Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика аналізу та забезпечення електромагнітної сумісності в задачах конверсії ресурсу радіочастотного спектру

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Стрімкі темпи розвитку техніки радіозв'язку та радіомовлення, збільшення обсягів інформації, підвищення швидкостей передачі потребують впровадження нових технологій і систем радіозв'язку, що приводить до підвищеного попиту на ресурс радіочастотного спектру (РЧС), і, як наслідок, його перевантаження засобами рухомих та фіксованих служб, засобами цивільного та спеціального призначення. Це сполучено з необхідністю забезпечення якісного функціонування цих засобів у спільних та суміжних діапазонах частот.

Вирішальним фактором, від якого залежить можливість швидкого розвитку нових радіотехнологій і стандартів, є проведення заходів, пов'язаних з конверсією, яка полягає у вивільненні частини РЧС, виділеної спеціальним користувачам.

Сучасний етап розвитку техніки радіозв'язку характеризується можливістю надання користувачам широкого спектру послуг, конвенгерцією цифрових технологій, розширенням смуг каналів і, як наслідок, ускладненням функцій і умов роботи радіоелектронних засобів (РЕЗ) та появою між ними сукупності взаємодій з різноманітними зв'язками. У зв'язку з цим, виникає задача аналізу електромагнітної сумісності (ЕМС) РЕЗ не тільки в рамках окремих служб радіозв'язку, але й між групами радіозасобів на територіях, де розміщено велику кількість РЕЗ за умови невизначеності їх взаємного положення при їх одночасній роботі у спільних та суміжних смугах частот.

Одним із перших етапів рішення цієї задачі є розробка комплексних методів і методик для моделювання реальних процесів функціонування груп РЕЗ цивільного та спеціального призначення у загальних територіальних районах з метою відпрацьовування методів та способів забезпечення їх спільної роботи та прогнозування електромагнітної обстановки (ЕМО) в умовах безперервних змін.

Найбільший внесок у дослідження методів аналізу та забезпечення ЕМС у різні роки внесли: Д. Уайт, А.Д. Князєв, Ю.А. Феоктистов, М.А. Биховський, В.І. Кравченко, В.Д. Баскаков, В.В. Григор'єв та інші.

Однак комплексного вирішення задач аналізу й забезпечення ЕМС в угрупуваннях РЕЗ в конкретних умовах їх функціонування у відомих роботах не показано.

Це з'явилося наслідком відсутності інформації про технічні характеристики широкого кола РЕЗ у повному обсязі, недостатньо повного методичного апарату для проведення оцінок ЕМС, що взагалі спрямовано на детермінований аналіз, який нерідко буває некоректним та вимагає великих затрат часу, складністю математичного апарату для аналітичного розрахунку умов ЕМС у місцях дислокації елементів РЕЗ з урахуванням усіх випадкових факторів.

Сучасним напрямком створення продуктивних методів аналізу ЕМС є застосування ймовірнісного методу, в якому використано спрощений опис геометрії території взаємодії РЕЗ. Але цей метод експериментально не перевірено.

Таким чином, розвиток науково-обґрунтованих методів та нового системного підходу для аналізу й забезпечення ЕМС, який полягає в комплексному дослідженні закономірностей взаємодії одночасно працюючих РЕЗ в умовах апріорної невизначеності їх розміщення та у вивченні конкретних умов застосування радіозасобів із наступним прогнозуванням ЕМО при виключенні умов їх ізольованості, є актуальним.

У зв'язку з цим, актуальною є тема дисертаційної роботи, яка виконана в інтересах здійснення конверсії ресурсу РЧС, присвячена удосконаленню методів аналізу ЕМС угрупувань РЕЗ цивільного та спеціального призначення, які на відміну від відомих, враховують можливість функціонування РЕЗ у спільних та суміжних діапазонах частот в умовах апріорної невизначеності їх взаємного положення, є малозатратними у часі та експериментально перевіреними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження пов'язані з основними положеннями «Концепції створення Державної інтегрованої інформаційної системи забезпечення управлінням рухомими об'єктами (зв'язок, навігація, спостереження)», «Комплексною програмою утвердження України як транзитної держави в 2002-10 рр.», затвердженою Законом України від 7 лютого 2002 року №3022-III.

