ЭМС

41

выполняться и, соответственно, качество выходного полезного сигнала в некоторые временные интервалы (при qвх ≤ qм доп) будет хуже, чем заданное. Например, в цифровых системах связи это приведет к превышению коэффициента ошибок некоторого его допустимого значения в течение Т % времени. Поэтому этот процент времени нормируется. Например, в цифровых РРЛ прямой видимости при помехах со стороны фиксированной спутниковой службы допускается увеличение длительности периода времени, когда коэффициент ошибок превышает 10-6, не более чем в 0,04% времени любого месяца года.

При передаче аудиоили видеоинформации определение защитного отношения для систем радиосвязи регламентируется рекомендациями МСЭ, а качество приема оценивается по пятибалльной шкале. В частности, в телевизионных каналах качество выходного сигнала с оценкой 4,5 балла соответствует появлению едва заметной помехи на изображении. Эти оценки дает группа квалифицированных экспертов, затем оценки подвергаются статистической обработке и представляются в виде таблицы или графика. На рис. 5.1 представлен пример такого графика.

43

Ωс верхн и Ωм верхн – верхние граничные частоты спектров полезного и мешающего модулирующих сигналов, соответственно.

Наибольшую мощность помехи имеют в верхнем телефонном канале при Fк = Fc в и b = 1. Тогда с учетом (5.3) и (5.4) защитное отношение примет вид:

где Рп доп – максимально допустимая величина мощности помехи от одного источника на входе канала, равная 800 пВт, превышаемая в течение не более 20% времени месяца. Формула (5.5) пригодна для любых видов мешающих сигналов, у которых будет только различная функция D(1,δ). Поэтому необходимо рассмотреть некоторые наиболее важные частные случаи.

Мешающий сигнал – аналоговый (ЧРК-ЧМ)

Если спектр мешающего сигнала значительно шире спектра полезного сигнала, то функция gм[υ(b±δ±γ)] приблизительно постоянна в переделах большей части спектра полезного сигнала и ее можно вынести за знак интеграла в выражении (5.4). Кроме того, при совпадении несущих частот полезного и мешающего радиосигналов (это самый сложный случай) δ=0. Если мешающая система связи той же емкости, что и полезная, т.е. Fм верхн = Fc верхн, то D(1,0) = gэкв(1). Нормализованный спектр gэкв(1) определяется по графикам при индексе

В другом случае, когда спектр полезного сигнала значительно шире спектра мешающего сигнала функция D(1,δ) вычисляется по формуле (5.4) после замены в ней gм(γ) на gc(γ). Вычисления при этом имеют достаточную для инженерной практики точность.

Мешающий сигнал – несущая, модулированная по фазе цифровым сигналом (сигнал типа ИКМ-ФМ)

Если спектр цифрового мешающего сигнала значительно шире спектра полезного сигнала ЧРК-ЧМ, а их несущие частоты совпадают (δ=0), то можно использовать выражение:

44

верхн/βR определяет долю мощности мешающего сигнала, попадающую на вход канала полезного сигнала.

Мешающий радиосигнал цифровой типа "один канал на каждой несущей"

Такой мешающий сигнал состоит из множества несущих, каждая из которых модулируется цифровым сигналом одного канала. Приближенно можно полагать, что энергетический спектр такого сигнала равномерен с верхней граничной частотой Fм верхн= βR. Если в полосу частот полезного сигнала ЧРК-ЧМ попадают N каналов мешающей системы, то можно использовать выражение:

Воздействие помех на приемник цифровой системы связи

В космических системах цифровой радиосвязи полезным сигналом, как правило, является сигнал с М-позиционной ФМ. Помехи, поступающие на вход приемника вместе с полезным сигналом, приводят к увеличению количества ошибочно принятых символов на выходе демодулятора. В соответствии с критерием ЭМС, мощность помехи от одного источника не должна превышать а процентов полной мощности шумов Рш на входе демодулятора приемника, при которой обеспечивается заданное качество связи, соответствующее коэффициенту ошибок 10-6. Если номинальное отношение мощности сигнала к мощности шума С/Ш = Сном = 10·ℓg(Pc/Pш)вх на входе демодулятора обеспечивает коэффициент ошибок 10-6 , то, согласно критерию ЭМС, минимально допустимое отношение мощности полезного сигнала к мощности мешающего сигнала от одного источника (т.е. защитное отношение) будет равно:

Если в спектре полезного сигнала размещается N мешающих сигналов одинаковой мощности, то защитное отношение должно быть увеличено в N раз,

45

т.е.:

В идеальной системе цифровой радиосвязи с четырехпозиционной ФМ (М=4), в которой может быть реализована теоретическая (потенциальная) помехоустойчивость, вероятность появления ошибок 10-6 обеспечивается при номинальном отношении мощности сигнала к мощности собственных шумов приемника Сном = 14 дБ. В реальной системе связи всегда имеются некоторые энергетические потери (Δ), ухудшающие их помехоустойчивость по сравнению с идеальной системой. Поэтому отношение сигнал/шум на входе приемника в

реальном канале связи (Сном реальн) по сравнению с идеальным должно быть больше на величину энергетических потерь:

С учетом (5.10) из (5.9) получим значение защитного отношения при а = 6%:

Это выражение справедливо для помеховых сигналов любого вида.

