635_Nosov_V.I._Optimizatsija_parametrov_setej__

воздействие помех на ТВ приемники в зоне исследуемого планируемого ТВ передатчика, а второе - его предполагаемое воздействие на зоны обслуживания действующих станций.

Начало

Ввод

данных

3

Анализ ЭМС радиосредств

4

Выбор очередного передатчика

5

Выбор оптимального частотного присвоения

нет

Все

присвоения

да

Конец

Рис.3.3 Алгоритм частотного планирования сети радиовещания.

122

Выбор очередного радиовещательного передатчика осуществляется на основе различных критериев, которые и были положены в основу разработанных алгоритмов. Эти алгоритмы относятся к классу «вершина-краска». Были разработаны методы , условно названные А, В, С, D, которые осуществляют упорядочение и выбор передатчиков. Основная суть этих алгоритмов заключается в следующем.

Алгоритм А - по порядку вершин. Передатчики выбираются последовательно один за другим, начиная с первого и далее с увеличением порядкового номера передатчика , т.е. после присвоения канала i - тому передатчику , идет присвоение i + 1 - ому передатчику .

Алгоритм В - по минимуму частотных присвоений. В данном случае из множества планируемых выбирается передатчик, который на текущем шаге имеет наименьшее число частотных присвоений, разрешенных по условиям ЭМС.

Алгоритм С - по минимуму частотных присвоений плюс максимальная степень вершины . В этом алгоритме , как и в алгоритме В , частотное присвоение первым получает передатчик, имеющий наименьшее число разрешенных по условиям ЭМС частотных присвоений . При равенстве этого показателя у нескольких претендентов учитывается степень вершины ( число передатчиков, которое может оказать мешающее влияние на исследуемый передатчик ).

Алгоритм D - по максимальной степени вершины.

Выбор оптимального частотного присвоения для определенного на предыдущем этапе решения вещательного передатчика производится из разрешенных каналов по условиям ЭМС. В качестве показателя эффективности частотного присвоения используется предложенный автором коэффициент взаимного влияния. Возможны два варианта выбора канала :

– с минимальным уровнем поля помех ( КВВ = );

– с максимально допустимым уровнем помех ( КВВ = ).

Данные варианты условно обозначены цифрами 1 – первый случай, 2 – второй. В начале для каждого передатчика априорно предполагается , что уровень поля помех на границе зоны обслуживания равен минимальному . Значение минимальной напряженности поля определяет потенциальные размеры зоны обслуживания. Все действующие передатчики и передатчики получившие канал в процессе решения задачи увеличивают эту напряженность поля.

При использовании первого варианта выбирается тот канал, при назначении которого выбранному передатчику уровень помех наиболее близок

к Емин ( КВВ = ). Во втором – тот канал , при котором поле помех принимает максимальное значение, но не превышающее пороговой величины Емин

123

+ (КВВ = , задается проектировщиком ), т.е. здесь заложена идея метода координационных колец.

Были также разработаны алгоритмы относящиеся к классу " краскавершина " . Они условно были названы Е, F, G, J, К. В данных алгоритмах фиксируется очередной номер канала, начиная с первого, а затем выбираются все передатчики, которые могут его использовать без взаимных помех, причем выбор очередного передатчика осуществляется описанными выше методами:

–алгоритм Е - алгоритм А;

–алгоритм F - алгоритм В;

–алгоритм G - алгоритм С;

–алгоритм J - алгоритм D;

–алгоритм К - по максимуму используемого уровня поля.

Воснову предстоящего исследования будут положены различные сочетания способа выбора передатчиков и способа назначения каналов. Например алгоритм А1 означает, что здесь выбор передатчика осуществляется по порядку, а назначение канала идет по минимуму помех. Аналогично, метод В2 означает, что первым получит присвоение передатчик имеющий минимальное число разрешенных для использования каналов, при этом выбирается канал с максимально возможным уровнем помех.

3.2.3 Разработка алгоритма частотных присвоений

Для того чтобы проиллюстрировать как осуществляется оптимальное частотное присвоение в группе ТВ передатчиков при использовании вышеуказанных методов , приведем расчет на конкретном примере . Выберем для рассмотрения алгоритм А1 . Для упрощения исследования проанализируем новую телевизионную сеть состоящей из четырех ТВ передатчиков. Как уже отмечалось передатчики располагаются регулярно, их технические характеристики , мощность излучения , высота подвеса передающей антенны, а также модуль сети считаются одинаковыми для всех передатчиков . Будем считать , что действующей ТВ сети нет .

