Расчет взаимных помех между проектируемыми и действующими радиосредствами на локальном объекте

Расчет взаимных помех между проектируемыми и действующими радиосредствами на локальном объекте

РАССМОТРЕНА ПРОБЛЕМА ВЗАИМНЫХ ПОМЕХ МЕ*РУ ПРОЕКТИРУЕМЫМИ И Д ЕЙСТВУЮЩИМИ РАДИОСРЕДСТВАМИ НА ЛОКАЛЬНОМ ОБЪЕКТЕ (БАШНЕ, ВЫСОТНОМ ЗДАНИИ). ОПИСАНА МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ ВЫЯВИТЬ ИСТОЧНИКИ И ОЦЕНИТЬ УРОВНИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОМЕХ. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ЯВЛЯЮТСЯ ОСНОВОЙ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ПОМЕХ

Л.Ш. Альтер,

СПбГУТ,

И.И. Подманков, М.В. Свириденко,

НПК СвязьСервис

Проблема взаимных помех. Одновременная работа на локальном объекте нескольких десятков радиосредств различных служб (радиовещания и ТВ, систем сотовых, транкинговых, радиорелейных, абонентского радиодоступа) создает условия, при которых излучения передатчиков возбуждают в близкорасположенных приемных антеннах интенсивные мешающие сигналы и, как следствие, ухудшают качество связи.

Несовершенство параметров РЭС и их группирование на локальных объектах (рис.1), ограниченность частотного ресурса являются причиной возникновения проблемы взаимных межсистемных помех или электромагнитной совместимости (ЭМС) РЭС [1, 2].

При проектировании новой сети связи необходимо оценить возможность появления помех при вводе нового средства и, если необходимо, предусмотреть мероприятия по их

устранению. Перед специалистами, занимающимися вопросами проектирования, частотно-территориального планирования радиосетей и обеспечения их ЭМС возникают следующие задачи [3]:

• расчет ЭМС проектируемых РЭС с действующими РЭС на объекте;

• выбор частот, свободных от помех (из числа доступных), для проектируемых РЭС;

• определение необходимых частотнотерриториальных разносов антенн РЭС на объекте;

• подбор характеристик антенн;

• выявление групп конфликтующих РЭС на объекте.

Разработанному программному комплексу и методике решения указанных задач посвящена статья.

Параметры РЭС, влияющие на ЭМС, и виды помех. Из-за технического несовершенства передатчиков их спектр излучения, помимо основного, содержит нежелательные (внеполосные, побочные, шумовые и др.) излучения (рис. 2). Приемники, помимо основного канала, имеют большое число неосновных каналов — соседних, побочных (рис. 3). Таким образом, основные и неосновные излучения передатчиков могут создавать помехи по основным и неосновным каналам приемника. Кроме этого, возможно образование нелинейных эффектов блокирования и интермодуляции (рис. 4) при действии мешающих сигналов на вход приемника.

Наиболее распространены помехи:

а) по основному и соседним каналам приема (СК), которые обусловлены недостаточной прямоугольностью характеристик избирательности приемников (рис. 5, кривая 1), и внеполосными, шумовыми излучениями передатчиков (кривая 2);

б) по побочным каналам приема (ПК), находящимся за пределами основного канала, в которых помеха проходит на выход приемника (зеркальный канал и др.);

в) гармонические (ГР), образованные побочными излучениями передатчика на частотах, в целое число раз больших частоты основного излучения;

г) блокирования (БЛ), которые проявляются в уменьшении полезного сигнала (отношения сигнал/шум Б/Ы) на выходе приемника в результате действия на его входе интенсивного мешающего сигнала, частота которого не совпадает с частотой основного канала приема;

д) интермодуляции (ИМ) — нелинейный эффект, возникающий при взаимодействии на входе приемника двух или более мешающих сигналов, частоты которых Р,, Р2, ... не совпадают с частотами основного канала приема, и образующий комбинационные помехи на частотах Рим = | + к, Р, + к2 Р2 + .|, где к,, к2 .. — целые числа (0, 1, 2, ...). На рис.4 представлена помеха вида Рп = Р, - Р2 + Р3, где УВЧ, УПЧ — характеристики избирательности усилителя высокой и промежуточной частот.

Критерий образования помехи і-го вида

Р > Р .,

пом доп.і'

где Рпом — мощность мешающего сигнала на входе приемника; Рдопі — допустимый уровень мешающего сигнала на входе, создающего помеху і-го вида.

