Державний університет телекомунікацій

ЗАТВЕРДЖУЮ

Начальник кафедри РРМ

к.т.н., доц.

“ __ ” ______________ 2010р.

ЛЕКЦІЯ № 7

для проведення заняття зі студентами

Дисципліна Основи електромагнітної сумісності.

Тема №7.Розрахунок норм ЧТР і призначення частотних каналів для РЕЗ.

Розроблена у відповідності до навчальної програми 2010 р., розглянута на засіданні кафедри РРМ і рекомендована для використання в навчальному процесі.

Протокол № __ від “ ___ ” _________ 201__ р.

Навчальна мета:вміти здійснювати розрахунок норм ЧТР і призначення частотних каналів для РЕЗ для забезпечення ЕМС.

Виховна мета:сформувати почуття наполегливості до вивчення дисципліни.

Час: 2 години.

Матеріальне забезпечення: дошка, крейда, указка.

Література:

1. Винников В.В. Основы проектирования РЭС. Электромагнитная совместимость и конструирование экранов: Учеб. пособие - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2006.- 164с.

2. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учебное пособие / Под ред. д.т.н., проф. М.А. Быховского. – М.: Эко-Трендз, 2006. – 376 с.

Навчальні питання та розрахунок часу

І. Вступна частина 5 хв.

- приймаю доповідь чергового навчальної групи;

- перевіряю наявність особового складу, зовнішній вигляд та готовність до заняття;

- оголошую тему заняття, його цілі, зв’язок з попередніми темами, літературу.

ІІ. Основна частина 80 хв.

1. Розрахунок норм ЧТР. 35 хв.

2. Методика визначення норм ЧТР для аналогових систем. 15 хв.

3. Методика визначення норм ЧТР для цифрових систем. 15 хв.

4. Особливості визначення норм ЧТР для систем

стільникового рухливого зв'язку. 15 хв.

5. Призначення частотних каналів для РЕЗ. 5 хв.

ІІІ. Заключна частина 5хв.

• відповідаю на запитання;

• підбиваю підсумки заняття;

• оголошую оцінки;

• даю завдання на самопідготовку;

• оголошую назву та дату наступного заняття.

Організаційно-методичні вказівки:

Заняття доцільно проводити у навчальній аудиторії, призначеній для проведення занять з однією навчальною групою на протязі двох годин.

Іі основна частина

2.1 Розрахунок норм чтр

Одним з головних завдань аналізу ЕМС РЕЗ є визначення мінімально-допустимих територіальних розносів (ТР) потенційно несумісних радіопередавачів і радіоприймачів служб, що сполучаються, при різних частотних розстройках і при різних варіантах взаємної орієнтації їхніх антен. Якщо реальні значення ТР більші необхідних ТР, які також називають координаційною відстанню (КВ), то вважається, що умови ЕМС розглянутих РЕЗ виконуються.

Одним з ефективних способів узгодження умов ЕМС РЕЗ є застосування норм ЧТР між взаємодіючими РЕЗ. Норми ЧТР являють собою сукупність взаємозалежних значень КВ, ЧР і КР?, при яких забезпечується ЕМС РЕЗ. На основі норм ЧТР визначають конкретні робочі частоти (присвоєння) передавачів прийому РЕЗ служб, що сполучаються, на певній території. Крім того, норми ЧТР дозволяють сформулювати більш конкретно вимоги до характеристик спрямованості й орієнтації антен взаємодіючих РЕЗ при заданих робочих частотах.

Визначення норм ЧТР роблять із умови виконання КЕМС, які статистично нормують показники ЕМС, що мають випадковий характер через вплив завмирань КС і СЗ. Завмирання КС і СЗ виникають у процесі їхнього поширення й мають випадковий характер. Розподілу ймовірностей рівнів КС і СЗ на вході приймача задаються емпірично на підставі результатів вимірів у вигляді моделей поширення. У службах рухливого зв’язку й віщання розподіл рівнів КС і СЗ сигналів приймається логнормальним [29].

Критерій ЕМС допускає погіршення якості прийому інформації в заданому відсотку часу , протягом якого може перевищуватися припустиме значення завад на виході системи . При цьому умова виконання ЕМС має вигляд

, (2.1)

де  – значення інтегральної функції розподілу (ІФР) завад при умові .

