635_Nosov_V.I._Optimizatsija_parametrov_setej__

ния исследуемой ОВЧ ЧМ станции, для которого выполняется условие

Математической моделью задачи выбора шести лучших частот ОВЧ ЧМ станций является следующая оптимизационная задача. Дано дискретное множество частот F ={fi}, i = 1,t в диапазоне ( FN, FV ), которое возможно для присвоения исследуемой ОВЧ ЧМ станции. Необходимо найти такое множество частот F1 F, F1 = {fk}, k = 1,6, для которого выполняется следующее условие

где K K - обобщенный коэффициент эффективности присвоения частоты fk. Значение K K расчитывается по формуле

где KK - коэффициент прямого влияния на частоте fK;

K0j - коэффициент обратного влияния для j ОВЧ ЧМ станции;

n - количество ОВЧ ЧМ станций, подлежащих расчету на обратное влияние.

Величина KK на частоте fK определяется по формуле

Значение Еисп к определяется методом квадратичного сложения полей по формуле (3.33). Значение K0j определяется по формуле

где Еиспj1 - используемая напряженность поля в точке размещения ОВЧ ЧМ станции, испытывающей мешающее влияние от исследуемой без учета этого влияния;

Еиспj2 - то же с учетом мешающего влияния от исследуемой ОВЧ ЧМ станции.

Математической моделью задачи выбора оптимальной частоты ОВЧ ЧМ станции является следующая задача оптимизации. Дано дискретное множество частот F ={fi}, i = {1, t} в диапазоне (FN, FV), которое возможно для присвоения исследуемой ОВЧ ЧМ станции. Необходимо найти такую

142

F, для которой обеспечивается максимум обобщенного коэффициента эффективности частотного присвоения K , учитывающего взаимное мешающее действие paccмaтриваемой станции и действующих и планируемых ОВЧ ЧМ в указанном диапазоне. Запишем уравнение оптимальности

где fопт - оптимальное значение частоты исследуемой ОВЧ ЧМ станции;

fm - текущее значение частоты;

K m - обобщенный коэффициент эффективности присвоения часто-

ты;

i = { 1,t } - число исследуемых частот;

K i – рассчитывается по формуле (3.37).

Расчет зоны обслуживания ОВЧ ЧМ станции на частоте f производится методом упрощенного умножения. Зона обслуживания определяется как множество радиусов, рассчитанных в двенадцати направлениях от исследуемой ОВЧ ЧМ станции. Радиусом Ri в i-ом направлении является такое расстояние r от исследуемой ОВЧ ЧМ станции для которого выполняется условие

где Eci ( Ri ) - напряженность поля сигнала на расстоянии Ri от исследуемой ОВЧ ЧМ станции в i-ом направлении;

Yi ( Ri ) - вероятность качественного приема на расстоянии Ri в i-ом направлении.

где Е(50,50, Ri,hэ) - напряженность поля сигнала для 50% мест и 50% времени приема сигнала, на расстоянии Ri от исследуемой ОВЧ ЧМ станции для эффективной высоты передающей антенны.

Значение Yi (Ri ) определяется по формуле

где lij - вероятность качественного приема в i-ом направлении на расстоянии Ri от исследуемой ОВЧ ЧМ станции при мешающем действии j-ой

143

3.5 Определение числа частотных каналов для построения сети цифрового звукового радиовещания

В СССР и других странах ведутся интенсивные исследования с целью создания сети цифрового радиовещания (ЦРВ), которую предполагается организовать в диапазоне 87.5...108 МГц (в СССР и МНР —100...108 МГц), выделенном в соответствии с Заключительными актами Региональной Административной конференции по планированию ОВЧ ЧМ звукового вещания. При введении новых систем наземного звукового вещания возникает необходимость решения ряда сложных проблем, в том числе, выбора числа частотных каналов. В данном подразделе на основе результатов, полученных в предыдущих разделах диссертации, решается задача определения минимально необходимого числа частотных каналов для организации наземного цифрового радиовещания.

