A HCM egállapodás továbbfejlesztési lehetőségei a földi ozgószolgálat nezetközi frekvenciakoordinációjában Unger Taás István Távközlési Tanszék Széchenyi István Egyete B.Sc. szakos villaosérnök hallgató Győr, Magyarország unger.taas.taisze@gail.co Kulcsszavak HCM egállapodás, nezetközi frekvenciakoordináció, földi ozgószolgálat, spektrugazdálkodás, kijelölés, űködési terület, sziulációs eljárások, térerősség Kivonat Cikke a obil távközlési rendszerek zavarentes és spektruhatékony használatának téakörén belül a földi ozgószolgálat nezetközi frekvenciakoordinációjával foglalkozik. Összefoglaló áttekintést nyújtok a frekvenciakijelölések nezetközi egyeztetésének aktuális adinisztrációs kérdéseivel kapcsolatban, részletezve az álloások által létrehozott térerősségszintek eghatározása során alkalazott algoritust, érintve és beutatva az egyeztetési keretrendszer által biztosított ódszereket, effektív felhasználásukat a kijelölések tervezése során. Beutato a térerősségviszonyok eghatározására használt sziulációs eljárás űködését, a terepviszonyokból száraztatható korrekciós tényezőket, száítási ódszerüket. Összefoglalo az érvényes koordinációs egállapodás továbbfejlesztési lehetőségét a obil álloások űködési területének pontosabb leírásával, és az így kibővített sziulációs algoritus felhasználásával fiktív és valós topográfián beutato az ipleentált algoritus űködését, előnyeit, alkalazási és alkalazhatósági kérdéseit. és felhasználása kizárólag szabályozott úton, egyezények és előírások egalkotásával, a egalkotott szabályrendszerek betartásával és betartatásával lehetséges. A vezeték nélküli technológiák szátalan előnye ellett száolni kell azzal, hogy a határon belüli szabályozáson és tervezésen kívül szükség van összehangolt nezetközi együttűködésre is, hiszen a hulláterjedés ne iser országhatárokat. A kijelölések szoszédos országokkal történő egyeztetése jellezően két- vagy többoldalú egállapodások alapján történik, ely egállapodások egkötésére az ITU Nezetközi Rádiószabályzatának 6. cikke [] nyújt széles lehetőségeket biztosító keretet. Az európai országok igazgatásainak jelentős része (az. ábra kékkel jelölt országai) ár ezen keretek között, az elsőként 993-ban egkötött Haronized Calculation Method (HCM) egállapodás alapján koordinálja kijelöléseit az állandóhelyű és a földi ozgószolgálat vonatkozásában [2]. I. BEVEZETÉS Az elúlt évtizedek során a odern hírközlő rendszerek elterjedésével jelentősen egnőtt a vezeték nélküli szolgálatok és szolgáltatások frekvenciaigénye. Ez a tény arra sarkallja a nezeti és nezetközi szervezeteket, hogy a rendelkezésre álló frekvenciakészletet hatékonyan használják fel, osszák ki a szolgáltatók és a felhasználók száára úgy, hogy az álloások a lehető legkisebb értékben okozzanak és szenvedjenek el káros zavarást az összeköttetések inőségének biztosítása érdekében. A véges ennyiségben rendelkezésre álló frekvenciakészlet nezeti kincs, elynek értékesítése. ábra. Európa országai [3] A HCM egállapodás által definiált koordinációs eljárás kulcsfontosságú pontja a kijelölések terve-
zett földrajzi és űszaki paraétereinek iseretében történő sziuláció, elynek a földi ozgószolgálat esetén elsődleges célja az álloás által létrehozott térerősségviszonyok feltérképezése. A kijelölés jellezőinek inél pontosabb iserete jelentősen elősegítheti a spektru effektív kihasználását, lehetőséget adva az egyedi koordinációs kérelek rugalas kezelésére is. II. A FÖLDI MOZGÓSZOLGÁLAT KIJELÖLÉSEINEK KOORDINÁCIÓJA Az álloások üzebe helyezése előtt végzett nezetközi egyeztetés egy űszaki eszközkészlettel segített adinisztrációs folyaat, elynek elsődleges feladata, hogy a HCM egállapodásban részletesen definiált sziulációs ódszer felhasználásával eldöntse, hogy a vizsgált álloás okoz-e, illetve annak okoznak-e káros zavart a szoszédos országok ár koordinált, üzeelő kijelölései. Földi ozgószolgálat esetén ehhez a 2. ábrán feltüntetett nevezetes pontokra eghatározott, a űködési frekvenciától függő axiális térerősségszintek kerültek eghatározásra. A HCM egállapodás alapján be- d Határvonal d 2 d d CB d CB Határvonal Preferált ásodlagos vonal Határvonal 2. ábra. Határvonal, határon átnyúló távolság és a preferált ásodlagos vonal szélhetünk a vizsgált kijelölés által a határvonalon létrehozott térerősségszintről (d) és határvonalon átnyúló távolságról (d CB ). A szoszédos igazgatások eghatározott frekvenciasávokra két- vagy többoldalúan köthetnek úgynevezett preferált egállapodásokat is, elyek lényege, hogy a sávon belül egyás között felosztott blokkok használatával kapcsolatban a preferált, elsőbbségi jogot élvező igazgatások kedvezőbb körülények között koordinálhatják és helyezhetik üzebe kijelöléseiket. Ennek értelében a határvonalra történő száításokat ne a valós határvonalra, hane annak egy előre definiált távolsággal történő transzlációjával eghatározott, úgynevezett ásodlagos határvonalra kell elvégezni. A kijelölések nezetközi egyeztetése egyrészt a koordinációs kérelek elbírálásra történő elküldését jelenti a folyaatban érintett igazgatások felé, ásrészt agában foglalja a szoszédos igazgatásoktól érkező kérelek kiértékelését is. Koordinációt