9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

181

предположить, что диаграмма направленности ЭМИ

АУ близка к диаграмме направленности дипольной

антенны, имеющей коэффициент усиления G

= 1,64

[5], то для R = 0,37 м, П

= 0,03 Вт/м

получим оце-

ночное значение безопасного уровня P

предельно

допустимой средней мощности (ПДУ) ЭМИ АУ:

= 4πR

≈ 0,0315 Вт (≈ 15 дБм). Заметим, что

это значение составляет менее 13% от максимальной

средней мощности ЭМИ АУ GSM-900 и примерно

25% от максимальной средней мощности ЭМИ АУ

GSM-1800.

Методика оценки предельно допустимого

объема выделяемого РЧР

В работе использованы следующие процедуры

[1-3] определения предельно допустимого объема

РЧР, выделяемого сотовой сети GSM, при котором

будут обеспечены необходимые с точки зрения элек-

тромагнитной безопасности тенденции развития этой

сети:

1. Определяется наибольший размер сайта, в

пределах которого ЭМИ АУ не превышает значения

ПДУ, принятого в качестве критерия электромаг-

нитной безопасности; этот размер зависит от усло-

вий распространения радиоволн (РРВ) и минималь-

ного используемого уровня P

полезного сигнала на

входе РП БС (чувствительности радиоприема БС).

2. Выполняются прогноз пространственной

плотности абонентов сотовой связи ρ

и рассматри-

ваемой сети ρ

в час максимальной нагрузки и рас-

чет планируемого в этот момент предельного числа

абонентов N

в сайте предельного размера, при ко-

тором обеспечивается ПДУ ЭМИ АУ.

3. На основе известных данных об удельной

интенсивности трафика в период максимальной на-

грузки (E = 0,025-0,08 эрл. для сетей GSM в час мак-

симальной нагрузки), оцениваются среднее число

AVR

АУ в активном состоянии (объем речевого тра-

фика) в сайтах, размеры которых обеспечивают

уровни ЭМИ АУ ниже значения ПДУ.

4. Используя модель “Erlang-B” теории трафи-

ка (предоставление каналов связи с блокированием

вызовов [3,6]) для уровня вероятности блокирования

не выше 0,01–0,02, характерного для качественной

сотовой связи, определяется объем V РЧР (число ду-

плексных частотных каналов GSM), минимально не-

обходимый для обслуживания абонентов этих сайтов

и всей сети в час максимальной нагрузки и опреде-

ляемый с учетом размерности кластера, используе-

мого при её частотном планировании. Выделяемый

сети объем РЧР не должен превышать величины V.

Отличие предлагаемой методики анализа, со-

стоит в том, что выполнение перечисленных проце-

дур осуществляется при следующих условиях:

1. Максимальная средняя мощность ЭМИ АУ,

соответствующая расположению абонента на грани-

це сайта, не превышает вышеприведенного безопас-

ного уровня (ПДУ) ЭМИ АУ, выбранного с учетом

ограничений [4] и направленности ЭМИ АУ: P

≈ 15 дБм.

2. Уровень P

реальной чувствительности РП

БС выбирается с учетом различных значений средне-

го уровня внутрисетевых помех, при которых реаль-

ная чувствительность радиоприема в сети составляет

-95…-85 дБм; в [1-3] уровень внутрисетевых помех

не учитывался, оценки выполнялись для уровня чув-

ствительности радиоприема -107 дБм, что соответ-

ствует предельной чувствительности РП БС, ограни-

ченной собственными шумами РП.

3. Оценки выполняются для различных значе-

ний высоты подвеса антенн БС в пределах 20-70 м, а

также для более высокого качества обслуживания

абонентов, соответствующего вероятности связи

(“grade of service”) B = 0,99; оценки [1-3] выполнены

для B = 0,9, что ниже требований, предъявляемых к

качеству сотовой связи.

Наибольший размер сайта, в пределах которого

уровни ЭМИ АУ не превышают значения P

ПДУ,

определяется предельно допустимыми потерями S

при РРВ от границы сайта радиуса R

max

к БС:

[дБ] = P

eirp

[дБм] – P

[дБм] + G

ABS

[дБ] -

[дБ], P

eirp

[дБм] ≈ 2,15 дБ + P

[дБм],

где G

ABS

– коэффициент усиления приемной антенны

БС, S

– затухание высокочастотного кабеля и дру-

гих устройств (частотных фильтров, разъемов и т.п.)

между выходом приемной антенны и входом РП БС.

При выполнении оценок использованы следующие

усредненные данные: для БС GSM-900

ABS

= 15,5 дБ, S

= 4,5 дБ; для БС GSM-1800

ABS

= 18 дБ, S

= 7 дБ. Для этих условий, принимая

безопасный уровень ЭИИМ АУ P

eirp

≈ 17 дБм, вы-

полним анализ для трех уровней реальной чувстви-

тельности радиоприема БС:

− для P

= −95 дБм (низкий уровень внутрисете-

вых помех) S

= 123 дБ,

− для P

= −90 дБм (умеренный уровень внутрисе-

тевых помех) S

= 118 дБ,

− для P

= −85 дБм (повышенный уровень внутри-

сетевых помех) S

= 113 дБ.

При определении удаленности границы сайта от БС

воспользуемся известной гиперболической моделью

условий РРВ между АУ и БС, параметры которой

для данных рабочих частот и высоты подвеса антен-

ны БС могут быть приняты соответствующими па-

раметрам модели РРВ Окамура-Хата [5] при расши-

рении области ее определения на расстояния менее 1

км.

Прогноз пространственной плотности абонентов

рассматриваемой сети в час максимальной нагрузки

и расчет планируемого в этот момент предельного

числа абонентов в сайте предельного размера, при

котором обеспечивается ПДУ ЭМИ АУ, может быть

выполнен на основе оценок [3,7].

