Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств

Бесплатно!

Лекция №2 «Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств»

1. Принципы построения и использования методик оценки ЭМС

Одновременная работа множества радиоэлектронных средств (РЭС) всегда сопровождается появлением непреднамеренных помех между ними. При соответствующей организации работы РЭС влияние этих помех может быть сведено к минимуму, и они не будут оказывать практически значимого влияния на качество работы РЭС. Если условия, обеспечивающие требуемое качество работы РЭС выполняются, то говорят, что имеет место электромагнитная совместимость РЭС.

Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств – способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных помех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам.

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) возникает тогда и только тогда, когда имеются источник помехи, рецептор помехи и путь, по которому помеха поступает от источника к рецептору. Эти элементы лежат в основе построения методик оценки ЭМС.

В основе подавляющего большинства алгоритмов анализа ЭМС, используемых в настоящее время на практике, лежит структурная схема, представленная на рис. 1.

При анализе ЭМС РЭС источником помех во всех случаях выступает одиночный передатчик, как это показано на рис. 1.

Оценка совместимости производится на основе выбранных критериев оценки ЭМС, которые могут носить общий характер, не связанный с конкретным назначением РЭС, либо быть связаны как с функциональным назначением РЭС, так и с видом эффектов (линейных или нелинейных), которые вызывает помеха в приемнике.

Основная область использования методик оценки ЭМС – анализ частотно-территориальных планов и подготовка некоторых исходных данных для их разработки. Последнее относится к разработке норм частотно-территориального разноса РЭС одинакового или разного функционального назначения. Анализ ЭМС, построенный на основе схемы рис. 1, включает в себя следующие основные шаги:

1.             Расчет уровня помех на входе радиоприемного устройства (РПУ).

2.             Расчет коэффициента частотной коррекции и коррекция уровня помехи, приведенного к входу приемника в полосе его пропускания, для линейных каналов приема.

3.             Оценка нелинейных эффектов в РПУ.

4.             Оценка ЭМС.

Для выполнения описанной процедуры необходимо располагать математическими моделями элементов, представленных на рис. 1.

2. Характеристики и параметры радиоэлектронных средств, влияющие на ЭМС

Радиопередающие устройства. В задачах анализа ЭМС математической моделью радиопередатчика (РПД) является совокупность математических описаний его излучений. Виды излучений, которые могут иметь место у радиопередатчиков, представлены в табл. 1.1.

Все излучения передатчиков принято делить на желательные излучения и нежелательные излучения. В категорию желательных излучений попадает основное излучение. Остальные излучения, присущие передатчикам, принадлежат к категории нежелательных излучений.

В число нежелательных радиоизлучений включают помимо излучений через антенну также радиоизлучения радиоэлектронного средства, обусловленные индустриальными помехами РЭС и его составных частей.

Нежелательные излучения, излучаемые радиопередатчиками через антенну, делятся на внеполосные и побочные радиоизлучения.

Внеполосные радиоизлучения состоят из сигнальных и шумовых.

Сигнальные внеполосные излучения обусловлены модуляцией несущей частоты информационным сигналом, а шумовые – собственными шумами элементов радиопередатчика и модуляцией этими шумами генерируемых колебаний.

Если рассматривать указанные излучения с энергетической точки зрения, то наиболее мощным среди представленных излучений является, конечно, основное излучение, за которым следуют излучения на гармониках. Другие виды побочных излучений присутствуют не у всех передатчиков и их уровни, также как уровни внеполосных излучений, ниже.

Радиоприемные устройства. Математическая модель радиоприемного устройства (РПУ) представляет собой совокупность математических описаний каналов приема помех и нелинейных явлений, которые могут иметь место в радиоприемных устройствах при попадании на входы мощных мешающих сигналов. В некоторых ситуациях РПУ выступает как источник помех излучения на частотах гетеродинов, входящих в его состав. В табл. 1.2 представлены виды каналов приема, характерные для супергетеродинных радиоприемников, виды возможных нелинейных эффектов в радиоприемных устройствах, и излучения РПУ, которые могут создавать помехи расположенным поблизости радиоэлектронным средствам.