Методика расчетов помех основана на рекомендациях Международного союза электросвязи и отечественных Руководящих документах:

• Рек. МСЭ-Р БМ.337 "Частотный и территориальный разнос радиосредств";

Т-Сотт #1-2009

23

Рис. 2. Излучения передатчика

Рис.3. Каналы приемника

Рис. 4. Помеха интермодуляции от трех передатчиков

• Рек. МСЭ-Р Е699 "Эталонные диаграммы излучения антенн радиорелейных станций для использования при изучении вопросов оценки помех";

• Рек. МСЭ-1* SM.1134 "Расчет помех интермодуляции в сухопутной подвижной службе";

• РД 45.030-99 ОТТ на радиорелейное оборудование цифровых магистральных радиорелейных линий ВСС России;

• РД 45.118-99 ОТТ на радиорелейное оборудование цифровых внутризоновых радиорелейных линий ВСС России и др.

Процедура расчета помех состоит из формирования всех возможных пар "приемник — мешающий передатчик" и расчета заданных видов помех в каждой паре. Анализ помех каждого вида помех содержит расчет допустимого уровня мешающего сигнала на входе и мощности мешающего сигнала на входе приемника. По результатам сравнения указанных величин делается вывод о наличии (отсутствии) помех для рассматриваемой пары радиосредств. Для помех интермодуляции рассчитываются все возможные пары и тройки мешающих передатчиков: "приемник — два мешающих передатчика", "приемник — три мешающих передатчика".

Мощности помех на входе приемника являются функцией

Рпом = Ф1(РТ, ^Т(аТ), Пт, П^

^ К°П),

где Рт — мощность мешающего передатчика, Ь, — потери в ан-

тенном тракте передатчика, О^а,) — коэффициент усиления антенны передатчика в направлении на "пораженный" приемник, П,,

Пк — поляризация полезного и мешающих сигналов, Ок(ак) — коэффициента усиления антенны "пораженного" приемника в направлении на мешающий передатчики, 1^ — потери в антенном тракте приемника, Ьц — потери распространения мешающего сигнала, КОП — коэффициента ослабления помехи (определяемый спектральной маской излучения передатчика и избирательностью тракта приемника).

Допустимые уровни помех являются функцией

Рдоп I = Ф2(РТО, А0, ^ИМ, ^БЛ, ^ПК),

где РК0 — чувствительностью приемника, Ац — защитное отношение, Sим, ^бл, $пк — избирательность приемника по интермодуляции, блокированию, побочному каналу.

Программный комплекс. Для автоматизации расчетов помех разработан программный комплекс, содержащий Справочник типов передатчиков, приемников, а также Справочник РЭС группировки (рис. 6).

Справочник типов РЭС содержит следующие характеристики

• передатчиков — класс излучения, ширина полосы излучения на уровнях -3, -30 и -60 дБ относительно нулевого уровня, ослабление побочных излучений;

• приемников — реальная чувствительность; защитное отношение по входу; полосы пропускания МШУ, УВЧ, УПЧ, модема на уровнях -3, 30 и -60 дБ; избирательности по соседнему, побочным каналам приема, блокированию и интермодуляции; промежуточная частота и вид настройки гетеродина.

Характеристики оборудования, использованные в справочнике типов РЭС, приводятся в: 1) в форме № 1 ГКРЧ; 2) Руководящих документах; 3) нормативных документах, регламентирующих параметры ЭМС (в т.ч.

РНс. 6. Состав программного комплекса

24

Т-Сотт #1-2009

Нормы 19-02); 4) отраслевых стандартах на оборудование; 5) ТУ на оборудование.

Справочник РЭС группировки включает следующие характеристики

• приемника — наименование и тип РЭС, частота приема, потери в фидере, тип антенны и ее высота установки, азимут, угол места;

•передатчика — наименование и тип РЭС, частота передачи, потери в фидере, тип антенны и ее высота установки, азимут, угол места.

Главное окно и вкладки результатов расчетов помех СК приведены на рис. 7.

Комплекс предназначен для работы в среде WINDOWS NT4.0 / 2000 / XP. Для комфортной работы необходимо одно из приложений: Excel из пакета MS Ofiice или Calc из пакета OpenOffice. Приложение необходимо для подготовки файлов Справочников, используемых программой, а также для просмотра и обработки результатов расчетов, сохраненных в формате ^csv-файлов.

С помощью специального редактора можно производить расчет для всех РЭС группировки или только выделенных РЭС. Для подготовки исходных данных можно использовать электронные таблицы Microsoft Excel с файлами разделенного текстового формата (CSV) а так же экспорт результатов расчета из программы анализа в Microsoft Excel через файлы CSV-формата.

Управление работой программы осуществляется в интерактивном режиме через диалоговые окна. Программа позволяет управлять условиями расчета помех и порядком сортировки результатов расчетов.

