Зона обслуживания РВС – зона, в пределах которой напряжённость поля передатчика равна или выше используемой напряжённости поля. При построении РВС необходимо обеспечить в каждой точке заданной территории приём вещательной программы с заданным качеством при минимальных затратах. В зоне обслуживания РВС напряжённость поля, создаваемая передатчиком, обеспечивает приём вещания на массовую приёмную аппаратуру в L точках с определённым качеством в течение определённого времени (T).
Международная организация радиовещания и телевидения (ОИРТ) рекомендует принимать Т=90%, то есть в течение времени допускается наличие заметных помех. Более высокий процент времени качественного обслуживания невозможно обеспечить из-за отсутствия свободных частотных каналов. Для того чтобы приём РВС в зоне обслуживания был качественным, напряжённость поля передатчика Е должна значительно превосходить напряжённость поля, создаваемую помехами Еп. Если помехи промышленного или природного происхождения, то
,
где - среднеквадратическое значение напряжённости поля помех в полосе 1 кГц; - напряжённость поля соответственно атмосферных, космических, промышленный помех и внутренних шумов приёмника.
Защитное соотношение по высокой частоте – отношение полезного сигнала к мешающему по высокой частоте, которое обеспечивает на выходе приёмника защитное отношение по низкой частоте при точно определённых условиях (разнос между частотами полезной и мешающих станций, тип и глубина модуляции, избирательность приёмника и т.п.). Качество приёма при наличии помех, создаваемых только мешающими станциями, оценивается защитным соотношением А, которое в логарифмических единицах показывает величину необходимого превышения напряжённости поля передатчика Е над напряжённостью поля мешающих станций , , дБ.
Защитное соотношение по звуковой (низкое) частоте – отношение напряжёния полезного сигнала к напряжению помехи , измеренное при заданных условиях на выходе усилителя низкой частоты приёмника и обеспечивающее приемлемое качество передачи. Величина зависит не только от параметров системы вещания, но и от параметров радиоприёмного устройства: избирательности, полосы радиочастот и других показателей (при ЧМ приёме важны степень подавления АМ, влияние побочных нелинейных явлений и т.п.). Поэтому оценивать действие мешающих станций можно лишь с учётом характеристик приёмников.
По рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК), необходимое отношение сигнал/помеха на выходе принимают h = 20…40 дБ. Нормы защитных отношений устанавливают методом субъективных экспертиз. Обычно данные опытов имеют заметный разброс этих величин и при расчётах часто используют некоторый диапазон этих значений.
Заданное качество приёма РВС в зоне обслуживания обеспечивается при условии превышения напряжённости поля, создаваемой радиостанцией, некоторой граничной величины . Величина определяется заданным значением отношения на выходе приёмника, уровнем помех на его входе и способом модуляции несущей. Напряжённость поля можно рассчитать по следующей формуле:
, (5,2)
где E – напряжённость поля земной волны, мВ/м; Р – мощность передатчика кВт; D – коэффициент направленности антенны передатчика;. - функция ослабления, показывающая во сколько раз поле передатчика, расположенного на плоской поверхности земли конечной проводимости, отличается от поля того же передатчика, расположенного на бесконечно проводящей плоскости при прочих равных условиях;
- безразмерный коэффициент; - длина волны, м; - удельная проводимость почвы, мСм/м; r – расстояние между передатчиком и приёмником, км.
При больших расстояниях, когда , для определения Е можно использовать приближённую формулу
Напряженность поля земной волны на заданном расстоянии l от передатчика мощностью Вт Е можно определить по кривым распространения радиоволн.
Мощность передатчика Р, требуемая для получения напряжённости поля , не зависит от количества приёмников, сосредоточенных в зоне обслуживания, поэтому оптимальный выбор её величины (Ропт) и оптимальный радиус зоны обслуживания () определяются из анализа технико-экономических показателей, зависящих от капитальных затрат, отнесённых к единице площади () зоны обслуживания.
При построении вещательной сети необходимо стремится к минимальным затратам. Если требуется разместить РВС на обслуживаемой территории равномерно (идеальный вариант), то станции располагаются по квадратной или треугольной сетке. В первом случае станции мощностью с радиусом зоны обслуживания размещают в вершинах квадратов, во втором – в вершинах треугольников. Минимальное расстояние между РВС при квадратной сетке , площадь зоны обслуживания . При треугольной сетке , а . Количество РВС для обеспечения сплошного вещания на определённой территории при различных вариантах размещения относится как . Отсюда следует, что экономически более эффективна треугольная сетка размещения станций. При этом площадь взаимного пересечения зон обслуживания (заштрихованные участки) меньше и вследствие этого меньше требуемое количество РВС. На практике при создании РВС не всегда придерживаются идеализированных построений и РВС размещают в районах с высокой плотностью населения, вблизи крупных городов.