Результаты анализа и их обсуждение

Ниже в табл. 1 приведены прогнозируемые дан-

ные о значениях ρ

и ρ

, , использованные при вы-

182

полнении оценок предельно допустимого объема

РЧР, выделяемого сотовой сети, в предположении

функционирования на рассматриваемой территории

3-4 идентичных операторов сотовой связи стандарта

GSM. В табл. 2 приведены результаты оценок пре-

дельно допустимого объема РЧР, обеспечивающего

электромагнитную безопасность сотовой сети GSM

900/1800 при различных уровнях чувствительности

радиоприема и высотах H

подвеса антенн БС, а

также при различной размерности кластера Cl, ис-

пользуемой при частотном планировании сети регу-

лярной структуры. При этом под объемом РЧР по-

нимается общее число физических дуплексных час-

тотных каналов, выделяемых сети GSM. Эти данные

получены по результатам оценок предельно воз-

можных значений радиуса R

max

сайтов для различ-

ных значений чувствительности радиоприема Р

высоты Н

подвеса антенн БС, при которых обеспе-

чивается уровень ЭМИ АУ не выше ПДУ

≈ 15 дБм, и ряда значений ρ

, определяющих

требуемое число n

каналов трафика в каждом сек-

торе трехсекторного сайта радиусом R

max

Таблица 1. Оценки пространственной плотности АУ

сотовой связи в час максимальной нагрузки при

близком к 100% охвату населения сотовой связью

Условия организации связи ρ

АУ/км

Деловой центр города с много-

этажной городской застройкой

высокой плотности

90 000 -

120 000

30 000

Жилые районы с многоэтажной

городской застройкой высокой

плотности, пешеходные зоны

30 000 -

40 000

10 000

Городские территории со сред-

не- и малоэтажной городской

застройкой, зоны отдыха

9 000 -

12 000

3 000

Пригородные зоны 3 000 -

4 000

1 000

Таблица 2. Пример расчета предельно допустимого объема N

рчр

РЧР сети GSM трехсекторной структуры с

удельной интенсивностью трафика 0,025 эрл., при котором обеспечивается безопасный уровень ЭМИ АУ.

, АУ/ км

10000 3000 1000

дБм

, м R

max

, км

рчр

Сl=7

рчр

Сl=4

рчр

Сl=7

рчр

Сl=4

рчр

Сl=7

рчр

Сl=4

70 0,604 95 231 132 34 84 48 15 21 12

60 0,570 87 210 120 31 63 36 14 21 12

50 0,534 76 189 108 28 63 36 13 21 12

40 0,493 67 168 96 25 63 36 12 21 12

30 0,448 57 147 84 22 42 24 10 21 12

-95

20 0,394 46 105 60 19 42 24 9 21 12

70 0,425 52 126 72 20 42 24 10 21 12

60 0,403 47 105 60 19 42 24 9 21 12

50 0,379 43 105 60 18 42 24 8 21 12

40 0,353 38 84 48 15 21 12 7 21 12

30 0,323 33 84 48 14 21 12 7 21 12

-90

20 0,287 27 63 36 12 21 12 6 21 12

Выделяемое оператору сотовой связи стандарта

GSM 900/1800 число дуплексных каналов GSM не

должно превышать значений, приведенных выше в

табл. 2; при этих условиях может быть обеспечена ее

электромагнитная безопасность за счет постепенного

по мере развития сети снижения до безопасного

уровня мощности ЭМИ АУ.

На практике выделяемое операторам сетей GSM

900/1800 количество частотных каналов составляет

рчр

= 120-165 (общее число каналов 500, 3-4 опера-

тора, равные условия ведения бизнеса). Учитывая

данное обстоятельство и анализируя данные, приве-

денные выше, можно прийти к следующим выводам:

1. Для сетей, имеющих трехсекторную струк-

туру и уровень внутрисетевых помех, соответст-

вующих размерности кластера Сl=4, объем РЧР

рчр

= 120-165, выделяемый сети для городской за-

стройки, избыточен с точки зрения электромагнит-

ной безопасности. Безопасность сети в этих условиях

может достигаться только за счет наивысшего каче-

ства частотно-территориального планирования сети

при максимально возможном снижении уровней

электромагнитных излучений БС и АУ в каждом

частотном канале, при которых достигается мини-

мально возможный уровень внутрисетевых помех и

реальная чувствительность радиоприема не хуже –

95 дБм. На практике такой уровень чувствительности

радиоприема труднодостижим в связи с отклонения-

ми от гексагональности пространственной топологии

сети, наличием межсетевых помех на границах вы-

деленных полос частот и другими причинами.

2. Используемое операторами снижение высот

подвеса антенн БС по мере развития сети сопровож-

дается ростом экранирующего влияния рельефа, го-

183

родской застройки и растительности на условия РРВ

между АУ и БС и, как следствие, к возрастанию

уровней ЭМИ АУ. Достижение электромагнитной

безопасности сетей в этих условиях должно сопро-

вождаться уменьшением размеров сайтов и соответ-

ствующим сокращением объема РЧР, используемого

для передачи речевых сообщений. В определенной

мере это сокращение может достигаться как за счет

развития сетевой инфраструктуры, так и за счет на-

блюдаемого роста трафика передачи данных.

