Базовая кафедра МТУСИ “Электромагнитная совместимость и

Базовая кафедра МТУСИ “Электромагнитная совместимость и

Управление радиочастотным спектром”, ФГУП НИИР

Москва

2016г.

Предисловие

Основной целью данного учебного пособия является ознакомление студентов вузов, имеющих факультеты радиотехнического профиля, c важнейшими понятиями, терминами и физическими основами теории электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем для подготовки их к разнообразной активной деятельности в этом весьма актуальном научно-техническом направлении развития телекоммуникаций. Пособие предназначено для студентов направления подготовки “Информационные технологии и системы связи”, но может быть полезным и студентам вузов упомянутого выше типа, обучающимся по другим направлениям, а также дипломированным специалистам, которые впервые обращаются к проблемам электромагнитной совместимости.

В предлагаемом учебном пособии повышенное внимание уделяется физическим основам явлений, связанных с процессами помехового взаимодействия радиоэлектронных средств и систем, причем рассмотрение этих явлений проводится в возможно более общем виде. Содержание пособия в значительной мере опирается на материалы двух фундаментальных монографий [1,2], написанных группой авторитетных специалистов в области ЭМС под редакцией д.т.н., проф. Быховского М.А., а также на многие другие литературные источники, включая отдельные работы автора.

Вопросы эффективного использования радиочастотного спектра и методик проектирования беспроводных телекоммуникационных систем и сетей будут рассмотрены в отдельном учебном пособии.

Автор имеет значительный опыт МТУСИ и МФТИ на базовых кафедрах этих вузов во ФГУП НИИР. преподавания в МТУСИ дисциплин, связанных с различными системами радиосвязи и их электромагнитной совместимостью. В течение нескольких последних лет читал курсы по тематике ЭМС радиоэлектронных средств и систем студентам МТУСИ и МФТИ.

Содержание

 

Предисловие 2

Глава 1. Общие сведения о проблеме электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и сиcтем

1.1. Основные исходные понятия, термины и задачи дисциплины 2

1.2. Непреднамеренные помехи и каналы их проникновения в рецептор 1.2.1. Непреднамеренные помехи и их классификация 4

1.2.2. Каналы проникновения непреднамеренных помех 8

1.3. Общий механизм воздействия мешающего радиосигнала (МС) на приемник полезного радиосигнала (ПС) 10

1.4. Этапы определения степени достижения ЭМС заданного комплекса РЭС 16

1.5. Общие методы обеспечения ЭМС 24

Глава 2. Критерии ЭМС для различных радиослужб и условия их выполнения 20

 

Глава 3. Обобщенный подход к анализу ЭМС наземных и

спутниковых систем радиосвязи 28

 

;;;

Глава 4. Источники непреднамеренных помех. Основные параметры радиопередающих устройств, влияющие на ЭМС РЭС и систем радиосвязи 38

4.1 Источники непреднамеренных помех, выступающих в роли мешающих сигналов 39

4.2 Характеристики и параметры радиопередающих устройств,

влияющие на ЭМС РЭС, и их нормирование 40

Глава 5. Основные свойства и характеристики радиоприемников 47

 

5.1. Характеристики и параметры радиоприемных устройств, влияющие на ЭМС РЭС, и их нормирование 47

5.2. Характеристики и параметры радиоприемника при многосигнальном воздействии 55

 

Глава 6. Характеристики и параметры антенн, определяющие ЭМС РЭС

6.1. Характеристики и параметры антенн, влияющие на ЭМС РЭС 57

Глава 7. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов

7.1 Общие закономерности распространения радиоволн 64

7.2. Особенности распространения полезных радиосигналов 73

7.3 Механизмы и особенности распространения мешающих

радиосигналов 76

Глава 8. Методы определения защитных отношений

8.1. Общие сведения о защитных отношениях 78

8.2 Особенности определения защитных отношений для различных видов систем радиосвязи 80

8.3 Принципы определения видов и значений критериев ЭМС для различных радиослужб 85

Глава 9. Определение норм частотно-территориальных разносов для различных радиослужб

