Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. OFDM цифровая система модуляции

2. Пик фактор сигнала OFDM. Описание, основные характеристики

3. Характеристики спектра OFDM

4. Влияние нелинейностей

5. Внеполосные излучения

6. Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения

7. Архитектура передатчика

8. Основные параметры радиопередатчиков

9. Технические требования к радиопередатчикам

10. Уменьшение внеполосного излучения OFDM-сигналов

11. Методика измерения внеполосных излучений

12. Экспериментальное измерение прибором ETL

13. Безопасность жизнедеятельности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

радиочастота внеполосный пик сигнал



ВВЕДЕНИЕ

В Российской Федерации существуют нормы ГКРЧ, которые являются обязательными для всех юридических и физических лиц на территории РФ, использующих радиочастотный спектр.

Эти нормы распространяются на все действующие закупаемые за рубежом, разрабатываемые (модернизируемые) и производимые радиопередатчики гражданского назначения, за исключением переносных радиопередатчиков спасательных средств, радиопередатчиков, используемых для передачи сигналов тревоги и бедствия, и радиопередатчиков, работающих в полосах частот ниже 30 МГц с пиковой мощностью менее 1 Вт.

Контроль исполнения Норм ГКРЧ, а также изменений или дополнений утвержденных Норм ГКРЧ является обязательным до времени ввода в действие в Российской Федерации и/или изменения, дополнения соответствующих действующих государственных стандартов.

Так как ширина полосы частот является исходным параметром при нормировании, поэтому существуют и нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения которые определяется по формулам, приведенным в стандартах и дополнениях согласно решению Государственной комиссии по радиочастотам.

Поэтому в данной выпускной квалификационной работе приведены нормы, методики измерения и произведено экспериментальное измерение прибором ETL на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчика стандарта DVB-T2.



1. OFDM цифровая система модуляции

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing -- ортогональное мультиплексирование с частотным разделением) является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных по частоте ортогональных под несущих. Данная система представляет собой принципиально новый вид модуляции, при которой последовательный цифровой поток преобразуется в большое число параллельных потоков (субпотоков), каждый из которых передается на отдельной несущей (рис. 1).

Рис. 1 Спектр радиосигнала с одной несущей (а) и OFDM (б)

Частотный разнос Дf между соседними несущими f1, f2, ..., fn в групповом радио спектре OFDM выбирается из условия возможности выделения в демодуляторе индивидуальных несущих. При этом возможно применение двух методов частотного разделения (демультиплексирования) несущих. Во- первых, с помощью полосовых фильтров и, во-вторых, с помощью ортогональных преобразований сигналов. В первом случае частотный разнос между модулированными несущими выбирается таким, чтобы их соседние боковые полосы взаимно не перекрывались. Это условие будет выполнено, если величину частотного разноса выбрать равной Дf > 2/TU , где TU - рабочий интервал информационного символа. Однако при этом эффективность использования радиоспектра будет невысокой. Напротив, стандарт OFDM характеризуется сильным перекрытием спектров соседних поднесущих, что позволяет уменьшить в два раза значение частотного разноса и во столько же раз повысить плотность передачи цифровой информации (бит/с)/Гц. 8 Благодаря ортогональному методу демодуляции поднесущих группового спектра происходит компенсация помех от соседних частот, несмотря на то, что их боковые полосы взаимно перекрываются. Для выполнения условий ортогональности необходимо, чтобы частотный разнос между несущими был постоянен и точно равен значению Дf = 1/TU, то есть на интервале TU должно укладываться целое число периодов разностной частоты f2 - f1. Пример сигнала COFDM в версии 8К в стандарте DVB-T показан на рисунке 2.

Рисунок 2 COFDM в версии 8К в стандарте DVB-T

Выполнение этого соотношения достигается введением в модеме OFDM двух видов сигналов синхронизации: сигналов для синхронизации несущих частот группового спектра и сигналов для синхронизации тактовых частот функциональных блоков демодулятора. Группа несущих частот, которая в данный момент времени переносит биты параллельных цифровых потоков, называется символом OFDM.

Благодаря тому, что используется большое число параллельных потоков, длительность символа в параллельных потоках оказывается существенно больше, чем в последовательном потоке данных. Это позволяет в декодере задержать оценку значений принятых символов на время, в течение которого изменения параметров радиоканала из-за действия эхо-сигналов прекратятся, и канал станет стабильным. Таким образом, при OFDM временной интервал символа субпотока TS делится на две части - защитный интервал TG, в течение которого оценка значения символа в декодере не производится, и рабочий интервал символа TU, за время которого принимается решение о значении принятого символа.

Для правильной работы системы эхо подавления необходимо, чтобы защитные интервалы находились в начале символов субпотоков, то есть в защитном интервале продолжается модуляция несущей предшествующим символом. Технически метод OFDM реализуется путем выполнения инверсного дискретного преобразования Фурье (Fast Fourier Transform, FFT) в модуляторе передатчика и прямого дискретного преобразования Фурье в демодуляторе приемника приемопередающего устройства. На физическом уровне OFDM является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных, ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье).

Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров.

На рис. 3 показано основное различие воздействия частотно-избирательного затухания, вызванного многолучевым характером распространения сигнала в канале связи, между стандартом с одной несущей и COFDM.

Рисунок 3 Различие воздействия частотно-избирательного затухания

Частотно-избирательное затухание, вызванное многолучевым характером распространения сигнала, возникает в результате интерференции многолучевого сигнала в месте приема, и частота затухания меняется при изменении места расположения приемной антенны. В реальной ситуации плотной городской застройки рассчитать интерференционную картину аналитически практически невозможно. Кроме того, в диапазоне дециметровых волн значительная часть телезрителей использует комнатные антенны. Это делает интерференционную картину еще более непредсказуемой рисунок 4.



