Управление РЧС Bihovskiy

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС	141

которое затем переведем в разы по формуле

Vc доп (раз) = 10 0,05 Vс доп (дБ) = 10 –1,675 = 2,8 10 –2.

По (3.43) определяем значение Тс( Vc доп) с учетом значения постоянного коэффициента

КQ = 6% (см. пример 1):

Tc ( Vсдоп ) = 6 8 10−4 = 4,8 10−3 %.

По (3.47) получаем Тм доп = 0,01 – 0,0048 = 0,0052%.

По графику на рис. 3.7 при Рош доп = 10 –3 и qш = qш мед = 60 дБ находим допустимое ОСП на входе приемника qмдоп = 24 дБ и далее определяем значение Vм доп по формуле

Vм доп (дБ) = qм мед – qмдоп = 60 – 24 = +36 дБ.

Далее по графикам на рис. 3.4– 3.6 необходимо определить при найденных значениях

Тм доп и	Vм доп протяженность и тип трассы МС, для которой выполняются эти показатели.
Данной паре {Тм доп; Vм доп} соответствуют только графики на рис. 3.6, по которому получа-
ем при	Тм = Тм доп = 0,0052% и Vм = Vм доп = 36 дБ значение территориального разноса

Rк = Rмэ ≈ 130 км.

3.3.3.Особенности определения норм ЧТР для систем сотовой подвижной связи

В диапазоне 800 МГц региональные сотовые сети сухопутной подвижной связи России создавались на базе стандарта AMPS (D-AMPS), а сети фиксированной сотовой связи с кодовым разделением каналов (CDMA) — стандарта IS-95. Сети стандартов AMPS и CDMA работали в совпадающих диапазонах частот (в совмещенных частотных каналах) и размещались часто в одном регионе. Поэтому возникала необходимость обеспечения ЭМС РЭС средств этих сетей.

Поясним основные положения методики обеспечения их ЭМС. При анализе межсистемной ЭМС РЭС следует рассматривать влияние базовых станций (БС) одной системы на абонентские станции (АС) другой, а также обратное воздействие АС на БС (далее БСAMPS, АСAMPS, БСCDMA, АСCDMA). Символически влияние помех сетей CDMA и AMPS на сети AMPS и CDMA будем обозначать следующим образом: АСCDMA → БСAMPS, БСCDMA → АСAMPS;

АСAMPS → БСCDMA, БСAMPS → АСCDMA.

На рис. 3.9 показаны помеховые ситуации в рассматриваемой ЭМО и введены обозначения ТР между РЭС совмещаемых сетей (R1, R2, R3, R4). Стрелками показаны направления воздействия радиопомех. Из рис. 3.9 видно, что величина max(R1, R4) определяет необходимое расстояние между БСAMPS и АСCDMA, обеспечивающее ЭМС между ними. Аналогично территориальный разнос max(R2, R3) обеспечивает ЭМС между БСCDMA и АСAMPS. С практической точки зрения целесообразно определить минимальное допустимое расстояние между базовыми станциями рассматриваемых сетей, при котором обеспечивается совместная работа всех РЭС этих сетей с заданным качеством. Методология расчета величин R1, R2, R3 и R4 подобна той, которая изложена в предыдущем разделе.

Для обеспечения ЭМС РЭС необходимо, чтобы ТР между БСCDMA и БСAMPS выбирался из условия максимума:

Rк = max[R0CD + max(R1, R4); R0АM + max(R2, R3)],

где R0АM, R0CD — радиусы зон обслуживания БС в системах AMPS и CDMA.

На рис. 3.10 схематично показан вариант взаимного расположения БС сетей CDMA и AMPS. Секторные антенны БС этих сетей ориентированы в направлении своей зоны обслуживания, а в направлении соседней сети радиопомеха излучается задним лепестком ДНА. Радиусы зон обслуживания БС в направлении соседней сети показаны стрелкой: R0CD — радиус зоны обслуживания БСCDMA, R0AM — БСAMPS.

