать одним символом 8 бит. Несмотря на то, что этот тип модуляции более чувствителен к ошибкам, обусловленным шумом, тестовая имитация показала, что LDPC FEC обеспечивает 30% увеличение эффективности использования канала по сравнению с DVB-T при типовых условиях передачи.

В системах OFDM используются распределенные пилот-сигналы. В «DVB-T2» введены восемь разных вариантов размещения пилот-сигналов. Каждому варианту относительной длительности защитного интервала соответствует несколько возможных опций размещения пилот - сигналов. Они динамически выбираются в зависимости от текущего состояния канала, что позволяет оптимизировать их количество.

Начало кадра «DVB-T2» индицируется коротким OFDM-символом P1, представляющим собой 1K OFDM-символ с повторами начала и конца символа на соседних несущих (то есть со сдвигом по частоте). Такая структура символа P1 с одной стороны позволяет легко его выявить, а с другой исключает возможность имитации символа каким-либо фрагментом основного кадра. Тем самым обеспечивается простой и надежный механизм выявления трансляции «DVB-T2»-ресивером.

В «DVB-T2» используется три каскада перемежений - а) битовый перемежитель: рандомизирует биты в пределах FEC-блока; б) временной

перемежитель: перераспределяет данные FEC-блока по символам в рамках кадра «ВУБ-Т2». Это повышает устойчивость сигнала к импульсному шуму и изменению характеристик тракта передачи и в) частотный перемежитель: он рандомизирует данные в рамках OFDM-символа с целью ослабить эффект селективных частотных замираний.

В «ЭУБ-Т2» используется новаторская техника поворота созвездия на определенный круговой угол. Такой поворот существенно повышает устойчивость сигнала при типичных проблемах эфира.

Технология «ЭУБ-Т2» включает факультативную возможность использования кода «Аламоути-2», который создает возможность приема от двух передатчиков. Это кодирование совместно с изменением формата пилот-сигналов дает возможность без потерь разделить и отдельно декодировать сигналы, принятые из двух разных эфирных каналов.

Значительную долю расходов на передачу составляет стоимость электричества, питающего передатчики. OFDM-сигналы характеризуются относительно высоким отношением пиковой и средней мощностей. В связи с этим в «ЭУБ-Т2» включены две технологии, позволяющие снизить это отношение примерно на 20%: 1. Резервирование тона. В этом случае 1% несущих остается в резерве, не перенося никаких данных, но может использоваться передатчиком для введения сигналов, размазывающих пики; 2. Активное расширение созвездия. В этом случае часть крайних точек созвездия отводится дальше от центра так, что это уменьшает пики сигналов. Применение этих двух технологий, в свою очередь, существенно снижает расходы на электропитание [11, 44, 45, 55].

1.2 Основы частотно-территориального планирования в сетях НЦТВ

Как отмечалось выше, в качестве модели для решения задач исследования способов построения сети наземного цифрового телевизионного вещания с различными параметрами сети принимаем однородную сеть регулярной структуры, в которой каждая РТПС находится в равных условиях по расположению и уровню помех (рис. 1.1) [2, 3, 4, 27].

Данный выбор обусловлен ещё и тем, что только на основе модели однородной сети регулярной структуры можно проанализировать влияние всех факторов «DVB-T2» на оптимальное построение сети наземного цифрового телевизионного вещания.

Рисунок. 1.1 - Сотовая структура однородной сети.

1.2.1 Одночастотные и многочастотные сети

Одночастотные сети (ОЧС) дают существенное преимущество, предлагая технологию OFDM в стандарте «DVB-T2». Все передатчики в ОЧС используют один и тот же канал. Они имеют общую зону покрытия и не могут работать независимо. Концепции многочастотных и одночастотных сетей основаны на одной и той же топологии сети, а именно на использовании основных РТПС и, если необходимо, вспомогательных передатчиках (ретрансляторов) для перекрытия «мертвых зон». Проектирования ОЧС представляет собой сложную, комплексную задачу. В одночастных сетях качество приема и размер зоны обслуживания зависит от временной задержки, которая устанавливается для каждого передатчика, входящего в синхронную зону [11,40]. Для ОЧС вещания главным достоинством, при использовании технологии OFDM, является успешная борьба с эхосигналами, которые могут возникать из-за отражений от окружающих предметов или при работе нескольких передатчиков на одном и том же

радиочастотном канале. Главная особенность, позволяющая в сети ОЧС избежать взаимного влияния в зонах, где накладываются сигналы - защитный интервал, который располагается таким образом, чтобы добиться минимизации межсимвольной интерференции. Чем длиннее защитный интервал, тем больше времени, чтобы гасить нежелательное эхо. Но при этом ниже количество данных, которые могут быть переданы [30].

