Рекомендация мсэ-r sm. 337-6 Частотный и территориальный разнос

Сфера применения

Ассамблея радиосвязи МСЭ,

a) что в большинстве случаев основными факторами, определяющими соответствующие критерии частотного или территориального разноса, являются:

– мощность сигнала и его спектральное распределение, требуемые приемником;

– мощность и спектральное распределение мешающих сигналов и шума, поступающих в приемник;

– зависимость потерь передачи при распространении радиоволн от расстояния;

b) что в общем случае передатчики создают излучение вне необходимой ширины полосы, занимаемой излучением;

c) что влияние оказывают многие факторы, в том числе свойства среды передачи (которые изменчивы по своему характеру и являются трудно определимыми), характеристики приемника и, для слухового приема, различающая способность человеческого уха;

d) что при частотном или территориальном разносе между радиосредствами возможны компромиссы,

Основные формулы

В данном Приложении приводятся основные формулы для оценки эффекта взаимодействия полезных сигналов, помех и характеристик приемника для разных частот и частотно/территориальных разносов. Такими оценками могут быть:

– частотно зависимое подавление (FDR), которое является мерой ослабления спектра излучения мешающего передатчика за счет кривой избирательности приемника;

– характеристика частота/расстояние (FD), которая является мерой минимальной величины территориального разноса между подверженным помехе приемником и источником помех как функция разности их частот настройки;

– относительное защитное отношение по радиочастоте A (см. Рекомендацию МСЭ-R BS.560), которое является разностью, выраженной в децибелах, между защитным отношением, когда несущие полезного и мешающего передатчика отличаются на f, и защитным отношением при равенстве частот обоих передатчиков.

Характеристика частота/расстояние и частотно зависимое подавление позволяют оценить влияние механизма связи между источником помех и приемником и являются в большинстве случаев основными решениями для многих ситуаций помех. Обращение к этим характеристикам облегчает решение проблем совместного использования частоты в совмещенном канале и помех в соседней полосе или канале путем оценки критериев минимального частотного и территориального разноса между приемником и источником помехи, при которых обеспечивается приемлемое качество работы приемника.

Уровень помехи в приемнике является функцией усилений и ослаблений, которым подвергается мешающий сигнал на пути от источника помехи до приемника, и может быть представлен формулой:

где:

и

дБ, (2)

где:

P( f ) : эквивалентная спектральная плотность мощности мешающего сигнала на промежуточной частоте (IF);

H( f ) : избирательность приемника;

f = f_t – f_r,

где:

f_t : частота настройки источника помехи;

f_r : частота настройки приемника.

Частотно зависимое подавление (FDR) может быть представлено как сумма двух членов – подавление на частоте настройки (OTR) и подавление вне частоты настройки (OFR), которая является дополнительным подавлением из-за расстройки между источником помехи и приемником.

где:

где:

Методика определения частотно/территориального разноса для радиосистем

1 Введение

2 Методика

2.1 Расчет помех

Что же касается приемника, испытывающего помеху, то необходимо знать эквивалентную частотную характеристику приемника по ПЧ. В качестве основы для моделирования частотной характеристики приемника по ПЧ могут использоваться предоставляемые изготовителем характеристики полосы пропускания блока ПЧ по уровню 6 дБ и 40 дБ.

Спектральный фактор представляется в виде коэффициента подавления сигналов вне полосы канала OCR(f ), который определяется следующей формулой:

дБ, (7)

где:

f : разнос частот между мешающим передатчиком и приемником, испытывающим помеху.

Следует отметить, что формула (7) не отличается от формулы (2), несмотря на то что нижние пределы интегрирования разные.

Из формулы (7) очевидно, что OCR(f ) сильно зависит от степени перекрытия между полосой пропускания приемника и спектром мощности мешающего сигнала. По мере увеличения f степень такого перекрытия уменьшается, что приводит к уменьшению мощности помехи или, соответственно, к более высоким величинам OCR(f ).

Используемая при данной процедуре модель распространения зависит, естественно, от построения системы, а также от используемого диапазона частот, от географических условий в пределах зоны обслуживания и ширины полосы системы.

2.2 Критерии помех

где:

 : защитное отношение (дБ).

2.3 Процедура

где:

Величины OCR в данном исследовании берутся как заданные. Целью данной Рекомендации является представление методики, а не способов вычисления величин OCR.

