Проблема электромагнитной совместимости современных радиосистем

К данному типу частотных ресурсов относится ISM (Industrial, Scientific, and Medical Equipment) -- диапазон частот, который предназначен для использования в нелицензируемом оборудовании (промышленном, научном, медицинском, домашнем или аналогичном), за исключением приложений в области связи. Оборудование должно генерировать и использовать радиочастотную энергию локально. В США данный диапазон включает в себя ряд интервалов: 915,0 ± 13 МГц; 2450 ±50 МГц; 5,8 ± 0,075 ГГц; 24,125 ± 0,125 ГГц. Европейский вариант имеет некоторые отличия.

Сейчас интервал частот 2450 МГц широко используется для организации систем передачи данных на короткие расстояния (например, беспроводных локальных сетей WLAN). В России разрешено применение на вторичной основе интервала 2400 -2483,5 МГц (вторичность означает невозможность применения при возникновении помех системам, использующим данный диапазон на первичной основе). В настоящее время в соответствии с решением ГКРЧ от 29.04.2002 (протокол №18/3) «О порядке использования на территории Российской Федерации внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400 -2483,5 МГц» разрешается использование юридическими и физическими лицами полосы частот для организации на территории Российской Федерации внутриофисных систем беспроводной передачи данных на вторичной основе и при условии непредъявления претензий на возможные помехи от РЭС военного и гражданского назначения, а также от высокочастотных установок промышленного, научного, медицинского и бытового применения, использующих указанную полосу частот. При этом следует учитывать, что для этих систем не требуется согласований с радиочастотными органами Министерства обороны Российской Федерации и другими (при необходимости) министерствами и ведомствами России. Для получения разрешения на использование радиочастот для эксплуатации внутриофисных систем передачи данных заявитель направляет в адрес ФГУП «Главный радиочастотный центр» радиочастотную заявку по форме, указанной в приложении 1 решения ГКРЧ от 29.04.2002 (протокол № 18/3). При отсутствии замечаний по заявке ФГУП «Главный радиочастотный центр» готовит проекты разрешительных документов. После оплаты работ по экспертизе заявки заявителю выдается разрешение на использование полосы частот 2400 -2483,5 МГц для эксплуатации РЭС внутриофисных систем. На основании этого документа заявитель получает в соответствующем ФГУП Радиочастотного центра федерального округа разрешение на эксплуатацию РЭС.

Интервал 5,8 ГГц совпадает с частотами, выделенными для систем U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure -- нелицензируемая Национальная информационная инфраструктура), обеспечивающими быстрое развертывание систем при намного меньших затратах, чем в случае диапазонов, требующих лицензирования. В январе 1997 года Федеральная комиссия по связи (FCC) США выделила для услуг U-NII три диапазона частот суммарной шириной 300 МГц в диапазоне 5 ГГц: диапазон U-NII 1 (5,15 -5,25 ГГц) и диапазон U-NII 2 (5,25 -5,35 ГГц), предназначенные для локальных сетей и других приложений связи на коротких расстояниях, и диапазон U-NII 3 (5,725 -5,825 ГГц) для сетей, требующих большей дальности связи. В России частоты диапазона 5,725 -5,875 ГГц могут использоваться при том условии, что уровень радиопомех от источников излучений не будет превышать допускаемый уровень индустриальных радиопомех.

Более того, FCC заявила о необходимости изменить саму методологию распределения частотных диапазонов. Главная идея -- распределять спектр динамически, так как отдельные частотные интервалы используются очень интенсивно, а другие практически свободны. Предполагается также учесть в лицензировании не только сами частоты, но и время их занятия, мощность излучения. Рекомендуется также проработать вопрос более эффективного анализа помех, установить максимальный уровень мощности передачи в зависимости от диапазонов частот и уровня шумов. И, наконец, предлагается ввести три вида лицензирования частотных ресурсов: эксклюзивное пользование, общее пользование и контролируемое пользование

Краткая характеристика технологий

Приведем краткую характеристику технологий беспроводной передачи данных, а затем осуществим их сравнительный анализ. Традиционно в данной области телекоммуникаций (и не только здесь) конкурируют американские стандарты IEEE, европейские стандарты ETSI и фирменные стандарты.

Технология ZigBee продвигается организацией ZigBee Alliance, ставящей своей целью обеспечение верхних слоев семиуровневой модели стеком протоколов (от сетевого уровня до уровня приложений), включая профили приложений и инженерную реализацию компонентов данной технологии. К разработке соответствующего стандарта низкоскоростной передачи данных подключился комитет IEEE 802.15.4, разрабатывающий уровни MAC (управление доступом к среде передачи -- media access control) и PHY (уровень передачи сигналов в физической среде) семиуровневой модели. Именно первый, физический уровень (PHY) в основном определяет стоимость системы, скорости передачи данных, потребляемую мощность, габариты и диапазон используемых частот.

Назначение данной технологии -- обеспечить компонентами системы автоматизации и дистанционного управления различного назначения. При этом для АТ была поставлена цель обеспечения их автономным батарейным питанием двумя элементами типа АА в течение времени от полугода до двух лет. Варианты применения устройств, построенных на основе данной технологии: беспроводные системы обеспечения безопасности жилища от несанкционированного проникновения в них; удаленное управление кондиционерами, системой освещения помещений и оконными жалюзи; управление какими-либо устройствами инвалидами, пожилыми людьми и детьми; универсальное управление аудио и видеоустройствами; беспроводные клавиатура, мышь ПК, пульт управления игровой приставкой; беспроводные детекторы задымления; автоматизация и управление элементами промышленных и жилых помещений (освещением и т.п.).

Предусматривается разработка шлюзов для взаимодействия данных систем с другими сетями передачи данных.

Используемые частоты: ISM (2,4 ГГц со скоростью 250 кбит/с), европейский диапазон 868 МГц (20 кбит/с) и американский диапазон 915 МГц (40 кбит/с).

Технология Bluetooth -- это технология передачи данных по радио на малые расстояния (до 10 м, с возможностью расширения до 100 м), позволяющая осуществлять связь беспроводных телефонов, компьютеров и различной периферии, не требуя прямой видимости. По мощности радиопередатчика аппаратура делится на три класса: первый (максимальная выходная мощность 100 мВт), второй (2,5 мВт) и третий (1 мВт).

Разработку технологии начала компания Ericsson Mobile Communications. Первоначальной ее целью было получение нового радиоинтерфейса с низким уровнем энергопотребления и невысокой стоимостью, который позволил бы устанавливать связь между сотовыми телефонами и гарнитурами. Кроме того, новый интерфейс предназначался для передачи данных между ПК, между ПК и его периферией, между ноутбуком и сотовым телефоном и т.п.

