автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование методов обеспечения электромагнитной совместимости в сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания на основе их оптимального планирования

На правах рукописи

Носов Владимир Иванович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В СЕТЯХ НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО И ЗВУКОВОГО РАДИОВЕЩАНИЯ НА ОСНОВЕ ИХ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ

05.12.13 - Системы и устройства радиотехники и связи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск -1998

Работа выполнена в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики ( СибГУТИ).

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Фалько А.И.

д.т.н., профессор Поллер Б.В.

д.т.н., профессор Миценко И.Д.

Ведущая организация: Вычислительный центр Сибирского отделения Российской академии наук

дании специализированного совета Д. 118.07.01 при Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГУТИ.

Защита состоится

в (О часов на засе-

Автореферат разослан «Р.Ь » ССхч-Т'Я 1998 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д. 118.07.01 член - корреспондент МАИ, к.т.н., профессор

Формулировка проблемы и ее актуальность. Многолетняя практика использования радиочастотного спектра показала целесообразность перспективного частотного планирования. Время от времени действующие частотные планы пересматриваются или составляются новые при введении нового диапазона частот. Например, в нашей стране в начале 80-х годов был пересмотрен частотный план сети телевизионного вещания, а в конце 80-х, в связи с переходом на стереофоническое радиовещание, пересматривался частотный план ОВЧ ЧМ сети.

Существующая практика планирования развития передающей сети наземного радиовещания исходит из принципа поэтапного решения задачи. На первом этапе на основе анализа факторов политического, экономического, социального характера с учетом географии и особенностей местности определяются количество, месторасположения и размеры требуемых зон обслуживания планируемых радиовещательных станций, которые обеспечивают необходимый охват территории (или населения) ТВ и звуковым вещанием с заданным качеством и числом программ.

Далее выбираются основные параметры радиовещательных станций, которые обеспечивают требуемые размеры зон обслуживания. На последнем этапе решается задача частотного планирования, которая заключается в выборе частотных каналов, СНЧ и поляризации передающей антенны для каждой планируемой радиовещательной станции.

В рамках данной работы предлагается рассмотреть решение второй задачи, т.е. проблемы обеспечения ЭМС передающей радиовещательной сети путем оптимизации частотного плана и технических параметров станций при условии, что результаты решения первой задачи известны и заданы как исходные данные.

Наиболее широко известны методы частотного планирования передающей радиовещательной сети, основанные на применении модели с регулярным расположением передающих станций и регулярным распределением каналов. Трудности, связанные с использованием регулярных решеток, потребовали разработки иных подходов, которые учитывают реальные условия решения задачи.

В литературе развивается теория, обосновывающая связь задачи частот-

ного планирования радиовещательной сети с известной задачей минимальной раскраски графа, что позволяет использовать методы ее решения при назначении частотных каналов с целью минимизации их числа.

Из проведенного анализа однако следует, что предлагаемые решения не позволяют получить оптимальный результат по следующим причинам. Общим недостатком в известных решениях является игнорирование при частотном присвоении очередной станции других планируемых, которым частотный канал еще не присвоен. Данное обстоятельство приводит к неоптимальному решению задачи с точки зрения группы радиовещательных станций и сети в целом.

Практически отсутствуют показатели эффективности, как для отдельных радиовещательных станций так и для сети в целом, что не позволяет решать проблему оптимизации технических параметров и частотных планов. Кроме того приближенные алгоритмы раскрашивания графа разработаны в основном для подвижной радиосвязи. А так как граф сети радиовещания имеет специфическую структуру, то решения предложенные для других радиослужб в общем не приемлемы для рассматриваемой проблемы. Помимо этого, отсутствуют исследования по применению таких эффективных способов улучшения электромагнитной совместимости в сетях радиовещания, как использование оптимального шага сетки частот и систем вещания, эффективно использующих выделенный диапазон частот. Отсутствуют и исследования, посвященные влиянию рельефа местности на эффективность использования технических параметров радиовещательных станций и выделенного частотного ресурса.

Об актуальности рассматриваемой проблемы говорит и тот факт, что в исследовательских программах МСЭ - Р вопрос 43/11 (том XI - часть 1), вопросы 46/10 и 46Ь/10 (том X - часть 1) указывается, что важнейшей целью планирования является улучшение использования радиочастотного спектра и что должны быть проведены исследования по разработке технических основ планирования, которые приведут к наиболее эффективному использованию выделенной полосы частот.

Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы является

исследование методов обеспечения электромагнитной совместимости в сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания на основе оптимального планирования частотных присвоений и технических параметров радиовещательных станций.

Поставленная цель исследований требует решения следующих задач:

1.Разработка показателей эффективности использования технических параметров радиовещательных станций и частотных присвоений в сетях радиовещания;

2. Разработка математической модели, определение системных показателей для систем наземного звукового радиовещания экономичных по использованию выделенной полосы частот;

3. Разработка методики и ее математической модели для определения сетевых параметров (минимальной напряженности поля, защитного отношения) различных систем радиовещания;

4. Разработка теории и исследование новых методов оптимизации частотных планов, шага сетки частот в однородных и реальных сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания с учетом рельефа местности;

5. Разработка и исследование методов оптимизации технических параметров (излучаемой мощности, высоты подвеса антенны) радиотелевизионных передающих станций;

6. Разработка алгоритмов и программного обеспечения автоматизированной системы оптимального частотного планирования (синтеза) и анализа электромагнитной обстановки в сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания.

Методы исследования. Решение поставленных задач производилось с использованием математического аппарата теории статистической радиотехники, теории графов, математического моделирования, а так же методов вычислительной математики и статистического моделирования. Для подтверждения полученных теоретических результатов выполнены экспериментальные исследования с использованием ЭВМ.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в разработке теории оптимального планирования реальных сетей ТВ и звукового радиовещания на основе метода координационных колец и состоит в следующем:

1.Разработаны новые показатели эффективности оптимизации частотных планов (коэффициент взаимного влияния) и оценки эффективности построения и планирования сетей радиовещания (эквивалентных окружностей, статистический и матричный). Коэффициент взаимного влияния позволяет более точно, чем существующие показатели эффективности, определять взаимные помехи особенно в неоднородных и реальных сетях. Новые показатели эффективности (эквивалентных окружностей, статистический и матричный) позволяют оценить эффективность построения действующей сети, сравнить эффективность вновь разработанных планов сетей;

2. Предложено использовать в диапазоне ОВЧ систему звукового радиовещания с АМ ОБП. Для этой системы разработана математическая модель, определены параметры необходимые для планирования сети с этой системой вещания. Показано, что предлагаемая система по сравнению с существующей системой вещания с ЧМ обладает в несколько раз большей спектральной эффективностью при сравнимых качественных показателях;

3. Разработаны и исследованы новые методы оптимизации частотных планов (метод координационных колец), шага сетки частот в однородных и реальных сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания с учетом рельефа местности. Метод координационных колец основан на задаче о раскраске вершин графа и использует в качестве показателя оценки уровня взаимных помех коэффициент взаимного влияния. Новая методика определения оптимального шага сетки частот (минимального разноса по частоте передатчиков, работающих в соседних частотных каналах) основана на предложенных автором универсальной модели однородной сети, методе координационных колец и новой методике (с использованием частично упорядоченных множеств и диаграмм Хасса) раскраски вершин графа, дает возможность получать оценки хроматического числа;

4. Разработаны и исследованы методы оптимизации технических параметров (излучаемой мощности, высоты подвеса антенны) радиотелевизионных передающих станций в однородных регулярных и реальных сетях телевизионного и звукового радиовещания. Метод оптимизации технических параметров однородной регулярной сети основан на предложенной универсальной модели такой сети. Для оптимизации технических параметров в реальных сетях разработана методика на основе градиентного метода.

Практическое значение диссертационной работы состоит в том, что теоретические и экспериментальные исследования легли в основу принципов создания автоматизированной системы оптимизации частотных планов и технических параметров наземных сетей телевизионного и звукового радиовещания.

1. На основе анализа действующей сети по разработанным в диссертации показателям получена ее низкая эффективность по сравнению с однородной сетью и даны рекомендации по улучшению ее эффективности.

2. Анализ разработанного, с использованием предложенного в диссертации метода координационных колец, частотного плана фрагмента телевизионной сети показал его высокую эффективность и позволил выработать рекомендации о необходимости оптимизации существующего частотного плана.

3. Разработанные в диссертации методы оптимизации частотных планов легли в основу разработанной в соответствии с приказом Министра связи СССР Лг2 041 от 26.07.85 г. автоматизированной системы учета и назначения частот радиовещательным ОВЧ ЧМ станциям, которая сдана в промышленную эксплуатацию на ГВЦ МС СССР.

4. Разработанная методика позволила определить минимально необходимое количество каналов в сети регулярной структуры при использовании цифрового звукового радиовещания в диапазоне ОВЧ. Анализ результатов, полученных при реализации предложенной модели на ЭВМ показал, что для построения сети ЦРВ, минимально необходимое число частотных каналов равно семи, т.е. построить одночастотную сеть ЦРВ, как предлагали многие авторы, не представляется возможным.

5. В результате исследований, проведенных с использованием разработанной методики определения оптимального шага сетки частот (использующей предложенные автором универсальную модель регулярной сети и метод координационных колец) в сети звукового радиовещания показано, что оптимальный шаг сетки в диапазоне частот: 66 - 74 МГц составляет 20 кГц (используется 30 кГц); 100 - 108 МГц составляет 100 кГц (используется 100 кГц), т.е. для увеличения спектральной эффективности сети в диапазоне 66 - 74 МГц необходимо изменить шаг сетки частот.

