Загрузка радиочастотного спектра - переход количества в качество

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА I Нормирование

Загрузкарадиочастотного спектра -

переход количества в качество

за

А.А. ВОРОНИН,

начальник сектора ОАО «ВНИИ «Эталон», к.т.н

од радиочастотным спектром (РЧС) обычно понимают часть частотного спектра электромагнитных излучений в пределах, установленных Международным союзом электросвязи (МСЭ), предназначенную для осуществления радиосвязи и ведения других видов передачи и приема сигналов посредством радиоволн.

Еще в 1970-е гг. в нашей стране не понаслышке знали о необходимости экономного использования РЧС как ограниченного ресурса. Тем не менее выражения типа «spectrum is not rubber» (спектр не резиновый), встречавшиеся тогда в зарубежных публикациях в области регламентации полос частот, отечественными пользователями аппаратуры связи воспринимались чаще как шутка. И только в последние 10-15 лет в период интенсивного развития телекоммуникационных систем эта проблема стала наиболее острой.

За это время загрузка РЧС радиоизлучениями многократно возросла. При этом эфир не только заполнен полезными сигналами, необходимыми для ведения радиопередачи, но и буквально засорен нежелательными

Век Качества N° 1

В данной статье рассматриваются некоторые особенности нормирования нежелательных радиоизлучений (НИ) в условиях постоянного роста загрузки РЧС радиоизлучениями

излучениями от радиоэлектронного и электротехнического оборудования, создающими непреднамеренные помехи (НП) приемным устройствам и снижающими эффективность использования РЧС.

Законодательно ограничить число пользователей РЧС невозможно и некорректно - этот природный ресурс хотя и на определенных условиях, но должен быть доступен каждому. Вот почему в создавшейся ситуации одним из основных способов обеспечения рационального использования РЧС в интересах максимально возможного числа потребителей является повышение качества применяемых технических средств, в частности радиоэлектронных средств (РЭС) связи, по электромагнитной совместимости (ЭМС). На решение этой задачи среди прочего направлено нормирование параметров НИ радиопередающих устройств (РПДУ) [1].

Загрузка РЧС

Понятие «загрузка РЧС радиоизлучениями» (далее - загрузка РЧС) достаточно распространено, но пока не имеет стандартизированного определения. Этот термин в зависимости от решаемой задачи толкуют по-разному.

Под загрузкой РЧС будем понимать показатель использования РЧС, характеризующий плотность заполнения рассматриваемого участка РЧС радиоизлучениями, предназначенными для ведения радиопередачи, а также нежелательными радиоизлучениями РЭС, радиоизлучениями, создающими индустриальные и контактные радиопомехи, из-

лучениями естественного происхождения. С учетом современной трактовки понятия «электромагнитная совместимость» [2] будем считать, что радиоизлучения, обуславливающие загрузку РЧС, формируют общую электромагнитную обстановку (ЭМО) в зоне функционирования объекта связи, ЭМС которого с другими объектами связи следует обеспечить. То есть относительно рассматриваемого объекта связи эти излучения создаются сторонними источниками.

Основной вклад в загрузку РЧС вносят излучения, показанные на рис. 1. При этом доля радиоизлучений искусственного происхождения постоянно увеличивается, что объясняется причинами административного (принципы и правила выделения полос частот для работы новых систем той или иной радиослужбы) и организационно-технического (использование выделенных полос частот для работы конкретных систем радиопередачи, количество этих систем, территориальное размещение, значения параметров ЭМС и т.д.) характера.

Загрузка РЧС неодинакова по диапазонам частот. В последние годы она особенно возросла в диапазонах метровых и дециметровых волн. В частности, в соответствии с решениями ГКРЧ РФ наряду с развитием традиционных систем радиопередачи различных радиослужб стали широко внедряться системы подвижной радиосвязи международных стандартов. Поскольку число пользователей таких систем на территории России исчисляется миллионами, их эксплуатация даже при срав-

"ТЕ

нительно небольших значениях мощностей передатчиков (как правило, не выше 60 Вт - у базовых и возимых абонентских станций и единицы-доли Вт - у абонентских носимых) обусловила существенное увеличение загрузки РЧС.

