Управление РЧС Bihovskiy

Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем

Под редакцией д.т.н., проф. М.А. Быховского

Москва, 2006

УДК 621.391.827 645.16

ББК 32.840 У67

Рецензенты: В.Л. Карякин, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой телевидения

ирадиовещания Поволжской государственной академии телекоммуникаций

иинформатики (ПГАТИ),

Б.И. Голубь, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой метрологии и стандартизации Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА)

Авторы: Бузов А.Л., Быховский М.А., Васехо Н.В., Волкова Ю.В., Жильцов А.У., Иванова Т.В., Носов В.И., Севостьянов С.В., Сорокин А.С., Сорокин Г.И.

У67 Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учебн. пособие / Под ред. д.т.н., проф. М.А. Быховского. —

М.: Эко-Трендз, 2006. — 376 с.: илл.

ISBN 5-88405-067-4

Впервые дано освещение большого комплекса проблем, связанных с управлением использованием радиочастотного спектра (РЧС). Рассмотрены вопросы международного и национального регулирования использования РЧС с применением экономических методов. Представлены методы обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосистем фиксированной, подвижной и вещательной служб, радиосистем, расположенных на одном объекте, а также методы частотного планирования сетей подвижной связи и вещания. Излагаются методы радиоконтроля и вопросы, связанные с воздействием на приемные устройства индустриальных помех. Описаны специальные устройства защиты радиосистем от непрерывных и импульсных помех.

Для аспирантов и студентов, изучающих курс «Обеспечение ЭМС РЭС». Может быть полезна преподавателям, инженерам научных и проектных организаций, решающих проблемы обеспечения ЭМС радиосистем, и специалистам государственных организаций, выполняющих экспертизу заявок на выделение частотных каналов системам радиосвязи и вещания.

ББК 32.840

ISBN 5-88405-067-4

© Авторы, 2006

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................		8
Глава 1.	ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
	РАДИОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА........................................................................	10
	1.1. Управление использованием радиочастотного спектра
	на международном уровне..................................................................................	11
	1.1.1. Международная таблица распределения частот....................................	11
	1.1.2. Планы использования полос радиочастот..............................................	13
	1.1.3. Международно-правовая защита частотных присвоений.....................	15
	1.1.4. Обязательная регистрация и координация частотных присвоений.......	16
	1.1.5. Дополнительные соглашения по координации частотных
	присвоений наземным службам..............................................................	17
	1.1.6. Заявление и регистрация..........................................................................	18
	1.1.7. Индивидуальные заявления частотных назначений..............................	19
	1.2. Управление использованием радиочастотного спектра
	на национальном уровне.....................................................................................	20
	1.2.1. Распределение полос частот между различными радиослужбами.......	23
	1.2.2. Государственная техническая политика использования РЧС..............	24
	1.3. Экономические методы управления использованием РЧС..............................	27
	1.3.1. Экономические подходы к управлению РЧС
	и его финансирование ..............................................................................	29
	1.3.2. Экономика повышения эффективности использования спектра..........	30
	1.3.3. Проблемы распределения РЧС между пользователями........................	32
	1.3.4. Преимущества и недостатки различных форм оплаты
	за использование РЧС..............................................................................	33
	1.3.5. Методы определения цены спектра........................................................	35
	1.4. Принципы и особенности приграничной координации...................................	44
	1.4.1. Особенности обеспечения приграничной координации
	сетей связи 3-го поколения в диапазоне 2 ГГц.....................................	51
	1.4.2. Особенности обеспечения приграничной координации сетей
	связи фиксированной службы................................................................	51
	Контрольные вопросы к главе 1 .........................................................................	53
Глава 2.	ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
	СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ............................	55
	2.1. Излучения на выходе радиопередающих устройств и их нормирование......	55
	2.2. Характеристики радиоприемных устройств, влияющие на ЭМС,
	и их нормирование...............................................................................................	65
	2.2.1. Характеристики и параметры радиоприемника
	при односигнальном воздействии...........................................................	66
	2.2.2. Характеристики и параметры радиоприемников
	при многосигнальном воздействии.........................................................	73
	2.3. Характеристики антенн, влияющие на ЭМС, и их нормирование.................	81
	2.3.1. Основные параметры антенн...................................................................	82
	2.3.2. Нормирование характеристик антенн.....................................................	89