Полезный сигнал цифровой типа "один канал на каждой несущей"

Практически все виды мешающих радиосигналов имеют спектры, существенно более широкие, чем спектр одноканального сигнала типа "один канал на каждой несущей" (ОКН). Поэтому можно считать, что спектральная плотность мощности мешающего сигнала постоянна в пределах полосы пропускания одного канала системы с сигналом типа "один канал на каждой несущей". При аналоговом мешающем сигнале вида ЧРК-ЧМ защитное отношение можно найти по формуле:

где gм(0) – максимальная величина нормализованной спектральной плотности мощности мешающего сигнала; ΔfOKH – ширина полосы одного канала в системе связи с сигналом типа "один канал на каждой несущей".

В частности, для цифрового мешающего сигнала типа ИКМ-ФМ требуемое защитное отношение можно определить по следующему выражению:

где 1/βR – максимальная относительная величина спектральной плотности мощности цифрового мешающего сигнала.

Отношение ΔfOKH/βR в (5.13) определяет долю мощности мешающего сигнала, попадающую в полосу пропускания канала системы с сигналом типа ОКН. Если мешающим сигналом является сигнал ОКН, такой же, как и полезный, и их несущие частоты совпадают, то вся мощность помехи попадает на вход демодулятора приемника полезного сигнала. В этом случае защитное отношение будет равно:

Таким образом, при определении защитного отношения для конкретного РЭС необходимо принимать во внимание вид полезного и помехового сигналов, а также их параметры.

5.3 Принципы определения видов и значений критериев ЭМС для различных радиослужб

В общем случае при определении видов и значений критериев для различных радиослужб должны учитываться следующие особенности совместного использования полос частот радиослужбами:

-критерии ЭМС не должны затруднять развитие совмещаемых радиослужб,

адолжны быть основаны на компромиссе между максимально допустимым уровнем помех для каждой из этих служб и минимальной ЭИИМ, обеспечивающей заданное качество их работы;

-выбор критерия ЭМС должен учитывать особенности полезных сигналов конкретной радиослужбы. Например, в НФС и ФСС допускается относительно небольшая доля (10…20%) от полного допустимого уровня помех. В наземной радиовещательной службе и радиовещательной спутниковой службе в качестве критерия ЭМС используется отношение сигнал/помеха qм и процент превышения Тм этого значения. В других радиослужбах в качестве критерия ЭМС выбирается уровень мешающего сигнала на входе приемника РЭС, подвергающегося воздействию помехи, значение которого должно быть на 5…10 дБ ниже уровня полезного сигнала;

-при определении количественного значения критерия ЭМС необходимо исходить из максимального учета всех физических факторов, влияющих не данный критерий, в частности, неидеальность характеристик и параметров передающих и приемных устройств.

47

Таким образом, при выборе вида критерия ЭМС и определении его величины необходимо принимать во внимание соображения, обеспечивающие прежде всего компромисс между максимально допустимым уровнем помех для каждой из радиослужб и минимальной ЭИИМ, обеспечивающей заданное качество работы данного РЭС.

Глава 6. Определение норм частотно-территориальных разносов для различных радиослужб

6.1. Основные положения по определению норм ЧТР для различных систем радиосвязи

Одной из главных задач анализа ЭМС, рассмотренных в главе 1, является определение минимально допустимых территориальных разносов (ТР) потенциально независимых радиопередатчиков и радиоприемников совмещаемых радиослужб при различных частотных расстройках и при различных вариантах взаимной ориентации их антенн. Если реальное значение ТР больше требуемого (его называют координационным расстоянием), то считается, что условие ЭМС рассматриваемых РЭС выполняется.

Из сказанного следует, что при планировании в определенном районе размещения совокупности радиопередатчиков и радиоприемников совмещаемых радиослужб (например, при проектировании радиорелейной линии и размещении новых земных станций в случае совместного использования ими полос частот) у проектировщиков есть возможность варьировать точки расположения соответствующих станций и используемые ими частоты. При этом должны обеспечиваться координационные расстояния между станциями. Следовательно, можно получить такие сочетания частот и территориальных разносов станций взаимодействующих систем, называемые частотнотерриториальными разносами (ЧТР), при которых соблюдаются условия их ЭМС. Для различных вариантов взаимодействия радиослужб разработаны соответствующие нормы ЧТР, применение которых является одним из эффективных способов согласования условий ЭМС между взаимодействующими РЭС. Нормы ЧТР представляют собой совокупность взаимосвязанных значений координационного расстояния (КР), частотного разноса (ЧР) и углового разноса (УР), при которых обеспечивается ЭМС рассматриваемых РЭС. На основе норм ЧТР определяют конкретные рабочие частоты приемопередатчиков РЭС совмещаемых радиослужб на определенной территории. Кроме того, нормы ЧТР

48

позволяют более конкретно сформулировать требования к характеристикам направленности и ориентации антенн взаимодействующих РЭС при заданных рабочих частотах. Определение норм ЧТР производится из условия выполнения критерия ЭМС, который отражает случайный характер замираний полезного и мешающего сигналов.

