Анализ электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств радиовещательной и подвижной служб в полосах частот 694-790 МГц и 790-862 МГц в Кыргызской Республике

АННОТАЦИЯ

Технологическая эффективность использования частотного спектра стала в настоящее время важным научно-прикладным направлением. Поскольку она зависит от методов сжатия и параметров схемы модуляции при передаче сигнала, после перехода на цифровое вещание за счет более эффективного использования радиочастотного ресурса можно ожидать высвобождения некоторого количества спектра, который может быть применен появившимися за последнее время наиболее перспективными, востребованными, социально значимыми и прибыльными способами.

Также не остаются в стороне вопросы, связанные с будущим совместным использованием радиочастотного спектра организациями телерадиовещания и телекоммуникации. Развитие цифровых технологий в Кыргызстане и переход на цифровое вещание в стандарте DVB-T2 являются важнейшей задачей государства в перспективе. Строительство сетей четвертого поколения LTE совпадает с переходом на цифровое вещание, что позволит использовать близкие полосы спектра в диапазоне 470-694 МГц.

В данной статье рассматриваются возможности использования первого и второго цифровых дивидендов. Определены возможные пути возникновения взаимных помех, по результатам проведенных анализов электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств радиовещательной и подвижной служб. Дана оценка значимости и перспективности использования полос частот 694–790 и 790–862 МГц в Кыргызской Республике.

ABSTRACT

Technological efficiency of frequency spectrum use has become an important scientific and applied direction nowadays. Because it depends on the compression methods and parameters of the modulation scheme under the transmission signal, after the transition to digital broadcasting due to more efficient use of radio-frequency resources can be expected the release of a certain amount of spectrum that can be applied by emerged the most promising, popular, socially significant and profitable ways in recent years.

Also, questions relating to the future joint use of radio-frequency spectrum organizations broadcasting and telecommunications do not stay aside. The development of digital technologies in Kyrgyzstan and the transition to digital broadcasting in DVB-T2 standards are an important task of the state in the long term. The construction of the fourth-generation LTE networks coincides with the transition to digital broadcasting that allows using similar spectrum bands in the range 470-694 MHz.

In the article possibilities of using the first and the second digital dividends are considered. Possible ways of interference occurrence are determined based on results of carried out analysis of electromagnetic compatibility of radio electronic means of broadcasting and mobile services. The estimation of the value and prospects of the bands 694-790 and 790-862 MHz frequencies in the Kyrgyz Republic is given. 

Под определением “цифровой дивиденд" обычно подразумевается некоторая часть радиочастотного спектра в диапазонах 174–230 МГц и 470–862 МГц, которая может быть освобождена при переходе на цифровое телевещание. Такая возможность связана с тем, что для передачи одинакового количества программного контента в цифровом формате требуется в несколько раз меньшее количество частотного ресурса: в одном телеканале может передаваться до 8–9 телепрограмм [3; 4].

Освобождающиеся частоты могут быть использованы для организации других радиослужб, и не удивительно, что первым претендентом являются мобильная связь и передача данных, для которых использование более низких частот с лучшими характеристиками распространения означает существенный выигрыш в стоимости инфраструктуры.

В свою очередь, службы телерадиовещания также заинтересованы в доступе к “цифровому дивиденду" для расширения предоставляемых услуг, как в количественном отношении (путем увеличения объема вещания в стандартном формате), так и в качественном (путем перехода на вещание в высоком разрешении, 3D и т. д.).

Однако за период времени, прошедший с появления понятия “цифровой дивиденд", стало ясно, что службы телекоммуникации будут основным его бенефициаром. Уже через год после региональной конференции по планированию цифрового телерадиовещания в диапазонах 174–230 и 470–862 МГц (РКР), которая проходила под эгидой Международного союза электросвязи в Женеве в 2006 году, на Всемирной конференции по радиосвязи 2007 года (ВКР-07) был открыт путь для использования этого спектра службами мобильной связи. В частности, в полосе спектра 790–862 МГц мобильные частотные присвоения получили первичный статус (с 17 июня 2015 года) наряду с присвоениями для телевизионного вещания. Следует отметить, что в 19 странах района один такой статус в полосе частот 830-862 МГц существовал еще до ВКР-07. Кроме того, еще шесть стран приняли решение о немедленном использовании полосы частот 790–830 МГц для подвижной службы [1].

Естественно, что основная проблема, которая возникает при использовании некоего общего ресурса различными приложениями – это степень их взаимного влияния и вытекающие отсюда ограничения на работу каждого из них. Для минимизации такого влияния изначально использовался подход, принятый на РКР 2006 г. и подтвержденный ВКР-07, который заключался в том, чтобы частотные присвоения для мобильных систем были совместимы с методами и подходами, принятыми на РКР 2006 г. для систем вещания – то есть не требовали дополнительной защиты и не создавали дополнительных помех. При этом теоретически они органично вписываются в частотные планы РКР 2006 г. и не требуют дополнительного согласования. На практике такой механизм может не дать удовлетворительных результатов, поскольку был разработан для сетей фиксированного вещания и не способен принять во внимание динамику мобильной связи [2].

Структурами мобильной связи создаются следующие механизмы помехи для приема телевизионных сигналов:

•      определенные помехи, создаваемые базовыми станциями;
•      пользовательские аппаратуры, которые создают помехи для приема сигналов.

Наличие базовых станций, находящихся в близости к телевизионным антеннам, которые расположены в плотной городской застройке, может привести к блокировке приема за счет повышения уровня шума в соседних каналах, а также перегрузке входных каскадов телеприемников.

