Способ обеспечения электромагнитной совместимости системы связи
Изобретение относится к системам радиосвязи и предназначено для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) системы связи, преимущественно системы подвижной радиосвязи (СПР), с другими радиоэлектронными средствами (РЭС). Технический результат заключается в обеспечении ЭМС СПР с другими РЭС, увеличении на ˜25% емкости СПР. Для этого из всей совокупности передатчиков СПР идентифицируют группу конкретных передатчиков, которые могут работать одновременно на заданном частотном канале из диапазона рабочих частот с заданными параметрами излучаемых радиосигналов, обеспечивающих радиопокрытие обслуживаемой территории, не оказывая недопустимого воздействия на приемники других РЭС. Такую идентификацию производят для каждого частотного канала из диапазона рабочих частот и получают для каждого передатчика набор частотных каналов из этого диапазона, каждый из которых в отдельности может быть использован на этом передатчике для работы СПР с обеспечением межсистемной ЭМС. При работе СПР каждый передатчик включают на частотном канале, выбранном из полученного для него набора частотных каналов, при условии соблюдения внутрисистемной ЭМС. О достигнутом результате судят по измеренному групповому воздействию передатчиков СПР на приемники других РЭС.
Изобретение относится к системам радиосвязи, а точнее к способам обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) системы связи (СС), преимущественно системы подвижной (сотовой) радиосвязи (СПР) с другими радиоэлектронными средствами (РЭС), например бортовыми приемниками средств радионавигации и посадки, работающими в совпадающем диапазоне рабочих частот на территории, обслуживаемой СС. Другие РЭС имеют приоритет (работают на первичной основе) относительно системы связи, которая работает на вторичной основе. СС может являться источником непреднамеренных радиопомех (НРП) для другой РЭС. В зонах, где возможно создание НРП недопустимого уровня, производят проверку группового воздействия передатчиков СС на приемники других РЭС, например средств радионавигации и посадки с использованием самолета-лаборатории (СЛ).
Изобретение может быть применено при разработке частотно-территориального плана (ЧТП) с целью обеспечения повышения эффективности использования частотного ресурса, снижения влияния помехового воздействия СС на РЭС другого назначения, определения и обеспечения их электромагнитной совместимости, обеспечения безопасности полетов в случае, если другая РЭС является, например, бортовым приемником средства радионавигации и посадки и др.
В России и СНГ имеются СС, работающие в совпадающем диапазоне рабочих частот с другими РЭС, например СПР стандарта GSM-900 и бортовое оборудование средств радионавигации и посадки. Предложенный способ распространяется на произвольные системы связи, но для наглядности далее описывается обеспечение ЭМС преимущественно СПР с другими РЭС-бортовыми приемниками (БП) средств радионавигации и посадки, использующими одинаковые отведенные полосы рабочих частот. Появление и развитие СПР требует функционального расширения применявшихся ранее способов обеспечения межсистемной ЭМС в связи с очень высоким приоритетом радионавигационной службы и жесткими требованиями по обеспечению беспомеховой работы сетей воздушной радионавигационной службы, включающих радиоэлектронные средства ближней навигации (РСБН) и посадочные радиомаячные группы (ПРМГ). Кроме того, требуется обеспечить повышение эффективности использования радиочастотного ресурса путем уточнения и оптимизации ЧТП СПР при продолжении совместного использования диапазона рабочих частот.
Известны расчетные и комплексные способы определения электромагнитной обстановки (ЭМО) и обеспечения ЭМС СПР с другими РЭС.
1. Руководство по летной проверке наземных средств радиотехнического обеспечения полетов и связи. Утвержденное Заместителем директора Департамента воздушного транспорта 18.08.1992;
2. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып.1, М.: Сов. Радио, 1977, п.6.3 и п.3;
3. Мобильные системы, №4, 2001, с.47-53;
4. Труды конференции "Развитие IMT-2000 в России". Центр анализа ЭМС НИИР, Тенерифе, декабрь 2001 г., с.13-18 и 19-23;
5. Актуальные вопросы повышения эффективности использования национального радиочастотного ресурса. Материалы конференции НРА, 18-20 мая 2004 г.).