igényel az az adóálloás, aely az érintett ország irányában, annak határvonalára száítva a földfelszín feletti agasságban nagyobb térerősségszintet hoz létre a HCM egállapodás. ellékletében foglaltaknál. A földi ozgószolgálat vevőálloásait abban az esetben szükséges koordinálni, ha a vevőrendszer védelet igényel, és az a egállapodás első ellékéletében eghatározott frekvenciafüggő, határvonaltól ért távolságon belül található. A beérkező kérelek elbírálása során el kell utasítani a kijelölést, ha: az álloás a egállapodás. ellékletében eghatározott térerősségszintet túllépi az érintett igazgatás frekvenciajegyzékében szereplő álloások valaelyikénél; a használni kívánt frekvencia két- vagy többoldalú egállapodások által definiált feltételekbe ütközik; az álloás a egállapodás. ellékletében eghatározott térerősségszintet túllépi legalább egy, koordinációs kérelének elbírálására váró álloásnál (a kéreleket beérkezésük szerinti időrendben kell figyelebe venni); az álloás a egállapodás. ellékletében eghatározott, határon átnyúló távolságra száított térerősségszintet túllépi. Vevővédeli igény csak akkor utasítható el, ha: a kérele kiértékelését végző igazgatásnak van ár legalább egy olyan koordinált adója, ai a egállapodás. ellékletében definiált térerősségszintnél nagyobbat hoz létre az érintett vevőnél; a kérele pozitív elbírálása egakadályozná az igazgatóságot az általa birtokolt preferált frekvenciák valaelyikének két- vagy többoldalú egállapodásban lefektetett feltételek szerinti felhasználásában; a kérele kiértékelését végző igazgatásnak van legalább egy olyan, koordinációs kérele elbírálására várakozó adója, ai a egállapodás. ellékletében definiált térerősségszintnél nagyobbat hoz létre az érintett vevőnél; a egállapodás. ellékletében egállapított, a határon átnyúló zavarással kapcsolatosan táasztott feltételek ne teljesülnek. III. A KOORDINÁCIÓS ELJÁRÁS GYAKORLATI NEHÉZSÉGEI A nezetközi koordináció olyan koplex igazgatási feladat, elynek szükségessége a nezeti ki-
jelölések zavarentes űködésének biztosítása érdekében egkérdőjelezhetetlen, de a gyakorlati unka során sokféle probléát és kihívást hordoz agában. A koordinációs kérelek küldése, fogadása és elbírálása jelentősen egnöveli az igazgatásokra háruló adinisztratív unkát: egy-egy koordinációs procedúra probléás ügyek esetén el is húzódhat, így lassítva az igazgatások frekvenciaengedélyezési eljárásait. A HCM egállapodás alapján történő egyeztetés előnye, hogy iként azt a neve is sugallja az igazgatások ugyanazon száítási algoritus alapján határozzák eg a kijelölések térerősségviszonyait, így küszöbölve ki az ebből adódó esetleges különbözőségeket, elyek vitás kérdésekhez vezetnének. Sze előtt kell tartani ugyanakkor, hogy az algoritus haronizálása ég ne elegendő, az egyeztetést végző igazgatásoknak az eredények összehangolásának érdekében egegyező, vagy axiu kis értékben eltérő földrajzi adatbázis (topográfiai adatok, határvonal-vektorok, koordináta-rendszer) alapján, valaint folyaatosan frissített, egyás között eghatározott időnként kicserélt kijelölésadatbázisból kell dolgozniuk. Sokszor adódnak speciális ügyek is, hiszen a HCM egállapodás ellett rendszerint születnek (és érvényben is vannak) egállapodások például preferált frekvenciákról. A kiegészítő egállapodások figyelebevétele bonyolultabbá teszi az ügyintézést. Magyarország szepontjából különleges helyzet, hogy két szoszédos ország, Ukrajna és Szerbia ne tagja a HCM egállapodásnak, így az érintett országok igazgatásaival úgy kell lefolytatni a koordinációt, hogy bár van kétoldalúan érvényes, a HCM egállapodástól eltérő keretrendszer az elített országokkal történő koordináció során eltérő típusú, bizonyos frekvenciasávokra egkötött egállapodásokat kell alkalazni, ai nehézségeket szül a gyakorlatban, például az adatcsere ügyében is. Előfordul, hogy a szoszédos igazgatások olyan álloásokra kérnek vevővédelet, elyeket ne jelentettek be, ne koordináltak, így az ne került be az érintett igazgatás frekvenciajegyzékébe. Az ilyen esetkben az igazgatás koordináció nélkül üzebe helyezett álloásra vevővédelet ne igényelhet. IV. A ZAVARÓ TÉRERŐSSÉG MEGHATÁROZÁSA A térerősségszint eghatározásának alapját az ITU-R P. 56-os ajánlás adja []. Lényege, hogy az elsőrendű Fresnel-zóna tisztaságának függvényében választja eg a száítási algoritust. Aennyiben a Fresnel-zóna tisztasága biztosított, úgy az E = 7 dbµv + log ( ) P 2 log W (d) () összefüggés alapján eghatározott szabadtéri térerősséggel kell száolni, ahol d a távolság kben, P pedig a kisugárzott teljesítény W-ban. Ha az elsőrendű Fresnel-zónában terepakadály található, akkor az összeköttetés ne tekinthető optikainak, és az ITU ajánlásában található terjedési görbéket kell alkalazni (3. ábra). A terjedési görbék ateatikai E [dbµv/] 2 8 6 2 2 MHz, szárazföldi terjedés, % idõ = 6 2 3 d [k] = 2 = 37,5 = 75 = 5 = 3 = 6 = 2 3. ábra. Terjedési görbék ( MHz, % idő, szárazföld) E [dbμv/] f inf E [dbμv/] f sup d inf d d inf d E(d,f, ) d sup inf d sup sup szepontból olyan négyváltozós (f frekvencia, agasság, d távolság és az idővalószínűség) függvényként kezelendők, elyek analitikus forában ne adhatók eg, továbbá értelezési tartoányuk és értékkészletük diszkrét, így a sziulációk során a. ábrán látható ódon inter- és extrapolációk szuperpozíciójára van szükség. Mivel a HCM algod [k] inf d [k] sup. ábra. Térerősség interpolálása a terjedési görbék segítségével ritus lineáris interpolációt alkalaz, így a függvény értéke annak tetszőleges γ változója (legyen az frekvencia, vagy a távolság, az idővalószínűség explicit ódon adott, így azzal ne kell foglalkozni)