4	СОДЕРЖАНИЕ
	2.4. Особенности распространения радиоволн разных диапазонов частот..........	98
	2.4.1. Особенности распространения полезных радиосигналов....................	101
	2.4.2. Распространение мешающих радиосигналов.......................................	110
	Контрольные вопросы по главе 2 .....................................................................	117
Глава 3.	МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
	СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ..........................	119
	3.1. Методы определения защитных отношений...................................................	119
	3.2. Критерии ЭМС для различных служб и условия их выполнения................	126
	3.2.1. Принципы определения видов и значений критериев ЭМС
	для различных радиослужб....................................................................	127
	3.2.2. Критерии ЭМС для основных радиослужб,
	рекомендуемые МСЭ..............................................................................	129
	3.3. Расчет норм ЧТР и назначение частотных каналов для РЭС.........................	132
	3.3.1. Методика определения норм ЧТР для аналоговых систем.................	138
	3.3.2. Методика определения норм ЧТР для цифровых систем...................	139
	3.3.3. Особенности определения норм ЧТР для систем сотовой
	подвижной связи.....................................................................................	141
	3.3.4. Назначение частотных каналов для РЭС..............................................	143
	3.4. Автоматизация управления использованием радиочастотного спектра......	145
	3.4.1. Общие задачи автоматизации управления
	использованием спектра.........................................................................	145
	3.4.2. Преимущества автоматизации УИС .....................................................	146
	3.4.3. Общая структура автоматизированной системы УИС........................	149
	3.4.4. Данные, необходимые для работы АСУИС.........................................	150
	3.4.5. Примеры организации автоматизации УИС ........................................	150
	Контрольные вопросы по главе 3 .....................................................................	155
Глава 4.	МЕТОДЫ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
	СЕТЕЙ РАДИОСВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ ................................................................	156
	4.1. Принципы частотного планирования сетей радиосвязи
	и радиовещания..................................................................................................	156
	4.2. Методы частотного планирования сетей звукового
	и телевизионного вещания................................................................................	164
	4.2.1. Технические основы планирования сетей звукового
	и телевизионного вещания.....................................................................	164
	4.2.2. Параметры регулярных сетей ТВ и ЗВ вещания..................................	171
	4.2.3. Метод координационных колец............................................................	174
	4.2.4. Технические основы планирования цифровых систем вещания........	180
	4.3. Методы частотного планирования сетей подвижной связи...........................	190
	4.3.1. Модель Окамура–Хата..........................................................................	191
	4.3.2. Частотное планирование сетей сотовой подвижной связи.................	195
	4.3.3. Оценка эффективности использования РЧС
	в сетях радиосвязи и вещания ...............................................................	203
	Контрольные вопросы к главе 4 .......................................................................	207

			5
Глава 5.	ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС
	ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОМЕХ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ.......		208
	5.1. Обеспечение ЭМС при помощи одноканальных компенсаторов помех .....		209
		5.1.1. Оптимальный следящий КП для двух ЧМ сигналов...........................	211
		5.1.2. Оптимальное устройство для разделения двух АМ сигналов............	211
		5.1.3. Итерационные КП...................................................................................	212
	5.2.	Обеспечение ЭМС РЭС при помощи двухканальных компенсаторов
		помех в системах связи с ЧМ............................................................................	215
		5.2.1. Компенсатор помех 1-го типа................................................................	217
		5.2.2. Оптимальные и субоптимальные КП....................................................	218
		5.2.3. Эффективность применения КП............................................................	220
	5.3.	Обеспечение ЭМС РЭС при помощи устройств подавления
		импульсных помех.............................................................................................	222
		5.3.1. Простые методы подавления импульсных помех................................	222
		5.3.2. Подавление ИП методом экстраполяции
		искаженных значений полезного сообщения.......................................	223
		5.3.3. Подавление ИП методом интерполяции
		искаженных значений полезного сообщения.......................................	224
		5.3.4. Подавление ИП при приеме сообщений
		с существенно неравномерным спектром ............................................	226
	5.4. Подавление ИП в системах связи с частотным разнесением.........................		226
		Контрольные вопросы к главе 5 .......................................................................	231
Глава 6.	ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РАДИОКОНТРОЛЯ............................................		232
	6.1. Роль и место радиоконтроля в системе управления
		использованием радиочастотного спектра......................................................	232
	6.2. Цели и задачи радиоконтроля...........................................................................		233
	6.3. Объекты радиоконтроля....................................................................................		233
	6.4. Краткий обзор систем управления использованием РЧС
		и радиоконтроля некоторых стран...................................................................	234
	6.5. Система управления использованием РЧС и радиоконтроля Франции.......		235
	6.6. Отечественная система радиоконтроля ...........................................................		239
		6.6.1. Локальные сети радиоконтроля.............................................................	240
		6.6.2. Состав отечественной системы радиоконтроля
		и взаимодействие ее элементов.............................................................	243
		6.6.3. Типовые комплекты измерительного оборудования
		станций РК разного назначения............................................................	244
		6.6.4. Отечественные разработки радиоконтрольной аппаратуры...............	246
		6.6.5. Зарубежные разработки, пригодные для комплектования
		станций отечественной системы радиоконтроля.................................	248
	6.7. Компоненты станций радиоконтроля фирмы Thomson-CSF .........................		249
		6.7.1. Приемные устройства.............................................................................	251
		6.7.2. Пеленгаторы............................................................................................	251
	6.8. Оптимальные конфигурации станций для отечественной системы РК.......		252

