Приложение А (справочное). Обоснование выбора модуляции при испытаниях, относящихся к защите от радиочастотной эмиссии цифровых радиотелефонов

Приложение А
(справочное)

Обоснование выбора модуляции при испытаниях, относящихся к защите от радиочастотной эмиссии цифровых радиотелефонов

А.1 Обзор различных методов модуляции

На частотах свыше 800 МГц возможная эмиссия помех связана прежде всего с цифровыми радиотелефонами, использующими модуляцию с непостоянной огибающей излучаемого сигнала.

При разработке настоящего стандарта были рассмотрены следующие методы модуляции при создании электромагнитного поля:

- амплитудная модуляция синусоидальным сигналом частотой 1 кГц при глубине модуляции 80 %;

- амплитудная модуляция сигналом, имеющим форму меандра со скважностью 2 и частотой повторения 200 Гц при глубине модуляции 100 %;

- импульсный радиочастотный сигнал, приближенно моделирующий характеристики различных систем радиосвязи, например скважность 8 при частоте повторения 200 Гц для системы GSM, скважность 24 при частоте повторения 100 Гц для портативного оборудования системы DECT и т.д. (см. сведения о системах GSM и DECT в приложении G);

- импульсный радиочастотный сигнал, точно моделирующий характеристики конкретной системы [например, для системы GSM: скважность 8, частоту повторения 200 Гц, а также вторичные эффекты, такие как режим прерывистой передачи (частота модуляции 2 Гц), и связанные с многокадровой структурой сигнала (компонента частотой 8 Гц)].

Результаты качественного сопоставления соответствующих методов модуляции обобщены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Сравнение методов модуляции

Метод модуляции	Преимущества	Недостатки
Амплитудная модуляция синусоидальным сигналом	1 Эффекты нарушения функционирования оборудования, как показывают эксперименты, в целом одни и те же при использовании сигналов с различными видами модуляции с непостоянной огибающей при условии, что максимальное среднеквадратичное значение сигнала одинаково. 2 Нет необходимости устанавливать и измерять время нарастания импульсов TDMA. 3 Данный вид модуляции принят в настоящем стандарте и IEC 61000-4-6. 4 Оборудование для генерирования и измерения параметров испытательного поля имеется в наличии. 5 При испытаниях аудиотехники с аналоговой обработкой сигнала на выходе ИО в результате демодуляции возникает аудиосигнал, который может быть измерен узкополосным измерительным прибором при малом уровне шумов. 6 Была показана эффективность данного вида модуляции при моделировании воздействия на ИО сигналов с другими видами модуляции (частотной, фазовой, импульсной)	1 Не моделирует TDMA. 2 Приводит к незначительному повышению жесткости испытаний для отдельных ИО. 3 При использовании данного вида модуляции могут быть не выявлены некоторые процессы воздействия на ИО, приводящие к отказам функционирования
Амплитудная модуляция сигналом в форме меандра	1 Подобна TDMA. 2 Может применяться в качестве универсальной модуляции. 3 Может обеспечить обнаружение неизвестных процессов воздействия, приводящих к отказам в работе оборудования (чувствительного к быстрым изменениям огибающей радиочастотного сигнала).	1 Не в полной мере моделирует TDMA. 2 Требует применения нестандартного оборудования для генерирования сигнала. 3 При демодуляции в ИО возникают широкополосные аудиосигналы, измерение которых необходимо осуществлять широкополосными измерительными приборами при повышенном уровне шумов. 4 Необходимо регламентировать время нарастания импульсов
Радиочастотные импульсы	1 Возможно точное моделирование TDMA. 2 Может обеспечить обнаружение неизвестных процессов воздействия, приводящих к отказам в работе оборудования (чувствительного к быстрым изменениям огибающей радиочастотного сигнала)	1 Требует применения нестандартного оборудования для генерирования сигнала. 2 Необходимо иметь возможность изменять параметры модулирующих сигналов, чтобы привести их в соответствие с характеристиками каждой из конкретных систем (GSM, DECT и т.д.). 3 При демодуляции в ИО возникают широкополосные аудиосигналы, измерение которых необходимо осуществлять широкополосными измерительными приборами при повышенном уровне шумов. 4 Необходимо регламентировать время нарастания импульсов