Рисунок 4 Интерференционная картина

Следует разделить отраженные волны на два типа: волны, отраженные от зданий и посторонних предметов, и волны, отраженные от поверхности земли. Волны, отраженные от поверхности земли, не могут быть причиной эхосигналов из-за малого различия во времени распространения прямой и отраженной волны. Однако вследствие интерференции образуются стоячие волны, приводящие к осциллирующему закону изменения напряженности поля с ростом высоты расположения приемной антенны. Это приводит к необходимости правильного подбора высоты установки антенны рисунок 5.

Рисунок 5 Выбор высоты установки антенны

Высоту ближайшего к земле максимума Нм можно определить по формуле Нм= лR/4h (1)

где л - длина волны; R - расстояние до передающей станции; H - высота антенны. Волны, отраженные от зданий и посторонних предметов, образуют неоднородное поле, напряженность которого изменяется во всех трех направлениях - по высоте, в горизонтальной плоскости и в направлении передачи. При этом максимальные и минимальные значения напряженности поля будут носить нерегулярный характер из-за большого числа пере отражений. Для борьбы с этим эффектом в DVB-T используется специальный алгоритм: информация посылается с передатчика не непрерывным потоком, а разбивается на небольшие пакеты и передается с перерывами, называемыми защитными интервалами. В этом случае эффект эха помогает не только четко передать основной сигнал, но и многократно усилить его за счет повторения отраженными волнами.

Защитный интервал - это не просто пауза между полезными символами, достаточная для угасания сигнала одного до начала другого. В течение этого времени к приемнику поступает фрагмент полезного сигнала, что гарантирует сохранение ортогональности несущих принятого сигнала (разумеется, если эхосигнал при многолучевом распространении задержан не больше чем на длительность этого защитного интервала). Пороговое отношение сигнал/шум для DVB-T примерно в 5-10 раз лучше, принимая во внимание пороговый эффект. Таким образом, если эхосигнал при многолучевом распространении задержан не больше чем на длительность этого защитного интервала, то задержанный сигнал можно считать полезным и не бороться с ним, а использовать его. На практике это означает, что при приеме сигнала DVBT необходимо использовать другие подходы к выбору типа антенны и месту ее установки.

При приеме аналогового телевидения оптимальным решением было использование высоконаправленной антенны типа "волновой канал" и установка последней в равномерном поле, что затруднительно в условиях плотной застройки. Кроме того, высоконаправленная антенна имеет узкий частотный диапазон и не позволяет вести прием с двух направлений одновременно. Электромагнитное поле в современном городе представляет собой сложную структуру с значительной компонентой стоячих волн. В этом случае расстояние между ближайшими максимумами напряженности поля равно половине длины волны. Высоконаправленная антенна "волновой канал", находясь в поле стоячей волны, не будет обеспечивать расчетного усиления. Применение такой антенны для приема сигнала DVB-T оптимально только на открытой местности. Таким образом, антенна для приема сигнала DVB-T в условиях плотной городской застройки должна удовлетворять следующим требованиям:

а) размеры антенны не должны превышать 1/2 длины волны; - антенная решетка может сдержать не более двух этажей;

б) антенна типа "волновой канал" должна иметь не более одного директора; - антенну необходимо размещать в максимуме поля стоячей волны.

Принцип образования многолучевого сигнала показан на рис. 6.

Рисунок 6 Принцип образования многолучевого сигнала

Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения (МСИ).

2. Пик фактор сигнала OFDM. Описание, основные характеристики

Так как OFDM сигнал представляет собой сумму большого количества ортогональных гармонических составляющих , при некоторых синфазных комбинациях этих составляющих в сигнале появляются большие выбросы амплитуды. Для обработки сигналов с такими значительными выбросами требуется большая линейность усилителей мощности, большая разрядность АЦП/ЦАП и разрядность Фурье-процессоров для формирования и обработки сигналов OFDM. Пример огибающей OFDM сигнала DVB-T, на котором видны такие выбросы амплитуды показан на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 Выбросы огибающей OFDM сигнала

При выборе режима работы усилителя мощности такого сигнала требуется согласовать его характеристики с параметрами усиливаемого OFDM сигнала.

Степень разброса мгновенных значений сигнала описывается пик-фактором сигнала. Пик-фактор сигнала - это отношение максимальной мощности сигнала к средней мощности сигнала. Для сигнала пик-фактор описывается выражением

. (2.1)

Для дискретных отсчетов сигнала пик фактор определяется выражением

(2.2)

где M[] - среднее значение сигнала, в данном случае - среднее значение квадрата модуля сигнала, среднее значение мощности сигнала.

Численно пик-фактор характеризуется комплиментарной функцией распределения вероятностей CCDF. Данная характеристика показывает вероятность того, что пикфактор сигнала на данном интервале времени превысит заранее определенное пороговое значение. Для аналитического выражения CCDF сигнала, состоящего из N дискретных отсчетов применяется приближенная формула

. (2.3)

Точность данной формулы тем выше, чем больше N.

На практике CCDF пик фактора отображается в виде графика. На оси абсцисс откладывается пороговое значение пик-фактора, по оси ординат - вероятность того, что пик-фактор сигнала превысит это значение. Пример такого графика приведен на рис 2.2

Рисунок 2.2 CCDF мгновенных значений сигнала OFDM

КПД усилителя мощности определяется по формуле

(2.4)

Усилитель мощности характеризуется энергетической характеристикой - зависимостью выходной мощности от входной мощности (рисунок 2.3)

Рисунок 2.3 Энергетическая характеристика УМ



По данной характеристике видно, что максимальная выходная мощность зависит от максимальной входной мощности нелинейно, имеется область насыщения. Для перехода в линейную область из режима насыщения требуется снизить входную мощность на величину

. (2.5)

Наличие такой нелинейности в энергетической характеристике приводит к нелинейным искажениям входного сигнала с большим динамическим диапазоном, появлению нежелательных спектральных составляющих в спектре сигнала и увеличению внеполосных излучений (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 Искажения спектра и рассеяние сигнала при демодуляции при ограничении запаса усилителя по мощности.