В феврале 1998 года. Ericsson совместно с Intel, IBM, Toshiba и Nokia сформировали специальную группу по разработке и продвижению технологии под названием Bluetooth SIG (Special Interest Group). Эта технология полностью открыта, а поэтому любая компания, подписавшая лицензионное соглашение, может войти в состав Bluetooth SIG и начать создавать продукты на ее основе.

Семейство стандартов IEEE 802.11х разрабатывается американским институтом IEEE. Стандарт IEEE 802.11, разработка которого была завершена в 1997 г., является базовым стандартом и определяет протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей (WLAN). Основные из них -- протокол управления доступом к среде MAC (нижний подуровень канального уровня) и протокол PHY передачи сигналов в физической среде. В качестве последней допускается использование радиоволн и инфракрасного излучения. Стандартом 802.11 определен единственный подуровень MAC, взаимодействующий с тремя типами протоколов физического уровня, соответствующих различным технологиям передачи сигналов -- по радиоканалам в диапазоне 2,4 ГГц с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра (DSSS) и ППРЧ (FHSS), а также с помощью инфракрасного излучения. Спецификациями стандарта предусмотрены два значения скорости передачи данных -- 1 и 2 Мбит/с. По сравнению с проводными ЛВС Ethernet-возможности подуровня MAC расширены за счет включения в него ряда функций, обычно выполняемых протоколами более высокого уровня, в частности, процедур фрагментации и ретрансляции пакетов. Это вызвано стремлением повысить эффективную пропускную способность системы благодаря снижению накладных расходов на повторную передачу пакетов.

В качестве основного метода доступа к среде стандартом 802.11 определен механизм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance -- множественный доступ с обнаружением несущей и предотвращением столкновения пакетов).

Управление питанием. Для экономии энергоресурсов мобильных рабочих станций, используемых в беспроводных ЛВС, стандартом 802.11 предусмотрен механизм переключения станций в так называемый пассивный режим с минимальным потреблением мощности.

Архитектура и компоненты сети. В основу стандарта 802.11 положена сотовая архитектура, причем сеть может состоять как из одной, так и нескольких ячеек. Каждая сота управляется базовой станцией, являющейся ТД, которая вместе с находящимися в пределах радиуса ее действия рабочими станциями пользователей образует базовую зону обслуживания. Точки доступа многосотовой сети взаимодействуют между собой через распределительную систему, представляющую собой эквивалент магистрального сегмента кабельных ЛВС. Вся инфраструктура, включающая точки доступа и распределительную систему, образует расширенную зону обслуживания. Стандартом предусмотрен также односотовый вариант беспроводной сети, который может быть реализован и без точки доступа, при этом часть ее функций выполняются непосредственно рабочими станциями.

Роуминг. Для обеспечения перехода мобильных рабочих станций из зоны действия одной точки доступа к другой в многосотовых системах предусмотрены специальные процедуры сканирования (активного и пассивного прослушивания эфира) и присоединения (Association), однако строгих спецификаций по реализации роуминга стандарт 802.11 не предусматривает.

Обеспечение безопасности. Для защиты WLAN стандартом IEEE 802.11 предусмотрен целый комплекс мер безопасности передачи данных под общим названием Wired Equivalent Privacy (WEP). Он включает средства противодействия несанкционированному доступу к сети (механизмы и процедуры аутентификации), а также предотвращение перехвата информации (шифрование).

Сейчас наибольшее распространение получил стандарт IEEE 802.11b. Благодаря высокой скорости передачи данных (до 11 Мбит/с), практически эквивалентной пропускной способности обычных проводных ЛВС Ethernet, а также ориентации на диапазон 2,4 ГГц, этот стандарт завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования для беспроводных сетей. В окончательной редакции стандарт 802.11b, известный так же, как Wi-Fi (Wireless Fidelity), был принят в 1999 году. В качестве базовой радиотехнологии в нем используется метод DSSS с 8-разрядными последовательностями Уолша. Поскольку оборудование, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала. Как и в случае базового стандарта 802.11, четкие механизмы роуминга спецификациями 802.11b не определены. Дальнейшим развитием семейства IEEE 802.11x явился стандарт IEEE 802.11a, который предусматривает скорость передачи данных до 54 Мбит/с (редакцией стандарта, утвержденной в 1999 году, определены три обязательных скорости -- 6, 12 и 24 Мбит/с и пять необязательных -- 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с). В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802.11а предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). Наиболее существенное различие между этим методом и радиотехнологиями DSSS и FHSS заключается в том, что OFDM предполагает параллельную передачу полезного сигнала одновременно по нескольким частотам диапазона, в то время как технологии расширения спектра передают сигналы последовательно. В результате повышается пропускная способность канала и качество сигнала. К недостаткам 802.11а относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия (оборудование для 2,4 ГГц может работать на расстоянии до 300 м, а для 5 ГГц -- около 100 м).

Для полноты рассмотрения возможностей семейства IEEE802.11x представим краткую характеристику ряда других стандартов и их спецификаций. Стремясь расширить географию распространения сетей стандарта 802.11, IEEE разрабатывает универсальные требования к физическому уровню 802.11 (процедуры формирования каналов, псевдослучайные последовательности частот и т.д.). Соответствующий стандарт 802.11d пока находится в стадии разработки. Спецификации другого разрабатываемого стандарта 802.11е позволяют создавать мультисервисные беспроводные ЛС, ориентированные на различные категории пользователей, как корпоративных, так и индивидуальных. При сохранении полной совместимости с уже принятыми стандартами 802.11а и 802.11b он позволит расширить их функциональность за счет поддержки потоковых мультимедиа-данных и гарантированного качества услуг (QoS). Спецификации 802.11f описывают протокол обмена служебной информацией между точками доступа (Inter-Access Point Protocol, IAPP), что необходимо для построения распределенных беспроводных сетей передачи данных. Рабочая группа IEEE 802.11h рассматривает возможность дополнения существующих спецификаций 802.11 MAC и 802.11a PHY алгоритмами эффективного выбора частот для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, контроля излучаемой мощности и генерации соответствующих отчетов. Предполагается, что решение этих задач будет базироваться на использовании протоколов Dynamic Frequency Selection (DFS) и Transmit Power Control (TPC), предложенных ETSI. Указанные протоколы предусматривают динамическое реагирование клиентов беспроводной сети на интерференцию радиосигналов путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами.