Одновременно по мере развития электрического и автомобильного транспорта, широкого использования электротехнического и высокочастотного оборудования различного назначения загрузка РЧС в условиях городов и промышленных центров, а также крупных подвижных комплексов РЭС росла за счет радиоизлучений, создающих индустриальные и контактные помехи.

В результате уровни напряженности поля только фоновой составляющей загрузки в некоторых районах могут достигать 15-20 мкВ/м и более. В то же время чувствительность современных приемников, характеризующая минимальные уровни принимаемых сигналов, при пересчете к приемной антенне исчисляется единицами и даже долями мкВ/м.

Загрузка РЧС и качество связи

Вполне естественно, что увеличение загрузки РЧС радиоизлучениями от сторонних источников в районах эксплуатации систем связи отрицательно сказывается на качестве функционирования этих систем.

с с с

Применительно к отдельно взятой радиолинии, когда уровни непреднамеренных помех, обусловленных загрузкой, на входе приемника превышают некоторое допустимое значение, а тем более (как в приведенном выше примере) превышают чувствительность приемника, ухудшение качества проявляется в виде снижения достоверности принимаемой информации. Чтобы его избежать, пользователь вынужден обеспечивать необходимое отношение сигнал/помеха чаще всего путем сокращения протяженности радиолинии (за счет увеличения мощности передатчика этого обычно сделать не удается, поскольку ее максимальная величина регламентируется технически или организационно). Например, если уровни помех, обусловленных загрузкой, превышают допустимые значения на 10 дБ, то протяженность радиолинии, а соответственно, и дальность связи может уменьшиться в 2-3 раза.

Применительно к комплексу связи увеличение загрузки РЧС приводит к сокращению его радиочастотного ресурса (РЧР). Действительно, если под РЧР понимать общее количество частот, возможных для независимого использования всеми средствами комплекса [1], то превышение допустимых значений уровня помех, вызванных загрузкой, в конечном счете приведет к исключению из частотного ресурса отдель-

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА I Нормирование

ных номиналов и даже целых полос частот.

Нормирование НИ РПДУ РЭС связи при возрастании загрузки РЧС

Рассмотрим, как возрастание загрузки РЧС влияет на определение требований к НИ в соответствии с алгоритмом нормирования [1] и принятым показателем качества функционирования комплекса связи -радиочастотным ресурсом.

Напомним, что нормируемые значения N уровней НИ РПДУ не должны превышать предельно допустимых значений уровней Nп . Последние рассчитываются через требования N° к этим параметрам для случая одновременной работы РЭС комплекса на любых назначенных для них рабочих частотах (это наиболее жесткие значения требований) и допустимую величину потерь общего РЧР, учитывающую вероятность одновременной работы РЭС.

В идеальном случае требования к НИ должны определяться при некотором исходном, учитываемом еще на этапе развертывания радиолиний, уровне загрузки РЧС сторонними радиоизлучениями, которые формируют ЭМО в зоне функционирования создаваемого комплекса.

Представим типичный случай: комплекс РЭС связи уже находится в эксплуатации, требования к НИ РПДУ нормированы и реализованы в аппаратуре, но загрузка РЧС возросла относительно исходного уровня. Теперь к потерям РЧР комплекса, обусловленным превышением уровнями НИ значений №, допустимых при одновременной работе всех РЭС связи комплекса (фактически - это запланированные потери РЧР, дающие возможность смягчить требования № до уровня Nп), добавляются потери РЧР из-за влияния сторонних помех, обусловленных возрастанием загрузки.

Для пользователя РЭС связи загрузка РЧС - это объективный фактор. Поэтому с целью сохранения суммарной величины потерь РЧР в допустимых пределах он будет вынужден сократить долю им же запланированных потерь и как следствие - ужесточить требования к НИ РПДУ своих РЭС.