9.1. Основные положения по определению норм ЧТР для различных систем радиосвязи

9.2 Особенности определения норм ЧТР для аналоговых систем 91

9.Пр. 3. Особенности определения норм ЧТР для цифровых систем 94

9.4. Особенности определения норм ЧТР для систем сотовой подвижной связи 96

Глава 10. Методы обеспечения ЭМС РЭС и систем 99

Глава 11. Методы анализа ЭМС РЭС, расположенных на одном объекте 102

11.1. Общая характеристика проблемы анализа и обеспечения внутриобъектовой ЭМС

11.2. Основные технические параметры РЭС, учитывающиеся в процессе анализа внутриобъектовой ЭМС

11.3 Частотный анализ и особенности расчета основных характеристик

и параметров радиопомех 105

11.4 Расчет мощности помехи на входе РПМ 107

11.5 Расчет мощности помехи, приведенной ко входу РПМ 110

11.6 Расчет допустимой мощности помехи на входе РПМ 111

11.7. К расчету внеполосных характеристик антенн

11.8. К расчету развязки между близко расположенными антеннами 112

Глава 12. Индустриальные радиопомехи

12.1. Классификация и нормирование индустриальных радиопомех 121

Глава 13. Особенности анализа ЭМС спутниковых систем радиосвязи и вещания

1. 3.1 Особенности спутниковых систем связи с точки зрения теории ЭМС 128

1. 3.2 Особенности анализа ЭМС систем связи (ССС) на базе геостационарных и негеостационарных спутников. 132

Приложение 1. Таблица диапазонов частот 147

Приложение 2. Ряд широко используемых Рекомендаций МСЭ-Р 153

Приложение 3. Общие сведения о Расчетно-Программным Комплексе РАКУРС для управления радиочастотным спектром в вещательной службе.

 

Список литературы 238

Глава 1

Глава 3. Обобщенный подход

Диапазон частот выше 20 ГГц

Основное достоинство этого диапазона заключается в широкой доступной полосе частот и возможности применения антенн с большими коэффициентами усиления. Основной недостаток – высокая подверженность атмосферным эффектам, которые приводят к большим ослаблениям сигнала. Кроме того, данный поддиапазон характеризуется наличием так называемых «окон прозрачности» и «окон поглощения» для радиоволн определенных частот. Наличие этих «окон» обусловлено селективным поглощением радиоволн конкретных частот в газах атмосферы (в основном, в кислороде и в парах воды). В частности, поглощение в кислороде максимально на частотах 60 и 119 ГГц, а в парах воды – на частотах 22 и 183 ГГц.

Общие соображения

Чтобы гарантировать удовлетворительное сосуществование наземных и спутниковых систем при совместном использовании многих полос частот различными радиослужбами и различными операторами схожих радиослужб, важно уметь прогнозировать с удовлетворительной достоверностью вероятные уровни помех между этими системами, используя достаточно точные и надежные модели и процедуры прогнозирования, приемлемые для всех заинтересованных сторон. Поскольку при проведении статистического анализа ЭМС оперируют именно реальными значениями мощностей ПС и МС на входе рецептора помех, определяемыми в соответствии с (7.2) и (7.3), а также их отношений, необходимо определять статистические характеристики (дифференциальные или интегральные законы распределения) быстрых и медленных замираний полезных и мешающих радиосигналов на трассах различных типов при использовании различных диапазонов частот. При этом соотношение мощностей ПС и МС на входе приемника-рецептора помех может изменяться от многих десятков дБ (в моменты отсутствия замираний ПС и наличия глубоких замираний МС) до весьма малой величины (единиц дБ или даже долей дБ), недостаточной для нормальной работы основной радиосистемы (в моменты глубоких замираний ПС и отсутствия их у МС).

В качестве исходныхстатистических характеристик замираний взаимодействующих радиосигналов на заданных трассах распространения ПС и МС можно было бы использовать четыре дифференциальных закона распределения замираний ПС и МС:

-- Wпс(Vбз) – плотность распределения вероятности глубины быстрых замираний ПС; -- Wмс(Vмз)– плотность распределения вероятности глубины медленных замираний МС. -- Wмс(Vбз) – плотность распределения вероятности глубины быстрых замираний МС; -- Wмс(Vмз) – плотность распределения вероятности глубины медленных замираний МС.