При ОЧС особые требования, прежде всего, предъявляются к точности/стабильности частоты. Для передатчиков МЧС нормой является отклонение в 100 Гц, а для передатчиков ОЧС точность должна быть намного больше. В сетях ОЧС все передатчики должны быть синхронизированы на одной частоте, что обычно обеспечивается сигналом спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС или GPS. Точность/стабильность частоты при этом будет иметь величину порядка 1 Гц. Каждый передатчик ОЧС должен передать тот же самый транспортный поток (TS - цифровой поток данных, содержащий программы) и излучать его синхронно c другими передатчиками. Внутри транспортного потока (при генерации в мультиплексоре) цифровой поток данных разделяют на «мегаструктуры», и в них добавляются данные MIP (пакет инициализации мегаструктуры) для того, чтобы синхронизировать излучение каждого передатчика в сети [40].

Преимущество многочастотной сети (МЧС) состоит в том, что большая часть инфраструктуры существующей аналоговой сети может быть использована повторно. Это дает заметную экономию затрат для вещателя, но может принести выгоду и зрителю. МЧС лишены многочисленных проблем, связанных с синхронизацией передатчиков. В большинстве случае оптимизация МЧС сводится к определению зоны обслуживания для нескольких вариантов размещения РТПС и выбора наилучшего. Нужно отметить, что технология OFDM способна использовать с выгодой некоторые виды эхосигналов (которые усиливают принимаемый сигнал) и игнорировать эхосигналы, которые сказываются отрицательно на полезном сигнале.

Основным преимуществом концепции одночастотных сетей по сравнению с многочастотной концепцией является эффективность использования радиочастотного спектра (рис. 1.2). Эффективность использования радиочастотного спектра является важным свойством в ситуации, когда ресурсов радиочастотного спектра недостаточно [11, 12, 18, 40].

Рисунок. 1.2 - Использование частотного ресурса в многочастотных и

одночастотных сетях.

1.2.2 Этапы проектирования сетей наземного цифрового телевизионного вещания

Основным этапом проектирования сети цифрового телевизионного вещания является этап частотно-территориального планирования (ЧТП). Согласно [1] под ЧТП понимается выбор района работ, места размещения радиотелевизионной передающей станции (РТПС), типа и мощности передатчиков, высоты установки антенн; распределение частот между РТПС с учетом обеспечения внутрисистемной и межсистемной ЭМС РЭС; определение зоны обслуживания РТПС и зоны помех. Таким образом, ЧТП включает в себя этап частотного

планирования, на котором происходит выбор и назначение частот РТПС уполномоченным федеральным органом, а также этап территориального планирования.

Первый этап ЧТП соответствует подготовке района работ на цифровой карте местности. Он включает в себя анализ обслуживаемой территории (в результате которого необходимо получить данные о рельефе местности, распределение населения, рекомендуемые участки для размещения РТПС), задание границ района работ, начального расположения РТПС, ввод исходных параметров сети и характеристик оборудования.

На втором этапе ЧТП проводится определение зон обслуживания РТПС по заданному уровню поля на их границе, а также зон помех от РТПС планируемой сети на основе статистической модели. Зона помех оценивается в виде зоны обслуживания РТПС, в которой уровень напряжённости поля превышает минимальный допустимый уровень напряженности поля на величину защитного отношения [34].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сартаков Константин Валерьевич, 2019 год

Список литературы

1. Локшин М.Г., Шур А.А., Кокорев А.В., Краснощёков Р.А. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания. Справочник. М.: Радио и связь, 1988 - 63 с.

2. Спирина Е.А. Проектирование сетей телевизионного и звукового вещания на основе параметрической оптимизации и геоинформационных технологий: Дис-к-та тех. наук. - Казань, 2003. - 145 с.

3. Носов В.И. Оптимизация параметров сетей телевизионного и цифрового вещания. - Новосибирск: СибГУТИ, 2005. - 257 с.

4. Носов В.И. Эффективность секторных антенн и методов модуляции в сетях радиосвязи. - Новосибирск: СибГУТИ. 2008. - 235 с.

5. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: Учебное пособие - М.: Радио и связь, 1986. - 216 с.

6. Омелянюк И.В. Цифровое эфирное телевидение. Практика, новые направления развития цифрового эфирного телевидения и создания цифровых эфирных телесетей. - Санкт-Петербург: Изд-во «Телеспутник». 2010. - 152 с.: ил.

7. ГОСТ Р. Телевидение вещательное цифровое. Передающее оборудование для цифрового наземного телевизионного вещания DVB-T/T2. Технические требования. Основные параметры. Методы измерения. - Москва, 2013. - 36 с.

8. Песков С.Н. Аналитические методы расчёта напряжённости поля, создаваемого передатчиком // Телеспутник - 2008. - № 10 (156) - С. 94 - 96, 56 -62.

9. Мамаев Н.С., Мамаев Ю.Н., Теряев Б.Г. «Системы цифрового телевидения и радиовещания» // М.: Горячая линия - Телеком, 2007, 254с.

10. Смирнов А.В., Пескин А.Е. «Основы телевидения от теории к практике» // М.: Горячая линия - Телеком, 2005, 349с.

11. Цифровое наземное телевизионное вещание в диапазонах ОВЧ/УВЧ: Справочник. М.: МСЭ - Бюро радиосвязи, 2002.