Спецификации стандарта 802.11g, находящиеся сейчас в стадии рассмотрения, представляют собой развитие стандарта 802.11b и позволяют повысить скорость передачи данных в беспроводных ЛВС до 22 Мбит/с (а возможно, и выше) благодаря использованию более эффективной модуляции сигнала. Из нескольких предложений по базовой радиотехнологии для данного стандарта рабочая группа IEEE недавно выбрала решение компании Intersil, основанное на методе OFMD. Одним из достоинств будущего стандарта является обратная совместимость с 802.11b.

Спецификации стандарта 802.11j будет оговаривать существование в одном диапазоне сетей стандартов 802.11a и HiperLAN2.

Нельзя не упомянуть деятельность IEEE в области технологий LMDS и MMDS (правый верхний угол рис.2.2). Местные и многоканальные многоточечные распределительные системы LMDS и MMDS (которые называют также «сотовым телевидением» и «беспроводным КТВ»), первоначально предназначавшиеся для трансляции телепрограмм в районах, не имеющих кабельной инфраструктуры, в последнее время все чаще используются для организации широкополосной беспроводной передачи данных на «последней миле». Радиус действия передатчиков MMDS, работающих в диапазоне 2,1 -2,7 ГГц, может достигать 40 -50 км, в то время как максимальная дальность передачи сигнала в системах LMDS, использующих значительно более высокие частоты в области 27 -31 ГГц, составляет 2,5 -3 км. Массовому распространению этих систем до сих пор мешало отсутствие индустриальных стандартов и, как следствие, несовместимость продуктов разных производителей. В начале 2000 года для изучения различных решений и выработки единых правил построения систем широкополосной беспроводной связи в IEEE был создан рабочий комитет 802.16. Первоначально он сосредоточился на вопросах стандартизации систем LMDS диапазона 28 -30 ГГц, однако вскоре полномочия комитета были распространены на область частот от 2 до 66 ГГц и в его составе образовано несколько рабочих групп. Группа 802.16.1 разрабатывает спецификации радиоинтерфейса для систем, использующих диапазон 10 -66 ГГц. Рабочая группа 802.16.2 занимается вопросами «сосуществования» сетей фиксированного широкополосного доступа в нелицензируемых диапазонах 5 -6 ГГц (в частности, с беспроводными ЛС на базе стандарта 802.11а). Наконец, группа 802.16.3 готовит спецификации радиоинтерфейса для лицензируемых систем диапазона 2 -11 ГГц. Главной целью создания этой группы стало содействие ускоренному развертыванию систем MMDS путем предоставления производителям возможности создавать совместимые продукты на основе единого стандарта.

Стандарты разрабатываются на базе единой эталонной модели, объединяющей интерфейсы трех типов в тракте связи между абонентскими устройствами или сетями (например, ЛВС или учрежденческими АТС) и транспортной сетью (ТфОП или Интернет). Первый радиоинтерфейс определяет взаимодействие абонентского приемо-передающего узла с базовой станцией, второй включает в себя два компонента, охватывающие обмен сигналами между радиоузлами и «находящимися за ними» сетями -- абонентской и транспортной (в детальной проработке спецификаций этого интерфейса участвуют и другие комитеты IEEE). Спецификации третьего, дополнительного радиоинтерфейса определяют использование повторителей или отражателей для увеличения зоны охвата системы и обхода препятствий на пути распространения сигнала.

Комитетом 802.16 уже приняты предварительные спецификации радиоинтерфейсов систем диапазона 10 - 66 ГГц, использующих технологии доставки сигнала с одной несущей. Стандарт 802.16а определяет для систем диапазона 2 - 11 ГГц оба метода передачи сигнала -- с одной несущей и OFDM, а стандарт 802.16b для диапазона 5 - 6 ГГц определяет технологию OFDM.

Европейским «ответом» созданию американских стандартов явилась разработка технологии HiperLAN2 (High Perfomance Radio LAN), которая обещает стать основным конкурентом технологий беспроводных ЛС 802.11. Инициаторами и активными сторонниками нового стандарта являются компании Nokia и Ericsson. Так же, как и 802.11а, стандарт HiperLAN2 ориентирован на работу в диапазоне 5 ГГц и способен обеспечить скорость передачи данных до 54 Мбит/с. Оба стандарта используют сходные методы модуляции сигнала на основе мультиплексирования с ортогональным разделением частот (OFDM), однако имеют различные спецификации протоколов доступа к среде MAC. Если для 802.11а он аналогичен Ethernet, то в HiperLAN2 больше напоминает АТМ. Другим отличием HiperLAN2 от 802.11а, которое может дать ему некоторое преимущество над конкурентом, стала поддержка трафика мультимедиа и QoS (802.11а ориентирован в основном на передачу данных). По информации ETSI, разработка стандарта ведется с учетом совместимости оборудования с системами 802.11а.

Американская технология HomeRF ориентирована на создание «домашней мультимедийной среды», объединяющей в себе каналы передачи данных, телефонии, аудио- и видео-информации, возможно в перспективе телеметрии охранных систем и систем жизнеобеспечения. Кроме того, технология позволяет обеспечить выход в Интернет с достаточно большой скоростью. Отсюда и предъявляемые требования к технологии: низкая стоимость, малое энергопотребление (особенно для портативных устройств), уменьшенные габариты, простота технической и программной инсталляции

Технология использует диапазон рабочих частот 2,4 ГГц, применяется адаптивная ППРЧ с числом скачков 50 - 100 в секунду. Первый вариант стандарта обеспечивал пиковую скорость передачи данных до 1,6 Мбит/с и типичную дальность связи до 50 м. Второе поколение HomeRF 2.0 позволяет передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Оба варианта характеризуются в настоящее время малым потреблением мощности абонентскими терминалами в режиме ожидания при наличии связности по протоколу TCP/IP (менее 10 мВт в режиме «on line»). Третье поколение технологии обеспечит скорость передачи до 20 Мбит/с.