3. Повышение размерности кластера при час-

тотно-территориальном планировании сети сопро-

вождается, с одной стороны, снижением уровня

внутрисетевых помех, а с другой стороны – ослабле-

нием ограничений на объем выделяемого сети РЧР,

связанных с необходимостью обеспечения ее элек-

тромагнитной безопасности. С учетом того, что сети

не может быть выделен РЧР объемом более 120–165

каналов, увеличение размерности кластера является

эффективной мерой обеспечения электромагнитной

безопасности сотовой сети в условиях, когда это

увеличение сопровождается снижением уровней

ЭМИ БС и АУ до минимально необходимых.

4. В сетях с высоким уровнем внутрисетевых

помех, в которых чувствительность радиоприема

может составлять –85…–80 дБм, их электромагнит-

ная безопасность на территории современного горо-

да может быть достигнута либо за счет сокращения

объема выделенного РЧР (что призвано побудить

оператора сократить размеры сайтов и выполнить

оптимизацию сети по критерию минимума уровня

ЭМИ АС и БС), либо за счет принудительных дейст-

вий Лицензиара по обеспечению требуемого качест-

ва планирования и настройки сети. В таких сетях

уменьшение радиусов сайтов до 400–500 м и менее

может оказаться недостаточным для обеспечения их

электромагнитной безопасности, поскольку данная

мера сама по себе может вызвать как уменьшение,

так и увеличение уровней внутрисетевых помех.

5. Увеличение числа секторов БС при одно-

временном уменьшении числа каналов в каждом сек-

торе не приводит к существенным изменениям в ог-

раничениях на выделяемый объем РЧР, обеспечи-

вающих электромагнитную безопасность сотовой се-

ти GSM при различных уровнях чувствительности

радиоприема и высотах подвеса антенн БС.

6. Приведенные выше выводы справедливы

только для территорий с достаточно высокой плот-

ностью населения. В сельской местности электро-

магнитная безопасность сети может быть частично

достигнута установкой БС в центрах населенных

пунктов для обеспечения сокращения расстояний

между БС и АУ до значений, не превышающих зна-

чения R

max

табл.2, для большинства абонентов (в

пределах территории населенного пункта). Однако

для связи на большие расстояния с АУ на значитель-

ном удалении от БС электромагнитная безопасность

обеспечена быть не может, и требуется выполнение

других условий для максимально возможного сни-

жения возможного вреда здоровью, в частности,

внимательное отношение к выполнению правил об-

щественной и личной электромагнитной гигиены.

Заключение.

Приведенные выше результаты позволяют оце-

нить предельно допустимый объем РЧР, при котором

будут обеспечены необходимые с точки зрения элек-

тромагнитной безопасности тенденции развития радио-

сети. Они уточняют оценки, приведенные в [1-3], и по-

зволяют определить ограничения на выделяемый сети

РЧР с учетом таких факторов, как средняя высота под-

веса антенн, ее БС и уровень внутрисетевых помех,

связанный с качеством частотно-территориального

планирования и сетевых настроек и определяющий

средний уровень чувствительности радиоприема в сети.

Эти результаты свидетельствует о необходимости

предъявления более жестких и конкретных требований

к качеству планирования и настройки сетей, включая

требования к обеспечению мощности ЭМИ АУ и БС на

минимально необходимом уровне, требования к обес-

печению минимального уровня внутрисетевых помех.

Должны быть созданы необходимые условия для эф-

фективного контроля выполнения этих требований на

городских территориях в сетях с объемом РЧР более

24–36 каналов. Поскольку увеличение выделяемого се-

тям объема РЧР ослабляет естественные тенденции к

снижению рисков для здоровья населения от воздейст-

вия ЭМИ АУ сотовой связи с ростом ее абонентской

базы и речевого трафика, выделение сотовым радиосе-

тям дополнительного РЧР для предоставления услуг

передачи данных и по другим мотивам должно сопро-

вождаться ужесточением контроля за выполнением ус-

ловий электромагнитной безопасности сети.

Литература.

1. Mordachev V. Ecological characteristics of cellu-

lar network: relationship with its radio frequency re-

course and intrasystem EMC // 17th Intern. Wroclaw

Symp. on EMC, Poland, Wroclaw, June 29–July 1, 2004.

Wroclaw, 2004. P. 55–60.

2. Мордачев В.И., Козел В.М. Ограничение радио-

частотного ресурса, выделяемого сети сотовой связи,

как средство обеспечения ее экологической безопасно-

сти.- “Мобильные системы”. 2006. № 5. С. 56–59.

3. Мордачев В.И. Системная экология сотовой

радиосвязи. - Минск: Изд. центр БГУ, 2009.- 319 с.

4. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03. Гигиенические тре-

бования к размещению и эксплуатации средств сухопут-

ной подвижной радиосвязи (Российская Федерация).

5. Siwiak K. Radiowave Propagation and Antennas

for Personal Communications. 2nd ed. Boston: Artech

House, 1998, p.33.

6. Asha Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digi-

tal Systems. Artech House Publishers, Boston - London,

1994.- С.425.

7. Report UMTS Forum N6 UMTS/IMT-2000

Spectrum.

184

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В

ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМАХ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОБСТАНОВКИ

Б.

КБАШЕВ

ОССИЯ

Д.

И.

РЯШЕВ

ОССИЯ

М.

А.

АФИШЕВ

ОССИЯ

ФГУП «Проектный институт» ФСБ России

Аннотация. В докладе приведен анализ современных автоматизированных систем технического

контроля обстановки на местности. Приводится типовой перечень радиоэлектронных устройств, из

которых подобные системы состоят. Далее рассматривается проблема электромагнитной совмести-

мости радиоэлектронных устройств, размещенных в непосредственной близости друг от друга, рабо-

тающих на разных частотах с разной мощностью, а так же способы создания условий для их нор-

мальной совместной эксплуатации.

Abstract.

