635_Nosov_V.I._Optimizatsija_parametrov_setej__

т.е. в область приемлемых решений попадают те, для которых макси- мально-возможный радиус зоны вещания не меньше необходимого.

В качестве второго показателя допустимости решения, связанного с наличием мешающих передатчиков, предлагается коэффициент использования станции Q

где Qi {0,…,1} – коэффициент использования станции;

Sмакс = R2макс ( P, HА ) – максимально возможная площадь вещания

станции;

Si ( P, HА) – реальная площадь вещания станции с учетом действия

помех.

В качестве основного показателя эффективности выбора технических параметров и частотных присвоений предлагается использовать относительные (руб./км2 ) затраты на станцию

где Зi ( P, HА ) – затраты на станцию с выбранными параметрами.

1.2.3 Показатели эффективности выбора технических параметров подсети станций одноименных каналов

Как уже было отмечено, выбор параметров передающей станции ограничен необходимостью исключения или минимизации помех действующим станциям со стороны рассматриваемой. Оценка уровня взаимных помех может быть в виде соотношения расстояния между станциями Dij с минимально необходимым Dмин , или в виде коэффициента взаимных влияний КВВ. Критерий выбора для Dмин

т.е. пара ( Р, НА ) является приемлемым вариантом, если расстояние между двумя станциями совмещенного канала не меньше, чем минимальнонеобходимое для рассматриваемых параметров. Более удобен предлагаемый коэффициент взаимного влияния, который дает количественную оценку уровня влияния по степени уменьшения радиусов зон вещания. Случай Dij = Dмин соответствует КВВ = 0. КВВ изменяется в диапазоне значений [ 0, 1 ]. Критерий выбора ( P, HА ) в этом случае

31

где – пороговое значение КВВ, определяющее допустимое уменьшение зон. На рис. 1.9 представлен график зависимости КВВ от расстояния между парой станций, работающих в первом диапазоне с P = 50 кВт и HА = 350м.

1.2.4. Сетевые показатели эффективности выбора технических параметров ТВ и ОВЧ ЧМ станций

Кроме того, что выбор ( P, HА ) удовлетворяет условиям (1.7, 1.8 ), полученное решение необходимо рассматривать так же с позиции и сети, еѐ эффективности. Это требование объясняется тем, что выбранные параметры могут обеспечивать максимальную зону и полное использование потенциала станции ( Qi = 1), и в то же время не увеличивать степень покрытия территории. Например, при больших площадях перекрытия зон вещания.

В этом смысле необходимо использовать следующие показатели эффективности [1.9]

где Sобсл ( P, H ) – площадь обслуживания территории, планируемой на ней сетью;

Sтер – площадь территории, на которой планируется сеть;

– заданная величина степени покрытия территории или

Площадь обслуживания сети

Где

N

Sвещ (P, H A ) Si (P, H A ),

i1

–суммарная площадь зон вещания всех N станций сети;

Sпер ( P, HА ) – суммарная площадь перекрытия зон вещания всех станций

сети.

Для выбора оптимального варианта ( P, HА ) передающих станций предлагается использовать относительный коэффициент затрат на сеть

32

где FN –коэффициент затрат на км2 площади обслуживания сети; ЗN –затраты на сеть.

КВВ

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

D, км

Рис.1.9 Зависимость КВВ от расстояния между передатчиками

Т.е. из всех допустимых решений, удовлетворяющих условиям ( 1.7 – 1.13 ) оптимальными будут такие значения мощностей передатчиков и высот подвеса передающих антенн, при которых стоимость км2 площади обслуживания сети является минимальной.

1.3. Анализ и выбор показателей эффективности, используемых для частотных присвоений

Важнейшей задачей системы автоматизированного распределения частотных присвоений в передающей сети радиовещания является оптимальное распределение частотных каналов передатчикам сети. Под оптимальностью распределения понимается минимизация взаимных помех, т.е. обеспечение наилучшего использования технических ресурсов передающей сети в условиях ограничений наложенных на использование частотного спектра. Распределение

33

частот между передатчиками в конечном счѐте сводится к рассмотрению всевозможных парных частотных присвоений, когда для двух конкретных передатчиков требуется решить вопрос об оптимальности или не оптимальности присвоения им взаимно мешающих частотных каналов. Следовательно, необходим показатель эффективности, на основании которого должна производится оценка каждого такого присвоения.