При размещении РВС на заданной территории необходимо учитывать количество частотных радиоканалов n и размещение каналов по диапазону. Если радиостанции работают без взаимного перекрытия по диапазону, то количество радиоканалов равно количеству РВС. Так, при использовании треугольной сетки размещения ,
S – площадь территории; Sтр – средняя площадь зоны обслуживания одной станции. При работе станций в совмещённых частотных каналах (работающих на одной волне и передающих разные программы) площадь зоны обслуживания каждой станции сокращается из-за появления взаимных помех. Границы зоны обслуживания каждой РВС (границы зоны хорошего приёма) зависят от величины защитного отношения по высокой частоте в децибелах.
, (5,3)
где - граничная напряжённость поля принимаемой РВС; - напряжённость поля мешающей станции на границе зоны обслуживания.
Станции, работающие в совмещённом частотном канале, можно разместить по треугольной сетке, но из более крупных треугольников. Вершины больших треугольников будут одновременно являться и вершинами малых треугольников. Все станции, лежащие вне вершин больших треугольников, должны работать в других частотных каналах.
Количество необходимых частотных каналов n равно отношению большого и малого треугольников.
Подставив значения и в выражение (5,4), получим
, (5,4а)
где - наименьшее расстояние, на котором напряжённость поля помехи мешающей станции становится недопустимой.
Из выражения (5,2) следует, что напряжённость поля на границе зоны хорошего приёма
, а напряжённость помехи
Подставляя выражения для и в выражение (5,4а) и преобразуя, получаем
. (5,5)
Как видно из выражения (5,5), количество необходимых каналов зависит от защитного отношения по высокой частоте и от множителя , зависящего от быстроты убывания напряжённости поля от расстояния. Таким образом, основным путём сокращения количества требуемых радиовещательных каналов является уменьшение защитного отношения по высокой частоте.
6.2 Синхронное радиовещание в ДВ и СВ диапазонах.
При переводе сети РВС на передачу одной программы требуемые защитные
отношения по высокой частоте уменьшаются. Еще большее снижение норм
защитного отношения можно получить при одновременном переводе станций
на передачу одной программы и синхронизации их несущих по частоте или фазе,
т. е. при работе станций в системе синхронного радиовещания. Как следует из выражения (5,5), снижение величины защитного отношения приводит к уменьшению числа требуемых каналов.
Радиовещание в СВ диапазоне имеет следующие преимущества: 1) большая площадь зоны обслуживания в дневное время, когда отсутствуют помехи от пространственных волн дальних мешающих станций; 2) транзисторные приёмники только с ДВ и СВ диапазонами наиболее дешёвы, экономичны в эксплуатации и выпускаются в больших количествах.
Синхронное радиовещание осуществляется главным образом в СВ диапазоне при использовании земной волны. В сетях синхронного вещания нецелесообразно использовать мощные передатчики, работающие пространственной волной, так как это может привести к нарушению их работы при повышении уровня помех от мешающих станций или других источников помех. Значительно устойчивее работа синхронной сети при использовании передатчиков малой и средней мощности, работающих земной волной.
Синхронное радиовещание целесообразно при использовании маломощных передатчиков. Тогда в зонах обслуживания легко получить большую напряжённость поля (10-20 мВ/м), что обеспечит надёжный и качественный приём даже на малочувствительные транзисторные приёмники.
Защитные соотношения сигнал/помеха для сетей синхронного вещания в основном зависят от точности синхронизации несущих частот, разности времени распространения спектральных составляющих сигнала модуляции в трактах первичного распределения программ и на пути распространения радиоволн от передатчиков к приёмнику, характера программы (речь, музыка и т.п.) и параметров приёмных устройств.