Внешняя ЭМС. HomeRF был изначально разработан, чтобы успешно противодействовать внешнему вмешательству в диапазоне 2,4 ГГц. Для сохранения высокого качества речевого обмена в условиях воздействия внесистемных помех предусмотрена особая технология повторной передачи пораженных речевых пакетов. В отсутствие предельного трафика речевого обмена обеспечивается качественная передача потоков данных на основе использования ППРЧ. К настоящему времени стандарт IEEE802.11b исследован гораздо больше на предмет эффекта воздействия нежелательных излучений, хотя имеющиеся данные во многом противоречивы. Так, например, большинство пользователей не обращает внимания на уменьшение на 10 -40% скорости передачи устройства, находящегося рядом с микроволновой печью. Большой проблемой для сетей IEEE802.11 являются существенные флуктуации качества передачи речи при значительном объеме передачи данных (внутренняя перегрузка сети). Вариант IEEE802.11a «не зависит » от интерференционных проблем сегодня только потому, что в настоящее время диапазон 5 ГГц относительно свободен, однако в перспективе его подстерегают те же проблемы.

Внутренняя ЭМС. Цель разработки IEEE802.11 -- эффективная организация ЛВС на одном большом предприятии, а не на многих малых, размещенных рядом друг с другом. Оптимизировалась производительность системы в целом, а не одного или группы пользователей. При обнаружении излучения (даже с уровнем ниже мешающего) устройство перестает работать в сети, и две реально не мешающие друг другу сети перестают функционировать. Технология HomeRF потенциально лишена этого недостатка.

Интегральный вывод из проведенного анализа целого ряда технологий следующий: каждая технология разработана для своей цели. Стандарт IEEE802.11 рассчитан на использование в сфере бизнеса. Технология HomeRF предназначена для создания домашней мультимедийной сети с широкополосным доступом пользователей к Интернету. Bluetooth обеспечивает беспроводную связь в подвижных (транспортных) системах и в помещениях небольшого объема. ZigBee является стандартом для создания технологических сетей обмена телеметрией и командами управления.

В настоящее время преодолеть разногласия отдельных групп разработчиков и производителей технологий передачи данных не удалось. Удастся ли создать единую технологическую платформу для передачи данных? Пока что решение этой задачи не очевидно.

3. Сверхширокополосные системы связи

В современном мире объемы потоков информации, передаваемых по радиоканалам, растут стремительно. Черно-белые и особенно цветные телевизионные изображения, массивы данных при межкомпьютерных соединениях, телеметрическая информация в больших системах - все это требует передачи десятков и сотен мегабит в секунду.

Известно, что предельная пропускная способность канала связи (максимальное количество информации, передаваемое по каналу, бит/с) определяется формулой Шеннона:

C = Дf·log(1 + PS/PN), (3.1)

где Дf - рабочая полоса частот канала связи; PS - мощность сигнала; PN - мощность шума в полосе частот канала.

Из формулы видно, что при фиксированной полосе частот увеличить объем передаваемой по радиоканалу информации можно за счет повышения мощности сигнала. Однако рост излучаемой мощности ограничен несколькими факторами. Прежде всего, уровень мощности на определенном расстоянии от излучающей системы не должен превышать предел безопасности для организма человека. Важно также отсутствие взаимных помех радиосистем в реальных условиях эксплуатации, т. е. электромагнитная совместимость (ЭМС). Поскольку современные радиосистемы относительно узкополосны и каждая из них работает в отведенной для нее полосе частот, требования ЭМС ограничивают излучения системы за пределами выделенной полосы - т.н. нежелательные излучения. К ним относятся внеполосные и побочные радиоизлучения, а также индустриальные радиопомехи. Ограничения на нежелательные излучения в каждой стране определены соответствующими законодательствами.

Из уравнения Шеннона также следует, что пропускная способность канала линейно зависит от рабочей полосы частот Дf. Для увеличения объема передаваемой информации необходимо ее расширять. Поэтому в последние годы, благодаря успехам микроэлектроники в области создания скоростной элементной базы, стали быстро развиваться средства передачи информации на основе сверхширокополосных (СШП) сигналов.

Согласно определению Федеральной Комиссии Связи США, сверхширокополосными называются сигнал или система с относительной полосой частот з более 0,25 или с шириной спектра более 1,5 ГГц. Относительная полоса частот з определяется как:

з = 2 (fверх - fнижн) / (fверх + fнижн), (3.2)

где fверх и fнижн - верхняя и нижняя частоты спектра по уровню -10 дБ относительно максимума излучения. Центральная частота излучения определяется как среднее значение между верхней и нижней частотой fц = (fверх - fнижн) / 2. Отдельно в ГОСТ Р 51319-99 предложено определение СШП-передатчика: к сверхширокополосным относят передатчики, у которых з > 0,2 или абсолютная полоса частот больше 500 МГц.

СШП-системы связи сегодня - весьма перспективное направление. Однако поскольку СШП-системы занимают весьма широкие полосы частот, возникла проблема электромагнитной совместимости СШП-систем с традиционными узкополосными (УП) системами, действующими в том же спектральном диапазоне, несмотря на то, что спектральная плотность мощности СШП-систем очень мала. Поэтому сегодня актуальны численные оценки этой мощности, позволяющие сформулировать требования к СШП-системам и обеспечить их электромагнитную совместимость с другими системами в соответствии с действующим законодательством различных стран и регионов.

Нормы нежелательных радиоизлучений

Для совместной работы УП- и СШП-систем необходимо обеспечить отсутствие помех со стороны последних. Для этого уровень излучения СШП-систем должен соответствовать самым жестким законодательным нормам на нежелательные излучения для УП-радиосистем, что автоматически обеспечивает ЭМС СШП- и УП-систем в заданной полосе частот. Рассмотрим нормы разных стран на нежелательные излучения.

В Российской Федерации государственными отраслевыми стандартами определены нормы, ограничивающие уровни мощности внеполосных радиоизлучений, побочных радиоизлучений и индустриальных радиопомех. При этом самые жесткие нормы установлены на уровни излучения индустриальных радиопомех, поэтому будем рассматривать именно их.

Для индустриальных радиопомех на частотах ниже 30 МГц нормируют магнитную составляющую напряженности поля, на частотах от 30 до 1000 МГц - электрическую составляющую напряженности поля, на частотах выше 1000 МГц - мощность излучения (табл.3.1, [3]). Для сравнения различных видов нормируемых величин в таблице приведены их значения, пересчитанные в мощность, излучаемую изотропным источником Pi, и его спектральную плотность мощности W.

Табл. 3.1 - Нормы на уровень индустриальных помех в России

В США действуют требования, установленные Кодексом Федеральных Правил, ограничивающие уровень как внеполосных, так и побочных излучений УП-систем. Здесь самые жесткие нормы установлены на уровни побочных излучений (табл.3.2). Отметим, что в этой стране УП-радиотехнические устройства с уровнем излучения ниже нормируемого могут работать в определенных диапазонах частот без получения индивидуальной лицензии. На основе этих правил впервые в истории радиотехники Федеральная Комиссия Связи (ФКС) разрешила продажу и использование СШП- и УП-радиосистем в одной полосе частот. Рассмотрев свое решение через год, ФКС оставила его без изменений.