Постановка задачи. В системе ЦРВ предлагается использовать различные виды модуляции ( многократную ФМ и многопозиционную квадратурную AM ), при которых вероятность ошибки на приеме рош = 10-3 для защитных отношений ( Рс / Рш )вх в пределах от 10 до 33 дБ [3.20, 3.23 – 3.28]. Для построения сети ЦРВ предложено использовать одночастотный вариант [3.19], при котором наблюдается большой уровень взаимных помех между передатчиками, работающими в совмещенных каналах, и который, как показано в [3.20], обеспечивает охват лишь 30% территории в сети регулярной структуры. В [3.19, 3.20] построение сети ЦРВ рассматривалось только для фиксированных и единственных значений параметров передающих станций и расстояний между ними. Практический же интерес представляет построение сети ЦРВ при широком диапазоне изменений этих параметров.

Следовательно, необходимо определить число частотных каналов, требуемых для построения сети ЦРВ со стопроцентным охватом вещанием территории при различных видах модуляции, значениях параметров передающих станций, расстояниях между ними, с учетом рельефа местности и направленных свойств приемных антенн. Решение этой задачи возможно на основе разработанной автором модели универсальной однородной сети и системы машинного синтеза и анализа сети вещания регулярной структуры.

3.5.1 Метод решения задачи.

Использовалась известная модель однородной сети регулярной структуры, реализованная на ЭВМ в виде схемы ( рис. 3.12 ), на которой исследуемый передатчик ( 0 ) находится в окружении 18 соканальных помех, расположенных в углах трех правильных шестиугольников с расстояниями D1, 3D1, 2D1 соответственно. Как известно из теории регулярных сетей, такая ситуация справедлива для каждого передатчика регулярной сети при использовании числа C частот, равного ромбическому числу [3.5, 3.6]. Поэтому решения, полученные для предлагаемой схемы, справедливы для сети в

145

целом.

Условие полного покрытия территории вещанием в выбранной модели удовлетворяется, если выполняется следующее соотношение

где Rз — радиус зоны обслуживания исследуемого передатчика, рассчитанный с учетом действия всех 18 помех;

R0 — модуль сети, определяющий расстояние между соседними узлами (передатчиками) регулярной сети.

R0 и C полностью описывают местоположение мешающих соканальных передатчиков, так как

D1 = R0 C.

Рис. 3.12 Помехи по совмещенному каналу

Радиус зоны обслуживания Rз определяется следующим образом

146

где Ec ( Rз ) – напряженность поля сигнала исследуемого передатчика на границе зоны обслуживания радиусом Rз дБ;

Емин – минимально необходимое значение напряженности поля на входе приемника, дБ;

Y – вероятность приема при действии мешающих передатчиков; p0 – необходимое значение вероятности.

Величина Y определяется в заданной точке приема мультипликатив-

где N—число помех;

li – вероятность приема в заданной точке при мешающем действии i-oй помехи

Значение верхнего предела xi в (3.52) зависит от уровня сигналов Ec (R) исследуемого и Емi i - го мешающего передатчиков на границе зоны обслуживания, защитного отношения Aз и помехозащищенности приемной антенны

S

где = 8,3 дБ – cpeднeквaдpaтичecкoe отклонение медианных уровней сигналов [3.18];

где Ес ( T, L, Rз, HА ) и Eмi ( T, L, di, HAi ) – соответственно медианные значения напряженности поля исследуемого и мешающего передатчиков, оп-

ределяемые по кривым распространения МККР для T % времени и L % мест приема, дБ;

147

di – расстояние от i-го мешающего передатчика до точки приема; P— эффективная излучаемая мощность передатчиков, дБ:

HА – высота передающей антенны, м.

В УКВ диапазоне величина P должна выбираться из условия обеспечения на границе зоны обслуживания, радиус которой в рассматриваемом диапазоне совпадает с радиогоризонтом, минимальной величины напряженности поля Eмин . Тогда из (3.54) и (3.50) получаем

При подстановке (3.56) в (3.55) и (3.54) (с учетом однородности сети) формула (3.53) принимает следующий вид

Поскольку рассматриваемая функция монотонно убывает с увеличением расстояния от передатчика до точки приема, неравенство (3.57) справед-

личина Емин , то значение Р , можно рассчитать по формуле (3.56).

