Radiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalne

Transkrypt

1 Radiofoniczne sieci cyfrowe, narzędzia i metody ich projektowania oraz emisje doświadczalne Raport z wykonania zadania Metody i narzędzie projektowania pokrycia radiowego radiofonii cyfrowej na falach długich i średnich etap 1 Ewa Wielowieyska Andrzej Dusiński Jacek Jarkowski Tomasz Keller Krzysztof Kurek Politechnika Warszawska Warszawa, Czerwiec 2008

2 Spis treści Spis treści Wprowadzenie Narzędzia projektowania zasięgów nadajników Wprowadzenie Program AnaZas (opracowany w IŁ) Programy z serii RSG3 dostępne w ITU Program rsg3-grwave Program NoisBW Program NOIS rsg3-p435-mf Program ASAPS Program GISM Program 4nec Program WPLOTF Wnioski Wybór potencjalnych lokalizacji nadajnika DRM dla symulacyjnego wyznaczania zasięgów Określenie parametrów propagacyjnych Odbiór sygnałów cyfrowych Wprowadzenie Dekoder programowy WiNRADiO DRM Demodulator/Decoder Dream DRM Receiver Odbiorniki WiNRADIO DRT1 - nowy moduł tunera DRM Wnioski Podsumowanie Literatura Załącznik nr 1: Polskie stacje średniofalowe Załącznik nr 2. Wyniki analizy propagacyjno-sieciowej dla trzech stacji średniofalowych Załącznik nr 3. Porównanie zasięgów trzech stacji średniofalowych małej mocy dla różnych sezonów i dla różnych pór doby Załącznik nr 4: Zasięgi stacji Warszwa2, PKiN-Warszawa, Radom

3 1. Wprowadzenie Wprowadzenie transmisji cyfrowej w systemie DRM (Digital Radio Mondiale) [1], w miejsce transmisji analogowej AM, w zakresie częstotliwości poniżej 30 MHz pozwoli znacząco polepszyć jakość odbioru. Zastosowanie transmisji OFDM pozwala na przesyłanie danych z przepływnością do 23 kb/s w kanale częstotliwościowym o szerokości 9 khz, w zależności od zastosowanego trybu transmisji. Dzięki temu możliwe staje się przesłanie sygnału dźwiękowego o jakości porównywalnej z radiofonią FM w zakresie fal ultrakrótkich. W systemie DRM przewidziano możliwość transmisji w czterech różnych trybach, w zależności od warunków propagacyjnych, pozwalających uzyskać poprawny odbiór sygnału cyfrowego. W celu prognozowania zasięgów nadajników cyfrowych pracujących w zakresie fal długich, średnich i krótkich, konieczne jest dysponowanie odpowiednimi narzędziami propagacyjnymi. Prawidłowe przeprowadzenie obliczeń ma zasadnicze znaczenie, ponieważ uzyskane wyniki stanowią podstawę do podjęcia decyzji inwestycyjnych, eksploatacyjnych, podstawę do zajęcia stanowiska w uzgodnieniach międzynarodowych. Istniejące programy propagacyjne, wykorzystywane do określania zasięgów nadajników średnio- i długofalowych, bazują na predykcji natężenia pola fali elektromagnetycznej w punkcie odbioru. Takie programy mogą być również wykorzystane dla szacowania zasięgów nadajników cyfrowych, np. w dla systemu DRM. Jednak w tym wypadku istotnego znaczenia nabierają błędy szacowania natężenia pola. Nawet relatywnie niewielki spadek rzeczywistej wartości natężenia pola poniżej wartości minimalnej może prowadzić do znaczącego wzrostu bitowej stopy błędów BER, a nawet uniemożliwiać odbiór sygnału, co ma istotne znaczenie dla odbioru ruchomego. Dlatego w przypadku systemu cyfrowego odpowiednie dostrojenie modelu propagacyjnego do rzeczywistych warunków propagacyjnych nabiera większego znaczenia, niż w przypadku systemów analogowych. Wymaga to informacji o środowisku propagacyjnym, z jednej strony o parametrach elektrycznych gruntu pozwalających na oszacowanie propagacji fali powierzchniowej, z drugiej zaś o poziomie zakłóceń przemysłowych generowanych na danym obszarze. Zakłócenia te mają istotne znaczenie dla prognozowania zasięgów propagacyjnych i jakości odbioru. Innym istotnym czynnikiem są zakłócenia od innych nadajników, analogowych i cyfrowych, pracujących w tym samym kanale częstotliwościowym lub kanałach sąsiednich. W ramach realizacji zadania pt. Metody i narzędzia projektowania pokrycia radiowego radiofonii cyfrowej na falach długich i średnich etap 1 wykonano następujące zadania: Przegląd istniejących narzędzi projektowania zasięgów nadajników średniofalowych i analizę możliwości ich wykorzystania w dalszym etapie prac do wyznaczenia zasięgów radiowych nadajnika. Wybór lokalizacji potencjalnych miejsc geograficznych usytuowania nadajników DRM, przy planowanym uruchomieniu emisji testowej, dla których przeprowadzone będzie wyznaczanie symulacyjnych badań zasięgów. Określenie parametrów propagacyjnych, które będą wykorzystane na etapie analiz propagacyjnych. Przeprowadzono rozpoznanie dotyczące dostępnych odbiorników DRM, które mogłyby być wykorzystane przez odbiorców po uruchomieniu planowanej emisji testowej sygnału DRM. W rozdziale 2 krótko opisano dostępne oprogramowanie propagacyjne, które może być wykorzystane do szacowania pokryć radiowych nadajnika pracującego w paśmie fal długich, średnich oraz krótkich. Szczególną uwagę zwrócono na program Ananas, opracowany w 3

4 Instytucie Łączności, przewidując jego wykorzystanie jako głównego narzędzia w dalszych pracach związanych z analizami propagacyjnymi. W ramach projektu rozważa się również implementację własnych narzędzi programistycznych potrzebnych do szacowania natężenia pola fali elektromagnetycznej w funkcji odległości od nadajnika na falach średnich. Dlatego w rozdziale 4 przedstawiono podstawowe parametry opisujące propagację fali powierzchniowej i jonosferycznej dla powyższego zakresu częstotliwości. W przypadku szacowania zasięgów poprawnego odbioru nadawanych sygnałów, bardzo istotne znaczenie jest określenie zakłóceń przemysłowych na danym obszarze. Rzeczywisty poziom takich zakłóceń, na niektórych obszarach, może być wyższy niż wartości szacunkowe przewidywane na podstawie zalecenia???, co może prowadzić do zmniejszenia rzeczywistego zasięgu nadajnika radiowego. W rozdziale 3 przedstawiono możliwe lokalizacje nadajnika DRM dla planowanej emisji testowej. Na tym etapie realizacji projektu rozważano cztery możliwe lokalizacje takiego nadajnika: dwie z wykorzystaniem istniejących obiektów (Polskie Radio S.A. oraz Polskie Fale Średnie S.A) oraz instalację nowego nadajnika na terenie Politechniki Warszawskiej lub Instytutu Łączności w Warszawie, wraz z realizacją anteny średniofalowej współpracującej z takim nadajnikiem. Opcjonalnie rozważano również możliwość realizacji transmisji DRM w zakresie fal krótkich na częstotliwości 26 MHz z anteną umieszczoną na wysokim budynku lub innym obiekcie. Ponieważ plany uruchomienia emisji testowej wiążą się z problemem dostępności dla potencjalnych odbiorców odbiorników systemu DRM, dlatego w rozdziale 5 przedstawiono przegląd aktualnie dostępnych modeli i rozwiązań takich odbiorników. Przeważająca większość z nich współpracuje z komputerem, wykorzystując kartę dźwiękową i odpowiednie oprogramowanie do demodulacji sygnału OFDM. Jednak w przypadku odbioru przez użytkowników ruchomych konieczne jest zastosowanie zintegrowanego odbiornika sprzętowego. 4