К каналам приема, которые обычно учитываются в методиках оценки ЭМС, относятся основной канал приема (ОКП), соседние каналы приема (СКП) и побочные каналы приема (ПКП).

К нелинейным явлениям, которые могут возникать в РПУ в результате действия помех по СКП, относятся блокирование, интермодуляция и перекрестные искажения. Следует сразу отметить, что когда речь идет о перечисленных нелинейных явлениях всегда подразумевается, что частоты мешающих сигналов не лежат в полосах пропускания ОКП или ПКП.

При блокировании РПУ помеха на выход приемника не проходит, однако на выходе изменяется отношение сигнал/шум, либо вследствие уменьшения уровня полезного сигнала, либо вследствие увеличения уровня шума.

Уменьшение уровня полезного сигнала является следствием снижения коэффициента усиления тракта УВЧ при действии мощной помехи. Увеличение уровня шума обусловлено эффектом переноса шумов гетеродина при блокировании помехой смесителя.

Явление интермодуляции заключается в образовании новых частот на нелинейных элементах аппаратуры. Новые частоты представляют собой линейную комбинацию частот сигналов, поступающих на нелинейный элемент, и могут возникать как в радиопередатчиках, так и в радиоприемных устройствах.

В общем случае при взаимодействии на нелинейном элементе k частот интермодуляционные частоты связаны с образующими их исходными частотами выражением вида

fинт=| m1×f1+ m2×f2+ ….+ mk×fk | ,

где fинт – интермодуляционная частота;

m1,…, mк – целые положительные или отрицательные числа;

f1, …, fк – частоты сигналов, поступающих на нелинейный элемент.

Сумма вида N = |m1| + … +|mк| называется порядком интермодуляции.

Некоторые из интермодуляционных частот могут попасть в полосу пропускания приемника и существенно снизить качество приема полезного сигнала.

Обычно с понижением порядка интермодуляции уровень интермодуляционных продуктов (ИМП) растет. На практике наибольшую опасность представляют двухсигнальные ИМП нечетного порядка вида

,

где  – частота ИМП;

,  – частоты сигналов, образующих ИМП;

– целое положительное число.

На практике встречаются высокие уровни трехсигнальной интермодуляции третьего порядка вида

Более того, при прочих равных условиях уровень трехсигнальной интермодуляции третьего порядка теоретически выше уровня двухсигнальной интермодуляции того же порядка. Однако расстановка частот, необходимая для образования трехсигнального ИМП, и наличие избирательности по частоте в РПУ приводят к тому, что высокие уровни трехсигнальных ИМП встречаются на практике реже, чем двухсигнальных.

Одним из параметров, характеризующих РПУ по нелинейным эффектам, является уровень восприимчивости РПУ к соответствующему эффекту.

За уровень восприимчивости РПУ к нелинейному эффекту принимают минимальный уровень радиопомехи (для интермодуляции – двух одинаковых по значению радиопомех) на входе РПУ, при котором нелинейные искажения, связанные с эффектом, имеют заданное значение.

Нелинейные искажения характеризуются соответствующими коэффициентами. В качестве коэффициента нелинейных искажений при блокировании используется коэффициент блокирования, при интермодуляции – коэффициент интермодуляции, при перекрестных искажениях – коэффициент перекрестных искажений.

Для эффектов интермодуляции и перекрестных искажений соответствующие им коэффициенты в [1] определены как отношение откликов, возникающих на выходе РПУ в результате соответствующего нелинейного эффекта, к заданным откликам на полезный сигнал.

Возможность появления нелинейного эффекта в РПУ определяется динамическим диапазоном и характеристикой избирательности РПУ по соответствующему нелинейному эффекту.

Зависимость уровня восприимчивости РПУ к соответствующему нелинейному эффекту от частоты испытательного сигнала (для интермодуляции от частоты испытательного сигнала, ближайшего к частоте настройки испытуемого РПУ) представляет характеристику частотной избирательности радиоприемного устройства по соответствующему нелинейному эффекту.