Предположим, что передатчики имеют мощность Рп = 100 Вт высота подвеса антенны равна HА = 50 м расстояние между ними D = R0 = 100 км ( рис. 3.4 ) . Местоположение передатчиков определено координатами Х и Y . Так , с учетом модуля сети , они имеют следующие значения

–передатчик с номером 0 имеет координаты ( 0, 0 ) ;

–передатчик с номером 1( 100, 0 );

–передатчик с номером 2 ( 50, 86.6 );

124

– передатчик с номером 3 ( 150; 86.6 ).

Для каждого передатчика задается матрица запрещенных для использования каналов и матрица полей. Первая матрица – строка, длиной К ( К- общее число каналов ), неравенство нулю i – го элемента , означает не выполнение в этом канале условий ЭМС и о его запрещении для дальнейшего использования для рассматриваемого передатчика. Вторая матрица - строка также имеет размерность К, где каждый ее элемент показывает уровень напряженности поля помех в канале.

На начальном этапе матрица запрещений заполняется нулевыми значениями, что означает разрешение на использование передатчиком всех возможных каналов . Матрица полей первоначально заполняется минимальными значениями поля помех для соответствующих диапазонов частот.

y

1,5

2	3

1,0

0,5

0	1		4	x
0,5	1,0	1,5	2,0

Рис.3.4 Передатчики в сети регулярной структуры.

Расчет полей начинается с определения взаимного расположения полезного и мешающего передатчика . Полезным является анализируемый передатчик, а мешающим текущий рассматриваемый. Расстояние между двумя передатчиками определяется по их координатам следующим выражением

Rij = ( xi - xj ) + ( yi - yj ),

(3.19)

где x и y - координаты полезного i-го и мешающего j-го передатчиков. Для передатчика с порядковым номером 0 расстояния до соседних передатчиков с номерами 1 ,2, 3 рассчитанные таким образом равняются соответст-

венно 100, 100 и 173 км.

Далее производится отбор мешающих передатчиков по расстоянию, т.е. определяются те передатчики, которые могут оказать значимое влияние

125

на помеховую ситуацию в пределах зоны обслуживания полезного. В общем случае отбор производится по мощностям и расстояниям согласно табл.

3.1. [3.13].

Отбор передатчиков по мощностям и расстоянию

	Таблица 3.1.
Мощность передатчика, кВт	Предельное расстояние, км
0.01	30
0.1	200
1.0	300

Как видно из таблицы для передатчиков мощностью 100 Вт, мешающее воздействие оказывают ТВ станции с такой же или большей мощностью, находящихся в пределах двухсот километров от полезного. С учетом рассчитанных по ( 3.19 ) расстояний для передатчика с нулевым номером фиксируем ребра в направлениях на остальные передатчики. Фиксация ребра осуществляется путем расчета уровня помех по прямому влиянию, помех, создаваемым j - м мешающим передатчиком в зоне обслуживания i - го полезного передатчика, при условии их работы в совмещенных каналах. Если поле помех превышает допустимое значение, то в этом случае между передатчиками фиксируется бинаправленное ребро.

Величина напряженности поля сигнала на границе зоны обслуживания передатчика определяется с учетом (1.1, 1.2) по формуле

Ес = Е(50,50,Rмакс,Hc) + P c .

(3.20)

Значение поля мешающей станции в зоне обслуживания полезной, в совмещенном канале, выраженное в децибелах, определяется по формуле

Еп = Е(50,10,d,Hп) + P п .

(3.21)

Причем на границе зоны обслуживания полезной станции разница напряженностей полей полезного и мешающего передатчиков в дБ должна равняться защитному отношению (1.1).

Таким образом, для нулевого передатчика определим значения Емеш от мешающих передатчиков. Как видно из таблицы 3.1 все передатчики способны оказать мешающее воздействие находятся от полезного передатчика на расстоянии меньше предельного. Расстояние между нулевым и первым передатчиками равно 100 км, оно меньше критического, поэтому делаем заключение, что помеха будет постоянной. По кривым Е (50, 50), рис.1.5, для постоянной помехи, D = 100 км и HА = 50 м находим напряженность поля Е (50,50) = 16.66 дБ. Защитное отношение для постоянной помехи равно 52 дБ (см. рис.1.1) . Таким образом получаем

126

Емеш = Е ( 50, 50 ) + Р + Аз = 61.66 дБ.