Применение усилителей с большим динамическим диапазоном линейной характеристики приводит к значительному увеличению стоимости аппаратуры и снижению КПД передатчика.

Максимальный кпд усилителя достигается, если работа ведется около точки насыщения. При этом усилитель должен работать на линейном участке и обладать достаточным запасом по входной мощности, чтобы увеличение мгновенной входной мощности не привело к режиму работы с насыщением При использовании усилителя в режиме АБ максимальный кпд может достигать 78 %, но с учетом запаса по мощности КПД снижается до 30 %.

Рисунок 2.5 Теоретический КПД усилителя и реальный при снижении входной мощности

Запас по входной мощности усилителя во многом определяет качество усиления, но чем он больше, тем усилитель сложнее и дороже.

В режиме работы с насыщением возникают нелинейные искажения сигнала. При большом пик-факторе и переходе в насыщение в спектре сигнала появляются новые гармоники, нарушается ортогональность и сигнал искажается в пределах своей полосы частот. Также увеличивается уровень внеполосных излучений, возникают помехи в соседние полосы частот. Поэтому величина запаса должна быть не меньше величины пик-фактора сигнала.

3. Характеристики спектра

Характеристики спектра данной системы OFDM можно получить с помощью излучаемого сигнала, используя определение, представленное для поднесущих. Для того чтобы установить спектр мощности излучаемого сигнала, мы ограничиваемся первым символом первого кадра. Частоты подполос несущих определяются как:

fc+k/Tu. (3.1)

Функция автокорреляции для k-ой поднесущей в основной полосе имеет вид:

, (3.2)

где: .

Функция F() на практике представляет собой функцию треугольника, т. е.:

. (3.3)



Поэтому плотность спектра мощности для k-ой поднесущей представляет собой свертывание (f-k/Tu) с помощью преобразования Фурье функции треугольника:

. (3.4)

Таким образом, общий спектр получается с помощью наложения (Kmax - Kmin) + 1 несущих полезных данных, модулированных с помощью соответствующих данных.Передаваемый спектр имеет тенденцию к сохранению прямоугольной формы при увеличении количества несущих.

Эти внутренние внеполосные излучения сокращаются с помощью фильтрации промежуточной частоты.

Производство OFDM с помощью цифровой обработки может привести к спектральному расширению, вызванному усечением. Дополнительное расширение можно осуществить в модуляторе.

Рисунок 3.1 Спектральная плотность мощности

4. Влияние нелинейностей

Внеполосное излучение усиленных модулированных OFDM сигналов представляется более важным. Это - результат высокого уровня динамики OFDM сигналов, который объясняется суммированием большого количества поднесущих с выборочной амплитудой и фазой. Требуется значительная выходная задержка, чтобы получить приемлемые показатели при наличии нелинейного устройства, такого как высокомощный усилитель эмиттеров.

Теоретическая нелинейность, которая обычно используется в модели высокомощного усилителя, представляет собой модель огибающей, не обладающей памятью. На входе усилителя сигнал имеет вид сигнала полосы пропускания с амплитудно-фазовой модуляцией:

, (4.1)

где:

fc - частота несущей

B - ширина полосы передаваемого сигнала

A(t) - огибающая передаваемого сигнала

(t) - фаза передаваемого сигнала.

Предполагается (в идеале), что гармоники нелинейного искажения сигнала на составляющих частотах несущей подавляются первой зональной полосой пропускания усилителя. Сигнал на выходе высокомощного усилителя имеет вид:

. (4.2)

Искажения, производимые нелинейным усилителем, зависят от флуктуаций огибающей поступающего сигнала и определяются двумя функциями передачи огибающей:

f(A(t)) - преобразование AM/AM

(A(t)) - преобразование AM/ФM.

Эти искажения можно условно разделить на четыре типа:

дополнительная нелинейная помеха в приемнике;

интерференция между синфазными и квадратурными составляющими, вызванная преобразованием AM/ФM;

спектральное расширение сигнала;

интермодуляционные эффекты.

Исследования показывают, чтоOFDM обеспечивает высокий уровень устойчивости против воздействия внутриполосных помех, создаваемых нелинейными усилителями, но создает значительные внеполосные помехи по соседнему каналу. Для цифрового звукового радиовещания требуется, чтобы этот коэффициент, называемый также плечом, составлял почти 30 дБ (и почти 40 дБ в цифровом телевизионном радиовещании DVB_T) на эмиттере в качестве технического условия в отношении помех по соседнему каналу рис. 4.1.

Рисунок 4.1 Характеристика сигнала

Теоретические данные свидетельствуют о том, что когда нелинейности третьего порядка доминируют над нелинейностями более высокого порядка, то уровень этих плеч можно вывести из уровня интермодуляционных продуктов, создаваемых двухтональным сигналом, передаваемым с такой же мощностью, что и OFDM сигнал. В этих условиях уровень плеча на 6 дБ выше, чем уровень интермодуляционных продуктов третьего порядка (IM3).

Существуют следующие методы уменьшения этих внеполосных излучений, вызванных нелинейностями:

- работа в линейных параметрах высокомощного усилителя. Необходимая задержка на выходе снижает электрическую эффективность усилителя. Одним из решений может быть небольшая задержка, которая обеспечивает компромисс между электрической эффективностью и нелинейным ухудшением параметров;

- в настоящее время существуют различные устройства, позволяющие корректировать воздействия нелинейного характера (предварительное искажение, коррекция искажения с использованием обратной связи, коррекция искажения с использованием положительной прямой связи);

- соответствующее кодирование может уменьшить пик до среднего коэффициента мощности, обеспечивая тем самым более высокий уровень выходной мощности для данного передатчика для определенной степени спектрального расширения;

- для того чтобы свести к минимуму внеполосные излучения, можно также использовать фильтры, устанавливаемые после усилителя мощности.

