АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ СЕТЕЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ И ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

ANALYSIS OF THE ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF MOBILE COMMUNICATION NETWORKS AND DIGITAL TELEVISION BROADCASTING

Alexander Kuznetsov

Master's student, Department of Electronics and Infocommunication Technologies, Kyrgyz State Technical University named after. Razzakova I.,

Kyrgyz Republic, Bishkek

Myktarbek Jumabaev

Candidate of Technical Sciences, associate professor, Department of Electronics and Infocommunication Technologies, Kyrgyz State Technical University named after. Razzakova I.,

Kyrgyz Republic, Bishkek

Rinat Bakytov

Senior lecturer, Department of Electronics and Infocommunication Technologies, Kyrgyz State Technical University named after. Razzakova I.,

Kyrgyz Republic, Bishkek

АННОТАЦИЯ

В этой статье приводятся анализ и расчеты электромагнитного совместимости системы LTE локального назначения; анализ ЭМС сетей подвижной связи и цифрового ТВ вещания.

Поясняется причина возникновения мешающего сигнала (МС) от базовой станции сети телевизионного вещания. Приводятся результаты расчеты уровня МС от БС и телевизионного передатчика на входе телевизионного приемника при нарушении электромагнитной совместимости.

ABSTRACT

This article provides an analysis and calculation of the electromagnetic compatibly of a local LTE system; EMC analysis of mobile communication networks and digital television broadcasting.

The reason for the occurrence of an interfering signal (MS) from the base station of the television broadcasting network is explained. The results of calculations of the MS level from the BS and the television transmitter at the input of the television receiver in case of violation of electromagnetic compatibility are presented.

Ключевые слова: Анализ ЭМС; LTE; анализ ЭМС сетей подвижной связи и цифрового ТВ вещание.

Keywords: EMC analysis; LTE; EMC analysis of mobile communication networks and digital television broadcasting.

1. Введение

Развитие современных и увеличение новых радиоэлектронных средств (РЭС) приводит к постоянному возрастанию потребности в радиочастотах, которая удовлетворяется в основном освоением новых диапазонов частот. Новые диапазоны частот в некоторых случаях являются не всегда удобными как по экономичным или по техническим причинам. По этой причине при распределении частот выделяются общие полосы частот для совместного использования нескольким различным радиослужбам. Такое совместное использование общих полос частот различных РЭС в некоторых случаях приводит к появлению мешающих сигналов (МС). В связи с этим обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) РЭС является актуальным. Темпы развития РЭС мобильной связи и сетей наземного телевизионного вещания обусловило появление системных МС между двумя системами радиосвязи. В основном такая ситуация возникает, когда сигнал передатчика базовой станции (БС) создает помехи цифровым телевизионным приемникам в дальней зоне сети уверенного радиотелевизионного вещания.

2. Анализ возникновения мешающего сигнала от БС телевизионным приемникам

Документами Международного Союза Электросвязи условия использования полос частот 694 – 958 МГц для применения в сухопутной подвижной связи (ПС) и наземного цифрового телевизионного вещания не определены. Распределение этой полосы частот должны решать национальные администрации связи. В настоящее время в Кыргызской Республике для наземного цифрового телевизионного вещания выделена полоса частот 470 – 694 МГц, а полоса частот 694 – 958 МГц для работы ПС стандарта LTE. При совместной работе сетей ПС LTE  и цифрового радиотелевизионного вещания на общих территориях выше рассматриваемых диапазонах излучаемый сигнал передатчика БС создает МС телевизионным приемникам расположенных в дальней зоне сети телевизионного вещания. В этой ситуации из-за близкого расположения БС к телевизионным приемникам создается ситуация, что мощность сигнала, поступающая от БС на вход телевизионного приемника  становится намного больше, чем уровень сигнала поступающий от телевизионного передатчика :

                                                                                      (1)

При возникновении условия, указанного в выражении (1) происходит блокировка работы приемника телевизионного вещания сигналом который поступает на его вход от передатчика БС. Для пояснения данного явления следует рассмотреть работы селектора телевизионных каналов без воздействия МС от БС и при воздействии МС. На рис 2 приводится структурная схема селектора каналов с двойным преобразованием частоты, которая часто используется в телевизионных приемниках [1,       с. 11]. В схеме приняты следующие обозначения: УВЧ – усилитель высокой частоты; ПФ – полосовой фильтр; СМ1 и СМ2 – смесители; Гет1 и Гет2 – гетеродины; ФАПЧ1 и ФАПЧ2 – устройство фазовой автоподстройки частоты; УПЧ1 и УПЧ2 – усилители промежуточной частоты; ПАВ1 и ПАВ2 – полосовые фильтры, основанные на применении поверхностных акустических волн.