Так, критерий ЭМС в случае аналоговых радиосистем допускает превышение допустимого значения мощности помех на выходе системы Рп доп в течение заданного процента времени Тп доп . При этом условие выполнения ЭМС

где Тп (Рп доп) - процент времени, в течение которого мощность помех на выходе системы Рп ≥ Рп доп.

Для некоторых служб в качестве критерия ЭМС используют защитное отношение qм доп на входе приемника РЭС, подвергающегося воздействию помехи, ниже которого текущее значение отношения сигнал/помеха qм может быть не более Тп доп процентов времени месяца. В этом случае условие ЭМС, эквивалентное (6.1), имеет вид:

где Тп (qм доп) - значение интегральной функции распределения (ИФР) отношения сигнал/помеха qм при условии qм = qм доп.

Иногда в качестве критерия ЭМС используется допустимое значение напряженности поля мешающего сигнала Ем доп в точке размещения антенны РЭС, подвергающегося воздействию помехи. В этом случае условие ЭМС, эквивалентное (6.1), имеет вид:

где Тп (Ем доп) - процент времени, в течение которого Ем ≥ Ем доп .

Также в качестве критерия ЭМС используется допустимое значение уровня мощности мешающего сигнала Рм доп на входе приемника РЭС, подвергающегося воздействию помехи. В этом случае условие ЭМС, эквивалентное (6.1), имеет вид:

49

где Тп (Рм доп) - процент времени, в течение которого мощность помех на входе приемника Рм ≥ Рм доп.

При этом конкретный расчет ЧТР связан с определением значения

где Zм – обобщенный энергетический параметр мешающего сигнала, дБВт; ам(Rк ,Тп доп) – допустимые потери на трассе распространения мешающего сигнала

где Рпд – уровень выходной мощности передатчика мешающего сигнала, дБВт; Gпд(α) – коэффициент усиления передающей антенны под углом α, дБ, где α

– угол исхода мешающего сигнала между осью ДНА мешающего передатчика и направлением трассы распространения мешающего сигнала; Gпр(φ) – коэффициент усиления приемной антенны под углом φ, дБ, где угол φ – угол прихода мешающего сигнала между осью ДНА приемного РЭС и направлением трассы распространения мешающего сигнала; Вп – выигрыш за счет поляризационной развязки между полезным и мешающим сигналами, дБ; аф пд и аф пр - потери в передающем и приемном фидерном тракте соответственно, дБ.

При расчете норм ЧТР параметры углового разноса α и φ являются неизвестными, ввиду чего задаются несколькими вариантами взаимной ориентации антенн РЭС – источника помех и РЭС, подвергающегося воздействию помехи. При этом возможна следующая ориентация ДНА этих РЭС:

а) Г-Г – главные лепестки ДН антенн обеих РЭС направлены друг на друга. Такой вариант ориентации ДНА называют "дуэльной ситуацией", в этом случае α = 0 и φ = 0;

б) Г-Б – мешающая станция ориентирована своим главным лепестком на боковой лепесток ДНА станции, подвергающейся воздействию помех. В этом случае α = 0 и φ = φ1, где φ1 – угол, определяющий ориентацию первого бокового лепестка ДНА станции, подвергающейся воздействию помех.

в) Б-Г – мешающая станция ориентирована своим боковым лепестком на главный лепесток ДНА станции, подвергающейся воздействию помех. В этом

50

случае α = α1 и φ = 0, где α1 – угол, определяющий ориентацию первого бокового лепестка ДНА станции – источника помех;

г) Б-Б – мешающая станция ориентирована своим боковым лепестком на боковой лепесток ДНА станции, подвергающейся воздействию помех. В этом случае α = α1 и φ = φ1.

При использовании в качестве критерия ЭМС защитного отношения отношение сигнал/помеха на входе приемника РЭС, подвергающегося воздействию нескольких помех, можно найти следующим образом:

где QмΣ - результирующее отношение сигнал/помеха, определяемое соотношением:

где Qм i - отношение сигнал/помеха, определяемое i-м мешающим сигналом.

где æачх – коэффициент ослабления мощности мешающего сигнала АЧХ приемника, зависящий от формы АЧХ приемника РЭС, подвергающегося воздействию помех и частотной расстройки между полезным и мешающим сигналами; ΔVс – глубина замираний полезного сигнала; ΔVм i - глубина замираний i-го мешающего сигнала; Vс мед - медианное значение множителя ослабления полезного сигнала; Vм мед i - медианное значение множителя ослабления мешающего сигнала; Рс0 - мощность полезного сигнала при его