Лекция 13. Электромагнитная совместимость

Цель лекции: Ознакомиться с основными видами мешающих воздействий, методикой из расчета и методами снижения взаимных помех

Согласно Регламенту Радиосвязи (основному документу МСЭ) и соответственно “Таблице распределения полос частот между радиослужбами Республики Казахстан” РРЛ прямой видимости, входящие в состав фиксированной службы, могут работать на первичной основе в совмещенных полосах частот как со спутниковыми системами связи, так и с другими наземными системами связи. Ясно, что при такой работе существует вероятность возникновения взаимных помех.

Взаимные помехи, возникающие при совместном использовании общих участков полос частот, можно разделить на внутрисистемные и внешние. В РРЛ внутрисистемные помехи создаются мешающими сигналами от соседних стволов, сигналами, принимаемыми с обратного направления за счет задних лепестков диаграммы направленности антенны, сигналами от станций, отстоящих на три интервала и т. д. Источниками внешних помех являются соседние РРЛ, ССС, ССВ, сигналы радиолокационных станций, использующих общие полосы частот.

В ССС основной причиной внутрисистемных помех является недостаточная развязка между сигналами различных ЗС, находящихся в зоне обслуживания и использующих общий ретранслятор.

C целью уменьшить помехи со стороны РРЛ на оборудование других систем связи на параметры РРЛ накладываются определенные ограничения:

- (Р_ПРД×η_ПРД)_МАКС ≤ 13дБВт при f=1 – 10ГГц;

- (Р_ПРД×η_ПРД)_МАКС ≤ 10дБВт при f>10 ГГц;

- (Р_ПРД×η_ПРД)_МАКС ≤55дБВт при f> 1 ГГц.

Совместное использование общих полос частот обеспечивается двумя основными методами: с помощью международной координации характеристик и параметров новых систем с существующими системами и на плановой основе, с помощью согласованных в международном масштабе планов.

При проектировании ССС в соответствии с утвержденным в международном масштабе планом (ВАКР-77) необходимость в анализе ЭМС практически отпадает.

Для оценки взаимных помех между геостационарными спутниковыми сетями, совместно использующими общие полосы частот, в Регламенте радиосвязи приводится установленная методика расчета. Она основана на представлении, что при воздействии мешающих сигналов увеличивается шумовая температура системы, подвергающейся помехам. При этом отпадает необходимость в большом количестве подробных сведений о параметрах взаимодействующих систем, что существенно упрощает расчет. Вычисляется кажущееся относительное увеличение шумовой температуры существующей спутниковой линии, обусловленное воздействием мешающих сигналов, создаваемых проектируемой системой.

. (13.1)

Здесь – эквивалентное приращение шумовой температуры приемного устройства на спутнике ССС1, вызванное воздействием на него мешающего сигнала от передатчика ЗС2, работающего в составе ССС2 (приращение на участке «вверх»);

– эквивалентное приращение шумовой температуры приемного устройства ЗС1, вызванное воздействием на него мешающего сигнала от передатчика ССС2 (приращение на участке «вниз»); γ – коэффициент передачи по мощности участка спутниковой линии ССС1 от выхода приемной антенны ретранслятора до выхода приемной антенны ЗС1, обычно меньше 1;

Y – безразмерный коэффициент, учитывающий дополнительное ослабление мешающего сигнала за счет несовпадения его поляризации с поляризацией полезного сигнала. При круговой поляризации на обеих ССС с противоположными направлениями вращения Y=4.

При этом

, (13.2)

(13.3)

где – максимальные значения спектральной плотности мощностей, подводимых к передающим антеннам соответственно ЗС2 и спутника ССС2, создающего помехи дя ССС1,Вт/Гц;

– коэффициент усиления передающей антенны ЗС2 в направлении на спутник ССС1;

– коэффициент усиления приемной антенны на спутнике ССС1 в направлении на ЗС2;

– коэффициент усиления передающей антенны на спутнике ССС2 в направлении на ЗС1;

– коэффициент усиления приемной антенны ЗС1 в направлении на спутник ССС2;

θ_t – отсчитываемый с поверхности Земли угол между спутниками ССС1 и ССС2;

k – постоянная Больцмана;

– суммарные потери энергии радиоволн в тракте распространения на участках «вверх» и «вниз».

Полученное значение сравнивается с допустимым, которое составляет 4% суммарной температуры соответствующей спутниковой линии. В случае превышения допустимого значения между проектируемой и существующей системами требуется координация, предусматривающая анализ ЭМС и более точный расчет взаимных помех.

Помехи со стороны передатчиков фиксированной спутниковой службы, размещенных на космических аппаратах, оказываются приемлемыми. Это обеспечивается наложением ограничений на плотность потока мощности, создаваемой у поверхности Земли.

Типовой помеховый сценарий между РЭС беспроводного доступа и ЗС ФСС предполагает наличие базовой станции с всенаправленной или секторной антенной, абонентских станций, размещенных в произвольных точках зоны обслуживания сети, с направленными антеннами, строго ориентированными на свои базовые станции, и собственно земной станции, работающей с КА на геостационарной орбите, как это показано на рисунке 13.1.

Условие ЭМС между сетью беспроводного доступа и ЗС ФСС считается выполненным, если будет одновременно обеспечена электромагнитная совместимость каждой станции сети беспроводного доступа, рассматриваемой как потенциальный источник помех, и земной станции, рассматриваемой как приемник помех.

В ходе проведения оценки ЭМС следует учитывать, что помимо основных и побочных каналов проникновения мешающих сигналов на вход приемника ЗС ФСС, в ряде случае достаточно опасным является эффект блокировки элементов высокочастотного тракта. Это связано, главным образом, с тем, что современные малошумящие усилители ЗС ФСС имеют достаточно широкую полосу пропускания, которая составляет 1100-1500 МГц.

На практике производится расчет взаимных помех, которые зависят от ряда факторов, включающих мощности передатчиков, тип модуляции, усиление антенн в направлении мешающих сигналов, допустимые уровни помех на входе приемников, механизмы распространения радиоволн, радиоклиматические условия, расстояние между станциями и профиль окружающей местности.

Для спутниковых станций строятся координационные зоны и в том случае если станции РРЛ оказываются за пределами этих зон, расчеты взаимных помех можно не проводить.

Для снижения взаимных помех могут быть изменены взаимное расположение спутников, параметры сигналов и антенн, мощности передатчиков, а также использованы компенсаторы помех или специальные сигналы дисперсии несущей.

Среди методов уменьшения помех, рекомендованных комиссиями МСЭ-Р для обеспечения ЭМС в полосе частот 3400-3600 МГц, следует выделить применение искусственных и естественных экранов. Они могут обеспечить дополнительное затухание мешающего сигнала до 15 дБ. Более эффективными являются естественные экраны больших размеров (дом, гора, лес, группа деревьев и т.д.). По имеющимся оценкам развязка в этом случае может достигать 40-50 дБ [5].

Рисунок 3.1 – Типовой помеховый сценарий между РЭС

Другим методом уменьшения помех является применение секторных антенн. При выборе соответствующего правила распределения частот между секторами сети беспроводного доступа (чтобы частоты не совпадали в соседних секторах), можно всегда спланировать работу ЗС так, чтобы ее рабочий номинал не совпадал с номиналом рабочей частоты сектора. Дополнительная развязка по пространству может составить в этом случае до 20-25 дБ.

Традиционным методом уменьшения помех является введение частотной расстройки между радиосигналами затронутого и мешающего РЭС.