2.4 Альтернативная процедура

В реальных условиях. Принимаемый сигнал в подверженном помехе приемнике испытывает замирание в тени, которое представлено логарифмически нормальным распределением. Чтобы компенсировать этот эффект замирания, уровень принимаемого сигнала должен быть выше уровня чувствительности. Альтернативная процедура определения необходимого разноса между подверженным помехе приемником и источником помех, отражающая эффект затенения, представлена следующим образом:

Шаг 1: Рассчитать необходимый разнос, для того чтобы источник помех не смог причинять радиопомехи приемнику, испытывающему помехи, прибегнув к следующей формуле:

, (10)

где:

L_I: необходимый разнос между источником помех и подверженным помехе приемником, для того чтобы обеспечить допустимую помеху (дБ);

P_t: эквивалентная изотропно излучаемая мощность (э.и.и.м.) мешающего передатчика (дБВт);

G_r: усиление приемной антенны по отношению к изотропной (дБи);

P_min: минимальный уровень полезного сигнала (дБВт);

: защитное отношение (дБ);

OCR(f): коэффициент подавления сигналов вне полосы пропускания приемника при разносе частот f, в соответствии с формулой (7);

N: логарифмически нормальный запас на замирание (дБ).

Шаг 2: Применение надлежащей модели распространения МСЭ-R к уравнению (10) дает частотный разнос f и территориальный разнос d, при котором помеха может быть допустимой.

2.5 Рассмотрение развязки антенн

Если несколько разных радиосистем расположены в одном месте, при расчете помех между ними можно рассматривать понятие развязки антенн. На рисунке 1 представлены общие примеры размещения антенн, которые иллюстрируют развязку антенн для случаев горизонтальной (HI), вертикальной (VI) и наклонной (SI) конфигурации.

Развязка антенн в основном зависит от территориального разноса и длины волны l (м). Территориальный разнос между двумя антеннами – это расстояние от центра создающей помехи антенны до центра антенны приемника, испытывающего помеху¹. Развязка антенн обычно выражается в значениях ослабления в дБ.

Развязка между двумя дипольными антеннами может быть приблизительно рассчитана с помощью следующих уравнений (10a), (10b) и (10c):

HI(дБ)  22 + 20 log (x/) (10a)

VI(дБ)  28 + 40 log (y/) (10b)

SI(дБ)  (VI  HI)  2/ + HI, (10c)

где q (рад) это tan^–1(y/x), x – горизонтальное расстояние, и y – вертикальное расстояние. Данные уравнения применимы, если x больше 10 и y больше l.

В случае если две станции расположены в одном месте, значения развязки, полученные на основании уравнений (10a), (10b) и (10c), могут использоваться вместо значений основных потерь передачи (L_b (d )), полученных с помощью уравнения (1), или потерь на трассе распространения (L_p), полученных с помощью уравнения (9).

РИСУНОК 1

Развязка антенн в горизонтальном, вертикальном и наклонном направлении

3 Применение методики к системам сухопутной подвижной службы

Для демонстрации описанной выше методики в качестве примера возьмем две различные системы сухопутной подвижной службы (СПС), характеристики которых представлены в данном разделе. Допустим, что эти две системы используют аналоговую или цифровую модуляцию при методах доступа МДВР или МДЧР. Дальнейшие расчеты будут базироваться на формах излучаемого спектра и на определенных требованиях в отношении избирательности приемника, при этом полученные результаты оказываются не зависящими от какого-либо конкретного метода модуляции, который может использоваться в любой из этих двух систем. В данном примере предполагается, что частотная характеристика приемника имеет такой же характер, что и форма спектра излучения. Это предположение, по-видимому, должно быть справедливым для цифровых систем.

Предполагаемые характеристики обеих систем представлены в таблицах 1 и 2:

ТАБЛИЦА 1

Параметры, использованные в примере

Минимальный уровень полезного сигнала, Pmin	–145 дБВт
Необходимое защитное отношение, 	18 дБ
Высота антенны базовой станции, hb	75 м
Рабочая частота, f	450 МГц
э.и.и.м. базовой станции	20 дБВт
Усиление приемной антенны базовой станции	0 дБи
Эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость, 	30
Эквивалентная проводимость, 	10–2 С/м