142	ГЛАВА 3

Рис. 3.9. Помеховые ситуации при взаимодействии двух сетей подвижной связи

Рис. 3.10. Необходимый территориальный разнос между границами сот двух сетей

Обеспечение ЭМС РЭС сотовых сетей связи стандартов AMPS и CDMA в совмещенных частотных каналах возможно только в том случае, если установлены ограничения на энергетические параметры этих РЭС, а зоны покрытия радиосетей разделены некоторой нейтральной областью, определяемой требуемым территориальным разносом между границами сетей. Размер этой области может быть уменьшен, если на БС применяются секторные антенны со сниженным уровнем боковых и задних лепестков ДНА, что позволяет снизить мощность помехи, излучаемой БС в направлении соседней сети.

Необходимый ТР между границами зон обслуживания сетей AMPS и CDMA, как видно из рис. 3.10, может быть рассчитан следующим образом:

d = max[max(R1, R4) – R0АM; max(R2, R3) – R0CD].

Значения ТР, рассчитанные по описанной методике, приведены в табл. 3.7 [35].

Таблица 3.7. Значения территориального разноса

G0, дБ	R0CD, км	R0AM, км	R1, км	R2, км	R3, км	R4, км	D, км	d, км
13	1,8	5,3	4,0	3,1	15,4	6,1	20,7	13,6
–7	0,5	1,4	1,0	0,82	4,0	1,6	5,4	3,5
–27	0,12	0,37	0,27	0,21	1,0	0,42	1,37	0,88

Анализ этих норм ЧТР показывает, что радиус зоны обслуживания БСCDMA составляет

R0CD = 1,8 км, а для БСAMPS — R0AM = 5,3 км. При использовании секторных антенн БС с уровнем боковых лепестков –7 дБ радиусы зон обслуживания БС в направлениях излучения

этих лепестков уменьшаются до R0CD = 0,5 км и R0AM = 1,4 км. Если применить специальные

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС	143

меры, расположив, например, антенны БС на стенах зданий, экранирующих излучение в обратном направлении, то уровень излучения задних лепестков ДНА может быть снижен до

–27 дБ. При этом радиусы зон обслуживания БС в направлениях излучения этих лепестков составляют: R0CD = 0,12 км, R0AM = 0,37 км.

Для работы сотовых систем подвижной связи третьего поколения были выделены полосы частот 1885…2025 и 2110…2200 МГц. В этих же диапазонах работают зоновые РРЛ. Поэтому, рассматривая вопросы развития систем подвижной связи 3-го поколения в диапазоне 2 ГГц, необходимо определить возможности совместного использования этих диапазонов частот системами подвижной связи стандарта CDMA и РРЛ. Такое совместное использование может быть достигнуто только за счет территориального и/или частотного разноса между этими системами.

Методика анализа ЭМС и расчет норм ЧТР для этих РЭС приведены в [34]. Эта методика в основных своих положениях соответствует подходам, изложенным выше. Ее основные особенности связаны с определением мощности помех, создаваемых передатчиками сети подвижной связи на входе приемника радиорелейной станции (РРС).

Расчеты, выполненные по данной методике, показывают, что для сети подвижной связи стандарта CDMA и аналоговой РРС, занимающей канал с шириной полосы частот 28 МГц, ЭМС обеспечивается в случае, если частотный разнос между ПС и МС превышает 35 МГц. Для цифровой РРС, занимающей канал с шириной полосы частот 2 МГц, ЭМС обеспечивается, если частотный разнос между ПС и МС более 3,4 МГц.

3.3.4. Назначение частотных каналов для РЭС

Назначение частотных каналов как способ обеспечения ЭМС РЭС осуществляется либо централизованно государственными радиочастотными органами (РЧО), либо децентрализованно местными РЧО (республиканскими, краевыми и областными) и заключается в присвоении (назначении) конкретной частоты для работы каждого РЭС из числа выделенных РЭС частот или полос частот.

Централизованное назначение частотных каналов осуществляется для работы наиболее важных и мощных РЭС (например, для радиостанций правительственной сети связи, вещательных радиостанций и передающих телецентров и т.п.). Децентрализованное назначение частот осуществляется для работы, как правило, маломощных РЭС массового применения (в частности, радиостанций сухопутной подвижной службы, маломощных радиорелейных станций и т.п.). При децентрализованном назначении частотных каналов учитывают основные положения Регламента радиосвязи (прежде всего Таблицу распределения частот), а при децентрализованном, кроме того, постановления (указания) государственных РЧО. Например, частотные каналы, назначенные централизованно, запрещаются для использования другими РЭС в пределах территории, где возможны непреднамеренные помехи от них.