5 2. Narzędzia projektowania zasięgów nadajników 2.1. Wprowadzenie Do szacowania zasięgów nadajników radiowych, w zakresie fal długich i średnich, wykorzystywane są programy propagacyjne, które na podstawie danych opisujących środowisko propagacyjne wyznaczają obszar wokół nadajnika, na którym możliwy jest odbiór audycji nadawanych przez tę stację z odpowiednią jakością [2]. Uzyskanie poprawnego odbioru wymaga zapewnienia odpowiedniej wartości mocy sygnału na wejściu odbiornika, która jest najważniejszym parametrem związanym z jakością odbieranych informacji [3]. Jakość odbioru jest określana w obecności szumów atmosferycznych, kosmicznych i zakłóceń przemysłowych pod nieobecność zakłóceń interferencyjnych. Ekwiwalentem mocy wejściowej jest minimalne natężenie pola elektrycznego sygnału radiowego w miejscu odbioru. W przypadku systemów cyfrowych minimalne natężenie pola elektromagnetycznego wyznaczane jest na podstawie wymaganego stosunku sygnał/szum C/N, który konieczny jest dla odbioru z stopą błędów BER mniejszą od wartości maksymalnej. W zaleceniu ITU-R [4] przyjęto wartość maksymalną BER = 10-4, dla transmisji sygnału dźwiękowego. Wymagana wartość C/N zależy od rodzaju zastosowanej modulacji, modulacja wielostanowa wymaga większej wartości C/N dla zachowania ustalonej wartości stopy błędów, ale umożliwia realizację transmisji z większą przepływnością binarną. W zakresie fal średnich propagacja odbywa się za pośrednictwem fali powierzchniowej i fali jonosferycznej. W przypadku fali powierzchniowej rozchodzącej się wzdłuż powierzchni Ziemi amplituda natężenia pola fali zależy od parametrów elektrycznych gruntu (konduktywności i przenikalności elektrycznej) oraz częstotliwości propagującej fali. Dlatego konieczne jest dysponowanie danymi dotyczącymi parametrów gruntu na obszarze propagacji fali elektromagnetycznej. W przypadku fali jonosferycznej, odbijającej się od warstwy E jonosfery, jej amplituda zależy od pory doby. W dzień istnienie warstwy D powoduje tłumienie, takiej fali. Natomiast w ciągu nocy fala jonosferyczna może propagować na znaczne odległości od nadajnika. Co z jednej strony może być traktowane jako efekt pozytywny, przyczyniający się do rozszerzenia obszaru, na którym możliwy jest odbiór nadawanego sygnału, natomiast z drugiej strony powoduje wzrost zakłóceń dla innych odległych nadajników wykorzystujących ten sam lub sąsiednie kanały częstotliwościowe. Dodatkowo silna fala jonosferyczna, może interferować z falą powierzchniową, powodując ograniczenie zasięgu dla fali powierzchniowej. Dlatego w przypadku transmisji na falach średnich można więc mówić o dwóch zasięgach nadajnika: dzienny wyznaczany przez propagację fali powierzchniowej, i nocny wyznaczany przez falę jonosferyczną. Zasięg radiofonicznej stacji średniofalowej pracującej w systemie cyfrowym DRM (Digital Radio Mundiale) zależy od parametrów technicznych stacji oraz od: a. pory roku - zmiany sezonowe, b. pory dnia - zmiany dobowe, c. lokalizacji stacji i jej obszaru działania - wpływ parametrów elektrycznych gruntu i zakłóceń przemysłowych. d. przyjętego trybu odpornościowego i poziomu ochronnego - wpływ zakłóceń interferencyjnych 5

6 Innym ważnym parametrem w planowaniu usług i projektowaniu sieci stacji średniofalowych są współczynniki ochronne [1, 3]. Dzięki nim można wyznaczyć graniczne natężenie pola elektrycznego sygnału użytecznego, które wyznacza granicę zasięgu stacji w danym kierunku [14]. O ile rozchodzenie się fal radiowych nie zależy od systemu modulacji to jakość odbieranej informacji, w różnych systemach transmisyjnych, może zależeć od różnych parametrów. Dla systemu DRM wartości współczynników ochronnych różnią się od wartości ustalonych dla systemu AM. Wyznaczenie zasięgu stacji wiąże się z wcześniejszym wyborem kanału transmisyjnego i ustaleniem parametrów technicznych stacji. Wybór częstotliwości i wybór parametrów technicznych są ograniczone w wyniku międzynarodowych ustaleń. W Polsce, w wyniku Administracyjnej Konferencji Regionalnej w 1975 r. można wykorzystywać 18 częstotliwości w zakresie fal średnich, które zostały przydzielone 123 lokalizacjom, o mocach nadajników od 1 kw do 1500 kw z dwuwstęgową modulacją AM, (zał.1) [5]. Prognozowanie zasięgu to wyznaczenie spodziewanego zasięgu na podstawie obliczeń biorących pod uwagę różne parametry techniczne stacji i propagacyjne. Prawidłowe przeprowadzenie obliczeń ma zasadnicze znaczenie, ponieważ uzyskane wyniki stanowią podstawę do podjęcia decyzji inwestycyjnych, eksploatacyjnych, podstawę do zajęcia stanowiska w uzgodnieniach międzynarodowych. Chociaż cyfrowy proces dawno stał się standardem w radiowych studiach i sektorach produkcyjnych, to digitalizacja radiofonii jest jeszcze na etapie rozwoju. Wprowadzanie nowego systemu radiowego transmisji dźwięku w postaci cyfrowych sygnałów stawia nowe wyzwania [1]. Projektowanie sieci transmisyjnych dla nowych systemów radiofonicznych zakłada przewidywalne parametry odbieranych sygnałów w punktach odbioru. Rozwijane są zatem modele propagacyjne, które wraz z danymi gruntu stanowią realną bazę dla planowania pokrycia przez radiofonię. Jednym z takich modeli jest program komputerowy opracowany w Polsce w Instytucie Łączności [6]. Poza nim istnieje szereg prognostycznych programów opracowanych w Świecie przez różne środowiska. Niektóre z nich są propagowane przez ITU (International Telecommunication Union) jak program GRWAVE [12]. W kolejnych punktach opisano poszczególne programy propagacyjne, które można wykorzystać do analiz propagacyjnych i szacowania zasięgów nadajnika DRM, pracującego na falach średnich i długich, oraz krótkich Program AnaZas (opracowany w IŁ) Program AnaZas jest narzędziem wspomagającym analizę propagacyjno-sieciową w zakresie fal średnich i długich. Został opracowany w Instytucie Łączności na podstawie międzynarodowych dokumentów ITU oraz wcześniejszych polskich opracowań. Program ten wyznacza dla stacji średniofalowych lub długofalowych: zasięg danej stacji pracującej w systemie AM lub DRM, wpływ dowolnej stacji radiowej na inne stacje radiowe wspólno- i sąsiednio-kanałowe, listę najbardziej zakłócających stacji radiowych dla wybranej stacji. 6