Дисертаційна робота пов'язана з виконанням науково-дослідних робіт (НДР), які проводились Харківським національним університетом радіоелектроніки, кафедрою «Телекомунікаційні системи», і Харківським державним регіональним науково-технічним центром з питань технічного захисту інформації (ХДРНТЦ ТЗІ), зокрема, у рамках наступних НДР: №213-1 «Методи дослідження й аналізу електромагнітної сумісності у мобільних системах зв'язку» (ДР №0107U001568); «Дослідження умов та можливостей експлуатації базових станцій рухомого стільникового зв'язку стандартів GSM/DCS з використанням груп каналів (смуг радіочастот)» (ДР №0103U004968); «Розробка пропозицій по забезпеченню ЕМС та плану перерозподілу смуг радіочастот для впровадження в Україні системи мобільного радіозв'язку 3-го покоління IMT-2000» (ДР №0101U006241); «Дослідження шляхів створення інтегрованих інформаційних систем забезпечення управлінням рухомими об'єктами та її складових (підсистем спостереження, навігації, зв'язку, збору, обробки та передачі інформації)» (ДР №106U003151).

У рамках вказаних НДР здобувачем, у якості виконавця, проведено аналіз існуючих методів оцінки ЕМС груп РЕЗ, визначені характеристики поширення сигналів у системах стільникового рухомого зв'язку (ССРЗ), засобах повітряної радіонавігації й посадки, радіорелейних лініях (РРЛ) фіксованої служби, отримані результати розрахунків ЕМС для ССРЗ стандартів GSM-900 та DCS-1800, розроблені науково-технічні пропозиції по забезпеченню ЕМС в угрупуваннях РЕЗ з використанням груп каналів.

Мета роботи й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є узагальнення та розвиток методів аналізу та прогнозування ЕМС груп РЕЗ в умовах невизначеності їх взаємного положення, які мають спільні та суміжні смуги частот. Експериментальний доказ можливості використання цих методів для вирішення практично важливих задач конверсії ресурса РЧС. Основна ідея дисертації полягає в удосконаленні традиційних методів аналізу ЕМС за рахунок представлення ЕМО у вигляді комбінованої моделі взаємодії з одночасним урахуванням детермінованих та ймовірнісних характеристик, що дозволяє створити менш затратну в часі та придатну до практики методику аналізу і забезпечення ЕМС груп РЕЗ

Задачами дослідження є:

1. Аналіз використання ресурсу РЧС в Україні, методів оцінки ЕМС систем радіозв'язку різного призначення.

2. Розробка високопродуктивної моделі взаємодії на підставі комплексного урахування детермінованих та ймовірнісних характеристик угрупувань РЕЗ цивільного і спеціального призначення та модернізація методики аналізу ЕМС угрупувань РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки, РРЛ фіксованої служби та оцінка її ефективності на основі експериментальних досліджень.

3. Комплексні чисельні та експериментальні дослідження з метою доказу достовірності модернізованої методики аналізу і забезпечення ЕМС груп РЕЗ, та виявлення найнебезпечніших каналів проникнення ненавмисних радіозавад (НРЗ); типів РЕЗ, підданих впливу більшою мірою; найнебезпечніших джерел завад; раціонального розміщення груп РЕЗ у великих територіальних районах за умови невизначеності їх взаємного положення.

4. Розробка рекомендацій, що стосуються забезпечення ЕМС в угрупуваннях РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки, РРЛ фіксованої служби з урахуванням конверсії ресурсу РЧС у спільних та суміжних смугах частот.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження, які проведені в дисертації, засновано на використанні математичного апарату теорії ймовірностей, теорії випадкових процесів для опису моделей взаємодії угрупувань РЕЗ через випадкову поведінку їх параметрів; теорії математичної статистики для моделювання ЕМО при випадковому розподілі рухомих об'єктів на великій території, що досліджується; теорії передачі інформації та електромагнітної сумісності при вивченні умов поширення радіохвиль та сигнально-завадової обстановки в угрупуваннях РЕЗ; на застосуванні методів системного аналізу, дослідження операцій при аналізі параметрів ЕМС РЕЗ, а також дослідження можливості одночасного функціонування різних РЕЗ. Для підтвердження достовірності теоретичних розробок проведено моделювання на ЕОМ та експериментальні дослідження.

Об'єктом досліджень є процеси електромагнітних взаємодій груп РЕЗ у системах радіозв'язку з невизначеними параметрами у конкретний момент часу.

Предметом досліджень є методика аналізу та забезпечення ЕМС в угрупуваннях РЕЗ.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Удосконалено модель електромагнітних взаємодій в угрупуваннях РЕЗ, новизна якої полягає в одночасному застосуванні детермінованого та ймовірнісного підходу для опису місцеположення джерел та рецепторів завад в умовах апріорної невизначеності їх взаємного положення, а також випадкового характеру параметрів реальної ЕМО. Сутність запропонованої моделі полягає у спрощеному елементарному представленні області можливого розміщення груп РЕЗ для подальшого визначення ймовірнісних показників ЕМС РЕЗ, що значно скорочує обчислення, і дає можливість провести детальний аналіз електромагнітних взаємодій та прогнозування ЕМО в угрупуваннях ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, РРЛ фіксованої служби у спільних та суміжних діапазонах частот.

