Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Частотно-территориальное планирование сетей телевизионного и звукового вещания 12
1.1. Принципы построения и функциональные возможности системы частотно-территориального планирования 12
1.2. Сравнительный анализ методик расчета напряженности поля и зон обслуживания радиопередающих станций сетей телерадиовещания 16
1.3. Сравнительный анализ современных геоинформационных систем 29
1.4. Постановка задачи исследования 40
Глава II. Оптимальное территориальное планирование сетей телевизионного и звукового вещания 43
2.1. Виды показателя эффективности и соответствующие им задачи территориального планирования 43
2.2. Особенности реализации методики расчета зон обслуживания радиопередающих станций сети телерадиовещания в задачах оптимизации 47
2.3. Функционалы качества и алгоритмы их вычислений 58
2.4. Методы оптимизации, используемые при решении поставленных задач 63
2.5. Решение оптимизационных задач с использованием методов динамического программирования и циклического покоординатного спуска 68
Выводы по второй главе 77
Глава III. Оптимизация параметров сети телерадиовещания при территориальном планировании с учетом электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств 78
3.1. Факторы, влияющие на электромагнитную совместимость радиоэлектронных средств. 78
3.2. Защита от помех в телевидении и радиовещании 83
3.3. Методика расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций 90
3.4. Особенности реализации методики расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций в задачах оптимизации 93
3.5. Функционалы качества в задачах оптимизации с учетом электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств 98
3.6. Решение задач оптимального размещения радиопередающих станций с учетом электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств 100
Выводы по третьей главе 110
Глава IV. Программный комплекс «Ресурс» для решения задач оптимизации параметров сети телерадиовещания на этапе территориального планирования 111
4.1. Основные характеристики электронной карты Республики Татарстан и матрицы высот 112
4.2. Обобщенная структура и алгоритм решения задач оптимизации параметров сети на этапе территориального планирования сетей телерадиовещания в программном комплексе «Ресурс» 116
Выводы по четвертой главе 135
Заключение 136
Литература 138
- Сравнительный анализ методик расчета напряженности поля и зон обслуживания радиопередающих станций сетей телерадиовещания
- Особенности реализации методики расчета зон обслуживания радиопередающих станций сети телерадиовещания в задачах оптимизации
- Методика расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций
- Обобщенная структура и алгоритм решения задач оптимизации параметров сети на этапе территориального планирования сетей телерадиовещания в программном комплексе «Ресурс»
Введение к работе
Общая характеристика работы
Актуальность темы. В последние годы быстрыми темпами развиваются сети телевизионного (ТВ) и звукового вещания. Это связано с бурным развитием регионального телерадиовещания, с реорганизацией сети в виду ее устаревания, с введением на действующих станциях передатчиков дополнительных программ, с освоением диапазона дециметровых волн и т.д.
Развитие сети телерадиовещания требует разрешение такого вопроса, как обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) между радиопередающими станциями (РПС) вещательной службы, между службами телевизионного и звукового вещания и другими службами, совместно использующими общие полосы частот. При определении значений основных параметров радиопередающей вещательной станции основным критерием является возможность работы данной станции без взаимных помех в сложившейся сети. Таким образом, подбор параметров для новой станции или изменение значений для действующей нередко сопряжен с необходимостью коррекции целого ряда параметров других радиовещательных станций. Для рационального использования параметров сети телевизионного и звукового вещания особую важность приобретает эффективное планирование данной сети.
Оптимизацию параметров при проектировании сети телерадиовещания целесообразно проводить с использованием многослойных электронных карт местности и специализированного программного обеспечения на базе геоинформационных технологий. Это способствует повышению оперативности и обоснованности решений, принимаемых при выборе мест размещения радиопередающих станций, за счет анализа влияния земной поверхности и местных предметов на распространение радиоволн, а также позволяет провести полный расчет зоны обслуживания с учетом рельефа местности и подстилающей поверхности. Однако, на сегодняшний день существующие специализированные геоинформационные системы (ГИС) направлены на решение
6 задач анализа сети, а ГИС, направленные на решение задач оптимизации сети, находятся в стадии разработки.