А.2 Экспериментальные результаты

Для определения зависимости между используемым методом модуляции и производимым воздействием на ИО была проведена серия экспериментов. При этом проверяли следующие методы модуляции:

a) амплитудную модуляцию синусоидальным сигналом частотой 1 кГц при глубине модуляции 80 %;

b) импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы GSM, со скважностью 8, частотой повторения 200 Гц;

c) импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы DECT, со скважностью 2, частотой повторения 100 Гц (базовая станция);

d) импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы DECT, со скважностью 24, частотой повторения 100 Гц (портативное оборудование).

В каждом случае использовали один вид модуляции из применяемых в системе DECT.

Результаты проверки обобщены в таблицах А.2 и А.3.

Таблица А.2 - Относительные уровни воздействия помехи ^а

Метод модуляции b		Амплитудная модуляция синусоидальным сигналом частотой 1 кГц при глубине модуляции 80 %, дБ	Импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы GSM, со скважностью 8, частотой повторения 200 Гц, дБ	Импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы DECT, со скважностью 24, частотой повторения 100 Гц, дБ
ИО	Выходной аудиосигнал
Слуховой аппарат с	Невзвешенный (соответствующий огибающей 21 Гц - 21 кГц)	0 d	0	-3
	Взвешенный (учитывающий частотную зависимость акустического усиления)	0	-4	-7
Аналоговый телефонный аппарат е	Невзвешенный	0 d	-3	-7
	Взвешенный	-1	-6	-8
Радиоприемник f	Невзвешенный	0 d	+ 1	-2
	Взвешенный	-1	-3	-7
а За уровень воздействия помехи принят уровень аудиосигнала на выходе ИО при воздействии электромагнитного поля. Низкий уровень воздействия эквивалентен высокому уровню помехоустойчивости оборудования. b Важно: амплитуду несущего сигнала регулируют так, чтобы максимальное среднеквадратичное значение (см. раздел 3) испытательного (воздействующего) сигнала было одинаковым при всех методах модуляции. с При воздействии внешнего электромагнитного поля частотой 900 МГц. Выходной аудиосигнал представляет собой акустический выходной сигнал слухового аппарата, измеренный с применением искусственного уха, подсоединенного с помощью трубки длиной 0,5 м. d Выбран в качестве опорного уровня выходного аудиосигнала, т.е. соответствует 0 дБ. е При воздействии радиочастотного тока, наведенного в телефонном кабеле на частоте 900 МГц. Выходной аудиосигнал представляет собой напряжение звуковой частоты, измеренное в телефонной линии. f При воздействии радиочастотного тока, наведенного в кабеле электропитания на частоте 900 МГц. Выходной аудиосигнал представляет собой акустический сигнал громкоговорителя, измеренный с помощью микрофона.

