Формирование импульсов для снижения нежелательных излучений

Уровни нежелательных излучений от цифровой модуляции могут быть значительно снижены с помощью формирования импульсов, т. е. с помощью использования форм импульсов без резких, почти прямоугольных изменений амплитуды или фазы. Теорема преобразования Фурье указывает, что если форма импульса в зависимости от времени становится импульсной для n -й производной, то тогда спектр мощности боковых полос снижается обратно пропорционально частоте в степени 2 n. В случае прямоугольных импульсов во временном интервале первая производная (n = 1) функции формы импульса оказывается импульсной, и боковые полосы снижаются как f ^–2, как для упомянутой выше формы. В качестве примера формирования импульса рассмотрим импульсы, для которых прямоугольные изменения единичной амплитуды заменены [1 + sin (x)]/2, где x линейно меняется от –p/2 до p/2 для положительных переходов и от p/2 до –p/2 для отрицательных. Получающаяся форма импульса оказывается импульсной для третьей производной, и поэтому спектр мощности снижается как f ^–6. Этот результат был получен в [Ponsonby, 1994]. Итак, например, на частоте, на которой огибающая спектра мощности падает до –20 дБ относительно максимума для прямоугольных импульсов, она снизится до –60 дБ при описанном синусоидальном формировании. Этот результат очень полезен, поскольку намного сокращается спектральный диапазон, в котором вызванное модуляцией нежелательное излучение может оказаться вредным для радиоастрономии. Описано множество других практичных способов формирования импульсов для снижения нежелательных излучений, например гауссова минимальная манипуляция (GMSK) [Murota and Hirade, 1981; Otter, 1994].

Использование методов модуляции, направленных на сведение к минимуму нежелательных излучений, может дать эффект только в случае, если каскады усилителя мощности после модулятора достаточно линейны, чтобы избежать генерации нежелательных излучений в виде составляющих взаимной модуляции. Эта проблема относится в особенности к спутниковым передачам, для которых ограничения электрической мощности могут привести к необходимости максимального повышения эффективности передатчика за счет линейности. На некоторых спутниках связи используют несколько разных лучей для передач на линиях вниз, чтобы можно было повторно использовать частоту. Эти лучи формируются с помощью соответствующей фазировки большого количества излучающих элементов, для каждого из которых применяют свой усилитель мощности. В таких случаях не всегда оказывается удобной фильтрация усиленных сигналов для устранения нежелательных излучений.

Пример помех от широкополосной модуляции

Серия GLONASS спутников радиоопределения [Daly, 1988; Ponsonby, 1991] стала с середины 1980‑х годов источником помех для радиоастрономических наблюдений в полосах 1610,6–1613,8 МГц и 1660–1670 МГц [Galt, 1990]. Полностью развернутая система включает 24 спутника с тремя плоскостями орбит. Сначала планировали использовать 24 канала передачи с центральными частотами, разнесенными с интервалами 0,5625 МГц от 1602,5625 до 1615,5 МГц. Спутники создают помехи в каналах, расположенных достаточно далеко от радиоастрономических полос, за счет боковых полос, возникающих при модуляции с расширением спектра. Частотный спектр боковых полос имеет структуру с интервалами повторения в 0,511 и 5,11 МГц, возникающую за счет частот манипуляции, соответственно для кодовой модуляции низкой и высокой точности. Основная структура боковых полос представляет собой последовательность максимумов, разнесенных на 5,11 МГц, и узких выбросов на частоте, которая возникает в некоторых нулях. Некоторые нулевые выбросы обнаруживаются на частотах, удаленных от канала передачи на такое расстояние, что появляются в радиоастрономической полосе 1660–1670 МГц.

Администрация GLONASS провела серию испытаний в сотрудничестве с IUCAF в ноябре 1992 года. Спутники, использующие каналы передачи вблизи полосы 1610,6–1613,8 МГц, были сдвинуты по частоте или поэтапно выключены. В оценке влияния таких изменений системы GLONASS на качество астрономических данных помогали пятнадцать обсерваторий по всему миру. Оценка результатов послужила основой для официальных соглашений между администрацией GLONASS, IUCAF и правительствами некоторых государств, рассматривающих комплексное решение проблемы помех от GLONASS в радиоастрономических полосах. Это решение состоит в следующем:

–   снижение количества необходимых частотных каналов с помощью использования того же канала для спутников в противоположных полушариях;

–   смещение вниз отведенных для каналов частот от радиоастрономической полосы; и

–   применение фильтрации выше первого нуля в расширенном спектре канала с самой высокой частотой.

Со времени соглашения GLONASS–IUCAF не было запущено ни одного космического аппарата с использованием частот выше 1610 МГц, и все они имели фильтры ОоВ; после 1999 года основные излучения в радиоастрономическом диапазоне 1612 МГц были устранены. Соглашение между GLONASS и IUCAF официально признано в Регламенте радиосвязи. В Таблице 1-2 Приложения к Резолюции 739 (Пересм. ВКР-2007) говорится: "Эта Резолюция не применяется к существующим и будущим присвоениям радионавигационной спутниковой системы GLONASS/GLONASS-M в полосе 1559–1610 МГц, независимо от даты получения соответствующей информации для координации или заявления, в зависимости от случая. Защита радиоастрономической службы в полосе
1610,6–1613,8 МГц обеспечивается и будет поддерживаться в дальнейшем в соответствии с двусторонним соглашением между Российской Федерацией, администрацией, заявляющей систему GLONASS/GLONASS-M, и IUCAF, а также последующими двусторонними соглашениями с другими администрациями".

Пример. Радиопомехи, создаваемые системой подвижной спутниковой связи IRIDIUM (HIBLEO-2)

Данный раздел сформирован на основе Отчета ECC 171, в котором приведена подробная информация о методике и измерениях.