Под динамическим диапазоном приемника по нелинейному эффекту понимают отношение уровня восприимчивости к соответствующему нелинейному эффекту к чувствительности радиоприемного устройства.

Если на оси ординат характеристик частотной избирательности РПУ по нелинейным эффектам отложить отношение уровня восприимчивости к нелинейному эффекту к чувствительности РПУ, то эти характеристики будут отражать изменение динамического диапазона РПУ по соответствующему нелинейному эффекту в зависимости от частоты помехи.

Для характеристики линейных свойств приемной и усилительной аппаратуры, особенно зарубежной, используются еще два параметра – точка компрессии 1 дБ и точка пересечения интермодуляции. Последняя чаще именуется просто как точка пересечения. Эти понятия иллюстрирует рис. 2.

Точка компрессии 1 дБ определяет уровень входного сигнала, при котором усиление рассматриваемого прибора снижается на 1 дБ по сравнению с усилением в линейном режиме работы. Вообще-то эта точка определяет верхнюю границу динамического диапазона приемника по ОКП.

Точка компрессии 1 дБ и точка пересечения m-ого порядка

Рис. 2

Однако часто она рассматривается как точка насыщения приемника. Считается, что при превышении помехой этого уровня начинается эффект блокирования УВЧ приемника. В общем случае эффект блокирования проявляется только при наличии на входе РПУ как полезного, так и мешающего сигналов и зависит не только от уровня помехи, но и от уровня полезного сигнала.

Чтобы получить представление о точке пересечения, воспользуемся несколькими известными соотношениями. Связь между уровнями сигналов на входе Рвх и выходе Рвых  линейного усилительного прибора дает соотношение

Рвых = Рвх + G,                                                       (1)

где G – коэффициент усиления прибора, дБ.

Здесь Рвх и Рвых выражены в децибельной форме, например, в дБм.

Если в приборе имеет место интермодуляция m-го порядка вида

fим = |k×fi ±(m-k)×fj |,

где fi и fj – частоты сигналов, образующих интермодуляционную частоту fим , а суммарный уровень сигналов на этих частотах, соответственно Рi  и Рj , не превышают точку компрессии 1дБ, то уровень интермодуляционного продукта, возникающего на нелинейности усилительного прибора на частоте fим, составляет

Рим,m=k×Pi +(m-k)×Pj – Kk, (m-k) ,                                 (2)

где Kk, (m-k) – коэффициент преобразования сигналов на частотах fi и fj в сигнал на частоте fим .

Соотношение (1) показывает, что изменение полезного сигнала на 1дБ на входе усилительного прибора приводит к изменению сигнала на его выходе также на 1дБ. Из соотношения (2) следует, что изменение каждого из сигналов, образующих интермодуляционный продукт на 1дБ (в одну сторону), приводит к изменению уровня ИМП на m дБ (в ту же сторону).

Интермодуляционный отклик на выходе усилительного прибора появляется, когда уровни взаимодействующих сигналов значительно превышают чувствительность прибора РR. Построенные на одном графике прямые (1) и (2) (последняя строится при условии Pi = Pj) , имеют наклоны, соответственно, 1дБ/дБ и m дБ/дБ и пересекаются в точке, называемой точкой пересечения m-го порядка (рис.2).

Антенные системы. Параметры и характеристики антенных систем, влияющие на ЭМС, включают:

– диаграммы направленности антенн (ДНА);

– коэффициенты усиления антенн в области главного и боковых лепестков ДНА;

– ширину ДНА (обычно на уровне 3дБ) в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

ДНА может быть представлена произведением вида

G(a, b)=G0×f(a)×f(b),

где G(a, b) – коэффициент усиления антенны в направлении, определяемом углами прихода радиоволны (a, b) относительно направления максимального усиления антенны G0;

f(a), f(b)- нормированные относительно максимума ДНА в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно.

3. Оценка потерь в пространстве распространения

Модели представляют набор расчетных формул с указанием условий применения конкретной формулы.

В число моделей, используемых в методиках оценки ЭМС, входят такие модели, как модели Окумура – Хата, модель Эгли, модель Лустгартена- Медисона, модель Уолфиша – Икегами, а также модели оценки потерь на дифракцию.

В настоящее время используются три разновидности модели Окумура – Хата (обычно называемые моделями Хата). Это, так называемая, классическая модель Хата, модель COST 231 Хата и усовершенствованная модель Хата, предложенная Европейским комитетом по радиосвязи (ERC).

Во всех моделях, чтобы учесть влияние окружения на уровень принимаемого сигнала, выделены три типа окружения в окрестности приемной антенны: открытая (сельская) область, пригородная область и городская область. Определения типов областей носят качественный характер.

Для городской области установлены две градации: города средних размеров и большие города с высокой плотностью застройки.

Область применения классической модели Хата определяется следующими параметрами:

–         диапазон частот f=150 – 1500 МГц;

–         высота подъема антенны базовой станции hb= 30 – 200м;

–         высота подъема антенны мобильной станции hm= 1 – 10 м;

–         длина трассы d= 1- 20 км.

Область применения модели COST 231 Хата совпадает с областью применения классической модели Хата, за исключением диапазона частот, границы которого определены как 1500 – 2000 МГц.

Модифицированная модель Хата имеет более широкие границы применения, чем модели, рассмотренные выше:

–         диапазон частот f=30 – 3000 МГц;

–         высота подъема антенн базовой и мобильной станций hb, hm = 1 – 200м;

–         длина трассы d= 0.1- 100 км.

Модель Эгли разработана для сельской местности с неровностью поверхности, не превышающей 15м. Отличается простотой вида. Согласно Эгли средние базовые потери распространения L (дБ) вычисляются по формуле:

где    f – частота, МГц;

d – расстояние от передатчика до точки приема, км;

hb, hm – эффективные высоты антенн базовой и мобильной станций соответственно, м.

Модель Лустгартена – Мэдисона разработана на основе большого эмпирического материала. Основные исходные данные: структурные высоты антенн передающей hT и приемной hR (высоты точек питания антенн); частота излучения передатчика; длина трассы, поляризация излучения (горизонтальная или вертикальная), тип подстилающей поверхности.

Полная модель состоит из двух моделей:

–         модель большого h/l (h/l³25);

–         модель малого h/l (h/l£0.5),

где    h –высота антенны, l -длина волны.

В переходной области используются обе модели. В качестве потерь на трассе из двух полученных результатов выбирается наибольший. Основной недостаток модели в том, что она не учитывает профиль местности.

Дифракционная модель Уолфиша – Икегами разработана для использования в городских и пригородных условиях. Основное назначение – оценка потерь в сотовых структурах связи. Область применимости модели ограничена следующими параметрами:

– диапазон частот f=800 – 2000 МГц;

– высота подъема антенны базовой станции hb=4 – 50м;

– высота подъема антенны мобильной станции hm=1 – 3м;

– длина трассы d=0,02 – 5км.

Потери, вычисляемые моделью, складываются из трех видов потерь:

– потери в свободном пространстве;

– потери при рассеянии и дифракции электромагнитной волны на крыше здания, ближайшего к проезжей части улицы, где расположено мобильное средство;

– потери множественной дифракции и рассеяния, обусловленные рядами зданий.

Модель позволяет учесть угол между направлением прихода электромагнитной волны и направлением улицы, где находится мобильное средство. При использовании модели необходима информация о высоте зданий, ширине улиц, расстоянии между зданиями и ориентации улицы по отношению к направлению прихода радиоволны. Потери, вычисленные с использованием модели, хорошо согласуются с результатами измерений, когда антенна базовой станции находится выше уровня крыш. Средняя ошибка составляет ±3дБ, а среднеквадратическое отклонение 4-8 дБ. Однако ошибка значительно возрастает, когда антенна базовой станции находится на уровне крыш, и она становится особенно большой при расчетах с антеннами базовых станций, размещенными ниже крыш зданий.