Основная цель назначения частотных каналов состоит в том, чтобы исключить прежде всего работу РЭС на одних и тех же частотах при размещении РЭС в общих территориальных районах в пределах координационных зон радиостанций, т.е. зон вокруг станции РЭС, за пределами которой станции других РЭС, совместно использующие ту же полосу частот, не создают мешающих излучений, превышающих допустимый уровень, и не подвергаются их воздействию [43].

Для исключения непреднамеренных помех между РЭС при одновременной их работе в общих территориальных районах большинство РЭС, особенно массового применения, имеют сетки или несколько фиксированных частотных каналов с определенным минимальным

144	ГЛАВА 3

разносом по частоте. Например, для радиостанций сухопутной подвижной службы, работающих в полосе частот 1,6…8 МГц, минимальный частотный разнос между соседними каналами сетки частот составляет 5 кГц, а работающих в диапазоне свыше 30 МГц — 25 кГц [44]. Для РЭС с плавной перестройкой частоты в пределах присвоенных полос частот частотный разнос каналов может быть установлен любым, но, в принципе, не менее требуемого.

Для работы РЭС различных радиолиний без взаимных радиопомех рабочие частоты РЭС назначаются так, чтобы ЧР между ними составлял не менее некоторого требуемого

значения fтр, которое в общем случае должно удовлетворять условию
fтр = | fc – fм | ≥ ( fс + fм)/2,	(3.50)
где fс — ширина полосы пропускания приемника станции-реципиента;	fм — полоса час-

тот, занимаемая излучением передатчика МС на заданном уровне –30 дБ или –60 дБ.

При назначении частотных каналов конкретным РЭС должны учитываться нормы ЧТР, которые определяют взаимные удаления между РЭС, допустимые мощности излучения передатчиков и чувствительности приемников, допустимые значения защитных отношений, коэффициенты усиления антенн, наличие в РЭС сеток или выделенных номиналов частот и ряд других характеристик. Минимально необходимый ЧР fтр, обеспечивающий работу РЭС без взаимных помех, определяется прежде всего видом модуляции используемых в РЭС сигналов. Поэтому с достаточной для практики точностью численные значения fс и fм должны соответствовать общесоюзным нормам на ширину полосы радиочастот радиопередающих устройств [45].

Задача рационального назначения частот особо актуальна при организации работы РЭС без взаимных помех в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах радиоволн, где работает наибольшая часть различных РЭС фиксированной и подвижной служб, радио- и телевизионного вещания, а также других служб [44, 46, 47, 48].

Если в процессе назначения частотных каналов оказывается, что выделенное при распределении какой-либо службе число каналов оказывается меньше необходимого для работы РЭС, то одни и те же частоты могут повторно назначаться другим РЭС, в том числе и однотипным. Условием такого назначения является строгое выполнение норм ЧТР и размещения совмещаемых РЭС за пределами координационных зон соответствующих станций или работы РЭС в различные интервалы времени. Такой метод назначения частотных каналов РЭС существенно повышает эффективность использования радиоспектра и широко используется, например, в современных сухопутных системах подвижной связи. Основой реализации способа повторного назначения частотных каналов в таких системах является применение принципов сотового покрытия общей территории обслуживания, принципа кластирования частотно-территориального ресурса системы и принципа секторирования сот [49, 50]. Результатом такой организации сотовой инфраструктуры связи достигается возможность многократного использования относительно небольшого числа частотных каналов на небольшой территории.

Для РЭС, расположенных на одном объекте, частотные каналы назначаются так, чтобы исключить работу РЭС не только на совпадающих частотах, но и на таких частотах, которые приводят к совпадению излучений передатчиков на гармониках с основными каналами приема совмещаемых РЭС или основных излучений передатчиков с побочными каналами приемников совмещаемых РЭС.

