Interference protection for telecommunication wireless devices

Full Text

Введение На современном этапе развития инфокоммуникационных систем на базе телекоммуникационных каналов связи широко применяется их интеграция с локальными радиосетями передачи данных с использованием беспроводных устройств для тестирования и радиочастотной идентификации портов оборудования как проводных, так и беспроводных сетей. Постоянное увеличение плотности размещения портов и радиоэлектронных средств (РЭС) беспроводных сетей и средств для тестирования оборудования при ограниченном частотном ресурсе приводит к увеличению уровня взаимных помех, нарушая нормальную работу этих средств [1-3]. Поскольку использование беспроводных устройств для тестирования оборудования интегрированных инфокоммуникационных систем принимает массовый характер, необходимо оценить их электромагнитную совместимость (ЭМС) с другими РЭС инфокоммуникационных систем. Оценка внутриканальных помех и блокировка методом совокупных потерь Беспроводные устройства для тестирования могут выступать в качестве источников помех (интерференции) для других систем, и сами могут подвергаться воздействию внешних помех. Интерференция возникает, если устройства работают с перекрытием частоты; в непосредственной близости друг от друга; одновременно; с перекрытием диаграмм направленности антенн; а также зависит от плотности размещения передатчиков в пространстве [4-7]. Плотное и размещение антенн приводит к тому, что электромагнитные поля, излучаемые антеннами радиопередатчиков (РПД), могут создавать в антеннах радиоприемников (РПМ) высокочастотную ЭДС, что может привести к перегрузке входных каскадов и нарушение нормального функционирования РПМ или даже выхода из строя. Не менее опасным являются одновременное воздействие нескольких сигналов, порождающих в выходных каскадах и выходных каскадах РПМ интермодуляционные помехи, которые могут попасть в полосу рабочих частот приемников и ухудшать условия приема полезных сигналов. Принципы измерений, анализа и диагностики должны совершенствоваться для создания эффективной системы эксплуатации, контроля и обеспечения качества телекоммуникационной инфраструктуры инфокоммуникационных систем. Рассмотрим принцип действия разработанной схемы радиочастотной идентификации портов оборудования [8] и используемые в ней беспроводные технологии. В данном решении, представленном на рис. 1, не требуются специальные коммутационные панели. Предложенную схему возможно реализовать с уже проложенной проводкой. С установленного в стойке коммутационного оборудования выполняется прямое считывание данных о подключениях между портами. Тип соединения (электрическое или оптическое) не имеет значения. Полученные данные передаются на консоль управления по локальной (локальный филиал) или глобальной сети (удаленные филиалы). При необходимости консолей может быть несколько. Активные радиочастотные катушки (РК) системы служат для определения местоположения пассивных трансиверов с точностью до нескольких миллиметров. Тонкие пластинки трансиверов прикрепляются на концах коммутационных шнуров. Трансивер является пассивным, поэтому источник питания не нужен. Функции взаимодействия выполняет модуль считывания. Это линейный контроллер, реализованный в виде шины, проходящей над или под розетками портов коммутационного оборудования. Шина имеет большое количество расположенных недалеко друг от друга катушек RFI (англ. Radio Frequency Identification - бесконтактная радиочастотная идентификация). Одному трансиверу могут соответствовать несколько катушек. Рис. 1. Схема радиочастотной идентификации портов Из схемы, представленной на рис. 1, видно, что взаимное влияние друг на друга могут оказывать устройства технологии Bluetooth, устройства RFI, оборудование локальных радиосетей передачи данных с использованием широкополосных методов модуляции (в том случае, если это оборудование интегрировано с проводной сетью). Цифровые средства с мобильной видеокамерой также могут быть использованы в интегрированных сетях. Оценим внутриканальные помехи и блокировку на примере устройств технологии Bluetooth при помощи метода минимальных совокупных потерь (МСП). Известно, что минимальный принимаемый сигнал в технологии Bluetooth, должен быть равен максимально возможной чувствительности (МВЧ), которая составляет -70 дБм. Минимальный принимаемый сигнал приемника Bluetooth, определяется формулой: Рпрм = МВЧ + 3 = -70 + 3 = -67. (1) На частоте 2,45 ГГц для расстояний, меньших 15 м, потери распространения оцениваются соотношением Lп (d), дБ = 40,2 + 20 log d , (2) а для расстояний, больших 15 м: Lп (d), дБ = 63,7 + 20 log d/15 , (3) где d - дистанция, м. Зависимость затухания сигнала от расстояния внутри помещения представлена на рис. 2. Рис. 2. Зависимость затухания сигнала от расстояния внутри помещения Оценим MСП и защитную дистанцию dз. С этой целью вычислим MСП как Lмсп = Рпрд - Рпрм + C/I, (4) где Pпрд - эффективная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ) интерферирующего передатчика, дБм; C/I - отношение «сигнал-интерференция» для приемника Bluetooth, дБ. Если положить Lп = Lмсп, то защитную дистанцию dз между интерферирующими РПД и РПМ можно оценить формулами dз = 10(Lп - 40,2)/20 ; для Lп < 63,7 дБ; dз = 15(Lп - 63,7)/30 ; для Lп > 63,7 дБ. Виды интерференции от различных источников помех при воздействии на устройства технологии Bluetooth, показаны в таблице 1. В таблице 1 введены обозначения: - RFID (Radio Frequency Identification Devices) - технология радиочастотной идентификации, радиочастотное распознавание осуществляется с помощью закрепленных за объектом специальных меток, несущих идентификационную и другую информацию; - RLAN (Radio Local Area Network) - локальные радиосети передачи данных с использованием широкополосных методов модуляции, которые обеспечиваются за счет использования таких способов расширения спектра, как программная перестройка частоты FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) или псевдослучайной последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum); - цифровое средство ENG/OB (Electronic News Gathering/Outside Broadcasting) с мобильной видеокамерой, осуществляющая передачу сигнала по радиоканалу. Исходные данные и рассчитанные для них защитные дистанции по изложенной выше методике для различных источников помех с 100% рабочими циклами передатчиков при воздействии на устройства технологии Bluetooth в зависимости от механизма интерференции приведены в таблице 2. Защитные дистанции для различных источников помех при воздействии на устройства технологии Bluetooth в зависимости от механизма интерференции приведены в таблице 3, которые были получены на основе измерений, проведенных английским агентством по радиосвязи (RA/UK). Таблица 1. Механизмы интерференции Bluetooth при различных источниках помех Источники помех Виды интерференции RFID Блокирование RLAN FHSS Блокирование RLAN DSSS Внутриканальные помехи Цифровое средство ENG/OB с мобильной видеокамерой Внутриканальные помехи Таблица 2. Защитные дистанции для различных источников помех в зависимости от механизма интерференции Показатели RFID RLAN FHSS RLAN DSSS Цифровое средство ENG/OB с мобильной видеокамерой ЭИИМ, Pпрд, дБм 36 20 20 35 Полоса частот, MГц 0,35 1 15 7,4 Занятость передатчика, % 100 100 100 100 С/I Bluetooth приемника при внутриканальной интерференции, дБ 11 11 11 11 С/I Bluetooth приемника при блокировании, дБ -40 -40 -40 -40 Pпрм, дБм -67 -67 -67 -67 MСП при внутриканальной интерференции Lмсп, дБ 63 47,0 47 62 MСП при блокировании LМСП, дБ 114 98 98 113 Защитная дистанция dз, м, при Lмсп < 63,7 дБ 13,8 2,19 - - Защитная дистанция dз, м, при Lмсп> 63,7 дБ - - 22,1 85,6 Таблица 3. Защитные дистанции для различных источников помех английского агентства по радиосвязи Показатели RFID RLAN FHSS RLAN DSSS Цифровое средство ENG/OB с мобильной видеокамерой С/I, дБ -33 -33 2,5 -2 MСП, дБ 70 54 77,7 91,3 Защитная дистанция dз, м, для Lп < 63,7 дБ - 4,9 - - Защитная дистанция dз, м, для Lп > 63,7 дБ 24 - 44 125 Защитные дистанции для различных источников помех при воздействии на устройства технологии Bluetooth в зависимости от механизма интерференции приведены в таблице 3, которые были получены на основе измерений, проведенных английским агентством по радиосвязи (RA/UK). Полученные результаты могут быть использованы при расчете электромагнитной совместимости беспроводных устройств малого радиуса действия не только для тестирования телекоммуникационного оборудования инфокоммуникационных систем [9-12], но и для наземного тестирования оборудования космических систем связи [13-14]. Заключение С помощью оценки электромагнитной совместимости детерминированным методом рассчитаны защитные дистанции между устройством технологии Bluetooth и следующими РЭС: RFID 13,8 м; RLAN с FHSS 2,19 м; RLAN с DSSS 22,1 м; цифровым средством ENG/OB с мобильной видеокамерой 85,6 м. Для уменьшения интермодуляционных излучений необходимо снизить степень связи между передающими антеннами путем их рационального размещения, обеспечивая рассчитанную защитную дистанцию между РЭС.

About the authors

Tatjana Sergeevna Abbasova

Finance and Technology Academy

Email: abbasova_univer@mail.ru

References

Supplementary files