alapján interpolálható az ( ) (E (γ sup ) E (γ inf )) log γ γ inf E = E(γ inf )+ ( ) γsup log γ inf (2) összefüggés segítségével, ha a függvény értéke a változó γ pontjában keresett, γ inf és γ sup pedig a keresett pontnál kisebb és nagyobb értékű, rendelkezésre álló változó értéke. V. KORREKCIÓS TÉNYEZŐK A Fresnel-zóna tisztaságának függvényében eghatározott térerősségszinteket az adó és a vevő között értelezett terepviszonyok függvényében korrigálni, csökkenteni kell, elyre a topográfiából száraztatott paraéterek (terepegyenetlenség, tereptisztasági szög, effektív antennaagasság), és az azokból eghatározható epirikus korrekciós értékek nyújtanak lehetőséget. Érdees sze előtt tartani, hogy h ant h h terr θ d h p d (ax 6 h -h -h p ant terr k) 5. ábra. Tereptisztasági szög eghatározása bár a sziulációs eljárás az ITU által definiált, a terepviszonyokat az antennától legfeljebb 5 kig vizsgáló, bizonyos esetekben negatív értéket is felvevő effektív antennaagasság értékét alkalazza, a további száítok során az abból száraztatott érték kerül felhasználásra, ely konverzió az antennák agasságának, valaint a kijelölés típusának függvényében biztosan nenegatív agasságértéket eredényez. A egállapodás 5. ellékletében található konverziós táblázat deterinálja továbbá, hogy bizonyos esetekben ely korrekciós tényezők alkalazása szükséges a térerősségszint pontosabb eghatározásának érdekében. Miként a terjedési görbék esetén, úgy a korrekciós tényezők eghatározása során is inter- és extrapolációra van szükség, hiszen a korrekciós értékek a paraéterek függvényében diszkrét érteleezési tartoányon és diszkrét értékkészlettel állnak rendelkezésre. Erre példa az 5. ábra jelölései alapján a θ = tan ( hp h ant h terr d ) (3) forulával eghatározható tereptisztasági szög is, ely értékéhez a HCM egállapodás korrekciós görbesereget rendel, elyből a korrekció pontos értéke a ár isertetett lineáris interpoláció alkalazásával határozható eg. VI. AZ IMPLEMENTÁLT ALGORITMUS A földi ozgószolgálat térerősségviszonyait eghatározó sziulációs eljárást az igazgatások által használt prograkörnyezettől (és a hivatalos HCMprogratól) függetlenül, önállóan űködő Matlabsctipt [5] forájában ipleentálta. Az algoritus folyaatábrája a 6. ábrán tanulányozható. A szi- Szabadtéri E E = E - h korr. E = E - Θ a korr. STOP START BE: Topográfia; ITU-R P.56 terjedési görbék; h korrekciós görbék; Tx koordináták ( x TX,yTX); Rx koordináták ( x,y ); Tx-Rx szakasz koordinátái (x,y); Tx-Rx távolság (d); h efftx,heffrx; h, h; Θ, Θ ; i i i Tiszta az elsőrendű Fresnel-zóna? h-korrekció? a n Θ a -korrekció? KI: E n v RX RX n E interp. terjedési görbékből i Θ v -korrekció? n E = E - Θ v korr. 6. ábra. A térerősségszáítás folyaatábrája ulációs környezet Matlab-alapú egvalósítását elsősorban a száítási algoritus rugalas kezelésének igénye, az eljárás továbbfejlesztési lehetőségének vizsgálata kívánta eg. A zavaró térerősség eghatározásának egyik legfontosabb beeneti adata az a topográfiai adatbázis, elyen a vizsgált álloásokat el kell helyezni. Munká során egyaránt használta fiktív és valós topográfiát, előbbit
digitális képfeldolgozási eszközök segítségével valósította eg. A topográfia ne ás, int egy t(x, y) kétváltozós függvény, elynek értékkészlete az adott (x, y)-pontban értelezett agasságértéket adja eg éterben. Ennek eghatározásához egyaránt használható a hosszúsági és szélességi fokok koordinátarendszere, valaint a klasszikus Descartes-féle koordináta-rendszer is, elyet az egyszerűség kedvéért én is alkalazta. A sztochasztikus topográfiaátrix generálása során első közelítésben ehhez rendelte egy pszeudovéletlen, norál eloszlású száokkal feltöltött F(x, y) kvadratikus átrixot, elyet egy ( W(x, y) = w(x, y) = e 2 x cx ) + 2 y cy () ipulzusválasszal rendelkező Gauss-szűrő segítségével dolgozta fel. Az összefüggésben c x és c y ún. korrelációs faktorok: inél nagyobb az értékük, az adott irányban annál gyorsabban csillapodik az ipulzusválasz, így "siább" lesz a szűrő gerjesztett válasza, tehát a topográfia. Az ezt reprezentáló T(x, y) átrix a helyfrekvenciák tartoányában történő konvolúcióval határoható eg: 2d T(x, y) = N F {F {W(x, y)} F {F(x, y)}}, c x c y (5) ahol F{ } a Fourier-transzforáció operátora, N pedig a felosztás finoságát jelöli d d területtel rendelkező vizsgálati tartoány esetén. agasságértékei. Ez az úgynevezett dh-síkon történő vizsgálódást teszi lehetővé, ai a terepkorrekciós tényezők eghatározása szepontjából elengedhetetlen. Ez elegendő, hiszen a sziuláció során indig pont-pont közötti száításokat (vagy azok szuperpozícióját) kell végrehajtani. x h P(x,y,h) y P TX(d TX,h TX) h TX P TX(x TX,y TX) d h i P i(x i,y i) 8. ábra. Koordináták