10.2 Методы частотного планирования сетей радиосвязи и телерадиовещания

В настоящее время для наземных передающих сетей ТВ и ЗВ вещания в Районе 1, в который входит Россия, выделены частоты от 47 до 960 МГц. Выделенные для ТВ вещания полосы частот разбиваются на диапазоны:

- I – 48,5…66 МГц;

- II – 76…100 МГц;

- III – 174…230 МГц;

- IV – V - 470…958 МГц.

В России для традиционного аналогового ТВ вещания используются стандарты Д и К и система цветного телевидения SECAM с числом строк в кадре 625 и частотой кадров 25 Гц. При этом ширина полосы канала в ТВ вещании составляет 8 МГц. Для ОВЧ ЧМ вещания в Районе 1 выделены полосы частот 65,9…74 и 100…108 МГц. В настоящее время в России наибольшее распространение получила стереофоническая система вещания с шириной полосы радиоканала около 200 кГц.

Одним из важнейших аспектов решения проблемы ЭМС РЭС является обеспечение их оптимального частотно-пространственного размещения с учетом частотно-пространственных ограничений. При этом наибольшее защитное отношение А_з = 45 дБ требуется в совмещенном канале, когда частоты несущих полезного и мешающего передатчиков равны. Повышение эффективности использования спектра при ТВ вещании достигается так называемым смещением несущих частот (СНЧ) передатчиков. При этом учитывается дискретность ТВ сигнала (т.е. концентрация энергии возле частот, кратных частотам строк и полей). При планировании наземной сети ТВ вещания значения защитного отношения нормируются для двух случаев: когда уровень помехи флуктуирует в значительных пределах, что соответствует 10% или 1% времени (помеха за счет тропосферного рассеяния) и когда уровень помехи практически не изменяется, что соответствует 50% времени. При этом требуемое защитное отношениями для малофлуктуирующей помехи примерно на 10 дБ больше, чем для помехи с флуктуацией уровня в больших пределах. Учитывая защитные отношения, определяют частотные ограничения на присвоение частот передатчикам, расположенным в одном пункте.

Для определения пространственно-частотных ограничений на присвоение частотных каналов передатчикам, разнесенным в пространстве рассчитывают напряженность полезного и помехового сигналов, для которых на границе зоны вещания должны выполняться условия:

(10.3)

,

где Е_МИН – минимальная напряженность поля сигнала на входе ТВ приемника, при которой обеспечивается хорошее качество изображения при отсутствии помех от других станций, дБ/мкВ/м;

Е_С и Е_П – напряженности полей сигнала и помехи в рассматриваемой точке, дБ/мкВ/м;

А_З – требуемое защитное отношение, дБ.

Величины напряженности поля Е_МИН , Е_С и Е_П могут быть рассчитаны по формуле:

, (10.4)

где E(T,L) – напряженность поля, определяемая по кривым, полученным экспериментальным путем и рекомендованным МСЭ для 1 кВт излучаемой мощности относительно полуволнового вибратора и высоты приемной антенны 10 м и для известной высоты передающей антенны;

Т- процент времени, равный 50% для полезного сигнала и 10 и 1 % - для помеховых сигналов;

L – процент мест приема, равный 50% для полей полезного и мешающего сигналов;

Р_ПЕР – мощность передатчика, дБкВт;

G_{ПЕР А} - коэффициент усиления предающей антенны, дБ;

η_ПЕР – потери в фидерном тракте передатчика, дБ;

K(L), K(T), K(Δh) – поправочные коэффициенты, учитывающие процент мест, процент времени и холмистость, соответственно, дБ. Эти коэффициенты также определяются по кривым, рекомендованным МСЭ.

Для наиболее типичных параметров антенн и фидерного тракта с помощью (10.4) были рассчитаны радиусы зон обслуживания R_З и координационные расстояния R_К для ТВ передатчиков, результаты которого представлены в таблице 10.1.

Таблица 10.1.

