Модель многолучевого распространения сигнала в задачах частотно-территориального планирования сетей сотовой связи – тема научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

План

• 3.1. Построение частотно-территориальных планов на основе частотно территориальных ограничений.
• 3.1.1. Получение частотно-территориальных ограничений.
• 3.1.2. Построение и анализ частотно-территориального плана.
• 3.2. Частотно-территориальное планирование на основе теории регулярных сетей.
• 3.2.1. Геометрия идеализированной сети.
• 3.2.2. Распределение каналов внутри ромба совмещенного канала.
• 3.2.3. Построение частотно-территориального плана.
• 3.2.4. Выбор частот, свободных от интермодуляции заданных порядков, и проверка списков частот на возможность появления интермодуляционных помех.

Для передачи информации системы радиосвязи, радиовещания, телевидения используют радиочастотный спектр (РЧС). Технически освоенный участок РЧС сильно ограничен, а число пользователей спектра непрерывно увеличивается. Чтобы снизить уровни непреднамеренных электромагнитных помех между радиоэлектронными средствами (РЭС) и обеспечить требуемое качество работы радиосредств, необходимо определенным образом производить пространственное размещение этих средств и назначать им рабочие частоты, т. е. осуществлять частотно-территориальное планирование сетей связи и РЭС. Разрабатывая частотно-территориальные планы, необходимо стремиться максимизировать число пользователей спектра на ограниченных участках РЧС, выделенных для использования конкретным радиослужбам. Окончательный частотно-территориальный план (ЧТП) должен пройти экспертизу на электромагнитную совместимость (ЭМС). Экспертиза должна оценить как качество работы средств, входящих в ЧТП, в реальных условиях эксплуатации, так и влияние вводимых средств на качество работы уже функционирующих средств. Только при условии, что помехи меж ду средствами не снижают качества их работы до недопустимых значений, ЧТП может быть принят к реализации. Разработка ЧТП и оценка ЭМС РЭС сопровождают друг друга. Однако оценка ЭМС может проводиться только тогда, когда задано местоположение РЭС и определены их параметры, т. е. при наличии варианта частотно- территориального плана. Поскольку при начальной разработке ЧТП учесть множественный характер помех в полной мере невозможно, разработка плана должна проводиться поэтапно.

Этапы включают:

• • разработку предварительных вариантов ЧТП, обеспечивающих внутрисистемную ЭМС по отношению к ограниченному виду помех;
• • оценку внутрисистемной ЭМС предварительных вариантов ЧТП с учетом всех возможных видов внутрисистемных помех и выбор подходящего ЧТП;
• • оценку межсистемной ЭМС и, при необходимости, коррекцию ЧТП.

На этапе предварительного частотно- территориального планирования допускаются упрощения и идеализация реальной ситуации, которые устраняют в процессе оценки внутрисистемной и межсистемной ЭМС и коррекции частотно-территориального плана.

Предварительное частотно-территориальное планирование может быть выполнено различными способами. В этом разделе остановимся на двух методах составления ЧТП, которые находят практическое применение. Один из них основан на использовании частотно- территориальных ограничений, накладываемых на радиоэлектронные средства (РЭС), и находит своё отражение в документах МСЭ. Другой метод базируется на теории регулярных сетей. Исследования, связанные с вопросами частотно-территориального планирования, включая упомянутые методы, представлены в статьях У. К. Хейла, Ж. Ф. Арно и других авторов.

3.1. Построение частотно- территориальных планов

на основе частотно-территориальных ограничений

3.1.1. Получение частотно-территориальных ограничений. Использование частотно-территориальных ограничений, накладываемых на выбор частот и размещение РЭС, позволяет достаточно быстро (но только при небольшом числе РЭС) получать варианты частотно-территориальных планов или осуществлять выбор частот отдельных РЭС. Частотно-территориальные ограничения получают из норм частотно территориального разноса (ЧТР) или кривых ЧТР для интересующих РЭС. Нормы ЧТР устанавливаются Государственной Комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) на основании теоретических и практических данных о распространении радиоволн и их влиянии на рабочие характеристики радиоприемных устройств. Следует, однако, заметить, что нормы ЧТР РЭС рассчитывают для наихудших по условиям ЭМС значений параметров подстилающей поверхности при минимальном уровне полезного сигнала, минимально возможных уровнях эффективной излучаемой мощности передающих устройств и т. п. Вследствие этого частотное планирование, базирующееся на использовании норм ЧТР, не обеспечивает эффективного использования радиочастотного спектра (РЧС). Поэтому в настоящее время ведутся работы по адаптации норм ЧТР к реальным условиям эксплуатации РЭС.

В тех случаях, когда нормы ЧТР отсутствуют, ограничения на частотно-территориальный разнос РЭС можно получить посредством расчета кривых ЧТР для конкретных условий эксплуатации РЭС.