Табл. 3.2 - Допустимый уровень побочных излучений в США

Европейскими стандартами по электромагнитной совместимости самые жесткие требования установлены также на побочные радиоизлучения (табл.3.3), к которым относятся излучение на гармониках, паразитное излучение, интермодуляционное излучение и излучение, вызванное продуктами преобразования частоты.

Табл. 3.3 - Нормы на уровень побочных радиоизлучений в Европе

Пересчет нормированных величин в табл. 3.1-3.3 произведен по следующим формулам:

напряженность электрического поля

(3.3)

(3.4)

мощность, излучаемая изотропным источником

(3.5)

где: D - расстояние между передающей и приемной антеннами, на котором проводились измерения.

Pi [Вт] = (Е [мкВ/м]·D [м])2·10-12/ 30; (3.6)

спектральная плотность мощности

(3.7)

Нежелательные излучения измеряют детектором с усреднением и квазипиковым детектором. При этом существует однозначное соответствие между величинами, измеряемыми приборами различного типа. В табл.3.4 [3] приведены сравнительные уровни нежелательных излучений, нормируемых в разных странах для диапазонов частот выше 30 МГц.

Табл. 3.4 - Сводная таблица норм на нежелательные излучения.

Величина спектральной плотности мощности преобразована согласно методу измерения детектором с усреднением, т.е. значение несинусоидального сигнала, измеренное этим прибором, должно быть на 10 дБ меньше значения этого же сигнала, полученного при измерении квазипиковым детектором.

Международный Электротехнический Комитет (IEC) как международный орган ведет работы по определению статуса СШП-устройств и их электромагнитной совместимости с другими устройствами. Разрабатываемые им и уже действующие стандарты касаются мощного изучения (импульсное напряжение сотни вольт и более) при длительностях импульсов более 1 нс. Однако международных норм на работу маломощных СШП-систем (менее сотни вольт импульсного напряжения) при длительностях импульсов менее 1 нс сегодня нет, а они весьма необходимы.

Следует отметить, что ограничение уровня основного радиоизлучения СШП-систем в соответствии с требованиями, указанными в табл. 3.4, не гарантирует полного отсутствия их влияния на УП-радиосистемы. Исследования, проведенные в США, показали, что СШП-радиосистемы, удовлетворяющие требованиям табл. 3.4, могут создавать помехи работе глобальных навигационных систем, например GPS. Поэтому в США работа СШП-устройств в некоторых диапазонах частот ограничена. Диапазон рабочих частот СШП-систем связи для внутриофисного применения в США определен в пределах 3100-10600 МГц. На остальных частотах установлен уровень нежелательного излучения СШП-систем (табл. 3.5).

Табл. 3.5 - Диапазоны рабочих частот и уровни излучения для СШП-систем в США

Дальность действия СШП-систем в условиях ограничений

Оценим возможности СШП-систем связи, удовлетворяющих указанным выше нормативным ограничениям на уровень излучения. Расчет дальности действия системы СШП-связи будем проводить при фиксированной максимально допустимой средней мощности излучения. Поскольку в этих системах используется передача цифровой информации, рассмотрим наиболее простой метод ее передачи посредством амплитудной манипуляции с пассивной паузой, при этом каждый информационный бит передается одним импульсом (т.е. период следования импульсов фиксирован, появление/отсутствие импульса означает 1/0). В этом случае фиксированная средняя мощность излучения определяет число импульсов, излученных в единицу времени, т.е. скорость передачи информации. Данный вид модуляции энергетически наименее выгоден. Однако он наиболее прост в аппаратной реализации, а потому и наиболее перспективен.

Пусть длительность излучаемого СШП-импульса равна 0,5 нс, а полоса рабочих частот лежит в диапазоне 3,1-5,1 ГГц. Тогда допустимая спектральная плотность мощности СШП-сигнала в рабочей полосе составит 7,41·10-14 Вт/Гц (см. табл. 3.5). Прием СШП-сигналов производится на фоне аддитивного белого гауссового шума.

Уровень шума, действующий в рабочей полосе СШП-приемника, рассчитывается по формуле

NRX = k·TK·ДfUWB·N, (3.8)

где k = 1,38·10-23 Дж/К - постоянная Больцмана, TK = 293 К - абсолютная температура, ДfUWB = 2·109 Гц - полоса пропускания приемника, N = 10 - коэффициент шума приемника. Таким образом, NRX = 80,9 пВт = -70,9 дБм. Чувствительность приемника: PRX = NRX·q = 80,9·10-12·30 = 2,4 нВт = -56,2 дБм, где q - минимальное отношение сигнал/шум на входе приемника, требуемое для обеспечения заданной вероятности ошибки на бит (BER) при принятом виде модуляции. Для BER = 10-3 и 10-6 значение q при оптимальном приеме составит 30 и 70, соответственно.

Определим предельную среднюю мощность PTXav, которую может излучать передатчик при заданной предельной средней спектральной плотности мощности Wav:

PTXav = Wav· ДfUWB = 7,413·10-14·2 · 109 = 0,15 мВт = -8,24 дБм. (3.9)

Тогда пиковая мощность

PTXpeak = PTXav·Q = PTXav·T/ф = PTXav / (ф·V), (3.10)

где Q - скважность; T - период следования импульсов, с; V =1/Т - скорость передачи информации, бит/с.

Дальность действия системы связи определим по формуле

(3.11)

где GTX = 1 - коэффициент усиления антенны передатчика, GRX = 1 - коэффициент усиления антенны приемника, С = 3·108 м/с - скорость света, ф = 0,5 нс. При коэффициенте усиления передающей антенны более единицы необходимо ограничивать энергетический потенциал СШП-радиосистемы, равный PTxpeak·GTX, таким образом, чтобы излучаемая мощность в направлении наибольшей направленности передающей антенны не превышала предельно допустимую. В результате можно построить зависимость скорости передачи от дальности связи для приведенных значений BER (рис.3.1, [3]).

Рис. 3.1 - Зависимость скорости передачи от расстояния для двух значений BER

Зависимость скорости передачи информации от дальности связи

Из графика следует, что с учетом ограничений уровня излучаемой мощности СШП-системы можно подразделить на три группы.