В диапазонах ОВЧ и выше, когда рассматриваются конкретные направления распространения радиоволн, при наличии на трассе распространения радиоволны значительных неровностей поверхности или препятствий, затеняющих прямую видимость между передатчиком и приемником, оценка потерь должна проводиться с учетом явления дифракции.

Дифракция радиоволн – это изменение структуры поля радиоволны под влиянием препятствий, представляющих собой пространственные неоднородности среды распространения, в частности, приводящие к огибанию радиоволной этих препятствий.

Приведенные выше модели (за исключением модели Уолфиша – Икегами) не учитывают наличие затеняющих препятствий и связанного с ними явления дифракции радиоволн на трассах распространения. Оценка этого явления важна при расчетах зон обслуживания РЭС и линий связи между отдельными пунктами.

Оценка потерь на дифракцию обычно производится отдельно. Величина потерь на дифракцию относительно свободного пространства зависит от формы препятствия и величины просвета на трассе. Просвет – это минимальное расстояние между прямым лучом и точкой поверхности трассы, из которой отраженный луч попадает в ту же точку, куда и прямой луч.

На практике используются модели, основанные на представлении препятствий на трассе распространения электромагнитных волн в виде геометрических тел (клина или цилиндра), для которых на основе общей теории дифракции получены математические выражения, позволяющие оценить потери на дифракцию на телах соответствующей формы. Неправильная аппроксимация формы препятствия может привести к существенным погрешностям результатов оценки, поскольку, чем менее острой является вершина препятствия, тем больше (при прочих равных условиях) будут потери на дифракцию. Методы оценки потерь на дифракцию рассмотрены, например, в Рек. МСЭ Р.526.

4. Критерии оценки ЭМС

Основными критериями, которые используются при оценке ЭМС, являются: защитное отношение, допустимое отношение сигнал /шум (S/N) на выходе приемника при действии блокирующей помехи, восприимчивость приемника к интермодуляционным помехам, вероятность выполнения радиосредством своего функционального назначения. Могут использоваться и другие критерии помимо перечисленных, однако критерии, отмеченные выше, используются наиболее часто.

Защитное отношение – это определенное при указанных условиях минимальное значение отношения полезного сигнала к мешающему сигналу на входе приемника, которое позволяет получить установленное качество приема полезного сигнала на выходе РПУ. Зависит от параметров сигнала, помехи и РПУ, и именно эти параметры включает в себя понятие «указанные условия». Используется при оценке ЭМС, когда помеха действует по линейным каналам приема.

Защитное отношение устанавливают на основе градаций качества приема для сигналов конкретных радиосистем. Качество приема определяется значением функциональных параметров радиосредств, таких как индекс артикуляции или разборчивость речи, вероятность ошибочного приема бита информации, субъективной оценкой качества приема телевизионного изображения и т.п. при действии помехи определенного вида.

В общем случае защитное отношение зависит от вида помехи и ее расстройки относительно полезного сигнала.

Допустимое отношение сигнал /шум на выходе приемника при действии блокирующей помехи – минимальное отношение сигнал/шум на выходе радиоприемного устройства, при котором обеспечивается требуемое качество приема полезного сигнала при наличии блокирующей помехи на входе приемника.

Восприимчивость приемника к интермодуляционным помехам. Понятие «уровень восприимчивости к интермодуляции» определено как «минимальный уровень двух одинаковых по значению радиопомех на входе радиоприемного устройства, при котором коэффициент интермодуляции равен заданному значению». В практических программах, используемых для оценки ЭМС, восприимчивость приемника к интермодуляционным помехам понимается неоднозначно. Значение восприимчивости приемника к интермодуляционным помехам получают путем умножения уровня помехи, полученного из характеристики избирательности приемника по интермодуляции, снятой двух- или трехсигнальным методом, на порядок интермодуляции. Восприимчивость приемника к интермодуляционным помехам, полученная из характеристик избирательности, снятых трехсигнальным методом учитывает наличие полезного сигнала на входе приемника.