Однако, заранее эти законы распределения глубины замираний заранее неизвестны для каждой заданной трассы распространения данного радиосигнала. Такой подход возможен лишь после разработки достаточно достоверной альтернативной методики нахождения законов распределения замираний радиосигнала заданного диапазона волн по имеющимся данным о совокупности параметров трассы раcп ространения этого сигнала с последующим нахождением интегрального закона распределения отношения мощностей ПС и МС на входе приемника-рецептора помех и оценки ЭМС по критерию защитного отношения.

Поэтому в существующих методиках расчета ЭМС информация о статистике быстрых и медленных замираний радиосигнала на трассе рассматриваемого типа обычно предоставляется в виде кумулятивных законов распределения вероятностей (определяющих вероятность превышения или непревышения случайной величиной заданного значения) глубины замираний: Fпс (V”) = Вер. (Vпс <V”) для полезного сигнала (интегральный закон распределения Vпс: множитель ослабления ПС ниже текущего значения V”) и

Fмс(V”) = Вер. (Vмс >V”) для мешающего сигнала.

Здесь учитываются вероятности худших случаев: множитель ослабления ПС ниже текущего значения V” и множитель ослабления МС выше текущего значения V”, соответственно. Особенно часто в виде кумулятивных распределений выдаются результаты исследований статистики замираний на базе реальных измерений на трассах или аппроксимации неких усредненных параметров замираний на трассах определенного типа. Вместо вероятностей превышения/непревышения определенного значения V часто используют соответствующие проценты времени. Для анализа меняющейся во времени величины множителя ослабления V(t) радиосигнала на трассах распространения ПС и МС необходимо знать высотный профиль местности между точками передачи и приема (трассы распространения радиосигнала) над средним уровнем моря. При построении высотного профиля трассы между точкой t1 передачи радиосигнала и точкой t2 приема радиосигнала и определении реальной протяженности этой трассы используется понятие дуги большого круга. Большим кругом называется сечение Земли плоскостью, проходящей через центр Земли и точки t 1 и t 2 (рис. 7.3).

 

Рис. 7.3 Дуги большого круга t1- t2

 

Дуга большого круга представляет собой кратчайший маршрут по поверхности земной сферы между любыми двумя точками t1 и t2, находящимися на этой поверхности. Соответствующая кривая между этими точками называется ортодромией. Она получается в результате сечения земной сферы плоскостью, проходящей через точки t1, t2 и центр Земли. В отличие от обычной Эвклидовой геометрии, в которой кратчайшим расстоянием между двумя точками является длина прямой линии между ними, на сфере оно определяется длиной меньшей из двух частей дуги большого круга, разделяемых точками t 1 и t 2 (Рис. 7.3).

 

Любым двум точкам на поверхности сферы, если только они не прямо противоположны друг другу по отношению к центру Земли (то есть не являются антиподами), соответствует единственный большой круг и единственная ортодромия, так как 3 точки (t1, t2 и центр Земли) лежат в одной единственной плоскости. Между двумя точками-антиподами можно провести бесконечное количество больших кругов, но расстояние между ними будет одинаково на любом круге и равно половине окружности круга, или π R, где R – радиус сферы (Земли).

Понятие дуги большого круга используется не только в радиосвязи, но и в совершенно иных областях. Так морской и авиатранспорт для экономии топлива как правило используют маршруты минимального расстояния между точками, то есть их движение осуществляется по дуге большого круга.

При нахождении параметров распространения как ПС, так и МС тоже естественно проводить расчеты с использованием дуги большого круга по следующим причинам: в случае расчета уровня ПС - поскольку максимумы диаграмм направленности антенн в точках передачи и приема естественно направить по кратчайшему пути; в случае расчета уровня МС – поскольку при кратчайшем расстоянии между передатчиком МC и приемником ПС как правило наблюдается наибольший уровень МС, т.е. худший случай. Между станциями, расположенными на поверхности Земли, а также между этими станциями и космическими системами могут существовать множество типов и комбинаций трасс распространения, причем для каждого конкретного случая требуется свой метод прогнозирования. Второй из этих двух вариантов взаимодействия кратко рассмотрен в главе 8.