Системы передачи данных со скоростью 1-100 Кбит/с (низкоскоростная связь) при дальности действия от нескольких километров до нескольких сотен метров. Они эффективны при информационном обмене с высокой скрытностью. Речь идет о системах передачи голосовых или информационных данных, в том числе - в распределенных сетях беспроводных датчиков. Это могут быть датчики постоянного контроля температуры, влажности, давления, частоты, напряжения и т.д.; датчики охранных и пожарных сигнализаций; медицинские датчики контроля состояния пациентов в госпиталях и в домашних условиях, а также датчики состояния спортсменов в процессе проведения тренировок и соревнований и т.д. Основное достоинство таких систем - возможность их применения без специального разрешения на использование полосы рабочих частот, если законодательство, подобное действующему в США (см. табл. 3.5), будет введено и в других странах.

Системы передачи данных со скоростью 1-100 Мбит/с при дальности действия от десяти до ста метров могут найти применение в локальных беспроводных внутриофисных сетях вместо проводных сетей типа Ethernet. Подобные системы будут, по-видимому, дешевле используемых сегодня для этих целей узкополосных систем, не говоря об их меньшем энергопотреблении.

Системы передачи данных со скоростью более 100 Мбит/с (высокоскоростная связь), в соответствии с прогнозами, - основная область для СШП-технологий. Такие системы связи эффективны для быстрого обмена большими массивами данных между мобильными устройствами (карманные персональные компьютеры, ноутбуки, цифровые фото- и видеокамеры, различные регистраторы информации), а также между мобильными устройствами и стационарными компьютерными системами сбора, обработки и хранения данных. Основное достоинство СШП-технологии перед близкими по скорости обмена системами на инфракрасных лучах - возможность работы через стены помещений и на больших расстояниях, а по сравнению с лазерными системами - более низкая стоимость.

Сравнивая современные и перспективные узкополосные системы передачи данных с СШП-системами (табл.3.6), можно заметить, что наиболее вероятной областью применения СШП-связи при существующих ограничениях по ЭМС будет высокоскоростная связь ближнего действия. Узкополосным же системам останется менее скоростная связь на большие расстояния.

Табл. 3.6 - Сравнение СШП и УП радиосистем связи при BER = 10-3.

Проведенный анализ действующего законодательства Российской Федерации, США и стран Европы в области электромагнитной совместимости показал, что совместное использование СШП- и УП-радиосистем в одном и том же диапазоне частот возможно. Это относится как к системам СШП-радиосвязи, так и к системам СШП-радиолокации. Для такого использования необходимо, чтобы спектральная плотность средней мощности СШП-систем находилась ниже уровня нежелательных излучений, установленного стандартами соответствующих стран (см. табл. 3.4). В соответствии с действующими в США правилами, СШП-системы не оказывают помех работе УП-систем при ограничении излучаемой ими мощности в диапазоне частот 3100 - 10600 МГц на уровне мощности нежелательных излучений для УП-систем - 7,41·10-14 Вт/Гц. Эти правила могут быть распространены на Российскую Федерацию и Европу, где установлен менее жесткий уровень нежелательных излучений - 9,0·10-14 Вт/Гц и 9,72·10-14 Вт/Гц, соответственно. Очевидна и актуальность массовых СШП-систем - как конфиденциальной связи с относительно небольшими потоками информации (около 20 Кбит/с) на расстояние до километра, так и для организации каналов связи с высокой скоростью передачи информации (сотни Мбит/с) на небольшие расстояния (десятки метров), поскольку в ближайшее время системы узкополосной радиосвязи не смогут решить данную задачу.

4. Пример расчета ЭМС сотовых систем связи

Исходные данные для расчета

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) сотовых систем различных стандартов, действующих на одной территории, может возникнуть, если рабочие полосы частот в предусмотренных для этих систем диапазонах перекрываются или защитный интервал между ними недостаточен. Особенно тщательного исследования требует случай, когда одна из систем уже развернута и функционирует в выделенных для нее рабочих полосах частот, а вторая планируется к развертыванию на той же или сопредельной территории при дефиците частотных полос.

Оценка ЭМС систем EGSM-900 и CDMA-800 в Москве.

Распределение рабочих полос частот систем CDMA-800 (передача с БС; передача с МС) или (прием на МС; прием на БС)[4]:

* по России в целом: (873...876 МГц; 828...831 МГц);

* в Москве: (879...882 МГц; 834...837 МГц).

Полоса, выделенная для стандарта EGSM-900: 880…915 МГц. Следовательно, частотные полосы систем не только перекрываются, но, фактически, часть рабочей полосы частот EGSM-900 приходится на ранее выделенную и занятую полосу системы связи CDMA-800. В связи со сложившейся ситуацией необходимо провести оценку ЭМС этих двух систем.

Из анализа частот EGSM и CDMA в Москве, следует, что излучение передатчика БС CDMA воздействует на приемник БС EGSM. В свою очередь излучение передатчика МС EGSM воздействуют на приемник МС CDMA.

При анализе ЭМС проводится расчет для следующих исходных данных[4]:

1. Характеристики передатчика БС CDMA:

* Максимальная мощность излучения БС CDMA: PБС CDMA = 17 Вт;

* Рабочая частота передатчика БС CDMA: fБС CDMA = 881,25 МГц (г. Москва);

* Полоса пропускания на уровне 3 дБ передатчика БС CDMA: 1,2 МГц;

* Потери радиочастотного кабеля, включая потери на радиочастотном разъеме: 3 дБ;

* Высота установки антенны передатчика БС CDMA: НБС CDMA =30 м;

* КУ секторной антенны передатчика БС CDMA: GБС CDMA = 14 дБ;

* Уровень внеполосного излучения БС CDMA при отстройке от несущей на 2 МГц и более: менее -44 дБ;

2. Характеристики приемника МС CDMA:

* Частота приема МС CDMA: 881,25 МГц (г. Москва);

* Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника МС CDMA: 1,2 МГц;

* Выигрыш в отношении S/(N+I) при использовании кодирования: 23 дБ;

* КУ антенны приемника МС CDMA: GМС EGSM = 0 дБ;

* Чувствительность приемника МС CDMA: -120,65 дБ;

* Уровень внутрисистемной помехи в системе CDMA: 8 дБ;

* Требуемое отношение S/(N+I) в системе CDMA: 5,5 дБ;

3. Характеристики передатчика МС EGSM:

* Мощность излучения МС EGSM: PМС EGSM = 2 Вт;

* Несущая частота передатчика МС EGSM: fМС EGSM = 889,6 МГц;

* Полоса пропускания на уровне 3 дБ передатчика МС EGSM: 6 МГц;

