Методы обеспечения ЭМС РЭС

Способы обеспечения ЭМС РЭС, входящих в состав ИКС, можно условно разделить на две группы: организационные и технические. Организационные способы обеспечения ЭМС РЭС иллюстрирует схема на рис. 1.9, составные элементы которой предусматривают планирование использования РЧС и рациональный выбор условий эксплуатации РЭС. Планирование использования РЧС имеет ввиду рассмотренные выше процедуры распределения полос частот между РСЛ согласно Международной ТРЧ в РР [1.16] и Национальной ТРЧ [1.14] Радиорегламента РФ; выделения полос радиочастот для РЭС и ВЧ устройств по результатам рассмотрения радиочастотных заявок в ГКРЧ; и назначения (присвоения) частот (полос частот, частотных каналов) конкретным РЭС на основании положительного решения ГКРЧ уполномоченным государственным органом РФ.

Рациональный выбор условий эксплуатации РЭС предусматривает оперативный выбор рабочих частот из числа основных и резервных; частотно-пространственно-временной разнос РЭС с целью обеспечения ЭМС; использование экранирующих свойств местности для улучшения ЭМС РЭС; введение ограничения режимов работы РЭС (по уровням излучения, времени действия и т.п.); а также выявление источников непреднамеренных помех.

Перед рассмотрением технических способов обеспечения ЭМС РЭС целесообразно систематизировать в наглядном виде сведения об основных элементах типовых РЭС, а также основных и неосновных каналах их излучения и приема. Это позволяет «привязать» рассматриваемые технические методы обеспечения ЭМС к конкретным элементам РЭС.

Рис. 1.9. Организационные способы обеспечения ЭМС РЭС

На рис. 1.10 в условном виде показаны схема РПД и каналы излучения полезного сигнала и помех (излучаемых и кондуктивных): 1 – сигнал и помехи, излучаемые через антенну; 2 – ИРП, излучаемые через корпус и вспомогательные элементы РПД; 3 - 4 – кондуктивные ИРП, создаваемые и воспринимаемые РПД через цепи модуляции, электропитания, контроля, сигнализации и управления; 5 – взаимные помехи, воспринимаемые РПД через корпус и вспомогательные элементы.

Антенна 1

5 2 2

. ..

Фидер

4 4 5 4 3

Рис. 1.10. Основной и неосновные каналы

излучения и приема РПД

6 Антенна

Фидер 10 11 10

7

8

8 9

9

Рис. 1.11. Основной и неосновные каналы

приема и излучения РПУ

На рис. 1.11 аналогичным образом представлена схема РПУ и каналы приема, основной и неосновные: 6 – сигнал и помехи, принимаемые через антенну; 7 – сигнал, взаимные помехи и ИРП, воспринимаемые через фидер (антенный эффект); 8-9 – кондуктивные ИРП, создаваемые и воспринимаемые РПУ через гетеродин, цепи электропитания, контроля, сигнализации и управления; 10 – ИРП, воспринимаемые РПУ через корпус и вспомогательные элементы; 11 – ИРП, излучаемые РПУ через корпус и вспомогательные элементы.

Из рис. 1.10 и рис. 1.11 видно, к каким конкретным элементам РПД и РПУ относятся технические методы обеспечения ЭМС – в основе которых лежит необходимость удовлетворить нормы на величину защитного отношения по ВКЧ применительно к ИКС разных РСЛ.

Защитное отношение (protection ratio) по ВКЧ есть величина минимально допустимого (порогового) отношения мощности полезного сигнала Р_с.вх к мощности помехи Р_п.вх , позволяющее получить на выходе заданное качество сигнала [1.8; 1.17] – например, определяемое аналогичным отношением «сигнал / шум + помеха» на выходе Q_вых . Обычно величину защитного отношения определяют в децибелах по формуле Q_вх.доп = 10 lg (Р_с.вх / Р_п.вх ) _доп .

В распространенном на практике частном случае исходными данными для нормирования ЧТР между РПД и РПУ разных РСЛ являются значения расстройки Δ f_СП несущих частот; мощности излучения РПД и восприимчивости РПУ по разным каналам приема; возможные варианты взаимной ориентации антенн. Результатом расчета являются координационные расстояния (КР), которые необходимо затем сравнить с реальными расстояниями R _nm (территориальным разносом) между n -ым РПД и m -ым РПУ: при R _nm > КР считается, что условия ЭМС выполняются, при R _nm < КР – не выполняются.