2. Отримала подальший розвиток методика аналізу ЕМС радіозасобів з невизначеним місцеположенням з урахуванням комплексного впливу сукупності джерел завад на рецептори. На відміну від існуючих, методика дозволяє провести розрахунки ймовірнісних показників ЕМС РЕЗ, перспективних частотно-територіальних планів з більшою деталізацією та з меншими затратами часу на обчислення при прийнятних рівнях взаємних завад та прогнозування взаємного впливу груп РЕЗ різних засобів зв'язку, які працюють у спільних та суміжних смугах частот за умови невизначеності їх взаємного положення.

3. Вперше проведені комплексні дослідження ЕМС між угрупуваннями РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, РРЛ фіксованої служби у спільних та суміжних діапазонах частот у великих територіальних районах, що дозволило провести розрахункове прогнозування ЕМО при розміщенні нових РЕЗ або зміні режимів раніше розміщених РЕЗ в інтересах конверсії ресурсу РЧС.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає у наступному:

1. Проведено комплексні чисельні та експериментальні дослідження, які підтвердили доцільність використання розробленої методики між угрупуваннями РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, РРЛ фіксованої служби у спільних та суміжних смугах частот для забезпечення перспективних технологій радіочастотним ресурсом із залученням нових науково-обґрунтованих методів.

2. Накопичено статистичні дані про роботу вказаних груп РЕЗ, що дозволяє здійснювати систематичний аналіз великого об'єму даних і передбачає збір і аналіз інформації про використання радіоканалів із заданими радіочастотами, про характеристики НРЗ, про кількісні та статистичні значення параметрів РЕЗ, що функціонують на певній території в умовах невизначеності їх взаємного положення.

3. Розроблено рекомендації на основі кількісних показників щодо забезпечення ЕМС між угрупуваннями РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, РРЛ фіксованої служби. Використання даних рекомендацій дозволяє забезпечити вирішення задач, спрямованих на вивільнення та конверсію ресурсу РЧС, оптимального його перерозподілу між операторами систем радіозв'язку і визначення припустимої кількості операторів, що використовують виділений частотний ресурс на заданій території, а також проведення аналізу частотних присвоєнь новим базовим станціям ССРЗ.

Впровадження результатів роботи. Основні теоретичні положення і практичні результати дисертаційної роботи були використані в наступних науково-дослідних організаціях України: ДП «Український державний центр радіочастот» (ДП УДЦР); ЗАТ «КИЇВСТАР Дж. Ес. Ем.», ХДРНТЦ ТЗІ, а також впроваджені в навчальний процес ХНУРЕ при розробці дисциплін «Методи забезпечення електромагнітної сумісності» та «Системи зв`язку з рухомими об'єктами», що підтверджується 4-ма актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, представлені в роботі, отримані автором особисто в ході проведених досліджень. У роботах, які проведені у співавторстві, здобувачем виконано: в [1] розроблено методику аналізу РЕЗ з урахуванням групових впливів у діапазонах GSM- і DCS - стандартів, [2] - проведено дослідження методу частотного планування за допомогою мінімізації розглянутої смуги частот, [3] - проведено дослідження радіочастотного ресурсу, який розподілено системам радіозв'язку, [4] - обґрунтовано задачі для проведення конверсії радіочастотного ресурсу в Україні, [5] - запропоновані рекомендації для проведення конверсії радіочастотного ресурсу, [6] - розглянуто проблему впливу базових та мобільних станцій ССРЗ GSM-900 на роботу засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення в спільних діапазонах частот, [7] - розроблено алгоритм розрахунків норм ЕМС між БС стандарту GSM і засобами повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, [8] - запропоновано узагальнену математичну модель електромагнітних взаємодій в угрупуваннях РЕЗ, [9] - проведено дослідження стосовно формування моделі електромагнітних взаємодій угрупувань РЕЗ і вибору параметрів функціонування радіозасобів.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на 5-ти міжнародних й загальноукраїнських науково-технічних конференціях [4,5,8,9,10]. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 11 наукових працях [1 -11], у тому числі, 6 статей у виданнях, які входять до переліку ВАК України [1-3,6,7,11].

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків по роботі, списку використаних джерел та шести додатків. Повний обсяг дисертації складає 172 сторінки, у тому числі: використаних джерел із 93 найменувань на 10-ти сторінках, 6 додатків на 27 сторінках, 25 рисунків.

Основний зміст роботи

радіочастотний електромагнітний конверсія

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, показано наукову новизну і практичне значення роботи.

У першому розділі проаналізовано розподіл радіочастотного спектру системам радіозв'язку, та показано, що високе завантаження й недостатність радіочастотного ресурсу - це одна із основних проблем, які стримують розвиток сучасних систем радіозв'язку. Разом з цим, виділений ресурс не завжди раціонально використовується, особливо у найбільш затребуваних на даний момент діапазонах частот - 800, 900, 1800 МГц та 2 ГГц.

Проведено класифікацію методів оцінки ЕМС РЕЗ. Виявлено, що підходи з детермінованим уявленням ЕМО, які застосовуються, не дозволяють одержати повної характеристики про ЕМО і доцільні лише для отримання попередніх оцінок ЕМС. Рішення проблеми оцінки впливу груп РЕЗ при випадковому законі поширення радіохвиль, випадкових значеннях параметрів РЕЗ, невизначеному розміщенні РЕЗ на місцевості, непостійністю їх роботи, досить затратно у часі та не достовірно.

Проаналізовано організаційні та технічні методи і засоби забезпечення ЕМС РЕЗ. Показано, що деяким напрямам властиві недоліки, які обмежують їх практичне застосування у зв`язку з відсутністю комплексного системного підходу, який повинен складатися з теоретичних та експериментальних досліджень, а також з неможливістю прогнозування ЕМО, особливо при розміщенні груп РЕЗ в умовах невизначеності їх взаємного положення. Таким чином, виникає актуальна задача по удосконаленню методів аналізу ЕМС в угрупуваннях РЕЗ та розробки практичних рекомендацій для освоєння нових діапазонів частот, та показано, що ці етапи є головними для проведення конверсії ресурсу РЧС.

У результаті проведеного аналізу сформульовані задачі дисертаційного дослідження, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети.

У другому розділі проаналізовано специфіку радіомереж, яка характеризується нечітко заданими параметрами в умовах забезпечення радіозв'язку з рухомими об'єктами, невизначеністю їх взаємного положення, що обумовлює зміну взаємозв'язків РЕЗ у певній ЕМО. Показано, що класичні ймовірнісні та детерміновані моделі не підходять для аналізу реальної ЕМО через невеликі надійність та точність прогнозу.

Автором запропонована узагальнена модель взаємодії РЕЗ, що базується на використанні відомих моделей: ймовірнісної - за умови невизначеності взаємного розміщення груп РЕЗ на великій території, і випадкової зміни параметрів та інших характеристик ЕМО, і детермінованої - для урахування загального функціонування рухомих і стаціонарних РЕЗ в угрупуваннях.

Сутністю ЕМО є оцінка електромагнітних полів сигналів і завад на вході приймача, що описується математичною моделлю впливу параметрів і умов функціонування РЕЗ. Потужність завади, що може створювати джерело завад на вході рецептора з невизначеним місцем розміщення, визначено з використанням рівняння радіозв'язку:

,

де - потужність передавача; - ККД фідера; - коефіцієнт підсилення антени; - ДНА; - кут приходу або випромінювання завади щодо осі ДН антени; - коефіцієнт поляризаційного захисту; - робоча частота; - закон розподілу відстані, - функція розподілу відстані, - множинник послаблення, - процент часу, у якому визначається недопустима дія завад на РЕЗ.

З використанням запропонованої узагальненої моделі розміщення РЕЗ проведено оцінку взаємодії в угрупуваннях ССРЗ та засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, й показано, що до уваги приймаються статистичні характеристики флуктуації рівня сигналу на трасі поширення й додаткове загасання, обумовлене екрануванням мобільних станцій (МС) ССРЗ міськими будинками. Відзначено логнормальний характер розподілу для будь-яких типів трас, довжина яких не перевищує відстані прямого бачення.

Проведено оцінку умов функціонування радіорелейних ліній фіксованої служби й ССРЗ з використанням запропонованої узагальненої моделі розміщення РЕЗ та показано, що для такої оцінки необхідно детальне урахування особливостей застосування й умов функціонування РЕЗ у частині характеристик діаграм спрямованості й взаємної просторової орієнтації їх антенних систем. Наведено, що отримана модель дозволяє ефективно моделювати ймовірнісні залежності між параметрами складних систем і вирішувати задачі прогнозування, діагностики й прийняття рішень в умовах невизначеності та відрізняється точністю, достовірністю та більшою оперативністю від моделей, раніш наведених другими авторами.

У третьому розділі проведено огляд, обґрунтування та вибір критеріїв оцінки ЕМС РЕЗ. Відзначено, що значення критеріїв ЕМС вибрані для забезпечення нормальної роботи усіх радіослужб, які працюють у спільних та суміжних смугах частот, при допустимому рівні взаємних завад.

Тому, для оцінки ЕМС в умовах множинного та випадкового характеру електромагнітних взаємодій автором обрано показник відношення сигнал/(шум+завада) (ВСШЗ) у вигляді статистичних значень (математичного очікування та середньоквадратичного відхилення перевищення допустимого рівня), який є найпростішим критерієм оцінки ЕМС.

Отримала подальший розвиток методика аналізу ЕМС радіозасобів з невизначеним місцеположенням із урахуванням комплексного впливу сукупності джерел завад на рецептори. На відміну від існуючих, методика дозволяє провести розрахунки ймовірнісних показників ЕМС РЕЗ, розрахунки перспективних частотно-територіальних планів при прийнятних рівнях взаємних завад та прогнозування взаємного впливу груп РЕЗ різних засобів зв'язку, які працюють у спільних та суміжних смугах частот та розміщені у великих територіальних районах за умови апріорної невизначеності їх положення. Запропонована методика відрізняється більшою деталізацією та меншими затратами часу на обчислення (у 1,5-2 рази) в порівнянні з методичними підходами інших авторів.

Для забезпечення ЕМС РЕЗ розглянуто наступні показники: ймовірність ЕМС для заданого перевищення НРЗ допустимого рівня, математичне очікування (МО) перевищення НРЗ допустимого рівня, середньоквадратичне відхилення (СКВ) перевищення НРЗ допустимого рівня.

Показано, що при визначеній функції розподілу відстані між парою РЕЗ - діючим стаціонарним РЕЗ та РЕЗ з невизначеним місцеположенням на елементарній області розміщення , розраховується випадкова величина перевищення НРЗ допустимого рівня :

,

де допустиму відстань і функцію визначено на основі норм ЧТР. Алгоритм розрахунку функції розподілу випадкової величини перевищення НРЗ допустимого рівня показано на рис. 3.

Закон розподілу максимальної випадкової величини з безлічі випадкових величин діючих стаціонарних РЕЗ визначено на основі функції розподілу окремих випадкових величин в допущенні їх незалежності. Співвідношення для визначення показників ЕМС в угрупуваннях РЕЗ, які функціонують на частоті , знаходяться за допомогою функції розподілу :

,

де - закон розподілу перевищення завадою допустимого рівня для області ; - закон розподілу перевищення НРЗ допустимого рівня для зони розміщення угрупування РЕЗ.

Ймовірність ЕМС для заданого перевищення НРЗ допустимого рівня визначено відповідно до функції розподілу .

Математичне очікування функції перевищення НРЗ допустимого рівня надано у вигляді співвідношення:

,

де - максимальне значення функції перевищення НРЗ допустимого рівня при мінімальній відстані між - м діючим стаціонарним РЕЗ угрупування та -м РЕЗ угрупування з невизначеним місцеположенням при допустимій відстані при заданому частотному розладі.

Середньоквадратичне відхилення функції перевищення НРЗ допустимого рівня визначається співвідношенням:

.

Проведено оцінку завад блокування та інтермодуляції.

Після завершення основних розрахунків досліджуваних РЕЗ, проведено обробку статистичних даних за допомогою розрахунку середнього ВСЗШ та середньоквадратичного відхилення ВСЗШ :

,

.

де - об'єм статистики. Проведено розрахунок середнього ВСЗШ та СКВ ВСЗШ для угрупування РЕЗ. Результат розрахунків - інтегральний розподіл сумарного рівня завад, згідно якого підраховано підсумкову ймовірність виникнення завад прийому. Отримані значення дозволяють домогтися більш високої щільності розміщення радіозасобів (ефективність використання ресурсу РЧС), ніж при використанні традиційних детермінованих методів, орієнтованих на гірше сполучення параметрів корисного сигналу й завади.

У четвертому розділі проведено комплексні дослідження, які складаються з програмної реалізації та експериментальної перевірки запропонованої методики для оцінки ЕМС ССРЗ стандарту GSM-900 та засобів спеціального призначення.

Виявлено, що найбільш небезпечними потенційними джерелами НРЗ засобам повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення є РЕЗ ССРЗ стандарту GSM-900. Для підвищення ефективності та скорочення обсягів дорогих натурних експериментів на етапі їх підготовки проводиться комплексне математичне моделювання ЕМО за допомогою програмного забезпечення, що дозволяє провести частотно-енергетичний аналіз досліджуваних РЕЗ, визначити умови ЕМС і виявити зони, у яких можливо найбільш сильний вплив НРЗ.

Проведено розрахунки з використанням програмного забезпечення, яке розроблено кафедрою «Телекомунікаційні мережі». При цьому використано запропоновану модель взаємодії угрупувань РЕЗ спеціального і цивільного призначення та модернізовану методику аналізу та оцінки ЕМС груп РЕЗ, а також програмний модуль для розрахунку ймовірнісних показників за методом Монте-Карло з урахуванням розміщення груп РЕЗ з невизначеним місцеположенням Встановлені такі допущення для аналізу: максимальна густина розміщення БС ССРЗ знаходиться в центрі міста; проводиться розрахунок середньої еквівалентної завади, яку представлено адитивною сумішшю завад від усіх РЕЗ, що працюють на одному дуплексному частотному каналі (ДЧК) з подальшим усереднюванням; визначається опорне угрупування, яке складається з БС в центрі міста і мобільних станцій, які вона може обслуговувати; всі угрупування поділені на 7 підгруп (по кількості стільників в кластері); в кожній підгрупі вибирається одне підугрупування; літальний апарат (ЛА) знаходиться над опорним угрупуванням, яке знаходиться в центрі міста.

Даними для розрахунків обрано тактико-технічні характеристики передавачів базових та мобільних станцій ССРЗ стандарту GSM-900 і характеристики засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення: приймача контрольно-виносного пункту (КВП) радіотехнічної системи ближньої навігації РСБН-4Н, приймача виносного індикатора кругового огляду (ВІКО) РСБН-4Н, приймача пристрою контролю зони (ПКЗ) посадочно-радіомаячної групи ПРМГ-5, приймача глісадного каналу (ГК) РСБН-6С, приймача далекомірного каналу (ДК) РСБН-6С у режимах «Посадка» й «Навігація». Це дозволило одержати залежності середньої потужності завади від відстані до опорного угрупування для різних висот польоту ЛА й норми необхідного частотного рознесення.

З метою перевірки достовірності одержаних результатів частотно-енергетичного аналізу засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення та РЕЗ угрупування ССРЗ GSM-900 було проведено натурні випробування у вигляді льотного експерименту в рамках НДР «Дослідження умов та можливостей експлуатації базових станцій рухомого стільникового зв'язку стандарту GSM/DCS з використанням груп каналів (смуг радіочастот)». Особливістю експерименту є визначення джерел НРЗ та зон їх реєстрації, ідентифікація в цих зонах джерел завад, визначення їх потужностей та частотного рознесення.

Аналіз одержаних результатів показав, що дальність впливу завади на основній частоті, наприклад, при висоті польоту ЛА 500 м, складає 120-430 км, що на 30 км більше, ніж по результатам розрахунків (рис. 4, 5. а). Рознесення по частоті на нульовій відстані між приймачем ДК РСБН-6С у режимі «Навігація», який взаємодіє з наземними радіомаяками, розташованими в 400-км зоні навколо області, яка досліджується, й БС ССРЗ стандарту GSM-900 складає 1,3…2,2 МГц, що на 0,2 МГц більше результатів розрахунку (рис. 4, 5. б).

Аналіз ЕМС між БС ССРЗ стандарту GSM-900 та бортовою апаратурою РСБН-6С у режимі «Посадка» повинен враховувати частоти роботи БС, які розміщені у зоні дії інструментальної системи посадки, тобто до 40 км. (рис. 6, 7. б). За результатами розрахунків та вимірювань на вході приймача ДК РСБН-6С у режимі «Посадка» показано, що значення частотного рознесення знаходиться в межах 1…1,5 МГц.

Обґрунтованість й достовірність результатів визначається збігом значень, отриманих аналітичним та експериментальним методами. Встановлено, що при однакових вихідних даних результати комплексних досліджень збігаються із точністю 2-10%.

Проведено аналіз впливу МС й БС стандарту GSM-900 різного класу потужності на засоби повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення в залежності від відстані до опорного угрупування, та показано, що дотримання умов ЕМС можливо при встановленні територіального рознесення у залежності від потужностей передавачів МС.

Проведено дослідження можливості спільної роботи аналогової РРС Р-414 та ССРЗ стандарту DCS-1800 з погляду ЕМС, яке детально враховує особливості застосування і умови функціонування РЕЗ, які розглядаються, в частині головної та бічної пелюсток характеристик діаграм спрямованості й взаємної просторової орієнтації їх антенних систем.

Отримано результати необхідного частотного та територіального рознесення за допомогою програмного забезпечення з використанням методики аналізу ЕМС угрупувань РЕЗ на основі тактико-технічних характеристик ССРЗ стандарту DCS-1800 та РРС Р-414. Аналіз одержаних результатів показав необхідність чіткого дотримання норм ЧТР при одночасній роботі вказаних засобів, особливо для сумісної роботи БС ССРЗ та РРС з висотою антени 30 м.

Сформульовано рекомендації по забезпеченню ЕМС між БС ССРЗ та засобами спеціального призначення у спільних та суміжних смугах частот.