12. Рекомендации МСЭ-R Р.1546-3 Подвижные службы и службы радио определения. Серия М, - Женева, 2003. С. 447.

13. Recommendation ITU-R P.1546-1 (Method for point-to-area predictions for terrestrial services in the frequency range 30 MHz to 3000 MHz), - Женева, 2003г. -53 с.

14. EUROPEAN BROADCASTING UNION. PLANNING CRITERIA FOR MOBILE DVB-T/T2. BPN 047. 14 February 2002.

15. Eden H., Fastert H. W., Kaltbeitzer K.H. Methods for planning of television networks on the basis of absolute minimum spacing. Technical Centre of EBU., Documents Tech. 3080-E,1960, may, p.p. 9-28.

16. A directory on a digital land television announcement. The international union of telecommunication, radio communication Bureau. - Женева, 2002. - 268 с.

17. Frequency and network planning aspects of «DVB-T2», «EBU-TECH 3348», status: report, version 3.0 - Женева, ноябрь 2013г. - 128 с.

18. Заключительные акты региональной конференции радиосвязи по планированию цифровой наземной радиовещательной службы в частях районов 1 и 3 в полосах частот 174 - 230 МГц и 470 - 862 МГц. МСЭ-R РКР-06, -Женева, 15 мая - 16 июня, 2006. С. 304.

19. Сайкин Н.М., Трунов В.И. Принципы технического планирования передающих сетей телевизионного и УКВ вещания. - М.: Связьиздат, 1960.

20. Калашников Н.И., Дороднов И.Л., Крупицкий Э.И., Носов В.И. Системы радиосвязи. / Под ред. Калашникова Н.И. Учебник для ВУЗов связи. - М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.

21. Лесин В.В., Лисовец Ю.П. Основы методов оптимизации. - М.: Изд-во МАИ, 1995. - 344с.

22. Носов В.И., Кокорев А.В., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. Оптимизация параметров телевизионной сети. // Радио и телевидение ОИРТ. - 1986. - № 3. С. 36 - 40.

23. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. К определению оптимальных параметров передающей сети ТВ вещания. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1984 г. - С. 56.

24. Троицкий В.Н., Шур А.А. Особенности распространения радиоволн в диапазоне 0.5.. .3 ГГц // Электросвязь, 1995. - №8. - С. 36 - 37.

25. Аль-Кубати Али Абдо Мохаммед. Исследование и разработка методов оптимального планирования сети наземного цифрового звукового радиовещания в ОВЧ - диапазоне. //Дис- канд. тех. наук. - Новосибирск, 2001. -187 с.

26. Конторович Т.А. Разработка и исследование метода синтеза структуры передающей сети телевизионного вещания: Автореферат канд. тех. наук, - М., 1987. - 19с.

27. Носов В.И. Разработка и исследование методов обеспечения электромагнитной совместимости в сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания на основе их оптимального планирования: Дис- д-ра техн. наук. - Новосибирск, 1998. - 318 с.

28. Носкова Н.В. Исследование и разработка методов оптимального частотно -территориального планирования в сетях радиосвязи: Дис- канд. техн. наук. -Новосибирск, 1998. - 166 с.

29. Бактеев В.Н., Исследование методик оптимизации параметров радиотелевизионных РТПС на основе геоинформационной системы: Дис- к-та тех. наук.- Новосибирск, 2011. - 207 с.

30. Guide on SFN Frequency Planning and Network Implementation with regard to T-DAB and DVB-T / BPN 066, Issue 1.0, July 2005.

31. M. Lanza, A.L. Gutierrez, I. Barriuso, M. Domingo, J.R. Perez, L. Valle, and J. Basterreehea, «Optimization of Single Frequency Networks for DVB-T Services Using SA and PSO» European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2011), April 2011. - 702-706 с.

32. Anedda, M, Morgade, J., Murroni, M., Angueira, P., Arrinda, A., Perez, JR, Basterreehea, J., «Heuristic optimization of DVB-T / H SFN coverage using PSO and

SA algorithms», Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB), 2011 IEEE International Symposium on. - 1-5 с.

33. Школьный С.И. К вопросу об оптимизации сетей телевизионного вещания стандарта DVB T/T2// - Телекоммуникации и Транспорт. - 2013. - №3. - С.16-20.

34. Конторович Т.А. Разработка частотного плана передающей сети телевизионного вещания // Тез. докл. IV Всесоюз. научно-технической конф. по повышению качества функционирования и надёжности информационных систем и их элементов (Вычислительный центр СО АН СССР). - Новосибирск: 1981. С. 176-177.

35. Конторович Т.А. Метод синтеза оптимальной структуры передающей сети телевизионного вещания (ПСТВ), основанный на случайном поиске» // Тез. докл. V Всесоюз. научно - технической конф. по надёжности и качеству функционирования информационных сетей и их элементов (Вычислительный центр СО АН СССР, Новосибирск, 1985 г.). - Новосибирск: 1985. С. 51-53.

36. Смирнов А.В. «Основы цифрового телевидения» // М.: Горячая линия -Телеком, 2001, 224с.

