ЭМС

92

Глава1 0. Методы частотного планирования сетей радиосвязи и

телерадиовещания

10.1. Принципы частотного планирования сетей радиосвязи и телерадиовещания

Частотное планирование сетей радиосвязи и телерадиовещания, являясь инструментом решения вопросов выделения частотных каналов для элементов таких сетей, позволяет достичь высокой эффективности использования полос частот, выделенных для этих сетей.

В самом общем виде присвоение частот рассматривается как функция, которая каждому передатчику, принадлежащему некоторому множеству, приписывает рабочую частоту из некоторого множества имеющихся частот. В процессе решения задачи присвоения частот отыскивается частотное присвоение, которое удовлетворяет определенным ограничениям и минимизирует участок спектра, используемый этим присвоением. При этом рассматривают два вида ограничений:

-частотно-пространственные, когда передатчики могут быть разнесены в пространстве и по частоте;

-частотные, когда передатчики расположены на одном объекте.

Любое частотное присвоение должно экономно расходовать спектр, т.е. ширина выделяемой для данной группы передатчиков полосы частот должна быть минимальной. Число частот, реально используемое присвоением, называется порядком присвоения, а задача присвоения, в которой отыскивается минимальная ширина полосы присвоения и дополнительно минимизируется ее порядок, называется задачей присвоения минимального порядка. Построение сетей радиосвязи и телерадиовещания сводится к частотно-пространственному распределению станций на заданной территории. Решить эту задачу в общем виде позволяют идеализированные сети, в основу построения которых заложены два принципа:

-геометрически правильное (равномерное) распределение передающих станций на заданной территории;

-линейная схема распределения каналов (частот).

93

Сеть называется идеализированной, поскольку считается, что все станции имеют одинаковые эффективные излучаемые мощности, высоты подвеса антенн, поляризацию, условия распространения радиоволн и круговую ДН антенн. Станции идеализированной сети располагают в вершинах одинаковых равносторонних треугольников. При этом радиусы зон обслуживания (Rз) получаются одинаковыми. Границы этих зон пересекаются в центре треугольника (см. рис. 10.1).

Rз

Ro

Рис. 10.1. Идеализированная сеть.

При этом осуществляется сплошное покрытие территории с минимальным перекрытием зон вещания (заштрихованные области на рис. 10.1) каждой станции, составляющим примерно 21% площади треугольника. Расстояние между соседними станциями связано с радиусом зоны обслуживания очевидным равенством:

После определения геометрии идеализированной сети переходят к распределению N каналов внутри нее при минимальной помехе. Одним из методов частотного планирования в однородных сетях регулярной структуры

94

является метод триад. Триада – это группа из трех целых положительных чисел t1, t2, t3 , сумма которых равна числу распределяемых каналов:

Число триады представляет собой разность номеров каналов, присваиваемых передатчикам, расположенным в вершинах элементарных треугольников. После того, как выбрана триада, строят так называемый ромб совмещенных каналов, который образован несколькими равносторонними треугольниками, примыкающими друг к другу (см. рис. 10.2).

0

1

Рис. 10.2. Ромб совмещенных каналов.

Число этих треугольников должно быть равно N-1. Нумерация каналов в вершинах этих треугольников должна быть такой, чтобы номера каналов в соседних треугольниках отличались бы как минимум на 2. На рис. 10.2 показан пример такого размещения каналов для N=9.

В реальной сети число каналов, необходимое для организации сети, из-за дополнительных ограничений, накладываемых частотной несовместимостью между различными сочетаниями каналов, возрастает по сравнению с минимальным. Если необходимо построить многопрограммную сеть, имеющую m программ, то число каналов, необходимое для создания такой сети возрастает в m раз.

95

Из рис. 10.1 следует, что в идеализированной сети границы зон обслуживания трех соседних передающих станций пересекаются в одной точке. Соединив точки пересечения, можно получить зоны обслуживания передающих станций в виде шестиугольника, называемого сотой (см. рис. 10.3). Такая структура сети используется в сотовых системах связи. При частотнотерриториальном планировании составляют кластер. Кластер – это совокупность ближайших сот, в которых используются неповторяющиеся частотные каналы. Число таких сот в кластере называется его размерностью.

R з 600

Rо

Рис. 10.3. Пример регулярной сотовой сети

Сравнивая рисунки 10.2 и 10.3, можно сказать, что понятие кластера сотовой сети соответствует понятию ромба совмещенных каналов идеализированной сети.

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;

96

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

ЕС и ЕП – напряженности полей сигнала и помехи в рассматриваемой точке, дБ/мкВ/м;

АЗ – требуемое защитное отношение, дБ.

97

Величины напряженности поля ЕМИН , ЕС и ЕП могут быть рассчитаны по формуле:

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;

РПЕР – мощность передатчика, дБкВт;

GПЕР А - коэффициент усиления предающей антенны, дБ;

ηПЕР – 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 RЗ и координационные расстояния RК для ТВ передатчиков, результаты которого представлены в таблице 10.1.

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.

99

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