síkban és térben n n 2 P RX(d RX,h RX) h RX P RX(x RX,y RX) Bár a terepetszettel történő unka jelentősen csökkenti az egyes száítások során feldolgozásra kerülő adatennyiséget, az algoritus futási idejét érdeben ne ez, hane a korrekcióhoz szükséges paraéterek eghatározása, valaint a beenetként rendelkezésre álló epirikus függvények segítségével történő inter- és extrapoláció befolyásolja. A paraéterek esetén előfordul, hogy kierítő kereséses algoritust kell alkalazni ilyen eljárást igényel például a tereptisztasági szöghöz szükséges derékszögű hároszög átfogóját eghatározó egyenes egkeresése (9. ábra). Az eljárás előnye, 2 3 22 28 26 2 2 8 22 h [] 6 h [] 2 8 6 2 2 5 5 d [] 5 5 d [] 7. ábra. Véletlenszá-átrix és egy generált topográfia A száítások során az így létrehozott földrajzi adatbázison történő tájékozódást síkbeli és térbeli koordinátageoetria segítségével, a 8. ábrán látható ódon valósította eg. A térben az azok koordinátái alapján azonosított adó- és vevőpontok közötti etszet felvételéhez elsőként eg kell határozni a két pontot összekötő, az xy-síkon található egyenes pontjait. Ezen pontokhoz két távolságot rendelte: az adótól és a vételi ponttól vizsgált távolságok értékét (d). Így az előző síkra erőleges vizsgálódási etszet is definiálható, hiszen a d távolságok függvényében felvehetők a két pont közötti terepetszet 9. ábra. Kierítő kereséses algoritus alkalazása hogy tetszőleges topográfia esetén egfelelő eredényt ad, hátránya, hogy ne használja ki az egyedi viszonyokból adódó egyszerűsítési lehetőségeket, ezért rendkívül időigényes. Az interpolációs eljárások időigényessége ne a ateatikai űveletek bonyolultságából adódik, hane a függvény háro változójából következő 2 3 = 8 különböző eset kezeléséből if-ágak segítségével. VII. A KIJELÖLÉSEK MŰKÖDÉSI TERÜLETÉNEK LEÍRÁSA A ozgószolgálatok jellezője, hogy összeköttetéseinek legalább egyik végpontja ozog, vagy
előre eg ne határozható helyen tartózkodik [6]. Működési terület szepontjából tehát kétféle típusú álloással kell foglalkozni: a fix, a koordinátarendszer egy adott pontjához kötött álloásokkal (ilyenek például a obil összeköttetések bázisálloásai), valaint a obil kijelölésekkel. Az állandóhelyű kijelölések során a feladat egyszerű, hiszen egyetlen pont-pont összeköttetéssel kell száolni a zavaró térerősség eghatározása során, a száítás egyetlen szabadságfoka a vételi pont eghatározása. A obil kijelölések földrajzi helyzete ellenben ne írható le egyetlen ponttal, az álloásokhoz űködési területet kell rendelni, így a ozgó kijelölések térerősségviszonyainak feltérképezése két szabadságfokú száítást igényel: ne indegy, hogy az álloás a űködési területének ely pontján tartózkodik, és az se, hogy onnan a vizsgált tér ely pontjában akarjuk eghatározni az általa létrehozott térerősségszintet. A jelenleg érvényes HCM egállapodás térerősségszáítási algoritusának kidolgozása során arra törekedtek, hogy a lehető legegyszerűbb, worst casealapú sziulációval történjen a koordináció. Ehhez a obil álloások űködési területét inden esetben egy adott középpontú, adott sugarú körrel közelítik, és a sziuláció során csak a kör kerületének azon pontját veszik figyelebe, ely a lehető legrosszabb térerősségviszonyokat eredényezi. Erre utat példát a. ábrán látható, határvonalra történő száítás is. Ebben az esetben a űködési zóna kerületének E ax d Eax d in r Határvonal. ábra. Mobil álloás térerősségszintjének eghatározása határvonalra azon pontjából történik a száítás, aely a legközelebb található a vizsgált határvonalhoz, és az a vételi határpont a érvadó koordinációs szepontból, elyen a kijelölés a legnagyobb (E ax ) térerősségszintet hozza létre. Ez az eljárás egyszerű és gyors sziulációt tesz lehetővé, ugyanakkor száos hátránya is van: például a határ közelében található obil álloások űködési területének körrel történő közelítése során adódhatnak olyan esetek, hogy a közelített ozgáskörzet átnyúlik a szoszédos ország területére, ai hais, a valóságot ne tükröző eredényre is vezethet, így felerül a terület rugalasabb, körtől eltérő síkidoal történő leírásának igénye. Adódhat olyan topográfia is, ely esetén a vizsgált kijelölés ne a űködési zóna kerületének valaely pontján hozza létre a axiális zavaró térerősséget, hane a terület valaely belső pontján, hiszen a térerősség ne kizárólag a távolság, hane a topográfia függvénye is. Felerül továbbá annak a kérdése is, hogy a obil álloások a űködési területeik bizonyos pontjain ilyen valószínűséggel találhatók eg: aennyiben a kijelölések egtalálási valószínűsége egiserhető és leírható, úgy azt célszerű figyelebe venni a koordinációs eljárás során, hiszen lehet olyan eset is, hogy a terület azon részén, ahol a vizsgált kijelölés a legnagyobb zavaró térerősséget hozza létre, csak igen kis valószínűséggel tartózkodik. Munká során a obil kijelölések jelenlegi koordinációs eljárásának kiterjesztésével foglalkozta, ely kiterjesztéssel elszakadta a jelenleg alkalazott ódszertől, és a űködési területet a kétváltozós norális eloszlás sűrűségfüggvényével odellezte. A sűrűségfüggvény segítségével történő ozgáskörzet-leírás egyrészt a űködési terület odellezési lehetőségeinek