1.3.1 Используемая напряженность поля.

Используемая напряженность поля в точке установки передатчика есть минимальная требуемая напряженность поля сигнала, при которой помеха превышается на величину защитного отношения

где Еп – напряженность поля помехи, создаваемая в точке установки передатчика, дБ;

Аз – требуемое защитное отношение, дБ.

Имеется два передатчика, требуется определить возможность присвоения обоим одного и того же частотного канала. Для этого один принимаем за помеху и считаем его напряженность поля в точке установки другого передатчика. Учитывая защитное отношение, найдем искомую Еисп. Чтобы дать ответ на вопрос о возможности присвоения этим передатчикам одного частотного канала, необходимо сравнить полученную Еисп с некоторым оптимумом используемой напряженности.

Если рассчитанная Еисп лежит в допустимых пределах отклонения от оптимального значения, то показатель даѐт положительный ответ. Предполагается оптимум используемой напряженности определять экспериментально, исходя из конкретных расстояний между передатчиками, обладающими определенными техническими параметрами Р и НА , и диапазоном их работы. Используемая напряженность поля показатель эффективности парный, поэтому он рассчитывается в точке установки обоих передатчиков, когда другой считается помехой. Возможность присвоения частотного канала оценивается по передатчику, находящемуся в худших условиях с точки зрения помехи.

Достоинства этого критерия в простоте расчетов. Зная расстояние между передатчиками R и их технические параметры ( P, HА ) можно определить на-

где Е ( 50, 10, P, H ) - напряженность поля помехи на расстоянии R от мешающего передатчика, определяется по кривым распространения, дБ (рис.1.2

... 1.4 );

34

Р – эффективная излучаемая мощность передатчика помехи, дБ. Учитывая защитное отношение в зависимости от вида исследуемой по-

мехи, находим

Но для этого показателя эффективности сложно определять его оптимальное значение и он не даѐт количественной оценки оптимальности присвоения частотного канала.

Таким образом, показатель эффективности используемая напряженность поля в точке установки передатчика удобно использовать для первичного экс- пресс-анализа ситуации, т.е. когда необходимо отобрать все частоты, которые возможно присваивать в данном пункте. А оптимальность присвоения того или иного частотного канала предлагается оценивать с помощью одного из ниже описываемых показателей эффективности.

1.3.2 Координационное расстояние

Рассмотрим два передатчика, которые могут создавать взаимные помехи. Минимальное расстояние между ними, при котором их взаимное влияние не уменьшает радиус зоны вещания передатчиков по сравнению с максимальной, назовем координационным расстоянием и обозначим Dк (рис 1.10).

Координационное расстояние рассчитывается по формуле

Dк = Rмакс + d ,

где Rмакс – радиус зоны вещания передатчика без учета помех;

d - расстояние от границы зоны полезного передатчика до помехи.

Dk

d

Rмакс

Рис.1.10 Определение координационного расстояния

35

На границах зон рассматриваемых передатчиков должны выполняться условия качественного приема

где Ес - напряженность поля сигнала на границе зоны вещания, дБ; Емин - минимально-допустимая напряженность поля сигнала на гра-

нице зоны, при которой обеспечивается качественный прием на существующую массовую аппаратуру, задается рекомендациями МККР, дБ.

Из выражения (1.19) получим выражение для определения максимально-

где Е ( 50,50,Rмакс,HА ) – напряженность поля сигнала на расстоянии Rмакс от передатчика, определяется по кривым распространения, дБ (рис.1.2).

Зная эффективную высоту подвеса антенны Hэфф , и эффективную излучаемую мощность Р , методом деления пополам можно найти такой радиус зо-

ны вещания, что Е ( 50, 50, Rмакс , HА ) будет равна разности Емин - Р с заданной степенью точности.

Исходя из равенства (1.19) найдем значение d. Напряженность поля по-

мехи

где Е ( 50,10,d,HА ) – напряженность поля помехи, создаваемая передатчиком с эффективной излучаемой мощностью 1 кВт , дБ;

S - помехозащищенность приемной антенны, дБ ( рис.1.7).