Диапазон	Емин, дБ(мкВ/м)	РΣ, дБкВт	На, м	Rз, км	Rк, км
I 48,5…66 МГц	50	-9 13 22	75 150 300	17 62 103	193 403 523
IV…V 470…958 МГц	70	-5 11 29	75 150 300	6,7 15 52	77 182 344

Частотные ограничения на присвоение частот ОВЧ ЧМ передатчикам, расположенным в одном пункте, определяются исходя из защитных отношений и составляют ± 1,2 МГц от несущей частоты передатчика. Радиусы зон обслуживания и координационные расстояния рассчитывают аналогично ТВ передатчикам для I-III диапазонов. При расчете помех используют кривые напряженности поля для 10% времени при моновещании и для 1% при стереовещании. Результаты расчетов зон обслуживания и координационных расстояний для ОВЧ ЧМ станций, имеющих одинаковые технические параметры, приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

РΣ, дБкВт	На, м	Емин, дБ(мкВ/м)	Rз, км	Rк, км
-10	100	46	24	120
0	100		40	190
7	150		60	250
13	250		80	325

Продолжение таблицы 10.2

РΣ, дБкВт	На, м	Емин, дБ(мкВ/м)	Rз, км	Rк, км
-10	100	54	15	225
0	100		24	325
7	150		41	450
13	250		60	490

Для исключения взаимного влияния ТВ и ОВЧ ЧМ передатчиков в пунктах, где установлены ТВ передатчики второго и пятого каналов, ОВЧ ЧМ передатчикам не назначаются частоты 65,9…68 и 100…102 МГц и наоборот.

Метод координационных колец

Этот метод часто применяется для решения задачи планирования передающей сети на территории, на которой уже действует некоторая передающая сеть. При этом очевидно, что известными являются географические координаты и технические параметры оборудования действующей сети. Для планируемых передатчиков также определяют географические координаты и эффективную высоту поднятия антенны. В процессе решения задачи оптимизации выбираются частотные каналы, при которых минимизируется уровень взаимных помех в сети. Очевидно, что данный частотный канал не назначается данному передатчику в трех случаях:

- если данный канал несовместим с действующим или уже присвоен действующему передатчику, расположенному в одном пункте с планируемым передатчиком;

- если существует хотя бы один действующий или планируемый передатчик, который не располагается в одном пункте с рассматриваемым, создающий помеху по данному каналу (соседнему или совмещенному), которая превышает допустимый уровень;

- если планируемое данному передатчику частотное присвоение может привести к созданию недопустимой помехи хотя бы одному действующему или планируемому передатчику с уже назначенным частотным каналом.

Во втором и третьем случае взаимодействие передатчиков оценивается с помощью коэффициента взаимного влияния (КВВ), который показывает, насколько изменяются радиусы зон вещания передающих станций относительно максимальных радиусов этих зон вследствие воздействия взаимных помех. Оптимальное применение ресурсов передатчика и эффективное использование спектра определяется из условия

δ ≤ КВВ ≤ ε , (10.5)

где величины δ и ε задаются эмпирически. Если ε < КВВ, то снижается эффективность использования спектра. Если КВВ < δ, то уровень взаимных помех считается недопустимо высоким.

Пусть частотный канал К присвоен некоторому передатчику А1. Тогда вокруг него выделяется некоторое множество передатчиков, которым критерий (10.5) запрещает назначить канал К ввиду сильных взаимных помех с передатчиком А1. Территория, на которой расположены эти передатчики по форме является кругом (см. рис. 10.4.). В его центре возникает меньший круг, находящимся в нем передатчикам нельзя присваивать не только канал К, но и соседние К ± 1 каналы (на рис. 10. 4 это передатчики А2, А3 и А4. Любому же из оставшихся вне этого круга передатчиков этот частотный канал назначать можно. Передатчики, образующие с передатчиком А1 оптимальные пары, расположены на территории кольца с центром в точке А1 (это передатчики А5 – А12). Размеры всех кругов на рис. 10.4 определяются критерием (10.5). Одному из передатчиков А13- А15 вновь может быть назначен К-ый канал. Аналогично можно распределить каждый частотный канал, предварительно сформировав координатные кольца вокруг действующих передатчиков.

Рис. 10. 4. Координационные кольца

Таким образом, метод координационных колец позволяет решить задачу оптимального планирования предающих сетей радиосвязи с учетом всех ограничений действующей сети. В настоящее время разработаны эффективные алгоритмы и программы, позволяющие автоматизировать решение этой задачи.