Эффективность назначения частотных каналов как один из основных и наиболее важных способов обеспечения ЭМС РЭС характеризуется следующим:

–разнос частотных каналов РЭС в соответствии с условием (3.50), как правило, практически полностью исключает взаимные помехи между РЭС, поскольку в зависимости

от значений fс и fм уровень взаимных помех ослабляется на –(40…60) дБ;

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС	145

–назначение частотных каналов не требует значительных временны΄х и материальных затрат по сравнению, например, с территориальным разносом РЭС и осуществляется

при выдаче разрешения на эксплуатацию РЭС или в ходе эксплуатации.

Для незначительных по числу (единицы) совокупностей РЭС на ограниченных по территории районах назначение частотных каналов выполняется достаточно просто методом перебора выделенного числа частотных каналов с учетом условия (3.50) и норм ЧТР. Для значительных по числу (десятки — сотни и более) совокупностей РЭС в больших районах методы назначения частотных каналов достаточно сложны, основываются на использовании ЭВМ и подробно излагаются, например, в [51, 52].

3.4.Автоматизация управления использованием радиочастотного спектра

3.4.1.Общие задачи автоматизации управления использованием спектра

Если объем информации велик, а требования в отношении аналитических исследований сложны и разнообразны, применение методов автоматизации становится необходимостью. Автоматизация может также улучшить внедрение методов ограниченного анализа и баз данных. Компьютерные системы располагают средствами, позволяющими хранить данные в легкодоступной форме, а также обрабатывать их, выдавать отчеты, касающиеся этих данных, и выполнять численный анализ показателей ЭМС [53–59].

Впоследние годы стали широко использовать компьютерные системы на основе персональных компьютеров (ПК), которые обрабатывают большие массивы данных или выполняют сложные задачи численного анализа при решении различных задач в области связи и радиосвязи, в частности. Благодаря последним технологическим разработкам снизилась стоимость компьютерных систем, существенно увеличились их вычислительные возможности, и стало возможным широко применять компьютерные методы для целей управления использованием спектра (УИС).

Взависимости от размера, частоты и сложности процесса УИС компьютерные системы следует применять частично или полностью во всех видах работ по УИС на национальном уровне. В общем случае потребности разных Администраций в УИС значительно различаются, поэтому каждая Администрация должна располагать (и соответственно создать) собственные базы данных (БД) и условия применения, которые удовлетворяют их конкретные потребности. При определении этих потребностей любая Администрация должна учитывать как национальные потребности в УИС, так и международные соглашения по этому вопросу. Эти БД должны содержать информацию о дислокации всех РЭС, развернутых на территории страны, данные об их технических характеристиках, определяющих ЭМС с другими РЭС, данные об их владельцах, выданных им лицензий и т.д.

Автоматизация может обеспечивать различные функции по УИС, которые включают: присвоения частот; расчеты ЭМС; хранение и обновление БД; лицензирование и сбор платы за лицензии; частотно-территориальное планирование; координацию частот; экспертизу радиочастотных заявок; взаимодействие с системой радиоконтроля; обмен данными по УИС между заинтересованными Администрациями и РЧО.

146	ГЛАВА 3

Автоматизация УИС на практике осуществляется в виде автоматизированных систем УИС (АСУИС) и, как правило, на базе современных компьютерных систем, имеющих достаточные вычислительные ресурсы и возможности подключения необходимых периферийных устройств и средств связи (модем, беспроводный адаптер и т.д.). При этом АСУИС могут быть специализированными, т.е. выполняющими только одну или несколько схожих функций из числа названных выше, или интегрированными, реализующими практически все эти функции.

3.4.2. Преимущества автоматизации УИС

Поскольку с ростом объема данных о действующих в стране РЭС, а также количества и сложности операций, связанных с хранением и обработкой этих данных, расходы на эксплуатацию ручной системы УИС увеличиваются, применение АСУИС становится неизбежным. Важно отметить, что современные компьютерные системы на основе ПК обладают необходимыми возможностями обработки и хранения информации, обеспечивая тем самым высокие эксплуатационные показатели при приемлемых расходах. Переход от ручных к автоматизированным методам анализа имеет многочисленные преимущества и становится необходимым, когда обработка данных касается огромных массивов.

