635_Nosov_V.I._Optimizatsija_parametrov_setej__

б) при отсутствии «красного» ищется первый «розовый», переходим на пункт 8г;

в) при отсутствии «розового» передатчика определяется «белый» с максимальным КВВ из массива SSS, т.е. берется для планирования свободный передатчик наиболее близко расположенный к координационному кольцу, что обеспечивает частое использование рассматриваемого канала. Переходим на пункт 8г;

г) присваиваем канал NK выбранному передатчику, заносим этот передатчик в массив помех BG, исключая его из массивов S, SS, SSS. Переходим на пункт 6.

9.Конец алгоритма.

5.1.2Распределение частотных каналов в однородной сети регулярной структуры

Для определения возможности использования предложенного метода координационных колец при распределении частотных каналов был использован тест в виде регулярной однородной сети из 900 передатчиков. Для такой сети оптимальное распределение частотных каналов при заданном их числе известно. В соответствии с предложенной автором универсальной модели однородной сети, координаты станций заданы числом модулей в прямоугольной системе координат. Предполагается, что нет действующих передатчиков и на каждой из 900 станций планируется установить по одному передатчику. Методом координационных колец распределялись 27 частотных каналов в данной сети.

Известно, что для регулярной однородной сети координационное расстояние определяется

Rk = R0 C.

где R0 - модуль сети; C - количество распределяемых частотных кана-

лов.

Следовательно, для рассматриваемого случая Rk = R0 27. Исходя из этого условия, для двух передатчиков, расположенных на расстоянии R1,2 = R0 27 коэффициент взаимного влияния равен 0 и оптимальным будет присвоение им одноименного канала. Значит, все передатчики, удаленные от рассматриваемого на координационное расстояние, должны попадать в его координационное кольцо. Учитывая, что в соответствии с предложенной автором универсальной модели однородной сети ближайшие к 27 ромбические числа 25 и 28, были выбраны следующие границы координационного кольца

= ( 1 - 25 ) / 2.

27

212

= ( 1 - 28 ) / 2.

27

Распределение, полученное методом координационных колец для 27 частотных каналов, соответствует известному оптимальному [5.2, 5.3].

5.1.3 Распределение частотных каналов в действующей сети

После того, как была проверена правильность работы предложенного метода координационных колец по распределению частотных каналов на однородной сети, он был использован для модернизации частотного плана фрагмента действующей ТВ сети. Этот фрагмент включает 350 станций (986 передатчиков), расположен в Европейской части СССР и обеспечивает территорию в 2736 тыс. км2 трехпрограммным ТВ вещанием. Из 986 передатчиков 260 - действующие, остальные планируемые. Частотные присвоения действующих передатчиков оставались без изменения. При распределении частотных присвоений планируемым передатчикам учитывались несовместимости каналов в одном пункте, а также помехи от передатчиков, работающих в совмещенном и смежных каналах.

В результате при заданных значениях параметов =0,08 и = 0 был получен новый вариант частотного плана рассматриваемого фрагмента ТВ сети. Распределение количества передатчиков по частотным каналам для действующего плана и плана полученного в результате работы автоматизированной системы частотных присвоений на основе предложенного метода координационных колец представлено на рис.5.2. Из рисунка видно, что в новом частотном плане используется только 21-44 каналы дециметрового диапазона, в действующем плане – с 21 по 60. Кроме того, увеличилось по сравнению с действующим планом количество передатчиков, которым присвоены каналы метрового диапазона. Так , если в существующем плане были запланированы мет-

ровые каналы 67 передатчикам, то в разработанном частотном плане – 190 передатчикам. Таким образом, при заданных параметрах и новый частотный план обеспечивает экономию спектра, отведенного для ТВ вещания и позволяет увеличить количество передатчиков, работающих в метровом диапазоне волн.

После проведения синтеза ТВ сети был проведен анализ существующего и вновь разработанного планов. В процессе анализа рассчитывались площади вещания всех станций Sp с учетом действия всех помех как по совмещенному, так и по смежным каналам, и параметр Q характеризующий, в конечном счете качество составления частотного плана. В результате анализа было получено, существующий план имеет сумму площадей вещания всех станций Sp = 8547 тыс. км2 , а среднее значение Qср = 0,90.

Вновь полученный план обеспечивает Sp = 9025 тыс. км2 и Qср = 0,94. Таким образом, как по эффективности использования частотных кана-

213

5.1.4 Расчет технико-экономической эффективности частотного плана фрагмента ТВ сети

Технико-экономическая эффективность нового частотного плана заключается в том, что при одних и тех же антенных опорах, технических, заданиях он обеспечивает, по сравнению с существующим планом увеличения площади обслуживания, что эквивалентно установке дополнительного количества передатчиков при действующем частотном плане.

Для расчета экономической эффективности нового частотного плана предлагается рассчитать удельные капитальные затраты на один квадратный километр площади обслуживания, для чего рассчитываются капитальные затраты на рассматриваемую телевизионную сеть.

Согласно [5.4], капитальные затраты можно разделить на условнопостоянные К0 и переменные, которые изменяются с изменением высоты антенной опоры К (Н):

К = К0 + К ( H ).

Условно-постоянные затраты составляют 3400 тыс. руб. для одной трехпрограммной ТВ станции, что обосновано в [5.5] , и включает в себя стоимость телевизионных передатчиков. Так как количество ТВ передатчиков работающих в различных диапазонах частот в новом варианте изменилось, то пришлось рассчитать суммарную стоимость передатчиков для двух вариантов сети, которая составила соответственно 439396 тыс. руб. и 413767 тыс, руб.

Для расчета использовались стоимости типовых передатчиков согласно таблице 5.1.

Высоты подвеса антенны и высоты мачт остаются неизменными и величина переменной составляющей капитальных затрат остается постоянной и составляет 291627 тыс. руб. Расчет выполнен по методике разработанной в [5.5], где использована формула

К ( H ) = 1,34 10-3 H3 .

В соответствии с вышесказанным величина капитальных затрат на телевизионную сеть по старому и новому частотному плану составляет соответственно К1 = 1185599 тыс. руб. и К2 = 1160030 тыс. руб. Удельные затраты на 1 км2 площади в старом и новом вариантах частотного плана соответственно равны

S2 - площадь обслуживания по новому плану.

В формуле для расчета экономической эффективности не фигурирует величина удельных эксплуатационных расходов, т.е. в обоих вариантах они принимаются равными ( С1 = С2 ). Тогда

Э = 0,15(138,7-128,5) -9025296 = 13808702 руб.

Если учесть, что в течение года по всей ТВ сети, имеющей около 4000 передатчиков, вводится в строй около 32 передатчиков, то годовой экономический эффект от внедрения частотного плана, разработанного в НЭИС для

216

фрагмента ТВ сети, содержащего 986 передатчиков, составит 149 тыс. руб.

5.2 Исследование эвристических алгоритмов раскраски графов при планировании в группе ТВ станций

5.2.1 Планирование сети однопрограммного ТВ вещания

Для исследования эффективности разработанных алгоритмов , рассмотрим однородную регулярную ТВ сеть имеющую размерность 10 х 10, т.е. десять вершин по оси Х и десять по оси Y. Мощности передатчиков примем равными 100 Вт, высоты подвеса передающих антенн 50 м. расстояния между соседними ТВ станциями (модуль сети) примем равным 80 км.

При планировании сети однопрограммного ТВ вещания , в качестве критерия, по которому можно судить об эффективности того или иного алгоритма назначения каналов, выступает экономное расходование частотного ресурса.

В таблице 5.1 приведены результаты, полученные согласно методике и алгоритмов описанных в третьем разделе, при покрытии территории одной телевизионной программой. В данной таблице для каждого алгоритма указывается число передатчиков, которым назначен соответствующий канал.

Как видно из таблицы 5.1 , наибольшее число неиспользованных каналов, которые остались свободными после завершения частотного присвоения всей группе ТВ станций, наблюдается при использовании алгоритмов типа " краска - вершина ". Алгоритмы Е , F, G, J и К дают экономию в три частотных канала ( 10, 11,12). Использование алгоритмов типа «вершинакраска» В 1 и С 1 – два канала ( 1, 4 ), D2 – один канал.

5.2.2 Планирование сети двухпрограммного ТВ вещания (однородная, регулярная сеть)

После присвоения каналов передатчикам транслирующим первую телевизионную программу проведем планирование второй ТВ программы. Характеристики вновь организуемой сети, пункты установки передатчиков, их излучаемые мощности, высоты подвеса передающих антенн, такие же, как и у сети первой программы, которая в данной ситуации становится действующей сетью. Проведем исследование эффективности алгоритмов оптимального частотного присвоения в такой ситуации.

Варианты построения действующей cети и распределения в ней каналов определяются согласно таблице 5.2. Для каждого способа планирования действующей сети исследуются все алгоритмы назначения новых каналов передатчикам второй программы. Не все планируемые передатчики в заданных условиях могут получить частотный канал , поэтому оптимальным следует считать метод, максимизирующий количество передатчиков полу-

217

чивших частотное присвоение.

Распределение частотных каналов при планировании сети однопрограммного вещания эвристическими алгоритмами.

Таблица 5.2.

В таблице 5.3 приведены результаты полученные в ходе исследования алгоритмов назначения каналов при планировании сети двухпрограммного телевизионного вещания.

Исследования показали, что наибольшее количество передатчиков второй программы, получивших частотное присвоение, достигается при использовании алгоритмов: С2 для планирования сети первой программы; В2 - второй программы (75 передатчиков); за ними, по этому показателю, следуют алгоритмы А2-В2, В2-В2 и В2-В1 (73 передатчика). При любом варианте построения действующей сети, назначение каналов передатчикам планируемой сети целесообразно проводить с помощью алгоритма В2, так как в этом случае получается максимальный результат. Стабильные результаты показали алгоритмы А2, В1, Е и F, уступая наилучшему лишь на 1-5 %.

5.2.3 Планирование сети двухпрограммного ТВ вещания (неоднородная структура сети)

Проведем исследование алгоритмов в ситуации, когда сеть является неоднородной, т.е. состоит из передатчиков разной мощности. Рассмотрим ситуацию, при которой передатчики первой программы имеют мощность 5

218

кВт, а передатчики второй программы 100 Вт.

Количество передатчиков второй ТВ программы, получивших частотное присвоение по соответствующим эвристическим алгоритмам

Таблица 5.3

Параметры сети первой программы: мощности передатчиков 5 кВт; высоты подвеса передающих антенн 180 м; модуль сети 160 км; размерность сети 5 5. Параметры сети второй программы: мощности передатчиков 100 Вт; высота подвеса передающей антенны 50 м; модуль сети 80 км; размерность сети 10 10. Критерием, по которому будет определяться оптимальный метод планирования сети, является максимум передатчиков второй программы получивших частотный канал. В таблице 5.4 приведены результаты частотного присвоения группе мощных ТВ станций первой программы. В таблице 5.4 приведено число передатчиков второй программы, которым был назначен канал.

С точки зрения принятого критерия, максимальное число передатчиков второй программы, получивших канал, наблюдается при использовании следующих схем планирования:

а ) С1 - В1, G - B1, G - В2 – 79 передатчиков;

219

б) В1 - А2, В1В1, C1 - В2 – 78 передатчиков;

в) В1 - В2, В1 - F, С1 - А2 – 77 передатчиков.

Распределение частотных каналов при планировании сети первой программы

Таблица 5.4

Наилучшие результаты были достигнуты, при планировании второй программы, алгоритмами А2 , В1, В2 , C и F.

220

Как видно из таблиц 5.3 и 5.5, дальнейшая перспектива развития сети, сильно зависит от того, каким образом велось планирование сети на предыдущем этапе.

Количество передатчиков второй ТВ программы, получивших частотное присвоение по соответствующим эвристическим алгоритмам.

Таблица 5.5

Так, выполняя назначение каналов передатчикам первой программы согласно алгоритму А1 (таблица 5.5), максимально возможное число ТВ станций второй программы, получивших частотное присвоение при выполнении условий ЭМС, равно 55. Если же на первом этапе применить методы С1 или G, то правильно подбирая алгоритм назначения каналов на втором, можно увеличить число передатчиков до 79, тем самым получить выигрыш в 24 частотных присвоения.

5.2.4 Планирование сети трехпрограммного ТВ вещания (однородная сеть)

Так как количество вариантов построения сети трехпрограммного ТВ вещания слишком велико, проведем исследование эффективности тех алгоритмов, которые дали самые лучшие результаты в предыдущих исследованиях.

221