5. Внеполосные излучения

Энергетический спектр излучения радиопередающего устройства на присвоенной частоте, созданный модуляцией передаваемого сигнала, состоит из двух частей - основного и внеполосного излучений (рис. 5.1). Основное излучение содержит спектральные составляющие в необходимой полосе частот, внеполосное излучение вне этой полосы частот.



Рисунок 5.1 К пояснению о внеполосных излучениях радиопередающего устройства

Теоретически внеполосные излучения могут быть исключены без ущерба качеству передаваемого сигнала, однако практически они существуют почти при всех видах и классах излучений передающих устройств, за исключением случаев работы на очень низких присвоенных частотах. Вследствие этого полоса радиочастот, занимаемая спектром излучения передающего устройства, шире необходимой полосы. Уровни спектральных составляющих и ширина полосы внеполосных излучений зависят от используемого метода модуляции, спектра частот модулирующего сигнала (или скорости передачи), степени нелинейных искажений модулятора, крутизны фронтов передаваемого импульсного сигнала и других факторов. Внеполосные излучения, так же как и другие неосновные излучения (побочные и шумовые), нежелательны, поскольку непроизводительно загружают радиочастотный ресурс, не являясь необходимыми для передачи и приема полезного сигнала. Огибающая спектра внеполосных излучений имеет спадающий характер, и чем больше скорость ее убывания с изменением частоты, тем меньше загружается РЧР нежелательными излучениями и тем лучше показатель ЭМС передающего устройства по внеполосным излучениям. Ниже нижней и выше верхней граничной частоты от занимаемой полосы значения средней излучаемой мощности составляют некоторую часть в/2 от общей средней излучаемой мощности передающего устройства. Значение этой части устанавливают отдельно для каждого класса излучения. При определении занимаемой ширины полосы отсчет производят при в=0,5% от общей средней излучаемой мощности, считая нижним уровнем измеряемой мощности излучения - 60 дБ от максимального значения, принятого за 0 дБ. Ниже нижней и выше верхней граничной частоты этой полосы мощность внеполосных составляющих ослаблена в тысячу раз относительно максимального значения мощности! излучения. Понятие о "контрольной полосе" (полоса сигнала на уровне -30 дБ) полезно для оценки занимаемой полосы при распределении и присвоении номинальных частот передатчикам и при расчетах частотно-пространственного разноса между соседними! передатчиками. С этой точки зрения параметр "контрольная полоса излучения" может быть принят за параметр ЭМС основного излучения передатчика.

Существенной частью занимаемой полосы излучения является необходимая полоса излучения В_н, которая имеет различную величину для каждого класса излучения радиопередающих устройств. Она определяется такими факторами, как наивысшая частота модуляции, скорость передачи, длительность и крутизна фронтов импульсного сигнала, число каналов в групповом сигнале, частота поднесущей, допустимые искажения при минимизации передаваемой полосы частот и др. Для некоторых классов излучения, например, с использованием AM на двух боковых полосах В_н=2Fmax, где Fmax --наивысшая частота модуляции. В ряде случаев она может или должна определяться экспериментально по признаку минимально допустимых искажений передаваемого сигнала. Существующее в пределах Вн максимальное значение уровня передаваемого сигнала принимается за точку отсчета (0 дБ) при определении спектра внеполосных излучений.

Для обеспечения электромагнитной совместимости разработаны нормы на неосновные излучения РП, которые определяют допустимый уровень побочных излучений и ширину полосы частот, необходимую для передачи информации, для различных классов информации. Конструкторско-технологические требования касаются таких показателей, как масса, габариты, вибро и ударостойкость, влагозащищенность, элементная база, степень использования стандартизованных и унифицированных блоков, узлов и деталей, технологичность конструкций и т. п. Эксплуатационные требования объединяют надежность, удобство эксплуатации и ремонта, безопасность обслуживания, степень, автоматизации и т. п. И, наконец, экономические требования связаны с оценкой материальных затрат на разработку, производство и эксплуатацию и экономического эффекта, достигаемого в процессе проектирования и эксплуатации системы. В процессе проектирования необходимо не только обеспечить удовлетворение требований, предъявляемых к РПУ, но и оптимизировать по возможности все его показатели и характеристики.

6. Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения

Так как ширина полосы и внеполосные излучения являются одними из основных параметров ТВ оборудования государственная комиссия по радиочастотам РЕШАЕТ:

1. Утвердить и ввести в действие на территории Российской Федерации для вновь разрабатываемых и вводимых в эксплуатацию РЭС с 1 января 2014 г. Нормы 19-13 "Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения".

2. Для РЭС, введённых в эксплуатацию (зарегистрированных) до 1 января 2014 г., действуют до окончания срока использования оборудования, но не позднее 1 января 2024 года, Нормы 19-02 "Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского назначения", утверждённые решением ГКРЧ от 28 октября 2002 г. протокол № 22/2, а также Дополнение №1 "Системы цифрового звукового и телевизионного вещания с использованием модуляции COFDM" к нормам 19-02 "Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения", утверждённое решением ГКРЧ от 1 декабря 2003 г. протокол № 30/9.

3. В случае необходимости продление эксплуатации РЭС, названных в пункте 2 настоящего решения ГКРЧ, возможно при условии, что такие РЭС должны соответствовать нормам, утвержденным пунктом 1 настоящего решения ГКРЧ.

4. Признать утратившими силу с 1 января 2024 года Нормы 19-02 "Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского назначения", утверждённые решением ГКРЧ от 28 октября 2002 г. протокол № 22/2.

Дополнение №1 "Системы цифрового звукового и телевизионного вещания с использованием модуляции COFDM"к Нормам 19-02 "Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского назначения", утверждённое решением ГКРЧ от 1 декабря 2003 г. протокол № 30/9.

Общее положение

1. Настоящие Нормы устанавливают требования к необходимой и контрольной ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков гражданского применения, использующих классы излучений, указанные в таблицах 4.1 - 4.15 и приложениях А-М.