6			СОДЕРЖАНИЕ
	6.9.	Методы измерения характеристик сигналов
		систем радиосвязи и вещания...........................................................................		253
		6.9.1. Измерение напряженности поля............................................................		253
		6.9.2. Измерения ширины полосы частот.......................................................		254
		6.9.3. Измерение частоты.................................................................................		255
		6.9.4. Измерения глубины модуляции и девиации частоты..........................		255
		6.9.5. Измерение занятости спектра................................................................		255
		6.9.6.	Измерение качества приема цифровых сигналов
			в сетях радиосвязи и вещания ...............................................................	256
	6.10. Пеленгация и определение местоположения источников излучений..........			258
		6.10.1.Пеленгационные системы с фазовой задержкой .................................		261
		6.10.2.Влияние поглощения энергии волны,
			близкой к земной поверхности..............................................................	262
		6.10.3.Ложные пеленги при отражении и рассеянии радиоволн...................		263
		6.10.4.Ошибка пеленга из-за береговой рефракции .......................................		264
		6.10.5.Влияние растительности на точность отсчета пеленга.......................		265
		6.10.6.Понятие апертуры антенны...................................................................		265
		6.10.7.Требования к площадке для пеленгатора.............................................		267
		6.10.8.Основные системы пеленгаторов..........................................................		267
	6.11. Опознавание источников излучений................................................................			276
	6.12. Специфика радиоконтроля спутниковых линий.............................................			277
		6.12.1.Выполняемые задачи и измерения........................................................		277
		6.12.2.Требования к оборудованию станций контроля..................................		278
	6.13. Пополнение Федеральной базы данных
		по результатам радиоконтроля.........................................................................		280
		Контрольные вопросы к главе 6 .......................................................................		281
Глава 7.	МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС,
	РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ОДНОМ ОБЪЕКТЕ..................................................			283
	7.1. Общая характеристика проблемы обеспечения
		внутриобъектовой ЭМС РЭС............................................................................		283
	7.2. Технические параметры РЭС, влияющие на их ЭМС....................................			285
	7.3. Методы анализа ЭМС РЭС, расположенных на одном объекте......................			287
		7.3.1. Частотный анализ...................................................................................		287
		7.3.2. Расчет энергетических характеристик радиопомех.............................		288
		7.3.3. Расчет допустимой мощности радиопомех на входе РПМ.................		291
		7.3.4. Расчет частот и уровней интермодуляционных излучений РПД.......		292
		7.3.5. Расчет внеполосных характеристик антенн.........................................		297
		7.3.6. Расчет развязки между близко расположенными антеннами.............		303
	7.4. Методы обеспечения внутриобъектовой ЭМС...............................................			312
		7.4.1. Выбор частот для дополнительных РЭС на объекте...........................		313
		7.4.2. Технические методы уменьшения помех
			в комплексе РЭС объекта.......................................................................	314
		7.4.3. Методы повышения развязки между антеннами РЭС.........................		316
		7.4.4. Методы обеспечения ЭМС РЭС при помощи
			электромагнитных экранов....................................................................	319
		Контрольные вопросы к главе 7 .......................................................................		321

	7
Глава 8. ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ РАДИОПОМЕХИ...........................................................	323
8.1. Рецепторы ИРП..................................................................................................	324
8.2. Классификация ИРП..........................................................................................	326
8.3. Нормирование ИРП...........................................................................................	332
8.4. Измеряемые параметры ИРП............................................................................	335
8.5. Нормативные документы..................................................................................	337
Контрольные вопросы к главе 8 .......................................................................	338
Приложение 1.............................................................................................................................	339
Приложение 1.1. Структура и основные разделы РР МСЭ...................................	339
Приложение 1.2. Перечень основных Всемирных радиоконференций
за последние 25 лет .....................................................................	343
Приложение 1.3. Примеры распределения полос частот между службами
в Районе 1 по Регламенту радиосвязи и НТРЧ РФ...................	344
Приложение 2. Порядок распределения и выделения радиочастотного спектра...............	346
Приложение 3. Требования к уровням побочных радиоизлучений
по ГОСТ Р 50842–95 .......................................................................................	350
Глоссарий....................................................................................................................................	351
Список сокращений..................................................................................................................	360
Литература.................................................................................................................................	363