* Уровень внеполосного излучения МС EGSM при отстройке от несущей на 0,5 МГц и более: менее -60 дБ;

* КУ антенны передатчика МС EGSM: GМС EGSM = 0 дБ;

4. Характеристики приемника БС EGSM:

* Частота приема БС EGSM: fБС EGSM = 889,6 МГц;

* Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника БС EGSM: 6 МГц;

* Высота установки антенны приемника БС EGSM: НБС EGSM = 30 м;

* КУ секторной антенны приемника БС EGSM: GБС EGSM = 14 дБ;

* Чувствительность приемника БС EGSM: -107 дБ;

* Требуемое отношение S/(N+I) в системе EGSM: 9 дБ;

5. Условные характеристики трасс распространения сигналов:

* Условия распространения сигнала передатчик БС CDMA - приемник БС EGSM: городская застройка;

* Условия распространения сигнала передатчик БС CDMA - приемник МС CDMA: городская застройка;

* Условия распространения сигнала передатчик МС EGSM - приемник МС CDMA: прямая видимость (распространение в свободном пространстве);

* Условия распространения сигнала передатчик МС EGSM - приемник БС EGSM: городская застройка.

Анализ параметров источников полезного и мешающего сигналов

1. Мощность передатчиков:

Для передатчика БС CDMA:

РБС CDMA=10lg(PБС CDMA [Вт].1000)=10lg(17.1000) = 42,3, дБм;

Для передатчика МС EGSM:

РМС EGSM=10lg(PМС EGSM [Вт].1000)=10lg(2.1000) = 33, дБм.

2. Уменьшение уровня мощности мешающего сигнала на гармониках:

Частоты приемника МС CDMA и передатчика МС EGSM примерно равны:

f МС CDMA= 881,25 ? fМС EGSM = 889,6 МГц.

Значит, уменьшение уровня мощности мешающего сигнала на гармониках отсутствует.

Частоты приемника БС EGSM и передатчика БС CDMA примерно равны:

f БС CDMA= 881,25 ? fБС EGSM = 889,6 МГц.

Значит, уменьшение уровня мощности мешающего сигнала на гармониках отсутствует.

3. Потери в фидерах:

Для передатчика БС CDMA: 3 дБ.

Для передатчика МС EGSM: 0 дБ.

4. Усиление антенн:

КУ секторной антенны передатчика БС CDMA: GБС CDMA = 14 дБ.

КУ антенны передатчика МС EGSM: GМС EGSM = 0 дБ;

5. Уменьшение уровня мощности для частот передатчика, лежащих вне рабочей полосы частот.

Уровень внеполосного излучения БС CDMA при отстройке от несущей на 2 МГц и более: менее -44 дБ;

Уровень внеполосного излучения МС EGSM при отстройке от несущей на 0,5 МГц и более: менее -60 дБ;

6. Уменьшение коэффициента усиления антенны передатчика в направлении рецептора.

Секторная антенна БС CDMA должна обеспечивать примерно одинаковое усиление во всех направлениях, в т.ч. и направлении на БС EGSM. Следовательно, уменьшение КУ антенны БС CDMA принимаем равное 0 дБ.

Антенна МС является всенаправленной, поэтому уменьшение КУ антенны МС EGSM принимаем равным 0 дБ.

7. Итоговые данные по уровню эффективно передаваемой мощности с помощью расчета параметров передатчиков, полученные результаты сводятся в таблицу. Для нахождения результата необходимо сложить все строки таблицы[4].

Табл. 4.1 - Расчет уровня эффективной передаваемой мощности

Потери энергии на трассе распространения радиоволн

8, 9. Медианные и дифракционные потери.

Для трассы БС CDMA - БС EGSM.

Определим потери на трассе распространения по формулам Хаты:

h1 = h2 = 30м - высоты антенн БС.

Hm = min(h1, h2) = 30 м, Hb = max(h1, h2) = 30 м.

Для r ? 0,1 км, городская застройка, f = 881,25 МГц:

т.к. берем расстояние между БС меньше 20 км, то б = 1;

L = 69,6+26,2 log(881,25) - 13,82log(30)+1· [44,9 - 6,55log(30)] ·log(r) - 31,6;

L = 69,6 + 77,2 - 20,4 + 35,2·log(r) - 31,6;

L = 94,8 + 35,2 log(rБС).

Где rБС - расстояние между базовыми станциями CDMA и EGSM, км.

Для трассы распространения МС EGSM - БС EGSM.

Определим потери на трассе распространения по формулам Хаты: Городская застройка, f = 889,6 МГц, h1=30 м - высота расположения антенны БС EGSM, h2=1 м - высота расположения антенны МС EGSM, rEGSM - расстояние между МС и БС системы EGSM.

Hm = min(h1, h2) = 1 м, Hb = max(h1, h2) = 30 м.

В формулах Хаты рассматривается несколько случаев, в зависимости от расстояния rEGSM, в данной задаче целесообразно рассматривать только худший для ЭМС случай, когда rEGSM ? 0,1 км (большее расстояние - большие потери).

т.к. расстояние между МС и БС меньше 20 км, то б = 1;

L = 69,6 + 26,2log(889,6) - 13,82log(30) + 1· [44,9 - 6,55log(30)] · logrEGSM + 1,3 - 0;

L = 69,6 + 77,3 - 20,41 + 35,2· logrEGSM + 1,3 = 127,8 + 35,2· logrEGSM.

Для трассы распространения БС CDMA - МС CDMA.

Определим потери на трассе распространения по формулам Хаты: Городская застройка, f = 881,25 МГц, h1=30 м - высота расположения антенны БС CDMA, h2=1 м - высота расположения антенны МС CDMA, rCDMA - расстояние между МС и БС системы CDMA.

Hm = min(h1, h2) = 1 м, Hb = max(h1, h2) = 30 м.

В формулах Хаты рассматривается несколько случаев, в зависимости от расстояния, но в данной задаче целесообразно рассматривать только худший для ЭМС случай, когда rEGSM ? 0,1 км.

т.к. расстояние между МС и БС меньше 20 км, то б = 1;

L = 69,6 + 26,2log(881,25) - 13,82log(30) + 1·[44,9 - 6,55log(30)] · logrCDMA+1,3 - 0;

L = 69,6 + 77,2 - 20,41 + 35,2· logrCDMA + 1,3 = 127,7 + 35,2·logrCDMA.

Для трассы распространения МС EGSM - МС CDMA.