Выходные данные представляют собой таблицы для каждого вида помех. В таблицах указываются параметры пораженного приемника, параметры мешающего передатчика (двух, трех передатчиков для помех интермодуляции), а также величину превышения уровня мешающего сигнала относительно допустимого уровня на входе приемника.

Устранение потенциальных помех решается путем применения комплекса организационных и технических мероприятий [1-3]. Организационные мероприятия, связанные с правильным учетом технических параметров средств, влияющих на обеспечение ЭМС, включают выбор рабочих частот (при которых исключаются взаимные помехи) радиосредствам из набора возможных, установление необходимых частотных и/или территориальных разносов РЭС, поляризационных развязок между антеннами радиосредств и др. Технические мероприятия направлены на ослабление помех в источниках (например,

T-Comm #1-2009

дополнительные фильтры на выходах), на защиту приемников (например, применение дополнительных фильтров на входе). Расчеты, выполненные с помощью комплекса, являются основой для разработки мероприятий по устранению помех.

Пример расчета. На объекте расположены РЭС различных служб (ТВ, подвижной, фиксированной), в т.ч. базовая станция подвижной службы диапазона 450 МГц (СПС-450), передатчик которой имеет следующие параметры: Рт = 455 МГц, Ь, = 3 дБ, вибраторная антенна

установлена на высоте Ьат = 41 м, Gт = 6 дБи.

Планируется установить БС стандарта CDMA-450, приемник которой имеет следующие параметры: Рк = 453,975 МГц, = 3 дБ, секторная антенна установлена на ЬаК = 50 м, GR = 13 дБи.

Расчет ЭМС проектируемой БС и действующих РЭС выявил помеху по соседнему каналу (рис. 7), образованную воздействием излучения передатчика СПС-450 на приемник БС CDMA-450. Уровень помехи превышает допустимый уровень (Риз6) на 5,4 дБ.

Увеличение разноса антенн по высоте (Ь|ат* = 60 м) устранило помеху Риз6 = -1,0 дБ.

Заключение

При большой концентрации радиосредств на локальном объекте могут образовываться недопустимые взаимные помехи. В

связи с этим при проектировании радиосетей необходимо производить расчет взаимных помех между проектируемыми и действующими радиосредствами. При этом необходимо учитывать помехи по основному и соседним каналам приема от основных, внеполосных, побочных излучений мешающих передатчиков по основному, соседним и побочным каналам приема приемника, а также помехи блокирования и интермодуляции.

Такой расчет позволит заранее выявить возможные помехи и, при необходимости, используя результаты расчетов, предусмотреть меры по их устранению.

Разработанный программный комплекс обеспечивает автоматизацию расчетов. По заданиям проектных организаций и операторов он использовался для 45 объектов, на которых проектировались РРС, системы сотовые и абонентского доступа в различных городах России, и показал свою эффективность.

Литература

1. А. Л. Бадалов, А. С Михайлов. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС//Справочник. — М.: Радио и связь, 1990.

2. А. Д. Князев. Элементы теории и практики электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. — М.: Радио и связь,1984.

3. А.Х. Коновалов, Г.З. Рубин. Вопросы объектовой электромагнитной совместимости при проектировании сетей подвижной радиосвязи. ГСПИ РТВ. http://www.gspirlv.ru/content/view/40/33/

Е

Файл Анализ помех ?

JSJxJ

Параметр Значение

1 Владелец hflK СеязьСереис

2 Наименование РПТЦ

3 Адрес Уя. Советская, д.1

4 Долгота, град эо°вд

5 Широта, град 60°СШ

6 X, и 0.0

7 У, и 0.0

8 Уровень грунта, м S.0

9 Высота, м 41.0

10 Азимут, град 0.0

И Угол места, град 0.0

12 Тм1 антенны вибратор.

13 Диаметр, н

14 Номинал.КУ, дБи 6.0

15 Ослаб.бок.пепестка ДН, дБи 20.0

16 Ширина ДН, град 360.0

17 Поляризация Тх верт.

18 Поляоизаиия Ях

а Он»)

$ Шх

PPC-1S-1

В DRx

PPC-IS-I

ё QHx

РРС-3

№  4

в Dsao і*: [1)6

В 0R*

______0 СОМА-450

R 171 Тх

т Эксперт ПРТО

Файл Анагто помех ?

-lalxl

cSlHl Ин|сІГ БЛ I ПК I ГР I р | I Исходил датые Результаты | справовые

Список порлжеь**ях Rx

Ш I СК 1 БЛ 1 ПК I ГР~

CDMA-450 453.975

ИМ СК Сосед»**і канал

N9 наим.Тх F.Tx, МГц Ризб., дБ |

ШЗЕЗШИ ЕЩмЦМ ШВІ

Рис. 7. Главное окно и вкладка Результаты СК

2S