7 Pozwala dodatkowo przeglądać rozkłady natężenia pola dla danych tras propagacyjnych fal przyziemnej i jonosferycznej. Umożliwia przeprowadzenie obliczeń dla dwóch klas odbioru i tyluż rodzajów terenu, dla wybranej godziny i dnia roku, dla wybranych azymutów trasy propagacyjnej. Program wykorzystuje następujące parametry stałe obliczeń, które są w postaci plików zewnętrznych programu lub stanowią integralną cześć procedur: 1. Parametry stacji długofalowych i średniofalowych - baza danych typu Microsoft Access zgodna z planem częstotliwości GE75 ITU. 2. Mapa konduktywności gruntu Polski w postaci mapy bitowej. 3. Mapa Europy uzyskiwana z aplikacji Atlas GIS(Geographic Information System) firmy Strategic Mapping z USA wykorzystywana do obliczeń odległości punktów odbiorczych od morza oraz do prezentacji obszarów pokrycia danej stacji nadawczej na mapie Europy w wybranej skali. 4. Mapa średniej konduktywności gruntu dla Europy 5. Krzywe propagacyjne fali przyziemnej dla zakresu częstotliwości khz. 6. Wartości deklinacji magnetycznej i inklinacji magnetycznej dla Regionu Zysk anteny nadawczej w płaszczyźnie pionowej 8. Zysk morza bazowy 9. Wartości minimalnego użytecznego natężenia pola ze względu na szumy atmosferyczne 10. Wartości minimalnego użytecznego natężenia pola ze względu na zakłócenia przemysłowe 11. Współczynniki ochronne przed interferencjami dla systemu AM i DRM miesięczna ślizgowa liczba plam Słońca Dane dotyczące stacji użytecznej oraz warunków propagacji w prowadzane są przez operatora z klawiatury. Rozbudowany system wprowadzania danych dla stacji badanej umożliwia przeprowadzanie obliczeń dla różnych parametrów tej stacji i zmieniających się warunków propagacyjnych. Program AnaZas został napisany w języku Visul Basic 4.0 i pracuje w środowisku Windows. Wyznacza zasięgi stacji długo- i średniofalowych w rzeczywistych warunkach uwzględniając nie tylko wpływy szumów atmosferycznych i zakłóceń przemysłowych, lecz również interferencyjny wpływ stacji pracujących w tym samym kanale i w kanałach sąsiednich. W Tabl. 1 przedstawiono przykładowy wydruk wyników pracy programu. Warunki rzeczywiste są określone przez przyjęcie pewnych wartości określających szumy i zakłócenia oraz przyjęcie listy stacji z tego samego kanału radiowego i kanałów sąsiednich [1]. W związku z tym w ramach przygotowania programu do przeprowadzenia kolejnych obliczeń powinno się przeprowadzić aktualizacje niektórych zbiorów: 1. Lista stacji długo- i średnio-falowych pracujących w Regionie1. 2. Wartości deklinacji magnetycznej i inklinacji magnetycznej dla Regionu Współczynniki ochronne przed interferencjami; dotyczy to szczególnie systemu DRM miesięczna ślizgowa liczba plam Słońca. 7

8 Obecnie w analizie propagacyjnej przeprowadzanej za pomocą programu AnaZas wykorzystywana jest lista stacji średniofalowych pochodząca z Planu GE75 [16]. Tabl. 1 Przykładowy wydruk programu Parametry_stacji_użytecznej: Nazwa stacji,_państwo = WARSZAWA 2 POL AM Lokalizacja,_sieć = 21E17, 52N27( , 52.45) Częstotliwość = 819 khz Moc = 1 kw Wysokość_anteny = 174 m Kod_wsp.ochronnego = C Kod_przewod.gruntu = 4 Parametry_trasy Data_i_godzina_emisji_wg_czasu_UTC = godz Godzina_lokalna_i_pora_doby = godz dzień Liczba_plam_na_Słońcu = 0 Uwzględnienie_wpływu_morza = - Maksymalna_odległość_stacji_zakłócających =2000 km Długość_trasy_fali_powierzchniowej = 300 km Długość_trasy_do_obliczeń = 35 km (7 punktów) Odległość_między_punktami = 5 Parametry_obliczeń Zastosowanie_kryterioum_mocowo-odległościowego = - Uwzględnienie_zakłóceń_atmosferycznych = + Uwzględnienie_zakłóceń_przemysłowych = + Rodzaj_uwzględnienia_fali_jonosferycznej = uwzględniono_falę_jonosferyczną. Rodzaj_terenu = wiejski Współczynniki_ochronne_przed_zakłóceniami: atmosferycznymi = 63 przemysłowymi = 74 własnej_stacji = 6 własnej_stacji_synch.= 8 Stacjami_zakłócającymi_ AM Rodzaj_fali odległość_kanałowa_st.zakłócającej st.użytecznej powierzchniowa = 30.0 = 5.0 = jonosferyczna = 27.0 = 2.0 = Stacjami_zakłócającymi_DRM Rodzaj_fali odległość_kanałowa_st.zakłócającej st.użytecznej powierzchniowa = 36.6 = 4.2 = jonosferyczna = 36.6 = 4.2 = Uwzględniono wpływ 45 stacji zakłócających. pocz.obl= godz pocz.obl= godz azymut moc pr. zasięg Egr [ ] [db] [km] [db/(1µv/m)]

9 Niezbędna konduktywność gruntu do wyznaczenia natężenia pola fali przyziemnej jest wyznaczana z mapy przewodności Polski [25], jeśli dotyczy to punktów i tras znajdujących się na obszarze Polski, natomiast dla tras dłuższych wykorzystywane są dane pochodzące z dokumentu ITU-R P [24]. W (zał.2) i (zał.3) przedstawiono przykłady obliczeń, które przeprowadzono w przeszłości za pomocą programu AnaZas [31]. Dla wykazania wpływu konduktywności otoczenia stacji jak i jej lokalizacji przeprowadzono symulacyjne obliczenia zasięgów stacji dawnej Warszawa 2 dla mocy promieniowania 1 kw oraz obliczenia dla tej samej mocy i tej samej anteny umieszczonej w miejscu Pałacu Kultury w Warszawie [zał.4]. Dla wskazania przyczyny różnicy przedstawiono, na rys.3 (zał.4) mapkę przewodności gruntu w otoczeniu wspomnianych lokalizacji. Przy okazji wykonano obliczenia dla różnych sytuacji interferencyjnych zakładając pracę tych stacji w systemie AM lub DRM. To samo zrobiono odnośnie stacji zakłócających, których moc była zmniejszana o 7 db, kiedy zakładano, ze pracują w systemie DRM. Tabl. 2 Parametry stacji radiowych Warszaw2, PKiN-Warszawa, Radom Nazwa parametru Stacje Nazwa stacji Warszawa 2 PKiN- Warszawa Radom Lokalizacja 21E17, 52N27 21E01, 52N14 21E10, 51N25 Częstotliwość 819 khz 819 khz 1602 khz Moc 1 kw 1 kw 1 kw Wysokość_anteny 174 m 174 m 47 m Kod_wsp.ochronnego C C A Kod_przewod.gruntu Dla porównania zasięgów wykonano obliczenia dla lokalizacji w Radomiu (Zał4). 9