Рисунок 1. Структурная схема селектора каналов с двойным преобразованием частоты

На входе данного селектора установлен широкополосный не перестраиваемый усилитель высокой частоты, нагруженный на широкополосный фильтр (ПФ), который пропускает сигналы всего дециметрового диапазона волн. Коэффициент передачи УВЧ регулируется напряжением автоматической регулировки усиления по высокой частоте. Сигнал с выхода УВЧ подается на вход первого преобразователя частоты, который состоит из смесителя СМ1 и гетеродина Гет1, перестраиваемый системой фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ1, который обеспечивает выделение выбранного радиоканала. Первая промежуточная частота выбирается =1220 МГц. Необходимая избирательность по зеркальному каналу обеспечивается фильтром ПАВ1. Второй преобразователь частоты выполняется с кварцевым резонатором, который переносит спектр сигнала на стандартную промежуточную частоту (ПЧ). В странах СНГ центральная ПЧ равна 35,25 МГц. Выходной сигнал ПЧ поступает на вход демодулятора.

Теперь рассмотрим работу селектора при воздействии МС, нарушающий нормальную работу селектора. На входе селектора в этом случае поступает МС с уровнем, превышающим уровень полезного сигнала. Процесс усиления МС и ПС сопровождаются нелинейными эффектами в виде блокировки ПС: возникает перекрестная модуляция и интермодуляционные помехи на выходе УВЧ. Причиной возникновения искажения ПС и появление помех на выходе УВЧ является нелинейность работы усилительных каскадов УВЧ. Эффект блокирования проявляется в подавлении ПС на выходе УВЧ при действии на его входе МС, несущая частота которой отличается от частоты настройки ПС. В большинстве случаев частота блокирующего МС может находится вне полосы пропускания ПФ1, но может находится в пределах полосы пропускания УВЧ. В некоторых случаях когда уровень МС немного превышает уровень ПС из-за нелинейности работы УВЧ подавление ПС может доходить до 6 дБ [2, с. 235]. В таких зонах качество приема телевизионного вещания резко ухудшается и даже становится невозможным, поэтому такие территории в литературе называются «слепыми зонами».

Проведем расчет параметров сигналов от передатчика БС и телевизионного передатчика на входе телевизионного приемника по формуле Введенского [3, с. 293]:

                                                                              (2)

где

P – излучаемая мощность на выходе телевизионного передатчика в Бишкеке, Вт;

D – коэффициент усиления антенн в разах.

Исходными данными взяты параметры БС ОсОО Скай Мобайл в городе Токмок координаты 751639 425031 (таблица 1). Частота излучения передатчика БС  = 791 - 801 МГц. Выходная мощность передатчика БС  = 40 Вт. Коэффициент усиления  = 20 дБ (100 раз) с круговой диаграммой направленности; высота подвеса передатчика БС 25 м; высота подвеса приемника ТВ . Расстояние от БС до ТВ приемника 2,3 км.

Рисунок 2. Местоположение БС в г. Токмок

Исходными данными взяты параметры телевизионного передатчика г. Бишкек (таблица 1): координаты 743619 425318; Выходная мощность телевизионного передатчика  = 2 кВт; Частота излучения  = 638 - 646 МГц. Высота подвеса антенны = 140 м; Коэффициент усиления антенны = 18 дБ (63 раза) с круговой диаграммой направленности; Расстояние от Бишкека до входа телевизионного приемника 54 км; Выходная мощность телевизионного передатчика 2 кВт.

Рисунок 3. Местоположение ТВ передатчика в г. Бишкек

Таблица 1.

Исходные данные для расчета по формуле 2

Используя формулу (3) [3, с. 293], определим напряжения сигналов на входе телевизионного приемника от телевизионного передатчика и передатчика БС. Ослабление в коаксиальном кабеле  в среднем не превышает 10 дБ.

                                                      (3)

Где:

 – напряженность эл. поля;

 – ослабление в коаксиальном кабеле, дБ.

Таблица 2.

Исходные данные для расчета по формуле 3

Выводы. Из результатов расчета по формулам (2) и (3) следует что уровень напряжения МС от БС на входе телевизионного приемника составляет , а уровень напряжения ПС от телевизионного передатчика на входе телевизионного приемника составляет . Превышения уровня МС от уровня ПС на входе телевизионного приемника составляет 24,7 дБмкВ/м (17,2 раз).

Для качественного приема телевизионного сигнала вблизи БС необходимо обеспечить  Для выполнения этого условия необходимо выполнить один из следующих вариантов технических мероприятий:

1. Установить телевизионный передатчик в Бишкеке формирующий уровень сигнала на входе телевизионных приемников не менее 323,6 мкВ. Это означает что необходимо увеличить мощность телевизионного передатчика в Бишкеке более чем в 100 раз, что является практически невозможным.
2. Установить фильтры на входе телевизионных приемников для подавления МС от БС, но это будет экономически не выгодно. Поскольку количество абонентов телевизионных приемников превышает более 1000.
3. Установить телевизионный передатчик вблизи БС, мощность которого будет превышать мощность БС в 5 ÷ 10 раз. При этом телевизионные передатчики в Бишкеке и в данной местности должны работать в одночастотном режиме (Single Frequency Network – SFN).
4. Перенести место расположение телевизионного передатчика на более высокую местность вблизи города Бишкек.

Список литературы:

1. Хохлов Б. Новые селекторы каналов для цифровых телевизоров // Радио. – 2007. – № 4. – с. 10 – 13.
2. Калашников Н.И. Системы радиосвязи. Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1988. – 352 с.: ил.
3. Мамчев Г.В. Теория и практика наземного цифрового телевизионного вещания. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2012. – 340 с.: ил.