kiszélesítését takarja, hiszen alkalazása elszakadást jelent a köralapú leírástól, ásrészt odellezhető vele az álloás előfordulási valószínűsége is, így a vizsgált ozgó álloások viselkedése rugalasabban vizsgálható. A leíráshoz definiálni kell két valószínűségi változót: legyen ξ az álloás x-irányú tartózkodási helyzete a síkon, íg η jelölje az y-irányú pozíciót. Ekkor ξ és η együttes eloszlásának sűrűségfüggvénye az f (x, y) = [ (x ) 2 σ 2 2πσ σ 2 r 2 exp ( 2 ( r 2 ) 2r x σ y 2 σ 2 + (y 2) 2 σ 2 2 ]) (6) alakban írható fel, ahol és σ ξ, 2 és σ 2 pedig η várható értéke és szórása, r pedig a kovariancia segítségével definiálható korrelációs együttható [7]: r = Cov (ξ, η), r [, ]. (7) σ (ξ) σ (η) Az így leírt, eghatározott űködési terület forailag sokkal rugalasabb, int a körrel történő közelítés, például a határenti kijelölések esetén lényegesen jobban igazodik az adott obil álloás tényleges űködési területéhez. A pontosabb területleíráson túl a ódszer segítségével lehetőség nyílik az egyszerű, pont-pont alapú száítás kiterjesztésére a függvény tartoányán belül, a kiszáított térerősségértékek eloszlás szerinti figyelebevételével, súlyozásával, ely ódszer a tartózkodási valószínűség figyelebevételével precízebb inforációt ad
az álloás által létrehozott térer osségviszonyokról, ezzel segítve a rendelkezésre álló frekvenciakészlet hatékonyabb felhasználását. Abból kifolyólag, hogy 5 9 x x 3 2 3 y [] f 2 2 5 3 5 x y [] 5 5 x [] x 5 5 x [] 5 x íg a obil álloás helyét egy = 2 =, σ = 5, σ2 =, r =, 5 paraéterekkel rendelkez o, norális eloszlással odellezett uködési területen értelezte. Els o közelítésben a duplex összeköttetés obil adás bázis vétel esetét (uplink) vizsgálta eg, f = 5 MHz adási frekvenciával, P = 2 W kisugárzott teljesíténnyel, körsugárzó antennát feltételezve. Ha alaposabban tanulányozzuk a obil álloás uködési pontjait, a hozzájuk rendelt agasságértékeket és az adó-vev o közötti terepviszonyokat, akkor a sziuláció tényleges lefuttatása el ott le lehet vonni néhány egyszer u következtetést.. ábra. Modellezés norális eloszlással: =, 2 = 2, σ = 62, σ2 = 8, r =, 35 a s ur uségfüggvény axiua a 9 nagyságrend u, értékeit ne célszer u direkt ódon a térer osségszintek súlyozására használni, ezért a uködési területet leíró függvényt annak axiális értékére noralizálta. Ennek értelében a súlyozás után a legnagyobb, a klasszikus algoritusból ténylegesen adódó térer osségszint a várható értéknél értelezett, inden attól eltér o pontban az eredeti térer osség tartózkodási valószín uséggel arányosan csökkentett értéke lesz a sziuláció kienete. VIII. D UPLEX BÁZIS - MOBIL ÖSSZEKÖTTETÉS VIZSGÁLATA FIKTÍV TOPOGRÁFIÁN A továbbfejlesztett, Matlab-script forájában ipleentált algoritus uködését egvizsgálta egy fiktív topográfián elhelyezett bázisálloásobil duplex összeköttetés térer osségviszonyainak feltérképezésére. A k k területen érteleezett topográfia a 2. ábrán látható. A topográfia iniális agassága, 3. ábra. A obil álloás s ur uségfüggvénye és a bázis-obil pontok a topográfián Aennyiben a norált s ur uségfüggvény nullától eltér o ( f (x, y) > ) pontjaiból száolunk térer osséget a függvény kvantitatív adatainak figyelen kívül hagyásávával (tehát csak az a fontos, hogy el ofordulhat-e, hogy az adott pontban egtalálható az álloás, de azt ne nézzük, hogy a s ur uségfüggvény ott ekkora értéket vesz fel), azon pontoknál fog nagyobb térer osségérték adódni, elyek egyrészt közelebb vannak a bázishoz (y > ), ásrészt ahonnan nézve a terepegyenetlenség és az abból fakadó korrekciós tényez ok a legkisebbek. Ez jól láthatóan szintén a pozitív y-értékek részsíkja. A súlyozatlan sziulációs eredények a. ábrán láthatók. Fontos egjegyezni, hogy az uplink-eset 2. ábra. A vizsgált topográfia axiua 37,66, átlaga 6,9. Az x, y 5, 5 értelezési tartoányú Descartes-féle koordináta-rendszerben a bázis álloást a Pb 3, 99 ;, 97 koordinátájú, hb = 22, 9 agasságú pontban helyezte el,. ábra. A obil álloás uködési pontjaiból száított térer osségértékek térer osségértékeinek ábrázolását az egyszer uség és az átláthatóság kedvéért úgy végezte el, hogy az
értékeket azokhoz a pontokhoz rendelte hozzá, ahonnan a száítás elvégzése történt. Ez a ódszer nyilvánvalóan kezelhetőbb eredényt ad, hiszen a fordított esetben a fix vételi pontban lenne szükséges feltüntetni a térerősségeket, ai probléás feladat. A obil álloás által a fix bázisponton létrehozott térerősségszint axiális értéke dbµv E ax ( = 2, 69 -re adódott a P ax 2, 7 ;, 9 ) koordinátájú, h ax = 63, 6 agasságú pontból. Innen nézve az adó-vevő távolság d = 29, 35 k, a terepegyenetlenség h = 38, 7, a tereptisztasági szögek elhanyagolhatóan kicsik, az effektív antennaagasságok h efft X = 36, 279 és h effrx = 67, 2 értékekre adódnak (h antt X = h antrx = 2 ) és az elsőrendű Fresnel-zóna tisztasága ne biztosított. A legkisebb létrehozott térerősségszint ( E in = 3, 8 dbµv értékűre adódik a P in, 66 ; 3, 88 ) koordinátájú, h in = 59, 92 agasságú pontból. Ebben az esetben az adó-vevő távolság d = 8, 3 k, a terepegyenetlenség h = 2, 2, a tereptisztasági szögek jó közelítéssel zérusok, az effektív antennaagasságok h efft X =, 32 és h effrx = 