В системах СПС возможны четыре случая помех: базовая-базовая, базовая-подвижная, подвижная-базовая и подвижная-подвижная станции. В симплексных системах, в которых базовые и подвижные станции передают на одной и той же частоте, все четыре случая помех имеют место. С другой стороны, в дуплексных системах подвижные и базовые станции передают на разных частотах, и следовательно, необходимо рассматривать только случаи помех базовая-подвижная станции и подвижная-базовая станции. При определении необходимого расстояния разноса следует рассматривать только наихудший случай, т. е. случай помех, который требует наибольшего расстояния разноса между системами. В большинстве случаев можно предполагать, что базовые станции работают практически 100% времени и случай помех базовая-базовая станции является определяющим, требующим наибольшего расстояния разноса. По этой причине здесь не рассматриваются остальные случаи помех.

Далее переходим к описанию моделей распространения радиоволн в системах СПС, которое сопровождается представлением численных результатов для сочетаний каждой из двух рассматриваемых систем.

3.1 Помехи для случая: базовая-базовая станции

Для рассмотрения случая помех базовая-базовая станции выбрана дифракционная модель распространения (см. Рекомендацию МСЭ-R P.526). Для этой модели потери на трассе распространения представляются в виде:

, (11)

где:

L_FS : потери на трассе распространения в условиях свободного пространства (дБ);

L_DIF/FS : дифракционные потери относительно потерь в свободном пространстве (дБ), определяемые по следующей формуле:

, (12)

где:

F(X) : величина усиления, зависящая от относительного расстояния между базовыми станциями;

G(Y1), G(Y2) : величина усиления, зависящая от относительных высот антенн базовых станций;

X : относительное расстояние между антеннами базовых станций;

Y1, Y2 : относительные высоты антенн, определяемые следующим образом:

, (13)

, (14)

где:

, (15)
K : полная проводимость земной поверхности для вертикальной поляризации:

, (16)

где:

 : эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость земной поверхности;

 : эквивалентная проводимость земной поверхности (С/м);

a_e : эквивалентный радиус Земли, равный 4/3 от 6371 км;

d : расстояние между передатчиком и приемником (км);

f : частота передачи;

h₁ и h₂ : относительные высоты антенн передатчика и приемника, соответственно (м).

. (17)

G(Y)  17,6 (Y – 1,1)^1/2 – 5 log (Y – 1,1) – 8 при Y > 2 (18)

G(Y)  20 log(Y + 0,1Y ³) при 10 K < Y < 2 (19)

G(Y)  2 + 20 log K + 9 log(Y/K)[log(Y/K) + 1] при K/10 < Y < 10 K (20)

G(Y)  2 + 20 log K при Y < K < 10, (21)

где K – относительная полная проводимость земной поверхности.

3.2 Численные результаты

3.2.1 Спектральные аспекты

Формула (7) используется для расчета подавления сигналов вне полосы пропускания приемника OCR(f ) в зависимости от f. В данном примере рассматриваются два случая:

Случай 1: Система с разносом каналов в 25 кГц создает помеху системе с разносом каналов в 12,5 кГц.

Случай 2: Система с разносом каналов в 12,5 кГц создает помеху системе с разносом каналов в 25 кГц.

Предполагаемые численные значения для этих двух случаев представлены в таблице 2, в которой OCR(f ) представлена как функция частотного разноса f (кГц).

ТАБЛИЦА 2

Результаты расчета OCR (дБ) для помех между двумя различными системами

f (кГц)	Случай 1: OCR(f ) (дБ)	Случай 2: OCR(f ) (дБ)
0	 0	 0
12,5	26,4	29
25	57,7	58,8
37,5	57,7	59

3.2.2 Пространственные аспекты

Используя параметры, представленные в таблицах 1 и 2, и предполагая логарифмически нормальное распределение мощности принимаемого полезного сигнала, а также задавшись величиной в 17 дБ для учета меняющихся условий в зависимости от конкретного расположения, при условии 90% покрытия для сухопутной подвижной системы связи, получаем радиус зоны обслуживания, равный 32 км. Соответствующий уровень принимаемого полезного сигнала при этом составит:

P_d  P_min  L_VF  –128 дБВт.

Следовательно приемлемый уровень помехи составит: P_d –   –146 дБВт.

На основе процедуры, представленной в данном документе, для двух рассматриваемых в данном примере случаев было рассчитано необходимое расстояние разноса, D, между двумя базовыми станциями. Результаты расчета представлены в таблице 3.