В связи с тем, что отдельные синхронные сети в СССР охватывают большую территорию, разность времени прохождения вещательного сигнала в трактах распределения программ и на трассах распространения радиоволн от передатчиков к приёмнику может достигать 15-20мс. При такой временной задержке вещательных сигналов допустимое защитное отношение по оценке «допустимая помеха» должно равняться 8 дБ. Если мс, что характерно для синхронных сетей из близко расположенных маломощных передатчиков, то А=4…6 дБ. В ночное время (из-за замираний) норма защитного отношения должна быть повышена до 7-8 дБ. С учётом отмеченных выше особенностей установлена норма защитного отношения 8 дБ.
7. ОСОБЕННОСТИ РАДИОВЕЩАНИЯ НА КОРОТКИХ ВОЛНАХ.
Короткие волны могут распространяться земной и пространственной
волнами. При использовании земной волны из-за сильного ее поглощения
в почве радиовещание возможно лишь в пределах нескольких десятков километров. Пространственные волны при отражении от ионизированных слоев атмосферы испытывают незначительные поглощения. Это делает короткие волны значительно
более удобными, чем длинные или средние, при передаче информации на большие расстояния. Используя пространственную волну в диапазоне КВ, можно обеспечить передачу вещательных сигналов на расстояние в несколько тысяч километров. Для радиовещания в КВ диапазоне применяют передатчики мощностью 50, 100, 250 и 500 кВт. Допустимое отклонение частоты несущей КВ передатчика регламентировано общесоюзными нормами и составляет ± 10 Гц для передатчика, работающего в индивидуальном или совмещенном частотном канале, и = 0,05 Гц — для передатчика,
работающего в синхронной сети.
Для высококачественного приема в КВ диапазоне защитное отношение
по высокой частоте в совмещенном канале должно составлять 27 дБ.
Удовлетворительное качество приема в совмещенном частотном канале
можно получить при защитном отношении 14—16 дБ. Величина защитного
отношения по соседнему каналу для обеспечения высококачественного
приема составляет 40—43 дБ и 5—10 дБ — для удовлетворительного приема.
Изменение ширины полосы модулирующего сигнала от 10 до 3,4 кГц на
величину защитного отношения по соседнему каналу существенного влияния
не оказывает. Это объясняется сравнительно невысоким весом высокочастотных составляющих в спектре модулирующего сигнала.
Главным недостатком использования коротких волн для вещания являётся то,
что, отражаясь от ионизированного слоя, они не имеют постоянства условий распространения. Непостоянство электронной концентрации слоя приводит к тому,
что при приеме коротких волн появляются глубокие замирания и вследствие этого колебания сигнала. Амплитуда сигнала при замираниях меняется в десятки и даже в
сотни раз. Период замираний, определяемый как промежуток времени между двумя последовательными минимумами или максимумами, колеблется от нескольких десятков
до десятых долей секунды. Так же, как и в зоне дальних замирании диапазона СВ, основной причиной замираний коротких волн следует считать интерференцию нескольких приходящих в место приема лучей, фазы которых в вследствие непостоянства пути распространения волн непрерывно изменяются
Рассмотрим искажения радиосигнала, когда несущая модулирована колебанием частоты . Вследствие интерференции многих лучей, напряжение сигнала на входе приёмника можно представить в выражением, тождественным формуле (6.8)
Поскольку показатель преломления ионосферы зависит от частоты радиосигнала, каждый из трех входящих в состав модулированного сигнала (6.8) лучей распространяется по траектории, отличной от траектории других лучей, и отражается от слоев находящихся на разной высоте. Поэтому характер замирания трех лучей различный. В месте приема модулированного колебания под действием замираний непрерывно и независимо друг от друга изменяются как амплитуды, так и фазы трех спектральных составляющих. Результирующие изменения амплитуд и фаз различные для разных участков полосы частот радиоканала. Появляющиеся частотно-избирательные замирания, приводят к появлению нелинейных и частотных искажений.
Статистические характеристики радиоканала с частотно-избирательными замираниями можно получить при измерении его частотной корреляционной функции. Частотная корреляционная функция радиоканала описывает корреляцию замирания как функцию двух измерений частот и , отстоящих друг от друга по шкале частот на интервал ,
где и - принимаемые сигналы в момент времени t на частотах соответственно и .
Результаты измерений на различных трассах показали, что минимальный интервал приемника корреляции, т. е. минимальный частотный интервал, в пределах которого наблюдается зависимое замирание, равен нескольким килогерцам, но может понижаться и до сотен герц.