Вероятность выполнения радиосредством своего функционального назначения – вероятность, что радиосредство будет работать с требуемым качеством в электромагнитной обстановке, определяемой условиями решаемой задачи. Это наиболее общий критерий, учитывающий все виды мешающих воздействий. Аналитически рассчитать эту вероятность для подавляющего большинства практических ситуаций невозможно. Критерий применяют в методиках оценки ЭМС, основанных на использовании имитационного моделирования методом Монте – Карло.

5. Некоторые методики оценки ЭМС

В этом разделе коснемся сначала методик, которые находят наиболее широкое применение в подразделениях радиочастотной службы Российской Федерации. Таких методик можно выделить две: методика, реализованная в Системе Управления РадиоСпектром (СУРС) «Нева» (разработчики ЛОНИИР и Радиочастотный центр Северо- Западного Федерального Округа), и методика, реализованная в пакете прикладных программ Проектирование И Анализ Радиосетей («ПИАР») (разработчик НПО «Яр», Ярославский государственный университет). Некоторые характеристики этих систем представлены в приводимой ниже табл. 1.3.

В отношении рассматриваемых методик можно дать следующий комментарий:

1. В методике, реализованной в СУРС «Нева», не рассматриваются побочные каналы приема (ПКП). Анализ нелинейных явлений в радиоприемном устройстве проводится с использованием математических моделей, разработанных в ЛОНИИР.

В методике, реализованной в пакете прикладных программ «ПИАР», учитываются помехи по ПКП. Описание излучений передатчиков на гармониках, восприимчивости приемников по ПКП и анализ эффекта блокирования радиоприемного устройства опирается на математические модели. Нужно заметить, что модели, основаны на результатах измерений, выполненных на приемной и передающей аппаратуре, диапазон рабочих частот которой ограничен сверху частотой порядка 1000 МГц. Поэтому утверждение разработчиков пакета прикладных программ «ПИАР» о возможности оценки ЭМС в диапазоне частот до 18 ГГц нуждается в серьезной проверке. Отметим также, что числовые значения эмпирических коэффициентов, используемых в моделях, не привязаны к назначению аппаратуры, а определяются только диапазоном рабочих частот этой аппаратуры и получены по результатам исследований американской аппаратуры.

2. В обеих методиках для оценки нелинейных эффектов в приемной аппаратуре требуются параметры, которые отсутствуют в технической документации на радиоприемные устройства.

Для моделей, используемых в СУРС «Нева», разработаны методики измерений, позволяющие получить данные, необходимые для проведения соответствующих расчетов. Для пакета прикладных программ «ПИАР» такие методики отсутствуют, и задачу получения необходимых исходных данных должен полностью решать сам пользователь пакета.

3. Методики существенно различаются моделями оценки потерь в пространстве распространения.

В методике СУРС «Нева» используется эмпирическая модель Лустгартена – Медисона, которая не позволяет использовать цифровую карту местности.

В пакете прикладных программ «ПИАР» используется геоинформационная система (ГИС), созданная разработчиками пакета. ГИС не является многослойной и содержит только растровую цифровую карту местности, позволяющую получить информацию, необходимую для оценки потерь на трассах распространения. Карта местности используется также для отображения некоторых результатов расчета, как-то: построения контуров равной напряженности поля и областей обслуживания РЭС с учетом помех окружения. Расчет потерь на трассах распространения производится с использованием Рек. Р.370 МСЭ и исследований, выполненных НИИР по распространению радиоволн в диапазонах ОВЧ-СВЧ.

Следует заметить, что модели оценки потерь, использованные в обеих рассматриваемых методиках, не могут быть использованы для оценки потерь на трассах в черте города.

4. В методике, реализованной в СУРС «Нева», используются несколько критериев оценки ЭМС, учитывающих характер взаимодействия полезного сигнала и помехи (линейный или нелинейный). Это позволяет пользователю методики получить однозначный ответ о наличии или отсутствии ЭМС в соответствии с заложенными критериями.