Кривая ЧТР определяет частотные расстройки Д/ и расстояния d между РЭС, при которых эти РЭС ещё не создают друг другу недопустимых непреднамеренных радиопомех определённого вида. На рис. 3.1 показан вид кривой ЧТР в общем случае.

Рис. 3.1. Вид кривой ЧТП

Расстройка по частоте Д/представлена числом каналов, на которое могут быть разнесены РЭС относительно друг друга. Кривая ЧТР разбивает первый квадрант плоскости (Д/ d) на две области: область, где обеспечивается ЭМС РЭС, и область, где ЭМС РЭС отсутствует. Первая находится над кривой ЧТР и включает в себя эту кривую, вторая находится под кривой ЧТР. Используя эту кривую, можно установить следующие ограничения на частотно-территориальное планирование РЭС, для которых построена кривая:

Радиоэлектронным средствам не может быть присвоена одна и та же частота, если расстояние между ними меньше tf₀;

Радиоэлектронным средствам не может быть присвоена одна и та же частота, и они не могут работать на частотах первого соседнего канала, если расстояние между ними меньше d_v и т. д.

Кроме того, могут быть введены другие специальные ограничения на присвоение частот для РЭС, разнесённых на определённые расстояния, диктуемые принятой практикой планирования или какими-то другими соображениями.

• 3.1.2. Построение и анализ частотно-территориального плана. Процедура построения ЧТП на основе частотно-территориальных ограничений включает:
  • • ыбор РЭС, которому производиться частотное присвоение;
  • • ыявление набора ограничений на присвоение частоты выбранному РЭС, которые вытекают из уже проведенных частотных присвоений и расстояний между РЭС;
  • • оставление списка частот (частотных каналов), которые не могут быть присвоены данному РЭС, исходя из каждого выявленного ограничения;
  • • бъединение всех отказанных в присвоении частот (частотных каналов) в единый массив отказанных частот (частотных каналов);
  • • ыбор минимальной частоты (минимального номера канала), которая не вошла (который не вошел) в список запрещенных к присвоению, и назначение этой частоты (номера канала) выбранному РЭС.

Вначале рассмотрим пример построения ЧТП для ситуации, когда нужно назначить частоты трем РЭС.

Пример 1. Исходные данные.

1. Три однотипных приемопередающих устройства VI, V2, V3, расстояния между которыми определены на рис. 3.2.

VI

20км V2

V3

Рис. 3.2. Расстояния между приемо-передающими устройствами

2. Кривая ЧТР для РЭС рассматриваемого типа (рис. 3.3). На оси частот представленной кривой расстройка показана числом каналов между РЭС, где ширина канала соответствует сетке частот, принятой для данного типа РЭС.

Рис. 3.3. Кривая частотно-территориального разноса для РЭС

Задача, Назначить частоты указанным РЭС при следующих условиях:

• а) имеется шесть подряд свободных каналов, обозначенных номерами
• 1, 2, 3, 4, 5, 6. Выбрать каналы для заданных РЭС, учитывая частотно-территориальные ограничения, вытекающие из заданной характеристики ЧТР. Желательно минимизировать полосу частот, используемую для частотных присвоений;
• б) имеются шесть свободных каналов с номерами 1, 2, 5, 7, 9, 12. Выбрать каналы для заданных РЭС, учитывая частотно-территориальные ограничения, вытекающие из заданной характеристики ЧТР.

Прежде чем решать поставленные задачи, установим частотно- территориальные ограничения, которые необходимо выполнить, исходя из кривой ЧТР и заданного расположения РЭС. Учитывая, что минимальное расстояние между РЭС составляет в данной задаче 15 км, выпишем ограничения до первого значения, включающего это расстояние.

Так из представленной кривой видно, что два средства рассматриваемого типа не могут работать в совмещенном канале, если расстояние между ними менее 50 км. Это условие запишем в виде

Г(0) = {0} = 50 км, где Ii) означает z-oe частотное ограничение (в данном случае номер частотного ограничения z=0), а цифра, заключенная в {…}, значение расстройки, которая не может быть использована при выборе частот для РЭС, разнесенных на расстояние менее d. (в данном случае d^.

Далее, из этой кривой видно, что два средства не могут использовать как совмещенный, и соседний каналы, если расстояние между ними менее 25 км. По аналогии со сказанным выше, это условие запишем как

Д1)= {0, 1} 4=25 км

Продолжая этот процесс, найдем

Д2)= {0, 1,2} 4 =17 км

Г(3)= {0, 1,2, 3)4=12.5 км.

Список ограничений можно продолжить, однако для решаемых задач делать этого не нужно, поскольку нижняя граница выписанных расстояний лежит ниже минимального расстояния между РЭС рассматриваемой совокупности, и, следовательно, новые ограничения при назначении частот не будут использованы.

Теперь можно приступить непосредственно к решению поставленных задач.