 

Каждому механизму возникновения помех соответствует своя, как правило достаточно сложная методика расчета, объем которой часто соответствует целой брошюре. Поэтому существующие общие методики расчета уровней полезных и/или мешающих сигналов, состоящие преимущественно из формул, графиков и рисунков, весьма объемны, сложны и требуют длительного и внимательного изучения. Например, документ “РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R P.452-14. Процедура прогнозирования для оценки помех между станциями, находящимися на поверхности Земли, на частотах выше приблизительно 0,1 ГГц [21], действующий в настоящее время (2014г), содержит более 50 страниц весьма плотного насыщенного текста, а одна из отечественных разработок “Методика расчета статистических характеристик мешающих сигналов при фиксированном положении пунктов передачи и приема в полосах частот 1-60 ГГц” – 90 страниц, включая таблицы “данных об усредненных значениях давления, температуры и абсолютной влажности у земной поверхности для наиболее влажного месяца’’ [27].

Большинство практически используемых методик прогнозирует помехи в условиях ясного неба (режим распространения волн 1) и за счет рассеяния в гидрометеорах (режим распространения волн 2) раздельно, хотя в реальных условиях возможны комбинации этих режимов.

Поскольку основной целью данного пособия является изложение основных физических подходов к анализу ЭМС, то, учитывая высокую степень разнообразия вариантов замираний ПС и МС и объемность процедур расчета каждого из них, ограничимся общим рассмотрением существенных моментов статистического анализа этих замираний на входе рецептора помех, опираясь для простоты лишь на один авторитетный источник [21] и попутно отмечая неидеальность отдельных суждений, положенных в его основу. Например, в [27], авторы которого выполнили колоссальный объем натурных измерений и обработки их результатов, отмечено, что при прогнозировании помех, одним из механизмов распространения которых является дальнее тропосферное рассеяние, существуют трудности разработки единого согласованного набора практических методов расчета, охватывающих широкий диапазон расстояний и значений процентов времени (превышения или непревышения определенного уровня сигнала в зависимости от того, является ли он полезным или мешающим), поскольку в реальной атмосфере степень влияния на уровень МС какого-то одного преобладающего механизма распространения из двух-трех постепенно изменяется по сравнению с влиянием другого механизма по мере изменения метеорологических условий и/или трассы. При этом временные интервалы недопустимо высоких уровней МС из-за разных механизмов распространения МС могут частично перекрываться, усугубляя помеховую ситуацию на время этого перекрытия. В то же время это приводит даже к некоторому уменьшению суммарного процента времени недопустимого уровня МC на входе рецептора помехи.

В отличие от сложных реальных процессов распространения радиоволн на трассах, анализ которых требует достаточно высокого уровня исследователя, для физического осмысления студентами процессов распространения радиоволн СВЧ исключительно полезной является так называемая двухлучевая модель распространения радиоволн, учитывающая лишь два маршрута распространения (“луча”) радиоволн – прямую волну и волну, отраженную от подстилающей земной поверхности – и, безусловно, являющаяся заметным упрощением реальных процессов на трассе распространения волн. Владение этой моделью позволяет даже по виду профиля пролета предвидеть основные характерные особенности распространения радиоволн на этом пролете. Кстати, именно на базе двухлучевой модели построена классификация трасс распространения (открытая, полуоткрытая, закрытая трассы) [8].

и проведем “экскурсию” по сложной методике расчета уровня МС, изложенной в [21]это P.452-14 (10/2009).

7.6. Пример процедуры расчета уровня МС между наземными станциями на частотах выше примерно 100 МГц

7.6.1. Построение высотного профиля трасс распространения радиосигналов

 

Вначале производится построение высотного профиля рассматриваемой трассы (рис. 7.3). Основываясь на географических координатах станции, создающей помехи (T-transmitter), и станции, испытывающей эти помехи (R-receiver), следует определить высоты местности над средним уровнем моря вдоль трассы по дуге большого круга (см. выше), используя для этого топографическую базу данных или соответствующие крупномасштабные контурные карты. Расстояние между точками профиля должно, по мере возможности, захватывать основные черты местности. Как правило, подходят приращения расстояния между 30м и 1 км. В целом целесообразно использовать приращение расстояний большей длины для более длинных трасс. В качестве начальной и конечной точки профиль должен включать высоты над поверхностью земли станции, создающей помехи, и станции, испытывающей эти помехи.