В методике, реализованной в пакете прикладных программ «ПИАР», оценивается снижение реальной чувствительности приемника под действием помехи. При этом вводимое определение реальной чувствительности имеет следующую формулировку: «За реальную чувствительность приемника будем принимать такой уровень входного сигнала приемника, при котором на входе детектора мощность сигнала будет равна мощности шума, которая определяется внутренними и внешними источниками». При таком определении реальной чувствительности приемника этот параметр больше не является параметром только приемного устройства, а зависит от внешнего естественного и индустриального фона. Его значение нельзя измерить, а можно только рассчитать. Это обстоятельство не позволяет в общем случае определить допустимую границу ухудшения реальной чувствительности под действием помех от других РЭС, а следовательно, и вынести решение, имеет место ЭМС РЭС или ее нет. Однако результаты расчетов позволяют ранжировать приемники и передатчики, соответственно, по количеству помех, приходящихся на приемник, их виду и степени влияния на реальную чувствительность, или по количеству приемных устройств, пораженных излучениями данного передатчика (в том числе и совместно с другими при интермодуляционных помехах) и степени их влияния на чувствительность РПУ. Решение о том, есть совместимость или ее нет, устраивает или нет картина, полученная в результате расчета, принимает пользователь пакета программ.

Среди других систем, которые могут найти применение в задачах частотно- территориального планирования и оценки ЭМС, но пока не используются в радиочастотной службе, отметим систему автоматизированного проектирования (САПР) «БАЛТИКА-СПС», разработанную в ЛОНИИР. Система предназначена для частотно-территориального планирования сотовых, транкинговых, пейджинговых сетей радиосвязи, сетей абонентского радиодоступа, телевидения и радиовещания. Планирование включает выбор структуры (конфигурации) сети, мест установки базовых станций, выбор типа, высоты подвеса и ориентации антенн, назначение частот, обеспечивающих внутрисистемную и межсистемную ЭМС.

Основные задачи, которые решает САПР «БАЛТИКА-СПС», включают:

– создание частотно-территориальных планов (ЧТП) новых сетей подвижной связи (СПС);

– построение ЧТП развития действующих СПС;

– анализ внутрисистемной и межсистемной ЭМС СПС для коррекции ЧТП.

Решение задач ЧТП и ЭМС производится с использованием ГИС MapInfo, которая позволяет хранить и использовать при расчетах большой объем информации в виде слоев, содержащих не только данные о рельефе местности, но и данные о РЭС (координаты и характеристики), данные по типам застройки (городская, пригородная, сельская), данные о водных объектах, лесных массивах, дорогах, спецмагистралях.

В процессе решения задач ЧТП САПР «БАЛТИКА-СПС» оценивает область обслуживания СПС, распределение вероятности качества обслуживания по этой площади, зоны передачи абонентов от одной базовой станции (БС) к другой БС.

Широкий спектр математических моделей, используемых для оценки потерь в пространстве распространения, позволяет решать задачи ЧТП и оценки ЭМС для различных условий применения РЭС.

В качестве критерия ЭМС используется защитное отношение. Отсутствие ЭМС между парой БС фиксируется при наличии пересечения области обслуживания одной из станций с областью помех от другой станции. Процедура оценки ЭМС учитывает динамическую регулировку мощности передатчика мобильной станции. Программа оценивает вероятность помех в приемнике БС как со стороны передатчика другой БС, так и со стороны передатчика абонентской станции из другой зоны обслуживания, а также вероятность помехи приемнику абонентской станции от передатчика другой базовой станции. При оценке ЭМС рассматриваются только помехи по совмещенному и соседним каналам, обусловленные внеполосными излучениями. Не учитываются помехи по ПКП и нелинейные эффекты в приемной и передающей аппаратуре.

САПР «БАЛТИКА-СПС» может использоваться в задачах ЧТП совместно с СУРС «Нева» или «ПИАР» для более детального анализа ЭМС РЭС в широком диапазоне частот.