Реализация результатов работы. Теоретические и экспериментальные исследования легли в основу принципов создания автоматизированной системы оптимизации частотных планов и технических параметров наземных сетей телевизионного и звукового радиовещания. Диссертационная работа выполнена на базе плановых хоздоговорных и госбюджетных НИР и НИР по договорам о содружестве с предприятиями связи.

Под научным руководством диссертанта в отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Систем автоматизированного проектирования сетей телевизионного и звукового радиовещания» созданной по приказу Министра связи СССР при кафедре систем радиосвязи Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики выполнены работы по:

- координации частотных планов станций ОВЧ ЧМ радиовещания в полосе частот 100- 108 МГц между делегациями Администраций связи СССР и МНР;

- оптимизации частотного плана сети ОВЧ ЧМ вещания в диапазоне 100 -108 МГц для подготовки проекта «Национального плана распределения частот для СССР» и «Перспективного плана распределения частот для стран членов ОСС»;

- составлению частотного плана ТВ сети для выделенного региона и оптимизации частотного плана сети ОВЧ ЧМ вещания в диапазоне 100- 108 МГц с экономическим эффектом от внедрения;

- оптимизации частотных присвоений в сетях ТВ и ОВЧ 4M вещания, что позволило провести их координацию с администрациями связи сопредельных с СССР стран;

- разработке по приказу Министра связи СССР № 041 от 26.07.85 г. автоматизированной системы учета и назначения частот радиовещательным ОВЧ 4M станциям и сдаче ее в промышленную эксплуатацию на ГВЦ MC СССР;

- разработке частотных планов развития сети телевизионного вещания Новосибирской, Кемеровской и Читинской областей.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики в курсах: «Системы радиосвязи и телевизионного вещания»; «Основы радиосвязи» ; «Теория электромагнитной совместимости», по ним поставлен цикл лабора-горно-практических занятий с использованием ЭВМ.

Часть результатов диссертационной работы нашла отражение в:

- учебнике Калашников Н.И., Дороднов И.Л., Крупицкий Э.И., Носов В.И. Системы радиосвязи. / Под ред. Калашникова Н.И. Учебник для ВУЗов связи. - М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.;

- учебном пособии Буга H.H., Конторович В .Я., Носов В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 1993. - 242 с.;

- учебном пособии Носов В.И., Воинцев Г.А. Сети наземного телевизионного вещания. Учебное пособие. - Новосибирск.: НЭИС, 1991. -48 с.;

-учебном пособии Носов В.И., Мамчев Г.В. Спутниковое телевизионное вещание. Учебное пособие. - Новосибирск.: НЭИС, 1993. - 82 с.

Отдельные теоретические вопросы, относящиеся к проблематике данной диссертационной работы, под руководством автора продолжают детально разрабатываться соискателями и аспирантами СибГУТИ.

Практическое использование основных результатов диссертации подтверждено актами внедрения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на двух международных, 28 Всесоюзных и республиканских, 12 региональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 71 работа, в том числе один учебник, три учебных пособия, 17 статей. Результаты исследований изложены в отчетах по научно-исследовательским работам отраслевой научно-исследовательской лаборатории « Систем автоматизированного проектирования сетей телевизионного и звукового радиовещания», научным руководителем которой является автор.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений. Материал работы изложен на 354 страницах машинописного текста, включая 86 иллюстраций и 41 таблицу. Список литературы по каждому разделу приводится отдельно, всего библиография содержит 132 наименования. В приложениях приведены документы о внедрении и использовании результатов исследований.

Основные положения, выносимые на защиту. Разработана теория оптимального планирования реальных сетей ТВ и звукового радиовещания на основе метода координационных колец, включающая в себя:

- показатели эффективности оптимизации частотных планов (коэффициент взаимного влияния) и оценки эффективности построения и планирования сетей радиовещания (эквивалентных окружностей, статистический и матричный);

- математическую модель, методику определения сетевых параметров (минимальной напряженности поля и относительного защитного отношения) для спектрально эффективной системы звукового радиовещания;

- методику оптимизации частотных планов (метод координационных колец) в однородных и реальных сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания с учетом рельефа местности;

- метод определения оптимального шага сетки частот (минимального

разноса по частоте передатчиков, работающих в соседних частотных каналах), основанный на предложенных автором универсальной модели регулярной сети, методе координационных колец и новой методике раскраски вершин графа (с использованием Частично упорядоченных множеств и диаграмм Хасса) дающей возможность получать оценки хроматического числа;

- методы оптимизации технических параметров (излучаемой мощности, высоты подвеса антенны) радиотелевизионных передающих станций в однородных регулярных и реальных сетях телевизионного и звукового радиовещания.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится краткий анализ современного состояния проблемы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, выделены положения, выносимые на защиту. Указана структура диссертации, формы апробации и внедрения ее результатов.

В первом разделе проанализированы технические основы планирования сетей радиовещания и выбраны основные исходные соотношения, необходимые для проведения дальнейших исследований.

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 частот между передатчиками в конечном счёте 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.

Таким показателем эффективности (оптимальности) может быть одна или несколько функций, зависящих от значений присваиваемых частот, параметров передатчиков и сети. Для каждой такой функции существует область её значений, при которых конкретное частотное присвоение можно считать наилучшим и в смысле использования технических параметров передатчиков и в смысле использования спектра. Если значение функции, рассчитанное для конкретного варианта частотного присвоения попадает в эту область значений показателя эффективности, можно говорить об оптимальности присвоения частотных каналов рассматриваемой паре передатчиков.

Приемлемым или допустимым вариантом решения задачи назначения пар ( Р, НА ) элементам множества передатчиков сети М = { п^ } частотного прис-воения ( ( ш;) = К3 б К, или другими словами построения множества у = { ( Р, НА ), }, 1 е{1,..., п} , предлагается считать такой, при котором сеть обеспечивает некоторую заданную степень покрытия территории.

$обсл.'Ы I ^тер — ^ 5

Это условие является критерием приемлемости (допустимости) полученного решения. В общем случае для сети N ( М ) возможно существование некоторого множества допустимых вариантов \ ( у ). Для нахождения оптимального варианта у0ггг е 4 автором предлагается принять в качестве функции цели Б ( у) величину затрат на ТВ сеть Зц , приведенную к единице площади обслуживания данной сети Бобсл»

Р(у) = 3ы(у)/80бслы(у).

На основании вышеприведенных обозначений задачу оптимального выбора технических параметров радиовещательных передатчиков можно формализовать следующим образом: если М = { Ш; }, 1 е{1,...,п} - множество передатчиков, причем е М : ((Ш|) = К^ е К, то необходимо выбрать множество

уопт= { Р, НА } пар параметров ТВ передатчиков из Е, = { у} , для которых

Sqöc.i.n / Sxep > Я и F ( уопт) - 3N (у) / So6c.it (у) -> min.

Проанализированы покакзатели эффективности частотных'присвоений в передающих радиовещательных сетях, представлена методика их расчета и предложены возможные области их применения.

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 для передатчиков с соизмеримыми параметрами по следующей формуле

КВВ = 1 - ((Rpü + Rpi2 + Rpji + Rpj2) / (2RMaKci + 2RMaKCj)),

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

Rp-,2 и RPj2 - радиусы зон вещания i - го и j - го передатчиков в противоположных направлениях, км;

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

Для неоднородных (реальных) сетей, в которых мощности передатчиков могут существенно различаться, предлагается другой вариант расчета КВВ

КВВ = max{l- ((min (Rpi,;RPi2)) /Rm^ci);

{1 - ((min (Rpji;RPj2 )) / RMaKcj)}.

Положительные значения КВВ при Rp < RMaKC указывают на недостаточное использование технических ресурсов передатчиков, при отрицательных значениях коэффициента Rp > RMaKc можно говорить о нерациональном исполь-

зовании частотного спектра. 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. КВВ рассчитывается в относительных единицах, учитывает изменения радиусов зон вещания, им удобнее пользоваться, т.к. его значения не зависят от технических параметров станций и диапазона работы передатчиков.

Анализ существующих методов распределения каналов в однородных сетях показал, что использование рассмотренных методов частотного планирования в регулярной сети полезно при моделировании радиовещательной сети и оценке влияния её технических параметров, расстояния между станциями на число используемых частотных каналов и технико экономические показатели.

При синтезе модели однородной сети радиовещания необходимо определить расположение передатчиков, работающих в совмещенных каналах, для чего предлагается использовать универсальную модель однородной сети. В этой модели сети передающие станции, помещенные в центры зон вещания в виде шестиугольников (сот) с одинаковыми номерами, образуют ромб совмещенных каналов. Поскольку расстояние между передатчиками, работающими в совмещенных каналах одинаково, его нетрудно определить из геометрии сети. В предложенной универсальной модели однородной сети ее относительный модуль г0 = Б / Яо однозначно определяет количество необходимых частотных каналов.

Планирование однородных и реальных радиовещательных сетей наиболее целесообразно проводить на основе известного представления сети в виде графа и распределять каналы с использованием задачи о раскраске его вершин. Граф передающей сети радиовещания является конечным, неориентированным, с однократными ребрами без петель. Отличительной особенностью графа передающей сети является то, что он обладает дисковостью. Это объясняется тем, что каждый передатчик создает помехи только на расстояниях не больше коор-

динационного, поэтому для каждой вершины можно выделить область в виде круга с центром в ней самой, которая ограничивает совокупность смежных с данной вершин.