An analysis of modern automated technical control of the situation on a locality is performed in

the paper. The typical list of radio-electronic devices of which these systems are composed is given. The au-

thors consider the problem of EMC for radio electronic devices placed in immediate proximity to each other,

operating at different frequencies and power, as well as the ways to create conditions for their normal joint

operation.

Современные автоматизированные системы

технического контроля (АСТК) обстановки на мест-

ности (суше и море) включают в себя значительное

число однотипных и разнотипных технических уст-

ройств, представляющих собой радиоэлектронные

средства (РЭС) общего и специального назначения,

функционирующих и излучающих электромагнит-

ную энергию в различных областях частотного спек-

тра. Среди них есть как пассивные, так и активные, а

также стационарные и мобильные РЭС.

Основными классами, составляющими типовой

набор таких устройств, являются:

- средства связи и передачи данных;

- радиолокационные станции и комплексы;

- оптико-электронные комплексы;

- системы электроснабжения;

- средства обработки информации (программно-

аппаратные комплексы - ПАК).

Особенность тактического применения техниче-

ских средств, входящих в АСТК, состоит в том, что

часть из них: средства обработки информации, связи

и передачи данных располагаются, как правило, в

ограниченном пространстве зданий (помещений) и

их взаимодействие характеризуется термином «вбли-

зи друг от друга». Другая часть: радиолокационные и

оптико-электронные комплексы и их средства пере-

дачи данных размещаются на значительных расстоя-

ниях (десятки и сотни километров) и на этих же рас-

стояниях осуществляется их электромагнитное взаи-

модействие. ЭМС радиоэлектронных средств, вхо-

дящих в АСТК, должна обеспечивать возможность

их одновременной работы так, чтобы помехи радио-

приему (с учётом воздействия источников индустри-

альных радиопомех) приводили лишь к незначитель-

ному, не превышающему допустимое, снижению

качества выполнения РЭС своих функций. При рабо-

те РЭС (а также электротехнических устройств, из-

лучающих электромагнитные волны) помехи радио-

приёму неизбежны. Известно, что интенсивность

помех определяется количеством действующих из-

лучателей, их мощностью, расположением в про-

странстве, формой диаграммы направленности ан-

тенн, условиями распространения радиоволн. Обес-

печение ЭМС в системе сводится к созданию усло-

вий для нормальной совместной эксплуатации всего

разнообразия РЭС, входящих в систему.

Для АСТК, содержащих большое количество

РЭС, распределенных по значительной территории,

задача обеспечения ЭМС является весьма сложной.

Это объясняется возросшей загрузкой используемых

диапазонов радиочастот, количеством и мощностью

излучающих средств, повышением чувствительности

приёмников, имеющим место несовершенством РЭС

(наличием у передатчиков внеполосных и побочных

излучений, а у приемников - внеполосных каналов и

каналов побочного приёма), сложными функциями,

выполняемыми РЭС в системе и режимами их рабо-

ты (частые включения и выключения, перестройка

по частоте, перемещения в пространстве и т. п.) и

многих других факторов.

При разработке АСТК применяются как органи-

зационные, так и технические меры по обеспечению

ЭМС. К организационным относятся: применение

пространственного разделения (разноса) РЭС — од-

новременного использования одних и тех же частот-

ных диапазонов в различных зонах развертывания

АСТК, если это не грозит взаимными радиопомеха-

ми; временного разноса — поочерёдной работы РЭС

на одной несущей частоте по определённой про-

грамме во времени: частотного разноса — одновре-

менной работы на различных несущих частотах и др.

К техническим мерам относятся: создание ра-

диопередающих и электротехнических устройств,

более совершенных с точки зрения уменьшения ме-

185

шающих излучений; разработка радиоприёмных уст-

ройств, обладающих меньшей чувствительностью к

таким излучениям; применение специальных уст-

ройств, защищающих от помех определенного вида

(импульсных и др.)

Одним из способов обеспечения ЭМС в АСТК

является правильный выбор диапазонов электромаг-

нитного излучения, мощности, излучаемой состав-

ными частями изделия и полосы пропускания их

приемных устройств.

При условии проектирования составных частей

(СЧ) АСТК заново эта задача решается согласовани-

ем ТТХ СЧ. В случае, когда система проектируется

из ранее созданных или заимствованных СЧ, задача

обеспечения ЭМС сводится к правильному выбору

этих средств и конструктивно-технологическим ме-

рам, применяемым при размещении РЭС в системе.

Все РЭС системы по степени влияния их друг на

друга можно разделить на активные (излучающие

электромагнитную энергию) и пассивные, имеющие

в своем составе высокочувствительные приемники,

способные принять излучения других источников,

которые являются для них паразитными.

Состав активных средств АСТК: РЛС, радиоре-

лейная станция МИК РЛ7+, УКВ-радиостанции раз-

личных диапазонов, в том числе образующие радио-

каналы сигнализационных комплексов.

Состав пассивных средств системы: оптико-

электронные комплексы, спутниковая навигационная

часть малогабаритных навигационно-связных ком-

плексов (МНСК).

Разместим все РЭС на одной частотной оси.

Радиорелейная станция МИК РЛ Р7+ работает в

диапазоне 7 ГГц и имеет несколько пар литерных

частот в диапазоне от 7250 МГц до 7550 МГц. Ско-

рость передачи цифровой информации – до 179,2

Мбит/с, ширина ДН антенн – от 1,2 до 4,3 град., чув-

ствительность приемника – 123 дБВт, минимальная

мощность передатчика – 27 дБ Вт.