Одной из таких задач является распределение и назначение частотных каналов в больших системах РЭС. При этом такие задачи при ручной реализации приходилось выполнять по упрощенным алгоритмам. Решение подобной задачи в составе АСУИС позволяет использовать значительно более сложные, но и более эффективные алгоритмы назначения частотных каналов. Один из них рассмотрен ниже. Здесь более высокий уровень сложности критерия назначения рабочих частот обусловлен учетом влияния продуктов интермодуляции РЭС, расположенных на одном объекте. Продукты интермодуляции, как известно (см. разд. 3.2.1, 3.2.2 и гл. 7), могут иметь разрушительный характер с точки зрения ЭМО при размещении РЭС на одном объекте. При этом действует следующий критерий выбора: предлагаемая частота не может быть присвоена новому передатчику на данной станции, если какой-либо продукт интермодуляции третьего порядка, образованный любыми частотами, уже присвоенными данной станции, эквивалентен предлагаемой частоте.

На рис. 3.11 представлен возможный метод автоматизации процедуры выбора для данного примера. В этом случае очевидно, что ручное выполнение задачи будет крайне трудоемко, а реализовать эти процедуры даже в небольшой компьютерной системе можно быстро и просто, не внося упрощений в алгоритмы обработки информации.

Другое эффективное применение ПК связано с уточненным учетом реалистических характеристик распространения волн, например учетом влияния земной поверхности. Расчет потерь при распространении, отличном от распространения в свободном пространстве (сферическое расширение), может оказаться сложной задачей. Использование методов определения потерь при распространении в свободном пространстве на расстояния, превышающие расстояния прямой видимости, приводит к неэффективному использованию спектра. Автоматизированные методы расчета потерь с учетом реальных условий (кривизна Земли, препятствия, различные характеристики почвы) позволяют с помощью стандартной программы осуществлять точное прогнозирование распространения радиоволн, повышая тем самым точность результатов анализа ЭМС.

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС	147

Рис. 3.11. Машинный алгоритм назначения частотных каналов РЭС

В табл. 3.8 в качестве примера представлены результаты автоматизированного расчета потерь передачи радиосигнала в зависимости от длины трассы распространения для гладкой земной поверхности в сравнении с потерями при распространении в свободном пространстве.

Приведенный пример показывает существенную роль точного учета реального механизма распространения радиоволн в расчетах, связанных с решением задач УИС, и целесообразность автоматизации расчетов, поскольку предполагаемый объем вычислений очень велик.

148			ГЛАВА 3
	Таблица 3.8. Потери передачи радиосигнала
	Расстояние, км	Потери в свободном	Потери для гладкой земной
		пространстве, дБ	поверхности, дБ
	1	90,5	90,5
	2	96,5	97,5
	5	104,5	108,5
	10	110,5	119,5
	20	116,5	135,5
	50	124,5	166,5
	100	130,5	212,1

Автоматизированные методы позволяют учитывать статистическую информацию о замираниях ПС и МС и реальные характеристики земной поверхности. Характеристики земной поверхности, как правило, хранятся в банке топографических данных, доступ к которым автоматически предоставляется программе расчета показателей распространения.

Используя хранящиеся данные о земной поверхности, можно построить профиль трассы (рис. 3.12) между двумя любыми географическими точками, включенными в БД с топографическими данными. Такие профили используются для определения характеристик трасс распространения ПС и МС, обусловленных влиянием поверхности Земли, такими, как неровность местности, тип подстилающей поверхности (тип почвы, вода, лес и др.), параметры локальных неоднородностей (искусственных и естественных) в местах расположения передающей и приемной станций.

Рис. 3.12. К автоматическому построению профиля трассы

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС РЭС	149

Можно отметить, что процедура построения профиля трассы распространения выполняется по топографическим картам (на бумажном носителе или цифровым картам местности, ЦКМ), имеющих определенное разрешение (точность представления данных). В свою очередь этот показатель связан с масштабом топографических карт и должен составлять по расстоянию не более 50…20 м:1 см и по высоте не более 3 м:1 см [33, 58, 59]. На рис. 3.12 показан фрагмент ЦКМ с линией трассы распространения между двумя точками и соответствующий профиль, определенный автоматически.