37. Struzak R.G. Optimum frequency planing: a new concept // Telecommunication Journal. - 1982. V. 49. № 1. - р. 29-36.

38. Концепция федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009 - 2015 годы» Утверждена распоряжением правительства Российской Федерации от 21 сентября 2009 г. № 1349-р.

39. Носов В.И., Сартаков К.В. Оптимальное построение наземной сети цифрового телевизионного вещания// Вестник СибГУТИ. - 2009. - №2. - С.46-54.

40. Одночастотные сети // Broadcasting Телевидение и радиовещание. - 2006 -№ 2.- 77 - 80 с.

41. Гласман К. Методы передачи данных в цифровом телевидении. Часть 3. Стандарт цифрового наземного телевидения DVB-T // 625. ТВ информационно - технический журнал. 1999. - № 9 . - с. 72 - 85.

42. ГОСТ Р. Телевидение вещательное цифровое. Планирование наземных сетей цифрового телевизионного вещания. Технические основы - Москва, 2009. - 129 с.

43. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной связи, Электросвязь, №8, 1993. Technical basis for T-DAB services network planning and compatibility with existing broadcasting services. EBU, BPN003, Third Issue, 2003, p.p. 200.

44. Докторович, Васехо, Строганов. Достоинства цифры // Журнал Радиочастотный спектр - 2009. - № 1 - С. 26 - 31.

45. Сайт проекта www.dvd.org/worldwide ««DVB-T2»-2nd generation terrestrial Broadcasting».

46. Хорошевский, В.Г. Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие / В.Г. Хорошевский. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 520 с. - (Информатика в техническом университете, ISBN 987 5 7038 3175 5).

47. Курносов, М.Г. Модели и алгоритмы вложения параллельных программ в распределенные вычислительные системы: дис. канд. тех. наук / М.Г. Курносов - Новосибирск, 2008. - 140 с.

48. PARALLEL.RU - Информационно аналитический центр по параллельным вычислениям [Электронный ресурс] / Лаборатория Параллельных информационных технологий НИВЦ МГУ. - Режим доступа: http://parallel.ru. -Загл. с экрана. - яз. рус., англ.

49. Гришагин, В.А., Свистунов, А.Н. Параллельное программирование на основе MPI. Учебное пособие — Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2005. - 93 с. — ISBN 5-85746-758-6

50. Сайт проекта MPI [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi, свободный.

51. Сайт проекта MPICH2 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.mcs.anl.gov/research/proj ects/mpich2/, свободный.

52. Шпаковский, Г.И., Серикова, Н.В. Программирование для

многопроцессорных систем в стандарте MPI: Пособие / Мн.: БГУ, 2002. — 323 с. — ISBN 985-445-727-3

53. Сайт проекта OpenMP [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http : //openmp .org/wp, свободный.

54. Курносов М.Г., Блинов С.Ю., Сартаков К.В. Исследование масштабируемости параллельных алгоритмов построения оптимальной сети наземного цифрового телевизионного вещания // Российская научно-техническая конференция «Обработка информационных сигналов и математическое моделирование». - Новосибирск, 2012. - С. 157, 158.

55. Попов А.С., Исследование и разработка интерактивных устройств для повышения помехоустойчивости систем эфирного цифрового телевизионного вещания: Дис- к-та тех. наук.- Новосибирск, 2011. - 207 с.

56. Цифровые телевизионные передатчики серии «Полярис ТВЦ» и серии «Полярис ТВЦ эко». Каталог оборудования. 2014 - 29 с.

57. Федеральная автоматизированная информационно-аналитическая система в области использования радиочастотного спектра и средств массовой информации. // [Электронный ресурс]: Финансовый калькулятор: URL: http://www.fais-rfs.ru/cabinet/tasks/finance/spektrumfee.aspx.

58. Быховский М.А., Носов В.И. Основы частотно-территориального планирования наземного цифрового звукового вещания. Учебное пособие./Под ред. М.А. Быховского. М.: КРАСАНД, 2012. - 368 с.

59. Быховский М.А., Васильев А.В., Носов В.И. и др. Основы управления использованием радиочастотного спектра. Том 3: Частотное планирование сетей телерадиовещания и подвижной связи. Автоматизация управления использованием радиочастотного спектра. Монография./Под ред. М.А. Быховского. М.: КРАСАНД, 2012. - 368 с.

60. Методика расчета зоны обслуживания РЭС наземного цифрового телевизионного вещания системы DVB-T2 для фиксированного приема в полосах частот 174-230 и 470-790 МГц. Решение ГКРЧ № 14-26-10. 2014. - 43 с.

61. Сподобаев В.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. - М.: Радио и связь, 2000 - 240 с.

62. ГОСТ Р 55815-2013 «Безопасность объектов и средств связи. Методы исследований и расчета уровней электромагнитных излучений при проектировании объектов связи». М.: Стандартинформ, 2014. - 8 с.

63. Носов В.И., Курносов М.Г., Сартаков К.В. Программа построения оптимального проекта сети наземного цифрового телевизионного вещания с регулярным размещением передающих станций / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014615853 выданное Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 04 июня 2014 года.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Определение минимального значения напряженности поля.

