О необходимости гармонизации требований отечественных и международных документов к параметрам излучений мобильных систем связи, влияющим на ЭМС

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Проблемная лаборатория по РК и ЭМС при СПб ГУТ

О необходимости гармонизации требований отечественных и международных документов к параметрам излучений мобильных систем связи, влияющим на ЭМС

И.П. Харченко

В.Л. Ленцман

Поскольку развертываемые в нашей стране мобильные системы связи основаны на общепринятых международных стандартах и в связи с предполагаемым вступлением нашей страны во Всемирную торговую организацию актуальным является вопрос гармонизации отечественных нормативных документов с международными. В докладе обсуждены расхождения международных и отечественных требований к таким влияющим на электромагнитную совместимость параметрам излучений передатчиков базовых станций (БС) как ширина полосы частот и внеполосные излучения и сформулированы рекомендации по их устранению.

Известны три различных подхода к нормированию требований к ширине полосы частот и внеполосным излучениям радиопередатчиков:

Подход МСЭ-Р и Международного регламента радиосвязи - измерения ширины занимаемой полосы частот;

Подход отечественных нормативных документов ГОСТ Р 50016 и Норм ГКРЧ 19-02 - измерение так называемой «контрольной» ширины полосы частот;

Подход Европейского института стандартов (ETSI), используемый при нормировании требований к таким современным системам связи как GSM, DECT, Tetra и др.

Подход МСЭ-Р, изложенный в Международном Регламенте радиосвязи и рекомендациях SM.328 и SM.853, основан на сопоставлении измеренного значения ширины занимаемой полосы частот (ШЗПЧ) с расчетным значением необходимой ширины полосы частот (НШПЧ), указываемой первыми четырьмя символами в условном обозначении класса излучения. При измерениях ШЗПЧ не надо устанавливать «нулевой уровень» анализа спектра, поэтому появляется возможность измерять ширину полосы излучения оперативно и дистанционно в штатном режиме работы передатчика.

Отечественные нормативные документы ГОСТ Р 50016, Нормы ГКРЧ 19-02, РД 45.151-2000 регламентирует измерение так называемой «контрольной» ширины полосы частот - полосы на уровне -30 дБ относительно специальным образом устанавливаемого «нулевого уровня» при модуляции передатчика специальными испытательными сигналами. Для большинства классов излучений (в том числе излучений с гауссовской частотной манипуляцией, используемой в GSM), нулевым измерительным уровнем является уровень немодулированной несущей. К сожалению, в настоящее время практические работники ошибочно сводят измерения КШПЧ к оценке ширины реального спектра передатчика на уровне -30 дБ от его максимума, а все остальные требования (испытательные сигналы, установка нулевого уровня, регламентируемые значения RBW и VBW) обычно игнорируют. Кроме того, иногда неверно рассчитывают значение НШПЧ, что приводит к ошибочным нормативным значениям КШПЧ. Изложенные в Нормах 19-02 и РД 45.151-2000 требования к современным системы связи (GSM, DECT и др.) не соответствуют требованиям стандартов ETSI.

Европейский институт стандартов (ETSI) при разработке таких современных систем как GSM, DECT, IMT-MC (cdma 2000), Tetra и др. вообще не использует понятия класс излучения и НШПЧ. Нормирование требований к внеполосным излучениям проводится либо путем регламентации соответствующих масок (GSM), либо путем установления требований к мощности излучения в соседних каналах (системы DECT и Tetra). Кроме учета используемого вида модуляции, обязательно нормируется влияние импульсного характера излучений мобильных систем, в которых используется временное разделение каналов.

Проиллюстрируем различие этих трех подходов на примере излучений БС GSM.

Требования к радиочастотному спектру излучения передатчиков базовых станций GSM в стандарте ETSI сформулированы двояким образом. Во-первых, заданы ограничительные линии, за пределы которых не должен выходить усредненный спектр излучения, обусловленный влиянием модуляции и широкополосных шумов (рис.1) Рисунки приведены в конце текста. Нормировка нулевого уровня этих ограничительных линий проводится по максимальной мощности излучения БС, измеренной при RBW = 30 кГц на частоте несущей. Как видно, эта маска достаточно широка - 400 кГц на уровне минус 30 дБ от максимального уровня мощности излучения на частоте несущей в полосе 30 кГц (т.е. приблизительно на уровне -45 дБ от уровня немодулированной несущей). При измерениях регламентировано использование детектора средних значений и временного стробирования слотов в пределах 50…90 % их длительности с целью устранения влияния на результат измерения импульсного характера излучения БС GSM, обусловленного наличием слотов. Данные обычно получают «по точкам», а не путем сканирования. При расстройке более 1,8 МГц RBW спектроанализатора следует увеличить до 100 кГц.

Отдельно в стандарте ETSI сформулированы требования к результирующему радиочастотному спектру БС (так называемому ORFS) - с учетом влияния импульсного характера излучения GSM (рис. 3). Временное стробирование при этом не используют, измерения проводят с использованием пикового детектора - в режиме «max hold». Нулевой уровень маски должен быть установлен по уровню мощности излучения БС на частоте несущей при значении RBW=300 кГц!