Необходимый частотно-территориальный разнос (ЧТР) между РЭС-источником НРП (ИП) и РЭС-рецептором этой помехи (РП) определяют как функцию минимально приемлемой удаленности между этими РЭС, зависящей от следующих величин:
- разноса между частотой настройки радиоприемного устройства (РПУ) РП и центральной частотой основного излучения ИП;
- пространственного размещения РПУ РП (широта, долгота) и размещения и ориентации ИП (широта, долгота или удаленность от РП, азимут направления на РП);
- параметров антенны РПУ и передающей антенны (характеристик частотной и поляризационной избирательности, пространственной избирательности/направленности, потери в фидере, высоты подвеса, параметров ее ориентации или сканирования по азимуту и углу места);
- параметров приемного тракта РПУ РП - чувствительности (восприимчивости) по основному каналу приема, характеристик частотной избирательности и нелинейности;
- параметров радиопередатчика ИП - мощности и характеристик спектра выходного сигнала;
- параметра пересеченности местности или иных параметров, характеризующих рельеф местности по трассе между ИП и РП, параметров растительности, застройки, электропроводности местности, характеристик атмосферы по той же трассе;
- уровня полезного сигнала на входе РПУ, параметров ЭМО в точке размещения РП, критерия ЭМС ИП и РП, включающего значение минимально необходимого защитного отношения "сигнал/помеха";
- расположения аэродромов, маршрутов полета, курсов взлета-посадки, схемы выполнения посадочного маневра, расположения радиомаячных средств, их мощности, диаграмм направленности и др. (в случае, если другим РЭС являются бортовые приемники средств радионавигации и посадки).
Большинство перечисленных параметров являются случайными величинами, имеется априорная неопределенность в значениях параметров мешающего взаимодействия, известные расчетные модели недостаточно совершенны, т.к. ориентированы на расчеты ЭМС в дуэльной ситуации, при которой рассматриваются два РЭС - оказывающее помеховое воздействие и подверженное ему. Учет реального опыта совместной эксплуатации конфликтующих систем также недостаточен. В таких условиях радионавигационная служба не может полагаться только на опыт и расчетные оценки условий обеспечения ЭМС и норм ЧТР и в завершение исследований проводятся проверочные летные испытания электромагнитной обстановки с использованием СЛ.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ обеспечения электромагнитной совместимости системы связи, работающей на вторичной основе, преимущественно системы подвижной радиосвязи, с другими радиоэлектронными средствами, работающими на первичной основе в том же диапазоне рабочих частот, при котором накладывают ограничения, обеспечивающие межсистемную электромагнитную совместимость, на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы связи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для приемников других радиоэлектронных средств, и о достигнутом результате судят по измеренному групповому воздействию передатчиков системы связи на приемники других радиоэлектронных средств при проверке в зонах, где возможно создание радиопомех недопустимого уровня для работы других радиоэлектронных средств, например для бортовых приемников средств радионавигации и посадки, с использованием самолета-лаборатории (6. Электросвязь, 2002, №6, с.23, 24).
Применение известного способа обеспечивает ЭМС СПР с другими РЭС при наложении достаточно жестких ограничений на параметры излучаемых передатчиками СПР радиосигналов, что не позволяет с достаточной эффективностью использовать частотный ресурс, предоставленный оператору.
Сущность изобретения направлена на снижение влияния помехового воздействия РЭС СПР на другие РЭС - бортовые приемники радионавигации и посадки, определение и обеспечение их электромагнитной совместимости, уточнение ЧТП, обеспечение безопасности полетов, увеличение технико-экономической эффективности и емкости системы связи.
Отличительная особенность заявляемого изобретения от прототипа заключается в том, что оно позволяет выбрать такой набор частотных каналов, что групповое воздействие передатчиков СПР, работающих на частотных каналах из этого набора, не оказывает недопустимого влияния на другие РЭС, функционирующие в заданном диапазоне рабочих частот на данной территории, повысить эффективность использования частотного ресурса СПР, оснащенной секторными передатчиками и передатчиками с повторяющимися частотными каналами.
