CC BY
170
Куюн А.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ИЗЛУЧАЮЩИХ РАДИОСИСТЕМ МАЛОГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ
Введение
В течение последнего десятилетия интенсивно создаются радио устройства малого радиуса действия (Short Range Devices - SRD). Поскольку использование в интеллектуальных зданиях SRD устройств, принимает массовый характер, то оценим их электромагнитную совместимость (ЭМС) с другими РЭС.
Устройства SRD могут выступать в качестве источников помех (интерференции) для других систем, и сами могут подвергаться воздействию внешних помех. Интерференция возникает, если устройства работают с перекрыванием частоты; в непосредственной близости друг от друга; одновременно; с перекрытием диаграмм направленности антенн; а также зависит от плотности размещения передатчиков в пространстве.
Внутриканальные помехи и блокирование
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:
Р™= МВЧ + 3 = -70 + 3 = -67 . (1)
прм ' '
На частоте 2,45 ГГц, для расстояний меньших 15 метров, потери распространения оцениваются соотношением:
Ln(d), дБ = 40,2 + 20 log d , (2)
а для расстояний больших 15 метров Ln(d), дБ = 63,7 + 20 log d/15 , (3)
где d - дистанция, м.
Зависимость затухания сигнала от расстояния внутри помещения представлена на рис.1.
Рис. 1. Зависимость затухания сигнала от расстояния внутри помещения Оценим МСП и защитную дистанцию d3. С этой целью вычислим МСП как:
LMCn = Рпрд - Рпрм + C/I , (4)
где РПрд - эффективная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ) интерферирующего передатчика, дБм; C/I -отношение сигнал-интерференция для приемника Bluetooth, дБ.
Если положить Ln = LMqu, то защитную дистанцию d3 между интерферирующими передатчиком и приемником можно оценить формулами: d = 1Q(Ln - 40,2) / 20
для Ln < 63,7 дБ, и
d = i5(Ln - 63,7) 1 30
-з 15 , для Ln > 63,7 дБ.
Виды интерференции от различных источников помех при воздействии на устройства технологии Bluetooth, показаны в таблице 1.
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
где 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 счёт 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.
Исходные данные и рассчитанные для них защитные дистанции для различных источников помех с 100% рабочими циклами передатчиков при воздействии на устройства технологии Bluetooth в зависимости от механизма интерференции, приведены в таблице 2.
Таблица 2
RFID RLAN FHSS RLAN DSSS Цифровое средство ENG/OB с мобильной видеокамерой
ЭИИМ. Ризл, дБм 36 20 20 35
Полоса частот, МГц 0,35 1 15 7,4
Процент занятости передатчика, % 100 100 100 100
С/I Bluetooth приемника при внутрика-нальной интерференции, дБ 11 11 11 11
С/I Bluetooth приемника при блокировании, дБ -40 -40 -40 -40
Рпрмг дБм -67 -67 -67 -67
МСП при внутриканальной интерференции, дБ 35,2 47,0 63,0 53,3
МСП при блокировании, дБ 86,2 47,0 63,0 104,3
Защитная дистанция dз, м, при Ln < 63,7 дБ - 2,19 14,2 -
Защитная дистанция dз, м, при Ln > 63,7 дБ 85 339
Интермодуляционные помехи
Это один из видов побочных радиоизлучений, возникающих при одновременной работе радиоэлектронных средств, расположенных на одном объекте интеллектуального здания. Эти побочные радиоизлучения, возникают в результате воздействия на нелинейные элементы высокочастотного тракта радиопередающего устройства, генерируемых колебаний и внешнего электромагнитного поля (от других передатчиков). Выделяют две основные причины возникновения интермодуляционных колебаний: 1) мешающий сигнал поступает на око-
нечный каскад передатчика и усиливается вместе с полезным сигналом; 2) сигнал на частоте помехи, изменяет параметры активного элемента во времени, что приводит к модуляции полезного сигнала на рабочей частоте и к появлению в спектре выходного сигнала передатчика интермодуляционных составляющих. При взаимодействии двух передатчиков с рабочими частотами f и интермодуляционные составляющие возникают на частотах fu = Pf1 + nf2 , p, n = ± 1, 2, 3..., и их число быстро увеличивается с ростом порядка интермодуляции .
Оценим интермодуляционные помехи на примере технологии Bluetooth и устройств радиочастотной идентификации и обнаружения RFID мощностью 4 Вт. Поскольку в технологии Bluetooth и устройствах RFID используется широкополосный сигнал со скачкообразной перестройкой частоты FHSS, то существует вероятность того, что при определенной разности частот появится интермодуляционная составляющая помехи на частоте приемника Bluetooth.
В соответствии со спецификациями два передатчика могут создавать интермодуляционные помехи для Bluetooth, если каждый имеет уровень помех равный
-3 9 дБм. Используя известные закономерности расчета потерь при распространении, можно определить защит-
ное расстояние Rd = 35м, и защитную область Sd:
Sd = яЯй2 = 3848 м2 (5)
Для высокой плотности устройств RFID ("горячая точка", р =2•103м2 ) общее М их число устройств RFID в защитной области Bluetooth составляет:
Вероятность интермодуляции Р^м (для двух частот) внутри двух полос частот 2AfBluetooth
устройств Bluetooth, которым создаются помехи, определяется как:
РИМ =------2----= — = 0,0253 . (7)
24fBluetooth 79
Вероятность совпадения диаграммы направленности антенны RFID устройства с диаграммой направленности приемника помех Bluetooth будет равна:
90
Рдн =----= 0,25 . (8)
ДН 360
Вероятность совпадения по времени действия RFID с приемником помех Bluetooth будет равна
Рвр = 0,15 .
Суммарная вероятность для 3-й интермодуляционной гармоники определяется как:
/ \М
Р£ = 1- ( 1- РИМ • РДН • РВР ) . (9)
Приняв М = 8 определим верхнее значение вероятности помех для самой высокой плотности "горячей точ-
ки" :
\8
М= Pd • р = 3848• 2• 10-3 = 7,7 . (6)
выше и ниже
Р = 1-(1- 0,0253 • 0,25• 0,15 ) = 0,00756 . (10)
По результатам выше проделанных расчетов можно сделать вывод, что воздействие интермодуляционных помех для Bluetooth от устройств RFID мощностью 4 Вт незначительно. Основной мерой по уменьшению интермодуляционных излучений состоит, в уменьшении степени связи между передающими антеннами путем их рационального размещения, обеспечивая защитную дистанцию d3 между устройствами. Рассчитанные выше защитные дистанции между устройствами технологии Bluetooth с другими РЭС составили: для RFID 85 метров, RLAN с FHSS 2,19 метров, RLAN с DSSS 14,2 метров, а для цифрового средства ENG/OB с мобильной видеокамерой 339 метров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Compatibility of Bluetooth with other existing and proposed Radio communication Systems in the 2.45 GHz frequency band. - ERC Report 109, October 2001
2. ERC Decision of 12 March 2001 on harmonized frequencies, technical characteristics and exemption from individual licensing of Non-specific Shot Range Devices operating in the frequency band 2 4 0 0-2 4 83.5 MHz (ERG/DEC/(01)05) .
3. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учебное пособие / Под ред. д.т.н., проф. М.А. Быховского. - М.: Эко-Трендз, 2006. - 376 с.