2. Настоящие Нормы распространяются на все действующие закупаемые за рубежом, разрабатываемые (модернизируемые) и производимые радиопередатчики гражданского назначения, за исключением переносных радиопередатчиков спасательных средств, радиопередатчиков, используемых для передачи сигналов тревоги и бедствия, и радиопередатчиков, работающих в полосах частот ниже 30 МГц с пиковой мощностью менее 1 Вт.

3. Нормы ГКРЧ являются обязательными для всех юридических и физических лиц на территории Российской Федерации, использующих радиочастотный спектр.

Требования, установленные в настоящих Нормах, являются обязательными для соблюдения органами государственного управления, субъектами хозяйственной деятельности при разработке, подготовке к производству, изготовлении, импорте, реализации (поставке, продаже) и эксплуатации (применении) радиопередающих средств.

4. Контроль исполнения Норм ГКРЧ, а также изменений или дополнений утвержденных Норм ГКРЧ является обязательным до времени ввода в действие в Российской Федерации и/или изменения, дополнения соответствующих действующих государственных стандартов. После ввода в действие государственного стандарта на ширину полосы радиочастот и уровни внеполосных излучений радиопередающих устройств, проверка этих средств на выполнение установленных требований осуществляется в соответствии с действующим государственным стандартом.

5. Для случаев, не охваченных настоящими Нормами, разработчики радиопередающих устройств составляют рекомендации по ограничению ширины полосы частот и внеполосных излучений. Рекомендуемые ограничения с необходимыми обоснованиями согласовываются с ГКРЧ на этапе получения разрешения на разработку аппаратуры и вносятся в виде технических требований в технических условиях на аппаратуру. В отдельных случаях по согласованию с ГКРЧ могут устанавливаться значения ширины полосы радиочастот и внеполосных излучений, отличающиеся от настоящих Норм.

6. Контроль нормируемых параметров осуществляется:

а.) при испытаниях на этапах разработки, производства и подтверждения соответствия установленным требованиям. При этом порядок контроля в ходе других видов испытаний устанавливается в соответствии с техническими условиями на радиопередающие устройства;

б) на этапах эксплуатации РЭС органами радиочастотной службы и государственного надзора за деятельностью в области связи, информационных технологий и массовых коммуникаций в случаях возникновения радиопомех.

7. При наличии Государственных стандартов (или принятых в Российской Федерации международных стандартов) на конкретные виды радиопередающих устройств или систем, в которых оговорены Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения и методики их измерений, нормы на эти параметры и их контроль должны соответствовать упомянутым стандартам, если требования стандарта соответствуют требованиям Норм или превышают их. При необходимости производится пересчет заявленных величин (измерительного уровня и ширины полосы) на предусмотренные карточками ТТД (форма №1 ГКРЧ).

8. Выполнение измерений контрольной ширины полосы радиочастот и внеполосных излучений радиопередатчиков гражданского применения выполняется в соответствии с методиками (методами) измерений, аттестованными в установленном порядке.

Нормы

1. Необходимая ширина полосы частот является исходным параметром при нормировании ширины полосы радиочастот и внеполосных излучений и определяется по формулам, приведенным в таблице 6.2.1. При расчете необходимой ширины полосы частот должны использоваться предусмотренные настоящими нормами параметры модуляции, относящиеся к данному классу излучения и типу радиопередающего устройства. Для систем цифровой передачи при использовании фильтров формирования цифровых импульсов необходимо учитывать коэффициент пропускания фильтра с косинусоидальным спадом или его аппроксимацию. Списки условных обозначений параметров и аббревиатур типов модуляции, использованных в Нормах, даны в приложении У.

2. Нормы на контрольную ширину полосы частот определяются по формулам, приведенным в таблице 6.2.1 на уровне минус 30 дБ относительно заданного (исходного) уровня 0 дБ. Для некоторых типов радиолокационных станций определяется на уровне минус 40 дБ.

3. Нормы на внеполосные излучения установлены по значениям ширины полосы частот радиоизлучения на уровнях дБ, равных минус 40, минус 50 и минус 60 дБ относительно заданного (исходного) уровня 0 дБ. Нормированные значения ширины полосы на этих уровнях определяются по формулам, приведенным в таблицах 4.1-4.15. Соединение нормированных точек, координаты которых по оси ординат соответствуют указанным выше уровням, а по оси абсцисс - логарифму относительно расстройки от несущей частоты по частоте, дает ограничительную линию для внеполосного спектра.

4. При нормировании параметров спектра излучаемых сигналов стандартизованных технологий необходимо использовать спектральные маски, приведенные в приложениях А-М.

5. Контроль ширины полосы радиочастот и внеполосных излучений осуществляется путем измерения контрольной ширины полосы частот и ширины полосы частот по уровням минус 40, минус 50 и минус 60 дБ относительно нулевого уровня.



Таблица 6.2.1 Формулы для расчета норм на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения для систем цифровой передачи данных с использованием модуляции COFDM



Сдвиг относительно центральной частоты, МГц

Рисунок 6.1 Спектральная маска для сигнала системы T-DAB

Примечание: Режим измерения: Ширина полосы пропускания - 4 кГц

Условные обозначения:

Маска спектра для радиопередатчиков, работающих в обычных условиях эксплуатации.

Маска спектра радиопередатчиков в зонах критичных с точки зрения помех соседнему каналу.



Рисунок 6.2 Огибающая кривая внеполосного спектра сигнала(спектральная маска) цифрового телевидения DVB-T/H, исключающая помехи аналоговой системе телевидения K/SECAM в смежных каналах



Для обычных условий работы системы

Рисунок 6.3 Огибающая кривая внеполосного спектра сигнала (спектральная маска) для системы цифрового телевидения DVB-T//H. Для критических случаев работы системы.

7. Архитектура передатчика

Высокочастотная архитектура радиопередатчиков часто имеет форму, изображенную в виде упрощенной блок-схемы на рисунке 7.1. Модулируемый входной сигнал формируется на промежуточной частоте, после чего проходит через один или несколько каскадов частотных преобразований и фильтрации вплоть до получения окончательной выходной частоты передатчика.