Расчеты показали, например, что если в сосредоточенном комплексе РЭС связи, в котором возникла задача корректировки требований к шумовым радиоизлучениям РПДУ, возрастание загрузки РЧС приводит к необходимости уменьшения доли запланированных потерь РЧР в 2 раза, то при вероятности одновременной работы РЭС связи, равной 0,5, требования норм к уровням излучений должны быть ужесточены на 6-8 дБ.

Январь 2008 г.

39

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА I Нормирование

Рис. 2

Обобщенная схема повышения качества технических средств по ЭМС в условиях возрастания загрузки РЧС радиоизлучениями

Поддержю

Корректировка НД на РЭС связи

ГКРЧ РФ

Решение

Обоснование ужесточения требований к источникам радиоизлучений

Доработка РЭС связи

Доработка ТС-источника ИРП

Ухудшение качества функционирования РЭС связи

Рост загрузки РЧС радиоизлучениями

Увеличение

количества

ТС-источников

ИРП

Таким образом, рост загрузки РЧС приводит к следующим последствиям:

^ уменьшению дальности связи;

^ сокращению радиочастотного ресурса комплексов РЭС;

^ ужесточению норм на НИ РПДУ с вытекающей отсюда доработкой аппаратуры;

^ необходимости увеличения территориальных разносов в комплексах РЭС, если выполнение более жестких норм на НИ РПДУ окажется невозможным.

Административный аспект

Следует затронуть еще один важный аспект проблемы нормирования радиоизлучений в условиях возрастания загрузки РЧС.

Согласно действующей в нашей стране государственной системе регулирования использования РЧС как ограниченного природного ресурса общего пользования, его можно представить в виде централизованно управляемой совокупности конечного числа радиоканалов, предназначенных для передачи сиг-

Век Качества N° 1

налов и сообщений, а также для других целей в интересах коллектива потребителей.

До сих пор речь шла об аппаратуре, использующей радиоканалы по их прямому назначению - о РЭС связи. Пользователь этой аппаратуры, как уже отмечалось, для повышения качества эксплуатируемых им радиоканалов в условиях ухудшения общей ЭМО, формируемой сторонними радиоизлучениями, будет вынужден ужесточить требования к НИ РЭС своего комплекса. Вместе с тем, снижая уровни НИ, он одновременно улучшает общую ЭМО в данном территориальном районе и таким образом положительно влияет на качество соседних радиоканалов. В идеальном случае, когда подобная инициатива будет исходить от всех пользователей РЭС связи, они сами будут способствовать повышению эффективности использования РЧС.

Иными словами, со стороны пользователей РЭС связи процесс улучшения общей ЭМО может стремиться к саморегулированию. Требуется лишь координирующее участие

в части корректировки соответствующих нормативных документов, регламентирующих уровни НИ, со стороны административного органа, ответственного за использование РЧС, каким является ГКРЧ РФ.

Однако существует широкий класс технических средств (ТС), не требующих для обеспечения своего функционирования использования радиоканалов по их прямому назначению, но являющихся активными источниками излучений, которые создают так называемые индустриальные радиопомехи (отечественными нормативными документами эти помехи классифицируются, как радиопомехи от электрических и электронных устройств, за исключением ВЧ-трактов передатчиков). Эти ТС вносят значительный вклад в формирование общей ЭМО.

Сюда относятся, прежде всего, высокочастотные устройства (ВЧУ), использующие радиочастотную энергию для ее преобразования в другие виды энергии в промышленных, научных, медицинских и бытовых целях. Для функционирования таких устройств ГКРЧ РФ выделены в пределах РЧС соответствующие полосы частот, которые однако могут использоваться ВЧУ всего лишь на вторичной основе [3].