10 2.3. Programy z serii RSG3 dostępne w ITU Program rsg3-grwave Program GRWAVE wyznacza krzywe propagacyjne, wykorzystywane do obliczania natężenia pola fali powierzchniowej dla częstotliwości z zakresu od 10 khz do 10 GHz. Program GRWAVE został opracowany w 1985r w oparciu o metody opisane w [12], [18]. Dotyczy przypadku gładkiego gruntu, i jednorodnego, tzn., odpowiednio, bez przeszkód w postaci wzniesień i stałych własnościach gruntu obszaru, nad którym przechodzi trasa. Nie może być użyty przy zmianach stałych gruntu, np. dla trasy przechodzącej nad morzem i lądem. Komputerowy program GRWAVE towarzyszy Zaleceniu ITU-R P [12] i razem oferują model propagacji pionowo spolaryzowanej fali przyziemnej [19]. Dane, przedstawione w Zaleceniu, są w postaci zbioru krzywych. Zbiór krzywych odnosi się do różnych typów gruntu. Każda krzywa reprezentuje częstotliwości z zakresu od 10 khz do 30 MHz. Krzywe przedstawiają natężenie pola w funkcji odległości w zakresie od 1 km do km, przy założeniu 1 kw promieniowanej mocy za pomocą krótkiej anteny. Krzywe w [12] wyznaczone są z dokładnością 1 db i odnoszą się do odległości większych od 1 km. Dla odległości mniejszych należy przeprowadzać oszacowanie przez ekstrapolację krzywych w kierunku zmniejszania się odległości. Program GRWAVE działa w oknie MS-DOS. Dane wejściowe wprowadzane są parami: nazwa parametru wartość parametru w jednej linii zakończonej klawiszem Enter. Nazwy parametrów wejściowych i ich opis: 1. HTT wysokość nadajnika [m] 2. HRR wysokość odbiornika [m] 3. IPOLRN polaryzacja anteny nadajnika (1 polaryzacja pionowa, 2 pozioma; należy wybrać 1 jeśli obie polaryzacje występują i należy wybrać 2 do prognozowania najgorszego przypadku z powodu najniższego tłumienia trasowego. 4. FREQ częstotliwość. [MHz] 5. SIGMA skuteczna przewodność gruntu [S/m] 6. EPSILON względna przenikalność dielektryczna gruntu 7. DMIN minimalna odległość do obliczeń, [km] 8. DMAX maksymalna odległość do obliczeń, [km] 9. DSTEP wartość kroku, z jakim są prowadzone obliczenia, [km] 10. go uruchamia program. Dane wyjściowe: Program wyznacza natężenia pola fali powierzchniowej w db i µv/m] a tłumienie wolnej przestrzeni w db dla kolejnych odległości od nadajnika od wartości minimalnej DMin do odległości DMax z krokiem DStep. Program wykonuje obliczenia dla wskaźnika refrakcji=315 i skali wysokości ~7.4 km. Zakłada też jednorodność gruntu z zadaną konduktywnością i przenikalnością elektryczną. 10

11 2.3.2 Program NoisBW Program NOISBW oblicza wartości zakłóceń atmosferycznych wg Zalecenia ITU-R PI.372 [13] oraz parametry odnoszące się do niego tego zakłócenia. Dane wejściowe dla programu 1. Pora roku (1- zima, 2-wiosna, 3-lato, 4-jesień) 2. Lokalizacja: współrzędne geograficzne, nazwa 3. Szerokość pasma 4. Kod jednostek wyniku =1 wynik w dbw; =2 wynik w FA (DB>KTO) 5. Częstotliwość: w MHz z zakresu <0,01-30> 0 obliczenia dla zakresu zdefiniowanego przez użytkownika (częstotliwość: wartości min, max, krok) -1 obliczenia dla ciągu wartości częstotliwości wprowadzonych przez użytkownika -2 obliczenia dla całego zakresu częstotliwości w skali logarytmicznej (11 wartości z zakresu <0,01-30>) 6. Czas lokalny: godzina <0, 23> 25 obliczenia dla bloków czasowych 4 godzinnych Dane wyjściowe programu 1. Średnia wartość szumu atmosferycznego, ew. tabelka wartości dla 4 godzinnych przedziałów w dobie. 2. Parametry statystyczne wyznaczonej wartości, m.in. dolny i górny decyl odchylenia, itp opisane w [13] Program działa w oknie MS-DOS. Tabl. 3 Przykładowy wydruk programu: LAT = 52.45, LONG = 21.28, Warszawa2 SPRING, LMT = 12.0, BANDWIDTH = MEDIAN ATMOSPHERIC NOISE OR DBW(1HZ)-- FMHZ NOISE DL DU SL SM SU VD SVD Program NOIS Program NOIS oblicza wartości zakłóceń atmosferycznych, zakłóceń przemysłowych i szumu kosmicznego wg Zalecenia ITU-R PI.372 [13]. Dane wejściowe dla programu 1. Pora roku (1- zima, 2-wiosna, 3-lato, 4-jesień) 2. Lokalizacja: współrzędne geograficzne, nazwa 11

12 3. Wartość zakłóceń przemysłowych na częstotliwości 3 MHz [dbw] lub kod = -1 obliczenia dla obszaru przemysłowego = -2 obliczenia dla obszaru zabudowań = -3 obliczenia dla obszaru rolniczego = -4 obliczenia słabego szumu obszaru rolniczego. 4. Kod jednostek wyniku =1 wynik w dbw; =2 wynik w FA (DB>KTO) 5. Częstotliwość: w MHz z zakresu <0,01-30> 0 obliczenia dla zakresu zdefiniowanego przez użytkownika (częstotliwość: wartości min, max, krok) -1 obliczenia dla ciągu wartości częstotliwości wprowadzonych przez użytkownika -2 obliczenia dla całego zakresu częstotliwości w skali logarytmicznej (11 wartości z zakresu <0,01-30>) 6. Czas lokalny: godzina <0, 23> 25 obliczenia dla bloków czasowych 4 godzinnych 7. Przełącznik wyznaczający, dla której danej będą podane dodatkowe parametry statystyczne: = 1 średnia całości, = 2 szum atmosferyczny, =3 szum wytwarzany przez działalność człowieka. Mediany wszystkich danych zostaną podane, ale dodatkowe parametry statystyczne będą dotyczyć tylko wybranej danej. Dane wyjściowe programu: Wyniki dla wybranej godziny ew. tabelka wartości dla 4 godzinnych przedziałów w dobie. 1. Średnia wartość szumu atmosferycznego 2. Średnia wartość szumu wytwarzanego przez człowieka 3. Średnia wartość szumu kosmicznego 4. Dodatkowe parametry statystyczne wybranego w pnkt.7 parametru (m.in. dolny i górny decyl odchylenia, itp opisane w [13] rsg3-p435-mf Program mf.exe powstał w oparciu o metodę opisaną w Aneksie 1 Zalecenia [21] dla prognozowania natężenia pola fali jonosferycznej dla częstotliwości od 150 do 1600 khz. Program działa w oknie MS-DOS. Dane wejściowe: 1. lokalizacja nadajnika: współrzędne geograficzne 2. moc [W] 3. wysokość anteny [m] lub stosunek wysokości do długości fali 4. zysk anteny w płaszczyźnie poziomej [db], 5. miesiąc emisji, 6. liczba plam na Słońcu (R12) 12

