Анализ международных документов, регламентирующих использование сверхширокополосных устройств

Положение об устройствах СШТ федеральной комиссии связи США

Развитие сверхширокополосных технологий (СШТ) началось с середины 50-х годов в рамках создания новых типов радарных систем. К 80-м годам были завершены основные теоретические исследования в области систем СШТ и созданы первые гражданские и военные системы для радиолокации, связи, позиционирования. Однако конкретных работ в области стандартизации и регулирования СШТ до последнего времени не проводилось. Переломным моментом в этой ситуации стало решение FCC (Федеральной комиссии связи США) по СШТ от 14 февраля 2002 г., утвердившее Положение о системах СШТ и разрешившее продажу и использование некоторых типов устройств, основанных на СШТ [1].

В соответствии с Положением, все устройства СШТ разбиты на 3 категории (рисунок 1), для которых установлены технические стандарты и ограничения на использование, учитывающие потенциальные возможности создания помех устройствами СШТ [2]:

Рис. 1. Типы устройств СШТ по классификации FCC

1. Системы связи и измерительные системы. Данные системы включают в себя широкий круг устройств, в которых применятся СШТ, например, быстродействующие сети обмена данными для домашнего и офисного применения, устройства позиционирования, измерения объема помещений и т.д.
2. Радарные системы на транспортных средствах. Данные системы устанавливаются на транспортных средствах и предназначены для обнаружения местоположения и перемещения объектов вблизи транспортного средства.
3. Системы обнаружения объектов (формирования изображений). Данные системы включают в себя:
4. Радары подземного зондирования, предназначенные для обнаружения или формирования изображения захороненного в земле объекта, должны находиться в контакте с землей или очень близко к ее поверхности. Применение этих систем ограничивается задачами правоохранительных органов, спасательных служб и научных исследований.
5. Медицинские системы, предназначенные для получения изображений внутренних органов.
6. Устройства контроля территорий, предназначенные для обнаружения вторжения в охраняемые зоны.
7. Системы обнаружения объектов в стенах, предназначенные для обнаружения объектов находящихся в стене и исследования структуры объекта. Применение этих систем ограничивается задачами правоохранительных органов, спасательных и специальных служб и научных исследований.
8. Системы обнаружения объектов через стену, предназначенные для обнаружения местоположения и перемещения людей или объектов, расположенных за препятствием. Применение этих систем ограничивается задачами правоохранительных органов и спасательных служб.

При этом использование систем обнаружения объектов (формирования изображений) должно согласовываться с FCC.

В соответствии с Положением для всех устройств СШТ максимальное значение излучаемой спектральной плотности мощности ограничено значением –41,3 дБм/МГц (напряженность поля 500 мкВ/м в полосе, шириной 1 МГц, на расстоянии 3 метра). Это ограничение соответствует средней величине спектральной плотности ЭИИМ, которая эквивалентна средней величине напряженности поля, установленной Частью 15 Правил FCC для непреднамеренно излучающих устройств на частотах выше 1 ГГц.

Кроме того, для защиты существующих систем от помех со стороны устройств СШТ, FCC установлены соответствующие ограничения на излучения устройств СШТ (Табл. 1 и  2). Соответствующие маски излучений систем СШТ приведены на Рисунках 2 – 5. Наиболее существенные ограничения накладываются на излучение в полосе частот 960-1610 МГц. Данные меры в первую очередь направлены на защиту системы глобального позиционирования GPS от возможных помех со стороны устройств СШТ.

Таблица 1

Полосы частот, выделенные FCC для устройств СШТ.

Рекомендации CEPT

Исследования, выполненные FCC, послужили основой для работ, проводимых в рамках СЕРТ и МСЭ, по разработке нормативной базы, регламентирующей использование СШТ.