Предложен способ, содержащий существенные признаки прототипа:
накладывают ограничения, обеспечивающие межсистемную электромагнитную совместимость, на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы связи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для приемников других радиоэлектронных средств, и о достигнутом результате судят по измеренному групповому воздействию передатчиков системы связи на приемники других радиоэлектронных средств при проверке в зонах, где возможно создание радиопомех недопустимого уровня для работы других радиоэлектронных средств, например для бортовых приемников средств радионавигации и посадки, с использованием самолета-лаборатории.
Другими существенными, отличительными от прототипа, признаками являются следующие:
из всей совокупности передатчиков системы связи идентифицируют группу конкретных передатчиков, которые могут работать одновременно на заданном частотном канале из диапазона рабочих частот с заданными параметрами излучаемых радиосигналов, обеспечивающих радиопокрытие обслуживаемой территории, не оказывая недопустимого воздействия на приемники других радиоэлектронных средств, такую идентификацию производят для каждого частотного канала из диапазона рабочих радиочастот, и получают для каждого передатчика набор частотных каналов из этого диапазона, каждый из которых в отдельности может быть использован на этом передатчике для работы системы связи с обеспечением межсистемной электромагнитной совместимости, а при работе системы связи каждый передатчик включают на частотном канале, выбранном из полученного для него набора частотных каналов при условии соблюдения внутрисистемной электромагнитной совместимости.
Предлагаемый способ благодаря включению каждого передатчика на выбранный по данному способу частотный канал обеспечивает межсистемную и внутрисистемную ЭМС и позволяет использовать полученные результаты для перепланирования параметров РЭС источников НРП и построения квазиоптимального частотно-территориального плана системы связи.
Ниже изобретение описано более детально.
В ряде районов и, в частности, в крупных городах ЭМО осложняется функционированием нескольких аэродромов, оборудованных наземными радиомаяками системы ближней навигации и посадки. Объективным способом, позволяющим снять ограничения на использование СПР отдельных частот и обеспечить наиболее эффективное использование частотного ресурса в сетях СПР, является проведение комплексных расчетных и натурных исследований реальной ЭМО и определение условий и наложение ограничений на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы связи для обеспечения ЭМС СПР прежде всего с бортовыми приемниками средств радионавигации и посадки, предназначенными для определения местоположения летательного аппарата по азимуту и дальности до наземного радиомаяка, обеспечения выполнения предпосадочного маневра и захода на посадку и функционирующие в условиях реальной ЭМО в районах аэродромов, создаваемой работающими РЭС сетей СПР.
В период, предшествующий экспериментальным летным исследованиям, проводится теоретическая оценка ЭМС РЭС сетей СПР и БП, разрабатываются варианты проектов ЧТП, обеспечивающие максимально возможную эффективность использования частотного ресурса, затем производят летную проверку достигнутого результата.
Конечными целями исследований с применением данного способа являются:
- Оценка реальной ЭМО в диапазонах рабочих частот РЭС сети СПР и БП средств радионавигации и посадки.
- Определение степени влияния радиоизлучений (прежде всего РЭС сети СПР) на БП средства радионавигации и посадки в режимах "Навигация" и "Посадка" для реальной ЭМО выполнения полетов на данной территории, выявление источников НРП недопустимого уровня.
- Выдача предложений по уточнению ЧТП сети СПР на данной территории и определение возможности снятия ранее наложенных ограничений для РЭС этой сети и, тем самым, увеличения числа рабочих частотных каналов.
- Осуществление объективного контроля функционирования РЭС СПР на частотных каналах, предоставленных для проведения летных экспериментальных исследований.
Сущность способа заключается в следующем.
Как и в прототипе, для обеспечения межсистемной ЭМС на параметры радиосигналов, излучаемых передатчиками системы связи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для приемников других радиоэлектронных средств, накладывают ограничения. Такими ограничениями могут быть:
- защитные полосы и частотные ограничения РЭС;
- территориальные ограничения на размещение станций - источников непреднамеренных помех;
- ограничение ЭИИМ станций - источников непреднамеренных помех в направлении на станцию, подверженную помехе;
- требования к диаграммам направленности передающей и приемной антенн;
- условия размещения РЭС и ориентации и поляризации их антенн и т.д.