13 7. Parametry zależne od wyboru typu obliczeń: obliczane jest a. natężenie pola w funkcji godzin doby, i. lokalizacja odbiornika: współrzędne geograficzne ii. częstotliwość, [khz] b. natężenie pola w funkcji częstotliwości, i. lokalizacja odbiornika: współrzędne geograficzne ii. czas: godz (UTC) c. natężenie pola w funkcji odległości i. azymut [stopnie] ii. odległości (min, max, krok) [km] iii. częstotliwość [khz]. Do porównania wyników otrzymanych tym programem z wynikami programu AnaZas należy wykorzystać trzeci typ obliczeń. 8. Opcja włączenia do obliczeń wpływu morza. Jeśli włączona to należy podać: i. Odległość nadajnika od morza, [km] ii. Odległość następnego lądu od nadajnika, [km] Dane wyjściowe: 1. Natężenie fali jonosferycznej [db/uv/m] 2. Parametry pośrednie [db]: a. CMF (300 V), b. Zysk morza c. Stała A d. Tłumienie wolnej przestrzeni e. Tłumienie polaryzacyjne f. Tłumienie jonosferyczne ( Term ) g. Tłumienie godzinowe Forma wyników: 1. Tabelka wartości natężenia fali jonosferycznej dla wybranego parametru (czas [godz], częstotliwość [khz], odległość od nadajnika [km]) 2. Wykres natężenia fali jonosferycznej vs parametr 3. Wynik na ekranie oraz w formie wydruku na drukarce. Ostatnie merytoryczne modyfikacje w programie zostały dokonane w 1990r. 13

14 Ograniczenia programu: 1. Maksymalne odległości punktów odbiorczych od morza, do których jest liczony zysk morza. Tab. 1 Ograniczenia odległościowe dla uwzględniania zysku morza Zakres częstotliwości Maksymalna odległość wyznaczania zysku morza khz 5 00 km khz Nie jest liczony khz km 2. Wartości deklinacji i inklinacji magnetycznej dotyczą 1975 roku. 3. Program działa w oknie MS-DOS. Tabl. 4 Przykładowy wydruk programu rsg3-p435-mf --- Prediction Of Sky-wave Field Strength --- Circuit Name: Warszawa2 Tx: N E Azimuth: 180 degrees June Tx Ht: wavelengths Frequency: 819 khz 1200 hrs GMT Tx Hor Ant Gain: 0.0 db Power: 1000 Watts ERP SSN: 80 Tx->Sea/NxtLand: 0/500 km Dist Field CMF Sea A Free Pol Loss Hourly (Km) (uv /m) (30 OV) Gain Space Loss Term Loss 50 < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > < > Program ASAPS5 Program ASAPS5 (Advanced Stand Alone Prediction System ver.5) służy do prognozowania warunków propagacji fali jonosferycznej w zakresach krótkofalowych HF (High Frequency) i VHF (Very High Frequency) od 1 do 45 MHz. Algorytm programu jest oparty o model propagacji jonosferyczne opracowany w IPS Radio and Space Services of the Australian 14

15 Department of Industry, Tourism and Resources oraz modele ITU-R: Rec. ITU-R P [13], i CCIR Report 322 [20]. Program umożliwia prognozowanie dla dowolnej linii radiowej HF na całym Świecie. Uwzględnia dwa typy propagacji: pierwszy, który wymaga najmniejszej liczby odbić w warstwie F; drugi, który wymaga o jedno odbicie więcej. Dane wejściowe - Bazy danych programu ASAPS System wprowadzania danych wejściowych oparty jest o bazy danych programu; służą one do wprowadzania i gromadzenia do późniejszego wykorzystania parametrów potrzebnych do przeprowadzenia obliczeń. Program zawiera następujące bazy danych 1. Stacje końcowe 2. Trasy łączności 3. Obszary propagacyjne 4. Częstotliwości 5. Anteny typu 2-D i 3-D 6. Jonosferyczny T-indeks 7. Konfiguracje stacji Program można uruchomić podając jako parametr w linii wywołania programu zbiór danych wejściowych, co umożliwia uruchomienia programu dla dużej ilości linii HF. Wybór wskaźników jonosferycznych Użytkownik może dokonać wyboru w oparciu, o które współczynniki zostaną wykonane obliczenia. Ma do wyboru: 1. Jonosferyczny T-Index ISP 2. Współczynnik Φ Liczba plam na Słońcu R 12. Zbiór miesięcznych wartości T-Index jest dostarczany razem z oprogramowaniem i może być uaktualniana przez Intermet. Obliczenia programu ASAP A. Trasy radiowe typu punkt-punkt i prognozowanie natężenia pola Moduł Tabela GRAFEX Program wykorzystuje dwa typy propagacji w warstwach E i F jonosfery. Wyznacza dla każdej godziny doby czasu UTC i każdego typu w zakresie częstotliwości od 1 do 40 MHz: 1. Górny decyl maksymalnej użytecznej częstotliwości UD MUF (Upper Decile Maximum Usable Frequency 2. Medianę maksymalnej użytecznej częstotliwości 15

16 3. Optymalną częstotliwość pracy - OWF (Optimum Working Frequency ) lub LD (Lower Decile MUF) 4. Medianę maksymalnej użytecznej częstotliwości dla warstwy E (EMUF) 5. Częstotliwość ograniczona przez absorpcję ALF (Absorption Limiting Frequency) 6. Kąt elewacji. Wyniki mogą być prezentowane liczbowo i graficzne. Moduł - Plan częstotliwościowy Ten moduł wyznacza dwie listy częstotliwości: jedną z częstotliwościami mającymi 90% szans pomyślnej propagacji, drugą z 50-90%. Prognoza uwzględnia dwa typy propagacji dla obu warstw E i F a także wyświetla odpowiadające im kąty elewacji. Moduł - Wykres najlepszej częstotliwości użytecznej BUF Ten wykres przedstawia graficzne zbiór najlepszej częstotliwości użytecznej BUF (Best Usable Frequency) dla każdej godziny doby ze zbioru częstotliwości podanego przez użytkownika wykorzystując podstawowe warunki jonosfery i parametry systemu podane przez użytkownika. Moduł Tabela natężenia pola Następujące parametry linii mogą być wyliczone: 1. Wszystkie szumy 2. Szacunkowa wymagana moc 3. Zyski anten 4. Tłumienia trasy radiowe 5. Szum tłumienia trasy radiowej 6. Stosunek sygnału do szumu S/N 7. Najlepsza użyteczna częstotliwość BUF 8. Natężenie pola 9. Wysokość odbicia 10. Natężenie pola szumu 11. Prawdopodobieństwo pomyślnej propagacji jonosferycznej 12. Kąt elewacji Wartości są wyznaczane dla MUF, OWF i każdej częstotliwości ze zbioru podanego przez użytkownika. Wartości te są obliczane z wykorzystaniem wartości parametrów pobranych z ze zbiorów programu jak i parametrów sytemu podanych przez użytkownika. 16