Таблица 1.2 Расстояния (км), используемые в таблицах расчета полей напряженности_

1 14 55 140 375 700

2 15 60 150 400 725

3 16 65 160 425 750

4 17 70 170 450 775

5 18 75 180 475 800

6 19 80 190 500 825

7 20 85 200 525 850

8 25 90 225 550 875

9 30 95 250 575 900

10 35 100 275 600 925

11 40 110 300 625 950

12 45 120 325 650 975

13 50 130 350 675 1000

Таблица 1.3 Зависимость функции х от заданного значения х.

01 (?/100) Ц%о 01 (?/100) Ц%о 01 (?/100) Ц%о 01 (7/100)

1 2,327 26 0,643 51 -0,025 76 -0,706

2 2,054 27 0,612 52 -0,050 77 -0,739

3 1,881 28 0,582 53 -0,075 78 -0,772

4 1,751 29 0,553 54 -0,100 79 -0,806

5 1,645 30 0,524 55 -0,125 80 -0,841

6 1,555 31 0,495 56 -0,151 81 -0,878

7 1,476 32 0,467 57 -0,176 82 -0,915

8 1,405 33 0,439 58 -0,202 83 -0,954

9 1,341 34 0,412 59 -0,227 84 -0,994

10 1,282 35 0,385 60 -0,253 85 -1,036

11 1,227 36 0,358 61 -0,279 86 -1,080

12 1,175 37 0,331 62 -0,305 87 -1,126

13 1,126 38 0,305 63 -0,331 88 -1,175

14 1,080 39 0,279 64 -0,358 89 -1,227

15 1,036 40 0,253 65 -0,385 90 -0,282

16 0,994 41 0,227 66 -0,412 91 -1,341

17 0,954 42 0,202 67 -0,439 92 -1,405

18 0,915 43 0,176 68 -0,467 93 -1,476

19 0,878 44 0,151 69 -0,495 94 -1,555

20 0,841 45 0,125 70 -0,524 95 -1,645

21 0,806 46 0,100 71 -0,553 96 -1,751

22 0,772 47 0,075 72 -0,582 97 -1,881

23 0,739 48 0,050 73 -0,612 98 -2,054

24 0,706 49 0,025 74 -0,643 99 -2,327

25 0,674 50 0,000 75 -0,674

Таблица 1.4 Значения усиление приемной антенны Оа

Частота (МГц) 500 800

Усиление антенны (дБ) 10 12

Таблица 1.5 Значения коэффициента, характеризующий потери в фидере на приемной стороне ас

Частота (МГц) 500 800

Потери в фидере (дБ) 3 5

Таблица 1.6 Отношение С/Ш для Гауссовского канала (дБ)

Вид Скорость внутреннего Отношение с/ш для Гауссовского канала (дБ) (C/N

модуляции кода Gauss-raw)

QPSK 1/2 1

QPSK 3/5 2,2

QPSK 2/3 3,1

QPSK 3/4 4,1

QPSK 4/5 4,7

QPSK 5/6 5,2

16-QAM 1/2 6,2

16-QAM 3/5 7,6

16-QAM 2/3 8,9

16-QAM 3/4 10

16-QAM 4/5 10,8

16-QAM 5/6 11,3

64-QAM 1/2 10,5

64-QAM 3/5 12,3

64-QAM 2/3 13,6

64-QAM 3/4 15,1

64-QAM 4/5 16,1

64-QAM 5/6 16,7

256-QAM 1/2 14,4

256-QAM 3/5 16,7

256-QAM 2/3 18,1

256-QAM 3/4 20

256-QAM 4/5 21,3

256-QAM 5/6 22

Таблица 1.7 Поправки для РР (шаблона пилот сигналов)

Шаблон пилот сигналов РР PP1 PP2 PP3 PP4 PP5 PP6 PP7 PP8

A = BER 10-7 Correction 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

B = Pilot Boost Correction 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,3 0,4

C = Real Channel Estimation 2 2 1,5 1,5 1 1 1 1

Таблица 1.8 Поправка по ограничивающему уровню шума

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Я[дБ] 0,07 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,28 0,36 0,46 0,58 0,75 0,97 1,26 1,65 2,2 3,02 4,33 6,87

Таблица 1.9 Поправки для корректировки

Вид модуляции Скорость внутреннего кода DELTA C/NRice (дБ) DELTA C/NRayleigh (дБ)

QPSK 1/2 0,2 1

QPSK 3/5 0,2 1,3

QPSK 2/3 0,3 1,8

QPSK 3/4 0,3 2,1

QPSK 4/5 0,3 2,4

QPSK 5/6 0,4 2,7

16-QAM 1/2 0,2 1,5

16-QAM 3/5 0,2 1,7

16-QAM 2/3 0,2 1,9

16-QAM 3/4 0,4 2,4

16-QAM 4/5 0,4 2,8

16-QAM 5/6 0,4 3,1

64-QAM 1/2 0,3 2

64-QAM 3/5 0,3 2

64-QAM 2/3 0,3 2,1

64-QAM 3/4 0,3 2,6

64-QAM 4/5 0,5 3,1

64-QAM 5/6 0,4 3,4

256-QAM 1/2 0,4 2,4

256-QAM 3/5 0,2 2,2

256-QAM 2/3 0,3 2,3

256-QAM 3/4 0,3 2,6

256-QAM 4/5 0,4 3

256-QAM 5/6 0,4 3,4

Таблица 1.10 Показатели сети НЦТВ для IV и V частотных диапазона.