Задача А. Назначение частот можно начинать с любого средства. Следующее средство, которому назначается частота, также может быть выбрано произвольно. Поэтому если необходимо произвести назначение частот для п средств, то возможны л! вариантов назначения частот. В данном случае таких вариантов существует 3! = 6. Каждый из вариантов может потребовать разную полосу частот. Поэтому присвоение с минимальной занимаемой полосой частот может быть выбрано только после полного перебора всех возможных присвоений.

Для удобства рис. 3.2 представим в виде рис. 3.4, где расстояния между РЭС заменены сформулированными выше частотными ограничениями.

Рис. 3.4. Расстояние между приемо-передающими устройствами

Так как расстояние между V_} и V₂ составляет 20 км, т.е меньше 25 км, но больше 17 км (рис. 3.2), то при назначении частот этим РЭС действует ограничение Т(1). Аналогично могут быть получены частотные ограничения между другими РЭС, показанные на рис. 3.4.

Пусть первым средством, которому назначается частота, будет РЭС И_р Поскольку никаких других назначений частот еще не производилось, то назначим частоту первого канала. Это назначение зафиксируем как F, = 1, где индекс частоты означает номер РЭС, которому присвоеначастота, а само частотное присвоение обозначено номером присвоенного канала.

В качестве второго РЭС, которому присваивается частота, возьмем К₂. Теперь, поскольку в рассматриваемой совокупности РЭС уже имеется средство, которому назначена частота, новое присвоение должно учитывать ограничение на выбор частоты, накладываемое предыдущим присвоением. Это ограничение 7(1) запрещает И₂ назначать частоту, присвоенную К_р а также использовать частоту соседнего, т. е второго канала. Поэтому РЭС И₂ может быть присвоена только частота третьего или более удаленного канала. Поскольку желательно минимизировать используемую для присвоения полосу частот, выберем минимальную частоту из возможных для присвоения частот, т. е. положим F₂ = 3.

При присвоении частоты РЭС V3 нужно теперь учитывать ограничения, накладываемые на новое присвоение, как присвоением И_р так и присвоением И. Присвоение И, накладывает на присвоение И₃ ограничение 71(0), запрещающее И₃ назначать частоту, присвоенную К_р т. е. частоту канала 1. Присвоение накладывает на присвоение Г₃ ограничение 7(2), запрещающее У₃ назначать частоту не только канала, в котором работает И₂, но и частоты, отстоящие от нее на 1 и 2 канала, как вверх, так и вниз по оси частот, т. е. каналы 1,2, 3, 4, 5. Объединяя запрещенные ограничениями 7(0) и 7(2) к присвоению каналы, найдем, что РЭС V₃ не могут быть присвоены каналы с номерами с 1-го по 5-й. Таким образом, ближайший канал, который может быть присвоен V₃, – это канал с номером 6, т. е. F₃ = 6.

Следовательно, присвоение в последовательности 7,—>7₃ приводит к следующему назначению частот: F_t= 1, F₂ = 3, F₃ = 6.

Однако рассмотренное присвоение не минимизирует полосу, используемую для назначения частот. Присвоение частот в другой последовательности дает возможность ограничиться более узкой полосой. В табл. 3.1 приведены возможные варианты назначения частот, которые могут быть получены при переборе всех возможных последовательностей назначения частот.

Таблица 1

Варианты назначения радиочастот

Из таблицы, в частности, следует, что имеются варианты, в которых для присвоения частот достаточно полосы в четыре канала. Эти варианты представлены средними столбцами таблицы (второй и третий столбцы в графе «Номера присвоенных каналов»). Хотя полное число последовательностей присвоения равно шести, однако некоторые последовательности присвоений дают одинаковый результат по назначению частот, поэтому в таблице представлено только четыре разных варианта назначений.

Итак, вариантами, решающими задачу А являются:

• • вариант 1: F, = 3, F₂ = 1, = 4;
• • вариант 2: F_y = 2, F₂ = 4, = 1.

Эти варианты подлежат дальнейшему исследованию на виды помех, не учтенных кривой ЧТР (например, интермодуляционные помехи внутри рассматриваемой совокупности), и на межсистемную ЭМС с окружением, в котором будет работать эта совокупность. При этом может случиться так, что последующий анализ вынудит отказаться от этих вариантов присвоения и использовать другие, не минимизирующие полосу используемых частот, но удовлетворяющие требованиям совместимости.

Более подробный анализ ЧТП включает анализ внутрисистемной ЭМС, учитывающей реальные условия распространения радиоволн, энергетическую оценку уровней более широкого спектра помех и качество работы радиоприемных устройств (РПУ).

ЧТП, прошедшие этап анализа внутрисистемной ЭМС, должны пройти анализ межсистемной ЭМС, т. е. должна быть показана возможность совместной работы планируемой совокупности РЭС и уже функционирующих РЭС.

Окончательное решение о выборе того или иного плана может быть принято только после экспериментальной оценки ожидаемых уровней помех.

• 3.2. Частотно-территориальное планирование на основе теории регулярных сетей
• 3.2.1. Геометрия идеализированной сети. Построение частотно-территориальных планов для сетей телевизионного и звукового вещания и для сотовых сетей радиосвязи может проводиться на основе идеализированных сетей. При планировании сети предполагается, что все передатчики сети имеют одинаковые эффективные излучаемые мощности и одинаковые эффективные высоты передающих антенн. В горизонтальной плоскости антенны имеют круговую диаграмму направленности. Поляризационные состояния антенн и эффективные высоты приемных антенн также предполагаются одинаковыми. Распространение радиоволн считается изотропным и не меняется с частотой, по крайней мере, в рассматриваемом диапазоне частот.

При этих условиях зона обслуживания каждого передатчика будет представлять круг, радиус которого зависит от мощности передатчика и потерь при распространении радиоволн, которые характерны для рассматриваемого диапазона частот и характера местности. В конкретной идеализированной сети радиусы зон обслуживания будут одинаковыми. Если поверхность требуется покрыть подобными зонами обслуживания, то число передатчиков будет минимальным, когда они располагаются в вершинах равностороннего треугольника (передатчики ТІ, Т2 ,ТЗ на рис. 3.5), сторона которого «а» и радиус зоны обслуживания Яобсл связаны соотношением

^a = ‘/3-R_o6cjl

В этом случае границы зон обслуживания пересекаются в центре треугольника. Такой треугольник идеализированной сети называется элементарным треугольником. Два смежных элементарных треугольника образуют элементарный ромб (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схема зон обслуживания

Площадь зоны обслуживания передатчика Зобсл близка к площади элементарного ромба Зромб, а точнее Зобсл = 1.2 х Бромб. Для сетей сотовой связи площадь обслуживания часто аппроксимируют шестиугольником. В этом случае площадь ромба совпадает с площадью шестиугольника. Если имеется N частотных каналов, то ими можно обслужить поверхность, состоящую из N элементарных ромбов. Передатчики размещают в вершинах элементарных треугольников. При составлении частотно – территориального плана предполагается, что полоса частот, в которой планируется размещение сети, разбита на каналы с одинаковой шириной полосы частот. Передатчики, работающие в совмещенном канале (т. е использующие одну и ту же рабочую частоту) размещают на максимальном удалении. Расстояние между ними должно быть таким, чтобы на границах зон обслуживания отношение полезного сигнала к помехе по совмещенному каналу на несколько децибел превышало защитное отношение. Треугольник, в вершинах которого располагаются передатчики, работающие в совмещенном канале, называется треугольником совмещенного канала. Два смежных треугольника совмещенного канала образуют ромб совмещенного канала, который называют также соканальным ромбом.

Для построения идеализированной сети используют косоугольную систему координат (х, у), в которой угол между осями координат составляет 60° (рис. 3.6). В такой системе координат расстояние г от начала координат до любой точки плоскости (х, у) определяется соотношением:

= / (3.1)

Рис. 3.6. Расстояние от начала координат до любой точки плоскости

Сетка, покрывающая плоскость (х, у), имеет одинаковый масштаб по осям координат. За единицу длины принимают длину стороны элементарного треугольника. Вершины элементарных треугольников называют узлами сети.

Ромб совмещенного канала располагают таким образом, чтобы его вершины совпадали с узлами сетки (узлы «с» на рис. 3.6). Одну из вершин ромба помещают в начало координат. При выбранной единице длины можно построить ромб совмещенного канала, вершины которого совпадают с узлами масштабной сетки, если существуют такие целые положительные числа і и у, что

z² і х J f = N (3.2)

Числа (с у) являются координатами вершины ромба совмещенного канала в первом квадранте выбранной системы координат. Еще одна вершина находится в точке с координатами (z J, -і). Этих данных достаточно для определения всех вершин ромба совмещенного канала. Длина D (см. рис. 3.6) стороны ромба, как следует из (3.2), D = I~N , т. е. в y/~N раз больше стороны элементарного треугольника.

Ромб совмещенного канала является лишь элементом идеализированной сети. Полная сеть состоит из некоторого множества примыкающих ромбов совмещенного канала, покрывающих заданную территорию. Передатчики, располагающиеся в вершинах элементарных треугольников, не должны принадлежать одновременно двум ромбам совмещенного канала, кроме передатчиков, работающих в совмещенном канале. Поэтому ни одно из чисел i,j не может быть равно нулю. Кроме того числа i,j не должны иметь общего делителя. В противном случае соканальный ромб распадается на систему подромбов, число которых равно квадрату общего делителя чисел і и у.

Числа N, удовлетворяющие уравнению (32), называются ромбическими числами. Ромбические числа широко используются при выборе размеров кластера сети, который обычно стремятся выбрать равным ромбическому числу.

3.2.2. Распределение каналов внутри ромба совмещенного канала. Одним из требований, предъявляемых к идеализированной сети, является требование ее однородности. Однородность подразумевает, что помеховые условия в области обслуживания каждого передатчика одинаковые, т. е. в каждом узле сети уровни мешающих сигналов и их положение на частотной оси относительно частоты полезного сигнала одинаковые.

Однородность достигается распределением каналов по узлам внутри ромба совмещенного канала в соответствии с частотно-территориальными ограничениями, накладываемыми на назначение частот, и повторением ромбов совмещенного канала с одинаковой структурой.

Присвоим номер канала 0 узлу ромба, находящемуся в начале координат. На оси частот этот канал будет соответствовать центральной частоте используемой полосы частот (рис. 3.7). Другие узлы внутри ромба совмещенного канала 0 будут иметь номера 1,2,…,(AM) в соответствие с каналами, присвоенного им. Обозначим р шаг, с которым изменяется частота при переходе от одного узла сети к другому вдоль оси х и q – вдоль оси у.

Рис. 3.7. Ось частот используемой полосы

Тогда, если разнос между частотами передатчиков С и А (рис. 3.8) составляет q каналов, а между передатчиками В и А – р каналов, то разнос частот между передатчиками В и С равенs = p-q каналов.

С

Рис. 3.8. Разнос между предпочтениями

Разработку ЧТП можно вести разными путями. В любом случае необходимо найти значения р и q, которые позволят определить номера каналов в узлах сети внутри ромба совмещенного канала.

Значения р и q должны выбираться исходя из требуемого частотного разноса между передатчиками, расположенными в вершинах элементарного треугольника. Кроме того, р и q должны удовлетворять уравнениям, определяющим маршруты к вершинам ромба совмещенного канала:

i*p j*q=k*N (3.3)

(/ » *p~i ^xq=k^N, (3.4)

где к и к’ – положительные целые числа.

Эти уравнения можно использовать для нахождения значений pnq.

Когда числа р и q найдены, то, последовательно продвигаясь от одного узла сети к другому внутри ромба совмещенного канала, начиная с узла 0, и используя полученные pwq_y находят номера каналов, которые должны быть присвоены этим узлам.

Если значение оказывается больше N, номер канала получают как остаток от деления найденного числа на N. Если значение получается отрицательным (присвоение номера канала происходит в направлениях обратных стрелкам на рис. 3.8), то к нему прибавляют N до получения положительного числа. Во всех случаях номер канала т должен удовлетворять условию:

О < т < N-.

• 3.2.3. Построение частотно-территориального плана. Процедура построения ЧТИ на основе идеализированной сети включает:
  • • определение числа частот (передатчиков), которые необходимы для обслуживания при отсутствии ограничений на размеры обслуживаемой территории;
  • • распределение частот внутри ромба совмещенного канала, исходя из требований частотного разноса между передатчиками, размещаемыми в соседних узлах сети;
  • • оценку внутрисистемной совместимости проектируемой сети;
  • • оценку межсистемной совместимости сети и ее окружения;
  • • коррекцию ЧТП по результатам оценки ЭМС (при необходимости).

Исходные данные, используемые для построения ЧТП: излучаемая мощность передатчика, высота подвеса передающей антенны, минимальная защищаемая напряженность поля Е_:піп (дБ(мкВ/м)) и защитное отношение Р (дБ) по совмещенному каналу, высота, на которой должна быть обеспечена напряженность поля Е . Дополнительные данные, необходимые для получения частотно- территориальных ограничений на назначение каналов и анализа частотных планов, включают сведения об избирательности обслуживаемых радиоприемных устройств (РПУ) по соседним каналам приема (или защитные отношения по этим каналам).

Определение числа частот, необходимых для обслуживания, производят, используя следующую последовательность действий:

• 1) исходя из принятой модели оценки потерь на трассе распространения, определяют радиус зоны обслуживания одного передатчика R_o6 . R_gf._cj определяют как расстояние, на котором имеет место заданное E_mjn. Для сетей телевидения и радиовещания значение обычно соответствует высоте Юм. Для сотовых систем связи высота подъема антенны мобильного терминала может колебаться в интервале 1,5-і-Зм;
• 2) определяют расстояние между передатчиками, размещаемыми в вершинах элементарного треугольника:

‘^г = >/ЗхК_о6сл;

3) исходя из заданных Е и р, определяют максимально допустимую напряженность поля помех по совмещенному каналу, Е^ (дБ(мкВ/м)):

Е = Е -р-

4) рассчитывают допустимый уровень напряженности поля, который может создать один мешающий передатчик по совмещенному каналу. Основной вклад в уровень помех по совмещенному каналу вносят ближайшие шесть соканальных передатчиков, принадлежащих шести треугольникам совмещенного канала, в которые входит рассматриваемый передатчик. Эту ситуацию отображает рис. 3.9.

Рис. 3.9. Схема шести треугольников совмещенного канала

Если рассмотреть наихудший случай арифметического сложения полей мешающих передатчиков в центре зоны обслуживания, где находится передатчик полезного сигнала, то уровень напряженности поля Е_х (дБ(мкВ/м)), приходящийся на один мешающий передатчик составит

?_I=E_z-20xlg6 = E_z-16

Более точные расчеты требуют определения уровня соканальных помех на границе зоны обслуживания передатчика, хотя бы в шести точках, обозначенных на рис. 3.9 как точки 1-6.

• 1. Используя принятую модель оценки потерь на трассе распространения, рассчитывают расстояние D между передатчиками совмещенного канала. Расстояние D должно быть достаточно большим, чтобы величина отношения напряженности поля полезного сигнала, превышаемая в течение 50 % времени, к сумме напряженностей полей мешающих сигналов, превышенных в течение 1% времени, была не меньше требуемого защитного отношения. Если Е_} было рассчитано для центра зоны обслуживания, то, учитывая, что на границе зоны уровень помех будет несколько выше, вычисленное расстояние D несколько увеличивают (обычно примерно на 25 %).
• 2. Пересчитывают расстояние D в единицах a: Dl = D/a.
• 3. Определяют минимально необходимое число каналов: W = Д², которое округляют до ближайшего целого ромбического числа превосходящего Д².

Далее, используя информацию о защитных отношениях по соседним каналам приема, устанавливают ограничения на частотный разнос передатчиков, размещаемых в вершинах элементарных треугольников, и производят присвоение каналов узлам сети внутри ромба совмещенного канала.

Сети телевизионного вещания и радиовещания часто строят как многопрограммные сети. Это означает, что в каждом узле сети связи могут работать несколько передатчиков на разных частотах. Аналогичная ситуация имеет место в сетях сотовой радиосвязи, где каждая базовая станция использует группу частот. Построение ЧТП для многоканальных сетей может проводиться аналогично одноканальным сетям. При этом N может означать число групп частот, которые могут использовать передатчики, или общее число частот, разрешенных для использования радиопередатчиками. В первом случае, если размеры групп одинаковые, напрямую применимы методы присвоения частот, рассмотренные для случая одиночных рабочих частот передатчиков. Разнос частот между группами должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к разносу одиночных частот. Внутри группы частоты (радиоканалы) также должны удовлетворять определенным требованиям. В частности, разнос частот внутри группы должен быть таким, чтобы избежать эффектов блокирования радиоприемников, работающих в области обслуживания данной станции. Кроме того, на частоты внутри группы могут накладываться требования интермодуляционной совместимости. Во втором случае после построения ЧТП одноканальной сети связи применяют методы группирования каналов, присвоенных узлам ромбической решетки, в соответствии с числом каналов, которые должны использовать реальные станции.

Отметим, что методика присвоения частотных каналов, разработанная для ромбических чисел, может быть использована и в тех случаях, когда N не ромбическое число, однако сеть, построенная на неромбических числах, будет неоптимальной.

ЧТП на основе идеализированных сетей учитывает только некоторые, но наиболее важные аспекты внутрисистемной ЭМС. Окончательное решение о возможности использовать ЧТП должно приниматься только после оценки межсистемной ЭМС, т. е. ЭМС разработанной сети связи и окружения, в котором будет работать эта сеть.

3,2.4. Выбор частот, свободных от интермодуляции заданных порядков, и проверка списков частот на возможность появления интермодуляционных помех. При разработке частотно-территориальных планов возникает потребность в выборе частот, свободных от интермодуляции определенных порядков. В свою очередь, анализ частотно-территориальных планов сопровождается анализом списка используемых частот на возможность появления определенных порядков интермодуляционных помех. Обе процедуры используют анализ частотных расстроек в формируемых или сформированных списках частот.

Наиболее опасными являются двухсигнальные интермодуляционные продукты нечетных порядков и трехсигнальный интермодуляционный продукт третьего порядка. При дальнейшем рассмотрении процедур упорядочим частоты, участвующие в образовании интермодуляционных продуктов, и будем полагать f. На рис. 3.10 а, б приведены ситуации, соответствующие образованию двух и трехсигнальной интермодуляции соответственно.

Рис. 3.10. Схема образования двух и трех сигнальной интермодуляции

Анализ представленных ситуаций для гармонических сигналов позволяет определить условия, при которых отсутствуют наиболее опасные двух и трехсигнальные интермодуляционные продукты. Эти условия для двухсигнальных интермодуляционных продуктов 3-го, 5-го и 7-го порядков и трехсигнального продукта 3-го порядка приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Условия для двухсигнальных интермодуляционных продуктов 3-го, 5-го и 7-го порядков и трехсигнального продукта 3-го порядка

Рассмотрим на примере, как можно использовать условия, приведенные в табл. 3.2, при выборе частот и при проверке списков частот.

Начнем с выбора частот.

Будем считать, что рассматриваемые частоты упорядочены по возрастанию, т. е. f < f₂ < /₃ <… и т. д. При формировании списка частот, наряду с требованием отсутствия интермодуляционных помех, могут вводиться и другие ограничения. Например, для снижения вероятности появлении эффекта блокирования может быть наложено ограничение на величину расстройки соседних частот. Поскольку появление интермодуляционных помех на частотах формируемого списка возможно только при выборе частоты^, то первые две частоты выбирают по возможности ближе друг к другу, но так, чтобы их частотный разнос удовлетворял другим ограничениям, не связанным с образованием интермодуляционных продуктов.

Пусть выбраны частоты f_yf_vf_yf_t, удовлетворяющие ограничениям на минимальный частотный разнос и свободные от интермодуляции требуемых порядков. Процедуру выбора частот рассмотрим на примере выбора следующей частоты f₅. Построим матрицу частотных расстроек для выбранных частот, которая представлена в виде табл. 3.3.

Таблица 3

Матрица частотных расстроек для выбранных частот

Выбрав частоту/₅, внесем в таблицу значение расстройки ДД =/-/. Если требуется, чтобы в формируемом списке частот отсутствовала только двухчастотная интермодуляция порядков, указанных в табл. 3.2, то значение

A/”₅₄ сравнивают со значением расстроек, находящихся в строке Д. Для эти расстроек и Д^₄ должны выполняться неравенства (1) и (3)-(6), представленные в таблице 2. Если имеет место хотя бы одно равенство, значение f необходимо изменить и повторить процедуру сравнения. Если условия отсутствия интермодуляции для Д/₅₄ выполняются, то рассчитывают расстройку Д/₅₃ и проводят описанную процедуру сравнения Д/₅₃ с расстройками, записанными в строке f_v и т. д. как показано стрелками в табл. 3.3. Частоту /₅ изменяют до тех пор, пока условия отсутствия интермодуляции не будут выполняться для всех расстроек в строке^. Задача выбора частот усложняется, если в дополнение к требованию отсутствия двухсигнальной интермодуляции рассмотренных порядков необходимо обеспечить и отсутствие трехсигнальной интермодуляции третьего порядка. В соответствии с условием (2) из таблице 2 ни одна из расстроек, записанных в строке^, не должна совпадать ни с одной из расстроек, лежащих выше этой строки. Проверка этого условия увеличивает временные затраты на формирование списка частот. В тоже время, если необходимо иметь список частот, свободный только от интермодуляции третьего порядка, то выполнение условия (2) обеспечивает отсутствие интермодуляционных помех третьего порядка как двух-, так и трехсигнальных.

При проверке списков частот на наличие интермодуляционных продуктов рассматриваемых порядков, частоты списка также упорядочивают по возрастанию и составляют матрицу расстроек, аналогичную описанной в процедуре выбора частот. Пример такой матрицы представлен в виде табл.

3.4, которая содержит 8 частот. Предположим, что проверка возможных интермодуляционных помех происходит для частоты f

Таблица 3.4

Пример матрицы

Выделим в таблице строку и столбец^, содержащие расстройки этой частоты относительно других частот проверяемого списка. Проведем сравнение выделенных расстроек на выполнение неравенств таблице 2. При поиске двухсигнальных интермодуляционных продуктов расстройки, содержащиеся в строке^, сравнивают с расстройками в строках, на которые указывают стрелки табл. 3.4, и проверяют выполнение неравенств (1), (3), (5) из табл. 3.2. Расстройки, содержащиеся в столбце^, сравнивают с расстройками в столбцах, на которые указывают стрелки этой таблицы, и проверяют выполнение неравенств (1), (4), (6) из табл. 3.2.

Если, например, анализ показывает, что Д/^=Д/^₂ и Д/_;5=2хД/₈₇, то на частоте f5 имеет место двухсигнальная интермодуляция третьего порядка, создаваемая передатчиками, работающими на частотах^ vif_v вида 2х/_з-/₂=/₅ и интермодуляционная помеха 5-го порядка, создаваемая передатчиками, работающими на частотах f_vf_z, вида 3 * /₇ – 2 * /₈ =yj.