УКВ радиостанции, используемые в системе для

обеспечения голосовой связи и передачи данных,

имеют следующие диапазоны излучения:

Р-168-5УН(1)Е 30...87.975 МГц

ЭРИКА 148….463 МГц

ГРАНИТ-В 33,0…48,5 МГц

57,0…57,5 МГц

ГРАНИТ Р24 300…337 МГц

ГРАНИТ Р23 146…174 МГц

Motorola GM-340 136…174 МГц

403…470 МГц

Motorola СM-140

146…174 МГц

403…440 МГц

345…370 МГц

Специализированные средства УКВ связи для

передачи данных от изделий работают на частоте 168

МГц, изделие - на частотах 433,8 - 434,4 МГц. ЭМС

между ними обеспечивается территориальным раз-

бросом установки изделий на местности, а избира-

тельность при получении и обработке информации –

различными IP-адресами и системными номерами их

процессорных блоков.

Навигационный приемник средств МНСК рабо-

тает на частотах: 1602 МГц и 1250 МГц (диапазоны

L1 и L2 ГЛОНАСС) и частоте 1575,42 МГц (GPS ).

Тепловизоры ОЭК работает на длине волны 3

мкм или 1 х105 ГГц.

Анализ частотной оси показывает, что можно

выделить три группы РЭС изделия, в зависимости от

расположения спектра их излучений (или приема) на

оси частот.

Группа 1. Средства дальнего коротковолнового

спектра – тысячи ГГц. Это тепловизор и видеокамера

ОЭК. Частоты их спектров (ИК-диапазон и видимый)

так далеко располагаются от другой группы РЭС, что

практически ощутимого взаимного влияния друг на

друга они не оказывают и не требуют конструктив-

но-технологических мер обеспечения ЭМС. Между

собой они также разнесены на десятки ГГц. Единст-

венной конструктивной мерой, требующей примене-

ния в аппаратуре системы – это экранирование низ-

кочастотного видеосигнала камеры (или тепловизо-

ра) при его передаче от модуля до устройств отобра-

жения информации. Это осуществляется применени-

ем стандартных экранированных телевизионных ка-

белей с заземлением их оплетки на корпус.

Группа 2. Это РЛС расположенные с интерва-

лом около 2 ГГц от них – РРЛ. Других РЭС, входя-

щих в состав аппаратуры АСТК, в данном диапазоне

длин волн нет.

Однако следует иметь в виду, что в системе

должна быть реализована возможность работы не-

скольких РЛС, расположенных в непосредственной

близости друг от друга, особенно это касается РЛС,

размещенных на подвижных носителях (мобильные

патрульные комплексы, для которых выбор позиции

для наблюдения не должен ограничиваться требова-

ниями ЭМС).

Электромагнитная совместимость средств та-

кой группировки изделий обеспечивается схемотех-

ническими мерами.

В системе функционируют значительное коли-

чество РЛС, имеющих диапазон рабочих частот 9430

– 9470 МГц. Их размещение в пространстве практи-

чески исключает применение организационных мер

обеспечения ЭМС в группировке между ними. Это

связано с их техническими и тактическими особен-

ностями:

- зоны действия РЛС должны перекрываться для

обеспечения сплошной зоны наблюдения;

- расстояния между РЛС находятся в пределах 5

– 20 км;

- чувствительность приемников РЛС достаточно

высокая - 134 дБВт.

Для обеспечения ЭМС между РЛС одного диа-

пазона, находящихся в зоне действия друг друга,

использованы следующие методы:

186

- применение 16-ти различных литерных частот

передатчика РЛС (4 сменных модуля по 4 электрон-

ным способом перестраиваемые частоты) с разносом

частот между литерами 10 МГц;

- применение в каждой из РЛС кодирования на-

чальной фазы излучаемых импульсов по случайному

закону.

Эффективность второго метода при проведении

испытаний оказалась значительно выше первого в

диапазоне дальностей между РЛС от 5 до 15 км (ри-

сунки 2 и 3).

Таким образом, электромагнитная совмести-

мость всех РЛС, входящих в систему, обеспечивает-

ся путем правильного выбора диапазонов длин волн

и применения конструктивных способов защиты

РЭА от взаимного влияния.

Для когерентных станций обнаружения движу-

щихся наземных целей помеховыми сигналами (по

определению) считаются сигналы, отраженные от

неподвижных или медленно движущихся местных

предметов (пассивные помехи).

Для защиты от пассивных помех, образуемых

отражениями от местных предметов, РЛС снабжена

системой селекции движущихся целей (ССДЦ), ко-

торая представляет собой 1024 цифровых фильтра,

обеспечивающих разрешающую способность при

измерении доплеровской частоты не хуже 12 Гц (со-

ответствует 0,7 км/час). Коэффициент ослабления

отражений от неподвижных предметов составляет

величину не менее - 45 дБ. В РЛС предусмотрена

также защита от непреднамеренных импульсных

помех.

Группа 3.

Средства УКВ радиосвязи и передачи

данных. В системе используются для обеспечения

голосовой связью, а также передачи информации на

скоростях обмена до 4,8 Кбит/с (включая стоп-кадры

видеоинформации). ЭМС достигается организацион-

ными методами: правильным выбором средств связи

для каждого объекта автоматизации, и установкой

фиксированных частот, выделенных установленным

порядком для организации, эксплуатирующей АСТК.

Отмечается, что в системе применяется одно-

временное использование УКВ радиостанций для

одновременного ведения радиопереговоров и пере-

дачи на этой же частоте либо специализированных

кодограмм информационного обмена между мо-

бильными и стационарными объектами системы

(длиной от 13 до 300 байт), либо передачи навигаци-

онных данных о местоположении объекта, исполь-

зующего носимую или возимую УКВ радиостанцию,

входящую в МНСК.