ТАБЛИЦА 3

Необходимое расстояние разноса, D (км),
в зависимости от частотного разноса, f (кГц)

f (кГц)	Случай 1 и Случай 2: D (км)
0	107,5
12,5	72,5
25	33
37,5	33

3.2.3 Аспекты разноса, зависящие от запаса на замирание

Используя параметры, приведенные в таблицах 1 и 2, а также альтернативную процедуру, представленную в пункте 2.4, получаем необходимый разнос L_I в виде логарифмически нормального запаса на замирание в таблице 4.

ТАБЛИЦА 4

Необходимый разнос, L_I (дБ), зависящий от логарифмически
нормального запаса на замирание, N(дБ)

f (кГц)	Случай 1		Случай 2
	N = 3	N = 10	N = 3	N = 10
0 12,5 25 37,5	183,02 156,62 125,32 125,32	173,46 147,06 115,76 115,76	183,02 154,02 124,22 124,02	173,46 144,46 114,66 114,46

Следует иметь в виду, что чем больше значение N, тем меньше требуется разнос.

4 Правила учета интермодуляционных помех для ЧТР

В дополнение к помехам в том же канале и от соседних каналов системы сухопутной подвижной связи испытывают также помехи за счет интермодуляции из-за возникновения различных продуктов интермодуляции. В случае возникновения в приемнике продуктов интермодуляции третьего порядка за счет взаимодействия двух сигналов, поскольку в образовании продуктов интермодуляции участвуют две передающие базовые станции, минимальные приемлемые расстояния их от приемника, испытывающего помеху, взаимозависимы.

Предполагая, что усиление приемной антенны равно суммарным потерям в приемнике, что средняя величина уровня минимального принимаемого полезного сигнала для получения отношения сигнал/помеха в 12 дБ с учетом шумов и искажений (SINAD) при наличии шумов составляет 145 дБВт, что используется величина потерь при распространении в свободном пространстве и что все передатчики имеют одинаковую величину э.и.и.м., равную 20 дБВт, могут быть установлены формулы для прогнозирования уровней помех в приемнике, испытывающем помеху, для полосы частот 410–470 мГц. Для рассматриваемой модели:

, (22)

где:

P : результирующий уровень помехи в приемнике, испытывающем помеху (дБВт);

P_N : мощность сигнала (дБВт), принимаемого от передатчика самого близкого по частоте по отношению к приемнику, испытывающему помеху;

P_F : мощность сигнала (дБВт), принимаемого от передатчика самого удаленного по частоте по отношению к приемнику, испытывающему помеху;

f : разность между частотами самого близкого и самого удаленного по частоте передатчиков (МГц).

Если несущая частота равна 460 МГц, то продукты интермодуляции третьего порядка при взаимодействии двух сигналов появятся при условии:

_{, (23)}

где d – расстояние от существующей станции до планируемой станции. Предполагается, что защитный запас между уровнем мощности помехи и минимальным уровнем мощности полезного сигнала составляет 6 дБ. Полезная информация имеется в Рекомендации МСЭ-R SM.1134. Поскольку приемник планируемой станции может оказаться в роли испытывающего помеху за счет интермодуляционных продуктов от ближнего или более удаленного по частоте передатчика, то при определении ЧТР необходимо пользоваться кривой В совместно с кривой А, изображенными на рис. 2. Область выше кривой соответствует условиям приемлемости помехи, а область ниже кривой соответствует условиям возможности возникновения помехи.

5 Выводы

Для того чтобы присвоить какую-либо частоту планируемой новой станции, прежде всего необходимо оценить помехи в том же и от соседнего каналов, используя соответствующую методику ЧТР. Если соответствующие условия ЧТР удовлетворяются, то необходимо на основе методики учета при ЧТР влияния интермодуляционных помех произвести анализ таких помех, которые могут возникнуть между существующей и планируемой станциями. Если окажется, что результаты этого анализа свидетельствуют о несоблюдении условий ЧТР, то необходимо произвести более подробный анализ. Следует отметить, что методики анализа, представленные в данной Рекомендации, не учитывают помех природного происхождения или вызванных деятельностью человека.

________________

1 На практике расстояние между создающей помеху антенной и антенной испытывающего помеху приемника для удобства может измеряться между ближайшими краями обеих антенных систем.

жүктеу/скачать 391.5 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: