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数字电视空白空间设备和数字通信系统协调性研究
⃝可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectICTExpress 6(2020)7www.elsevier.com/locate/icte在数字电视服务区中操作空白空间设备义禄富马来西亚赛城多媒体大学工程学院接收日期:2019年3月15日;接受日期:2019年在线发售2019年摘要在未充分利用的TV频带(TV白色空间)中操作的白色空间设备(WSD)必须不干扰现有的数字通信系统。数字电视接收。我们确定了水务署和三个不同的DTV服务之间的和谐共存的条件:先进电视系统委员会,综合业务数字广播-地面,和数字视频广播-地面。我们发现,只要(1)辐射功率小于13 dBm,(2)保持最小距离, 距离DTV接收机50 m,(3)它工作在相邻的频道,除了最近的一个。c2020年韩国通信与信息科学研究所(KICS)。出版社:Elsevier B.V.这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。关键词:数字电视广播;电视空白;空白设备;干扰;传播模型1. 介绍在模拟电视广播的数字化之后,被称为电视空白空间(TVWS)的未利用的电视频谱可以开放用于未经许可的使用。响应于这种可能性,已经出现了许多无线技术,例如,IEEE 802.15.4m低速率无线个域网(LRWPAN)、IEEE 802.11af无线局域网(WLAN)和IEEE 802.22无线区域网(WRAN)。不久,这些技术将在TVWS中运行,条件是它们不得对现有服务(如数字电视(DTV)和无线麦克风)造成任何有害干扰。在美国,美国联邦法规(CFR)标题47,第15部分,子部分H [1]规定了无执照白色空间设备(WSD)的操作规定。有两种类型的WSD。类型1需要对地理位置数据库(GDB)的访问能力,其授予操作许可。GDB控制的WSD只允许在DTV服务轮廓之外。第二类是指那些没有GDB访问能力的。为了避免造成有害干扰,独立于GDB的WSD依赖于频谱感测来识别空闲频谱的存在。它的允许发射功率要低得多,根据C.F.R.,等效各向同性辐射功率(EIRP)被限制为17 dBm电子邮件地址:ylfoo@mmu.edu.my。同行评审由韩国通信和信息科学研究所(KICS)负责https://doi.org/10.1016/j.icte.2019.05.003第15.709节[1]。因此,即使在DTV服务区域内也允许其操作。本研究的重点是第二种类型的水务署。下文中,“水务署”一词是指非GDB控制的水务署。图1显示水务署在数码电视服务范围内的运作。为了避免对DTV接收器造成有害干扰,仅仅保持WSD的发射功率低是不够的。需要实现至少两个附加条件:(1)WSD必须与受害者分开这项工作确定了(1 )EIRP,(2)dk和(3)相邻通道的允许值,在一般情况下,水务署的运作是容许的。考虑三种不同的DTV服务,它们是:高级电视系统委员会(ATSC)、地面综合业务数字广播(ISDB-T)和地面数字视频广播(DVB-T)。已经努力从DTV服务轮廓确定WSD的dk在[2,3]中,dk是针对GDB控制的WSD而不是针对GDB独立的WSD计算的。这项工作是对这些努力的补充。我们在确定ISDB-T、ATSC和DVB-T服务区域中允许GDB独立WSD操作的条件方面做出了新的贡献。在一个典型的情况下,我们发现水务署应该被允许在所有三个服务区运营,只要它遵守以下规则:(1)dk=502405-9595/2020韩国通信和信息科学研究所(KICS)。 出版社:Els e vierB. V. 这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。≤()下一页100(=20lg)8Y.- L. Foo/ICT Express 6(2020)7PTi是水务署的EIRP(单位:dBm)。下标“i”表示水务署是负责人。hTi是水务署的发射天线高度。GDis是受扰方接收机和干扰方发射机天线之间的离轴天线鉴别因子(单位:dB)(因为前者指向的方向与后者不同)。hRv是受害DTV接收器的天线高度。PL是从WSD到受害者的路径损耗(单位:dB)。术语PL(hTi,hRv,dk,fc)强调它是包含在括号中的四个参数允许的干扰水平由监管机构确定。假设保护标准表示为图1.一、水 务 署在数码电视服务范围内的运作。(2)EIRP为13 dBm,低于C.F.R.第15.709节[1],以及(3)在除第一个(最近的)相邻信道之外的任何相邻信道最小要求DUR值,DURreq(单位:dB)。然后PRv, U=P Rv, D−DUR req(4)将(1)和(3)代入(4),我们可以将路径损耗表示为:本文的其余部分组织如下。在第二节中,我们详细阐述了确定dk的步骤。的计算PL(hTi,hRv,dk,fc)=DURreq−F,TV+PTi-GDis+20 log 10f c+75。05(五)dk基于传播损耗模型。这项工作使用ITU-R P.1411-9建议[4]来确定传播损耗和距离,这适用于低功率和短距离传输。第3节描述了ITU-R P.1411-9模型。我们在第4节中给出了计算结果。最后,第五部分对本文进行了总结。2. 避让距离为避免干扰,水务署最理想的做法是不应在与任何数码电视接收器相隔一定距离的范围本节确定此“禁止”距离d k的表达式WSD对位于接收最弱的DTV信号的DTV服务轮廓或边界的受害者的伤害最大。在接收器处测量的DTV场强可以使用中给出的公式将其转换为信号功率可以从路径损耗项确定dk。另一方面,从传播损耗模型中找到路径损耗的值。下一节将介绍所选的模型。3. ITU-R P.1411-9传播模型ITU-R P.1411-9 [4]建议书提供了频率范围内室外短距离传播300 MHz至100 GHz。信息给出的路径损耗模型的视线(LoS)和非视线(NLoS)的环境,建筑物的入口损耗,多径模型的街道峡谷和屋顶的环境,信号分量的数量,极化特性和衰落特性。该建议用于评估短距离(小于FCC设F为、电视(单位:dBu)表示300 MHz和100千兆赫。在数字电视服务等高线处测量的(预期信号的)场强服务轮廓处的期望信号功率(单位:dBm)可以表示如下:PRv,D=F,TV+Dipole+GRv− Losssys(1)Dipole是根据Dipole = −75计算的偶极因子(单位:dBm-dBu)。05− 20 log 10 fc(2)中心工作频率fc(单位:MHz)。GRv是DTV接收机的天线增益。下标强调数码电视系统受到水务署的干扰。Losssys(单位:dB)为与以下是街道峡谷内视线(LoS)传播的模型。在UHF频率范围内,基本传输损耗可以用两个斜率和一个断点来表征。该模型根据路径损耗的下限、中位数和上限计算三组结果。在我们的计算中,我们考虑与来自WSD的最大可能干扰相关联的路径损耗的下限,从而导致最大可能的dk。传播损耗PL1的近似下限由下式给出:20 lg(d),d≤d传播,例如 线路损耗受害者DTV接收器在从DTV发射器接收期望信号的同时,也从干扰WSD接收不期望信号(即,干扰)。不需要的信号功率PLl= PLbp+40升dbpddbpBP,d> dbp(六)(unit:dBm)可以是表示如下:PLbp是断点处的传播损耗,定义为:PRv,U=PTi +GRv−GDis−PL(hTi,hRv,dk,fc)−Losssys(3)PLbpλ2ThR ⏐(七)(d===+=+=≤+=+≤=+=+−+− −−+− −−−Y.-- L. Foo/ICT Express 6(2020)7-109dbp是以米为单位的断点距离,由下式给出:表1在ATSC服务区保持距离dbp(八)λ其中λ是以米为单位的波长。hT和hR分别是发射和接收天线高度。下限基于双射线平面地球反射模型。传播距离d可以用PL表示如下:dbp·10(PLl−PLbp)/20,PLl≤PLbpdbp·10(PLl−PLbp)/40,PLl >PLbp4. 水务署运作(九)由于非广管局控制的水务署可在任何地方出现,包括在数码电视服务范围内,因此可能会干扰数码电视机。水务署对位于在DTV服务边界,接收最弱的DTV信号。为了避免来自水务署的过度干扰,可以对(1)其发射功率、(2)其可以操作的DTV信道以及(3)距最严重受害者的禁止距离dk我们调查这三个参数之间的相互作用为三种不同的数字电视服务:ATSC,ISDB-T,和DVB-T。就某条数码电视广播信道C而言,水务署不大可能获准在同一信道运作。共信道操作需要大的dk(至少100-200m),导致我们可以部署WSD的地方数量有限。我们可以考虑在邻近的通道,即信道C j,其中j为1,2,3,.. .这通常不会对现有服务造成任何严重威胁,因为它们的操作之间的信道间隔较大。在下面,我们使用ITU-RP.1411-9传播模型基于下界路径损耗来计算最大可能的dk。表1总结了水务署在ATSC服务区内第一、第二和第三邻道运行所需的dk水务署14分贝。结果表明,dk可以小于50 m,给定的WSD发送在13dBm的第一,第二,和第三信道相邻的一个活跃的ATSC信道。因此,将dk50 m设定为足以保护ATSC服务,但又不会太大而使水务署的部署不经济。在上表所列的典型条件下,我们建议对ATSC服务区内的水务署运作进行以下规范:(1)dk50 m;(2)EIRP 13 dBm。在遵守这条规例的情况下,水务署应获准在首个及其后的毗邻渠道运作,即其中j为1,2,.. .在相似的条件下,对ISDB-T服务区内的水务运行进行了相同的评价,但由于ISDB-T的F值、TV值不同,得出的表2表明,如果WSD在第一相邻信道中以13 dBm进行传输,则dk需要大到142 m,以便为ISDB-T用户提供足够的保护。这个距离可能太大,限制了我们可以部署水务署的地方。另一方面,我们发现,当水务署在第二和第三渠道相邻时,
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