Алгоритм решения заключается в следующем. Фиксируются значения Aз, R, HА, h (степень холмистости местности). Затем определяется число C каналов, для которого выполняется условие (3.50), т. е. обеспечивается полный охват территории звуковым вещанием. При этом расчет напряженности поля исследуемого передатчика проводится по кривым распространения МККР для T = 50% и L = 50%, а поля мешающих передатчиков — для Т = l% и L = 50% в диапазоне частот 30...270 МГц при p0 = 0,5. Влияние холмистости местности h учитывалось при расчетах по методу, описанному в [3.22].

Результаты исследований. С помощью проведенного на ЭВМ моделирования были получены зависимости необходимого для стопроцентного охвата территории вещанием числа C частотных каналов от расстояния R0 между соседними передатчиками, а следовательно, и от Rз для заданных значений Аз, HА, помехозащищенности приемной антенны S и холмистости местности h.

Графики результатов для h = 50 м (равнинная местность) приведены на рис. 3.13, для h =150 м (сильно пересеченная местность) — на рис. 3.14. Мо-

дуль сети R0 задавался в пределах 50...200 км, что соответствует Rз =29. ..115 148

км. Необходимое число частотных каналов С выбиралось равным ближайшему из ромбических чисел 1,3,4,7,9,12..., полученных в первом разделе с использованием предложенной универсальной модели однородной сети. Графики на рис. 3.13 и 3.14 получены для ненаправленных приемных антенн ( S = 0 дБ). На рис. 3.15 представлены аналогичные зависимости, учитывающие направленные свойства приемных антенн ( S =12 дБ) при h = 50 м.

Интересно также рассмотреть взаимозависимость исследуемых параметров при максимальном радиусе зоны обслуживания, равном расстоянию радиовидимости между передающей и приемной антеннами. На рис. 3.16 и 3.17 показаны зависимости минимального числа частотных каналов требуемого для полного охвата территории, при заданных значениях Aз, HА, h и

S = 0 дБ ( h = 50 м—рис. 3.16, h =150 м - рис. 3.17 ). Аналогичные зависимости, представленные на рис. 3.18, получены при использовании направленных приемных антенн ( S = 12 дБ) при h = 50 м.

Анализ полученных результатов. Для построения сети ЦРВ при вы-

соте передающей антенны HА = 300 м, модуле сети R0 =150 км (Rз = 87 км), h = 50 м и защитном отношении Aз = 6 дБ, с использованием однократной ФМ, при которой pош = 10-3 , минимально необходимое число частотных ка-

налов Смин = 7.

Если при тех же условиях в сети ЦРВ использовать 16-позиционную квадратурную AM, при которой защитное отношение Aз = 23 дБ, а pош = 10-3 [3.20], то для построения такой сети Смин = 12.

Построение передающей сети ЦРВ при С = 1 возможно только при условии качественного приема в случае отрицательных значений защитного отношения для любых HA и h = 50 м. При увеличении h до 150м данное условие сохраняется для С = 4 (HA = 600 м) и C = 7 ( h = 150 м).

Как следует из рис. 3.13 и 3.15, применение направленных приемных антенн ( S = 12 дБ) уменьшает минимально необходимое число частотных каналов с семи до четырех, если HА = 300 м, h = 50 м, R = 150 км, Aз = 13 дБ (при использовании двукратной ФМ для pош = 10-3 ) .

Построение передающей сети ЦРВ. в условиях сильно пересеченной местности ( h = 150 м) приводит к значительному увеличению требуемого для полного охвата вещанием территории числа частотных каналов по сравнению со случаем равнинной местности ( h = 50м). Так, для HА = 300 м, Aз = 13 дБ (двукратная ФМ), C =7 при h = 50 м и С = 12 при h = 150 м (рис. 3.16

и 3.17).

149