3.4.3. Общая структура автоматизированной системы УИС

Чтобы оценить применение компьютерных систем в конкретной ситуации по УИМ, следует проанализировать различные типы имеющегося компьютерного оборудования и программного обеспечения. Их использование должно быть внедрено в четко определенную структуру с вполне определенными функциями УИМ на национальном уровне.

На рис. 3.13 показана структура типовой АСУИС. С технической точки зрения АСУИС представляет собой аппаратно-программный комплекс, который включает аппаратные средства вычислительной техники (СВТ) и программное обеспечение (ПО). В состав аппаратных СВТ обычно входят: ПК или локальная вычислительная сеть (ЛВС) из нескольких ПК, сервер(ы) БД (СБД — только для больших БД), периферийные устройства (ПУ), такие, как дисплей, принтер, дополнительные накопители информации, специальные устройства ввода информации и устройства связи (модем, выделенная линия, беспроводный адаптер).

Рис. 3.13. Структура типовой автоматизированной системы УИС

Программное обеспечение состоит из двух частей: операционной системы ПК (ОС) и прикладного ПО, состоящего из управляющей программной системы, реализующей об-

150	ГЛАВА 3

щую концепцию УИС, заложенную в данную АСУИС, и пользовательских программных модулей, которые могут модифицироваться.

Все оборудование АСУИС организуется в виде отдельного автоматизированного рабочего места (АРМ) эксперта-оператора. ЛВС позволяет организовать несколько АРМ, что повышает эффективность использования АСУИС. При ее разработке должны быть определены параметры поступающего в нее потока информации (должно быть ясно, откуда поступают данные, какие операции следует произвести с ними и куда они должны направляться), структура файлов данных, а также записи и поля, подлежащие хранению. Должны быть определены объем данных, частота их обновления и процедуры обновления данных. Рекомендации SM.1048 и SM.1370 МСЭ-Р [53, 54] содержат руководство по разработке структуры БД для базовой и усовершенствованной АСУИС, рекомендуемых МСЭ. Форматы данных также должны быть скоординированы с БР МСЭ (см. Рекомендацию SM.667 МСЭ-Р [55]). Полное описание структуры БД для этих АСУИС представлено в [56]. Аналогичные структуры целесообразно использовать при разработке собственных АСУИС, что существенно облегчит в случае необходимости процедуры обмена данными.

3.4.4. Данные, необходимые для работы АСУИС

Важной частью каждой системы управления использованием спектра является БД с различной информацией. В интересах скорейшего и эффективного с экономической точки зрения применения автоматизации в области УИС рекомендуется, чтобы Администрации включали только те элементы данных, файлы данных и базы данных, которые необходимы для удовлетворения их потребностей по УИС. Необходимо также учитывать список элементов данных, требуемых для международной координации.

В интересах установления общего подхода к сбору, обновлению и поиску данных информация по УИС может включать следующие категории: данные по распределению частот; данные по присвоениям частот; информация о владельце лицензии; данные по характеристикам оборудования; платежи; географические данные о местности в виде цифровых топографических карт местности с необходимым масштабом; данные по координации частот; данные о радиочастотных заявках; данные по контролю частот.

Общее число элементов данных довольно велико. Потребности во многих элементах данных в значительной мере зависят от целей и задач Администрации связи. Например, количество данных, требуемых для проведения значимых и достоверных расчетов ЭМС, возрастает в зависимости от степени перегруженности спектра частот. Это связано с насыщенностью данной страны используемым оборудованием радиосвязи. В большинстве случаев необходимая информация может быть сокращена до ограниченного числа основных элементов данных. Тем самым можно свести массив информации до сотен полей данных для всех файлов [56].

3.4.5. Примеры организации автоматизации УИС

Базовая АСУИС WinBASMS была разработана в соответствии со спецификацией, подготовленной Бюро развития электросвязи (БРЭ) и Бюро радиосвязи (БР) МСЭ на основе Рекомендации МСЭ-R SM.1048 [53]. BASMS является многофункциональной и многоязычной компьютерной программой, обеспечивающей специалистов по УИС автоматизированными средствами поддержки для учета всех лицензий на радиослужбы и связанной с ними техни-