№ п/п Вид модуляции (М) Скорость внутреннего кода (СК) Е (75%), мин 4 ' ' (дБ/мкВ/м) Лащ, (дБ) Е (95%), мин 4 ' ' (дБ/мкВ/м)

Диапазон частот Фиксированный приём (ФП) Диапазон частот

IV V IV V

1 ОРБК 1/2 27,820 30,142 3,7 36,82 39,142

2 0РБК 3/5 29,020 31,342 4,9 38,02 40,342

3 0РБК 2/3 30,020 32,342 5,9 39,02 41,342

4 0РБК 3/4 31,020 33,342 6,9 40,02 42,342

5 0РБК 4/5 31,620 33,942 7,5 40,62 42,942

6 0РБК 5/6 32,220 34,542 8,1 41,22 43,542

7 16-0АМ 1/2 33,020 35,342 8,9 42,02 44,342

8 16-0АМ 3/5 34,420 36,742 10,3 43,42 45,742

9 16-0АМ 2/3 35,720 38,042 11,6 44,72 47,042

10 16-0АМ 3/4 37,020 39,342 12,9 46,02 48,342

11 16-0АМ 4/5 37,820 40,142 13,8 46,82 49,142

12 16-0АМ 5/6 38,320 40,642 14,4 47,32 49,642

13 64-0АМ 1/2 38,420 40,742 13,3 47,42 49,742

14 64-0АМ 3/5 39,220 41,542 15,2 48,22 50,542

15 64-0АМ 2/3 40,520 42,842 16,5 49,52 51,842

16 64-0АМ 3/4 42,060 44,362 18 51,06 53,362

17 64-0АМ 4/5 43,290 45,612 19,3 52,29 54,612

18 64-0АМ 5/6 43,870 46,152 19,8 52,87 55,152

19 256-0АМ 1/2 44,570 46,892 17,4 53,57 55,892

20 256-0АМ 3/5 44,670 46,992 19,6 53,67 55,992

21 256-0АМ 2/3 45,170 47,552 21,2 54,17 56,552

22 256-0АМ 3/4 47,210 49,532 23,2 56,21 58,532

23 256-0АМ 4/5 48,710 51,032 24,8 57,71 60,032

24 256-0АМ 5/6 49,530 51,852 25,6 58,53 60,852

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Программа построения оптимального проекта сети наземного цифрового телевизионного вещания с регулярным размещением передающих станций.

Рисунок 5.1 - Блок-схема выполнения Программы.

Находим к_т/и к_тр, между которыми лежит к

I

Возвращение значения радиуса из НаЪ для г100_шр

к ¡п/= к отр = к

1

Возвращение значе для ния радиуса из НаЪ г100

Возвращение значения радиуса из НаЪ для г100_1п/

г100 = г100_т/+ (г100_тр - г100_т/) * log10(к / к_1п/) / log10(к_шр / к_1п/);

Поиск к_1п/и к_тр, между которыми лежит к

Возвращение значения радиуса из НаЪ

для г600_шр

Т

к ¡п/ = к отр = к

1

Возвращение значе для ния радиуса из НаЪ г600

Возвращение значения радиуса из НаЪ для г600_1п/

Т.

г600 = г600_т/+ (г600_шр - г600_т/ * %10(к / к_1п/) / log10(к_шр / к_1п/);

I

Вычисление радиуса Я действия передатчика г_юпв = г600 + (г100 - г600) * ^10(//100.0) / Щ10(600 /100)

Рисунок 5.2 - Блок-схема функции вычисления радиуса действия РТПС.

(C0) compute_tvtransmitter_cost: Возращает капитальные затраты на TV-Передатчик

т ^

(C1) compute_cable_cost: Возращает капитальные затраты на коаксиальный кабель диаметра d метров (руб/м)

i ~~ (C2) compute_antenna_cost: Возращает капитальные затраты на антенну (руб)

(C3) compute_tvmast_cost: Возращает капитальные затраты на антенно-мачтовые сооржунения (руб)

*

(C4) compute_tvmtransmitter_op_cost: Возращает эксплуатационные затраты на передатчик (руб/ ч)

~ Г

(C5) compute_freq_cost: Возращает капитальные затраты на частоту (руб)

(C6) compute_freq_op_cost: Возращает

эксплуатационные затраты на Частоту (руб/мес)

_ * _

Вычисление стоимости сети (руб)

cost = (C0 + C1 + C2 + C3 + C4) * количество_станций / (Пи * r_zone * r_zone * 0.832) + (C5 + C6) * размер_кластера * (Пи * r_zone * r_zone * 0.832)

Рисунок 5.3 -

Блок-схема функции вычисления стоимости сети.

