Электромагнитная совместимость сотовых сетей связи (стр. 7 из 16)
Считают, что качественная передача информации по радиоканалу обеспечивается в том случае, если выполняются следующие два условия:
• флуктуации уровня полезного сигнала, обусловленные его замираниями как вследствие многолучевости, так и вследствие препятствий, возникающих на пути распространения радиоволн, приводят к уменьшению интенсивности полезного сигнала ниже чувствительности РПМ (определяемой требуемой вероятностью ошибочного приема цифровых сигналов на выходе решающего устройства радиоприемника) не более чем в заданном ηs проценте времени;
• флуктуации уровня полезного сигнала и непреднамеренной радиопомехи приводят к снижению отношения сигнал/помеха ниже защитного на входе радиоприемника не более чем в заданном ηlпроценте времени.
Флуктуации интенсивности полезного и мешающего сигналов в диапазонах волн, выделенных для подвижной связи, подчиняются логнормальному закону, т.е. мощность полезного PSи мешающего РI сигналов в месте приема (на входе приемника) может быть записана следующим образом:
Ps=Pos + XS,
PI = POI + XI.(3.1)
где Pos, POI- медианные значения мощности сигнала и радиопомехи; XS, XI - случайные гауссовские величины с нулевым средним значением и с дисперсией σ2, определяющей глубину флуктуации этих уровней (обычно принимают, что для городов с малой и средней этажностью застройки стандартное отклонение σ = 6 дБ, а для пригородов и сельской местности σ = 4 дБ).
Тогда ηS и ηI выраженные в процентах, определяются интегралами вероятности:
,(3.2)
.
где Рмин - чувствительность радиоприемника; АВХ- защитное отношение на входе радиоприемника; kS, kI - коэффициенты, учитывающие допустимый процент времени ухудшения качества радиосвязи ниже заданного уровня.
Отметим, что если ηS= ηI= 5% (что обычно принимается в качестве вероятностного критерия оценки границы зоны покрытия сотовой сети), то kS, = kI= k= 1.65, которое характеризует пороговые уровни сигнала и отношения сигнал/помеха. Снижение пороговых уровней может привести к увеличению времени некачественного обслуживания абонентов.
Условия, указанные в формулах (3.2), выполняются в процентах времени ηSи ηI в том случае, если имеют место следующие соотношения:
РOS= РМИН + kσ(3.3)
.(3.4)
где kσ- запас на замирания полезного сигнала, обеспечиваемый в системе радиотелефонной связи на входе РПМ.
Баланс мощности в сетях подвижной связи должен быть выбран таким образом, чтобы на границе зоны обслуживания сети всегда выполнялось требуемое соотношение, а территориальный и/или частотный разнос между совмещаемыми сетями должен быть таким, чтобы выполнялось соотношение (3.4). Принятый выше запас на замирания полезного сигнала соответствует требованиям обеспечения минимальной напряженности поля сигнала для защиты мобильных станций цифровых и аналоговых систем сотовой связи, указанным в Рекомендации СЕРТ.
Необходимо учитывать, что энергетические параметры РЭС сотовых сетей связи должны выбираться из условия обеспечения требуемого радиуса зоны покрытия базовой станции (БС) каждой сети. Радиусы зон покрытия БС должны быть учтены при расчете величины территориального разноса между РЭС.
Таким образом на основании (3.3) и (3.4) уравнение ЭМС РЭС может быть
записано в следующем виде:
(3.5)
где
РМИН - чувствительность РПМ (рецептора радиопомех), дБВт;
А - защитное отношение РПМ в совмещенном канале, дБ;
- запас на замирания сигнала и радиопомехи, дБ;POI- мощность радиопомехи на входе РПМ, дБВт.