Полученное значение превышает допустимое поле помех Емин + , которое на этом этапе принято равным 53 дБ (Емин соответствует первому частотному диапазону, а величина здесь и далее равна 3 дБ), поэтому между нулевым и первым передатчиками фиксируется ребро взаимовлияний. Аналогично проводим расчет поля помех от других передатчиков. Так, поле создаваемое вторым передатчиком равно 61.66 дБ , а третьим – 53.43 дБ. Как видно, уровни полей от этих передатчиков также превысили допустимый уровень и в их направлениях также идет фиксация ребра (рис. 3.4). Степень вершины для нулевого передатчика равна трем.

Аналогично проводится определение степени вершины для оставшихся передатчиков, результаты которого сведены в таблицу 3.2.

Степени вершин и уровни полей от мешающих передатчиков на границе зон обслуживания полезных передатчиков

					Таблица 3.2
Номер полезного пе-		Номер мешающего передатчика
редатчика
	0	1	2	3	Степень вершины
0	–	61.66	61.66	53.43	3
1	61.66	–	61.66	61.66	3
2	61.66	61.66	–	61.66	3
3	53.43	61.66	61.66	–	3

Далее переходим к расчету группового плана. Как отмечалось ранее, при использовании алгоритма А1 передатчики выбираются по порядку номеров, поэтому первым получает присвоение нулевой передатчик. Следующим этапом является выбор оптимального частотного присвоения. В начале для анализируемого ТВ передатчика проверяется матрица запрещений и матрица полей. По ее результату определяется число возможных частотных присвоений. Если в текущем канале отсутствует запрещение на его использование, наложенное при анализе предыдущих передатчиков или действующей сетью, и поле помех в нем не превышает допустимого, то количество допустимых присвоений увеличивается на единицу. В соответствии с рекомендациями [3.12] , назначение ведется начиная с 12 канала. Так как выбор канала осуществляется по минимуму помех то оптимальным будет считаться тот канал , в котором величина, определяемая выражением

127

Е = Еi - Eминi ,

где Еi - напряженность поля помех в i - ом канале;

Еминi - минимальная напряженность поля в i - ом канале, будет минимальна.

Так как действующей сети нет и предыдущего анализа не производилось, матрица запрещений для нулевого передатчика не содержит ограничений, а матрица полей заполнена минимальными уровнями помех, то этому передатчику будет присвоен 12 канал.

После назначения канала передатчику, производится перерасчет полей по обратному влиянию у остальных передатчиков и происходит корректировка таблицы запрещений, помечаются каналы, которые оказываются для них запрещенными вследствие присвоения канала анализируемому передатчику.

В начале осуществляется перерасчет по совмещенному каналу для первого передатчика. Расчет аналогичен расчету при прямом влиянии. Если рассчитанное значение поля помехи больше, чем допустимое для данного канала , то в матрицу запрещений вносится запись о недопустимости использования этого канала . Для определения суммарного воздействия помех от всех передатчиков производится суммирование полей помех, переведенных из децибел в разы. При этом происходит суммирование помех по мощности.

Расчет показал, что поле помех в 12 канале для первого передатчика со-

ставляет	61.66 дБ.	Это значение превышает допустимое для этого ка-
нала
Емин +	= 57 + 3	= 60 дБ. Для первого передатчика в матрицу запрещений

вносится запрещение на использование 12 канала. Суммарное поле помех в этом канале, выраженное в децибелах , определяется по формуле

E = 10 lg ( 100.1Ei + 100.1Eмин ),

(3.22)

где Еi – поле помехи i - той станции, дБ .

Таким образом суммарное поле помехи в 12 канале согласно ( 3.22 ) равно 62,94 дБ. Далее происходит расчет обратного влияния по смежным каналам. Сначала определяются номера смежных каналов . Для 12 канала смежным является 11 канал . Расчет выполняется по тем же формулам, но значение защитного отношения принято равным 4 дБ , норма при постоянной помехе . Рассчитанное значение поля помехи в 11 канале равно 13.67 дБ. Так как полученное значение меньше допустимого , то запрещение на использовании этого канала не накладываются, поле помехи в нем равно 57 дБ

.

Таким образом, после назначения 12 канала нулевому передатчику матрица полей и матрица запрещений для остальных передатчиков прини-

128

мает вид представленный в таблицах 3.3 и 3.4 соответственно.