8, 82 értéket vesznek fel, optikai összeköttetésről ezúttal se beszélhetünk. Az eredények alapján látható, hogy a vizsgált obilálloás igen szélsőséges térerősségszinteket hoz létre attól függően, hogy éppen hol tartózkodik. A térerősségszint ingadozása iatt adódhat olyan eset, hogy a vizsgált kijelölés űködési területének létezik olyan pontja, aelyből ár jelentős értékű káros zavart okoz egy ásik álloásnak, ezáltal koordinációs szepontból lehet, hogy probléás lenne a kezelése. Megfigyelhető továbbá, hogy a kijelölés a legnagyobb térerősségszinteket a űködési körzetének szélén hozza létre, ahol igen kis valószínűséggel tartozik. A súlyozott térerősségszintek a 5. ábrán láthatók. A sűrűségfüggvény alakulásának nél, valaint annak közvetlen közelében kiszáított szinteket. Az így adódó axiális térerősségszint E ax ( =, 358 dbµv, a hozzá tartozó adatok: P ) ax 55, 7;, 5 3, h ax = 59, 53, d = 3, 38 k, h = 2,, θ T X = θ RX, h efft X = 29, 7, h effrx = 2, 9 és az összeköttetés ne optikai. A iniális térerősséghez( tartozó adatok: E in = 5, 8 dbµv, P in 3, 53 3 ; 6, 56 3), h ax =, 5, h = 26, 8, θ T X = θ RX, h efft X = 7, 6, h effrx =, 79, az elsőrendű Fresnel-zóna tisztasága ezúttal se biztosított. Az h [] 3 25 2 5 5 2 6 8 d [] x h [] 28 26 2 22 2 8 6 2.5.5 2 2.5 3 d [] x 6. ábra. A iniális és a axiális térerősséghez tartozó terepetszetek így adódó dbµv körüli axiuok jelentősen kisebb térerőségszintet reprezentálnak a hagyoányos, súlyozatlan száítási ódszerhez képest, így azt ondhatjuk, hogy ez az eljárás pontosabb képet ad az álloás űködése közben kialakuló térerősségviszonyokról, egnyitva a lehetőséget az egyedi esetek rugalasabb kezelésére, koordinálására. A bázisálloás által a obil űködési területére (downlink) létrehozott térerősségszinteket a 7. ábra utatja. Az álloás f = 6 MHz adási 7. ábra. A obil álloás űködési pontjaira száított térerősségek 5. ábra. A száított térerősségszintek súlyozás után figyelebevétele jelentősen csökkenti az eredetileg kiszáított térerősségszinteket, és szinte teljes egészében levágja, zérusra csökkenti a függvény szélén található axiuokat, egtartva a várható érték- frekvencián, 2 W kisugárzott teljesíténnyel és körsugárzó antennával üzeel. A súlyozási eljárás nélkül létrehozott ( axiális térerősségszintet a kijelölés a P ) ax 66;, 29 pontban E ax = 38, 5 dbµv értékkel hozza ( létre, íg a iniális térerősségszint a P in, 66 ; 3, 88 ) pontban E in = 3, 98 dbµv értékűre adódik.
Előbbi az uplink-irányhoz képest,6 db-vel, íg utóbbi,67 db-vel kevesebb. A súlyozás utáni értékek a 8. ábrán láthatók. Az eljárás a axi-.8.6 5 x 3 2..2 y [] x 5 2 3 5 x 5 y [] 5 5 5 5 x [] x [] x 9. ábra. A obil álloás helyzetét leíró függvény 8. ábra. A száított térerősségszintek súlyozás után ális térerősségszintet E ax = 2, 95 dbµv -re csökkenti, ai a súlyozatlan axiunál 25,957 db-vel kevesebb, íg az uplink-értékhez képest,737 db-vel több, a iniális térerősségszint pedig 5, dbµv -re adódik. Összefoglalásképpen elondható, hogy az uplink-downlink-irányok térerősségviszonyai kisebb különbségektől eltekintve egegyeznek, ely egyezés elsősorban a távolság alapú térerősségszáításból adódik (különbséget csak a frekvencia-offset és terepviszonyok közötti eltérés okozhat), így a súlyozott térerősségszintek is hasonlóan alakulnak. A legnagyobb térerősségszintek a várható érték környezetében, íg a iniu a űködési terület bázisálloástól vizsgált távolabbi végén alakul ki. Mivel a koordinációs eljárások során a axiális szintek érdekesek, ezért elondható, hogy az eredeti algoritus segítségével adódó dbµv körüli értékek helyett az átlagosan 5 2 dbµv nagyságú térerősségszintekkel kell száolni. IX. SZÁMÍTÁS A HATÁRVONALRA FIKTÍV TOPOGRÁFIÁN Munká során egy fiktív topográfián egvizsgálta a obilálloások által a határvonalon létrehozott térerősség eghatározására szolgáló eljárás űködését, javíthatóságát. Ehhez a obil álloás helyzetét egy = 3, 38, 2 = 6, 566 3, σ = 5, σ 2 = és r =, 2 paraéterekkel rendelkező norális eloszlás sűrűségfüggvényével odellezte, a határvonalat pedig az annak pontjait leíró (x, y)-koordinátákat azonosító vektor segítségével értelezte. A területet leíró függvény a 9. ábrán, íg a határvonal és a terület helyzete a 2. ábrán látható. Hagyoányos száítási algoritust feltétezve az első lépés a űködési terület azon pontjának egkeresése, aely a határvonalhoz a legközelebb található. A iniális távolság egtalálására egy kierítő kereséses algoritust írta, aely végigegy a obil álloás űködési területének inden pontján, és ott egvizsgálja a határvonal összes pontjának távolságát a d = (x p x border ) 2 + (y p y border ) 2 (8) forula segítségével, és ahol ez az érték a legkisebb, azt a határvonal- és űködési terület pontot választja ki. A legkisebb távolság ezúttal d in = 2, 2 kre adódott a P a (, 3636 ;, 66 ) adásiés a P border (, 3636 ; 7, 5758 3 ) határpont között. y [] 3 2 2 3 5 x 5 5 5 x [] x 2. ábra. Az álloás területe, a határvonal és a iniális távolság A klasszikus algoritust használva tehát a feladat a következő: a egkeresett P a pontból a határvonal összes pontjára eghatározni a h = agasságban létrehozott térerősség értékét, ajd kiválasztani a legnagyobbat, és annak koordinátáit, valaint a kiszáított térerősségszint értékét visszaadni kienetként. A sziuláció során a obil kijelölés adási frekvenciáját f = 55, 25 MHz-re, teljesítényét P = 25 W-ra, az antenna agasságát h ant = 3 - re választotta. A határvonal teljes hosszára eghatározott térerősségszinteket utatja a 2. ábra. A ( axiális térerősség értéke a P ax 7, 5758 3 ;, 2626 ) pontban dbµv E ax = 3, 5793 -ra adódik, aely eghaladja a HCM egállapodásban az adott