В рамках Европейской конференции администраций почт и электросвязи (CEPT) разрабатывается программа, получившая наименование SEAMCAT. Программа позволяет исследовать ЭМС РЭС в сложных помеховых сценариях на основе оценки качества работы радиосредств. В основу программы SEAMCAT положен принцип имитационного моделирования Монте – Карло. Первоначально пользователь определяет законы распределения возможных значений параметров исследуемых систем радиосвязи (например, высот антенн, мощностей, рабочих частот, положений приемопередатчиков и т.п.). Далее SEAMCAT использует эти распределения, чтобы генерировать случайные выборки (именуемые также испытаниями или моментальными снимками) параметров объектов. После этого для каждого испытания SEAMCAT рассчитывает уровни мешающих и полезных сигналов и хранит их в массивах данных. На последнем шаге SEAMCAT рассчитывает вероятность помехи, принимая во внимание характеристики приемников и уровни рассчитанных сигналов.

В настоящее время SEAMCAT , Версия 2.1, позволяет исследовать качество работы радиосредств для таких служб, как:

– радиовещание (наземные системы и наземные компоненты спутниковых систем);

– подвижная служба (наземные системы и наземные компоненты спутниковых систем);

– фиксированная служба точка-точка;

– фиксированная служба точка-множество точек.

При оценке вероятности помехи учитываются как внеполосные, так и побочные излучения передатчиков, а также явления блокирования и интермодуляции в приемнике.

SEAMCAT может быть использован при рассмотрении таких вопросов, связанных с управлением использования спектра, как

– изучение вопросов совместного использования спектра и совместимости разных телекоммуникационных систем, работающих в одной и той же или смежных полосах частот;

– оценка масок передатчиков и приемников;

– оценка граничных значений определенных параметров систем, таких как нежелательные излучения (побочные и внеполосные), уровней блокирования и интермодуляции.

Методики оценки ЭМС РЭС, используемые в настоящее время Радиочастотной службой, характеризуются неполнотой оценки ЭМС и не охватывают всех возможных сценариев работы РЭС. В этом плане необходимо их дальнейшее совершенствование. Однако наиболее существенным моментом, препятствующим эффективному использованию даже имеющихся методик, является отсутствие (в стандартах и в технической документации на аппаратуру) ряда данных, необходимых для проведения полноценных расчетов. Особенно это касается оценки нелинейных эффектов в радиоаппаратуре, математические модели которых потребляют специфические параметры, как правило, отсутствующие в спецификациях на аппаратуру. Разработчики программных средств пытаются обойти эти трудности, вводя данные, характерные для некоего «типового» приемника или для ситуации «наихудшего» случая. Однако, эти вынужденные решения обычно не соответствуют реальной ситуации.

Выходом из такого положения могла бы стать разработка ряда программ оценки ЭМС, охватывающих все практически значимые сценарии работы РЭС и утвержденных ГКРЧ, одновременно с разработкой нормативных документов, предписывающих изготовителям аппаратуры указывать все параметры аппаратуры, используемые разрабатываемыми программными средствами, которые необходимы для проведения полноценных расчетов ЭМС.

Оценка ЭМС РЭС является основой разработки частотно-территориальных планов. Однако совершенно ясно, что даже при идеальных программах оценки ЭМС, всегда будет существовать некоторая неопределенность описания анализируемой обстановки. Эта неопределенность обусловлена разбросом электрических и энергетических параметров РЭС, колебаниями естественного и индустриального фона, на котором происходит работа РЭС, изменениями условий распространения радиоволн в процессе работы РЭС, приближенностью используемых математических моделей и т.п. Поэтому всегда будут наблюдаться некоторые отклонения реальных показателей качества работы РЭС от их расчетных значений. Окончательное решение о возможности эксплуатации того или иного РЭС, той или иной сети связи может быть принято только после проведения определенных организационных и технических работ на этапе ввода систем связи в эксплуатацию.

Детали:

Тип работы: Конспект, Лекции

Предмет: Физика

Svg Vector Icons : http://www.onlinewebfonts.com/icon Из сборника: Лекции по мобильной связи

Год написания: 2010

Добавить комментарий

Ваш email не будет показан.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.