В более общем случае норма ЧТР представляет собой совокупность взаимосвязанных значений КР, частотного и углового разноса – поэтому улучшить ЭМС можно также путем рационального выбора (присвоения конкретным РПД и РПУ) рабочих частот, регулировкой направленности и ориентации антенн. Поскольку и сигнал, и помеха являются случайными, распределения их уровней на входе РПУ задаются в виде статистических моделей (например, в РСЛ подвижной связи и вещания – в виде логарифмически-нормального закона [1.20]). При этом условие выполнения ЭМС представляет собой Р (Q_вх ≤ Q_вх.доп)·100% = Т % или, если уровень сигнала в заданной (выбранной) точке приемного тракта Р_с. считается фиксированным: Р (Р_п ≤ Р_п.доп)·100% ≈ Т %, где Р (Р_пх ≤ Р_п.доп)·– значение интегральной функции распределения для уровня помехи в данной точке.

В аналоговых ИКС, использующих многоканальные телефонные сигналы, например, в качестве нормы ЭМС определена допустимая мощность шумовой помехи Р_ш.доп в точке относительного нулевого уровня (где Р_с = 1 мВт); тогда как для других РСЛ – значение Q_вх.доп , ниже которого отношение «сигнал / помеха» может быть не более Т % времени в течение месяца.

Для РСЛ телевизионного вещания нормируются значения Q_доп на выходе каналов передачи изображения и звука; в цифровых ИКС в качестве критерия ЭМС обычно используется допустимое значение вероятности ошибочного приема символов р_ош. Особое внимание уделяется реализации норм по ЭМС путем рационального выбора вариантов размещения и условий работы РЭС (базовых станций) в системах сотовой связи, где применяется принцип многократного использования присвоенных частот (частотных каналов).

Сложность и трудоемкость работ, связанных с обеспечением ЭМС РЭС, входящих в состав современных ИКС, стимулирует применение автоматизированных методов и средств управления РЧС – в частности, с использование специализированных программных продуктов (пакетов прикладных программ) для анализа ЭМС. Примерами таких программ в России являются расчетно-аналитические комплексы Федеральной базы данных (г. Москва); «Нева» (г. Санкт Петербург) и «Пиар» (г. Ярославль).

Задачи по обеспечению ЭМС конкретных типов РЭС являются составной частью методов частотного планирования современных сетей сотовой связи, радио- и телевизионного вещания [1.17; 1.20].

К активным техническим методам обеспечения ЭМС относится также применение для этой цели в составе РЭС специализированных устройств – компенсаторов помех (КП) и подавителей помех (ПП) разных типов. Из непреднамеренных взаимных помех (см. классификацию в разделе 1.1) наиболее опасными считаются непрерывные помехи по соседним каналам в многоканальных ИКС, а также импульсные помехи, создаваемые РЭС радиолокационных и радионавигационных РСЛ. Для снижения уровней непрерывных помех с амплитудной и частотной модуляцией (АМ и ЧМ) используются универсальные КП, позволяющие бороться с самыми разнообразными видами помех – включая такие, у которых тип модуляции совпадает с модуляцией сигнала.

В [1.20] описаны принципы действия и структурные схемы следующих КП и ПП:

- одноканальные КП с обработкой суммы АМ (ЧМ) сигнала и помехи;

- многоканальные КП, на вход каждого канала в которых поступают ЧМ сигналы и ЧМ помехи по соседним каналам;

- ПП с бланкированием тракта приема сигнала во время действия помехи;

- ПП, построенные по схеме «широкополосный прием – ограничение – узкополосный прием» (ШОУ);

- ПП с преобразованием спектра и ограничением сигнала;

- ПП с восстановлением пораженных участков полезного сигнала путем экстраполяции (интерполяции);

- ПП в ИКС с частотным разнесением.

В случаях, когда достижимые параметры ЧТР не позволяют удовлетворить требования ЭМС, применение КП и ПП дает возможность организовать совместную работу РЭС разных ИКС и является практически эффективным.

Основная Дополнительная

антенна антенна

СРФ

Рис. 1.12. Структурная схема двухканального КП

На рис. 1.12 представлена структурная схема двухканального КП с двумя антеннами: основной и дополнительной; тремя смесителями: См0; См1 и См2; опорным генератором ОГ; узкополосным фильтром Ф0;% устройством вычитания Вч, подключенным к демодулятору Дм в схеме РПУ. Блоки См1; См2;Ф0 и Вч образуют следящий режекторный фильтр СРФ, выделенный на рис. 1.12 штриховой линией. Варианты реализации устройства на рис. 1.12 предусматривают работу КП как в тракте ВКЧ, так и в тракте промежуточной частоты РПУ.