Хотя вариант с равноотстоящими точками профиля является предпочтительным, используют и метод с неравноотстоящими точками профиля. Это может оказаться полезным, когда профиль берется из цифровой карты горизонталей высот и предоставляются координаты точек, имеющих фиксированные дискретные значения высоты (например, c “шагом” 10м).

Точка профиля, соответствующая высоте станции, создающей помехи, принимается за нулевую точку, а точка, соответствующая станции, испытывающей помехи, – за n-ую. Таким образом, профиль состоит из (n+ 1) точки. На рис.7.4. в качестве примера дан профиль высот над средним уровнем моря для наземной трассы распространения мешающего радиосигнала, на котором показаны различные связанные с реальной местностью параметры [21].

 

 

Рис.7.4. Профиль высот над средним уровнем моря для наземной загоризонтной трассы.

 

В таблице 7.1 определены параметры, используемые или получаемые в ходе анализа профиля трассы.

 

ТАБЛИЦА 7.1

Определение параметров профиля трассы

Параметр	Описание
œ	Эквивалентный радиус Земли (км)
d	Расстояние на трассе по дуге большого круга (км)
di	Расстояние вдоль дуги большого круга от станции, создающей помехи, до i-й точки поверхности (км)
dii	Интервал приращения для регулярных данных профиля трассы (км)
f	Частота (ГГц)
λ	Длина волны (м)
hts	Высота (м) антенны станции, создающей помехи, над средним уровнем моря (нсум)
hrs	Высота антенны станции, испытывающей помехи (м) (нсум)
ϴt	Для загоризонтной трассы угол места по отношению к горизонту над местной горизонталью (мрад), измеренный со стороны антенны, создающей помехи. Для трассы прямой видимости это должен быть угол места, измеренный со стороны антенны, испытывающей помехи.
ϴr	Для загоризонтной трассы угол места по отношению к горизонту над местной горизонталью (мрад), измеренный со стороны антенны, испытывающей помехи. Для трассы прямой видимости это должен быть угол места, измеренный со стороны антенны, создающей помехи.
ϴ	Угловое расстояние на трассе (мрад)
hst	Высота гладкой поверхности Земли (нсум) в месте размещения станции, создающей помехи (м)
hsr	Высота гладкой поверхности Земли (нсум) в месте размещения станции, испытывающей помехи (м)
hi	Высота i-й точки земной поверхности над средним уровнем моря (м) h0: высота станции, создающей помехи hn: высота станции, испытывающей помехи
hm	Неровность земной поверхности (м)
hte	Эффективная высота антенны, создающей помехи (м)
hre	Эффективная высота антенны, испытывающей помехи (м)

Классификация трасс

Трасса может быть классифицирована в качестве трассы в пределах прямой видимости либо загоризонтной трассы только для определения расстояний d_lt и d_lr, и углов места q _t и q _r. По профилю трассы необходимо определить, является ли она трассой в пределах прямой видимости либо загоризонтной трассой, основываясь на значении медианного эквивалентного радиуса Земли, ae, представленного в уравнении ( 6а??).

Трасса считается загоризонтной, если ее угол места по отношению к физическому горизонту со стороны антенны, создающей помехи (относительно местной горизонтали), больше угла (опять-таки относительно горизонтали в месте расположения мешающей антенны), под которым видна антенна, испытывающая помехи. Критерий принадлежности трассы к категории загоризонтных следующий: q max > q td, мрад (7.7)

где: , мрад (7.8)

q i -- угол места по отношению к i- й точке поверхности:

, (7.9) где: hi: высота i -й точки земной поверхности (м) над средним уровнем моря;

hts: высота антенны, создающей помехи (м), над средним уровнем моря;

di: расстояние от антенны, создающей помехи, до i -го элемента поверхности (км),

мрад, (7.10)

где:

hrs: высота антенны, испытывающей помехи (м), над средним уровнем моря;

d: общее расстояние по дуге большого круга (км);

ae: медианное значение эквивалентного радиуса Земли, соответствующего рассматриваемой трассе (уравнение (6а??).