Определяя единичную напряженность поля помехи по рис.1.2. , методом деления пополам можно найти d. При распределении частотных каналов в регулярной однородной сети ввиду идентичности параметров и помеховой обстановки всех передатчиков, достаточно определить координационное расстояние для одной пары. Для всех остальных подобных пар данное расстояние можно использовать в качестве показателя оптимальности частотных присвоений.

В реальной передающей сети станции размещены нерегулярно, параметры каждого передатчика индивидуальны и помехи, создаваемые друг другу, неравнозначны. Следовательно, необходимо исследовать условия работы обоих передатчиков и для каждого из них определить расстояние до помехи, при котором выполняются требования качественного приѐма. Рассмотрим два взаимно мешающих передатчика, технические параметры которых не одина-

36

ковы ( рис. 1.11).

Исходя из рис. 1.11 для i - го передатчика минимально-допустимое расстояние до j -го должно быть Dij . В свою очередь, чтобы обеспечить необходимое качество приема j -го передатчика, требуется расстояние от него до i - го Dji . Причѐм Dij Dji . Координационным расстоянием Dk считается больше

Для оценки оптимальности данного частотного присвоения паре передатчиков необходимо определить их координационное расстояние и сравнить с фактическим расстоянием между ними. Можно рассматривать следующую формальную конструкцию

если D < Dk , то данное присвоение запрещено, иначе - возможно.

Такая конструкция предполагает оптимизацию с точки зрения использования технических ресурсов станции. Но в случае D >> Dk формальное разрешение частотного присвоения не оптимально с точки зрения использования частотного спектра.

Поэтому для оптимизации частотных присвоений предлагается ввести пределы, в которых допустимо отклонение рассматриваемого расстояния от координационного

Dij

Dji

D

Рис.1.11 Выбор координационного расстояния

Если D расположено в этом интервале, можно сказать, что данное присвоение частот является оптимальным. Точность этого критерия определяется тем, что его численные значения рассчитываются из условий качественного

37

приѐма только в одной точке на границе зоны вещания передатчика. Однако недостатком координационного расстояния является то, что его оптимальное значение для каждой пары передатчиков - своѐ, интервал оптимальных присвоений заранее не определѐн в отличие от КВВ. Плохо и то, что интервал оптимальных присвоений приходится задавать в долях оптимального (координационного) расстояния между станциями, а не в долях изменения потенциальных радиусов зон вещания.

Связь между этими параметрами не линейна, поэтому при незначительном отклонении фактического расстояния от координационного, нельзя утверждать, что фактический радиус будет отличаться от Rмакс тоже незначительно.

По сравнению с используемой напряженностью поля координационное расстояние является более точным показателем эффективности, т.к. используемая напряженность поля оценивает только возможность данного частотного присвоения, в то время как координационное расстояние определяет оптимальность этого присвоения. Если недостаточно проанализировать взаимные помехи передатчиков только в одной точке на границах зон вещания, необходимо воспользоваться в качестве показателя оптимальности частотных присвоений предложенным коэффициентом использования передатчиков, т.к. он, в отличие от координационного расстояния, исследует влияние помехи на всю зону передатчика с любой заданной степенью точности - отсюда и его вычислительная сложность как минимум на порядок выше.

1.3.3 Коэффициент взаимного влияния

Для количественной оценки оптимальности частотного планирования и оптимизации технических параметров передающих сетей предлагается ввести новый показатель эффективности – коэффициент взаимного влияния (КВВ) - величина, количественно оценивающая взаимное влияние пары передатчиков. Этот коэффициент определяет насколько изменяются радиусы зон вещания передающих станций относительно максимальных под воздействием взаимных помех. Предлагается определять КВВ по следующей формуле

КВВ = 1 - ((Rрi1 + Rрi2 + Rрj1 + Rрj2 ) / ( 2Rмаксi + 2Rмаксj )) , (1.24)

где Rрi1 и Rрj1 - радиусы зон вещания i -го и j -го передатчиков по направлению друг к другу, км;

Rрi2 и Rрj2 – радиусы зон вещания i - го и j - го передатчиков в противоположных направлениях, км;

Rмаксi и Rмаксj – радиусы зон вещания i -го и j -го передатчиков при условии отсутствия помех ( Ес = Емин ) км.

В однородной сети, где параметры всех передатчиков одинаковы, можно использовать в качестве критерия коэффициент, рассчитанный таким образом. Рассмотрим пару передающих станций в реальных условиях. Каждая из них обладает индивидуальными параметрами и, соответственно, помехи, создаваемые

38

ими, различны. Если эти помехи соизмеримы, КВВ даѐт верную оценку взаимных влияний пары передатчиков.

Однако, рассмотрим случай, когда взаимно мешающие частотные каналы присваиваются передатчикам, резко различающимся по уровню создаваемых помех. Допустим i - й передатчик в силу своих технических возможностей охватывает вещанием гораздо большую зону, чем j - й (рис. 1.12 ). Следовательно, радиусы зоны Rрi1 , Rрi2 и Rмаксi намного превысят соответствующие им Rрj1 , Rрj2 , Rмаксj . Тогда при расчете КВВ (1.24) будет учтено только сокращение зоны мощного передатчика ( i -го ) под воздействием помехи от j - го, т.к. параметры зоны маломощного передатчика слабо влияют на результат вычислений по причине их малой величины. То есть при расчете КВВ по формуле (1.24) в данном случае будет учтено только влияние маломощной станции на мощную, а помехи, создаваемые мощным передатчиком не оцениваются. Из всего выше изложенного следует, что КВВ рассчитанный по (1.24) не рекомендуется использовать в качестве критерия оптимальности частотных присвоений в неоднородной сети. Поэтому был предложен другой вариант расчета коэффициента взаимного влияния пары передатчиков, который определяется из условия

Таким образом КВВ определяется только одним из условий качественного приѐма (1.19)

Ес - Еп = Аз .

Rмаксj

Rмаксi

d

Рис.1.12 К расчету коэффициента взаимного влияния

Этот коэффициент оценивает ситуацию, учитывая только взаимные

39

помехи между двумя передатчиками. Положительные значения КВВ при Rр < Rмакс указывают на недостаточное использование технических ресурсов передатчиков, при отрицательных значениях коэффициента Rр > Rмакс можно говорить о нерациональном использовании частотного спектра.

Случай, когда КВВ = 0 является наилучшим, т.к. при этом выполняются оба условия (1.19) качественного приѐма. Необходимо эмпирически определить интервал значений КВВ вокруг нуля, при которых частотные присвоения оптимальны и в смысле использования технических параметров передатчиков и в смысле использования спектра.

По сравнению с коэффициентом использования передатчика, КВВ как минимум на порядок проще по расчетам, но когда требуется оценить, взаимное влияние передатчиков на всю зону вещания, а не только в двух точках на границе этой зоны, необходимо пользоваться предлагаемым более точным показателем оптимальности частотных присвоений - коэффициентом использования передатчика. Коэффициент взаимного влияния - простой, эффективный и наглядный показатель, которым удобно пользоваться при оптимизации частотных присвоений.

1.3.4 Коэффициент использования передатчика

Предлагаемый коэффициент использования передатчика есть отношение площади обслуживания данной станции в сети Sреальн к площади обслуживания при отсутствии помех Sидеальн

Коэффициент использования передатчика является очень точным показателем эффективности, т.к. учитывает влияние помехи на всю зону вещания передатчика. Но вместе с тем он самый сложный для расчета, потому что нужно делать в несколько раз больше вычислений, чем, например, при расчете КВВ или координационного расстояния, когда считается изменение зоны обслуживания передатчика только в направлении на помеху. Кроме того, Q является хорошим критерием оптимизации частотных присвоений лишь тогда, когда он меньше единицы, т.е. когда помеха влияет на зону передатчика. В случае же, когда Q = 1, мы оцениваем эффективность присвоевия только с точки зрения использования ресурсов передатчика, а оценить использование спектра мы не можем. Но, если так же как при расчете КВВ реальный радиус рассчитывать, пренебрегая граничным условием Ес = Емин , т.е., если изменение Q считать не в пределах [0; 1] , а расширить границы диапазона Q > 1, то оптимальность очередного текущего присвоения можно рассмотреть и по использованию технических ресурсов передатчика и по использованию спектра

40