Для оценки ЭМС МС систем связи с различными методами разделения каналов при их пространственном разнесении в пределах прямой видимости, целесообразно использовать модель распространения сигналов в свободном пространстве.

Несущая частота передатчика МС EGSM: fМС EGSM = 889,6 МГц.

А=32,441 + 20lgrМС + 20lgf =32,441 + 20lgrМС + 20lg889,6;

А = 91,42 + 20lgrМС, [дБ].

Где rМС - расстояние между мобильными станциями CDMA и EGSM, км.

Замирание сигнала.

В формулах Хаты потери на замирание полезного сигнала лежат в пределах 3,5 - 17 дБ, в зависимости от расстояния и распространения выше или ниже уровня крыш. Т.к. расстояние между БС и МС - не определенно, а сигнал может идти как выше уровня крыш, так и ниже, то берем наибольшие потери на замирание 17 дБ.

Для «худшего случая» потери на замирание мешающих сигналов берем 0 дБ.

Потери в атмосферных осадках сказываются на частотах выше 5 ГГц. На частотах ниже 5 ГГц потери практически отсутствуют.

Суммарные потери на трассе распространения подсчитываются с помощью таблицы сложением значений всех строк.

Табл. 4.2 - Потери на трассе распространения

Характеристики рецептора

Коэффициент усиления приемной антенны.

КУ антенны МС - 0 дБ, КУ антенны БС - 14 дБ.

Уменьшение коэффициента усиления приемной антенны в направлении передатчика.

Секторная антенна БС EGSM должна обеспечивать примерно одинаковое усиление во всех направлениях, в т.ч. и направлении на БС CDMA. Следовательно, уменьшение КУ антенны БС EGSM принимаем равное 0 дБ. Антенна МС является всенаправленной, поэтому уменьшение КУ антенны МС CDMA принимаем равным 0 дБ.

Уменьшение коэффициента усиления антенны из-за рассогласования поляризации.

Принимаем равными 0 дБ.

Потери в фидере приемного тракта.

Для приемника БС EGSM: 3 дБ.

Для приемника МС CDMA: 0 дБ.

Суммарное усиление антенны определяется с помощью таблицы путем суммирования значений для сигнала и помехи всех строк таблицы:

Табл. 4.3 - Суммарное усиление антенны рецептора

Мощность на входе приемника определяется по результатам проведенных расчетов по таблице[4].

Табл. 4.4 - Мощность на входе приемника

Поправка на несовпадение рабочих частот.

Полоса пропускания на уровне 3 дБ передатчика МС EGSM: BT = 6 МГц.

Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника МС CDMA: BR = 1,2 МГц.

Несовпадение частоты приема МС CDMA и передачи МС EGSM равно:

ДF = 889,6 - 881,25 = 8,35 МГц.

Параметр B позволяющий использовать графики на рис. 4.1 равен:

B = (BR + BT)/2 = (6+1,2)/2 = 3,6 МГц.

По графику на рис. 4.1 поправочный коэффициент К(ДF, В) ? -39 дБ.

Полоса пропускания на уровне 3 дБ передатчика БС CDMA: BT = 1,2 МГц.

Полоса пропускания на уровне 3 дБ приемника БС EGSM: BR = 6 МГц.

Несовпадение частоты приема БС EGSM и передачи БС CDMA равно:

ДF = 889,6 - 881,25 = 8,35 МГц.

Параметр B позволяющий использовать графики на рис. 4.1 равен:

B = (BR + BT)/2 = (6+1,2)/2 = 3,6 МГц.

По графику на рис. 4.1 поправочный коэффициент К(ДF, В) ? -39 дБ.

Рис. 4.1 - Коэффициент коррекции из-за разности частот между приемником и передатчиком[4]

Поправка на ширину полосы частот.

Для пары МС EGSM - МС CDMA: BR < BT, следовательно, по табл. 4.5 коррекция на ширину полосы пропускания равна 10lg(BR / BT) = 10 lg(1,2/6) = -7 дБ.

Для пары БС CDMA - БС EGSM: BR > BT, следовательно, по табл. 4.5 коррекция на ширину полосы пропускания равна 0.

Табл. 4.5 - Коэффициент коррекции

Чувствительность приемника.

Чувствительность приемника МС CDMA: -120,65 дБ.

Чувствительность приемника БС EGSM: -107 дБ.

Выигрыш в отношениях S/N и I/N при детектировании.

Выигрыш в отношениях S/N и I/N в приемнике МС CDMA при детектировании составляет 23 дБ.

Так как в приемнике БС EGSM не предусмотрено никаких специальных средств или приемов по выделению сигналов при детектировании, то отношения S/N и I/N останутся такие же, как и на входе детектора.

Отношение S/N и I/N на выходе детектора.

Отношения S/N для полезного сигнала и I/N для помехи с помощью табл. 4.6, просуммировав данные соответствующих столбцов, беря значения строки 21 (чувствительность приемника) со знаком “минус”.

. Отношение сигнал/(помеха+шум).

Определяется по итоговым данным строки 23 табл. 4.6 следующим образом:

S/(N+I)=S/N - I/N.

Табл. 4.6 - Отношение S/N и I/N на входе детектора приемника

Оценка условий обеспечения ЭМС

Для пары БС CDMA - БС EGSM.

Минимально допустимый уровень сигнала, при котором обеспечивается приемлемое качество речи, в системе EGSM равен 9 дБ. Это значит, что расстояние между МС и БС системы EGSM, rEGSM, при котором уровень сигнала будет больше 9 дБ, находится из условия:

6,2-35,2logrEGSM > 9 дБ;

rEGSM< 832 м.

Расстояние rБС между источником и рецептором помехи для пары БС CDMA - БС EGSM, при котором она может влиять на соотношение S/(N+I), можно найти из неравенства:

-13,5 -35,2logrБС>0;

rБС < 413 м.

Если rБС< 413 м, то необходимо оценить уровень S/(N+I), который должен быть больше 9 дБ:

S/(N+I) = 19,7+35,2log(rБС/rEGSM) ? 9 дБ.

Для пары МС EGSM - МС CDMA.

Минимально допустимый уровень сигнала, при котором обеспечивается приемлемое качество речи, в системе CDMA равно 5,5 дБ. Внутрисистемные помехи в системе CDMA поднимают минимально допустимый уровень сигнала на 8 дБ. Это значит, что расстояние между МС и БС системы EGSM, rCDMA, при котором уровень сигнала будет больше 5,5+8=13,5 дБ, находится из условия:

52,3-35,2logrCDMA > 13,5 дб;

rCDMA< 12,7 км.