Проаналізовано мінімальний частотний ресурс в мережах рухомого зв'язку третього покоління 3G (UMTS) та сформульовано висновки про необхідність виділення мінімальної смуги частот для роботи мереж UMTS в Україні.

Висновки

У результаті дисертаційних досліджень, які виконані автором, частково вирішено актуальну науково-прикладну задачу удосконалення теорії та практики оцінювання характеристик ЕМС РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення та РРЛ фіксованої служби, які розміщені в умовах апріорної невизначеності їх взаємного положення та використовують спільні та суміжні смуги частот, шляхом удосконалення моделі електромагнітних взаємодій та подальшого розвитку методики аналізу ЕМС в угрупуваннях РЕЗ в інтересах проведення конверсії ресурсу РЧС. Рішення цієї задачі має істотне значення для регулювання раціонального використання смуг частот між різними засобами радіозв'язку і перерозподілу ресурсу РЧС з метою впровадження перспективних технологій і стандартів.

У дисертаційній роботі отримано наступні основні результати:

1. Запропонована ідея удосконалення традиційних методів аналізу ЕМС за рахунок представлення ЕМО у вигляді комбінованої моделі взаємодії, що дозволяє створити менш затратну в часі та придатну до практики методику аналізу і забезпечення ЕМС груп РЕЗ з урахуванням ймовірнісних характеристик в умовах невизначеності їх взаємного положення.

2. Удосконалено модель електромагнітних взаємодій в угрупуваннях РЕЗ, новизна якої полягає в застосуванні ймовірнісного підходу для опису місцеположення джерел та рецепторів завад в умовах апріорної невизначеності їх взаємного положення. Розроблена модель базується на використанні відомих моделей: ймовірнісних та детермінованих. Сутність запропонованої моделі полягає у спрощеному елементарному представленні області можливого розміщення груп РЕЗ для подальшого визначення ймовірнісних показників ЕМС РЕЗ, що дає можливість провести детальний аналіз електромагнітних взаємодій в угрупуваннях ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, РРЛ фіксованої служби у спільних та суміжних діапазонах частот і значно скоротити час прогнозування ЕМО.

3. Одержала подальший розвиток методика аналізу ЕМС, яка складається з сукупності елементів відомих та запропонованих науково-методичних положень, з використанням математичного апарату ймовірнісних взаємодій, оцінка ЕМС груп РЕЗ в якій проводиться шляхом застосування імітаційного моделювання методом Монте-Карло. Методика дає змогу вирішувати питання визначення можливостей і умов забезпечення ЕМС ССРЗ із засобами спеціального призначення, які розміщені в умовах апріорної невизначеності їх місцеположення, та працюють в спільних та суміжних смугах частот. Методика направлена на забезпечення гнучкого частотно-територіального планування РЕЗ цивільного та спеціального призначення в межах вказаної території, виділених смуг частот та інших просторово-енергетичних обмежень, за умови забезпечення ЕМС РЕЗ. Запропонована методика відрізняється більшою деталізацією та меншими затратами часу на обчислення (у 1,5-2 рази) в порівнянні з методичними підходами інших авторів.

4. Проведені комплексні дослідження ЕМС між угрупуваннями РЕЗ ССРЗ, засобів повітряної радіонавігації й посадки спеціального призначення, РРЛ фіксованої служби у спільних та суміжних діапазонах частот, що складаються з доведення модернізованої методики аналізу ЕМС до алгоритмічної реалізації, математичного моделювання ЕМО за допомогою програмного забезпечення з наступним розрахунком ймовірнісних показників з більшою оперативністю та з метою підвищення ефективності і скорочення об'ємів дорогих натурних експериментів на етапі їх підготовки, проведення натурних випробувань у вигляді льотного експерименту для підтвердження доцільності запропонованої методики, перевагою якого є визначення зон з недопустимим рівнем НРЗ, ідентифікація в цих зонах джерел завад, визначення потужностей кожного передавача в реальних умовах роботи, у тому числі при оснащенні БС ССРЗ передавачами зі смугами робочих частот, що повторюються.

5. Достовірність отриманих теоретичних результатів підтверджена в ході натурних експериментальних досліджень. Виконана порівняльна оцінка теоретичних і експериментальних результатів роботи з використанням точних математичних методів та збігом значень з точністю 2-10%.

6. Обґрунтовано та розроблено рекомендації з урахуванням нових кількісних показників щодо сумісного використання смуг радіочастот групами РЕЗ цивільного та спеціального призначення, які полягають у наступному: у встановленні величин частотного рознесення; у розміщенні БС ССРЗ різних операторів навколо аеродрому на необхідній відстані; у забезпеченні позасмугового випромінювання на необхідному рівні; у встановленні значень територіального рознесення між потенційно несумісними РЕЗ; у забезпеченні необхідного рівня еквівалентної ізотропної випромінюваної потужності (ЕІВП). Ці рекомендації дозволяють перевірити здатність РЕЗ працювати на виділених каналах в умовах НРЗ, розробити пропозиції по уточненню частотно-територіальних планів, провести експертизу частотних присвоєнь новим базовим станціям.