Одним из наиболее широко используемых на практике способов согласования условий совместной работы РЭС, оказывающих взаимное помеховое влияние, является разработка и реализация норм частотно-территориального разноса (ЧТР) между данными РЭС. Нормы частотно-территориального разноса представляют собой совокупность значений минимально необходимых разносов по частоте, расстоянию и направлениям работы потенциально несовместимых радиопередающих и радиоприемных устройств, при которых обеспечивается функционирование последних с требуемым качеством. Нормы ЧТР рассчитываются на основе моделирования процесса распространения радиоволн конкретных РЭС и представляют собой предельные численные значения разносов.
О достигнутом результате указанных ограничений судят по измеренному групповому воздействию передатчиков системы связи на приемники других радиоэлектронных средств при проверке в зонах, где возможно создание радиопомех недопустимого уровня для работы других радиоэлектронных средств, например для бортовых приемников средств радионавигации и посадки, с использованием самолета-лаборатории. СЛ оснащен автоматизированной системой летного контроля, средством регистрации спектрограмм радиосигналов с приемной антенной, бортовым компьютером с базой данных и средством измерения местоположения. В базе данных содержится информация о геофизических параметрах земной поверхности, свойствах атмосферы, частотных каналах, географических координатах местоположений и высотах подвеса антенн передатчиков относительно установленного уровня, абсолютных коэффициентах усиления и диаграммах направленности антенн с азимутами и углами места главных лепестков, поляризациях излучений, потерях в фидерах, диаграмме направленности антенны и потерях в фидере средства регистрации спектрограмм радиосигналов, цифровой карте местности и, при необходимости, условиях городской застройки [6].
Межсистемная ЭМС считается обеспеченной, если отношение информативного сигнала к помехе превосходит установленное защитное отношение сигнал/помеха БП.
Для достижения технического результата (повышения эффективности использования частотного ресурса) в условиях группового влияния всей совокупности РЭС, функционирующей в заданном диапазоне рабочих частот, также выполняют нижеследующие действия.
Из всей совокупности передатчиков системы связи идентифицируют группу конкретных передатчиков, которые могут работать одновременно на заданном частотном канале из диапазона рабочих частот с заданными параметрами излучаемых радиосигналов, обеспечивающих радиопокрытие обслуживаемой территории, не оказывая при этом недопустимого воздействия на приемники других радиоэлектронных средств, т.е. обеспечивающие межсистемную ЭМС.
Такую идентификацию производят для каждого частотного канала из диапазона рабочих радиочастот и для каждого передатчика получают набор частотных каналов из этого диапазона, каждый из которых в отдельности может быть использован на этом передатчике для работы системы связи с обеспечением межсистемной электромагнитной совместимости.
При работе системы связи каждый передатчик включают на частотном канале, выбранном из полученного для него набора частотных каналов.
Выбор из этого набора одного конкретного частотного канала производят с обеспечением условия соблюдения внутрисистемной электромагнитной совместимости данной системы связи.
Затем производят проверку работы системы связи, в которой на каждом передатчике включены частотные каналы, выбранные по заявляемому способу. Проверку осуществляют путем измерения группового воздействия передатчиков системы связи на приемники других радиоэлектронных средств в зонах, где возможно создание радиопомех недопустимого уровня для работы других радиоэлектронных средств, например для бортовых приемников средств радионавигации и посадки, с использованием самолета-лаборатории.
В процессе реализации способа с использованием ГИС-технологий определяют зоны с недопустимым уровнем непреднамеренных радиопомех и в этих зонах идентифицируют источники таких НРП.