Рисунок 7.1 Типичная архитектура передатчика с преобразованием и повышением частоты



Распространенная проблема, связанная с этой схемой, заключается в том, что в процессе каждого преобразования образуется множество побочных продуктов наряду с основным сигналом, равным сумме и разности частот. Они образуются в результате смешения гармоник местного генератора и гармоник промежуточной частоты на входе. Если гармоники местного генератора неизбежны из-за коммутационных функций порта смесителя местного генератора, то гармоники промежуточной частоты могут быть уменьшены за счет обеспечения достаточно низкого уровня промежуточной частоты в линейном блоке. Однако на практике должен достигаться компромисс между линейностью и интермодуляционными продуктами, которые считаются побочными излучениями, в связи с чем побочные эффекты устранить полностью не удается. Побочные продукты, располагаемые далеко от желаемой частоты, можно подавить с помощью фильтрации, однако те из них, которые находятся близко от несущей частоты, ослабляться не будут.

Один из способов преодоления этой проблемы заключается в создании желаемого сигнала непосредственно на окончательной выходной частоте передатчика с помощью векторного модулятора, как изображено на рисунке 7.2. В этом случае синфазный (I) и квадратурный (Q) сигналы основной полосы используются непосредственно для модуляции несущей на выходной частоте. Несмотря на то, что все еще может отмечаться спектральное расширение на соседние каналы, устраняется эффект смешения гармоник, так как на смеситель подается только одна составляющая несущей.



Рисунок 7.2 Архетиктура передатчика в векторным модулятором

Недостаток такой схемы заключается в том, что на выходе происходит утечка ограниченной несущей, которая обычно подавляется с помощью примерно 30 дБ, относящихся к желаемому сигналу. Обычно это не имеет никаких последствий, но в тех случаях, когда требуется лучшее подавление несущей, необходимо скорректировать смещение постоянного тока на входах I и Q в целях подавления несущей.

Архитектура, изображенная на рисунке 7.2, имеет общий характер, однако при ее практическом воплощении необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать высокочастотной обратной связи. Использование схем передатчика с преобразователями повышения частоты и модуляции на фиксированной промежуточной частоте позволяет уменьшить модуляционное искажение и внеполосные излучения.

На изображенной на рисунке 7.2 схеме используются два двухфазных модулятора амплитудной модуляции, но в равной степени можно использовать четыре однофазных модулятора и четыре ортогональных входных канала.

Более сложный, но более гибкий подход заключается в использовании единого маршрута, включающего аттенюатор с цифровым управлением и устройство, обеспечивающее фазовый сдвиг, также с цифровым управлением. Эти два элемента задействуются с помощью входного сигнала основной полосы посредством справочной таблицы (матрицы памяти), что позволяет непосредственно создавать практически любую (цифровую) схему модуляции.

8. Основные параметры радиопередатчиков

8.1 Выходная мощность радиопередатчика определяется эффективным значением мощности радиосигнала на выходе радиопередатчика. Номинальное значение выходной мощности радиопередатчика следует выбирать из ряда: 10; 25; 50; 100; 200; 250; 500; 1000; 2000; 5000,10000 Вт. или устанавливать в технических условиях на конкретный тип радиопередатчика.

8.2 Допустимое отклонение выходной мощности радиопередатчика от номинального значения - не более ± 10 %.

8.3 Радиопередатчик по стандарту DVB - Т должен обеспечивать передачу транспортного потока MPEG-2 со скоростями, указанными в таблице (8.1) при соответствующих параметрах выходного радиосигнала (вида модуляции, кодовой скорости, относительной длительности защитного интервала), в режимах 2К и 8К.

Таблица 8.1

Модуляция	Скорость кода	Защитный интервал
		1/4	1/8	1/6	1/32
		Скорость цифрового потока, Мбит/с
QPSK	Ѕ	4,98	5,53	5 35	6,03
	2/3	6,64	7,37	701	8,04
	ѕ	7,46	8,29	8,78	9,05
	5/6	8,29	9,22	9,76	10,05
	7/8	8,71	9,68	10,25	10,56
16-QAM	Ѕ	9,95	11,06	11,71	12,06
	2/3	13,27	14,75	15,61	16,09
	ѕ	14,33	16,59	17,6	18,1
	5/6	16,59	18,43	19,2	20,11
	7/8	17,42	19,35	20,49	21 ,11
64-QAM	Ѕ	14,33	16,59	17,56	18,1
	2/3	19,31	22,12	23,42	24,13
	ѕ	22,39	24,88	26 35	27,14
	5/6	24,88	27,65	29 27	30,16
	7/8	26,13	29,03	30,74	31,67

8.3.1 Радиопередатчик по стандарту DVB - T2 в режиме А должен обеспечивать передачу транспортного потока со скоростями, приведенными в таблицах при соответствующих параметрах выходного радиосигнала (вид модуляции, относительная кодовая скорость, относительная скорость защитного интервала, схема размещения пило т- сигналов) в нормальном и расширенном режимах 8К, 16К,32К несущих.

На вход радиопередатчика в этом режиме подается транспортный поток MPEG-2, сформированный в соответствии с [14].

8.3.2 Радиопередатчик по стандарту DVB-T2 в режиме В при подаче на вход потока T2-MI, включающего в себе инкапсулированные потоки PLP и с формированного в соответствии и с (2) и (7), должен обеспечивать:

Выполнение требований режимов MEN/SFN, SISO/MISO;

Передачу транспортного потока в режиме SISO со скоростями, приведенными в таблицах при соответствующих параметрах выходного радиосигнала.

8.4 Коэффициент битовых ошибок BER радиопередатчика по стандарту DVB-T, измеренный перед внутренним декодером Витерби измерительного приемника, не более 10⁹.