7. Результати дисертаційних досліджень були використані в науково-дослідних роботах з ДП УДЦР, ЗАТ «КИЇВСТАР Дж. Ес. Ем.», ХДРНТЦ ТЗІ та впроваджені в навчальний процес кафедри «Телекомунікаційні системи» ХНУРЕ під час розробки дисциплін «Методи забезпечення електромагнітної сумісності» та «Системи зв'язку з рухомими об'єктами», що підтверджується 4-ма актами впровадження.

Мета дослідження, що стосується розробки продуктивних методів прогнозування ЕМС груп РЕЗ в умовах їх спільного функціонування на основі використання методики аналізу та оцінки ЕМС в угрупуваннях ССРЗ, засобів зв'язку повітряної радіонавігації й посадки та РРЛ фіксованої служби та формулювання практичних рекомендацій для освоєння нових і раціонального використання раніше розподілених діапазонів частот в умовах конверсії ресурсу РЧС досягнута та усі поставлені часткові задачі вирішені повністю.

Наступні дослідження доцільно провести в напрямку апаратної реалізації запропонованих рішень в умовах динаміки СЗО з урахуванням реальних характеристик ССРЗ 3G.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Токарь Л.А. Методика учета групповых воздействий в диапазонах GSM и DCS - стандартов / Л.А. Токарь, Ю.Ю. Коляденко // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». - 2007. - Вып. 151. - С. 164-170.

2. Токар Л.О. Модифікація методу розподілу частотного ресурсу в умовах конверсії радіочастотного спектру/ Л.О. Токар, Ю.Ю. Коляденко // Вісник «Радіоелектроніка та телекомунікації» Національного університету «Львівська політехніка». - 2008. - Вип. 618. - С. 72-75.

3. Поповский В.В. Проблемы освоения высвобождаемых участков диапазона частот/ В.В. Поповский, Л.А. Токарь // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». - 2007. - Вып. 148. - С. 177-184.

4. Поповский В.В. Проблемы конверсии радиочастотного диапазона для операторов мобильной связи / В.В. Поповский, Л.А. Токарь // Материалы 1-й Международной научной конференции «Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития». - Харьков: ХНУРЭ, 2006. - С. 344-345.

5. Поповский В.В. Оптимизация использования выделенного радиочастотного ресурса / В.В. Поповский, Л.А. Токарь // Материалы 2-й Международной научной конференции «Современные информационные системы. Проблемы и тенденции развития». - Харьков: ХНУРЭ, 2007. - С. 143-144.

6. Токарь Л.А. Анализ влияния сотовых систем подвижной связи на средства авиационной связи / Л.А. Токарь, Ю.Ю. Коляденко // Наукові записки Українського науково-дослідного інституту зв'язку. - 2008. - №3 (5). - С. 82-93.

7. Токарь Л.А. Определение частотного разноса для РЭС воздушной радионавигации при воздействии помех от передатчиков систем сотовой подвижной связи стандарта GSM / Л.А. Токарь, Ю.Ю. Коляденко // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». - 2008. - Вып. 155. - С. 223-228.

8. Поповский В.В. Разработка методики анализа электромагнитной совместимости группировок мобильных систем связи / В.В. Поповский, Ю.Ю. Коляденко, Л.А. Токарь // Семинар МСЭ «Радиочастотный мониторинг сегодня и завтра. Задачи, проблемы и решения». - Киев: ГП УГЦР, 2008. - Материалы на компакт-диске.

9. Токарь Л.А. Проблемы и методы освоения новых диапазонов частот за счет конверсии радиочастотного спектра / Л.А. Токарь, Ю.Ю. Коляденко // Материалы ІІІ-го Международного Радиоэлектронного форума «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития». - Харьков: ХНУРЭ, 2008. - С. 135-138.

10. Токарь Л.А. Метод оценки сигнально-помеховой обстановки в группировке сотовых систем связи / Л.А. Токарь // Материалы XII-го Международного Молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». - Харьков: ХНУРЭ, 2008. - С. 130.

11. Токарь Л.А. Анализ влияния сотовых систем связи стандарта GSM-1800 (DCS-1800) на радиорелейные станции при совместном использовании радиочастотного спектра / Л.А. Токарь // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». - 2008. - Вып. 153. - С. 106-110.

Размещено на Allbest.ru