Вопросами использования внутриофисных устройств СШТ в СЕРТ занимается специально созданная проектная группа SE 24. В рамках данной группы разработаны модификации спектральных масок излучений, предложенных FCC для систем СШТ (Рис.  6 и  7)  [3, 4].

Кроме того, сформирована целевая группа ECC TG3, ответственная за решение основных регулирующих вопросов касательно использования сверхширокополосных беспроводных устройств. В частности, указанная группа разрабатывает требования для устройств СШТ первого поколения, которые будут функционировать в нижних диапазонах частот (до 5 ГГц).

Таблица 2

Максимальные значения спектральной плотности мощности для устройств СШТ, установленные FCC

Рис 2. Маска FCC для излучений СШ устройств обнаружения (радаров подземного зондирования, систем обнаружения объектов в стенах, медицинских систем)

Рис.3. Маска FCC для излучений СШТ устройств обнаружения (систем обнаружения объектов через стену, устройств контроля территорий)

Рис.  4. Маска FCC для излучений СШТ устройств, предназначенных для связи и измерений в помещениях. Центральные частоты устройств выше 3,1 ГГц

Рис.  5. Маска FCC для излучений переносных СШТ устройств, предназначенных для связи и измерений вне помещений. Центральные частоты устройств выше 3,1 ГГц

Рис 6. Маска CEPT для устройств в помещении

Рис 7. Маска CEPT для устройств вне помещений

В отличие от FCC, использующей ступенчатые спектральные маски для ограничения плотности мощности излучений устройств СШТ, СЕРТ предлагает использовать спектральные маски с наклонными спадами спектра, при этом:

- обеспечивается более существенная защита от помех для критически чувствительных служб, работающих ниже 3,1 ГГц и выше 10,6 ГГц;
- спектральная маска более точно соответствует спектру СШТ сигнала.

Допустимые значения средних уровней плотности мощности устройств СШТ в соответствии с рекомендациями проектной группы СЕРТ SE 24 приведены в таблице  2.3 [4].

Таблица 3

Максимальные значения спектральной плотности мощности для устройств СШТ, установленные проектной группой СЕРТ SE 24

Основным отличием данных масок от используемых FCC является ограничение спектральной плотности мощности до уровня –75 дБм/МГц на частотах ниже 960 МГц. Такая модификация обусловлена необходимостью защиты многочисленных европейских систем радиосвязи, центральные частоты которых находятся ниже 1 ГГц.

Анализ приведенных данных показывает, что в области более низких частот спад затухания спектральных масок, предлагаемых проектной группы СЕРТ SE 24, соответствует требованиям FCC на частотах 3,1 и 1,66 ГГц с ограничениями плотности излучаемой мощности  –51,3 дБм/МГц и –75 дБм/МГц соответственно. В области более высоких частот предлагаемые спектральные маски соответствуют требованиям FCC на частотах 10,6 ГГц с ограничением плотности излучаемой мощности  –51,3 дБм/МГц. Наклон спада на более высоких частотах представляет собой зеркальное отражение наклона на более низких частотах.

Исследования Международного союза электросвязи

В связи с высоким интересом, предъявляемым к устройствам СШТ в США и Европе, в июле 2002 года на собрании Исследовательской комиссии 1 МСЭ-R было принято решение о создании Целевой группы 1/8, в рамках которой предусматривается проведение работ по следующим направлениям:

- характеристики устройств СШТ;
- совместимость между устройствами СШТ и службами радиосвязи;
- регламентные вопросы;
- методы измерений.

Для оценки совместимости устройств СШТ и служб радиосвязи предлагается использование критериев защиты, разработанных в соответствующих Рекомендациях МСЭ-R (таблица 4).

Таблица 4

Рекомендации МСЭ-R, определяющие критерии защиты служб радиосвязи.

В соответствии с указанными рекомендациями сформированы следующие ограничения на допустимые уровни помех.