17 B. Prognozowanie punkt - obszar Mapy konturowe Program wyświetla wyniki w formie mapy konturowej, na której kolor wyznacza wartość wyświetlanego parametru. Przy obliczeniach dla obszaru program umożliwia wyświetlenie wyników dla każdej linii między nadajnikiem bazowym i odbiornikiem na wyznaczonym obszarze. Dane wyjściowe: 1. Wszystkie wyniki modułów GRAFEX i Tabela natężenia pola dla każdej linii nadajnik punkt obszaru. 2. Najlepsza użyteczna częstotliwość BUF, 3. Maksymalna użyteczna częstotliwość MUF 4. Optymalna częstotliwość pracy OWF 5. Mody propagacji dla BUF 6. Współczynnik S/N dla BUF, MUF i OWF 7. Natężenie pola szumu dla BUF 8. Prawdopodobieństwo pomyślnej propagacji jonosferycznej dla BUF 9. Kąt elewacji dla BUF 10. Wykres konturowy Program działa pod systemem operacyjnym Windows. Program można zakupić we Włoszech za 200 EUR Program GISM Program GISM (Global Ionospheric Scintillation Model) jest implementacją algorytmu opartego o klimatyczno fizyczny model [14]. Pozwala wyznaczyć poziom scyntylacji powstałych w wyniku propagacji w troposferze. Średnie fluktuacje scyntylacji są wyznaczane techniką promieni wykorzystującą wartości gęstości elektronowej jonosfery. Do wyznaczania gęstości elektronowej program wykorzystuje model NeQuick. Linia bezpośredniej widoczności jest wyznaczana a następnie wyliczane są fluktuacje z wykorzystanie techniki wielokrotnych odbić fazowych. W pierwszym etapie obliczeń jest wyznaczane standardowe odchylenie intensywności (s4) i fazy (sigma phi) na poziomie gruntu. Po wprowadzeniu parametrów odbiornika scyntylacje sygnału są wyznaczane dla poziomu odbiornika. Program GISM umożliwia wykorzystanie trajektorii opisanej jako ciąg kolejnych punktów lub jako konstelacji (GPS, Galileo lub Glonass). W tym celu program ma wbudowany generator orbity. Dane wejściowe dla tego przypadku są plikiem zapisanym w formacie Yuma. Program wykonuje obliczenia zarówno dla linii (odbiornik satelita lub konstelacja) jak i dla mapy. 17

18 2.6. Program 4nec2 Program służy do modelowania anten: tworzenia, wyświetlania, optymalizowania i weryfikowania anten typu 2D i 3D. Umożliwia również generowanie wyświetlanie i porównywanie wzorców promieniowania pola bliskiego i dalekiego. Wykonuje też obliczenia dla zysku, rezonansu, SWR, wydajności oraz współczynników F/B i F/R. Ma wbudowany aparat prezentowania wyników graficznie przy zmieniających się wybranych parametrach Program WPLOTF2000 Oprogramowanie symulacyjne WPLOTF2000 (oraz w najnowszej wersji WPLOTFEX) zostało zaprojektowane i stworzone przez Roberta N. Schalla (ówczesnego pracownika Deutsche Welle).Oprogramowanie stanowi właściwie cały zestaw aplikacji, które mogą być wykorzystane do predykcji parametrów propagacyjnych, wyznaczania zasięgów, planowania transmisji rozsiewczych oraz pomiarów pokrycia radiowego w transmisji rozsiewczej. Jest to w pełni bezpłatne narzędzie, które pozwala na symulacje i analizy propagacyjne dla systemów pracujących na częstotliwościach poniżej 30MHz, w tym również dla radiofonii cyfrowej DRM. Narzędzie WPLOTF2000 wykorzystuje zaimplementowane mechanizmy predykcji zgodne z rekomendacją ITU REC533, która w swoim założeniu łączy dwa modele propagacyjne. Pierwszym z nich jest model ITS, wykorzystywany dla analizy promieni i fal propagowanych na odległościach dochodzących do 7000 km, natomiast drugim model FTZ, dopasowany do pomiarów dla dróg sygnału przekraczających 9000 km. Natomiast dla dróg w zakresie km, wykorzystywana jest interpolacja obu wspomnianych wcześniej modeli. Zastosowane modele propagacyjne zostały zoptymalizowane pod kątem wydajności i porównane z danymi pomiarowymi ITU. Rys. 1 Rys. Przykładowy wykres natężenia pola sygnału odbieranego (fale krótkie) Wyniki obliczeń wykonywanych w programie WPLOTF2000 mogą być prezentowane dwojako: jako natężenie pola dla zadanego prawdopodobieństwa poprawnego odbioru oraz jako różnica aktualnej wartości natężenia pola i jego wartości minimalnej (E-E min ) dla zadanej dostępności. Dla transmitowanych sygnałów pożądanych celowe jest obliczenie różnicy E- E min przy 90% dostępności (obliczenia dokonywane są dla 90% czasu i 90% dostępności). 18

19 Nieco odmienne metody obliczania przyjmowane są przy transmisji sygnałów niepożądanych. W takiej sytuacji celowe jest obliczenia parametru E-E min przy 50% dostępności (obliczenia dokonywane są w takim przypadku dla 50% czasu i 50% dostępności). Jest też druga metoda, możliwe jest bowiem obliczenie natężenia pola dla 50% dostępności oraz dla zdefiniowanego progu (np. 50 lub 55 dbu). W tym ostatnim przypadku obliczenia dokonywane są dla 50% czasu i 50% dostępności, przy czym możliwe są praktycznie dowolne wartości dostępności oraz czasu (od 1% do 99%). Oprogramowanie WPLOTF32 pozwala na obliczanie (w trybie punkt-punkt) podstawowych parametrów niezbędnych do określania pokrycia (E E min lub natężenie pola) przy żądanej wiarygodności równej żądanemu procentowi czasu. Możliwe jest także graficzne przedstawienie pokrycia danego terenu, przy czym obliczenia mogą być przeprowadzane do ustalenia punktów testowych w obrębie stref CIRAF (strefy te definiują geograficzne obszary pokrycia dla transmisji w.cz., ustalone w roku 1948 w ramach międzynarodowego porozumienia z Konferencji Systemów Rozsiewczych w Meksyku). Możliwe jest także dokonywanie obliczeń dla ustalenia regularnej siatki punktów testowych rozproszonych po mapie lub dla regularnej siatki punktów testowych wewnątrz zdefiniowanego konturu. Rys. 2 Rys. Bloki funkcjonalne programu WPLOTF2000 Podstawowym celem, a jednocześnie zasadą działania programu jest wizualizacja konfiguracji i sytuacji interferencyjnej. Może to odbywać się poprzez wykorzystanie zestawów danych HFCC (ang. High Frequency Co-ordination Conference) lub ILG (ang. International Listening Guide). Dzięki tym zestawom danych możliwe jest symulowanie wpływu różnych współczynników na parametry transmisyjne. Wszystkie wybrane i niezbędne dane mogą być następnie wyświetlane jako w formie MAP (w takim przypadku po eksporcie do tego formatu nie jest już dostępne połączenie ze źródłem danych). Dodatkowym elementem jest możliwość zmiany zestawów danych, na podstawie zmian można 19

20 zaobserwować wpływ tych zmian na sytuację interferencyjną. Zestawy danych zmienione w trakcie pracy mogą zostać zapisane w odpowiednim formacie pliku WTX. To, co jest także ważne i stanowi pozytywną cechę oprogramowania WPLOTF2000, to możliwość dezaktywacji nadajników, które w ten sposób mogą nie być brane pod uwagę przy obliczeniach (przy czym nie są one kasowane z zestawu danych, ale jedynie dezaktywowane na czas pomiarów). Oznacza to, że w każdej chwili mogą być one na nowo aktywowane i uczestniczyć w symulacjach. Rys. 3 Rys. Formy reprezentacji danych w programie WPLOTF2000 Na poniższych rysunkach przedstawione zostały przykłady obliczania parametrów propagacyjnych w różnych przypadkach (dla trybu punkt punkt, punkt obszar oraz punkt dedykowany obszar). Rys. 4 Rys. Przykłady obliczania punkt-punkt E-E min oraz w okresach godzinnych 20

21 Rys. 5 Rys. Przykłady obliczania punkt-obszar oraz punkt dedykowany obszar przez zadany okres Jedną z ciekawych cech oprogramowania WPLOTF2000 jest koncepcja tzw. płynnych obliczeń. Jest to związane z faktem, iż obliczenia wykonywane dla odległych punktów lub obszarów mogą dawać nierzeczywiste wyniki (w momencie, gdy taki punkt jest blisko gradientu propagacji). Rozwiązaniem tego problemu może być obliczanie różnych punktów testowych znajdujących się w okolicy żądanej lokalizacji. W zaimplementowanym trybie dokonywane są obliczenia w promieniu 100km dookoła punktu odbioru, pomiary dokonywane są na odległości 50km oraz 100km co 45. Wyniki są traktowane z wykorzystaniem średniej liczonej z obliczeń albo z najgorszego przypadku z obliczeń. Dzięki zastosowaniu powyższej procedury obliczenia są bardziej realistyczne, ponieważ w takim przypadku zniwelowany jest problem stromych gradientów, które mogą spowodować błędne decyzje. Dodatkowym elementem związanym z rozwojem programu jest zastosowany mechanizm optymalizacyjny. Dzięki temu możliwe jest znalezienie optymalnych parametrów (liczbę stacji, zakres częstotliwości, parametry anten, azymut). Podstawą dla tego typu operacji jest zdefiniowanie docelowego obszaru odbioru. Na podstawie tego system oblicza parametry, które mogą być optymalne dla pokrycia takiego obszaru. Obliczenia dokonywane są dla danego okresu czasu i pozwalają na uzyskanie procentowego pokrycia w punktach testowych wewnątrz deklarowanego obszaru Wnioski Przedstawione wyżej oprogramowania dotyczą wyznaczania lub prognozowania wartości różnych parametrów środowiska radiowego, głównie w zakresie fal średnich, ale i fal krótkich, takich jak: konduktywność gruntu (rsg3-grwave, szumy i zakłócenia (NoisBW, NOIS) wartości natężenia pola elektrycznego fali powierzchniowej (Ana Zas, rsg3-grwave) prognozowanie parametrów nadawania takich jak MUF, OWF, BUF, kąt elewacji, prawdopodobieństwo pomyślnej propagacji jonosferycznej (ASAPS5) wartości natężenia pola elektrycznego fali jonosferycznej (AnaZas, rsg3-p435-mf, ASAPS5) prognozowanie zasięgów (AnaZas, rsg3-p435-mf, ASAPS5). 21

22 Przedstawione tu programy dla prognozowania łączności dla zakresu fal średnich, za wyjątkiem polskiego oprogramowania AnaZas, w swoich algorytmach wykorzystują model prognostyczny dla fali jonosferycznej przedstawiony w nieaktualnym już Zaleceniu ITU-R P [21] od 1999r. Program AnaZas wykorzystuje model z Zalecenia ITU-R P [32]. Różnice między wspomnianymi modelami zostały m.in. omówione w [3]. Dodatkowa wadą tych oprogramowań jest działanie w środowisku DOS. Natomiast zaletą tych oprogramowań jest to, że korzystają ze źródłowych map i krzywych propagacyjnych w postaci cyfrowej, podczas gdy program AnaZas korzysta z tych danych w postaci cyfrowotekstowej uzyskanej po przetworzeniu map i krzywych z Zalecenia ITU-R [3]. W ramach projektu będą podjęte próby włączenia do programu AnaZas tych procedur, które umożliwiają korzystanie z map i krzywych ITU w postaci cyfrowej. Jednym z kilku istniejących oprogramowań w Świecie jest nie omówiony tu program ITS (Institute for Telecommunication Science) [33]. Model przeprowadza analizę propagacyjną i antenową dla zakresu częstotliwości od 150kHz do 1705kHz, dla fali jonosferycznej i dla fali powierzchniowej w zakresie od 10 khz do 30 MHz. Program działa pod różnymi wersjami systemu Windows: 95, 98, NT, 2000, ME, XP Polski program AnaZas działa w środowisku Windows 95 i XP. Dużym utrudnieniem w programie AnaZas jest to, że jego wersja źródłowa jest napisana w języku Visual Basic 4.0. Uaktualnieniu wymagają mapy bazy danych map i krzywych. Program AnaZas pozwala na analizę propagacyjno-sieciową w podanych przez zainteresowanego warunkach sieciowych z obecnością stacji pracujących w systemie DRM. 22

23 3. Wybór potencjalnych lokalizacji nadajnika DRM dla symulacyjnego wyznaczania zasięgów Lokalizacja nadajników średniofalowych pracujących w systemie DRM możliwa jest w miejscach: - zgodnych z Planem GE75 - gdzie istnieje odpowiednia infrastruktura. Na podstawie Plany GE75 Polsce przysługuje prawo do wykorzystania 18 częstotliwości średniofalowych i 123 lokalizacje stacji, co oznacza, że niektóre stacje mogły pracować na tej samej częstotliwości (zał.1). W końcu lat 90-tych ubiegłego stulecia stacje średniofalowe przestały pracować, głównie za sprawą Polskiego Radia, które zrezygnowało z nadawania programów na falach średnich [22]. Obecnie część obiektów nie istnieje, część jest pod opieką firmy TP Emitel (Tabl. 5), która świadczy usługi radiodyfuzji m.in. na rzecz nadawców radiowych prowadzących działalność na terytorium Polski [23]. Tabl. 5 Lista obiektów radiowych znajdujących się pod opieka TP Emitela, wyznaczona na podstawie Planu GE75 [16] i mapy obiektów Emitela [23]. Lp freq stn_name long lat pwr nd_ind KATOWICE 018E N ND JELENIA GORA 015E N ND KOLOBRZEG 015E N ND LIDZBARK WARM 020E N ND MRAGOWO 021E N ND RADOM 021E N ND GORZOW WIELKOP 015E N ND SZCZECIN 014E N ND Część lokalizacji przyznanych Polsce w Planie GE75 [16], głównie z pozwoleniem nadawania z mocą do 1 kw, wykorzystuje spółka Polskie Fale Średnie S.A. [26]. Na Rys. 6 przedstawione są lokalizacje stacji tej spółki. 23