Большие водоемы на суше

"Большие" водоемы на суше, которые следует относить к Зоне B, определяются как водоемы площадью по крайней мере 7800 км², за исключением площади рек. При расчете площади острова, расположенные в этих водоемах, следует считать водой, если их возвышение над средним уровнем водоема не превышает 100 м для более чем 90% их площади. Острова, которые не удовлетворяют этому критерию, при расчете площади водоема следует отнести к суше.

Под аналоговыми системами радиосвязи ниже будем понимать важнейший и наиболее распространенный вид наземных аналоговых систем фиксированной связи – радиорелейные линии радиосвязи с частотной модуляцией несущей многоканальным телефонным сообщением и частотным разделением каналов (ТФ стволы РРЛ с ЧРК-ЧМ) или аналоговым телевизионным сигналом (ТВ стволы РРЛ).

При анализе ЭМС аналоговых систем радиосвязи используется понятие коэффициента ослабления помех æ, определяющего, во сколько раз отношение мощностей полезного сигнала и помехи на выходе канала связи больше, чем на входе приемника-рецептора:

æ = [Pc/Pп]вых.кан. /[Pc/Pм]вх.пр. = [Pc/Pп]вых.кан./Qм, (9.14)

где Qм = [Pc/Pм]вх.пр. – отношение мощностей ПС и МС на входе рецептора.

Коэффициент ослабления помех æ зависит от расстройки несущих частот полезного и мешающего сигналов, параметров их энергетических спектров и характеристик рецептора. Из (9.14) следует, что

Рп вых.кан = Pc вых.кан./ æ Qм (9.15)

Мощность помех в определенной точке на выходе телефонного канала, называемой точкой с нулевым относительным уровнем (т.ОНУ), соотносится по уровню с мощностью специального измерительного гармонического сигнала частотой 1 КГц и мощностью 1 мВт в этой точке. Поскольку мощность помех Рп вых.кан выражается в пВт, а Pc вых.кан = 1 мВт, получаем:

Pп вых. кан. (пВт0) = 10(9) /(æQ_м), (9.16)

,

Рис. 9.2 Статистическое распределение глубины замираний мешающего сигнала на открытых трассах с прямой видимостью.

Рис. 9.3 Статистическое распределение глубины замираний мешающего сигнала на дифракционных трассах распространения с открытой местностью.

 

Рис. 9.4 Статистическое распределение глубины замираний мешающего сигнала на сухопутных трассах распространения из-за тропосферного рассеяния.

9.Пр. 3. Особенности определения норм ЧТР для цифровых систем

Для цифровых систем связи методика анализа ЭМС и определения ЧТР подобна рассмотренной методике для аналоговых систем, но показателем качества приема здесь является вероятность ошибочного приема Рош, которая в отличие от аналоговых систем зависит не только от к отношения мощностей ПС и МС на входе приемника, но и от отношения мощности ПС к мощности теплового шума, приведенной ко входу приемника Q_ш(t). Эта зависимость представляется в виде функционала:

Р_ош = ψ[Q_ш(t), Q_м (t)], (9.18)

где Q_ш(t) -- отношение сигнал/шум, приведенное ко входу рецептора помехи, а Q_м (t) – отношение мощностей ПС и МС на входе приемника.

Отношение сигнал/шум Q_ш(t) может быть найдено следующим образом:

Q_ш (t) = Q_{ш 0} ∙ (t)= [Р_с0 /Р_{т ш} ] * (t), (9.19)

где Q _ш0 - значение отношения сигнал/шум при распространении ПС в условиях свободного пространства, Р _с0 - мощность полезного сигнала при его распространении в свободном пространстве; Р _{т ш} - мощность теплового шума, приведенная ко входу приемника; (t) -- случайный процесс, отражающий изменение во времени квадрата множителя ослабления ПС.

В графическом виде зависимость (9.18) для 64-КАМ представлена на рисунке (9.5), а для 256-КАМ – на рисунке (9.6).