Листинг - Программа построения оптимального проекта сети наземного

цифрового телевизионного вещания с регулярным размещением передающих

станций на псевдокоде. /*

* dtv.c: Вычисление стоимости проекта сети наземного цифрового

* телевизионного вещания.

*

*/

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #include <float.h> #include <limits.h>

#include <sys/time.h>

#include "dtv.h"

double costmin = 1E18; int projectbest = 0; double h_sup, h_inf; double etab5050_100[etab_size * 9] double etab5050_600[etab_size * 9] double etab5010_100[etab_size * 9] double etab5010_600[etab_size * 9] int rtab[etab_size]; double h100_sup, h100_inf; int ishcorrected = 0; int h_sup_idx = 0; int h_inf_idx = 0;

/* error: */

void error(char *msg) {

fprintf(stderr, "Error: %s\n", msg);

exit(EXIT_FAILURE); }

/*

* compute_tvtransmitter_cost: Возращает капитальные затраты на TV-передатчик

* мощностью p Вт (руб.). */

double compute_tvtransmitter_cost(double p) {

return 421.05 * p + 421052.63; }

/*

* compute_cable_cost: Возращает капитальные затраты на коаксиальный

* кабель диаметра d метров (руб/м). */

double compute_cable_cost(double f) {

return 12000 * f + 30; }

/*

* compute_antenna_cost: Возращает капитальные затраты на антенну (руб). */

double compute_antenna_cost(int npannels) {

return 50 * npannels - 2; }

/*

* compute_tvmast_cost: Возращает капитальные затраты на антенно-мачтовые

* сооржунения (руб). */

double compute_tvmast_cost(double h) {

return exp(h / 30) / 3.3 * 1E6; }

/*

* compute_tvmtransmitter_op_cost: Возращает эксплуатационные затраты на

* передатчик (руб/ч). */

double compute_tvmtransmitter_op_cost(double p) {

return 200 * log(p / 2) / log(10) - 250; }

/*

* compute_freq_cost: Возращает капитальные затраты на частоту (руб). */

double compute_freq_cost(double h, double p) {

double eps = 0.1;

if (fabs(p - 5000) < eps) { return 0.213 * h + 13.8; } else if (fabs(p - 1000) < eps) {

return 0.33 * h + 4.44; }

return 0.0; }

/*

* compute_freq_op_cost: Возращает эксплуатационные затраты на частоту

* (руб/мес). */

double compute_freq_op_cost(double p) {

return 530 * log(2 * p); }

/*

* compute_netcost: Вычисляет стоимость сети (руб) с заданными параметрами:

* p - мощность передатчика.

* h - высота подвеса антенны.

* d - диаметр коаксиального кабеля.

* npannels - количество паналей в антенне.

* nhours - длительность эксплуатации передатчика.

* nstations - количество станций.

* sq - площадь покрытия одного передатчика (мЛ2).

* nmounths - длительность эксплуатации частоты (месяцы)

* clustersize - размер кластера. */

double compute_netcost(double p, double h, double d, int npannels, int nhours, int nstations, double sq, int nmounths, int clustersize, double r,

int ftype, int mtype, int projectno) {

double c[7], cost1, cost2, sqval; sqval = sq * 0.832;

c[0] = compute_tvtransmitter_cost(p); c[1] = compute_cable_cost(d) * h; c[2] = compute_antenna_cost(npannels); c[3] = compute_tvmast_cost(h);

c[4] = compute_tvmtransmitter_op_cost(p) * (double)nhours; cost1 = (c[0] + c[1] + c[2] + c[3] + c[4]) * (double)nstations; cost1 = cost1 / sqval;

c[5] = compute_freq_cost(h, p) * 1E3;

c[6] = compute freq op cost(h) * (dou!ble)nmounths;

cost2 = (c[5] + c[6]) * (double)clustersize / sqval; /*

printf("Стоимость проекта №%d сети наземного цифрового телевизионного вещания: %.2f

руб/кмЛ2\п", projectno, costl + cost2);

printf(" Мощность P передатчика: %.0f Вт\п", p);

printf(" Высота H подвеса антенны: %.1f м\п", h);

printf(" Диапазон D частот: %d\n", ftype + 3);

printf(" Вид m модуляции: %d\n", mtype + 1);

printf(" Диаметр d коаксиального кабеля: %.4f м\п", d);

printf(" Количество np панелей на антенне: %d шт.\п", npannels);

printf(" Длительность эксплуатации передатчика: %d ч.\п", nhours);

printf(" Радиус зоны действия передатчика: %.0f км\п", r);

printf(" Количество Ыст станций: %d шт.\п", nstations);

printf(" Площадь S покрытия одного передатчика: %.2f кмЛ2\п", sq);

printf(" Длительность эксплуатации частоты: %d мес.\n", nmounths);

printf(" Размер Скл кластера: %d\n\n", clustersize); */

return costl + cost2; }

double E_min(int f, int m) {

if (f >= 475 && f <= 580) { return emin_d4[m]; } else if (f >= 585 && f <= 860) { return emin_d5[m]; } else {

error("Unknown F and M values"); }

return 0.0; }

/* delta: Погонное затухание фидера */

double delta(int f, double h) {

int f_nchannel = freqtab[f]; double Y = 0.0;

if (f_nchannel == 21) {

Y = 2.22044604925031E-16 + 0.0127999997138977 * h; } else if (f_nchannel == 22) {