X. SZIMPLEX ÖSSZEKÖTTETÉS VIZSGÁLATA VALÓS TOPOGRÁFIÁN 2. ábra. Térerősségszintek a határvonalon dbµv frekvenciára előírt 2 -t, tehát a kijelölést indenképpen koordinálni kell. Látható, hogy a vizsgált adási pont a obil álloás eghatározott űködési területének szélén található, ai azt jelenti, hogy norális eloszlást feltételezve a kijelölés a tárgyalt pontban igen kis valószínűséggel tartózkodik. Aennyiben isert a kijelölés tartózkodási helyének eloszlása a síkon, úgy célszerű abból a pontból száítani a térerősség értékét a határvonalra, ahol a legnagyobb valószínűséggel található eg az adott álloás. Ez a pont ne ás, int a várható érték. A várható értékhez a raszter alapján legközelebb eső P ( 3, 3838 ; 6, 5657 3 ) pontból elvégzett sziuláció során a határvonal pontjaira eghatározott térerősségszintek a 22. ábrán láthatók. Az eredények alapján a axiális térerősségszint 22. ábra. Térerősségszintek a határvonalon, a várható érték pontjából ugyanarra a határpontra esik, de az eredetinél több int 5 db-vel kevesebbre, E ax = 3, 39 dbµv - re adódik. Az így eghatározott térerősségszint a 2 dbµv -es koordinációs küszöb alatt arad, így ez alapján a kijelölés egyeztetés nélkül helyezhető üzebe. Az ügyintézőnek ezúttal is sze előtt kell tartania azt a tényt, hogy a kijelölés űködési területének van olyan pontja, ahonnan az a kritikus szint feletti térerősséget hoz létre a határvonalon, így adott esetben az álloás koordinálandó, a űködési terület sajátosságainak figyelebevételével. Az ipleentált térerősségszáítási eljárást a fiktív topográfiákon kívül a 23. ábrán látható, valós terepadatokat leíró környezetben is tesztelte egy sziplex bázis-obil összeköttetést feltételezve. A Budapestet, valaint a szélesebb aggloerációt is agában foglaló terepadatokat ely a agyarországi földérési térképek vetületi rendszerének 65-ös sorszáú egységes országos vetületi (EOV) szelvénye [8] a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudoányi Egyete alapszakos villaosérnökhallgatója, Vigh Péter bocsátotta rendelkezésere, ait ezúton is szeretnék egköszönni. A szelvény 23. ábra. A vizsgált 65-ös EOV-szelvény és topográfiája felülnézetből [8] eredetileg egy 32 k 8 k-es téglalap, aely 5 éteres osztásközzel tárolva egy 6 96-as átrixot alkot. Ezt a átrixot száítási idő csökkentése érdekében egy 6 6-as átrixra redukálta, ai a térerősségszáítási pontosságot a pont-pont közötti interpolációs eljárás iatt ne befolyásolja, csupán az adó- és a vevőálloás helyzetének eghatározási finoságára van hatással. A sziuláció során egy fix vevőálloást definiálta a Széchenyi-hegy h = 23 tengerszint feletti agasságú, P RX ( 5283; 279) koordinátákkal azonosítható pontjában h ant = 6 antennaagassággal, elyhez egy, a 2. ábrán látható, a pesti kerületekben történő üzeelést odellező, =, 33, 2 = 639, σ = σ 2 = 2 és r =, paraéterekkel rendelkező norális eloszlás sűrűségfüggvényével leírható űködési területen értelezett obil adót rendelte. Az adóantenna körsugárzó és h ant = 3 agas, a kisugárzott teljesítény P =, 35 W, az üzei frekvencia f = 5, 25 MHz. A súlyozatlan térerősségszintek alakulását a vevőantenna pontjában a obil álloás tartózkodási helyének függvényében a 25. ábra utatja. Megfigyelhető, hogy a obil álloás által létrehozott térerősség a tartózkodási területen belül közel helyfüggetlen, konstans (alaposabb szerevételezéssel látható, hogy a távolság növekedésével kis értékben csökken), átlagosan dbµv körül
5 5 5 5 35 35 h [] 3 h [] 3 25 25 2 2 5 5 5 5 d [] 2 6 8 2 d [] 2. ábra. A fix- és a obil álloás helyzete 26. ábra. Az elsőrendű Fresnel-zónák tisztasága biztosított alakul. A közel állandó térerősség értéke abból adódhat, hogy a pontonként elvégzett sziulációs lépések során érdeben ne változik az adó és a vevő között a terep, így az eredény kizárólag a két pont közötti távolság befolyásolja. A viszonylag nagynak ondható térerősségértékek forrása egyrészt fakadhat a kisebb távolságokból, ásrészt a terepviszonyok alaposabb tanulányozása során felerülhet a gyanú, hogy az elsőrendű Fresnel-zóna tisztasága ezúttal biztosított, ezért a szabadtéri terjedés összefüggése szerint kell száolni. új inforációval szolgálni a kialakuló viszonyokkal kapcsolatban. A súlyozás után adódó térerősségszintek a 27. ábrán láthatók. E [dbµv/] 5 3 2 2 x y [] 2 2 x [] 2 x 27. ábra. A súlyozott térerősségszintek alakulása 25. ábra. A súlyozatlan térerősségértékek alakulása A sejtést a 26. ábrán látható, a iniális és a axiális térerősségszinthez tartozó terepetszetek, és az azokra felrajzolt elsőrendű Frensel-zónák viszonya is igazolja. Látható, hogy a topográfiai adatok alapján történő száítások alapján egy, Pest déli kerületei és a Széchenyi-hegy között