ВВЕДЕНИЕ

Управление радиочастотным спектром (РЧС) и обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) имеют важное практическое значение. Это обусловлено тем, что сфера применения радиосистем в разных областях человеческой деятельности быстро расширяется и количество радиосредств, работающих в общих полосах частот на ограниченной территории, постоянно возрастает. Вследствие этого техническая проблема эффективного использования РЧС и обеспечения ЭМС РЭС, т.е. условий нормальной работы РЭС без недопустимых взаимных помех, становится весьма сложной. Она имеет не только национальный, но и международный аспект, так как радиоволны не знают границ и радиостанции должны проектироваться таким образом, чтобы РЭС одного государства не создавали помех работе РЭС соседнего государства. От решения проблемы эффективного использования РЧС зависит возможность развития радиосвязи и вещания

встране.

Внаучных и проектных организациях, разрабатывающих и проектирующих разного рода системы связи, а также в органах государственного управления использованием РЧС, занимающихся распределением частот в сетях звукового и телевизионного радиовещания, в подвижной и спутниковой радиосвязи, ведется работа по решению указанных проблем. Для этого необходимы инженеры, имеющие систематические знания по ЭМС РЭС и специально подготовленные для решения многочисленных вопросов, возникающих в этой области. В России до сего времени подготовка таких специалистов в вузах не велась. Важно подчеркнуть, что знания в области управления РЧС и обеспечения ЭМС РЭС необходимы не только специалистам в этой области, но и каждому квалифицированному радиоинженеру, который должен разбираться не только в работе отдельных радиосистем, но и в том, как они взаимодействуют в эфире.

Следует отметить, что в России ранее не издавались книги, в которых освещался весь комплекс вопросов, связанных с данными проблемами. Книги, в которых затрагивались их отдельные аспекты, были изданы в нашей стране более 20 лет назад.

Вданной книге охвачен практически весь спектр вопросов, связанных с проблемами управления РЧС и обеспечения ЭМС РЭС.

Впервой главе изложены основные положения об управлении использованием РЧС как

вмеждународном масштабе, осуществляемом Администрациями связи через Международный союз электросвязи (МСЭ) в соответствии с решениями Административных конференций по радиосвязи и правилами Регламента радиосвязи, так и в национальном масштабе, осуществляемом Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) при Миниформсвязи РФ. В этой же главе приведены основные положения Регламента радиосвязи и принципы распределения радиослужб по диапазонам, изложены подходы к решению важных вопросов приграничной координации. Отдельно рассмотрены перспективные экономические методы управления РЧС.

Техническим основам анализа ЭМС РЭС посвящена вторая глава, в которой рассмотрены основные технические параметры приемных, передающих и антенных устройств, определяющие возможности обеспечения ЭМС РЭС.

Втретьей главе приведены методы анализа ЭМС РЭС, включая методы определения защитных отношений и расчета норм частотно-территориального разноса (ЧТР), даны критерии ЭМС для различных служб. В этой же главе дается краткое описание принципов работы автоматизированной системы управления использованием РЧС.

Вчетвертой главе рассматриваются важные вопросы частотного планирования сетей вещания и сотовой подвижной связи. Приводятся общие принципы частотного планирования, рассмотрено несколько методов частотного планирования сетей телевизионного и зву-

ВВЕДЕНИЕ	9

кового вещания и даны основы частотного планирования сотовых сетей связи. Отдельно рассмотрены некоторые методы оценки эффективности использования РЧС в сетях радиосвязи и вещания, включенные в Рекомендации МСЭ.

Пятая глава содержит описание специальных методов обеспечения ЭМС РЭС путем применения компенсаторов непрерывных помех и устройств подавления импульсных помех. Такие методы позволяют обеспечить ЭМС РЭС в тех случаях, когда территориальный или частотный разнос взаимовлияющих РЭС оказывается невозможным.

Шестая глава посвящена службе радиоконтроля, которая является необходимым элементом управления РЧС. Дано описание организации этой службы в нашей стране и за рубежом, представлены характеристики типового оборудования радиоконтроля, кратко рассмотрены методы измерения разных характеристик сигналов систем радиосвязи и вещания,

атакже вопросы пеленгации и определения местоположения источников излучения.