Это позволяет затем устранить их мешающее влияние на работу бортовых (аэродромных) радиоэлектронных средств радионавигации и посадки, например, с помощью перепланирования параметров радиоэлектронных средств источников непреднамеренных радиопомех недопустимых уровней. Снижение НРП до допустимого нормативного уровня защитного отношения "сигнал/помеха" производят, воздействуя, например, на параметры передающей антенны ИП (высоту подвеса, ее механический и электрический наклоны, определяющие направленность излучения, ориентацию в заданные сектора и др.) и на параметры радиопередатчика ИП (мощности и характеристики спектра выходных сигналов). При этом источник помех (если это РЭС СПР) должен сохранять на обслуживаемой территории зоны радиопокрытия и обеспечивать внутрисистемную ЭМС и межсистемную ЭМС с бортовыми радиоэлектронными средствами радионавигации и посадки. После изменения параметров источников непреднамеренных радиопомех проверку повторяют, а при невозможности устранения мешающих непреднамеренных радиопомех их источники отключают.
Заявляемый способ апробирован при проведении летных исследований при проверке аэродромных и бортовых радиоэлектронных средств радионавигации и посадки и их ЭМС с РЭС местных СПР. Использовался специальный СЛ "Як-40", предназначенный для облетов радиотехнических средств обеспечения полетов и оснащенный комплексом автоматизированного определения параметров и характеристик исследуемого оборудования в процессе полета АСЛК-75М. В качестве средства регистрации спектрограмм мощности использовался анализатор спектра радиоизлучений Е-4405В фирмы Hewlett Packard и ПЭВМ с процессорами со специальным математическим обеспечением автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных, необходимых для анализа реальной ЭМО. Средством измерения местоположения СЛ являлся установленный на его борту GPS-приемник. Оценивалась степень влияния радиоизлучений станций сети СПР на радиооборудование системы РСБН/ПРМГ в режимах "Навигация" и "Посадка" в реальных условиях полета летательных аппаратов в воздушной зоне. Эти исследования позволили проверить способность аэродромных и бортовых РЭС радионавигации и посадки работать без помех недопустимого уровня, если передатчики СПР используют частотные каналы, определенные для них заявленным способом, разработать предложения по уточнению ЧТП и эффективно использовать частотный ресурс.
Результат апробации способа положительный.
Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в следующем.
Заявляемый способ позволяет обеспечить в реальных условиях работы передатчиков СПР с повторяющимися частотными каналами межсистемную ЭМС, увеличить на 25-30% емкость системы связи, а в некоторых случаях вообще сделать возможным использование СПР в необходимом для данной обслуживаемой территории объеме, помочь в перепланировании, при необходимости, параметров радиоэлектронных средств источников НРП недопустимого уровня, обеспечить безусловную безопасность полетов, а также решить ряд других задач радиосвязи.
Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа обеспечения ЭМС системы связи с другими РЭС обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию "новизны".
Результаты поиска известных решений в области связи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Способ обеспечения электромагнитной совместимости системы связи, преимущественно системы подвижной радиосвязи, работающей с другими радиоэлектронными средствами, в том же диапазоне рабочих частот, при котором накладывают ограничения, обеспечивающие межсистемную электромагнитную совместимость, на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы связи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для приемников других радиоэлектронных средств, и о достигнутом результате судят по измеренному групповому воздействию передатчиков системы связи на приемники других радиоэлектронных средств при проверке в зонах, где возможно создание радиопомех недопустимого уровня для работы других радиоэлектронных средств, например для бортовых приемников средств радионавигации и посадки, с использованием самолета-лаборатории, отличающийся тем, что из всей совокупности передатчиков системы связи идентифицируют группу конкретных передатчиков, которые могут работать одновременно на заданном частотном канале из диапазона рабочих частот с заданными параметрами излучаемых радиосигналов, обеспечивающих радиопокрытие обслуживаемой территории, не оказывая недопустимого воздействия на приемники других радиоэлектронных средств, такую идентификацию производят для каждого частотного канала из диапазона рабочих радиочастот и получают для каждого передатчика набор частотных каналов из этого диапазона, каждый из которых в отдельности может быть использован на этом передатчике для работы системы связи с обеспечением межсистемной электромагнитной совместимости, а при работе системы связи каждый передатчик включают на частотном канале, выбранном из полученного для него набора частотных каналов при условии соблюдения внутрисистемной электромагнитной совместимости.
