При расчете помех в локальной группировке РЭС следует обратить внимание на корректность ряда исходных данных, которые имеют серьезное влияние на результаты расчета, при этом разработчики ГОСТ Р 55 898-2013, на наш взгляд, использовали довольно упрощенный подход к данным параметрам, из-за чего результаты расчетов часто вызывают вопросы.
Минимальная мощность полезного сигнала на входе приемника
В ГОСТ Р 55 898-2013 при расчете допустимого уровня помехи на входе приемника в качестве минимальной мощности полезного сигнала на входе приемника рекомендуется использовать значение реальной чувствительности приемника Pпрм, которая обычно приводится в технических характеристиках приемника. Следует учитывать, что данное допущение может привести к завышенным, трудно выполнимым и не имеющих практический смысл требованиям по соблюдению ЭМС для всех видов помех в реальных условиях.
Системы радиосвязи всегда проектируются таким образом, чтобы минимальный уровень принимаемого полезного сигнала был выше реальной чувствительности с определенным запасом, зависящим от типа и системы связи и требованиям к ее качественным показателям. Например, для системы подвижной связи в качестве минимальной мощности полезного сигнала следует рассматривать мощность сигнала, которую создает абонентская станция на входе приемника базовой станции, когда она находится на границе требуемой зоны обслуживания с требуемой вероятностью. Эта мощность всегда больше, чем реальная чувствительность приемника.
Например, для систем подвижной связи ОАО “РЖД” установлены следующие уровни полезного сигнала (распоряжение №2014р от 13.09.11):
Радиоканалы, используемые в диапазоне 460 МГц, должны удовлетворять требованиям:
- обеспечение вероятности связи по месту и времени 95 %;
- минимально допустимый уровень сигнала - 85 дБм = - 115 дБВт.
Радиоканалы, используемые в диапазоне 900 МГц, должны удовлетворять требованиям:
- обеспечение вероятности связи по месту и времени 95%;
- минимально допустимый уровень сигнала - 92 дБм = - 122 дБВт
Кроме того, следует учитывать, что почти всегда уровень мощности индустриальных и прочих непреднамеренных радиопомех, особенно в населенных пунктах и рядом с ними, существенно превышает уровень реальной чувствительности современных радиоэлектронных средств. Поэтому для оценки минимальной мощности полезного сигнала можно выполнить измерения реально существующей помеховой обстановки на объекте в интересующем диапазоне частот для заданной полосы полезного сигнала. В качестве допустимого уровня радиопомехи на входе приемника следует принять значение мощности, которое меньше существующего среднего уровня помех на величину защитного отношения Ao для данного приемника.
Параметры спектра сигнала передатчика и характеристик избирательности УПЧ и УВЧ приемника
При вводе параметров радиооборудования характеристики спектра сигнала передатчика, а также характеристики избирательности УВЧ и УПЧ приемника задаются в виде ряда значений, которые, как правило, берутся из карточек ТТД на соответствующее оборудование.
Для спектра сигнала передатчика обычно это три значения по уровню -3 дБ, -30дБ и -60 дБ. Кроме того, есть еще такой параметр как относительный уровень побочных излучений, который обычно составляет от -65дБ до -90 дБ. АЧХ фильтра УВЧ обычно задается по двум уровням -3дБ и -30дБ, а АЧХ фильтра УПЧ – по трем уровням -3дБ, -30дБ и -60 дБ.
При расчете уровней помех по соседнему каналу приема значение спектра сигнала передатчика, а также характеристики избирательности УПЧ оказывает решающие влияние на значение приведенной мощности радиопомехи (значение мощности сигнала с учетом ослабления помехи за счет частотного разноса и несовпадения полосы пропускания приемника с полосой излучения передатчика).
Проблема в том, при учете в расчетах кривых спектра сигнала передатчика, а также характеристик избирательности УПЧ только из карточек ТТД, как это рекомендуется в ГОСТ, уже при относительно не большой частотной отстройки (две полосы полезного сигнала) приведенная мощность радиопомехи становится постоянной величиной и никак не меняется при дальнейшей частотной отстройке.
Проиллюстрируем это на примере.
Приведенная мощность радиопомехи рассчитывается по формуле:
Pпом оск = Pпом вх + Ф(Δf),
значение Pпом вх = Ptx - ηtx + Gtx – ηrx + Grx – практически не зависит от частотной отстройки в рассматриваемых нами пределах.