 Возникновение такого эффекта возможно при работе подвижной связи (LTE, UMTS, WiMAX) в качестве «цифрового дивиденда» близко к рабочей частоте телевещания в этом районе.

Рабочая группа Европейского союза радиовещания (EBU) выявила такие помехи и дала им условное название «прокалывание отверстий» базовыми станциями. В зоне обслуживания телевизионных сетей вокруг базовых станций возможно образование круговых областей, размером до десятков сотен метров – так называемые «слепые» зоны.

В этих местах прием сигналов эфирного телевидения становится низким или даже невозможным.

В ряде работ, посвященных анализу влияния коммуникационных пользовательских устройств (ПУ) стандарта (LTE, UMTS, WiMAX) на работу цифровых телевизионных приемников (ЦТВ приемник), отмечается, что создаваемые ими помехи могут оказаться более интенсивными, чем помехи базовых станций. Объясняется это тем, что распространение сигналов от ПУ часто сопровождается эффектами частотно-селективного и быстрого затухания, которые, в свою очередь, приводят к интенсивному использованию контроля мощности для поддержания надежного соединения с базовой станцией. В результате этого сигнал от ПУ может носить выраженный характер импульсной помехи, которая, как известно, представляет значительную трудность для механизмов коррекции ошибок в ЦТВ приемниках. По разным оценкам, длительность такой импульсной помехи составляет около 10 мс [5; 6].

Можно сделать приблизительную верхнюю оценку мощности помехи от ПУ вблизи приемной телевизионной антенны, предполагая, что они находятся в пределах прямой видимости друг друга, и для простоты допуская распространение сигнала в свободном пространстве. Уровень излучаемой мощности ПУ можно взять равным 0,25 Вт.

Пользуясь формулой для оценки напряженности поля Е (дБмкВ/м), создаваемого изотропным источником P₁ (дБВт) на расстоянии d (км):

Е = P₁ - 20log(d) + 74,8;

можно оценить, что на расстоянии 50 м это поле будет составлять около 95 дБмкВ/м, на расстоянии 100 м — около 89 дБмкВ/м.

Импульсная помеха такого уровня может серьезно нарушить работу ЦТВ приемника, особенно если он находится на границе зоны охвата.

В связи с тем, что большинство стран СНГ, а также страны Европы приняли решения об использовании полосы частот 790–862 МГц для подвижной службы наша республика также решила использовать данную полосу частот для подвижной службы. Тем самым принятое постановление Правительства КР № 692 от 2 ноября 2011 года «О переходе на цифровое телерадиовещание в Кыргызской Республике в полосах частот 174–230 и 470– 862 МГц» было пересмотрено, изменены полосы частот вышеуказанной программы на «…… 174–230 и 470–790 МГц. В этом случае данная полоса частот 790–862 МГц рассматривается как «дивиденд 1» в пользу подвижной службы.

Также в настоящее время во всем мире рассматривается использование полос частот 694–790 МГц (так называемый дивиденд II) для подвижной службы. Однако, как и некоторыми странами СНГ, Кыргызской Республикой данный вопрос еще не рассматривался. При теоретическом анализе внедрения цифрового дивиденда в Кыргызской Республике цифровое вещание потеряет от трех до 12 мультиплексов (в зависимости от зоны распределения) по всей территории республики. Например, в части территории Баткенской области, включая дивиденды I и II, Кыргызстан потеряет четыре покрытия (четыре мультиплекса).

Учитывая, что полосы частот ниже 1 ГГц имеют большое значение, особенно для некоторых развивающихся стран и стран с большой территорией, которым необходимы экономичные решения для районов с низкой плотностью населения, а также понимая необходимость экономически эффективного внедрения IMT и того, что характеристики распространения радиоволн в полосах частот ниже 1 ГГц позволяют организовать более крупные соты, наша республика готова рассмотреть полосу частот 694–790 МГц для ПС.

Также необходимо отметить, что в Кыргызской Республике переход от аналогового телевидения к цифровому, как ожидается, приведет к ситуациям, когда части полосы или вся полоса 470–790 МГц будут интенсивно использоваться для осуществления как аналоговых, так и цифровых наземных передач, и что спрос на спектр в течение переходного периода может оказаться еще большим, чем при использовании только аналоговых радиовещательных систем. В связи с этим решено, что распределение полосы частот 694–790 МГц для подвижной службы будет осуществлено после внедрения цифрового вещания.

В этой работе рассматриваются вопросы, связанные с будущим совместного использования радиочастотного спектра службами телерадиовещания и системы телекоммуникации.

Одной из важнейших задач развития цифровых технологии в Кыргызстане является переход на цифровое вещание в стандарте DVB – T2. Этот переход совпадает со строительством сетей четвертого поколения LTE, которые будут использовать близкие полосы спектра в диапазоне 470–694 МГц.

Данная работа требует тщательного рассмотрения всех этапов взаимного влияния и принятия предварительных мер по его уменьшению.  

В дополнение к уже отмеченному эффекту создания помех приему телевизионного вещания со стороны базовых станций мобильной связи необходимо также учитывать аналогичные помехи, создаваемые пользовательскими терминалами LTE, которые (по различным оценкам) могут быть более серьезными.

Существует, естественно, и обратный эффект: помехи работе телекоммуникационных сервисов со стороны сетей телевизионного вещания, которые могут значительно повлиять на стоимость их строительства и эксплуатации.