Нелинейные искажения, появляющиеся вследствие частотно-избирательных замираний, носят тот же характер, что и искажения при синхронном вещании. Как показано выше, при независимом изменении коэффициентов [см. формулу (6.8)] появляются специфические нелинейные искажения. Особенно большие нелинейные искажения возникают при пропадании несущей ( = 0). В этом случае вторая гармоника
частоты модулирующего сигнала достигает наибольшего значения.
Степень ухудшения качества КВ вещания можно оценить по частоте
появления больших значений коэффициента нелинейных искажений (второй гармоники модулирующего сигнала) в единицу времени. Частота появления второй гармоники понижается с уменьшением коэффициента модуляции.
Частотные искажения в КВ радиоканале, появляющиеся вследствие частотно-избирательных замираний, могут достигать больших значений. Из-за непостоянства характеристик тракта распространения его частотные характеристики также непостоянны. Если сравнить статистические усреднённые за равные промежутки времени частотные характеристики, то можно обнаружить общие закономерности.
Спад частотной характеристики сквозного радиоканала в ВЧ области звуковых частот приводит к ухудшению разборчивости речи и ухудшению натуральности звучания. Для повышения качества вещания на передающей стороне модулирующий сигнал подвергается предварительным предыскажениям. Предыскажения обеспечивают спад коэффициента передачи на низких частотах и увеличение коэффициента в ВЧ области. Такая характеристика в известной степени компенсирует те искажения, которые вносит КВ тракт распространения.
Обычно корректируют усреднённую частотную характеристику тракта распространения радиоволн. Особенностью такой коррекции является то, что оптимальное качество радиовещания обеспечивается лишь для какого-то небольшого отрезка времени, в течение которого частотная характеристика тракта соответствует характеристике схемы предыискажений. В отдельные моменты времени, несмотря на вводимые предыскажения, линейные искажения в сквозном радиоканале имеют большие значения.
Оценивая качество КВ радиовещания, следует отметить, что частотно-избирательные замирания при приёме вызывают одновременно появление линейных и нелинейных искажений случайных по величине и взаимной корреляции. Хотя влияние такого рода искажений на качество передачи исследовано недостаточно и не существует норм на такие искажения, замечено, что недетерминированные нелинейные искажения более ухудшают качество передачи, чем частотные.
Как показано выше, при двухполюсной амплитудной модуляции и линейном детектировании вследствие частотно-избирательных искажений радиосигнала нелинейные искажения принципиально неустранимы. Нелинейные искажения при приёме КВ радиосигнала можно существенно уменьшить, используя однополосную модуляцию. При передаче, например, одной из боковых полос и частично подавленного несущего колебания частотно-избирательные искажения приведут к появлению только частотных искажений. При организации профессиональной КВ радиосвязи в настоящее время применяют профессиональные однополосные передатчики и приёмники. Помимо резкого уменьшения нелинейных искажений, использование однополосной модуляции позволяет вдвое сократить полосу частот радиоканала и, не меняя мощности передатчика, в несколько раз увеличить мощность излучения полезного сигнала. Трудности применения ОМ в радиовещании связаны с необходимостью изменения схемы ВЧ тракта и детектора радиоприёмника.
8. СТЕРЕОФОНИЯ.
Благодаря бинауральному эффекту, человек способен определять направление на источник звука. Слуховое восприятие различного рода звучаний неразрывно связано с бинауральным эффектом. Психофизические особенности слуха позволяют выделять из общего звучания ансамбля отдельные источники звука (музыкальные инструменты или голоса исполнителей), сосредоточивать внимание в определенном направлении, отстраиваясь от звуков, приходящих с направлений, не интересующих слушателя. Следует также отметить способность слушателя подсознательно отделять отраженный звук от прямого.
Слушатель, сидящий в концертном зале, воспринимает звуки, приходящие с различных направлений. Звучание каждого инструмента «прозрачно», его легко выделить из общей звуковой картины. Большое значение для звучания имеет акустика зала. Все перечисленные особенности слушания натуральных звучаний (в концертном зале, оперном театре и т.п.) делают эти слушания эталоном для сравнения воспроизводимого
звука при звукопередаче.
При монофонической передаче звука (или монофонической звукозаписи)
звуковые колебания, преобразованные в первичном звуковом поле несколькими
микрофонами, смешиваются и на приемной стороне излучаются одним громкоговорителем. В результате этого все особенности слухового восприятия, вызванные бинауральным эффектом в первичном поле, теряются во вторичном. Звучание слышится практически из небольшого пространства, ограниченного размерами громкоговорящего устройства.
Страницы: 1, 2, 3, 4