Во втором разделе разрабатывается один из эффективных способов улучшения ЭМС в сетях наземного радиовещания - использование системы вещания с малой полосой занимаемых частот, что позволяет существенным образом улучшить использование выделенной для наземного радиовещания полосы частот.

Разработана математическая модель предлагаемой системы стереофонического звукового радиовещания с АМ ОБП в ОВЧ диапазоне. Исходя из нормы на требуемое взвешенное (псофометрическое) отношение сигнал/шум на выходе приемника, соответствующее требуемому качеству прослушивания, можно определить защитное отношение на входе

А3 = Arei + Аз0, дБ

где АГе1 - относительное защитное отношение на входе приемника при заданной расстройке; Аз0. -. защитное отношение на входе приемника при нулевой расстройке.

Сигнал Fs(f) производит в приемнике настроенном на канал, отличающийся по частоте от несущего колебания полезного канала Fr на AF, следующую мощность

Q

PS(AF) = j*Fs2(f - AF) - Fr2(f )df.

л

При AF=0 из этого выражения получим значение мощности полезного сигнала на выходе приемника для нулевой расстройки

Pn = Ps(0),

тогда

AreI(AF) = 10-log ( Ps (AF) / Pn ), дБ.

С использованием разработанной математической модели рассчитаны относительные защитные отношения при воздействии на вход приемника с АМ ОБП мешающего сигнала от передатчика этой же системы звукового радиовещания для моно и стерео сигнала при различных величинах расстройки по частоте полезного и мешающего сигналов. Проведено исследование влияния на величину относительного защитного отношения величины коэффициента интермодуляции ( он определяет уровень внеполосного излучения передатчика ), ширины полосы пропускания приемника, степени подавления несущей в передатчике.

Произведено сравнение кривых относительного защитного отношения для систем стереофонического звукового радиовещания с ЧМ и АМ ОБП, из которого следует, что предлагаемая система стереофонического звукового радиовещания с АМ ОБП в ОВЧ диапазоне обладает при сравнимых качественных показателях более высокой спектральной эффективностью и следовательно позволяет разместить в несколько раз большее количество передатчиков в отведенных полосах частот.

Предложена и разработана методика определения для систем звукового радиовещания минимальной напряженности поля.

Емин— ЕШ£ (50) + (ис/иш) вых z > дБмкВ/м,

где (Uc/Um)BbD1 -отношение сигнал/шум на выходе приемника по низкой частоте, при котором обеспечивается требуемое качество приема (определяется классом приемника); ; OL 2 - выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе приемника по сравнению с отношением сигнал/щум на входе приемника (определяется видом модуляции и обработкой сигнала на передающей и приемной сторонах).

На приемном конце сначала производится восстановление предискаже-ний а затем псофометрическое взвешивание шумов, следовательно необходимо рассматривать суммарное действие этих двух устройств, определяемое суммарным коэффициентом Kv

Fe Fe

K2= f G(F) K2 nc(F) K2bu(F) dF /1 G(F) dF.

Fh FH

Учитывая, что Kj = - а у;, можем записать

Емин (ис/иш)внх + ЕшЕ (50) +ЫПс-К2

При частотной модуляции необходимо учесть выигрыш от вида модуляции а,,,,. Анализ полученных результатов показывает, что минимальные напряженности полей для разрабатываемой системы с АМ ОБП почти не отличаются от таковых для системы с ЧМ, что дает возможность утверждать, что зоны обслуживания радиовещательных передатчиков в этой системе будут не меньше, чем в существующей системе с ЧМ.

Разработана методика для определения величины защитного отношения Аз0 при совпадающих несущих частотах полезного и мешающего передатчиков, т.е. при работе полезного и мешающего передатчиков в совмещенных каналах

АзО = Емин " Еш (50) - Пм ,

где Пм - полоса частот, занимаемая мешающим сигналом. Необходимо учесть, что в случае когда полоса мешающего сигнала больше полосы полезного сигнала, необходимо подставлять полосу полезного сигнала. Разработанная методика позволяет с высокой степенью точности без проведения субъективно статистических измерений, которые невозможно провести для вновь разрабатываемых систем радиовещания и вновь осваиваемых диапазонов частот, определить значения минимальной напряженности поля и защитного отношения при совпадающих несущих частотах полезного и мешающего передатчиков.

В третьем разделе разработана методика оптимизации частотных планов (метод координационных колец) в однородных и реальных сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания с учетом рельефа местности.

Проведен анализ причин неоптимальности существующих методов частотного планирования, который показал, что они вызваны наложением запрета на раскраску в один цвет вершин, находящихся от рассматриваемой вершины

на расстоянии меньше координационного. В то же время не существует условий, по которым в один цвет раскрашиваются вершины, удаленные на расстояние большее либо равное координационному. Следовательно, для получения раскраски близкой к оптимальной необходимо ввести ограничение на расстояние между вершинами при их раскраске в один цвет.

Согласно определению графа передающей вещательной сети, изложенному в первом разделе, множеству передатчиков М = Мд и Мпл с учетом частотно-пространственных ^-ограничений может быть поставлен в соответствие граф О = ( V, Е ) со множеством вершин V и множеством ребер Е, таких что отображение М на V будет биективным М <-> V, а каждое ребро еу = { Уь ^ } е V соединит пару вершин V;, ^ е V, соответствующих радиовещательным станциям, которые могут создавать недопустимые помехи друг другу, т.е. удовлетворяют каким либо ограничениям из ц/

С ( V, Е ) = в ( Уд, Ед ) и С ( Упл, ЕГ1Л); УУД: {Ь,ф,Н, РьЯ3, С, г, ро1, в >; УУ11Л: {X, ср, Н, РЕ,Я3}.

Множеству реализаций частотных присвоений Р поставим в однозначное соответствие множество цветов С И' <-> С. Наличие действующих передатчиков приводит к тому, что часть вершин графа О ( V, Е ) является окрашенной. Рассматриваемая проблема оптимального назначения частотных каналов может быть сформулирована как задача минимальной раскраски графа, но в отличие от классической постановки задачи, смежность вершин определяют ограничения на использование не только одного цвета, но и некоторых их комбинаций. Такая задача может быть сведена к обобщенной задаче раскраски реберно ограниченного графа с учетом его дисковости и сформулирована следующим образом.

Пусть в = ( V, Е ) - неориентированный граф без петель, Н : Е -> у - реберное множество запрещений графа О. Для Уд е V задано соответствующее

отображение Ад: Уд-> С. Необходимо найти

такое А: V —> С обеспечивающее card А ( V ) —> 1ШП, что

Vv;, Vj е V: (A(Vi), A(vj)} € Н(еу), еа = ( V;, Vj ) е Е.

В предлагаемом методе координационные кольца строятся с использованием предложенного автором в первом разделе коэффициента взаимного влияния. КВВ учитывает взаимные помехи только между парами передатчиков, поэтому его положительные значения Rp < RvaKC указывают на недостаточное использование технических ресурсов передатчиков из-за больших взаимных помех. В этом случае должно быть задано максимальное допустимое уменьшение Rp, определяемое наперед заданной величиной s. Отрицательный КВВ Rp > R„aKC свидетельствует о редком присвоении одинаковых частот передатчикам, что хотя и ведет к отсутствию помех между ними, но снижает эффективность использования спектра, величина которой определяется наперед заданным числом 5. Таким образом, оптимальное применение ресурсов передатчика и эффективное использование спектра имеют место при условии

5 < КВВ < s .

По этому условию строятся координационные кольца вокруг каждого планируемого передатчика.

Пусть частотный канал К присвоен некоторому передатчику. Тогда вокруг него выделяется множество передатчиков, которым критерий запрещает назначить канал К ввиду сильных взаимных помех с передатчиком А, т.е. рассматриваемое ребро принадлежит множеству запрещений графа G

КВВ > е : (A(vK), A(va)} е Ще^), екА= ( vK, vA ) е Е.

Территория, на которой расположены эти передатчики, по форме напоминает круг (для однородной сети это действительно круг). Любому же из оставшихся вне большого круга передатчиков этот частотный канал назначить можно, т.е. рассматриваемые ребра не принадлежат множеству запрещений

графа в

КВВ < 6: А(уа)} ^ Н(^а), е]А= ( V;, уа ) е 0.

Передатчики, образующие с передатчиком А оптимальные пары, расположены на территории, по форме напоминающей кольцо (в однородной сети — строгое кольцо) с центром в точке А. Множество этих передатчиков будем называть координационным кольцом передатчика А

5 < КВВ < е: (А(^), А(уа)} й Н(е]А), е]А = (V,, уа ) е 0,

Теперь для очередного присвоения канала К нужно выбирать передатчик, находящийся на пересечении координационных колец передатчиков А и В. Действительно, назначение канала К передатчику С, выбранному из этого пересечения, удовлетворяет критерию оптимальности частотных присвоений по отношению сразу к двум передатчикам А и В, которым уже присвоен канал К

5<КВВ<е: {А(ус),А(уа)} £ Н(еСА), еСА=(Ус ,уа) е 0, 5<КВВ<е: {А(ус)АЫ> йН(есв), есв=(Ус ,Ув)е0.

