A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában El®adó: Unger Tamás István

B.Sc. szakos villamosmérnök hallgató Konzulens: Drotár István

tanszéki mérnök

Gy®r Széchenyi István Egyetem Távközlési Tanszék

HTE Infokom 2014 Kecskemét 2014. október 9.

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Bevezetés

Tartalom 1

Bevezetés

2

A földi mozgószolgálat kijelöléseinek koordinációja Az egyeztetési eljárás alapja Az egyeztetési eljárás gyakorlati nehézségei

3

A zavaró térer®sség meghatározása Szabadtéri terjedés, terjedési görbék Lineáris interpoláció Korrekciós tényez®k

4

Az implementált algoritmus Fiktív topográa generálása Koordináták síkban és térben

5

A kijelölések m¶ködési területének leírása

6

Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán

7

Számítás a határvonalra ktív topográán

8

Szimplex összeköttetés vizsgálata valós topográán

9

Futási id®k összehasonlítása

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Bevezetés

Miért van szükség frekvenciakoordinációra?

Vezeték nélküli és mobil hírközl® rendszerek fejl®dése, elterjedése → rendelkezésre álló frekvenciakészlet hatékony felhasználása; Hatékonyság: Az üzemel® kijelölések (állomások) a lehet® legkisebb mértékben okozzanak és szenvedjenek el káros zavarást; Zavarmentes üzem biztosítása → nemzeti szint¶ szabályozási rendszer + összehangolt nemzetközi együttm¶ködés; Kijelölések egyeztetése a szomszédos országokkal két- vagy többoldalú megállapodások alapján (ITU RR 6. cikk); Harmonized Calculation Method − HCM megállapodás (1993 óta): állandóhely¶ és földi mozgószolgálat kijelöléseinek koordinálása.

1. ábra. Európa országai

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A földi mozgószolgálat kijelöléseinek koordinációja

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9


A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A földi mozgószolgálat kijelöléseinek koordinációja Az egyeztetési eljárás alapja

A koordinációs folyamat A nemzetközi egyeztetés egy m¶szaki eszközkészlettel segített adminisztrációs folyamat; Feladata, hogy szimuláció segítségével eldöntse, hogy a vizsgált kijelölés okoz-e, valamint annak okoznak-e káros zavart a már koordinált állomások; Ennek meghatározása maximális térer®sségszintek kerültek deniálásra nevezetes pontokon; Két-vagy többoldalú megállapodások preferált frekvenciákról. dCB d2 d1

d

dCB

Preferált másodlagos vonal Határvonal

Határvonal

Határvonal

2. ábra. Határvonal, határon átnyúló távolság és a preferált másodlagos vonal

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A földi mozgószolgálat kijelöléseinek koordinációja Az egyeztetési eljárás gyakorlati nehézségei

Az egyeztetési eljárás gyakorlati nehézségei

Kérelmek küldése, fogadása, elbírálása → növekv® adminisztrációs problémák, elhúzódó ügyek, engedélyezési eljárások lassítása; Összehangolt számítási eljárás: algoritmus harmonizálása + megegyez® földrajzi adatbázisok, határvonal-vektorok, koordináta-rendszer,

szükséges; Kiegészít® két- vagy többoldalú megállapodások: speciális ügyek kezelése; Magyarország vonatkozásában: Ukrajna és Szerbia nem tagja a HCM megállapodásnak (külön megállapodások, nehézkes adatcsere, nem koordinált, de üzemel® állomások).

frekvenciajegyzék

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A zavaró térer®sség meghatározása

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9


A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A zavaró térer®sség meghatározása Szabadtéri terjedés, terjedési görbék

Szabadtéri terjedés, terjedési görbék Eljárás alapja: ITU-R P. 1546; Az els®rend¶ Fresnel-zóna tisztaságának függvényében megválasztott térer®sségszámítási algoritmust; Tiszta els®rend¶ Fresnel-zóna → szabadtéri terjedés: E = 107

P [W ] 1000 W

dBµV + 10 · log10 m

!

(1)

− 20 · log10 d[km] ;

Terepakadály az els®rend¶ Fresnel-zónában → terjedési görbék alkalmazása. 1

100

h = 37,5 m

60

h1 = 150 m

40

h1 = 1200 m

20

20

−20

−20

−40

−40

−60

1

2

10

10 d [km]

3

10

−80 0 10

h1 = 10 m h = 20 m 1

80 60

h1 = 37,5 m h = 75 m 1

h1 = 150 m

h1 = 300 m

40

h1 = 300 m

h1 = 600 m

20

h1 = 600 m

h1 = 1200 m

0

0

−60 0 10

100

h1 = 75 m h = 150 m

40

E [dBµV/m]

h1 = 600 m

1

h1 = 37,5 m

1

h1 = 300 m

60

2 GHz, szárazföldi terjedés, 1% idõ

h = 10 m h1 = 20 m

80

1

h1 = 75 m

80

E [dBµV/m]

600 MHz, szárazföldi terjedés, 1% idõ

h = 10 m h1 = 20 m

100

E [dBµV/m]

100 MHz, szárazföldi terjedés, 1% idõ 120

h = 1200 m 1

0 −20 −40 −60 −80

1

2

10

10 d [km]

3

10

−100 0 10

1

2

10

10

3

10

d [km]

3. ábra. Szárazföldi terjedési görbék 1%-os id®beli valószín¶ség mellett

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A zavaró térer®sség meghatározása Lineáris interpoláció

Lineáris interpoláció Terjedési görbék: diszkrét értékkészlet¶, diszkrét értelmezési tartományú négyváltozós függvények → interpolációra van szükség: E (γsup ) − E γinf log10 γ γ inf E = E(γinf ) + . γ log10 γsup inf

E [dBμV/m] fsup

E [dBμV/m] finf

h1sup

dinf

d E(d,f,h1)

dinf

h1inf

h1

dsup

d [k m

]

h1sup

d

dsup

h1inf

h1

d [k m]

4. ábra. Térer®sség interpolálása a terjedési görbék segítségével

(2)

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A zavaró térer®sség meghatározása Korrekciós tényez®k

Korrekciós tényez®k Topográából származtatott paraméterek: eektív antennamagasság, terepegyenetlenség, tereptisztasági szög; Paraméterekb®l származtatott empirikus korrekciós tényez®k → DÉK, DÉT: interpoláció szükséges. hant heff hnom

0 km

15 km d

1 km d 15

0% 10 % 90 %

Δh

d - 4,5 km

4,5 km

d

h hp-hant -hterr hp

θ hant

d hterr

d (max 16 km)

5. ábra. Topográából származtatott paraméterek

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Az implementált algoritmus

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9


A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Az implementált algoritmus

Folyamatábra START BE: Topográfia; ITU-R P.1546 terjedési görbék; ∆h korrekciós görbék; Tx koordináták (xTX,yTX); Rx koordináták (xRX,yRX); Tx-Rx szakasz koordinátái (x,y); Tx-Rx távolság (d); heffTX,heffRX; h1,∆h; Θa, Θv;

Tiszta az elsőrendű Fresnel-zóna?

i

n E interp. terjedési görbékből

Szabadtéri E

i

∆h-korrekció?

E = E - ∆h korr. n

i

Θa-korrekció?

E = E - Θa korr. n Θv-korrekció?

n

STOP

i E = E - Θv korr.

KI: E

6. ábra. Az algoritmus folymatábrája

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Az implementált algoritmus Fiktív topográa generálása

Fiktív topográa generálása T(x, y)

véletlenszám-mátrix; impulzusválasszal rendelkez® sz¶r®.

W(x, y)

W(x, y)

−

= w(x, y) = e

2|x| 2|y| + c cx y

2d T(x, y) = F −1 {F {W(x, y)} F {F(x, y)}} √ N cx cy

(3) (4)

7. ábra. Véletlenszám-mátrix, a sz¶r® impulzusválasza és egy generált topográa

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Az implementált algoritmus Koordináták síkban és térben

Koordináták síkban és térben Adó-vev® terepmetszet: összeköt® egyenes pontja (xy-sík), távolságokhoz rendelt magasságértékek (dh-sík); Pont-pont számítás(ok szuperpozíciója). PTX(dTX,hTX)

h P(x,y,h)

n2

d

hTX

PRX(dRX,hRX)

y x

PTX(xTX,yTX)

n1

hi hRX Pi(xi,yi) PRX(xRX,yRX)

8. ábra. Koordináták síkban és térben

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Az implementált algoritmus Koordináták síkban és térben

Futási id® kérdése Befolyásoló tényez®k: inter- és extrapoláció, kimerít® kereséses algoritmusok. 240

300 280

220 260 200

240 220 h [m]

h [m]

180

160

200 180 160

140

140 120 120 100

0

5000

10000 d [m]

15000

100

0

5000

10000 d [m]

9. ábra. Kimerít® kereséses algoritmus alkalmazása

15000

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában A kijelölések m¶ködési területének leírása

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9



Klasszikus módszer Fix (koordinátához kötött) és mobil (m¶ködési területtel leírható) állomások; Egy szabadságfokú (vételi pont) és két szabadságfokú (adási és vételi pont) számítások igénye; Jelenleg alkalmazott módszer: worst-case alapon, kör m¶ködési területtel; Egyetlen pontra rögzített mobil állomás: rugalmatlan, pontatlan, nem ad teljes képet a kijelölésr®l.

r dEmax Emax

dmin

Határvonal

10. ábra. Mobil állomás térer®sségszintjének meghatározása határvonalra


Továbbfejlesztési lehet®ség: rugalmasabb m¶ködési terület

Területi rugalmasság + valószín¶ségi faktor → s¶r¶ségfüggvény-jelleg¶ leírás; ξ és η valószín¶ségi változók: x- és y -irányú tartózkodási valószín¶ség. 1 √

f (x, y) =

2πσ1 σ2 1 − r2 #! (y − m2 )2 + σ22

exp

−

" 1 x − m1 y − m2 (x − m1 )2 − 2r + 2 2 (1 − r ) σ12 σ1 σ2

(5)

Normális eloszlás: szórás (σ1 , σ2 ), várható érték (m1 , m2 ), korrelációs együttható (r): 4

5 −9

x 10

x 10

4

4

3 2

3

y [m]

f

1 2

1

0 −1 −2

0 5

−3 5 4

x 10

−4

0

y [m]

0 −5

−5

x [m]

4

x 10

−5 −5

0 x [m]

5 4

x 10

11. ábra. m1 = 1 · 104 , m2 = −2 · 104 m, σ1 = 6200 m, σ2 = 8100 m, r = 0, 35

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9



Topográa, m¶ködési terület, paraméterek hmin

0m

hmax

307,66 m

havg

161,91 m

Pb (39, 9; 19, 7)

km

hb

220,94 m

x, y ∈ [−50, 50]

Mobil állomás: m1 = m2 =0 m, σ1 = 5 km, σ2 = 10 km, r =0,5.

km


Uplink, súlyozatlan szimulációs eredmények

Az antennák zikai magassága 12 m, az uplink-frekvencia 450 MHz, az eektív kisugárzott teljesítmény 20 W, körsugárzó antennákat feltételezve. Emax 42, 69 dBµV m

(20,7;41,9) km

Pmax

Emin −13, 81 dBµV m

(-16,6;-38,8) km

Pmin

hmax

163,46 m hmin

59,92 m

d 29,35 km d 81,43 km

∆h

138,17 m ∆h

211,21 m

θa , θv ≈0 θa , θv ≈0

12. ábra. A mobil állomás m¶ködési pontjaiból számított térer®sségértékek


Uplink, súlyozott szimulációs eredmények Emax 11, 36 dBµV m

(0,505;1,51) km

Pmax


(-3,53;-6,56) km

Pmin

hmax

159,53 m hmin

111,5 m

d 43,38 km d 81,43 km

∆h

204,40 m ∆h

206,48 m

13. ábra. A számított térer®sségszintek súlyozás után

θa , θv ≈0 θa , θv ≈0


Downlink eredmények P = 20

W, f = 460 MHz.

Emax 38, 08 dBµV m

Pmax

(10,6;42,9) km


Pmin

(16,6;38,8)

14. ábra. Térer®sségszintek súlyozás el®tt és után Emax 12, 09 dBµV m

∆Emax 25, 95 dB

Emin −15 dBµV m

∆Emin

-1,02 dB

∆E 52, 78 dBµV m

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Számítás a határvonalra ktív topográán

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9


A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Számítás a határvonalra ktív topográán

Számítás a határvonalra ktív topográán Paraméterek m1 = −33, 84 km, m2 = −6, 56 km, σ1 = 5 km, σ2 = 10 km,r = 0, 2, f = 455, 15 MHz, P = 25 W ERP, h = 30 m, körsugárzó antenna. 4

5

x 10

4 3 2

y [m]

1 0 −1 −2 −3 −4 −5 −5

0 x [m]

5 4

x 10

15. ábra. Határvonalra történ® számítás és térer®sségviszonyai Küszöb 20

dBµV m

Emax 30, 58 dBµV m

d

21,21 km

Tartalék −10, 58 dB

Emax 13, 39 dBµV m

Tartalék 6, 61 dB

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Szimplex összeköttetés vizsgálata valós topográán

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9



Vizsgált topográa: 65-ös EOV-szelvény → Budapest; Széchenyi-hegyen deniált bázis (vev®), pesti kerületekben mozgó mobil kijelölés (adó) kapcsolata.

16. ábra. A vizsgált topográa és az állomások helyzete


500

500

450

450

400

400

350

350

h [m]

h [m]

Szabadtéri terjedés, konstans térer®sség

300

300

250

250

200

200

150 100

150

0

5000

10000 d [m]

15000

100

0

2000

4000

6000 8000 d [m]

10000 12000 14000

17. ábra. A térer®sségértékek alakulása, els®rend¶ Fresnel-zóna

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Futási id®k összehasonlítása

Tartalom 1

Bevezetés

2


3


4


5


6


7


8


9


A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában Futási id®k összehasonlítása

Futási id®k összehasonlítása Gyorsítási lehet®ségek Algoritmus implementálása gépközeli programnyelven; Független részek párhuzamosítása; Kimerít® keresés elkerülése, ha lehetséges. t

9,72 h 6,3 h

4,28 h

0,94 h

Duplex Duplex Határvonal Bázis-Mobil Mobil-Bázis

Szimplex

18. ábra. A vizsgált problémák futási ideje

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet®ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában

Köszönöm a gyelmet! Kérdések

A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában

Recommend Documents