Конструкция и ориентация антенн на рис. 1.12 таковы, что на выходе основной антенне (на входе КП в составе РПУ) мощность сигнала Р_с.вх максимальна, а на выходе дополнительной антенны – минимальна. Поэтому величина отношения Q_вх в основном канале намного больше, чем в дополнительном – то есть основная антенна принимает сумму сигнала и помехи, тогда как дополнительная – в основном помеху. Смесители См0 и См1 выделяют суммарные частоты преобразования, См2 – разностные, генератор ОГ совместно с См0 осуществляет обычный сдвиг несущей частоты в РПУ; блок СРФ, помимо Ф0, содержит усилители, которые на рис.1.12 не показаны.

В смесителе См2 осуществляется снятие модуляции с помехи, затем с помощью Ф0 и См1 на выходе См1 формируется «очищенная копия» помехи, которая вычитается в блоке Вч из суммы сигнала и помехи, проходящей по основному каналу приема. В результате этого отношения «сигнал/помеха» на входе и выходе КП соответствуют Q_вых >> Q_вх, хотя на выходе КП, помимо мощности нескомпенсированного «остатка» помехи, появляется дополнительная шумовая составляющая, обусловленная совместным преобразованием сигнала и шума в основном канале КП с помехой и шумом в дополнительном канале КП.

Схема на рис. 1.12 является одним из наиболее простых вариантов реализации многоканального КП. Среди схем ПП их аналогами являются схемы бланкирования (запирания) РПУ на время действия помехи; ШОУ и других простых по принципу действия устройств, которые эффективны в узкополосных (малоканальных) ИКС и неприменимы в многоканальных широкополосных ИКС [1.20].

Более совершенными являются ПП с постановлением искаженных импульсной помехой временных участков сигнала – методами экстраполяции (extrapolation, прогнозирование значений аналогового сигнала вне интервала, на котором они определены, по ближайшим известным значениям) и интерполяции (interpolation, вставка промежуточных отсчетов между каждой парой основных отсчетов сигнала – процедура, обратная прореживанию сигнала) фрагментов полезного сообщения. В качестве примера на рис. 1.13 представлена структурная схема ПП для защиты телевизионных РПУ по каналам изображения и звука.

На схеме рис. 1.13 после антенны, основных блоков приемника РПУ и демодулятора Дм включены два усилителя: Ус1 с малым выходным сопротивлением, нагруженный через ключ Кл и конденсатор С ₀ на реактивный двухполюсник, состоящий из параллельных контуров К_из и К_зв , а также на выходной усилитель Ус2. На конденсаторе С ₀ выделяется низкочастотная составляющая видеосигнала, контуры К_из настроены на частоты поднесущих цветности, контур К_зв – на частоту поднесущей звука телевизионного сигнала. Воздействующая на РПУ помеха обнаруживается блоком обнаружения импульсной помехи БОИП, который формирует управляющий сигнал и с помощью Кл отключает Ус1 от реактивного двухполюсника (С ₀ ; К_из и К_зв) и Ус2 – при этом помеха не воздействует на двухполюсник, реактивные элементы которого «помнят» в течение заданного времени уровни сигналов, относящиеся к предыдущим временным участкам сигналов изображения и звука (осуществляется экстраполяция аналогового сигнала).

Антенна

С ₀

Рис. 1.13. Структурная схема ПП для защиты каналов

изображения и звука в телевизионном РПУ

Согласно [1.20], наибольшими потенциальным возможностями обладают КП, основанные на принципах оптимального приема сигналов. Разные образцы КП обеспечивают ослабление уровней непрерывных взаимных помех на 20... 40 дБ – что позволяет либо повысить ЭМС РЭС в условиях заданного ЧТР, либо уменьшить ЧТР при удовлетворении требований в отношении ЭМС РЭС. Это имеет важное значение для радиорелейных и спутниковых РСЛ, где уровни взаимных помех в многоканальных ИКС могут быть достаточно большими. В современных ИКС (как аналоговых, так и цифровых) применение ПП с экстраполяцией и интерполяцией фрагментов сигнала дает выигрыш до 13... 19,5 дБ по требуемому значению Q_вх относительно простых методов устранения импульсных помех.