При проектировании передающей сети стремятся так разместить радиовещательные станции, чтобы обеспечить возможность приема программ для большей части населения. Следовательно, актуальной является задача наилучшего покрытия территорий информационными каналами при минимальных технических затратах. Анализ работ показывает, что данным вопросам уделено недостаточное внимание, что определяет актуальность диссертационных исследований.
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности сетей телевизионного и звукового вещания путем оптимизации технических параметров этих сетей на этапе проектирования с использованием геоинформационных технологий.
Для достижения этой цели в диссертации решена задача разработки методов, алгоритмов и программных средств на базе геоинформационных технологий, позволяющих оптимизировать технические параметры сети телерадиовещания, включающая частные задачи:
оптимизация технических параметров сетей телевизионного и звукового вещания по критериям максимума коэффициента покрытия обслуживаемой территории и минимальности суммарной мощности радиопередающих станций при полном покрытии;
оптимизация сети телерадиовещания по критериям максимума коэффициента покрытия обслуживаемой территории и минимальности суммарной мощности радиопередающих станций при полном покрытии с учетом требований электромагнитной совместимости;
разработка программных средств для решения задач оптимизации сетей ТВ и звукового вещания.
Методы исследования, В данной работе используются методы математического моделирования, математического анализа, численные методы расчета, методы оптимизации, организация структур и баз данных, объектно-
ориентированное программирование, методы расчета напряженности поля, методы анализа ЭМС.
Научная новизна работы. Научная новизна диссертационной работы
заключается в следующем:
Сформулирована задача территориального планирования сетей телевизионного и звукового вещания как задача оптимизации по предложенным показателям эффективности сети.
Предложен метод оптимального размещения радиопередающих станций на обслуживаемой территории по критерию максимума коэффициента покрытия обслуживаемой территории сигналами от РПС с учетом степени перекрытия зон обслуживания станций, а также по критерию минимальности суммарной мощности РПС. Построены функционалы качества для этих задач и реализованы алгоритмы численного поиска оптимального решения.
Предложены функционалы качества в задачах оптимизации параметров сети телерадиовещания с учетом обеспечения требований электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС).
Исследована эффективность различных методов оптимизации в задачах территориального планирования сетей телевизионного и звукового вещания на примерах решения конкретных задач.
Практическая ценность работы. Оптимизация технических параметров сетей на этапе проектирования по предложенным критериям позволяет повысить эффективность сетей ТВ и звукового вещания. В частности, результаты решения задачи оптимального размещения фиксированного числа РПС на обслуживаемой территории по критерию максимума коэффициента покрытия этой территории сигналами от РПС позволяют разместить радиовещательные станции таким образом, при котором обеспечивается возможность приема программ для большей части населения. Решение другой задачи оптимального расположения РПС на обслуживаемой территории по критерию минимальности суммарной мощности позволяет сократить затраты энергетического ресурса.
Разработан программный комплекс «Ресурс», предназначенный для оптимизации параметров сети телерадиовещания и реализующий решение сформулированных задач.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях: Международная НМК «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре и образовании» НИТРИО-2001, Астрахань, 2001; Electronics and Electrical Engineering.-Kaunas:Technology, 2002; Республиканский конкурс научных работ среди студентов и аспирантов на соискание премии имени Н.И. Лобачевского, Казань: КГУ, 2002; XXIX Международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» 1Т+8Е'2002,Украина, Гурзуф, 2002; Юбилейная VIII Санкт-Петербургская Международная конференция «Региональная информатика-2002», С.Петербург, 2002; XXX Международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» 1Т+8Е'2003,Украина, Гурзуф, 2003; X Всероссийский форум «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование», Москва, 2003Международная НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» Сочи, 2003. Работа была отмечена дипломом II степени на Республиканском конкурсе научных работ среди студентов и аспирантов на соискание премии имени Н.И. Лобачевского по направлению «Радиоэлектронные устройства и системы» и дипломом III степени на конкурсе межвузовской комплексной программы «Наукоемкие технологии образования».
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы в подразделениях Министерства связи Республики Татарстан, СПКБ «Тагсвязь проект» и Радиотелевизионном передающем центре при проектировании сетей связи и вещания, а также в учебном процессе Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева на кафедре радиоэлектронных и телекоммуникационных систем при подготовке
студентов направления «Телекоммуникации» специальностей «Многоканальные телекоммуникационные системы» и «Средства связи с подвижными объектами».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 7 статей, тезисы докладов в трудах четырех международных и всероссийских конференций, 2 учебных пособия с грифом У МО по образованию в области телекоммуникаций, 2 свидетельства РФ на полезную модель.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Она изложена на 145 страницах и содержит 51 рисунок и 30 таблиц. Список использованной литературы включает 127 пунктов.
Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие научные положения, выдвигаемые на основе полученных в диссертационной работе результатов.
Формулировка задачи территориального планирования сетей телевизионного и звукового вещания как задачи оптимизации по предложенным показателям эффективности сети.
Метод оптимального размещения радиопередающих станций на обслуживаемой территории, по критерию максимума коэффициента покрытия обслуживаемой территории сигналами от РПС с учетом степени перекрытия зон обслуживания станций, а также по критерию минимальности суммарной мощности РПС. Функционалы качества для этих задач и алгоритмы численного поиска оптимального решения.
Функционалы качества в задачах оптимизации параметров сети телерадиовещания с учетом обеспечения требований электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств.
Результаты анализа эффективности различных методов оптимизации в задачах территориального планирования сетей телевизионного и звукового вещания.
Содержание работы
В первой главе приведены принципы построения и функциональные возможности системы частотно-территориального планирования (ЧТП) сетей ТВ и звукового вещания, проанализировано состояние проблемы ЧТП. Показано, что для повышения технической и экономической эффективности проекта необходимо на этапе территориального планирования решать задачи оптимизации параметров станций. Проведен сравнительный анализ методик расчета напряженности поля и зон обслуживания РПС сетей телерадиовещания, в ходе которого сформулированы требования, предъявляемые к методике при решении задач оптимизации параметров сети. Проведен анализ и сравнение современных ГИС, направленных на решение задач планирования сетей ТВ и звукового вещания. На основе проведенного анализа сделан вывод о целесообразности разработки методов, алгоритмов и программных средств на базе геоинформационных технологий, позволяющих оптимизировать технические параметры сети телерадиовещания. Сформулирована задача исследований.
Во второй главе сформулированы варианты показателя эффективности и соответствующие им задачи территориального планирования. Предложен метод оптимального размещения радиопередающих станций на обслуживаемой территории по критерию максимума коэффициента покрытия обслуживаемой территории сигналами от РПС с учетом степени перекрытия зон обслуживания станций, а также по критерию минимальности суммарной мощности РПС. Приведены особенности реализации методики расчета зон обслуживания РПС сети телерадиовещания в задачах оптимизации. Предложен алгоритм нахождения среднего колебания высот местности позволяющий сократить затраты машинного времени. Предложены функционалы качества и алгоритмы их вычислений. Проведен сравнительный анализ методов оптимизации, в результате, которого для решения поставленных многоэкстремальных задач были выбраны методы циклического покоординатного спуска и динамического программирования. Приведены примеры решения сформули-
11 рованных задач. Исследована эффективность выбранных методов оптимизации в задачах территориального планирования сетей телевизионного и звукового вещания на примерах решения конкретных задач.
В третьей главе сформулированы функционалы качества в задачах оптимизации параметров сети телерадиовещания с учетом ЭМС РЭС. Рассмотрены факторы, влияющие на ЭМС РЭС. Проведен сравнительный анализ статистических методов расчета помех, создаваемых несколькими источниками, в результате, которого в качестве методики расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций, выбран упрощенный метод умножения, Приведены особенности реализации выбранной методики в задачах оптимизации. Приведены примеры решения задач.
В четвертой главе представлен разработанный программный комплекс «Ресурс», предназначенный для оптимизации параметров сети телерадиовещания на этапе территориального планирования. Представлена обобщенная структура этого комплекса. Рассмотрен пример решения задачи нахождения оптимального расположения РПС на обслуживаемой территории по критерию максимума коэффициента покрытия с помощью программного комплекса «Ресурс». Проведен сравнительный анализ результатов расчета напряженности поля в некоторых точках, полученных с помощью программного комплекса «Ресурс» с измеренными значениями в тех же точках. Приведено математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение разницы экспериментального и расчетного значений.
В Заключении приведены основные результаты диссертационной работы показывающие, что частные задачи диссертационной работы решены, а следовательно, решена задача исследований, заключающаяся в разработке методов, алгоритмов и программных средств на базе геоинформационных технологий, позволяющих оптимизировать технические параметры сети телерадиовещания.
Сравнительный анализ методик расчета напряженности поля и зон обслуживания радиопередающих станций сетей телерадиовещания
При проектировании сетей ТВ и звукового вещания возникает необходимость в определении зоны, в которой связь будет обеспечена с заданными качеством и надежностью. Зона обслуживания РГТС телерадиовещательной сети определяется на основе статистических [2,3,41,49,50,65,69-71,75,107,113,114,116,121-123,127] и детерминированных [2,75] методов.
При использовании детерминированных методов алгоритмы прогноза качества связи основаны на учете влияния местных условий и препятствий на трассе распространения сигнала. Следовательно, данные методы требуют построения профиля трассы для каждой из возможных точек ведения связи. Точность расчета величины затухания сигнала на трассе зависит от точности метода расчета и точности задания исходных данных. В связи с многообразием реальных рельефов условия распространения вдоль неровной поверхности можно оценить количественно с некоторой степенью приближения. Для оценки ослабления проводят аппроксимацию неровностей телами правильной геометрической формы [51]. Использование детерминированных методов для решения задач оптимизации параметров сети при ЧТП не совсем удобно, поскольку они требуют знания очень большого числа параметров. Эти методы целесообразно применять для расчета характеристик какой либо отдельной линии.
Для практической оценки величины ослабления поля очень часто используют статистический подход. Статистические методы прогноза зон обслуживания РПС сетей радиосвязи длительное время являлись основными и не потеряли своей актуальности до настоящего времени. В диапазоне частот 3(К1000 МГц для расчета напряженности поля применимы модели: Хаты [113], Окамуры [121], Парсона [122], Сакагами-Кубои [123], Акеямы [107]; методики: НИИР [75], ГСГШ [41]; методы изложенные в [50]; Рекоменда-ция370-7 [116]. Каждая модель [2,3,41,49,50,65,69-71,75,107,113,114,116,121 123,127] имеет свои границы применимости и другие особенности, которые нужно учитывать при ее использовании (см. табл. 1,1). В целом модели Хаты, Парсона и Окамуры отражают зависимость медианного значения уровня потерь от расстояния, частоты, параметров оборудования и характеристик городской среды.
Многочисленные экспериментальные графики, полученные Окамурой [121], являются основой для введения модели Хаты [113] в статистически однородном городе. Модель Хаты не охватывает всех результатов, полученных Окамурой, однако в ней в отличие от модели Парсона, предусмотрены специальные формы записи основной формулы Хаты для пригорода, полуоткрытой и открытой местности. Расчеты по формулам модели Парсона [122] дают достаточно хорошее совпадение с данными Окамуры для квазиплоского города. Модель Сакагами-Кубои [123] в отличие от моделей Окамуры, Хаты и Парсона позволяет учесть среднюю высоту зданий вблизи передающих и приемных антенн, а также ориентацию улицы относительно направления прихода сигнала (см. табл. 1.1). Модель Акеямы [107] в дополнение к методике НИИР [75] позволяет учесть влияние городской застройки с помощью аналитических выражений. Таким образом, применение моделей [41,107,113,121-123] требует учета большого числа параметров, что не желательно при решении задач оптимизации на этапе ЧТП. Следовательно, эти модели целесообразно применять при решении задачи анализа исследуемой сети.
Сформулируем требования, предъявляемые к методике расчета напряженности поля при решении задач оптимизации: - выбранная методика должна учитывать: рельеф местности, тип трассы (сухопутная, морская, смешанная), параметры РПС (мощность, эффективная высота, частота, месторасположения) опираясь на известные статистические данные по близким по характеристикам регионам; - выбранная методика должна быть достаточно простой, учитывать только самые необходимые параметры для уменьшения трудоемкости вычислений, связанной с решением задач оптимизации; - выбранная методика должна соответствовать рекомендациям Международного союза электросвязи (МСЭ-Р).
Согласно поставленным требованиям для расчета зоны обслуживания РПС целесообразно использовать методики [2,3,75,50], в основе которых положена Рекомендации 370-7 [116]. Отличие методов [2,75] и [3,50] заключается в наличии некоторых поправок.
Напряженность поля сигнала является случайной величиной по местоположению и во времени[2,3,75,50]. Она изменяется от точки к точке вслед ствие неравномерности рельефа и во времени вследствие неустойчивого состояния тропосферы. Медианное значение напряженности поля сигнала (дБ(мкШм)) находят из кривых распространения Рекомендации 370-7, которые представляют собой уровни напряженности поля как функции от высот передающей и приемной антенн, несущей частоты и протяженности трассы и получены в результате усреднения экспериментальных результатов в различных регионах при различных условиях. На равнинно-холмистой местности, на расстояниях менее 10 км медианное значение напряженности поля определяют по кривым распространения рис. 1.2 [116] или рассчитывают по формуле [75], на расстояниях свыше 10 км по рис. 1.3, 1.4 [116]. Также, в документах МСЭ-Р содержатся данные по кривым распространения для морских и смешанных трасс. Для проведения расчетов с применением ЭВМ кривые распространения необходимо аппроксимировать полиномами [75], а промежуточные значения вычислять с применением линейной интерполяции.
Особенности реализации методики расчета зон обслуживания радиопередающих станций сети телерадиовещания в задачах оптимизации
Все сформулированные выше задачи оптимизации территориального планирования сети телерадиовещания требугот расчета напряженности поля и зон обслуживания радиопередающих станций. В связи с этим рассмотрим особенности реализации выбранной методики расчета зон обслуживания РПС в задачах оптимизации. Согласно выбранной методике необходимая граничная напряженность поля в точке приема после подстановки всех поправок определяется по формуле: Поправочный коэффициент на высоту приемных антенн Bhl определен по формуле (1.2.4), поправка, учитывающая фактическую мощность передатчика Вр по формуле Значения минимальной используемой напряженности поля ЕМШ1, принятые при планировании для телевизионного вещания определены по ГОСТ 7845-79 [23] и приведены в табл.2.1, а для звукового вещания в табл. 2.2. Поправку Вф , учитывающую затухание в резонаторных и мостовых фильтрах, антенных разделителях и т.п., определяют исходя из схемы антенного тракта и паспортных данных используемых устройств. Параметр Вп , учитывающий затухание в неоднородностях антенно-фидерного тракта передачи, обычно принимают равным 1 дБ. Затухание в фидере передающей антенны {al)mp, определяют как произведение погонного затухания фидера а на его длину. Неравномерность диаграммы направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости с , определяется по расчётным или измеренным диаграммам направленности. Для прикидочных расчётов эту поправку берут равной минус 3 дБ. При необходимости учёта формы диаграммы направленности вместо поправки на неравномерность используется выраженное в децибелах значение нормированной диаграммы направленности для заданного направления. Значения коэффициента усиления передающей антенны є относительно усиления полуволнового вибратора для некоторых типов антенн хранятся в базах данных, которые используются на каждом этапе планирования сети.
Остальные поправочные коэффициенты в выбранной методике представлены графическими зависимостями. Для проведения расчетов с применением ЭВМ эти зависимости необходимо аппроксимировать полиномами, а промежуточные значения вычислять с применением линейной интерполяции. Поправка В%мест, вносимая при необходимости обеспечения связи для процента пунктов приёма, отличающегося от 50%, определяется по графику (рис.2Л) [50]. Данная зависимость была аппроксимирована полиномом Поправочный коэффициент Взам на быстрые замирания, позволяет учитывать отличие заданного процента времени Т превышения данной напряжённости поля от 50% времени.