Тогда как значение Ф(Δf) =
– коэффициент ослабления радиопомехи, является функцией частотной отстройки.
На рисунке 1 приведены типовые спектры сигнала передатчика и избирательная характеристика УПЧ приемника для оборудования УКВ радиостанций в диапазоне 150 МГц.
Рисунок 1
Как видно из графика, в случае, когда значения кривых спектра плотности мощности и избирательности УПЧ ограничено "полкой" -60 дБ, предельное значение Ф(Δf) равно 57 дБ при частотной отстройке больше чем две полосы полезного сигнала. При размещении радиосредств в локальной группировке в большинстве случаев значения Ф(Δf) = 57 дБ явно недостаточно для подавления помехи по соседнему каналу. Другими словами – практически невозможно добиться приемлемых результатов расчета помех по соседнему каналу, использую только те исходные данные по спектральной мощности сигнала и характеристикам избирательности УПЧ, которые рекомендуются ГОСТом Р 55 898-2013.
Для корректного расчета уровней помех по соседнему каналу приема важно знать поведение этих характеристик за пределами заданных частотных значений.
В программе EMC Planner поведение характеристик спектральной плотности мощности и избирательности описывается следующими величинами:
AN - скорость убывания спектральной плотности мощности нежелательных излучений дБ/декаду относительно полосы излучения. Значения AN изменяются от 10 дБ/дек для широкополосных передатчиков до 50…60 дБ/дек для узкополосных передатчиков. При этом, значение ослабления спектральной плотности мощности ниже -120 дБ принимают равными -120 дБ при дальнейшей частотной отстройке. Если AN неизвестны, для ориентировочных расчетов можно принять для передатчиков диапазона ВЧ AN = 23 дБ/дек, для передатчиков диапазона ОВЧ AN = 33 дБ/дек. (Е. М. ВИНОГРАДОВ Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Учебное пособие для ВУЗов).
NУВЧ – скорость изменения характеристики избирательности, дБ/декаду относительно полосы УВЧ;
NУПЧ - скорость изменения характеристики избирательности, дБ/декаду относительно полосы УПЧ.
При отсутствии точных данных значения NУВЧ и NУПЧ чаще всего применяют равными 20 дБ/дек (Е. М. ВИНОГРАДОВ Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Учебное пособие для ВУЗов). На практике обеспечить ослабление выше 100…120 дБ невозможно, поэтому избирательность УВЧ и УПЧ при большой частотной отстройке обычно ограничивают 100-120 дБ.
Рисунок 2
На рисунке 2 приведены те же кривые спектральной плотности мощности и избирательности, но с наклонами за пределами табличных значений. Скорость убывания спектральной плотности мощности нежелательных излучений дБ/декаду относительно полосы излучения для передатчика принята 33 дБ/дек, а скорость изменения характеристики избирательности, дБ/декаду для УПЧ приемника принята 20 дБ/дек. При этом значения спектральной плотности мощности и избирательности ограничены -110 дБ.
Как видно из графика, в этом случае значение Ф(Δf) при увеличении отстройки частоты меняется сильнее и в пределе стремится к 110 дБ. Такого значения коэффициента ослабления радиопомехи уже достаточно для того, чтобы среди помех по соседнему каналу не появлялись помехи с частотной отстройкой больше чем 10-15 полос полезного сигнала. Следует отметить что учет наклона характеристик вне табличных значений только для одного из параметров – спектральной плотности мощности или избирательности приводит к тому, что коэффициент ослабления стремится к максимальному значению в данном случае это 60 дБ (см. рисунок 3), соответственно, учет наклона только у одной из характеристик смысла не имеет, так как значения Ф(Δf) =60 дБ также в большинстве случаев недостаточно для подавления помехи по соседнему каналу.
Рисунок 3
Подавление помех по соседнему каналу при частотной отстройке от 3 полос сигнала при отсутствии возможности пространственного вертикального и горизонтального разноса антенн, а также возможности изменения диаграммы направленности антенн возможно при помощи фильтров, устанавливаемых на стороне приемника, передатчика, а также на стороне приемника и передатчика одновременно. Программа EMC Planner позволяет учесть применение подобных фильтров в системе. Один из результатов применения фильтра на стороне передатчика показан на рисунке 4 – даже с учетом того, что значение спектральной мощности передатчика задано без учета наклона характеристики за пределами значений из карточки ТТД, значение коэффициента ослабления помехи на частоте приема от передатчика (разнос 275 кГц) составляет 150 дБ.
Рисунок 4