Следует отметить, что все ТС системы, разме-

щенные на вышках, башнях или других строениях,

имеют в своем составе УЗИП – устройства защиты

от импульсных помех, возникающих, в частности, во

время грозы. В системе применены устройства четы-

рех типов:

- для защиты цепей электропитания – УЗИП

Hakel SPC1-150-60B;

- для защиты каналов передачи видеоинформа-

ции - УЗИП Hakel КО-9Р;

- для защиты каналов Ethernet –УЗИП Hakel

DTB 4/100М;

- для защиты каналов 485 интерфейса – УЗИП

Hakel DTB 2/485.

Данные устройства размещены в корпусах спе-

циальных блоков.

Для обеспечения ЭМС и снижения влияния

внутренних и внешних помех между вычислитель-

ными средствами (автоматизированными рабочими

местами комплексов средств автоматизации АСТК)

локальные вычислительные сети обмена информаци-

ей между ПАК средств обработки информации

(стандарт Fast Ethernet 100 Mбит/с) реализованы:

- для контуров с пониженными требованиями к

информационной безопасности - с помощью экрани-

рованной структурированной кабельной системы

витых пар ISCS 5 категории;

- для контуров с повышенными требованиями к

информационной безопасности – с помощью воло-

конно – оптических линий связи (ВОЛС).

Линии снижения Ethernet 100 Mбит/с между

приемо-передающими модулями радиорелейных

станций серии МИК РЛ 7+ и процессорными блока-

ми управления, длина которых составляет до 100 м,

также выполнены с помощью ВОЛС.

Применение вышеуказанных технологий, как

показывают результаты испытаний ЛВС при их об-

лучении сигналом в пяти последовательных полосах

частот в диапазоне от 27 МГц до 500 МГц с уровнем

электромагнитных излучений 3 В/м, обеспечило в

ПАК средств обработки информации реальной

АСТК практически нулевое количество ошибок при

передаче информации. Эти меры с точки зрения

пользователей АРМ АСТК уменьшили количество

полученных пакетов данных с ошибками, как след-

ствие сетевое оборудование не производило их по-

вторной передачи и нагрузка в сети и время доставки

сообщений не увеличивались. Приложения, пере-

дающие данные в режиме реального времени, рабо-

тали с минимальными задержками, а сетевые про-

граммы функционировали без сбоев.

Современные электронные телекоммуникаци-

онные системы, которыми являются ПАК АСТК раз-

личных уровней, в противоположность электромеха-

ническим оснащены твердотельными приборами,

намного более чувствительными к электромагнит-

ным помехам. Для приведения таких систем в рабо-

чее состояние требуются более низкие уровни пи-

тающего и управляющего напряжений. Для случай-

ного переключения таких приборов может оказаться

вполне достаточно энергии лишь электрического

шума. Поэтому требования к качеству питания со-

временных систем на основе твердотельных прибо-

ров очень высокие. Даже слабые помехи могут пере-

187

водить некоторые электронные приборы (например,

логические элементы) в режим самозапирания.

Наведенные помехи проникают в электронные

приборы в большинстве случаев по входным и вы-

ходным сигнальным линиям и шинам питания. Ра-

диационные помехи попадают в электронный при-

бор, если у последнего отсутствует корпус или кон-

струкция корпуса не соответствует определенным

требованиям, а также при неудовлетворительном

экранировании, близком расположении приборов к

источникам радиочастотной энергии. На стадии про-

ектирования и при монтаже РЭС АСТК были приня-

ты меры по предотвращению влияния помех, вызы-

ваемых взаимодействием и взаимовлиянием сле-

дующих подсистем: экранирования, заземления, ин-

терфейсов, кабельной, питания.

Чтобы обеспечить электромагнитную совмес-

тимость, при прокладке силовых линий использова-

ны металлические трассы. Проводники ЛВС, пи-

тающие ПАК системы обработки информации в

АСТК, полностью скрыты в металлических коробах.

Для каждой локальной сети использован отдельный

короб. Источники шума и чувствительное телеком-

муникационное оборудование АСТК максимально

разнесено в пространстве, устройства защиты от

внешних источников пиковых бросков установлены

максимально близко к этим источникам.

Соблюдение требований по ЭМС, предъявляе-

мых к АСТК при ее разработке, позволило создать и

развернуть на объектах заказчика автоматизирован-

ную систему, стабильно функционирующую в слож-

ных условиях электромагнитных воздействий.

Литература

1. ГОСТ Р МЭК 61508-1−2007. Функциональ-

ная безопасность систем электрических, электрон-

ных, программируемых электронных, связанных с

безопасностью. Часть 1. Общие требования. − М.:

Стандартинформ, 2008. − 50 с.

2. Михайлов М.К., Фоминич Э.Н., Хромов

В.В.Испытания технических средств на стойкость к

электромагнитным импульсам естественного и ис-

кусственного происхождения. Технологии ЭМС, №1,

2005. С. 9-13.

3. Гроднев Электромагнитное экранирование в

широком диапазоне частот. - М. Связь, 1972. - 110 с.

4. Влияние электромагнитных помех на рабо-

тоспособность полупроводниковых приборов и инте-

гральных схем. / А.М. Бригидин, Н.А. Титович, В.М.

Кириллов и др. // Электронная техника. Сер. Упр.

качеством., 1992, Вып. 1(148). – С. 3-13.

5. Экспериментальные данные об отказах элек-

тронных систем вследствие проникновения электри-

ческих помех по цепям электропитания и заземле-

ния. Некоторые результаты расчетно-теоретического

исследования этого явления // Научные труды Ин-

ститута теплофизики экстремальных состояний

ОИВТ РАН, выпуск 4 – 2001.

188

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОБСТАНОВКА ВБЛИЗИ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ

МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ

М.

Ю.

АСЛОВ

ОССИЯ

В.

А.

УЖНИКОВ

ОССИЯ

Л.