Спутниковая служба исследования земли

Допустимый уровень помехи в полосах частот, распределенных спутниковой службе исследования земли для систем спутникового пассивного дистанционного зондирования, приведен в таблице 5. Указанные значения не должны превышаться более чем в 5% времени работы систем спутникового пассивного дистанционного зондирования при случайном характере помехи и 1% при систематическом характере.

Таблица 5

Максимальный уровень помехи для систем спутникового дистанционного зондирования

В соответствии с Рекомендациями МСЭ-R, для активной спутниковой службы исследования Земли, работающей в полосе частот 5250 – 5460 МГц, допустимый уровень помехи составляет –88 дБм в полосе 210 МГц или –111 дБм/МГц.

Радиоастрономическая служба

Допустимые значения уровня помех для радиоастрономической приемной аппаратуры от наземных источников приведены в таблице 6. Данные уровни применимы к наземным источникам мешающих сигналов и справедливы для преднамеренных и нежелательных излучений. Допустимые значения плотности потока мощности и спектральной плотности потока мощности, приведенные в таблице 6, основаны на уровне боковых лепестков в 0 дБи и должны рассматриваться как общий критерий помех для радиоастрономических наблюдений высокой чувствительности, когда помехи не действуют на ближние боковые лепестки.

Таблица 6

Допустимые значения пороговых уровней помех для радиоастрономической приемной аппаратуры

Фиксированная служба

Максимально допустимые значения уровня помех, рекомендуемые МСЭ-R для оценки совместимости РЭС фиксированной связи и устройств СШТ, приведены в таблице 7.

Таблица 7

Максимально допустимый уровень помех для РЭС фиксированной службы

Подвижная спутниковая служба

В соответствии с Регламентом радиосвязи, использование полосы частот 1544-1545 МГц (линия космос-Земля) ограничивается использованием глобальной системы оповещения о бедствии (Коспас-Сарсат), предназначенной для определения местоположения терпящих бедствие объектов. Допустимый уровень помехи на выходе антенны приемной земной станции, в указанной полосе частот, приведен в таблице 8.

Таблица 8

Допустимая спектральная плотность мощности помехи для земных станций глобальной системы оповещения о бедствии (Коспас-Сарсат)

Кроме того, в соответствии с примечанием 5.340 Регламента радиосвязи (примечание 177 в национальной ТРЧ), в отдельных полосах частот (таблица 9), распределенных пассивным службам, запрещены любые излучения.

Таблица 9

Полосы частот, запрещенные для излучений

Учитывая огромное значение указанных диапазонов для научных исследований, в частности, работ по программам исследования атмосферы земли, радиоастрономическим исследованиям, МСЭ-R рекомендует принимать все возможные меры для защиты указанных полос, включая запрет на излучения в указанных полосах или оборудование устройств СШТ режекторными фильтрами.

В ходе изучения совместимости устройств СШТ и других служб радиосвязи, Целевой группой 1/8 были проведены предварительные оценки необходимых защитных расстояний между устройствами СШТ, цифровыми системами сухопутной подвижной связи, системами цифрового телевидения и устройствами малого радиуса действия технологии Bluetooth. Для оценок использовались спектральные маски разработанные FCC и CEPT [4, 5]. Полученные защитные расстояния соответствуют значениям 2-10 м. Указанные значения будут уточняться в ходе в дальнейших исследований.

Кроме того, в ходе проведения исследований возникает целый ряд вопросов, которые требуют корректировки традиционной трактовки регламентных определений и терминов. В частности, для устройств СШТ не определена такая базовая категория Регламента радиосвязи как «служба», не решен вопрос с потребностями в спектре для систем СШТ, нет четкой позиции относительно применимости традиционных определений занимаемой ширины полосы частот, значений внеполосных и побочных излучений применительно к устройствам СШТ.

Таким образом, несмотря на большой объем предварительных исследований проведенных в рамках МСЭ-R, все они носят предварительный характер и требуют уточнения в ходе дальнейших работ.

Выводы

Литература