К другому классу ТС - источников индустриальных радиопомех (ИРП), не имеющих даже косвенного отношения к использованию радиоканалов, относятся всевозможные электротехнические и электронные устройства: коллекторные двигатели, генераторы тока, линии электропередачи, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, цифровая техника и т.д.

ИРП различных видов в совокупности занимают практически все основные полосы частот, предназначенные для радиосвязи. Так, помехи от систем зажигания двигателей наиболее интенсивны в диапазоне 30...300 МГц, помехи от линий электропередачи занимают полосу частот примерно от 14 кГц до 1 ГГц. Поэтому без ужесточения требований к техническим средствам - источникам ИРП в условиях постоянного роста их числа не удается нормализовать ЭМО в радиодиапазоне, даже если значительно снизить уровни НИ РПДУ радиоэлектронных средств связи.

Отличительной особенностью ТС - источников ИРП является отсутствие в них радиоприемного устройства, восприимчивого к радиопомехам. Следовательно, увеличение загрузки РЧС радиоизлучениями практически не сказывается на качестве их функционирования (за исключением, пожалуй, средств вычислительной техники), и, скорее

Л Л л

ЦП

всего, вопрос ужесточения требований к ИРП не может быть инициирован ни пользователями этих средств, ни тем более их разработчиками. В связи с этим представляется, что организационное решение задачи улучшения ЭМО в части ужесточения требований к ИРП должно полностью лечь на радиочастотные органы. При этом необходимо подчеркнуть технико-экономическую значимость такого решения: снижение уровней ИРП и вследствие этого - загрузки радиодиапазона даст возможность не устанавливать чрезмерно высоких и труднореализуемых в серийной аппаратуре требований к НИ РПДУ РЭС связи.

На рис. 2 представлен вариант обобщенной схемы решения задачи повышения качества технических средств по ЭМС в условиях возрастания загрузки РЧС.

В заключение необходимо отметить, что и в составе комплекса РЭС связи могут быть свои источники излучений, создающих ИРП. При этом возможны две их разновидности: встроенные в радиоаппаратуру (источники электропитания РЭС, средства и элементы вычислительной техники, усилители сигналов изображения и др.) и используемые совместно с РЭС связи (автономные системы электропитания, флуоресцентные лампы, электроинструменты, электродвигатели вентиляторов, устройства сигнализации и др.). Излучения встроенных устройств не должны заметно сказываться на ЭМО, поскольку они разрабатываются в рамках общего ТЗ на РЭС связи, и разработчик обязан так подавить ИРП, чтобы они не влияли на работу даже собственных

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА I Нормирование

радиоприемных устройств. Что же касается второй категории источников ИРП, то требования к их излучениям должны предъявляться на общих основаниях, как к самостоятельным техническим средствам.

Литература

1. Воронин А.А. Нормирование нежелательных радиоизлучений радиопередающих устройств РЭС связи с применением системных критериев / / Век качества. Связь: сертификация, управление, экономика. 2007. № 2. С. 40-42.

2. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. М.: Издательский дом «Технологии», 2003.

3. Бобин А.А. Высокочастотные установки и проблемы ЭМС // Век качества. Связь: сертификация, управление, экономика. 2006. № 1-4.

ХРОНИКА I Выставки

САВЕХ-2008

С 3 по 6 марта в Москве, в КВЦ «Сокольники» начнет свою работу VII Международная специализированная выставка кабелей, проводов и аксессуаров САВЕХ-2008. В этом году экспозиция разместится в двух выставочных павильонах площадью свыше 5800 м2, где свою продукцию представят более 170 участников из 20 стран мира.

Вот уже несколько лет подряд площадка выставки является центральным местом встречи отечественных и зарубежных производителей и потребителей кабельно-проводниковой продукции, местом заключения сделок и соглашений о сотрудничестве. За шесть лет выставочный проект получил международное признание. Он имеет знак Российского союза выставок и ярмарок (РСВЯ) и знак П<М (Общество добровольного контроля статистических данных выставок/ярмарок, Германия), подтверждающий достоверность статистики выставки.