М.

ЕМАКОВ

ОССИЯ

Ю.

М.

ПОДОБАЕВ

ОССИЯ

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, e-mail: mike@psati.ru

Аннотация. Технологии мобильной связи внедряются все глубже в жизнь людей. Существующие

стандарты предлагают абонентам не только голосовые звонки и передачу SMS. С целью создания та-

кой сети сотовой связи, которая бы удовлетворила потребностям и абонентов, и операторов на не-

сколько лет вперед, в 2004 году была начата разработка стандарта мобильной связи четвертого поко-

ления – LTE (Long Term Evolution). Одна из таких сетей построена в Самаре. Развитие сетей мобиль-

ной связи четвертого поколения идет по пути уменьшения мощности излучения абонентских терми-

налов, что приводит к значительному увеличению выходной мощности базовых станций. В связи с

этим возникает задача по анализу электромагнитной обстановки вблизи базовой станции мобильной

связи четвертого поколения. В докладе представлены результаты анализа электромагнитной обста-

новки вблизи базовой станции LTE, расположенной в коттеджном поселке на берегу р. Волги.

Abstract. The mobile technologies are introduced deeper into people's lives. Existing standards provide to

users with not only voice calls and transmit of SMS. In order to create a cellular network, which would sat-

isfy the requirements of users and operators in the next few years, the development of mobile standard

fourth-generation - LTE (Long Term Evolution) - was initiated in 2004. One of these networks was built in

Samara. It should be noted, that the development of mobile communication networks of the fourth generation

is on the way to reduce the radiation power of subscriber terminals that inevitably leads to a significant in-

crease of output power of base stations. In this regard, a specific problem of an analysis of electromagnetic

environment near the mobile base station of the fourth generation appears. Results of the analysis of the elec-

tromagnetic environment near LTE base station located in the cottage settlement on the banks of the Volga

River are presented in this report.

Введение

В настоящее время все большее распространение

находят мультимедийные услуги и услуги передачи

данных. Причем стоимость последних постепенно

приближается к стоимости услуг проводного доступа

в интернет по выделенной линии. Кроме того, благо-

даря появлению сетей 3G скорости передачи данных

сравнялись с существующими технологиями провод-

ного доступа в интернет. Однако предоставляемые

сегодня скорости передачи данных будут удовлетво-

рять абонентские потребности в перспективе лишь на

несколько лет вперед. Объем передаваемых данных

по телекоммуникационным сетям связи постоянно

увеличивается. Новые услуги, которые предоставля-

ются операторами сотовой связи, также требуют рас-

ширения полосы пропускания. Все это в итоге приво-

дит к тому, что сети 3G уже не отвечают запросам

абонентов.

С целью создания такой сети сотовой связи, ко-

торая бы удовлетворила потребности и абонентов и

операторов на несколько лет вперед, в 2004 году была

начата разработка стандарта мобильной связи четвер-

того поколения – LTE (Long Term Evolution) [1]. Рабо-

ту над ним ведет организация 3GPP (3rd Generation

Partnership Project). Стоит отметить, что развитие се-

тей мобильной связи четвертого поколения идет по

пути уменьшения мощности излучения абонентских

терминалов, что неизбежно приводит к значительному

увеличению выходной мощности базовых станций.

Согласно спецификации «TS 25.104-105 Base Station

(BS) radio transmission and reception (FDD)» на LTE

типовые значения выходной мощности базовой стан-

ции макросоты составляют 20 - 69 Вт.

В связи с этим возникает специфическая задача

по анализу электромагнитной обстановки вблизи ба-

зовой станции мобильной связи четвертого поколе-

ния. К сожалению, следует отметить, что в России в

практике расчетного прогнозирования электромаг-

нитной обстановки вблизи базовых станций и их са-

нитарной паспортизации не учитывается сложная так-

тика работы оборудования.

Методика проведения измерений

Измерения проводились дважды – до модернизации

вышки базовой станции сотовой связи и после ее мо-

дернизации. Целью проведения измерений являлась

оценка плотности потока энергии электромагнитного

поля создаваемого антеннами базовой станции сото-

вой связи, для контроля соответствия требованиям

норм по электромагнитной безопасности. Источником

излучения являлось оборудование базовой станции

сотовой связи, размещенной в жилом квартале, вышка

189

высотой 15м. Для проведения измерений использова-

лась следующая аппаратура: Измеритель уровней

электромагнитных излучений П3-31 и широкополос-

ная антенна-преобразователь А1. Измеритель П3-31

предназначен для измерения среднеквадратических

значений напряженности электрической и магнитной

составляющих электромагнитного поля (ЭМП) в ре-

жимах непрерывной генерации, амплитудной, частот-

ной и импульсной модуляций, а также для измерения

плотности потока энергии (ППЭ) при проведении

контроля уровней электромагнитного поля на соот-

ветствие требованиям норм по электромагнитной

безопасности в соответствии с ГОСТ 27859, ГОСТ

12.1.006, ГН 2.1.8./2.2.4.019 и СанПин 2.2.4/2.1.8.055.

Измерения проводились в строгом соответствии с

нормальными рабочими условиями эксплуатации

прибора.

Таблица 1. Номинальные характеристики антенны.

Тип антен-

ны-

преобразо-

вателя

Диапа-

зон час-

тот

Неравно-

мерность

АЧХ

Пределы

измерения

Широкопо-

лосная ан-

тенна-

преобразо-

ватель А1

(0,3 —

40) ГГц

(0 — -8) дБ (1 — 615)

В/м,

(0,26 —

100000)

мкВт/см2

Антенна-преобразователь А1 имеет три ди-

польно-детекторные микросборки, которые образуют

взаимно-ортогональную структуру в пространстве.