Y = 8.69320786516248E-05 + 0.0130998263981031 * h; } else if (f_nchannel == 23) {

Y = -0.0026956641155742 + 0.0134093912926273 * h; } else if (f_nchannel == 24) {

Y = -0.000391369280607901 + 0.013501450151637 * h; } else if (f_nchannel == 25) {

Y = 0.000304325767185532 + 0.0135693916790727 * h; } else if (f_nchannel == 26) {

Y = 8.69502191958027E-05 + 0.0135958261351655 * h; } else if (f_nchannel == 27) {

Y = 0.000304325767185532 + 0.0138012748248335 * h; } else if (f_nchannel == 28) {

Y = 0.000391275986381112 + 0.0139547820713209 * h; } else if (f_nchannel == 29) {

Y = 0.000217318534851074 + 0.0140695660909017 * h; } else if (f_nchannel == 30) {

Y = -0.000304325767185309 + 0.0141906085498091 * h; } else if (f_nchannel == 31) {

Y = 8.69502191958027E-05 + 0.014299825972405 * h; } else if (f_nchannel == 32) {

Y = 0.0144000005722046 * h;

} else if (f_nchannel == 33) {

Y = 1.0884326417937E-07 + 0.0145706658570663 * h; } else if (f_nchannel == 34) {

Y = 0 + 0.0146666669845581 * h; } else if (f_nchannel == 35) {

Y = 0 + 0.0148106660842896 * h; } else if (f_nchannel == 36) {

Y = -8.69139381074469E-05 + 0.0149001730490422 * h; } else if (f nchannel == 37) {

Y = -8.69502191958027E-05 + 0.0149535074372222 * h; } else if (f_nchannel == 38) {

Y = 8.69139381078909E-05 + 0.0150998269509578 * h; } else if (f_nchannel == 39) {

Y = -0.000304325767185532 + 0.0153106084353682 * h; } else if (f_nchannel == 40) {

Y = 0.000304362048273443 + 0.0153987241966137 * h; } else if (f_nchannel == 41) {

Y = -8.69502191958027E-05 + 0.0155241740682851 * h; } else if (f_nchannel == 42) {

Y = 0.00173918578935695 + 0.0155965209767438 * h; } else if (f_nchannel == 43) {

Y = 8.69139381078909E-05 + 0.0157131603351538 * h; } else if (f_nchannel == 44) {

Y = 0.000304362048273443 + 0.0158787243746329 * h; } else if (f_nchannel == 45) {

Y = 0.000217411829077641 + 0.0158988984149435 * h; } else if (f_nchannel == 46) {

Y = 0.00121744819309422 + 0.0160802311828171 * h; } else if (f_nchannel == 47) {

Y = -0.000217375547989729 + 0.0161437678682631 * h; } else if (f_nchannel == 48) {

Y = 8.68983890702779E-05 + 0.0162624933823295 * h; }

else if (f_nchannel == 49) {

Y = -0.000304325767185087 + 0.0164306083209273 * h; }

else if (f_nchannel == 50) {

Y = 8.69502191958027E-05 + 0.0164758256138235 * h; }

else if (f_nchannel == 51) {

Y = -0.000304325767185087 + 0.016643942086593 * h; }

else if (f_nchannel == 52) {

Y = 0.000217411829077641 + 0.0167362314583599 * h; }

else if (f_nchannel == 53) {

Y = -0.00195653542228369 + 0.0168779134612153 * h; }

else if (f_nchannel == 54) {

Y = 8.69502191958027E-05 + 0.0169291594684988 * h; }

else if (f_nchannel == 55) {

Y = 8.70072323344573E-05 + 0.0170464920513872 * h; }

else if (f_nchannel == 56) {

Y = 0.000217375547989729 + 0.0171895654650702 * h; }

else if (f_nchannel == 57) {

Y = 0 + 0.0172373332977295 * h; }

else if (f_nchannel == 58) {

Y = 0.000391275986381334 + 0.0173785515799039 * h; }

else if (f_nchannel == 59) {

Y = -8.69502191958027E-05 + 0.0175241737503936 * h; }

else if (f_nchannel == 60) {

Y = -1.08843264623459E-07 + 0.017642667590708 * h; }

else if (f_nchannel == 61) {

Y = 0 + 0.0177866665522257 * h; }

else if (f_nchannel == 62) {

Y = 0.000304362048273887 + 0.0178787240567415 * h; }

else if (f_nchannel == 63) {

Y = -0.000304362048273443 + 0.0179079428133757 * h; }

else if (f_nchannel == 64) {

Y = -0.000304325767185087 + 0.0181106089439945 * h;