Требования к так называемой «контрольной» ширине полосы частот и внеполосным излучениям с гауссовской частотной манипуляцией изложены ГОСТ Р 50016-92, Нормах ГКРЧ 19-02. В РД 45.151-2000, специально посвященном испытаниям БС GSM при приемке в эксплуатацию, неправомерно смешаны требования отечественных документов и стандарта ETSI. Приведем фразу из этого документа «Фактические значения измеренных уровней излучений не должны более, чем на 20 % (в соответствии с ГОСТ Р 50016-92) превышать ограничительную линию спектра, определяемую Рекомендациями ETSI GSM 05.05». В одной фразе - несколько ошибок:

1) отечественный стандарт требует измерять КШПЧ на уровне минус 30 дБ от уровня немодулированной несущей, а нулевой уровень маски стандарта ETSI GSM определяется максимумом сглаженного спектра при RBW=30 кГц;

2) стандарт ETSI (это не рекомендация) регламентирует проводить измерения спектра, обусловленного влиянием модуляции, с использованием временного стробирования излучения на интервале 50…90% длительности слотов;

3) в стандарте ETSI, разумеется, нет никакого допуска на превышение уровня спектральных составляющих, определяемого регламентируемой маской.

В РД 45.151-2000 есть много ошибок и неточностей, поэтому больше обсуждать его не будем.

Отправной точкой отечественного подхода и подхода МСЭ-Р является указание НШПЧ и класса контролируемого излучения. Надо сказать, что на начальных этапах развертывания сетей GSM можно было встретить весьма противоречивые сведения о классе излучения БС GSM. Нормы ГКРЧ 19-02 определяют класс излучения при модуляции GMSK (с примечанием - GSM-900) как F7D или F7W и приводят формулу, соответствующую рекомендациям МСЭ-Р для расчета НШПЧ:

В н = KG R ,

где R = 270,833 кбит/с- скорость передачи, KG - коэффициент, значение которого определяется по таблице в зависимости от параметра fф T (произведения ширины полосы гауссовского фильтра на длительность символа) и от доли мощности излучения, попадающего в НШПЧ. При fф T = 0,3 значение коэффициента KG изменяется от 0,7 до 1,06 в зависимости от доли мощности излучения (от 95% до 99,8% соответственно), попадающего в расчетное значение НШПЧ. В Нормах 19-02 использован несколько странный параметр «охват полосы», который можно выбирать (не указано, из каких соображений) из ряда 95%, 99% или 99,8 %. Если коэффициент KG принять из условия «охвата полосы 99%», то Нормы 19-02 определяют значение НШПЧ GSM 247кГц (класс излучения 247КF7D). Напомним, что по рекомендациям МСЭ-Р понятие ШЗПЧ однозначно определено условием попадания в эту полосу именно 99% средней мощности. Излучение считается совершенным с точки зрения экономии спектра, если измеренное значение ШЗПЧ не превышает расчетного значения НШПЧ.

Требования к КШПЧ и внеполосным излучениям при гауссовской частотной манипуляции в Нормах 19-02 сформулированы в виде ограничительных линий, определяющих ширину спектра на соответствующих измерительных уровнях от уровня немодулированной несущей. Ограничительные линии определены следующей таблицей:

Нормы 19-02 допускают выход огибающей спектра излучения контролируемого передатчика за пределы этих ограничительных линий (маски) на 10%. При анализе этой маски следует принять во внимание следующее:

здесь не учтен импульсный характер излучения GSM, обусловленный наличием слотов для временного разделения каналов,

испытательный сигнал непосредственно для GSM в Нормах 19-02 не регламентирован,

определенные трудности при измерениях КШПЧ возникают с реализацией регламентированной Нормами 19-02 процедуры установки нулевого уровня анализа спектра - по уровню немодулированной несущей.

Выключить модуляцию БС GSM практически невозможно. Моделирование и практические измерения показывают, что максимум усредненного спектра при гауссовской частотной манипуляциии приблизительно на 15 дБ ниже уровня немодулированной несущей. Кроме того, уровень немодулированной несущей излучения GSM может быть приближенно оценен по уровню излучения БС при передаче слота FB, предназначенного для подстройки частоты мобильных терминалов. В этом слоте БС передает последовательность 142 «битов-нулей», что соответствует сдвигу частоты БС вверх на 67708 Гц (девиация частоты в GSM) относительно присвоенной. В спектре БС появляется характерная спектральная составляющая (рис.4), которая легко обнаруживается в режиме «max hold».

На рис. 5 модельный спектр излучения при гауссовской частотной манипуляции с параметрами GSM сопоставлен с масками стандарта ETSI и Норм 19-02. За нулевой уровень анализа на рис. 5 принят уровень немодулированной несущей. Этот спектр вписывается в маску стандарта ETSI с достаточным запасом и несколько выходит за пределы маски Норм 19-02 на уровнях ниже минус 55 дБ от уровня немодулированной несущей. Следует обратить внимание, что отечественные Нормы 19-02 вообще не регламентируют требования к внеполосным излучениям БС GSM, обусловленных влиянием модуляции, на уровнях ниже минус 60 дБ от немодулированной несущей, т.е. на уровнях ниже -45 дБ от максимума спектра.

