Научная статья на тему 'Исследование электромагнитной совместимости излучающих радиосистем малого радиуса действия интеллектуального здания'

Исследование электромагнитной совместимости излучающих радиосистем малого радиуса действия интеллектуального здания Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
263
152
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Куюн А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование электромагнитной совместимости излучающих радиосистем малого радиуса действия интеллектуального здания»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.