Дальнейший ход присвоения канала К очевиден.

На основе предложенного метода координационных колец проведена оптимизация частотного плана сети регулярной структуры и фрагмента частотного плана реальной сети Европейской территории России. Полученные результаты дают основание сделать заключение об эффективности работы предложенного метода.

Эффективность вариантов частотных планов можно оценивать по количеству удовлетворенных частотных заявок из их общей совокупности при наличии фиксированного числа частот, разрешенных для использования. Для исследования влияния на количество удовлетворенных частотных заявок способа частотных присвоений при послойном построении многопрограммной сети радиовещания разработаны эвристические алгоритмы на основе задачи о раскраске вершин графа. Разработаны алгоритмы типа «вершина - краска» при ранжи-

ровании: по порядку вершин (по мере поступления заявок); по минимуму частотных присвоений возможных для рассматриваемой вершины; по минимуму частотных присвоений плюс максимальная степень вершины; по максимальной степени вершины. Выбор краски (оптимального частотного присвоения) осуществляется по предложенному автором методу координационных колец. Разработаны также алгоритмы типа «краска - вершина».

Одним из эффективных методов улучшения электромагнитной совместимости и использования выделенного диапазона частот в сетях наземного телевизионного и звукового радиовещания является оптимизация шага сетки частот (минимальный разнос несущих частот радиовещательных передатчиков, работающих в соседних каналах). Автором разработана новая методика определения оптимального шага сетки частот в регулярной сети звукового радиовещания

A four = ф (Pi, На, D, А3), при 1 = А ( х С -> min,

где С - количество используемых каналов,

1 - полоса частот, занимаемая сетью радиовещания.

Для решения поставленной задачи использована предложенная автором универсальная модель однородной сети, в которой расстояния между передатчиками (D), расположенными в узлах регулярной решетки , определяются в модулях (Ro) сети

Го = D / Ro .

Для реализации предлагаемого метода разработана новая методика распределения частотных присвоений в сети регулярной структуры на основе предложенного автором метода координационных колец с использованием частично упорядоченных множеств и диаграмм Хасса. Присвоение частот должно удовлетворять следующим условиям

Vx,y e V[di.1<d(x,y)<di^|f(x)-f(y)|>ki].

где К = {K¡}, i = {1,... ,r}; г - количество частотных каналов, причем di <d2< ... <dr, ki >k2> ...>kr.

Построение координационных колец заканчивается при условии ro = d(x,y)/Ro<l.

В результате исследований, проведенных с использованием разработанной методики в сети звукового радиовещания показано, что оптимальный шаг сетки в диапазоне частот: 66 - 74 МГц составляет 20 кГц (используется 30 кГц); 100 - 108 МГц составляет 100 кГц (используется 100 кГц).

Предложенная методика дает возможность строить раскраски сети и получать оценки хроматического числа и может быть использована для повышения эффективности использования спектра частот, выделяемого для радиовещания, как в действующих, так и во вновь вводимых диапазонах частот.

В случае поступления единичных заявок на частотные присвоения так же возникает проблема их оптимизации. Для этого варианта разработан метод оптимизации единичных частотных присвоений использующий правило FIFO -первый пришел - первый вышел, которая реализована в автоматизированной системе оптимизации частотных присвоений передатчикам сети ОВЧ ЧМ звукового радиовещания, внедренной в промышленную эксплуатацию на ГВЦ МС СССР.

Для дискретного множества частот F = "[f¡3~, i = 1, t в диапазоне (FN, Fv), которое возможно для присвоения ОВЧ ЧМ, необходимо найти такое множество частот F0 CZ F, упорядоченное по возрастанию используемой напряженности поля Еисп в месте расположения исследуемой станции, для которого выполняется условие

Vfk е F0: E„cn(fk) > EHCn(f¡ ÉFo).

Далее решается оптимизационная задача выбора шести лучших частот для исследуемой станции, т.е. определяется такое множество частот Fj е F,

Fi={fk}, к = {1,..., 6}, для которого выполняется следующее условие

VficeF^Ka^KziCfieF,),

где Кек - обобщенный коэффициент эффективности присвоения частоты ffc. При этом уравнение оптимальности

foni = fm S F : KXm = max {K£i}

На основе предложенной автором универсальной модели однородной сети и системы машинного синтеза и анализа сети вещания регулярной структуры разработана методика определения минимально необходимого количества каналов в сети регулярной структуры при использовании цифрового звукового радиовещания в диапазоне ОВЧ. В результате проведенных исследований доказано, что для построения сети ЦРВ даже при использовании однократной ОФМ минимально необходимое число частотных каналов для 100 % охвата территории радиовещанием Смин = 7.

В четвертом разделе отмечается, что развитие и реконструкция радиовещательных сетей требует значительных капитальных затрат, поэтому решение задачи снижения этих затрат является актуальной проблемой. Снижения капитальных затрат в значительной степени можно достичь за счет использования оптимальных технических параметров радиовещательных станций - высот подвеса антенн, мощности передатчика, местоположения.

Решению этой задачи служит разработаная автором методика определения оптимальных технико-экономических показателей однородной сети радиовешания на основе предложенных универсальной модели однородной сети и показателя эффективности - коэффициента приведенных затрат на еденицу площади вещания. Для некоторого набора значений R, НА, Р однородной сети в каждом диапазоне i из множества диапазонов ID зона обслуживания S6 является подмножеством зоны вещания Si

i eID:S6(R)c Sj(R,HA,P).

Задача определения оптимального варианта допустимой сети сводится к

23

нахождению такого сочетания параметров Л, НА, Р, при котором целевая функция минимальна

Б (Я,НА,Р ) = 3 (НА,Р) / 86 (Б.) шш,

где 3(НА, Р) — затраты на передающую ТВ станцию.

Зная для различных сетей расстояния Б между передатчиками, работающими в совмещенных каналах, определим число частотных каналов, необходимое для организации этих сетей

с = о2/зя23.

На основе разработанной методики с использованием предложенной универсальной модели однородных сетей создана машинная модель однородной сети радиовещания, позволяющая при заданном числе каналов синтезировать структуру однородной сети или же при заданной структуре сети определять необходимое число частотных каналов для обеспечения сплошного покрытия территории радиовещанием.

Используя полученные зависимости НМ1Ш = ср ( Я, Р, С, А, ГО ), получены оптимальные сочетания этих параметров, которые можно использовать при планировании реконструкции и развития реальной ТВ сети.

Для оптимизации технических параметров радиотелевизионных передающих станций в реальных сетях разработана методика, позволяющая для фрагментов реальных сетей радиовещания, включающих действующие станции с заданными координатами, известными высотами подвеса антенн, излучаемыми мощностями с использованием градиентного метода определять оптимальные высоты подвеса антенн и излучаемые мощности для вновь вводимых передающих станций.

В качестве целевой функции, подлежащей минимизации, используем предложенную автором в первом разделе

Т (Р^, НА) = (ЦЗ / ) шт,

где £3 - суммарные приведенные затраты на планируемую сеть 82 и N передатчиков сети

- площадь, обслуживаемая сетью Бги N передатчиками сети Бь

Пусть М*(х*1,...,х*п) является точкой минимума функции Р(хь...,хп). В некоторой окрестности М* существуют производные дБ/дХ[ (1 е {1,...,п} ) и М° (х°ь...,х°п) - близкая к М* точка. Дифференциальное уравнение траектории наибольшего убывания функции цели

дх/& = -д¥/дк{, X; (0) = X0;, 1 £

Аппроксимируя производные конечными разностями, получим систему разностных уравнений

х.(к+.) = х.(к)_}1ар/ах;> х.(0) = хо.? 1е[1— ], к = 0,1,2,...,

где =xi(kh); Рк = Б ( х/к),..., хп(к)); Ь - шаг разностной сетки.

Шаг Ь выбирается исходя из условия убывания функции на каждом этапе вычислений - Рк+1 > Рк .

Вычисление производных сР / дх оказалось трудоемкой задачей, поэтому использовалось численное определение

ЗР/йх = (Р(х + А)-Р(х))/А,

но шаг дифференцирования А должен быть существенно меньше шага разностной сетки И.

На основе предложенного градиентного метода оптимизации разработаны алгоритм и программное обеспечение, которые использовались для оптимизации высот подвеса антенн передающих ТВ станций для фрагмента сети в Европейской части России.

Предложены и разработаны новые показатели оценки эффективности построения сетей радиовещания. Для учета степени перекрытия зон вещания предлагается использовать коэффициент

— 8Пер1/ £ ,

где Бперх - общая площадь территории, которая должна быть покрыта вещанием при отсутствии перекрытий, но при анализируемом построении сети

N

обслуживание неэффективно; £ Бр; — площадь вещания всех N станций сети.

1-1

Учет территории, не охваченной вещанием, предлагается оценивать коэффициентом

^»2 = 8НедХ / $тер 5

где Бтср - общая площадь заданной территории; 8неД£ — площадь, не охваченная вещанием.

На основе предложенных коэффициентов и методов их определения (эквивалентных окружностей, статистический и матричный) была определена эффективность построения фрагмента сети телевизионного вещания Европейской территории СССР, включающей 350 мощных передатчиков. Рассматриваемая сеть имеет невысокую эффективность Л.1 = 0,33 и = 0,335 (однородная сеть регулярной структуры имеет Л.х = 0,18 и \2 ~ 0), поэтому необходимо рассматривать вопрос о ее оптимизации.