 

Рис. 9.5. Вероятность ошибок в цифровой системе связи с модуляцией

64-КАМ.

 

 

Рис. 9.6. Вероятность ошибок в цифровой системе связи

с модуляцией 256-КАМ.

По аналогии с (9.16) и (9.17)??? можем записать формулы для определения Т _{м доп}, ΔV _{с доп} и ΔV _{м доп}: ; (9.20)

(9.21)

Эти формулы позволяют определять ЧТР, используя графики на рис.9.Пр. 3...9.Пр. 3.

9.4. Особенности определения норм ЧТР для систем сотовой подвижной связи

При анализе межсистемной ЭМС РЭС сотовой подвижной связи необходимо рассматривать влияние базовых станций (БС) одной сети на абонентские станции (АС) другой сети, а также и обратное воздействие АС одной сети на БС другой. Например, при наличии на одной территории двух сетей сотовой подвижной связи, созданных на базе различных стандартов, влияние между ними можно описать следующими ситуациями (они схематично показаны на рисунке 9.7):

АС_CDMA → БС_AMPS; БС_CDMA → АС_AMPS; АС_AMPS → БС_CDMA; БС_AMPS → АС_CDMA.

Рис. 9.7

Возможные помеховые ситуации при взаимодействии двух сетей сотовой подвижной связи

(R₁, R₂, R₃, и R₄ – территориальные разносы между РЭС совмещаемых сетей).

Из рис. 9.7 следует, что величина max(R₁, R₄) определяет необходимое расстояние между БС_AMPS и АС_CDMA, а территориальный разнос max(R₂, R₃) обеспечивает ЭМС между БС_CDMA и АС_AMPS. С практической точки зрения целесообразно определить минимально допустимое расстояние между БС рассматриваемых сетей, при котором обеспечивается совместная работа всех РЭС этих сетей с заданным качеством.

Для обеспечения ЭМС РЭС необходимо, чтобы территориальный разнос между БС_CDMA и БС_AMPS выбирался из следующего условия:

, (9.22)

где R_{0 CDMA} и R_{0 AMPS} – радиусы зон обслуживания БС в сетях CDMA и AMPS, соответственно.

Обеспечение ЭМС РЭС сотовых сетей связи стандартов CDMA и AMPS в совмещенных частотных каналах возможно только в том случае, если установлены ограничения на энергетические параметры этих РЭС, а зоны покрытия сетей разделены некоторой нейтральной областью, определяемой требуемым территориальным разносом между границами сетей. Необходимый территориальный разнос между границами зон обслуживания сетей AMPS и CDMA показан на рис. 9.8 и может быть определен из выражения:

. (9.23)

 

Рис. 9.8

Необходимый территориальный разнос между границами сот двух сетей.

 

Значения территориального разноса, рассчитанные по описанным соображениям, приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1.

	R0 CDMA, км	R0 AMPS, км	R1, км	R2, км	R3, км	R4, км	D, км	d, км
В направлении максимума ДН антенны БС в гориз. пл., Gmax=13 дБ	1,8	5,3	4,0	3,1	15,4	6,1	20,7	13,6
В направлении первого бокового лепестка ДНА БС в гориз. пл., уровень бокового лепестка -7 дБ	0,5	1,4	1,0	0,82	4,0	1,6	5,4	3,5
В направлении первого бокового лепестка ДНА БС с уровнем -27 дБ в гориз. пл.	0,12	0,37	0,27	0,21	1,0	0,42	1,37	0,88

Частотный анализ

Частотный анализ является начальным этапом оценки ЭМС и включает выявление частотных каналов проникновения непреднамеренных помех на вход РПМ. Непреднамеренная помеха проникает на вход РПМ, если выполняется неравенство:

, (11.3)

где р = 1, 2, 3, …, р _max – номер гармоники несущей частоты РПД (на практике р _max ≤ 5);

f_j – несущая частота РПД j -го РЭС, Гц;

n – 1, 2, 3 …, n _max - номер гармоники частоты гетеродина

(на практике n _max ≤ 5);

m = 1, 2, 3, … m _max – номер побочного канала приема??