POI= PРПД+GРПД(φРПМ)+ GРПМ(φРПД)+UРПД+ UРПМ+ N(δf) - L(R),(3.6)
где
PРПД - мощность радиопередатчика источника радиопомех, дБВт;
GРПД(φРПМ)- к-нт усиления антенны РПД в направлении на РПМ, дБ;
GРПМ(φРПД) - к-нт усиления антенны РПМ в направлении на РПД, дБ;
UРПД, UРПМ — затухание в антенно-фидерном тракте РПД и РПМ, дБ;
N(δf) - ослабление радиопомехи в линейном тракте РПМ, дБ;
δf =fрпд -fргм - частотная расстройка, МГц;
L(R) - потери на трассе распространения сигналов от РИД (в данном случае источника радиопомех) к РПМ (рецептору радиопомех), дБ. Эти потери принято называть основными потерями передачи, которые рассчитываются от входа передающей изотропной антенны до выхода приемной изотропной антенны. На рис. 13 показана структура линии радиосвязи и основные термины, используемые для представления о потерях передачи.
Рис. 13. Структура линии радиосвязи.
Зависимость ослабления помехи от расстройки δfвычисляется по формуле
.(3.7)
Здесь
С - нормировочный коэффициент;
S(f) - спектр сигнала радиопередатчика;K(f) - нормированная функция избирательности радиоприемника (амплитудно-частотная характеристика)[32].
Спектр сигнала и функция избирательности являются важнейшими техническими характеристиками РЭС, существенно влияющими на условия их ЭМС. Поэтому к уровням внеполосных и побочных излучений радиопередатчиков предъявляются особые требования.
При оценке ЭМС РЭС с целью проверки соответствия параметров сигналов РЭС установленным требованиям необходимо руководствоваться едиными нормами на внеполосные и побочные излучения радиопередающих устройств гражданского назначения.
По мнению ERC рекомендации CEPT/ERC 74-01E для уровней побочных излучений РЭС сухопутной подвижной службы должны пересматриваться каждые три года в соответствии с изменениями технологий и регулирующих требований и должны быть использованы администрациями в качестве руководства для разработки соответствующих стандартов.
Нормы частотно-территориального разноса РЭС
В ходе оценки ЭМС РЭС необходимо определить требуемые удаления потенциально несовместимых РПД и РПМ при различных частотных расстройках и при различных вариантах взаимной ориентации их антенн. Полученные результаты для наземных РЭС с учетом принятой модели распространения радиоволн и без учета влияния рельефа местности представляют собой оценку сверху требуемых территориальных разносов.
В случае, если реальные значения территориальных разносов больше чем требуемые, то считается, что ЭМС РЭС обеспечивается. В противном случае может потребоваться введение дополнительных ограничений на мощность излучения, частотную расстройку и (или) пространственную ориентацию и высоту расположения антенн РЭС.
Одним из эффективных способов согласования условий совместной работы РЭС является разработка и реализация норм частотно-территориального разноса (ЧТР) между взаимовлияющими РЭС.
Нормы ЧТР представляют собой совокупность взаимообусловленных значений территориального и частотного разноса РЭС с учетом ориентации их антенн, при которых обеспечивается их ЭМС. На основе норм ЧТР определяются или конкретные рабочие частоты, которые могут быть использованы в сетях подвижной связи, или необходимый для обеспечения ЭМС территориальный разнос для заявленных рабочих частот. Кроме того, нормы ЧТР позволяют установить требования к характеристикам направленности и ориентации антенных систем РЭС в пространстве при заданных рабочих частотах и расстояниях между РЭС.
Нормы ЧТР определяются для конкретных типов РЭС с учетом их энергетических, частотных и пространственных характеристик. В случае удовлетворения требованиям норм ЧТР, ЭМС между РЭС считается обеспеченной.
Нормы ЧТР рассчитываются на основании уравнения ЭМС РЭС (3.5). Часто основные потери передачи L(R) при распространении на трассе протяженностью Rот радиопередатчика к радиоприемнику представляют функцией, которую в относительных единицах (дБ) можно записать следующим образом:
.(3.8)
Для примера, приведем известную формулу основных потерь передачи в свободном пространстве (без учета влияния земной поверхности, атмосферы и других факторов):
.(3.9)Здесь
f-рабочая частота, МГц,
R- расстояние, км.
На рис. 14 показана зависимость ослабление радиоволн от расстояния в свободном пространстве для трех диапазонов частот. Наклон данной характеристики составляет 20 дБ на декаду. Модели ослабления радиоволн в приземном слое, соответствующие условиям сухопутной подвижной связи, будут иметь более сложную зависимость и более высокий показатель ослабления, а значит и более крутой спад характеристики ослабления по сравнению с приведенной на рис. 14.