На основе проведенных исследований предлагается использовать нерегулярную цифровую модель местности, которая позволяет с достаточной для практических расчетов степенью точности определять напряженность полей сигналов и помех в сетях ТВ и ОВЧ ЧМ вещания. При этом значительно уменьшается трудоемкость создания такой ЦММ, по сравнение с ЦММ регулярной (матричной) структуры особенно для больших регионов.

Пятый раздел посвящен экспериментальной проверке предложенных в диссертации методов оптимизации сетей телевизионного и звукового радиовещания. Приведено описание алгоритма распределения частотных каналов методом координационных колец. Проведено исследование эффективности метода координационных колец на примерах однородной сети регулярной структу-

ры и фрагменте реальной сети ТВ вещания. Методом координационных колец распределялись 27 частотных каналов в регулярной сети. Известно, что для регулярной однородной сети координационное расстояние определяется

Як^Яол/С.

где И« - модуль сети, С - количество распределяемых частотных каналов.

Следовательно, для рассматриваемого случая 11^= Ио ^27. Исходя из этого условия, для двух передатчиков, расположенных на расстоянии = Яд \'27 коэффициент взаимного влияния равен 0 и оптимальным будет присвоение им одноименного канала. Значит, все передатчики, удаленные от рассматриваемого на координационное расстояние, должны попадать в его координационное кольцо. Учитывая, что ближайшие к 27 ромбические числа 25 и 28 , были выбраны следующие границы координационного кольца

Б = ( 1 - Щ)/2.

427 У

8 = ( 1 - — ) / 2.

4 727 7

Распределение, полученное методом координационных колец для 27 частотных каналов, соответствует известному оптимальному .

Затем метод координационных колец был использован для модернизации частотного плана фрагмента действующей ТВ сети. Этот фрагмент, включающий 350 станций (986 передатчиков), расположен в Европейской части СССР и обеспечивает территорию в 2736 тыс. км2 трехпрограммным ТВ вещанием. Из 986 передатчиков 260 - действующие, остальные планируемые. Частотные присвоения действующих передатчиков оставались без изменения и для заданных значений параметров е = 0,08 и 8 = 0 был получен новый вариант частотного плана рассматриваемого фрагмента ТВ сети. Так , если в существующем плане были запланированы метровые каналы 67 передатчикам, то в разработанном частотном плане - 190 передатчикам. Существующий план имеет сумму площадей вещания всех станций ХБр = 8547 тыс. км2, среднее значение

коэффициента использования передатчика С?ср= 0,90, а вновь-полученный план обеспечивает = 9025 тыс. км2 и С>ср = 0,94.

Предложен метод определения технико-экономических показателей сравниваемых вариантов частотных планов Технико-экономическая эффективность нового частотного плана заключается в том, что при одних и тех же антенных опорах, технических, заданиях он обеспечивает, по сравнению с существующим планом увеличение площади обслуживания, что эквивалентно установке дополнительного количества передатчиков при действующем частотном плане. Для расчета экономической эффективности нового частотного плана необходимо рассчитать удельные капитальные затраты на один квадратный километр площади обслуживания, для чего рассчитаны капитальные затраты на рассматриваемую телевизионную сеть. Экономическую эффективность нового частотного плана можно рассчитать по формуле

Э = Ен ( Куд1 - Куд2 ) х X §2 ,

где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Куд1, КуД2 - затраты на 1 км2 площади в существующем и новом вариантах частотного плана соответственно; X Бг - площадь обслуживания по новому плану.

Проведено исследование разработанных в третьем разделе эвристических алгоритмов раскраски графов типа «вершина — краска» и «краска — вершина» при послойном планировании в однородной и неоднородной сетях, одно-, двух- и трехпрограммного ТВ вещания. Предлагаемые в диссертации методы оптимального группового планирования по сравнению с тривиальными обеспечивают существенный выигрыш в количестве осуществленных частотных присвоений. В результате проведенных исследований показано, что выигрыш в количестве удовлетворенных частотных заявок составляет 16% для второй программы и 48% для третьей, т.е. позволяют в значительной степени повысить эффективность использования частотного ресурса. Кроме того проведенные исследования подтвердили известное в теории графов удверждение,

что алгоритмы типа «вершина - краска» являются более эффективными.

Приведено описание разработанных алгоритма и программного обеспечения автоматизированной системы оптимального частотного планирования (синтеза) и анализа электромагнитной обстановки в сетях радиовещания. Разработанная автоматизированная система является универсальным и удобным инструментом для проведения исследований, связанных с оптимизацией частотных планов, технических параметров сетей радиовещания, работающих в различных диапазонах частот, использующих различные системы вещания (аналоговые и цифровые, с амплитудной, частотной и квадратурной амплитудной модуляцией). Система работает в диалоговом режиме, имеет модульную структуру с возможностями ее развития.

Заключение. В диссертации обоснована и решена крупная научно-техническая и народнохозяйственная проблема создания автоматизированной системы оптимального планирования реальных сетей радиовещания для: разработки оптимальных (в смысле использования ограниченного частотного ресурса при выполнении условий электромагнитной совместимости) текущих и перспективных частотных планов сетей звукового и телевизионного вещания, использующих системы аналоговые с частотной и амплитудной модуляцией и цифровые с относительной фазовой и квадратурной амплитудной модуляцией; оптимизации технических параметров (мощности передатчика, высоты подвеса антенны) передающих радиотелевизионных станций с учетом рельефа местности.

Основные результаты выполненной диссертационной работы заключаются в разработке теории оптимального планирования реальных сетей ТВ и звукового радиовещания на основе метода координационных колец и сводятся к следующему,

1. Для оптимизации частотных присвоений предложен новый показатель эффективности - коэффициент взаимного влияния (КВВ), разработана методика его определения. Показано, что КВВ является более точным критерием, чем существующие минимальная напряженность поля и координационное расстояние.

стояние.

2. Предложено для синтеза регулярных сетей на ЭВМ использовать универсальную модель однородной сети, в которой ее относительный модуль однозначно определяет количество необходимых частотных каналов.

3. Разработана математическая модель предлагаемой системы стереофонического звукового радиовещания с AM ОБП в ОВЧ диапазоне для определения относительного защитного отношения. С использованием разработанной математической модели рассчитаны относительные защитные отношения.

3. Предложена и разработана методика определения для систем звукового радиовещания минимальной напряженности поля.

4. Разработана методика для определения величины защитного отношения Аш при совпадающих несущих частотах полезного и мешающего передатчиков.

5. Предложена и разработана методика оптимального частотного планирования сетей радиовещания основанная на задаче о раскраске вершин графа с использованием предложенного метода координационных колец. Проведенные исследования показали, что метод координационных колец обеспечивает высокую эффективность при планировании как однородных, так и реальных сетей радиовещания.

6. Разработана новая методика определения оптимального шага сетки частот (минимального разноса по частоте передатчиков, работающих в соседних частотных каналах). Для реализации предлагаемого метода разработана методика распределения частотных присвоений в сети регулярной структуры на основе предложенных автором универсальной модели однородной сети и методе координационных колец с использованием частично упорядоченных множеств и диаграмм Хасса, которая дает возможность строить раскраски сети и получать оценки хроматического числа.

7. Разработаны метод и математическая модель оптимизации единичных частотных присвоений использующий правило FIFO - первый пришел первый вышел, которая положена в основу автоматизированной системы оптимизации

внедренной в промышленную эксплуатацию на ГВЦ МС СССР.

8. Разработаны методика и математическая модель определения минимально необходимого количества каналов в сети регулярной структуры при использовании цифрового звукового радиовещания в диапазоне ОВЧ.

9. Разработана методика определения оптимальных технико-экономических показателей сети радиовешания на основе предложенного показателя эффективности - приведенных затрат на еденицу площади вещания.

10. Разработана методика, позволяющая для фрагментов реальных сетей радиовещания, включающих действующие станции с заданными координатами, известными высотами подвеса антенн и излучаемыми мощностями с использованием градиентного метода определять оптимальные высоты подвеса антенн для вновь вводимых передающих станций.

11. Предложены и разработаны новые показатели (эквивалентных окружностей, статистический и матричный) оценки эффективности построения сетей радиовещания с точки зрения зоны обслуживания, наличия зон перекрытия соседних станций, зон «тени».

12. Разработаны алгоритм и программное обеспечение автоматизированной системы оптимального частотного планирования (синтеза) и анализа электромагнитной обстановки в сетях радиовещания. Разработанная автоматизированная система является универсальным и удобным инструментом для проведения исследований, связанных с оптимизацией частотных планов, технических параметров сетей радиовещания, работающих в различных диапазонах частот, использующих различные системы вещания (аналоговые и цифровые, с амплитудной, частотной и квадратурной амплитудной модуляцией). Система работает в диалоговом режиме, имеет модульную структуру с возможностями ее развития.

Список основных публикаций по теме диссертации

1.Калашников Н.И., Дородное И.Л., Крупицкий Э.И., Носов В.И. Системы радиосвязи. / Под ред. Калашникова Н.И. Учебник для ВУЗов связи. - М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.

2. Буга H.H., Конторович В.Я., Носов В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 1993.-242 с.

3. Носов В.И., Воинцев Г.А. Сети наземного телевизионного вещания. Учебное пособие. - Новосибирск.: НЭИС, 1991. - 48 с.

4. Носов В.И., Мамчев Г.В. Спутниковое телевизионное вещание. Учебное пособие. - Новосибирск.: НЭИС, 1993. - 82 с.

5.Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Кокорев A.B., Краснощеков P.A. Использование ЭВМ для расчета числа частотных каналов сети ТВ вещания. // Электросвязь. - 1985. - № 7. - С. 43 - 46.

6. Носов В.И., Кокорев A.B., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. Оптимизация параметров телевизионной сети. // Радио и телевидение ОИРТ. - 1986. - Jfe 3. С. 36-40.

7. Носов В.И., Фадеева Н.Е., Минеева Т.В., Ахтырский В.Н. Новый метод планирования сетей радиовещания. 11 ВИНИТИ, депонированная рукопись. -1987.-№9.-28 с.

8. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Ландарь В.А., Минеева Т.В. Автоматизированная система учета и назначения частот ОВЧ 4M станциям. / Научный руководитель Носов В.И. Технорабочий проект, 1180010.33936, 001.ТРП-1-ЛУ, Москва, 1988. - 133 с.

9. Носов В.И., Воинцев Г.А., Кокорев A.B. Определение числа частотных каналов для построения сети цифрового радиовещания. // Электросвязь. - 1989. -№ 1.-С. 16-19.

10. Носов В.И., Фадеева Н.Е., Минеева Т.В., Ахтырский В.Н. Новый подход к планированию сети телевизионного и звукового вещания. // Электросвязь. -1989,-№9.-С. 18-21.

11. Носов В.И., Дикусар Ю.Г., Каганский А.М. Определение эффективности построения сети радиовещания. // ТУИС. - 1989. - вып. 5. - С. 18 - 25.

12. Носов В.И., Дикусар Ю.Г. Использование нерегулярной модели местности для планирования сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. // Депонирована ЦНТИ Информсвязь, № 2034 СВ 95, 1995. - 8 с.

13. Носов В.И., Кудриков А.И. Математическая модель для расчета защитных отношений системы стереофонического радиовещания с AM ОБП. // Депонирована ЦНТИ Информсвязь, № 2070-СВ-96. -1996. - 31 с.

14. Носов В.И., Розов В.М., Виноградов A.A. Влияние АРУ на уровень переходной помехи в многоканальных системах КВ связи. // Радиотехника. -1972.-№4.-С. 1-7.

15. Носов В.И., Розов В.М. Об эффективности регенерации в пункте ретрансляции КВ радиосвязей. //Радиотехника. - 1973. -№ 6. - С. 10-16.

16. Носов В.И., Розов В.М., Виноградов A.A. Влияние временных искажений на помехоустойчивость приема многоканальных сигналов в КВ радиоканале. // Радиотехника. - 1972. - № 8. - С. 92 - 94.

17. Носов В.И., Розов В.М. Определение величины переходных помех на выходе усилителя с АРУ при воздействии на его вход многоканального сигнала. // ТУИС. - 1976. - № 78. - С. 45 - 49.

18. Носов В.И., Розов В.М. Приближенное решение задачи о реакции усилителя с АРУ на многоканальный сигнал. // ТУИС. - 1976. - № 80 - С. 74 - 79.

19. Носов В.И., Розов В.М. О влиянии амплитудно-фазовой конверсии на помехоустойчивость приема многоканальных сигналов. // Радиотехника. - 1977. -№9.-С. 80- 83.

20. Носов В.И., Суторихин Б.Н., Архипов С.Н., Маглицкий Б.Н. Один из способов контроля за качеством передачи телефонных сигналов. // ТУИС. - 1980. -№ 5.-С. 66- 70.

21. Носов В.И., Ахтырскик В.Н., Воинцев Г.А., Глубоковская Т.П., Шкитина Д.С. Анализ эффективности частотного плана сети ОВЧ 4M сети вещания (программная документация). ВНТИ центр, № 1(70), инв. № 50850000457,1984 г. - 89 с.

22. Носов В.И., Мельников Л.С. Оптимизация частотного плана в сети звукового радиовещания. / Международный симпозиум ЭМС-93, С.-П., 1993 г. -С. 29 -33.

23.Носов В.И., Конашук А.Н. Определение параметров аппаратуры для оптимизации сетей радиовещания и подвижных сетей. / Международная НТК, Новосибирск, 1998 г. - С. 66.

24. Носов В.Й., Архипов С.Н., Маглицкий Б.Н. Один из способов определения отказа каналов в многоканальной аппаратуре связи. / Всесоюзная НТК, Новосибирск," 1978 г.- С. 53 - 54.

25. Носов В.И., Ахтырский В.Н. Об одном методе оценки электромагнитной совместимости радиосредств на ЭВМ. / Всесоюзная НТК, Новосибирск, 1981 г.-С. 178- 179.

26. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. Исследование электромагнитной совместимости различных структур ТВ сети. / НТК ЦП НТОРЭС, Москва, 1982 г. - С. 5.

27. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. Влияние снижения защитных отношений на ЭМС передающей ТВ сети. / Всесоюзная НТК ЦП НТОРЭС, Москва, 1984 г.-С.З.

28. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. К вопросу использования теории графов при проектировании сетей телевизионного вещания. / Всесоюзная НТК СОАН СССР, Новосибирск, 1984 г. - С. 167 - 168.

29. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. О синтезе графа радиосети. / НТК ЦП НТОРЭС, Рига, 1985 г. - С. 11.

30. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А, Автоматизированная система синтеза и анализа сетей телевизионного вещания. / Всесоюзная НТК ЦП НТОРЭС и СОАН СССР, Новосибирск, 1985 г. - С. 223 - 225.

31. Носов В.И., Дикусар Ю.Г., Воинцев Г.А. Методы расчета показателей эффективности передающих сетей телевизионного и радиовещания. / Всесоюзная НТК ЦП НТОРЭС, СОАН СССР, Новосибирск, 1985 г. - С. 30 - 31.

32. Носов В.И., Дикусар Ю.Г. Расчет системных показателей сети цифрового радиовещания в диапазоне 100...108 МГц. / Всесоюзная НТК ЦП НТОРЭС, Новосибирск, 1987 г. - С. 116.

33. Носов В.И., Воинцев Г.А. Моделирование передающей сети цифрового радиовещания в диапазоне 100... 108 МГц. / Всесоюзная НТК ЦП НТОРЭС, Новосибирск, 1987г.-С. 117.

34. Носов В.И., Мельников JI.C. Использование обобщенной раскраски графов линейно упорядоченным множеством цветов в сетях радиовещания. / Всесоюзное совещание СО АН СССР, Новосибирск, 1989 г. - С. 129 -131.

35. Носов В.И., Воинцев Г.А. Обеспечение ЭМС сети ТВ вещания на основе решения обобщенной раскраски графа. / Всесоюзное совещание СОАН СССР, Новосибирск, 1989 г. - С. 29 - 31.

36. Носов В.И., Воинцев Г.А. Методика разработки частотного плана сети ТВ вещания. / НПК МС РСФСР, НТОРЭС, Челябинск, 1990 г. - С. 5.

37. Носов В.И., Мельников U.C. Определение оптимального шага сетки частот в сети звукового вещания. / НТК СОАН СССР, ЦП НТОРЭС, Новосибирск, 1991 г.-С. 221 -228.

38. Носов В.И., Воинцев Г.А. Повышение эффективности сети радиовещания на основе оптимального частотного планирования, / НТК СОАН СССР, ЦП НТОРЭС, Новосибирск, 1991 г. - С. 49 - 55.

39. Носов В.И. Реакция усилителя с АРУ на воздействие многоканального сигнала. / НТК ЦП НТОРЭС, Москва, 1972 г. - С. 111 -113.

40. Носов В.И. О необходимой точности установки величины задержки в тракте информационного сигнала при когерентном приеме ФМ сигналов. / НТК ЦП НТОРЭС, Москва, 1972 г. - С. 27 - 29.

41. Носов В.И. Помехоустойчивость приема многоканальных сигналов с учетом помех, возникающих в усилителе с АРУ. / НТК ЦП НТОРЭС, Москва, 1975 г.-С. 11.

42. Носов В.И. О снижении помехоустойчивости приема многоканального сигнала из-за помех, возникающих на выходе усилителя с АРУ. / НТК ЦП НТОРЭС, Москва, 1976 г. - С. 17.

43. Носов В.И., Дикусар Ю.Г., Зайцев В.К. Оптимизация параметров ТВ станций в условиях горной местности Читинской области. / Российская НТК, Новосибирск, 1993 г.-С. 127.

44. Носов В.И., Мельников Л.С. Оптимизация параметров ОВЧ ЧМ сети на основе обобщенной раскраски графов. / Российская НТК, Новосибирск, 1993 г. -

С. 130.

45. Носов В.И., Дикусар Ю.Г. Исследование нерегулярной цифровой модели местности для планирования сетей ТВ и ОВЧ ЧМ вещания. / Российская НТК, Новосибирск, 1994 г. - С. 81 - 82.

46. Носов В.И., Воинцев Г.А. Экспериментальная проверка применимости алгоритмов частотного планирования в группе ТВ станций. / Российская НТК, Новосибирск, 1995 г. - С. 58 - 60.

47. Носов В.И. Определение параметров регулярной сети, необходимых для частотного планирования сетей ТВ и ОВЧ ЧМ вещания. / Российская НТК, Новосибирск, 1995 г. - С. 61 - 63.

48. Носов В.И. Определение минимальной напряженности поля для систем звукового радиовещания. / Российская НТК, Новосибирск, 1996 г. - С. 58 - 59.

49. Носов в.И., Кудриков А.И. Вычисление статистических характеристик сигналов для систем звукового радиовещания. / Российская НТК, Новосибирск,

1996 г.-С. 59-60.

50. Носов в.И., Кудриков А.И. Определение защитных отношений систем звукового радиовещания на основе математической модели канала передачи / Российская НТК, Новосибирск, 1996 г. - С. 60 - 61.

51. Носов в.И., Кудриков А.И. Разработка математической модели и определение защитных отношений при воздействии на вход приемника с АМ ОБП сиг нала от вещательной станции с ЧМ. / Российская НТК, Новосибирск,

1997 г.-С. 145.

52. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Архипов С.Н. Автоматизированная система оптимального проектирования сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. Выработка критерия оптимизации. / Научный руководитель Носов В.И. -Научно-технический отчет № 81027775, Новосибирск, 1981 г. - 94 с.

53. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Архипов С.Н. Автоматизированная система оптимального проектирования сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. Анализ влияния СНЧ и поляризации на построение оптимальной ТВ сети. / Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет № 81027775, Новосибирск, 1982 г. - 86 с.

54. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Архипов С.Н. Автоматизированная система оптимального проектирования сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. Разработка математического и программного обеспечения системы распределения СНЧ и поляризации в сети ТВ вещания. / Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет № 81027775, Новосибирск, 1983 г. -116с.

55. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Архипов С.Н. Автоматизированная система оптимального проектирования сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. Разработка комплекса алгоритмов автоматизированной системы распределения частотных присвоений. / Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет № 01840006094, Новосибирск, 1984 г. - 54 с.

56. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Дикусар Ю.Г. Система автоматизированного распределения частотных присвоений в сетях ТВ и ОВ4 4M вещания. Разработка комплекса алгоритмов автоматизированного определения технических параметров при планировании и реконструкции ТВ сети. / Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет № 01840006094, Новосибирск, 1985 г. - 38 с.

57. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Дикусар Ю.Г. Система автоматизированного распределения частотных присвоений в сетях ТВ и ОВЧ 4M вещания. Разработка программного обеспечения автоматизированной системы оптимизации частотных присвоений передающих сетей ТВ и ОВЧ 4M

вещания. / Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет № 01840006094, Новосибирск, 1986 г. - 144 с.

58. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Ландарь В.А. Разработка автоматизированной системы учета и назначения частот радиовещательным ОВЧ 4M станциям. I Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет X» 01860009346, Новосибирск, 1987 г. - 40 с.

59. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Ландарь В.А. Разработка математических моделей , алгоритмов и программ для расчета ЭМС сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. Разработка программы расчета ЭМС передающих ОВЧ 4M станций. / Научный руководитель Носов В.И. - Научно-технический отчет № 01860009347, Новосибирск, 1986 г. - 36 с.

60. Носов В.И., Архипов С.Н. Один из способов измерения отношения сигнал/шум в'аппаратуре многоканальной связи. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1978 г.-С. 30-31.

61. Носов В.И. Упрощенная методика расчета ЭМС комплекса радиосредств на ЭВМ. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1980 г. - С. 34 - 35.

62. Носов В.И., Ахтырский В.Н. Программное обеспечение поэтапной оценки ЭМС комплекса радиосредств. / Всесоюзная НТК, Новосибирск, 1981 г. - С. 32.

63. Носов В.Й, Ахтырский В.Н., Потанин С.А. К вопросу о построении оптимальной сети многопрограммного вещания. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1982 г.-С. 151 - 153.

64. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. Исследование эффективности методов снижения защитного отношения в ТВ передающей сети. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1983 г. - С. 14 -15.

65. Носов В.И., Воинцев Г.А., Немировский Ю.Л. К вопросу оптимизации технических параметров многопрограммной сети ТВ вещания. / НТК МЭИС, 1984 г.-С. 44.

66. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А. К определению оптимальных параметров передающей сети ТВ вещания. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1984г.-С. 56.

67. Носов В.И., Кокорев A.B., Краснощекое P.A. Методы планирования сетей ТВ и ОВЧ 4M вещания. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1986 г. - С. 97.

68. Носов В.И., Минеева Т.В. Синтез сети ТВ и ОВЧ 4M вещания регулярной структуры с использованием точного алгоритма раскраски графа. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1986 г. - С. 97.

69. Носов В.И., Ахтырский В.Н. Автоматизированная система планирования сети маломощных ретрансляторов. / НТ семинар НТОРЭС, Новосибирск, 1986 г.-СЛ.

70. Носов В.И., Колмогоров A.B. Частотное планирование с позиций теории графов. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1988 г. - С. 110 -111.

71. Носов В.И., Ахтырский В.Н. Автоматизированная система анализа и назначения частот в сети маломощных ТВ ретрансляторов выделенного региона. / НТК НТОРЭС, Новосибирск, 1989 г. - С. 166 - 167.

Лицензия № 020475, январь 1998 г. Подписано к печати 03.09.98 г. Объем 2,1 изд. л. Формат А5. Заказ № 141. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе СибГУТИ. 630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86

Л

^

А.

.О /¿/5-

3

/см

Сибирский Государственный университет

с ^' телекоммуникаций и информатики

на правах рукописи

Носов Владимир Иванович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В СЕТЯХ НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО И ЗВУКОВОГО РАДИОВЕЩАНИЯ НА ОСНОВЕ ИХ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

05.12.13 - Системы и устройства радиотехники и связи

Новосибирск - 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................................................8

1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННОГО И ЗВУКОВОГО РАДИОВЕЩАНИЯ..............................26

Введение......................................................................................................................................................26

1.1 Технические основы планирования сетей телевизионного и звукового радиовещания......................................................................................................27

1.2 Разработка показателей эффективности для выбора технических параметров радиовещательных передающих станций..................40

1.2.1. Постановка задачи............................................................................................................40

1.2.2 Показатели эффективности для выбора технических

параметров, относящиеся к самой станции........................................43

1.2.3 Показатели эффективности выбора технических

параметров подсети станций одноименных каналов..............................43

1.2.4. Сетевые показатели эффективности выбора технических

параметров ТВ и ОВЧ ЧМ станций......................................................................44

1.3. Анализ и выбор показателей эффективности,

используемых для частотных присвоений..........................................................46

1.3.1 Используемая напряженность поля......................................................................47

1.3.2 Координационное расстояние....................................................................................48

1.3.3 Коэффициент взаимного влияния..........................................................................52

1.3.4 Коэффициент использования передатчика....................................................55

1.4. Анализ методов частотных присвоений в сетях радиовещания............................................................................................................................................................57

1.4.1 Линейные методы распределения каналов....................................................57

1.4.2 Метод триад................................................................................................................................59

1.4.3 Метод относительных расстояний........................................................................61

1.4.4 Метод Хеада..............................................................................................................................62

1.4.5. Универсальная модель однородной сети......................................................65

1.4.6 Использование теории графов для решения задачи распределения частотных присвоений..............................................................................71

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО РАЗДЕЛА..........................................76

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ПЕРВОМУ РАЗДЕЛУ..........................................78

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕТЕВЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СИСТЕМЫ ЗВУКОВОГО РАДИОВЕЩАНИЯ В

ДИАПАЗОНЕ ОВЧ.........................................................................................81

Введение......................................................................................................................................................81

2.1. Объективная оценка защитного отношения....................................................84

2.2 Построение математической модели........................................................................86

2.3. Определение спектра сигнала, излучаемого передатчиком..............89

2.3.1. Функция несущей частоты..........................................................................................89

2.3.2. Спектр сигнала боковой полосы..................................................................91

2.3.3 Спектр сигнала звукового вещания......................................................................92

2.3.4. Ограничение полосы сигнала передачи........................................................97

2.3.5 Учет влияния внеполосного излучения............................................................98

2.3.6 Спектр сигнала AM ОБП на выходе передатчика....................................99

2.4 Частотная характеристика приемника..................................................................101

2.4.1 Функция селективности ФСС приемника......................................................103

2.4.2 Восстановление предыскажений на приеме................................................104

2.4.3 Обработка сигнала псофометрическим фильтром..................................106

2.5 Расчет относительного защитного отношения................................................108

2.5.1 Исследование влияния внеполосного излучения передатчика.. 110

2.5.2 Исследование влияния ширины полосы пропускания приемника.... 112

2.5.3 Исследование влияния уровня подавления несущей............................113

2.5.4. Определение относительной величины защитного отношения при передаче моносигнала........................................................................115

2.6 Определение минимально необходимой напряженности поля для планирования сети звукового радиовещания сАМОБП.................................................................... 118

2.7 Определение величины защитного отношения при совпадающих несущих частотах полезного и мешающего передатчиков................................................................... 130

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВТОРОГО РАЗДЕЛА..................... 134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ КО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ................... 137

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ РАДИОВЕЩАНИЯ................................. 140

Введение........................................................................... 140

3.1 Новый подход к планированию сетей телевизионного

и звукового радиовещания................................................141

3.1.1 Постановка задачи........................................................ 141

3.1.2 Анализ задачи............................................................. 146

3.1.3 Решение задачи............................................................ 148

3.1.4 Результаты машинных экспериментов распределения частотных присвоений в ТВ сети методом координационных колец............................................................... 151

3.2 Разработка эвристических алгоритмов назначения частотных каналов в сетях радиовещания..................................... 153

3.2.1 Математическая модель задачи....................................... 153

3.2.2 Разработка эвристических алгоритмов раскраски графов

сетей радиовещания..................................................... 157

3.2.3 Разработка алгоритма частотных присвоений ...................... 161

3.3 Определение оптимального шага сетки частот в сети

звукового радиовещания...................................................169

3.3.1 Определение частотно пространственных ограничений......... 169

3.3.2 Исследование влияния технических параметров на

величину оптимального шага сетки частот................................................174

3.4 Метод оптимизации единичных частотных присвоений

в сетях звукового радиовещания................................................................................182

3.5 Определение числа частотных каналов для построения

сети цифрового звукового радиовещания............................................................187

3.5.1 Метод решения задачи....................................................................................................188

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕТЬЕГО РАЗДЕЛА........................................200

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ТРЕТЬЕМУ РАЗДЕЛУ........................................203

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СЕТЕЙ РАДИОВЕЩАНИЯ..................209

Введение......................................................................................................................................................209

4.1 Оптимизация параметров радиовещательной сети на

основе ее машинной модели..........................................................................................211

4.1.1 Построение машинной модели однородной сети ТВ веща-

ния ....................................................................................................................................................212

4.1.2 Система анализа машинной модели....................................................................216

4.2 Выбор оптимальных технических параметров радиовещательных станций..............................................................................................................225

4.2.1 Постановка задачи..............................................................................................................225

4.2.2 Градиентный метод оптимизации..........................................................................230

4.2.3 Оптимизация высот подвеса антенн градиентным методом..........233

4.3 Определение эффективности построения сетей радиовещания... 234

4.3.1 Показатели эффективности построения сети радиовещания ... 234

4.3.2 Метод эквивалентных окружностей..................................................................238

4.3.3 Статистический метод....................................................................................................239

4.3.4 Метод цифровой оценки................................................................................................241

4.4 Использование нерегулярной цифровой модели местности

для планирования сетей радиовещания................................................................244

4.5 Разработка математических моделей и алгоритмов расчета

напряженности поля........................................................ 251

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧЕТВЕРТОГО РАЗДЕЛА............... 258

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ЧЕТВЕРТОМУ РАЗ ДЕЛУ................ 261

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ СЕТЕЙ РАДИОВЕЩАНИЯ........................................................................ 267

Введение........................................................................... 267

5.1 Результаты экспериментального распределения частотных каналов в ТВ сети методом координационных колец.............. 267

5.1.1 Алгоритм распределения частотных каналов методом ко-

ординационных колец................................................... 267

5.1.2 Распределение частотных каналов в однородной сети регу-

лярной структуры....................................................... 271

5.1.3 Распределение частотных каналов в действующей сети......... 272

5.1.4 Расчет технико-экономической эффективности частотно-

го плана фрагмента ТВ сети.......................................... 274

5.2 Исследование эвристических алгоритмов раскраски графов при планировании в группе ТВ станций......................... 277

5.2.1 Планирование сети однопрограммного ТВ вещания............. 277

5.2.2 Планирование сети двухпрограммного ТВ вещания (однородная, регулярная сеть)........................................ 278

5.2.3 Планирование сети двухпрограммного ТВ вещания

(неоднородная структура сети)....................................... 280

5.2.4 Планирование сети трехпрограммного ТВ вещания

(однородная сеть)....................................................... 283

5.2.5 Планирование сети трехпрограммного ТВ вещания

(неоднородная сеть)..................................................... 285

5.3 Автоматизированная система планирования сетей телевизионного вещания......................................................... 289

5.3.1 Постановка задачи и исходные данные............................................................289

5.3.2 Система управления базой данных (СУБД) передатчиков... 292 5.4 Алгоритм системы анализа ЭМС и оптимального частотного планирования............................................................................................................298

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЯТОГО РАЗДЕЛА............................................313

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ПЯТОМУ РАЗДЕЛУ..............................................316

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................................................319

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ДИССЕРТАЦИИ................................................................................................................................319

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................................................................330

ВВЕДЕНИЕ

Формулировка проблемы и ее актуальность. Многолетняя практика использования радиочастотного спектра показала целесообразность перспективного частотного планирования. Время от времени действующие частотные планы пересматриваются или составляются новые при введении нового диапазона частот. Например, в нашей стране в начале 80-х годов был пересмотрен частотный план сети телевизионного вещания, а в конце 80-х, в связи с переходом на стереофоническое радиовещание, пересматривался частотный план ОВЧ ЧМ сети.

Существующая практика планирования развития передающей сети радиовещания [1,2,3,5,6] , исходит из принципа поэтапного решения задачи. На первом этапе на основе анализа факторов политического, экономического, социального характера с учетом географии и особенностей местности определяются количество, месторасположения и размеры требуемых зон обслуживания планируемых радиовещательных станций, которые обеспечивают необходимый охват территории (или населения) ТВ и звуковым вещанием с заданным качеством и числом программ.

Далее выбираются основные параметры радиовещательных станций, которые обеспечивают требуемые размеры зон обслуживания. На последнем этапе решается задача частотного планирования, которая заключается в выборе частотных каналов, СНЧ и поляризации передающей антенны для каждой планируемой радиовещательной станции.

Каждый из указанных этапов задачи является по существу самостоятельной сложной и трудоемкой проблемой, эффективное решение которых возможно только при использовании формализованных процедуру ориентированных на применение ЭВМ. Такое решение первой проблемы предложено в [7,8]. В рамках данной работы предлагается рассмотреть решение второй проблемы т.е. обеспечения ЭМС передающей сети радиовещания путем опти-

мального частотного планирования и оптимизации технических параметров с учетом рельефа местности при условии, что результаты решения первой задачи известны и заданы как исходные данные.

Метод частотного планирования используется как средство решения проблемы ЭМС радиовещательных сетей и других систем радиосвязи, использующих совокупность территориально разнесенных радиопередающих средств. Как показывает анализ, в этом плане наиболее характерными являются два подхода к решению задачи. Ряд работ [9,10, 11,12,13] посвящен проблеме распределения частотных каналов в пределах их разрешенного множества на множестве передатчиков, цель которого является обеспечение минимального уровня помех данной совокупности передатчиков.

В других источниках [14,15,16,17,18] данная задача рассматривается с позиции минимизации используемого радиочастотного ресурса при обеспечении допустимого уровня помех. В [19] в рамках традиционного подхода минимизации ширины используемой полосы частот выделяется новый тип задачи присвоения минимального порядка. Порядком присвоения называется число частотных каналов реально использованных при решении задачи частотного планирования в пределах выделенной полосы частот. Таким образом, задача присвоения минимального порядка на множество планируемых радиопередающих средств отыскивает такое распределение частотных каналов, которое использует минимум каналов из множества возможных. Отмечается, что решение задачи в такой постановке действительно обеспечивает эффективное использование частотного ресурса для группы радиосредств, которым выделена ограниченная полоса частот, а возможность возникновения помех определяет для них совокупность частотно-пространственных ограничений. Данные ограничения требуют, чтобы передатчики, использующие некоторые комбинации частотных каналов были разнесены в пространстве на соответствующее этим комбинациям минимальное расстояние.

Существенное влияние на ЭМО в сети радиовещания оказывает среда

распространения радиоволн, которая в диапазонах ОВЧ и УВЧ характеризуется рассеянием и отражением радиоволн в тропосфере и ионосфере, дифракцией на элементах рельефа местности.

В настоящее время существует необходимость в создании и использовании эффективных методов, учитывающих рельеф местности при расчете напряженности поля сигналов и помех, создаваемых передающими радиовещательными станциями. Широко используемый при планировании радиовещательных сетей метод МККР [20] являются приближенным. Так в [21] показано, что ошибка этого метода имеет нормальное распределение со стандартным отклонением 13,3 дБ.

Повышение точности расчетов напряженности поля возможно при учете рельефа местности путем создания в ЭВМ цифровой модели местности. В настоящее время известно несколько подходов к данной проблеме. В [22] рассматривались вопросы использования цифровой модели местности совместно с рекомендациями МККР, при этом средняя ошибка составила 10 дБ. В [23] предлагаются методы построения профилей трасс распространения на основе топографической информации. В [24] рассмотрен ряд требований к цифровой модели местности, проанализированы ошибки некоторых моделей, использующих геометрическую теорию дифракции и цифровую модель местности. Здесь также отмечается, что наибольшее распространение получила матричная форма представления рельефа с шагом прямоугольной сетки 100,250 и 500 м. Однако, такая форма представления требует больших затрат при вводе, хранении и обработке топографической информации в ЭВМ.

Учитывая конечную точность построений изолиний на топографических картах различного масштаба, а также и конечную точность определения напряженности поля по различным методикам имеет смысл определить приемлемую точность построения профиля трассы распространения и необходимый при этом шаг сетки для снятия высотных отметок с топографической карты.

В [25,26,27] отмечается, что задачи частотного планирования моделиру-

ются в основном как задачи оптимизации в следующей постановке. Для заданной совокупности радиопередающих средств, которым необходимо присвоить частотный канал, найти присвоение, удовлетворяющее различным ограничениям и минимизирующее заданную целевую функцию, которая характеризует качество работы данной группы радиосредств с учетом их ЭМС.

Наиболее широко известны методы частотного планирования передающей сети радиовещания, основанные на применении модели с регулярным расположением передающих станций и регулярным распределением каналов. Данный подход во всех его мо