Вседьмой главе излагаются методы анализа и обеспечения ЭМС РЭС, расположенных на одном объекте. Такая проблема часто возникает на практике, так как на ограниченном пространстве (на одном радиоцентре, в одном здании) часто приходится размещать достаточно много приемных и передающих РЭС, работающих в разных диапазонах частот. В этих условиях на одном объекте складывается весьма напряженная электромагнитная обстановка. Для того чтобы работа расположенных на одном объекте РЭС не нарушалась, необходим тщательный анализ их ЭМС, методические основы которого изложены в этой главе.

Восьмая глава посвящена индустриальным радиопомехам (ИРП) — важному классу помех, которые необходимо учитывать при проектировании радиосистем. В ней дана классификация ИРП и принципы их нормирования, кратко изложены методы измерения параметров ИРП и указаны существующие нормы на их допустимый уровень.

Каждая из глав содержит примеры применения изложенных в ней методов расчета и завершается контрольными вопросами, которые предназначены для проверки усвоения материала данной главы. В совокупности материал охватывает все основные аспекты проблем управления использованием РЧС и анализа ЭМС РЭС.

Книга дает российским радиоинженерам необходимые на современном этапе развития радиотехники профессиональные знания для решения весьма важных и сложных технических задач, связанных с обеспечением ЭМС РЭС при разработке, проектировании и эксплуатации средств радиосвязи и радиовещания.

Данная книга написана авторским коллективом. Д.т.н., проф. М.А. Быховским написаны введение, глава 5, разд. 4.3.2 (совместно с проф. В.И. Носовым) и 4.3.3. Им же выполнено научное редактирование книги. Глава 1 написана совместно к.т.н., с.н.с. Н.В. Васехо и к.т.н., доцентом Ю.В. Волковой, главы 2 и 3 написаны совместно к.т.н., проф. А.С. Сорокиным и к.т.н., доцентом Г.И. Сорокиным, глава 4 (за исключением разд. 4.2.4 и 4.3.3) – д.т.н., проф. В.И. Носовым, глава 6 – к.т.н., с.н.с. А.У. Жильцовым, глава 7 – совместно д.т.н., проф. А.Л. Бузовым и к.т.н., с.н.с. С.В. Севостьяновым, глава 8 – к.т.н., с.н.с. Т.И. Ивановой. По просьбе авторов разд. 4.2.4 написан А.В. Лашкевичем.

Глава 1

ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

Термин «управление использованием радиочастотного спектра» используется для описания различных административных и технических процедур, которые должны гарантировать возможность такой работы радиостанций различных радиослужб, при которой в любой момент времени они не создают помех работе других радиоэлектронных средств (РЭС) и не испытывают помех со стороны других радиостанций. Управление использованием радиочастотного спектра (РЧС) выполняется на двух уровнях — международном и национальном [1].

Управлять использованием спектра на международном уровне необходимо в связи с тем, что РЧС — это ограниченный природный ресурс и его следует использовать рационально, эффективно и экономно так, чтобы страны и группы стран могли иметь равноправный доступ к нему. Радиоволны распространяются в пространстве, пересекая политические границы без виз и разрешений.

Правительства стран, которые ратифицировали Устав и Конвенцию Международного союза электросвязи (МСЭ), берут на себя обязательства:

–применять в своих странах положения Устава и Конвенции МСЭ;

–принять соответствующие национальные законодательные акты, в которые в обязательном порядке должны быть включены основные положения этих международных

договоров.

Ответственность за выполнение этих обязательств берет на себя Администрация связи. Согласно Уставу МСЭ Администрацией связи может выступать любое правительственное учреждение или любая служба, ответственная за выполнение обязательств по Конвенции МСЭ и Регламента радиосвязи (РР).

В МСЭ существует три сектора: Сектор радиосвязи, в состав которого входит Бюро радиосвязи (БР) и Радиорегламентарный комитет (РРК), Сектор развития электросвязи, в состав которого входит Бюро развития электросвязи (БРЭ), и Сектор стандартизации электросвязи.

Основным документом, определяющим порядок управления использованием РЧС на международном уровне, является РР МСЭ, содержащий Международную таблицу распределения частот (МТРЧ) между службами. На национальном уровне в России основными документами, определяющими порядок управления РЧС, являются национальная таблица распределения частот (НТРЧ), Решения Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) и Положения о порядке рассмотрения материалов, проведения экспертизы и принятия решения о выделении полос радиочастот для РЭС и высокочастотных устройств и о порядке проведения экспертизы, рассмотрения материалов и принятия решения о присвоении (назначении) радиочастот или радиочастотных каналов для РЭС в пределах выделенных полос радиочастот.