(на практике m _max ≤ 5);

f _i – частота настройки РПМ i -го РЭС, Гц;

η – признак настройки гетеродина приемника, равный 1 для верхней настройки и -1 для нижней настройки гетеродина;

- первая промежуточная частота РПМ i -го РЭС, Гц;

Δf _jX(p,m) – полоса частот радиоизлучения j -го РЭС на р -ой гармонике и уровне Х дБ в m -ом побочном канале приема, Гц;

Δf _jX – полоса пропускания УПЧ РПМ i -го РЭС на уровне Х дБ, Гц.

Решение неравенства (3) позволяет определить такие сочетания номеров гармоник передатчика р = р' и гетеродина n = n' и номера побочного канала приема m = m', при которых возможно возникновение и проникновение непреднамеренных радиопомех в основной и побочные каналы приема РПМ.

Интермодуляционные помехи в РПМ возникают при выполнении неравенства:

, (11.4)

 

где f ₁, f₂, ... f _i – частоты мешающих сигналов, Гц;

р ₁, р ₂, … р _i – номера гармоник мешающих сигналов;

f _{i г} – частота гетеродина i -го РПМ, Гц.

При этом порядком интермодуляции называется сумма гармоник р _i мешающих сигналов, участвующих в образовании интермодуляционной помехи. На практике ограничиваются учетом интермодуляционных помех не более 3-го порядка, т.к. вероятность образования и уровень таких помех будет уменьшаться по мере увеличения номеров гармоник частот мешающих РПД.

Пара РЭС объекта считается потенциально несовместимой, если в результате проведенного частотного анализа выявлен хотя бы один из каналов проникновения помехи в тракт РПМ.

Классификация ИРП

ИРП делятся на множество групп по различным классификационным признакам. По функциональному назначению устройств, создающих ИРП, эти помехи бывают следующих видов: - созданные бытовыми приборами и устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …1000 МГц); - созданные электрическим световым оборудованием (создает ИРП в диапазоне 0,15 …600 МГц); - созданные двигателями внутреннего сгорания (создают ИРП в диапазоне 0,15 …4000 МГц); - созданные промышленными, научными и медицинскими высокочастотными устройствами (создают ИРП в диапазоне 0,15 …20 ГГц); - созданные высоковольтными ЛЭП и электроподстанциями (создают ИРП в диапазоне 20 …30 МГц); - созданные электродвигателями и транспортными средствами на электрической тяге (создают ИРП в диапазоне 0,15 …2000 МГц); - созданные оборудованием информационных технологий (создает ИРП в диапазоне 0,15 …10 ГГц).

По месторасположению устройств, создающих ИРП, эти помехи бывают: - созданные техническими средствами, находящимися в промышленных зонах; - созданные техническими средствами, находящимися в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением; - созданные техническими средствами, расположенными на специально выделенных территориях; - созданные техническими средствами, размещающимися совместно с РЭС.

По спектральному составу различают: - широкополосные ИРП. ИРП считается широкополосной, если ширина ее энергетического спектра по уровню 3 дБ шире полосы пропускания приемного устройства (по этому же уровню), на которое она воздействует. Такие ИРП создаются большинством источников таких помех, особенно теми, где имеется искрение контактов, электрическая дуга и т.д.;

- узкополосные ИРП. ИРП считается узкополосной, если ширина ее энергетического спектра по уровню 3 дБ меньше полосы пропускания приемного устройства (по этому же уровню), на которое она воздействует. Узкополосные ИРП создаются, например, группой промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных устройств. Такие источники ИРП в международных источниках относятся к группе IMS (Industry-Medicine-Science).

По времени действия ИРП бывают: - длительные: помехи, длительность которых превышает 1 с.; - прерывистые (кратковременные) помехи, длительность которых не превышает 0,2…1 с. В зависимости от механизма распространения ИРП бывают: - излучаемые, т.е. ИРП, распространяющиеся в пространстве. Поскольку в источниках ИРП нет специальных устройств для их излучения, то мощность излучаемых ИРП весьма мала и, как правило, на расстояниях в несколько метров (десятков метров для мощных источников) ее влияние на