Для аналогових систем НФС і ФСС, по яких передаються багатоканальні телефонні сигнали, КЕМС нормують як припустимий показник завад потужність шуму на виході телефонного каналу в точці відносного нульового рівня (ТВНР), у якій потужність сигналу на виході каналу  = 1 мВт. При передачі аналогових телевізійних сигналів КЕМС нормують ВСШ? на виході каналу зображення і ВСШ на виході каналу звукового супроводу залежно від класу якості каналу [30].

У цифрових системах НФС і ФСС у якості КЕМС використовується ймовірність помилкового прийому символів . При цьому в КЕМС можуть утримуватися кілька градацій показників ЕМС у вигляді декількох значень пар . При аналізі ЕМС звичайновикористовують показники ЕМС для малих , оскільки вони є визначальними у виконанні умов ЕМС [3].

Для ряду служб (РСС, СРС, РСС, НРС) у якості КЕМС використовується ЗВ на вході приймача станції-реципієнта, нижче якого поточне значення ВСП може бути не більше відсотків часу місяця. У цьому випадку умова ЕМС має вигляд

, (2.2)

де  – значення інтегральної функції розподілу (ІФР) ВСП за умови .

Для ряду служб (УПС, НРС) у якості КЕМС використовується припустиме значення напруженості поля СЗ у точці розміщення антени станції-реципієнта. У цьому випадку умова ЕМС аналогічно (2.2) і має вигляд

(2.3)

де  – значення ІФР напруженості поля заважаючого сигналу за умови

У деяких випадках у якості КЕМС може використовуватися припустиме значення рівня СЗ на вході приймача станції-реципієнта, для яких умова ЕМС аналогічна (2.3):

(2.4)

де  – значення ІФР потужності СЗ за умови .

При цьому конкретний розрахунок ЧТР пов’язаний з визначенням значення координаційної відстані R_K, дБВт, з вираження

(2.5)

де Z_M – узагальнений енергетичний параметр СЗ, дБВт;

–припустимі втрати на трасі поширення МС довжиною R_M = R_K для % часу.

Узагальнений енергетичний параметр Z_M визначається за формулою

(2.6)

де  – рівень вихідної потужності передавача СЗ, дБВт;

–коефіцієнт підсилення передавальних антен під кутом , дБ;

–кут між віссю ДНА аважаючого передавача і напрямком траси поширення СЗ;

–коефіцієнт підсилення прийомної антени під кутом , дБ;

–кут приходу СЗ між віссю ДНА приймальні PC і напрямком траси поширення МС;

В_п –виграш за рахунок поляризаційної розв’язки між КС і СЗ, дБ;

–втрати в передавальному АФТ заважаючоъ станції;

–втрати в приймальному АФТ станції-реципієнта.

При розрахунку норм ЧТР параметри й є невідомими, і для того щоб була можливість чисельного аналізу, їх задають у вигляді варіантів взаємної орієнтації антен станції-реципієнта й заважаючих станцій [4, 29]. Можливі наступні сполучення орієнтації ДНА, що характеризують взаємний вплив РЕЗ:

Г-Г – головна пелюстка (ГП) ДСА однієї станції спрямована на ГП іншої станції; такий варіант орієнтації ДНА станції-реципієнта й заважаючої станції називають «дуельною ситуацією» [31], у цьому випадку

Г-Б – заважаюча станція орієнтована своєю головною на бічну пелюстку (БП) ДНА станції-реципієнта; у цьому випадку де – кут, що визначає орієнтацію першої БП станції-реципієнта;

Б-Г – заважаюча станція орієнтована своєю БП на ГП станції-реципієнта; у цьому випадку де – кут, що визначає орієнтацію першої БП заважаючої станції;

Б-Б – обидві станції орієнтовані своїми БП назустріч один одному, у цьому випадку

Таким чином, використання такого підходу до визначення норм ЧТР дозволяє звести загальне завдання до аналізу чотирьох варіантів ЕМО з фіксованими КР. З (2.5) випливають координаційні втрати, дБВт,

(2.7)

звідки знаходимо

(2.8)

де –функція, зворотна функції

Втрати передачі СЗ залежать від висот підвісу приймальної й передавальної антен, діапазону частот, у якому працюють РЕЗ, характеристик трас, кліматичних параметрів регіону й мають складний аналітичний математичний опис. У зв’язку із цим реалізацію процедури (2.8) при оцінці умов ЕМС, що виконується ручним способом, доцільно проводити графічним способом. Для цієї цілі необхідно мати у своєму розпорядженні графічне подання функції

У ряді робіт, наприклад [32, 33], такі графіки є, і нижче вони будуть використовуватися в прикладах розрахунків ЧТР. При практичних розрахунках ЧТР необхідно побудувати аналогічні залежності з використанням сучасних моделей поширення СЗ.