Проверка на наличие трехсигнальной интермодуляции третьего порядка производиться сравнением расстроек, содержащихся в строке/₅ и столбце/₅, со всеми расстройками, лежащими выше строки/^ и правее столбца/₅. Если, например, окажется, что tf_i2 = Д/₈₆, то на частоте/₅ имеет место трехсигнальная интермодуляционная помеха, которую создают передатчики, работающие на частотах/;,/₆,/₈, а именно/; /₈ -/. =/₅–

Рассмотренный анализ интермодуляционных помех проводится в частотной области для синусоидальных сигналов без учета энергетики возникающих помех. В реальности радиоприемные устройства имеют определенную полосу пропускания, а помехи занимают некоторую полосу частот. В этой ситуации интермодуляционная помеха потенциально может возникнуть, если на частотной оси ее спектр и полоса пропускания приемника перекрываются, и, наоборот, интермодуляционная помеха отсутствует, если перекрытие не имеет места. Соответствующая модернизация условий отсутствия интермодуляции позволит при необходимости учесть эти обстоятельства. В любом случае, если по результатам анализа в частотной области имеет место интермодуляционная помеха, окончательное решение об опасности помехи может быть вынесено только после оценки ее энергетического потенциала. Предварительный анализ списков частот позволяет выявить комбинации частот, подлежащие такой оценке.

Вывод. Частотно-территориальное планирование является многоэтапным процессом. Начальное планирование использует упрощенную ситуацию и учитывает только некоторые, из практического опыта наиболее важные виды помех. Как правило, не учитывается множественный характер помех. Полученные на этом этапе частотно- территориальные планы модернизируют посредством учета некоторых особенностей работы РЭС, не учтенных на начальном этапе (секторное покрытие зон обслуживания, многочастотный режим работы и т. п.).

Последующую коррекцию планов и решение о возможности их практической реализации принимают только после анализа внутрисистемной и межсистемной ЭМС. Таким образом, процесс частотно- территориального планирования реализует цепочку действий: начальное планирование —> анализ ЭМС —> коррекция ЧТП —> анализ ЭМС. Цепочка может быть продолжена до получения нужного результата.

На этапе начального планирования могут быть использованы рассмотренные выше методики планирования на основе частотно- территориальных ограничений или на основе теории регулярных сетей.

Методика частотно-территориального планирования на основе частотнотерриториальных ограничений может быть использована как для систем, работающих на основе одной технологии, так и на основе разных технологий, если доступны требования к необходимому частотно- территориальному разносу этих систем. Оптимальное, с точки зрения использования радиочастотного спектра, планирование может быть выполнено для небольших групп РЭС, когда возможен полный перебор вариантов назначения частот. Наиболее эффективен выбор рабочих частот на основе частотно-территориальных ограничений, когда в существующую совокупность РЭС добавляют новые РЭС с малым числом ограничений (например, только по совмещенному или по совмещенному и соседнему каналу). Методика используется обычно для выбора частот для РЭС с заданным местоположением.

Методику частотно- территориального планирования на основе теории регулярных сетей применяют для планирования систем, использующих одну радиотехнологию (сети радиовещания и телевидения, сотовые сети связи и т. п.), когда известны частотные ограничения на назначение частот.

Важным этапом разработки ЧТП является анализ ЭМС внутри сети и со средствами, окружающими сеть. Методики оценки ЭМС, реализуемые на практике, не охватывают всего комплекса вопросов, которые могут возникнуть в реальных ситуациях, особенно, когда речь идет о системах, использующих разные технологии и работающих в одной и той же или соседних географических областях и в одной и той же или близких полосах частот. Одним из путей решения вопросов ЭМС может быть комплексное использование методик. Так, например, при решении задач частотно- территориального планирования систем подвижной связи, может быть использована САПР «БАЛТИКА-СПС», выполняющая оценку внутрисетевой ЭМС, с последующим анализом межсистемной ЭМС на основе СУРС «Нева» или пакета прикладных программ «ПИАР». В ряде случаев, когда возникают сценарии оценки ЭМС, в которых традиционные аналитические методы не дают удовлетворительного решения могут быть использованы методы статистического моделирования, которые приспособлены к исследованию помеховых сценариев между разными типами радиосистем, как это сделано в методике, реализованной в SEAMCAT.

Вопросы для самопроверки

• 1. Расскажите об этапах частотно-территориального планирования.
• 2. Что включает в себя построение частотно-территориальных планов на основе частотно-территориальных ограничений?
• 3. Что включает в себя получение частотно- территориальных ограничений?
• 4. Расскажите об этапах построения и анализа частотно- территориального плана.
• 5. Расскажите о частотно-территориальном планировании на основе теории регулярных сетей.
• 6. Что такое «геометрия идеализированной сети»?
• 7. Что такое «треугольник совмещенного канала»?
• 8. Как происходит распределение каналов внутри ромба совмещенного канала?
• 9. Что включает в себя процедура построения ЧТП на основе идеализированной сети.
• 10. Как производится выбор частот, свободных от интермодуляции заданных порядков, и проверка списков частот на возможность появления интермодуляционных помех.

Литература: 1, 8, 9, 13, 23.

Раздел 4

ОБОРУДОВАНИЕ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ

ДЛЯ ПЕЛЕНГАЦИИ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ РАДИОКОНТРОЛЕ