Аналогичная процедура расчета обратного влияния нулевого передатчика проводится для всех остальных ТВ станций. После чего идет выбор частотного присвоения передатчику с номером 1 и т.д. Последовательность описанных действий повторяется до тех пор пока не будет назначен канал последнему передатчику.

Матрица полей, дБ, после присвоения канала нулевому передатчику

Таблица 3.3

Номер						Номер канала
пере-
датчика
	1	2	3	4	5		6	7		8	9	10	11	12
1	50	50	54	54	54		57	57		57	57	57	57	62.9
2	50	50	54	54	54		57	57		57	57	57	57	62.9
3	50	50	54	54	54		57	57		57	57	57	57	58.6
Матрица запрещений после присвоения канала нулевому передатчику
												Таблица 3.4
Номер						Номер канала
пере-
датчика
	1	2	3	4	5		6	7		8	9	10	11	12
1	0	0	0	0	0		0	0		0	0	0	0	1
2	0	0	0	0	0		0	0		0	0	0	0	1
3	0	0	0	0	0		0	0		0	0	0	0	0

В табл. 3.5 приведены результаты частотного планирования с использованием алгоритма А 1 для описанного примера.

Результаты присвоения каналов передатчикам с использованием метода А1 Таблица 3.5

Номер передатчика	Номер присвоенного ка-	Уровень используемого
	нала	поля, дБ
0	12	57
1	10	57
2	8	57
3	6	57

129

3.3 Определение оптимального шага сетки частот в сети звукового радиовещания

Одним из эффективных методов улучшения электромагнитной совместимости и использования выделенного диапазона частот в сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания является оптимизация шага сетки частот (минимальный разнос несущих частот радиовещательных передатчиков, работающих в соседних каналах). Предлагается новая методика определения оптимального шага сетки частот в регулярной сети звукового радиовещания. Нa основе разработанной автором универсальной модели однородной сети с использованием кривых защитных отношений и технических параметров передаюших станций, определены координационные расстояния и построены координационные кольца для различных шагов сетки частот и систем радиовещания. Полученные результаты позволили рассчитать частот- но-пространственные ограничения, и с использованием частично упорядоченных множеств и диаграмм Хасса определить оптимальный, при минимизации используемой полосы частот, шаг сетки.

3.3.1 Определение частотно пространственных ограничений

При планировании сетей радиовещания широко используется теория регулярных решеток [3.2, 3.5, 3.6, 3.13]. Результаты планирования сетей на регулярных решетках являются оптимальными и могут считаться верхним пределом, к которому необходимо стремиться при планировании реальных сетей. При планировании сетей звукового радиовещания (ЗРВ): в СССР

[3.11] для диапазона 66... 74 МГц была разработана сетка с шагом 30 кГц; во всех странах, где для этой цели используется диапазон 87.5 ... 108 МГц, используется сетка с шагом 100 кГц. В литературе не описывается как выбирается шаг сетки частот, не дается его связь с техническими параметрами сети, с системой вещания. Кроме того, одной из исследовательских задач поставленных МККР в области звукового радиовещания является задача определения оптимального разноса каналов.

В работе предлагается новая методика определения оптимального шага сетки в сети звукового радиовещания в зависимости от технических параметров передающих станций и систем вещания

опт = ( Р HА, D, A ), при l = ·C min ,

(3.23)

где Р - излучаемая мощность передатчика; HА - высота подвеса передающей антенны; D - расстояние между передатчиками;

Aз - защитное отношение;

C - количество используемых каналов.

130

Для решения поставленной задачи воспользуемся предложенным автором представлением расстояния между передатчиками (D), расположенными в узлах регулярной решетки (рис. 3.5), в модулях (Ro) сети

ro = D / Ro .

(3.24)

Известно, что число используемых каналов С, принадлежащих ромбу совмещенных каналов (рис. 3.5), определяется выражением

C = x2 + xy + y2 .

(3.25)

В [3.2] показано, что C = r2o , и тогда из (3.25) могут быть получены значения ro в зависимости от x и y. Такие же значения ro получены автором из универсальной модели однородной сети.

Согласно (3.24) ro зависит от модуля сети, величина которого определяется техническими параметрами передающих станций и системой вещания. Нетрудно показать, что для однородной сети радиус зоны вещания

Rз = Ro / 3.

(3.26)

Радиус зоны вещания определяется из условия, что сигнал на границе зоны равен его минимально необходимому значению [3.14]

Ec = E ( 50, 50, Rз, HA ) = Eмин .

(3.27)

Y

X

R0

Рис.3.5 Пример регулярной сети

131