Коэффициент битовых ошибок BER радиопередатчика по стандарту DVB-T2, измеренный перед внутренним декодером LDPC измерительного приемника, не более 10⁸.

8.5 Средне квадратичное значение коэффициента ошибок модуляции MER радиопередатчика не менее 35 дБ.

8.6 Уровень мощности внеполосных составляющих спектра выходного сигнала радиопередатчика в области отклонений от центральной частоты присвоенной полосы частот радиоканала ± 12 МГц не должен выходить за пределы соответствующей ограничительной маски (рисунок 1), дискретные отсчеты которой приведены в таблицах 8 и 9 [6]. Стандартная ограничительная маска устанавливает допустимый уровень внеполосных составляющих спектра выходного сигнала радиопередатчика при отсутствии устройств, требующих дополнительного подавления внеполосных излучений.

Примечание: - Если в соседних радиоканалах работают аналоговые телевизионные радиопередатчики, расположенные на одной мачте, при одинаковой поляризации излучения аналогового и цифрового сигналов, то в случае неравенства излучаемых мощностей передатчиков к значениям подавления внеполосных излучений ограничительной маски следует прибавить корректирующую величину АР, дБ, определяемую по формуле

АР = 10 lg Р_а / Р_ц, (1)

Где: Р_а- мощность в пике синхроимпульса аналогового передатчика;

Р_ц - эффективная мощность цифрового передатчика.

Маска выходного сигнала радиопередатчика для критических случаев по стандарту DVB-T, DVB-T2 накладывает более жесткие ограничения на уровень внеполосных составляющих спектра выходного сигнала радиопередатчика и применяется в особых случаях, определяемых государственными органами контроля за использованием радиочастотного спектра.

Дискретные отсчеты стандартной ограничительной маски спектра выходного сигнала радиопередатчика представлены в таблице 8.2, отсчеты ограничительной маски спектра для критических случаев - в таблице 8.3.



Таблица 8.2 Дискретные отсчеты стандартной ограничительной маски спектра выходного сигнала радиопередатчика

Частота отстройки, МГц	Относительный уровень, дБ
-12	-110
-6	-85
-4 2	-73
-3 3	-32.8
3,9	-32,8
4,2	-73
6	-85
12	-110

Таблица 8.3 Дискретные отсчеты ограничительной маски спектра выходного сигнала радиопередатчика для критических случаев

Частота отстройки, МГц	Относительный уровень, дБ
-12	-120
-6	-95
-4 2	-83
-3 3	-32,8
3,9	-32 3
4,2	-83

Частота относительно средней частоты полосы частот радиоканала, МГц Уровень мощности, измеренной в полосе 4 кГц, где 0 дБ соответствует общей выходной мощности

- Стандартная спектральная маска

- Критическая спектральная маска



Рисунок 8.1 - Вид ограничительной маски спектра выходного сигнала радиопередатчика по стандартам DVBТ/ Т2

8.7 Уровни мощности любого побочного радиоизлучения радиопередатчика по отношению к выходной мощности радиопередатчика в полосе радиочастот 30 МГц до 3 ГГц для радиопередатчиков III диапазона и от 30 МГц до 4 Гц для передатчиков IV и V диапазонов должны соответствовать требованиям таблицы 8.4 .

Таблица 8.4 Значения максимально допустимых уровней мощности побочных радиоизлучений радиопередатчиков

Р - средняя выходная мощность радиопередатчика, Вт, дБ Вт;

Pi максимально допустимая мощность в области побочных излучений на выходе радиопередатчика.

8.8 Значение центральной частоты радиопередатчика должно обеспечивать положение спектра излучаемого колебания в границах полосы частот задаваемого канала согласно таблицы Приложения А.

Допустимое отклонение центральной частоты радиопередатчика от средней частоты полосы частот радиоканала в течение одного месяца не более ± 100 Гц.

Для радиопередатчиков, предназначенных для использования в синхронных одночастотных сетях, допустимое отклонение центральной частоты от средней частоты полосы частот радиоканала определяется параметрами источника внешней синхронизации и недолжно превышать ±1 Гц для радиопередатчиков стандарта DVB-T, ± 0,5 Гц - для радиопередатчиков стандарта DVB-T2.

8.9 Радиопередатчик по стандарту DVB - T2 должен иметь возможность наклона сигнального созвездия в зависимости от вида модуляции в соответствии с таблицей 11.

Таблица 11 - Углы наклона сигнального созвездия в зависимости от вида модуляции

Вид модуляции	Наклон сигнального созвездия, градусы
QPSK	29,0
16QAM	16,8
64 QAM	8,6
256 QAM	3,6

9. Технические требования к радиопередатчикам

9.1 Общие требования

9.1.1 Радиопередатчики должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и эксплуатироваться в соответствии с ТУ на радиопередатчики ПТЭ СЦТВ.

9.1.2 Радиопередатчики должны быть рассчитаны на непрерывную работу в течение 24 ч с сохранением параметров, указанных в разделе 5, без дополнительной подстройки.

9.1.3 Радиопередатчики должны обеспечивать: работу без постоянного присутствия обслуживающего персонала, резервирование отдельных узлов, автоматический переход на резервное оборудование, возможность дистанционного управления и контроля параметров.

9.1.4 Радиопередатчики, предназначенные для эксплуатации в синхронных одночастотных сетях при отсутствии в своем составе приемника ГЛОНАСС/GPS, должны имеет следующие входы:

а) вход сигнала внешней тактовой синхронизации частотой 10 МГц;

б) вход сигнала внешней временной синхронизации 1 PPS.

При включении в схему радиопередатчика приемника ГЛОНАСС/GPS модулятора и передатчика должен иметь отдельный ВЧ вход для антенны ГЛОНАСС / GPS.

9.1.5 Радиопередатчики должны автоматически выключаться при превышении в выходном фидере значения КСВ, который должен соответствовать требованиям, приведенным в ПТЭ.