Измерителем производится измерение напря-

женности электрического поля в диапазоне частот

0,03…300 МГц, измерение напряженности магнитно-

го поля в диапазоне частот 0,01…30 МГц и ППЭ в

диапазоне частот от 0,3…40 ГГц.

Уровни плотности потока энергии электромаг-

нитного поля определялись на высоте 1.5 м от уровня

земли. С помощью прибора и антенны определялся

ППЭ с шагом 1 метр. Показания прибора зафиксиро-

ваны в настоящем протоколе измерений.

Схема участка, на котором проводились изме-

рения ППЭ с привязкой к направлению на север, по-

казана на рис.1.

Измерения проводились двумя способами.

1. Контроль ППЭ вдоль южной стены участка с

шагом по расстоянию 1 м. Время измерения произ-

вольное. Нагрузка на базовой станции не контролиро-

валась. Результаты измерений приведены в табл. 1, 4 и

на рис.2 и 3.

2. Измерения проводились в контрольных точках

Т1, Т2 (см. рис.1) в различные моменты времени, в

том числе и при отправлении на базовую стацию за-

просов с 3-х мобильных телефонов.

Рис. 1. Участок и диаграмма нанесения контрольных

точек измерения ППЭ в пространстве. Вид сверху.

Результаты измерений до модернизации

вышки

1. Пространственной распределение ППЭ соот-

ветствует зоне интерференции базовой станции, что

косвенно подтверждает то обстоятельство, что источ-

ником излучения является именно исследуемая базо-

вая станция. Уровни ППЭ невелики и не превышают

ПДУ для населения регламентированного санитарны-

ми нормами (10 мкВт/см

) [2].

2. Обнаружено существенной превышение пре-

дельного уровня (до 3...5 раз) в локальные моменты

времени. Результаты приведены в табл. 3.

Таблица 2. ППЭ на высоте 1,5 м от Земли.

x, м ППЭ, мкВт/см2 x, м

ППЭ,

мкВт/см2

1 5,54 24 0,62

2 6,68 25 0,05

3 0,05 26 0,07

4 0,66 27 0,11

5 0,26 28 0,21

6 0,1 29 0,52

7 0,18 30 0,52

8 0,14 31 0,03

9 0,02 32 0,1

10 0,17 33 0,03

11 0,04 34 0,09

12 0,31 35 0,18

13 1,04 36 0,18

14 0,08 37 0,04

15 1,16 38 0,14

16 0,13 39 0,27

Т1

Т2

190

17 0,4 40 0,08

18 0,25 41 0,11

19 0,19 42 0,21

20 0,22 43 0,2

21 0,33 44 0,11

22 0,12 45 0,08

23 0,62 46 0,14

0,01

0,1

x, м

ППЭ, мкВт/см2

Ряд1

Рис.2. ППЭ на высоте 1.5 м от земли.

Табл. 3 - ППЭ на высоте 1,5 м от земли в двух точках

в различные моменты времени.

Результаты измерений после модернизации

вышки

1. Пространственной распределение ППЭ соот-

ветствует зоне интерференции базовой станции, что

косвенно подтверждает то обстоятельство, что источ-

ником излучения является именно исследуемая базо-

вая станция. Уровни ППЭ превышают ПДУ для насе-

ления регламентированного санитарными нормами

(10 мкВт/см

2. Обнаружено существенной превышение пре-

дельного уровня (до 5…10 раз) в локальные моменты

времени.

Таблица 4 – ППЭ на высоте 1,5 м от земли

x, м ППЭ, мкВт/см2 x, м

ППЭ,

мкВт/см2

1 6,5 24 7,22

2 3,04 25 8,17

3 1,42 26 14,49

4 2,37 27 9,39

5 4,73 28 20,11

6 3,73 29 7,37

7 16,23 30 14,13

8 3,29 31 31,3

9 25,1 32 14,68

10 11,01 33 22,17

11 9,68 34 21,15

12 13,11 35 41,23

13 9,85 36 6,68

14 17,61 37 13,52

15 10,13 38 9,44

16 10,18 39 23,14

17 8,14 40 12,22

18 11,11 41 7,33

19 7,04 42 2,83

20 10,16 43 1,55

21 31,17 44 8,73

22 22,8 45 4,27

23 31,34 46 6,24

100

x, м

ППЭ, мкВт/см2

Измерения

ППЭ

Рис.3. ППЭ на высоте 1.5 м от земли (значения, лежа-

щие выше линии ППЭ превышают ПДУ).

Выводы по результатам измерений

По первичным измерениям было сделано сле-

дующее заключение: измерения в точке Т1 в 17:35,

17:47 произведены при отправке запросов с трех сото-

вых телефонов, при этом наблюдались следующие

уровни: 11,5 мкВт/см

в 17:35 и 33,10 мкВт/см

17:47. Превышение уровней наблюдались и в точке Т2

без каких-либо запросов с сотовых телефонов, что

говорит о зависимости уровней излучения от момента

времени и текущего количества абонентов базовой

станции и других факторов.

При проведении повторных измерений наблюда-

ется превышение ПДУ практически во всем интервале

времени в 5-9 раз.

Превышение уровней наблюдались в точке Т2

без каких-либо запросов с сотовых телефонов, что

говорит о зависимости уровней излучения от момента

времени и текущего количества абонентов базовой

станции и других факторов.

Литература

1. http://lterussia.ru/

2. Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П.Основы элек-

тромагнитной экологии. – М.: Радио и связь, 2000. –

240 с.

Время 17:22 17:35 17:47 18:40 18:56

Т1 1,10

11,50 33,10

1,20 7,70

Т2 3,50

26,40

0,17 6,70

18,70