Кроме того, Нормы 19-02 вообще не учитывают влияния импульсного характера излучения БС GSM, обусловленного временным разделением каналов. На рис. 5 кривой синего цвета приведена маска стандарта ETSI для результирующего спектра излучения (ORFS), регламентирующая влияние импульсного характера излучения GSM. Напомним, что нулевой уровень этой маски должен быть установлен по уровню мощности излучения БС на частоте несущей при значении RBW=300 кГц. Это уровень на 8 дБ выше нулевого уровня маски для спектра, обусловленного влиянием модуляции и широкополосных шумов.

Таким образом, можно сделать вывод, что требования отечественных Норм 19-02 к КШПЧ излучения с модуляцией GMSK относятся только к небольшому диапазону значений уровня и частоты излучения БС GSM - только до уровней минус 45 дБ от максимума спектра и в пределах ± 235 кГц от присвоенной частоты данного канала.

Маски стандарта ETSI более жестко регламентируют требования к внеполосным излучениям БС в очень широком диапазоне значений уровня и частоты излучения и действительно «работают» на обеспечение ЭМС БС GSM между собой и своими соседями по выделенным полосам частот.

МСЭ-Р и Международный Регламент радиосвязи рекомендует измерять ширину занимаемой полосы частот излучения и сравнивать результат с расчетным значением необходимой ширины полосы частот. Занимаемая полоса модельного спектра излучения гауссовской частотной манипуляции с параметрами GSM составляет 247 кГц, что совпадает с приведенными выше расчетным значением НШПЧ. Результаты измерения ШЗПЧ БС GSM «по полю» с использованием как оборудования ИУ2 «Ирга», так и анализатора Е4407В фирмы Agilent находятся в пределах 245…250 кГц. Таким образом, ШЗПЧ исправной БС GSM полностью соответствует требованиям МСЭ-Р, что не позволяет, однако, утверждать, что выполняются жесткие требования стандарта ETSI по внеполосным излучений БС GSM. Моделирование показывает, что увеличение уровня внеполосного излучения БС GSM, приводящего к увеличению оценки ШЗПЧ всего на 3% (что меньше погрешности измерения этого параметра) существенно превышает уровень обеих масок, регламентируемых стандартом ETSI. Таким образом, измерения ШЗПЧ по рекомендациям МСЭ-Р позволяют обнаруживать только достаточно серьезные нарушения в работе оборудования БС GSM.

Выводы

Принципы нормирования требований к передатчикам, использованные в отечественных документах и некоторых рекомендациях МСЭ в значительной степени устарели. Контроль излучений современных мобильных систем связи следует проводить в соответствии с требованиями и методами соответствующих стандартов ETSI.

При создании новых отечественных нормативных документов, в частности «Правил применения оборудования», которые предназначены для сертификации, не следует смешивать принципиально различные методологические подходы, что имело место ранее при разработке некоторых руководящих документов отрасли.

Представляется более правильным сделать аутентичные переводы стандартов ETSI для современных мобильных систем связи и утвердить их в качестве отечественных нормативных документов. Хорошим примером такого подхода является Приложение № 1 к Нормам 19-02 «Системы цифрового звукового и телевизионного вещания с использованием модуляции COFDM», требования которого полностью соответствуют стандартам ETSI, а понятие контрольной ширины полосы частот вообще не используется.

Рисунки к докладу И.П. Харченко, В.Л. Ленцмана

Рис. 1. Ограничительные линии (маска) стандарта ETSI для спектра излучения БС GSM, обусловленного влиянием модуляции и широкополосных шумов

излучение мобильный связь радиопередатчик

Рис. 2. Практическое сопоставление спектра БС GSM, обусловленного влиянием модуляции и широкополосных шумов с регламентируемой маской стандарта ETSI (по материалам фирмы Agilent)

Рис. 3. Сопоставление ORFS, учитывающего влияние импульсного характера излучения GSM, c требованиями стандарта ETSI (по материалам фирмы Agilent)

Рис. 4. Спектры БС GSM, полученные на установке ИУ2 «Ирга». Максимальный уровень спектра максимального удержания позволяет определить уровень немодулированной несущей. Контрольная ширин полосы частот излучения GSM должна быть измерена на уровне минус 30 дБ относительно уровня немодулированной несущей

Рис. 5. Сопоставление модельного спектра излучения при гауссовской частотной манипуляции с масками Норм 19-02 и стандарта ETSI.

1) - модельный спектр излучения GMSK с параметрами GSM.

2)- сглаженный модельный спектр.

3)- маска стандарта ETSI для спектра БС GSM, обусловленного влиянием модуляции и широкополосных шумов.

4)- маска стандарта ETSI для спектра ORFS с учетом импульсного характера излучения.

5) - маска Норм ГКРЧ 19-02 для излучения GSM.

За нулевой уровень анализа принят уровень немодулированной несущей

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//