9.1.6 Модуляторы радиопередатчиков DVB-T2 должны иметь входы ASI и входы TSolP.

9.1.7 На вход модулятора DVB-Т должен подаваться транспортный поток TS MPEG-2.

9.1.8 На входы модулятора DVB-T2 должен подаваться транспортный поток в соответствии с режимом использования радиопередатчика (А или В).

9.1.9 При работе радиопередатчика DVB-T в составе одночастотной сети модулятор радиопередатчика должен осуществлять выделение и декодирование MIP пакета (DVB-Т) и метку времени в потоке T2-MI (DVB-T2).

9.1.10 Номинальное значение волнового сопротивления выходного ВЧ фидера радиопередатчика должно быть 50 Ом. По согласованию с заказчиком радиопередатчик должен комплектоваться согласующим устройством для работы с ВЧ фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом.

9.2 Требования безопасности

9.2.1 Средства измерений, рабочие места и средства защиты персонала при техническом обслуживании радиопередатчика должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.019.

9.2.2 Предельно допустимые значения напряженности поля (плотности потока энергии излучения электромагнитного поля) на рабочих местах обслуживающего персонала должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.006.

9.3 Требования к радиопередатчикам, обеспечивающим устойчивость ЕСЭ

Требования помехоустойчивости к воздействию импульсных помех на работу радиопередатчика должны предъявляться согласно следующим критериям качества его функционирования при испытаниях:

с) нормальное функционирование в соответствии с установленными требованиями;

в) временное снижение качества функционирования без прекращения

Выполнения установленной функции с самовосстановлением качества

Функционирования после прекращения помехи;

с) временное прекращение функционирования радиопередатчика при условии, что его функционирование само восстанавливается или может быть восстановлено с помощью операций управления, выполняемых пользователем.

9.3.1 Устойчивость к воздействию радиочастотного электромагнитного поля

Радиопередатчики должны обладать устойчивостью к воздействию радиочастотного электромагнитного поля со следующими параметрами:

Радиопередатчики класса Б (с энергопотреблением тока в фазе менее 16А):

1) напряженность поля: 3 В/м;

2) диапазон частот: 80 - 1000 МГц;

3) модуляция: амплитудная, 1000Гц, глубина модуляции 80 %.

Радиопередатчики класса А:

1) напряженность поля: 10 В/м;

2) диапазон частот: 80 - 1000 МГц;

3) модуляция: амплитудная, 1000Гц, глубина модуляции 80 %.

1.9.3.2 Устойчивость к воздействию электростатических разрядов

Радиопередатчики должны обладать устойчивостью к воздействию электростатических разрядов со следующими параметрами:

- при контактном разряде: ±4 кВ;

- при воздушном разряде: ±8 кВ.

Критерий качества функционирования передатчика вовремя испытания В.

9.3.3 Устойчивость к воздействию наносекундных импульсных помех

Радиопередатчики должны обладать устойчивостью к воздействию наносекундных импульсных помех (далее - НИП) со следующими параметрами:

Радиопередатчики класса Б:

а) ±0 кВ с частотой 5 кГц при воздействии НИП на входные и выходные порты электропитания радиопередатчиков при питании от источника постоянного тока;

б) ±0,5 кВ с частотой 5 кГц при воздействии НИП на входные и выходные порты электропитания радиопередатчиков при питании от источников переменного тока.

Радиопередатчики класса А:

а) ±1 кВ с частотой 5 кГц при воздействии НИП на остальные порты, порты управлении;

б) ±1 кВ с частотой 5 кГц при воздействии НИП на входные и выходные порты электропитания радиопередатчиков при питании от источника постоянного тока;

в) ±2 кВ с частотой 5 кГц при воздействии НИП на входные и выходные порты электропитания радиопередатчиков при питании от источников переменного тока.

Критерии качества функционирования передатчика во время испытаний:

9.3.4 Устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения электропитания

Радиопередатчики должны обладать устойчивостью к воздействию динамических изменений напряжения электропитания со следующими параметрами:

Радиопередатчики класса Б:

а) провалы напряжения, соответствующие 30 % питающего напряжения в течение 10 периодов частоты питающей сети (200 мс). Критерий качества функционирования передатчика во время испытаний: В;

б) прерывания напряжения, соответствующие снижению питающего напряжения более чем на 95 % в течение 250 периодов частоты питающей сети (5000 мс). Критерий качества функционирования передатчика во время испытаний:

в) выбросы напряжения питания на 20 % в течение 10 периодов частоты питающей сети (200 мс). Критерий качества функционирования передатчика во время испытаний: В

а) провалы напряжения, соответствующие 30 % снижения питающего

напряжения в течение 25 периодов частоты питающей сети (500 мс). Критерий качества функционирования передатчика во время испытаний: В;

б) прерывания напряжения, соответствующие снижению питающего напряжения более чем на 95 % в течение 250 периодов частоты питающей сети (5000 мс). Критерий качества функционирования передатчика вовремя испытаний: С;

в) выбросы напряжения питания на 20 % в течение 25 периодов частоты питающей сети (500 мс). Критерий качества функционирования передатчика во время испытаний: В.

9.3.5 Устойчивость к воздействию микросекундных импульсных помех большой энергии

Радиопередатчики должны обладать устойчивостью к воздействию микросекундных импульсных помех (далее - МИП) большой энергии со следующими параметрами:

а) для входных и выходных портов электропитания постоянного тока в режиме "провод - провод" значение импульса напряжения МИП: ±0,5 кВ, в режиме "провод - земля" значение импульса напряжения МИП: ±2 кВ.

Критерий качества функционирования передатчика во время испытаний: В.

9.4 Требования устойчивости к колебаниям напряжения питающей сети.

Изменение выходной мощности радиопередатчиков при медленных колебаниях напряжения сети от плюс 10 % до минус 15 % номинального значения при частоте напряжения сети (50 ±1) должно быть не более плюс 0,25 дБ до минус 0,25 дБ.