ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДАВЛЕНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ И БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

​АННОТАЦИЯ

В работе представлены теоретические основы процессов подавления радиосигналов в системах мобильной и беспроводной связи. Рассмотрены физические принципы распространения электромагнитных волн, математические модели взаимодействия полезного сигнала и создаваемых помех. Приведены аналитические зависимости для оценки эффективности подавления в зависимости от параметров источников излучения, расстояния и характеристик среды распространения. Осуществлена классификация типов помех и их влияния на устойчивость каналов связи. Отмечены ограничения применения радиопомех и перспективы развития адаптивных методов подавления.

Ключевые слова: радиопомехи; подавление сигнала; электромагнитные волны; теория радиосвязи; математическая модель; сигнал/помеха; адаптивное подавление; 5G; распространение радиоволн.

Введение

В условиях широкого распространения сотовой и беспроводной связи возникает необходимость теоретического анализа процессов подавления радиосигналов. Теоретические исследования позволяют оценивать эффективность устройств подавления, прогнозировать влияние помех на каналы связи и разрабатывать более точные схемотехнические решения. Цель работы – изучение физических и математических моделей, лежащих в основе процессов подавления сигналов, выявление закономерностей и ограничений.

Физические основы распространения радиоволн

Электромагнитные волны, используемые для передачи данных в сотовой и беспроводной связи, подчиняются уравнениям Максвелла:

 и — электрическое и магнитное поля,

, ,

— плотность тока.

Распространение сигнала сопровождается затуханием по закону обратных квадратов:

— мощность на приёмнике,

— мощность передатчика,

— коэффициенты усиления антенн,

— длина волны,

— расстояние между передатчиком и приёмником.

Особенности распространения зависят от частотного диапазона: низкочастотные сигналы GSM (0,9–1,8 ГГц) лучше проникают через препятствия, в то время как миллиметровые волны 5G требуют прямой видимости и чувствительны к дифракции и отражениям.

Математические модели подавления радиосигнала

В качестве базовой модели рассматривается сумма полезного сигнала и помехи на входе приёмника. Эффект подавления оценивается через отношение сигнал/помеха (SIR):

— мощность полезного сигнала,

— мощность помехи.

Для успешного подавления требуется, чтобы на определённую величину, обычно 6–10 дБ в зависимости от чувствительности приёмника.

Математическая модель приёмного сигнала с помехой:

— полезный сигнал,

— сигнал-помеха,

— шум приёмника.

Энергетическая эффективность подавления оценивается через интеграл мощности помехи:

— период анализа. Чем выше , тем эффективнее подавление.

Классификация типов помех

Помехи делятся на шумовые, тональные и адаптивные. Шумовые помехи создают широкополосное воздействие, тональные — узкополосное, адаптивные — отслеживают частоту и амплитуду сигнала цели. Различные типы помех по-разному влияют на протоколы передачи данных и устойчивость связи.

Теоретическая оценка эффективности подавления

Аналитические расчёты позволяют определить максимальное расстояние действия, требуемую мощность генератора и коэффициент подавления. Моделирование спектра сигнала и помехи показывает зависимость эффективности от мощности, частоты и характеристик среды.

Для расчёта эффективного радиуса действия глушителя используют выражение:

— минимальная мощность сигнала для корректного приёма.

При проектировании адаптивной системы подавления учитывают спектральные характеристики:

где — количество подмешиваемых частот,

— амплитуда, частота и фаза каждой компоненты.

Моделирование спектра позволяет оптимизировать параметры глушителя для максимального подавления с минимальной мощностью излучения.

Ограничения применения и перспективы

Существуют законодательные и физические ограничения на использование устройств подавления. В перспективе развитие адаптивных и когнитивных систем позволит формировать помеху только на активных частотах, снижая побочное воздействие на другие службы связи.

Заключение

Теоретический анализ процессов подавления сигналов в беспроводных системах позволяет выявить закономерности эффективности и ограничения применения. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку адаптивных и интеллектуальных систем подавления с минимальным побочным воздействием.

Список литературы:

1. Артемьев С. Н., Рябинин А. В. Радиотехнические системы и устройства. — М.: Радио и связь, 2018.
2. Жуков И. П. Основы радиосвязи и передачи информации. — СПб.: БХВ-Петербург, 2020.
3. Коновалов А. М. Методы радиоподавления в системах мобильной связи // Вестник РТУ, 2021. — № 4. — С. 45–52.
4. ETSI TS 138.104 V16.3.0. 5G; Base Station radio transmission and reception (3GPP TS 38.104), 2020.
5. Петров В. С., Лапшин Д. А. Средства радиоподавления: принципы и перспективы // Электроника и радиотехника, 2022, №6, С.25–33.
6. Федеральный закон РФ №126-ФЗ «О связи». — Принят 7 июля 2003 г. (в ред. 2023 г.).