24 Rys. 6. Sieć rozgłośni radiowych AM pod wspólną nazwą programową " Twoje Radio ", utworzona przez Spółkę Polskie Fale Średnie S.A. [26]. Zgodnie z informacjami KRRiT (Krajowa Rada Radia i Telewizji) Spółka Polskie Fale Średnie S.A. jest obecnie właścicielem 41 lokalizacji stacji średniofalowych (zał.6) [27], [28], z których czynne jest 21 stacji (Rys. 6) [29]. Przewidując w projekcie uruchomienie emisji testowej sygnału DRM i przeprowadzenie odpowiednich pomiarów rozważane są następujące potencjalne możliwości lokalizacji nadajnika: Istniejący nadajnik w Radomiu (Tabl. 5) w ramach współpracy z Polskim Radiem S.A. Za wyborem tej lokalizacji przemawia bliskie jej położenie względem Warszawy, co ułatwiłoby prowadzenie badań. Nawiązanie współpracy ze spółką Polskie Fale Średnie S.A. i wykorzystanie jednego z nadajników tej spółki. Obecnie wiadomo, że Twoje Radio Chojnice, którego właścicielem koncesji jest wspomniana spółka, nadaje na częstotliwości 1404 khz z modulacją analogowa AM oraz z modulacją cyfrową DRM [30]. Instalacja nadajnika średniofalowego oraz systemu antenowego na terenie Politechniki Warszawskiej lub Instytutu Łączności, w Warszawie Jako rozwiązanie alternatywne rozważa się również realizację transmisji na częstotliwości 26 MHz z wykorzystaniem anteny umieszczonej na wysokim budynku w Warszawie, np. Pałacu Kultury i Nauki. Dla powyższych potencjalnych lokalizacji nadajnika DRM na dalszym etapie prac zostaną przeprowadzone analizy propagacyjne, prowadzące do oszacowania zasięgów radiowych. 24

25 4. Określenie parametrów propagacyjnych Parametry propagacyjne pozwalające na prognozowanie zasięgów stacji średniofalowych były już kilkakrotnie prezentowane w pracach Instytutu Łączności [3], [6] czy Politechniki Warszawskiej [1]. Ich wyznaczenie wzdłuż ustalonego kierunku pozwala na wyznaczenie rozkładu natężenia fali radiowej i wyznaczenie odległości od nadajnika, kiedy natężenie pola nie będzie spełniać ustalonego kryterium. Natężenie pola fali powierzchniowej zależy od elektrycznych parametrów gruntu i pokrycia gruntu. Zależy od głębokości wnikania fali a to związane jest z częstotliwością. Jednym z parametrów gruntu jest jego konduktywność. Dla terenu Polski została opracowana w Instytucie Łączności mapa przewodności gruntu [25] i [6], która jest, jak już wcześniej wspominano w p.1.2, wykorzystywana w postaci cyfrowej w programie AnaZas. Natomiast dla innych rejonów wykorzystywane są dane z dokumentu ITU-R [24]. Krzywe z [12], które pozwalają na wyznaczenie natężenia pola fali powierzchniowej, spełniają następujące warunki [1]: zostały obliczone dla pionowej składowej pola elektrycznego, odnoszą się do propagacji nad gładkim jednorodnym gruntem, nie uwzględniają wpływu troposfery, nadajnik i odbiornik znajdują się na powierzchni Ziemi, źródłem promieniowania jest idealny, krótki pionowy pręt, spełniającej h<<λ i ulokowany nad idealnie przewodzącym gruntem, źródło promieniowania posiada moc 1 kw, uwzględniają krzywiznę Ziemi Dla określenia natężenia pola fali powierzchniowej na zróżnicowanej trasie pod względem konduktywności, stosuje się podział tej trasy na jednorodne odcinki. Uogólniony wzór Millingtona pozwala wyznaczyć natężenie fali powierzchniowej dla n odcinków jednorodnych o zróżnicowanych konduktywnościach sąsiednich odcinków: n 1 1 F = (, ) (, ) (, ) (, ) 2[ [ F Ri σ i + F R n Ri σ i 1 F Ri σ i 1 F R + + n Ri σ i+ 1] + i= 1 (1) + F( R, σ ) + F( R, σ ) n 1 n n ] [ db /( µ V / m)] gdzie: σ i - konduktywność i-tego odcinka; R i - długość i-tego odcinka{odległość końca od stacji nadawczej}, [km]; F(R i,σ i ) - wartość natężenia pola odczytana z krzywej propagacji fali powierzchniowej, [db]; P u - moc nadajnika w [db/1kw]; G - zysk anteny w płaszczyźnie poziomej, [db]. Natężenie pola fali powierzchniowej, w punkcie odbioru, po uwzględnieniu parametrów technicznych stacji takich jak moc nadajnika P i zysk anteny w danym kierunku G, wynosi: E= F + P + G [db/(µv/m)]. (2) 25

26 Parametry propagacyjne mające wpływ na propagację fali radiowej z zakresu fal średnich, to: Zysk morza jest parametrem propagacyjnym występującym przy wyznaczaniu natężenia fali jonosferycznej Parametr jest uwzględniany w obliczeniach, jeśli punkt odbiorczy znajdzie się w bliskiej odległości od brzegu morza. W różnych modelach ta odległość jest różna. W modelu ITU wykorzystywanym w programie AnalZas wynosi ona 50 km [6]. Trajektoria p = (dl ) 1/2, (3) dl - długość trasy mierzona po powierzchni Ziemi po wielkim kole odległość ortodromowa [km]. Tłumienie sprzężenia polaryzacyjnego zależy od ziemskiego pola magnetycznego, które wpływa na propagację fal jonosferycznych. Ze względu na jego ciągle zmiany, trudno jest precyzyjnie prognozować jego wartość we wskazanym punkcie na kuli ziemskiej. Został stworzony matematyczny model zmian pola magnetycznego Ziemi, który jest uaktualniany co 5 lat [6]. Dla celów prognostycznych wykorzystywane są mapy wartości inklinacji i deklinacji magnetycznej. Od tych parametrów zależy tłumienie sprzężenia polaryzacyjnego 0 dla f < 250kHz (36 ) 2 o Lp = + θ + I 2 dla I 45 i f 250kHz [db] (4) o 0 dla I > 45 i f 250kHz gdzie: f - częstotliwość sygnału I - inklinacja magnetyczna δ - magnetyczna deklinacja α - azymut trasy propagacji θ= arcsin(cos α - δ). (5) Tłumienie przestrzenne - 20 log p 20 log p gdzie p - trajektoria, [km]. (6) Tłumienie jonosferyczne Lj zależy od wartości szerokości geomagnetycznej w wyznaczonych ziemskich punktach na trasie fali radiowej.. Tłumienie to reprezentuje pochłanianie przez jonosferę energii fal radiowych. Lj = k p /1000 (7) gdzie k - tłumienie podstawowe: 2л + 4,95*tg 2 (Φs) dla d 3000 km 0,5*(k1 + k 2 ) dla d > 3000 km k = gdzie: (8) k 1 = 2л + 4,95*tg 2 (Φs 1 ) k 2 = 2л + 4,95*tg 2 (Φs 2 ) 26