При використанні в якості КЕМС захисного відношення маємо в загальному випадку впливу на станцію-реципієнт СЗ

(2.9)

де  – результуюче ВСЗ на вході приймача, обумовлене співвідношенням

(2.10)

тут –ВСЗ на вході приймача, обумовлене i-м СЗ:

(2.11)

В (2.11) прийняті наступні позначення:

–коефіцієнт ослаблення потужності СЗ АЧХ приймача, що залежить від форми АЧХ приймача станції-реципієнта й розстройки несучих частот КС і СЗ;

–глибина завмирань

–глибина завмирань i-гo СЗ,

 – медіанне значення ВСЗ (у разах),

(2.12)

Тут  – потужність КС при поширенні у вільному просторі;  –потужність i-го СЗ при поширенні у вільному просторі;  – медіанне значення множника ослаблення i-го СЗ.

У цьому випадку ліва частина (2.12) визначається відповідно до відомих законів функціонального перетворення випадкових величин і може бути записана в такий спосіб:

де  – густина розподілу глибини завмирань i-го СЗ, у загальному випадку має вигляд, що відповідає механізму поширення i-го СЗ;

–ІФР глибини завмирань КС;

–функція, зворотна функції (2.12);

Слід зазначити, що теоретично є й інші форми запису для визначення , але так чи інакше при строгому її обчисленні необхідно виконувати багаторазове інтегрування . У більшості випадків це можна зробити тільки чисельним інтегруванням із застосуванням ЕОМ і було виконано, наприклад, в [34, 35].

При впливі одного СЗ співвідношення (2.9)-(2.12) істотно спрощуються й (2.12) приймає вигляд

(2.13)

Обчислення за формулою (2.13) також досить складне. Тому в інженерній практиці замість (2.13) можна використовувати наближене співвідношення [36]

(2.14)

де  – ІФР глибини завмирань СЗ.

В [37] було показано, що використання формул (2.14) при аналізі ЕМС дає деяку погрішність при оцінці , що збільшується зі зменшенням і при <0,1% може бути порядку 10 дБ. Однак слід зазначити, що дана погрішність буде створювати певний запас у виконанні умов ЕМС і тому в принципі допустима, а навіть її максимальне значення (порядку 10 дБ) також прийнятно при даних розрахунках. При особливих вимогах до умов ЕМС РЕЗ перевірочний розрахунок можливо доцільно виконувати по точних формулах (2.12), (2.13), у яких математично коректно враховані завмирання КС і СЗ в області малих значень [31, 38, 39]. З (2.14) перебуває припустиме значення

(2.15)

і припустиме значення глибини завмирань СЗ

(2.16)

Значення далі перебуває за графіками приі, які є аналогом залежностей і можуть бути побудовані у відповідних координатах з використанням останньої. Тут  – еквівалентна довжина траси поширення СЗ, що враховує кути піднесення місць розташування заважаючої станції і приймальні станції .

Значення визначається за формулою [32]

де =8500 км – еквівалентний радіус Землі; кути і виражені в радіанах.

На рис. 2.4-2.6 наведені статистичні розподіли глибини завмирань СЗ для трьох основних механізмів поширення СЗ: в умовах прямої видимості для сухопутних трас (рис. 2.4), за рахунок дифракції на трасах з відкритою місцевістю з помірним кліматом (рис. 2.5) і за рахунок тропосферного розсіювання на сухопутних трасах (рис. 2.6) [32, 33].

Рисунок 2.4 -. Статистичний розподіл глибини завмирань СЗ на відкритих трасах із прямою видимістю

Рис. 2.5 - Статистичний розподіл глибини завмирань СЗ на дифракційних трасах поширення з відкритою місцевістю

Рисунок 2.6 - Статистичний розподіл глибини завмирань СЗ на сухопутних трасах поширення через тропосферне розсіювання

Для випадків впливу декількох СЗ отримано значення розподіляється по окремих СЗ або нарівно, якщо їхні умови поширення приблизно ідентичні, або нерівномірно. Причому для трас із меншими втратами передачі МС рекомендується відводити більшу частину і, навпаки, для трас із більшими втратами передачі – меншу частину. Подальша процедура визначення ЧТР не відрізняється від описаної вище, що застосовується у випадку впливу тільки одного СЗ.