kialakításra kerülő sziplex összeköttetés esetén, a vizsgált frekvencián és annak környezetében a szabadtéri hulláterjedés törvényeit lehet és kell is alkalazni. A térerősség értékének iniális ingadozását ne az alapvető száítási ódszerek (terjedési görbék és szabadtéri összefüggés) közötti váltás okozza a vizsgált űködési területen belül, hane a terepegyenetlenségek, valaint az azokból száított korrekciós tényezők hatásai. Mivel a területre száított térerősségek közel állandó értékűnek adódnak, így az eddig szeléletes, effektív hatást utató súlyozási eljárás ezúttal várhatóan ne fog érdei eredényre vezetni, az így kapott térerősség-eloszlás ne fog Az eredények kvalitatív ódon a közel konstans eredeti térerősségszintek iatt a űködési terület leírásához használt norális eloszlás sűrűségfüggvényének egfelelően alakulnak. Összefoglalásképpen elondható, hogy abban az esetben, ha az elsőrendű Fresnel-zóna tisztasága biztosított, úgy kis űködési területeket feltételezve a súlyozási eljárás ne szolgál új inforációval, ebben az esetben célszerűbb és kézenfekvőbb egy átlagos térerősségszinttel száolni, hiszen az álloás jó közelítéssel a ozgáskörzetének inden pontján azonos térerősségszintet fog létrehozni a vizsgált ponton. XI. FUTÁSI IDŐK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A Matlab-script forájában ipleentált térerősségszáítási algoritus szűk keresztetszete a futási idő, ahogy azt a 28. ábra is alátáasztja. A duplex összeköttetés térerősségviszonyainak eghatározási ideje az adott prograkörnyezetben összesen több int 6 órára adódott, a sziplex összeköttetés egvizsgálása órát, íg a határvonalra történő száítás óránál kevesebb időt vett igénybe. A script rendkívül hosszú futási idejének oka elsősorban az, hogy a végrehajtott feladat lényegében sok pont-pont közötti térerősségszáítás szuperpozíciója, elyek egyenként is sok időt vesznek igénybe a Matlab korlátai, a topográfiai adatok
t 2269,82 s 355, 8 s 3395, 9 s Duplex Duplex Határvonal Bázis-Mobil Mobil-Bázis 56, 9 s Sziplex 28. ábra. A vizsgált probléák futási ideje nagysága, valaint bizonyos esetekben a száítások során használt kierítő kereséses eljárások iatt. Belátható, hogy az eljárás indennapi használatához a jelenleg ég túlzottan hosszú futási időket csökkenteni kell. Az egyik lehetséges egoldás az algoritus ás, gépközeli prograkörnyezetbe történő átültetése, átkódolása, a független prograrészek párhuzaosítása, vagy a tényleges száítási algoritus tökéletesítése a kierítő keresés használatának elkerülésével, ahol az lehetséges. A legrövidebb, egy óra alatti futási idő a határvonalra történő száítás esetén adódott, hiszen ebben az esetben a fix adási pontból a kétszáznál alig több határpontra kellett száolni, ai szászerűen kevesebb iterációs lépést takar. A saját script felhasználásának segítségével illusztratív példákat utatta be az új eljárás alkalazásának lehetőségeire, valaint az eredényekből levont következtetésekkel összefoglalta az új ódszer előnyeit és hátrányait, fiktív és valós terepadatok alkalazásának segítségével. A jövőben szeretné a jelenleg Matlab környezetben futó scriptet a sziuláció felgyorsítása érdekében C prograozási nyelvre átkódolni, ezzel küszöbölve ki az eljárás jelenlegi legnagyobb hátrányát, probléáját, továbbá foglalkozni szeretnék a ozgó álloások tartózkodási valószínűségének leírásának ég pontosabb, a norális eloszlástól eltérő forulával történő közelítésével is. HIVATKOZÁSOK [] International Telecounication Union, Radio Regulations. Article 6, ITU, 22. [2] HCM Agreeent, http://www.hc-agreeent.eu/ [3] http://www.hc-agreeent.eu/grafiken/europa.gif (utolsó látogatás: 2. szepteber 7.) [] International Telecouncation Union, ITU-R P. 56-5, Method for point-to- point-area predictions for terrestrial services in the frequency range 3 MHz to 3 MHz. ITU, 23. [5] http://www.athworks.co/products/atlab/ (utolsó látogatás: 2. szepteber 2.) [6] Szekeres B, Nagy L. Antennák és hulláterjedés. Jegyzet, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudoányi Egyete, Budapest. [7] Bronstein I. N., Szeengyaljev K. A. Mateatikai kézikönyv. Typotex Kiadó, Budapest 29. [8] http://pf-prg.hu/trafo/eov-szelv-.php?od=- (utolsó látogatás: 2. szepteber 9.) XII. KONKLÚZIÓ, JÖVŐBELI TERVEK Cikkeben isertette a HCM egállapodás ellékleteiben összefoglalt, a földi ozgószolgálat nezetközi frekvenciakoordinációja során felhasznált térerősségszáítási eljárásokat, a terepviszonyok kezelését és az azokból száraztatható korrekciós tényezőket űszaki és ateatikai vonatkozásban, kitérve a prograozási gyakorlatban történő egvalósítási ódszereikre. Matlab-script forájában egvalósította a eghatározott és leírt algoritust, így egy saját, egyedi, független környezetet teretette a HCM-eljárást alkalazó száításokhoz. A klasszikus sziulációs algoritust kiegészítette a obil álloások űködési területének statisztikai, valószínűségszáítási eszközkészlettel történő leírásával, valaint az ehhez kapcsolódó függvények szerinti térerősségszint-súlyozással, így nyitva lehetőséget egy pontosabb, a jelenleginél rugalasabb, és spektrugazdálkodási érteleben több lehetőséget agában foglaló ódszer alkalazása előtt.