Разработка и производство высокотехнологичной продукции является в современном мире важнейшим показателем уровня экономического развития страны, ключевым условием ее конкурентоспособности. Выставка САВЕХ способствует достижению этой цели. Узкая специализация выставки позволяет четко определить ее тематические разделы, выделить целевую аудиторию, разработать деловую программу, увеличивающую эффективность от участия в проекте.

Адресная рассылка среди компаний, занятых в энергетической, коммуникационной, нефтегазовой, строительной сферах, радиоэлектронной и автомобильной промышленности, среди поставщиков материалов и оборудования для кабельных заводов, практически исключает случайных посетителей. САВЕХ собирает вместе производителей кабельно-проводниковой продукции и арматуры, ее поставщиков, про-

с с. с

давцов и потребителей, содействуя дальнейшему развитию отечественной кабельной промышленности (и электротехнической отрасли в целом), способствует расширению международного сотрудничества.

Уже не первый год в выставке участвуют такие компании, как ЗАО «3М Россия», ЗАО «АББ Москабель», ОАО «Амурский кабельный завод», ЗАО Завод «Людиново-кабель», ГК «Москабельмет», ЗАО «НП По-дольсккабель», ОАО «Электрокабель, Кольчугинский завод», ОАО «Компания «Электромонтаж», ЗАО «Завод «Энергокабель», ЗАО «Завод «Южкабель», ЗАО «Томсккабель», ТД «Камкабель», ОАО «Севкабель-холдинг», ЗАО «Самарская кабельная компания», ЗАО «Сибкабель» и др.

В этом году впервые примут участие компании: ООО «ТД Ункомтех», ООО «КВИН», ООО «РОСТ», Grupo General Cable Sistemas, S.A. (Испания), El Sewedy Cables (Египет), HSE (Турция).

Участники CABEX представят кабели, провода, арматуру, аксессуары и специальное оборудование, средства и методы испытаний, научные исследования и разработки, технологии монтажа и прокладки кабельно-проводниковой продукции, методы и средства для ее ремонта, кабели и провода в электромоторостроении, методы тестирования инструментов. Отдельные разделы посвящены услугам в области стандартизации и сертификации кабельно-проводниковых изделий, вопросам экологического контроля.

Неизменно насыщенной будет и деловая программа выставки. Семинары, организованные участниками CABEX-2008, будут посвящены наиболее острым вопросам развития и инновациям в области кабельной техники. В частности, ОАО «ВНИИКП» традиционно проведет семинар-учебу для производителей и потребителей кабельной продукции.

www.cabex.ru

Форум информационных технологии

С 23 по 25 апреля 2008 г. в Нижнем Новгороде впервые состоится Форум информационных технологий, организованный Правительством Нижегородской области и Всероссийским ЗАО «Нижегородская ярмарка».

Форум проводится с целью обсуждения, анализа и выработки стратегических путей совершенствования инновационной деятельности в сфере информационных технологий, формирования конкурентоспособного отечественного рынка по данному направлению, освоения передовых информационных технологий в наиболее значимых для России сегментах рынка.

Структура Форума информационных технологий состоит из конгресса и экспозиционной части, представляющей передовые разработки ведущих ^-компаний, предприятий, вузов и других профильных организаций. В программе конгресса запланировано проведение VII межрегиональной научно-практической конференции «Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления», 2-й научнопрактической конференции ПФО «Телемедицина в системе здравоохранения», 17-й международной научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам (К0ГРАФ-2008), Всероссийского Интернет-марафона (РОЦИТ), презентационного семинара «Новейшие компьютерные разработки отечественных и зарубежных производителей», ряда круглых столов и тематических семинаров.

В рамках форума пройдут 17-я специализированная выставка «Информационные технологии и системы» и Всероссийская выставка «Образование. Карьера».

www.yarmarka.ru

Январь 2008 г.

41