В настоящее время влияние этих замираний можно учитывать только на основе экспериментальных наблюдений. Для расчётов наиболее приемлемы графики замираний по Буллингтону (рис.2.2) [50]. При Г 85% зависимость для f -ЮОМГц аппроксимирована кусочно-линейной функцией, а остальные зависимости полиномом вида где Б БиБ1,Бъ,Б ,Б5 Б() - коэффициенты, значения которых приведены в табл.2.3, а при Г 85% полиномом первой степени (коэффициенты Б0,Б} приведены в табл.2.4); Т - процент времени приема. Рис.2.2. Замирания по Буллингтону (— Кривая Рэлея относительно среднего значения). принятого при составлении графиков МСЭ-Р рельефа среднепересечённой местности. Для её определения вводится среднее колебание высот местности Ah. Решение задачи оптимизации территориального планирования сетей ТВ и звукового вещания осуществлялось с использованием электронной карты Республики Татарстан. Рельеф Татарстана считается среднейересеченным, поэтому в данной работе величина Ah определяется согласно Рекомендации 370-7[11б]. По некоторому направлению от передающей антенны строится рельеф местности (рис. 1.5), На участке от 10 до 50 км проводится две горизонтальные линии уровня. Причём верхняя из них пересекает вершины рельефа на 10% интервала (суммарно на 4 км), а нижняя поднимается над ложбинами рельефа на таком же интервале, пересекая поверхность земли на 90% интервала (суммарно на 36 км). Разница высот этих линий уровня даёт величину Ah. В программном комплексе для вычисления величины А/г от передающей станции по радиусам через два градуса строятся продольные профили местности. Каждый профиль строится на участке 10 - 50км от РПС с шагом 100м. Значения высот в полученных точках заносятся в массив /г[0..400], который является исходным для определения среднего колебания высот местности Ah. Реализованный в программе алгоритм определения Ah показан на рис. 2.3. Так как рассматриваемый участок разбит на 400 точек, то верхняя линия уровня, пересекающая вершины рельефа на 10% интервала определяется 40 - ой точкой при спуске от максимального значения, а нижняя линия уровня при подъеме от минимального значения.
Методика расчета зоны обслуживания полезной станции с учетом помех от мешающих станций
При воздействии на приемник полезного сигнала и помех от нескольких мешающих передатчиков необходимо учитывать суммарный эффект воздействия всех помех, мешающих приему полезного сигнала. Наиболее широко известные статистические методы расчета помех, создаваемых несколькими источниками, рассмотрены в [26]. В телевизионном и звуковом вещании используют упрощенный метод умножения [75]. Согласно этому методу совместное влияние нескольких мешающих станций учитывают следующим образом. Зону обслуживания полезной станции рассчитывают для двух азимутальных направлений (прямом и обратном) по отношению к каждой мешающей станции. На прямом направлении имеет место влияние мешающей станции в пределах заднего лепестка приемных антенн, на обратном - в пределах главного лепестка (рис.3.2). В рассмотренных случаях расстояние между полезной и / - й мешающей станциями определяется: где формула (3.3.1) соответствует влиянию і — й МС с прямого направления, а формула (3.3.2) влиянию с обратного. Далее по каждой мешающей станции по (3.2.2) вычисляют результирующее значение защитного отношения, а по (3.2.1) определяют напряженность поля помех мешающей станции в точках приема на расстояниях Ячеш с прямого и обратного направлений.
Для напряженности поля помех определяют вспомогательную величину где Епомі , Епом. - напряженность поля помех і — й МС при ее воздействии на зону обслуживания ПС с прямого и обратного направлений, дБ; JL -стандартное отклонение распределения напряженности поля по местоположению, дБ. Далее находят местную вероятность обеспечения приема для каждой напряженности поля помех, представленной (3.3.3-3.3.4), аппроксимировав табличный интеграл вероятности нормального распределения следующим полиномом: где в качестве величины берут величины В1п и Sio6 , определяемые выражениями (3.3.3) и (3.3.4) соответственно. Местную вероятность обеспечения приема для 2{N - І) напряженностей полей помех определяют через произведение отдельных вероятностей: Если р0 = 0,5 , то имеет место вероятность обеспечения 50% мест приема и 90% времени приема при расчете напряженности поля помех по кривой распространения /501Сл и 99% времени приема при использовании кривой распространения (5o,i) [75]. Если /?0 0,5, то считается, что полезная и мешающие станции совместимы. При р0 0,5 полезная и мешающие станции несовместимы и расчет повторяют для другого месторасположения полезной станции. При частотно-территориальном планировании сетей радиосвязи и вещания возникает необходимость в решении задач анализа внутрисистемной и межсистемной электромагнитной совместимости РЭС (рис.1.1, этапы 4 и 5). В первом случае обеспечивается ЭМС между радиопередающими станциями проектируемой сети, во втором - между РПС проектируемой сети и радиосредствами других систем, работающих в совмещенных, перекрывающихся, смежных, гетеродинных и зеркальных частотных каналах и являющихся потенциальными источниками помех. Оценка межсистемной электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (этап 5) производится по методикам, используемым при внутрисистемной оценке ЭМС РЭС [26,12]. При определении напряженности поля помехи от мешающей станции нормируется процент времени, в течение которого обслуживаемая территория должна быть защищена от помех. Для телевидения метрового диапазона волн и звукового моновещания принято нормировать уровень флуктуирующей помехи, превышаемый не более, чем в 10% времени, а для звукового стереовещания и телевидения в дециметровом диапазоне волн в 1%. Таким образом, при тропосферной помехе в расчетах используют кривые распространения (50 10) [116] в метровом диапазоне волн для ТВ и моно ОВЧ ЧМ вещания и (5oi) [По] в дециметровом диапазоне волн для ТВ и стерео ОВЧ ЧМ вещания. При постоянно действующей помехе в расчетах используют кривые распространения (5050) [116]. В данной работе для проведения расчетов с применением ЭВМ графические зависимости напряженности поля от расстояния Et5Q]Q\ и Y501) Рекомендации 370-7 МСЭ-Р [116] были аппроксимированы полиномом шестой степени Значения коэффициентов с0,С,с2,с3,с4,с5,сб приведены в табл.3.6 (при R -10 -ИООхл ) и табл.3.7 (при R = 100 + 800км) для зависимостей (50jK)), и в табл.3.8 (при R = 10-г100юи) и табл.3.9 (при R = IQQ + $Q0KM) для зависимости (50,1) Обозначим через 5" = maxis370 7 -Еподи„оц\ максимальное отклонение напряженности поля в дБ при построении зависимости Е = /(R.) ПО полиномам (3.4.1) от зависимостей Рекомендации 370-7. В табл. 3.6-3.9 для каждой зависимости приведено значение этого отклонения.
Из таблиц видно, что максимальное отклонение для зависимостей напряженности поля от расстояния Et5Q 10ч составляет 8 = 0,42дБ , а для зависимостей Е/50 л составляет 8 = 0,036дБ. Зависимости напряженности поля от расстояния Ei50l0\ = f{R) при высоте радиопередающей станции ft, , — 15СЫ построенная по Рекомендации 370 7 и степенной функции (3.4.1) приведены на рис.3.3. В верхнем правом углу показан участок представленных зависимостей, на котором отклонение 5 принимает максимальное значение. Из рисунка видно, что при R = 40км , максимальное отклонение составляет 5 — 0,42()51. Зависимости (5о,5о) (рис. 1.3,1.4) аппроксимируют с помощью формул приведенных в [75].
Обобщенная структура и алгоритм решения задач оптимизации параметров сети на этапе территориального планирования сетей телерадиовещания в программном комплексе «Ресурс»
Обобщенная структура программного комплекса «Ресурс» представлена на рис. 4.4. Как видно из рисунка в программном обеспечении условно выделено три блока. Первый блок связан с использованием геоинформационных технологий при решении задач оптимизации. В программном комплексе «Ресурс», разработанным на основе универсальной ГИС «Карта 2000», реализованы возможности этой системы, которые предоставляют удобный доступ к картографической информации: открытие и отображение векторной и матричной электронной карты; отслеживание передвижения мыши над картой и отображение информации о текущих координатах и высоте в области сообщений; масштабирование изображения карты в точке нажатия мыши; управление составом отображения карты (отображение отдельных слоев и объектов по выбору пользователя (рис.4.5)); выбор объекта карты в точке нажатия мыши с возможностью просмотра и редактирования его метрики, семантики и условного знака (рис.4.6); печать выбранного фрагмента карты в требуемом составе и масштабе, с нарезкой по листам печати; поиск объектов карты. При решении поставленных задач необходимая информация о географических координатах установки радиопередающих станций, типах РЇЇС, рабочих частотах, мощностях передатчиков, типах и высотах установки антенн, защитных отношений и др. хранится в соответствующих базах данных. Эти базы данных составляют второй блок программного обеспечения. Первый и второй блоки используются на каждом этапе решения сформулированных задач. В третий блок (см. рис.4.4.) объединены алгоритм решения задач оптимизации и совокупность используемых при этом модулей. Начало алгоритма соответствует подготовке района работ на электронной карте Татарстана. Для анализа района работ в программном комплексе реализована процедура построения профиля трассы между двумя выбранными точками на карте.
При построении профиля трассы длиной R рельеф над уровнем моря задаётся функцией h{y), где у - расстояние от начала трассы (рис.4.7). С учётом атмосферной рефракции строится парабола нулевого уровня где аэ = $500км - эквивалентный радиус Земли. В этом случае, профиль трассы над горизонтальной осью Y (0 y R) определяется по формуле Электромагнитная волна распространяется в области пространства, ограниченной эллипсоидом вращения. Его границы задаются зонами Френеля. Когда разница длин пути лучей в зоне отличается не более чем на четверть длины волны, зона называется минимальной, радиус которой определяется выражением Если передающая антенна находится в точке А, а приёмная в точке В, то текущая высота над осью Y равна (рис.4.7) Рассмотрим две величины просвета трассы: - по границе минимальной зоны - по прямой АВ Если ДЯ, 0, то трасса открытая; если ДЯ, 0 и ДЯ2 0, то трасса полуоткрытая; если ДЯ2 0, то трасса закрытая. Эти условия определяют выбор начального расположения радиопередающих станций на обслуживаемой территории. На рис. 4.8 представлены фрагмент карты, на котором отображена трасса радиолинии и сечение рельефа местности по данной трассе с учетом сферичности Земли. Расстояние между точками установки передатчика и приемника составляет 24096л/. При построении сечения трасса между передатчиком и приемником дискретизируется с шагом 1 OOJW . Пользователь имеет возможность оперативно изменять высоты антенн для обеспечения заданного просвета на трассе. Результат отображается в окне в виде графика. Под графиком находится таблица, в которую сведены результаты расчетов.
Полученные табличные значения можно распечатать или сохранить в файл. Сохраненные в файл табличные значения в дальнейшем могут быть использованы в других приложениях Windows (Word, Excel и ДР-) Далее осуществляется нанесение обслуживаемой территории и РПС на пользовательскую векторную карту, так как хранение пользовательских данных вместе с исходной картой имеет следующие недостатки: - пользовательские объекты, расположенные на нескольких листах карты, при записи будут разделены по листам, что усложняет их дальнейшую обработку; - данные, нанесенные на одну карту, не могут одновременно отображаться и редактироваться на других картах той же территории; - необходимо расширять и сопровождать несколько цифровых классификаторов для разных видов и масштабов карт; - загромождение исходной карты пользовательской информацией, меняющейся во времени. Таким образом, применение пользовательских карт имеет ряд преимуществ: Пользовательская карта состоит только из одного листа, который не имеет постоянных размеров. Таким образом, при добавлении или удалении объектов меняются габариты и расположение листа. Пользовательская карта может отображаться совместно с векторной, растровыми и матричными картами. Одна и та же пользовательская карта может одновременно отображаться на разных картах местности и редактироваться разными пользователями. Пользовательская карта имеет свой классификатор, который не зависит от классификатора векторной карты.
