A HCM megállapodás továbbfejlesztési lehet ségei a földi mozgószolgálat nemzetközi frekvenciakoordinációjában

Átírás

1 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 október 9.

2 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

3 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

4 A földi mozgószolgálat kijelöléseinek koordinációja 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

5 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. d CB d 2 d d 1 d CB Preferált másodlagos vonal Határvonal Határvonal Határvonal 2. ábra. Határvonal, határon átnyúló távolság és a preferált másodlagos vonal

6 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, frekvenciajegyzék 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).

7 A zavaró térer sség meghatározása 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

8 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 dbµv m + 10 log P [W ] log 1000 W 10 (d [km]) ; (1) Terepakadály az els rend Fresnel-zónában terjedési görbék alkalmazása MHz, szárazföldi terjedés, 1% idõ h 1 = 10 m h 1 = 20 m MHz, szárazföldi terjedés, 1% idõ h = 10 m 1 h = 20 m GHz, szárazföldi terjedés, 1% idõ h = 10 m 1 h 1 = 20 m 100 h 1 = 37,5 m 80 h 1 = 37,5 m 80 h 1 = 37,5 m E [dbµv/m] h = 75 m 1 h = 150 m 1 h = 300 m 1 h 1 = 600 m h 1 = 1200 m E [dbµv/m] h = 75 m 1 h = 150 m 1 h = 300 m 1 h = 600 m 1 h = 1200 m 1 E [dbµv/m] h = 75 m 1 h = 150 m 1 h 1 = 300 m h 1 = 600 m h 1 = 1200 m d [km] d [km] d [km] 3. ábra. Szárazföldi terjedési görbék 1%-os id beli valószín ség mellett

9 A zavaró térer sség meghatározása Lineáris interpoláció Lineáris interpoláció Terjedési görbék: diszkrét értékkészlet, diszkrét értelmezési tartományú négyváltozós függvények interpolációra van szükség: E = E(γ inf ) + ( E (γsup) E ( γ inf )) log10 ( γ γ inf ) log 10 ( γsup γ inf ). (2) E [dbμv/m] f sup E [dbμv/m] f inf d inf d E(d,f,h 1 ) d sup h 1sup h 1inf h 1 d [km] d inf d d sup h 1inf h 1sup h 1 d [km] 4. ábra. Térer sség interpolálása a terjedési görbék segítségével

10 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. h ant h eff h nom 0 km 1 km 15 km d d 15 Δh 0 % 10 % 90 % 4,5 km h h -h -h p ant terr d - 4,5 km d θ h p h ant h terr d d (max 16 km) 5. ábra. Topográából származtatott paraméterek

11 Az implementált algoritmus 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

12 Az implementált algoritmus efftx a effrx v TX RX TX RX Folyamatábra START BE: Topográfia; ITU-R P.1546 terjedési görbék; h korrekciós görbék; Tx koordináták ( x,y ); Rx koordináták ( x,y ); Tx-Rx szakasz koordinátái (x,y); Tx-Rx távolság (d); h,h ; h1, h; Θ, Θ ; i Tiszta az elsőrendű Fresnel-zóna? n Szabadtéri E E interp. terjedési görbékből i h-korrekció? E = E - h korr. n i Θ a-korrekció? E = E - Θ a korr. n Θ v-korrekció? i n E = E - Θ v korr. STOP KI: E 6. ábra. Az algoritmus folymatábrája

13 Az implementált algoritmus Fiktív topográa generálása Fiktív topográa generálása T(x, y) véletlenszám-mátrix; W(x, y) impulzusválasszal rendelkez sz r. ( ) W(x, y) = w(x, y) = e 2 x cx + 2 y cy T(x, y) = (3) 2d N c xc y F 1 {F {W(x, y)} F {F(x, y)}} (4) 7. ábra. Véletlenszám-mátrix, a sz r impulzusválasza és egy generált topográa

14 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). x h P(x,y,h) y P (d,h ) TX TX TX h TX P (x,y ) TX TX TX n 1 n 2 d h i P (x,y ) i i i P (d,h ) RX RX RX h RX P (x,y ) RX RX RX 8. ábra. Koordináták síkban és térben

15 Az implementált algoritmus Koordináták síkban és térben Futási id kérdése Befolyásoló tényez k: inter- és extrapoláció, kimerít kereséses algoritmusok h [m] h [m] d [m] d [m] 9. ábra. Kimerít kereséses algoritmus alkalmazása

16 A kijelölések m ködési területének leírása 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

17 A kijelölések m ködési területének leírása 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 d Emax E max d min Határvonal 10. ábra. Mobil állomás térer sségszintjének meghatározása határvonalra

18 A kijelölések m ködési területének leírása f 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) = 2πσ 1 σ exp 1 (x m 1 ) r 2 2 (1 r 2 ) σ1 2 2r x m 1 y m 2 + σ 1 σ 2 ]) + (y m 2) 2 σ2 2 (5) Normális eloszlás: szórás (σ 1, σ 2 ), várható érték (m 1, m 2 ), korrelációs együttható (r): 5 x 104 x y [m] x y [m] x [m] x x [m] x ábra. m 1 = , m 2 = m, σ 1 = 6200 m, σ 2 = 8100 m, r = 0, 35

19 Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán 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

20 Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán Topográa, m ködési terület, paraméterek h min h max h avg P b h b x, y 0 m 307,66 m 161,91 m (39, 9; 19, 7) km 220,94 m [ 50, 50] km Mobil állomás: m 1 = m 2 =0 m, σ 1 = 5 km, σ 2 = 10 km, r =0,5.

21 Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán Uplink, súlyozatlan szimulációs eredmények Az antennák zikai magassága 12 m, az uplink-frekvencia 450 MHz, az eektív kisugárzott teljesítmény 20 W, körsugárzó antennákat feltételezve. E max P max h max d h θ a, θ v 42, 69 dbµv m (20,7;41,9) km 163,46 m 29,35 km 138,17 m 0 E min P min h min d h θ a, θ v 13, 81 dbµv m (-16,6;-38,8) km 59,92 m 81,43 km 211,21 m ábra. A mobil állomás m ködési pontjaiból számított térer sségértékek

22 Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán Uplink, súlyozott szimulációs eredmények E max P max h max d h θ a, θ v 11, 36 dbµv m (0,505;1,51) km 159,53 m 43,38 km 204,40 m 0 E min P min h min d h θ a, θ v 15, 18 dbµv m (-3,53;-6,56) km 111,5 m 81,43 km 206,48 m ábra. A számított térer sségszintek súlyozás után

23 Duplex bázis-mobil összeköttetés vizsgálata ktív topográán Downlink eredmények P = 20 W, f = 460 MHz. E max P max E min P min E 38, 08 dbµv (10,6;42,9) km 13, 98 dbµv (16,6;38,8) 52, 78 dbµv m m m 14. ábra. Térer sségszintek súlyozás el tt és után E max E max E min E min 12, 09 dbµv 25, 95 db 15 dbµv -1,02 db m m

24 Számítás a határvonalra ktív topográán 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

25 Számítás a határvonalra ktív topográán Számítás a határvonalra ktív topográán Paraméterek m 1 = 33, 84 km, m 2 = 6, 56 km, σ 1 = 5 km, σ 2 = 10 km,r = 0, 2, f = 455, 15 MHz, P = 25 W ERP, h = 30 m, körsugárzó antenna. 5 x y [m] x [m] x ábra. Határvonalra történ számítás és térer sségviszonyai Küszöb E max d Tartalék E max Tartalék 30, 58 dbµv 21,21 km 10, 58 db 13, 39 dbµv 6, 61 db m m 20 dbµv m

26 Szimplex összeköttetés vizsgálata valós topográán 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

27 Szimplex összeköttetés vizsgálata valós topográán 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

28 Szimplex összeköttetés vizsgálata valós topográán Szabadtéri terjedés, konstans térer sség h [m] 300 h [m] d [m] d [m] 17. ábra. A térer sségértékek alakulása, els rend Fresnel-zóna

29 Futási id k összehasonlítása 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

30 Futási id k összehasonlítása Futási id k összehasonlítása Gyorsítási lehet ségek Algoritmus implementálása gépközeli programnyelven; Független részek párhuzamosítása; Kimerít keresés elkerülése, ha lehetséges. t 6,3 h 9,72 h 4,28 h 0,94 h Duplex Duplex Határvonal Bázis-Mobil Mobil-Bázis Szimplex 18. ábra. A vizsgált problémák futási ideje

31 Köszönöm a gyelmet! Kérdések