Таблица А.3 - Относительные уровни помехоустойчивости ^a

Метод модуляции b		Амплитудная модуляция синусоидальным сигналом частотой 1 кГц при глубине модуляции 80 %, дБ	Импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы GSM, со скважностью 8, частотой повторения 200 Гц, дБ	Импульсный радиочастотный сигнал, подобный сигналу системы DECT, со скважностью 24, частотой повторения 100 Гц, дБ
ИО	Характер реакции ИО
Телевизионный приемник c	Заметное ухудшение изображения	0 d	-2	-2
	Сильное ухудшение изображения	+ 4	+ 1	+ 2
	Изображение отсутствует	+ 19	+ 18	+ 19
Цифровой терминал с интерфейсом RS 232 е	Искажения на видеоэкране	0 d	0	-
	Ошибки данных	> + 16	> + 16	-
Модем с интерфейсом RS 232 f	Искажения данных (при вводе помехи в телефонный кабель)	0 d	0	0
	Искажения данных (при вводе помехи в кабель интерфейса RS 232)	> + 9	> + 9	> + 9
Регулируемый лабораторный источник питания g	Ошибка установки уровня постоянного тока 2 %	0 d	+ 3	+ 7
Кросс SDH h	Порог допустимых битовых ошибок	0 d	0	-
а Цифры в таблице представляют собой относительные максимальные среднеквадратичные значения (см. раздел 3) испытательного (воздействующего) сигнала, необходимые для обеспечения одной и той же степени воздействия при различных методах модуляции. Высокое относительное значение (в децибелах) означает высокий уровень помехоустойчивости. b Испытательный сигнал регулируют так, чтобы характер реакции (влияние помехи) был одинаковым при всех методах модуляции. с При воздействии радиочастотного тока, введенного в кабель электропитания на частоте 900 МГц. Характер воздействия определяется степенью нарушения изображения на экране телевизионного приемника. Оценка имеет в значительной степени субъективный характер, так как параметры ухудшения изображения различны при различных методах модуляции. d Значение выбрано в качестве опорного уровня помехоустойчивости, т.е. принято равным 0 дБ. е При воздействии радиочастотного тока, введенного в кабель интерфейса RS 232 на частоте 900 МГц. f При воздействии радиочастотного тока, введенного в телефонный кабель и в кабель интерфейса RS 232 на частоте 900 МГц. g При воздействии радиочастотного тока, введенного в выходной кабель постоянного тока на частоте 900 МГц. h SDH- синхронная цифровая иерархия. Воздействие представляет собой кратковременное электромагнитное поле на частоте 935 МГц

В ходе проведенных экспериментов были испытаны при воздействии электромагнитного поля напряженностью до 30 В/м с использованием амплитудной модуляции синусоидальным сигналом и импульсной модуляции со скважностью 2 следующие образцы цифрового оборудования:

- осушитель рук (электрическое полотенце) с микропроцессорным управлением;

- модем (скорость передачи 2 Мбайт, 75-омный коаксиальный кабель);

- модем (скорость передачи 2 Мбайт, 120-омная скрученная пара);

- промышленный контроллер с микропроцессором, видеодисплеем и интерфейсом RS 485;

- обучающая система с микропроцессором;

- терминал для кредитных карт с модемом;

- цифровой мультиплексер (2/34 Мбайт);

- повторитель Ethernet (10 Мбайт/с).

Все отказы были связаны с аналоговыми функциями ИО.

А.3 Вторичные эффекты модуляции

При точном воспроизведении модуляции, используемой в цифровых радиотелефонных системах, важно не только моделировать первичную модуляцию, но и учитывать влияние любой вторичной модуляции.

Например, применительно к системам GSM и DCS 1800 возникают эффекты, связанные с многокадровой структурой сигнала, вызываемые подавлением пачки импульсов каждые 120 мс (что создает частотную составляющую приблизительно 8 Гц). Возможна также дополнительная модуляция на частоте 2 Гц при режиме прерывистой передачи (DTX).

А.4 Выводы

Испытанные образцы ИО реагировали на помехи при всех используемых методах модуляции. При сравнении эффектов воздействия при различных видах модуляции важно обеспечить одно и то же максимальное среднеквадратичное значение испытательных сигналов.

При наличии существенных различий между эффектами воздействия при различных видах модуляции испытания с использованием амплитудной модуляции синусоидальным сигналом являются наиболее жесткими.

Если для ИО конкретного вида отмечается различный характер воздействия при использовании амплитудной модуляции синусоидальным сигналом и TDMA, то это различие может быть скорректировано при установлении соответствующего критерия качества функционирования в стандарте на ИО конкретного вида.

В целом амплитудная модуляция синусоидальным сигналом имеет следующие преимущества:

- возможность измерения выходных сигналов в аналоговых системах, возникающих в результате воздействия помех, с помощью узкополосных измерительных приборов при малом уровне шумов;

- универсальность применения, так как нет необходимости моделировать характеристики источника помех;

- возможность применения модуляции с одними и теми же параметрами на всех частотах;

- всегда обеспечивается по крайней мере такая же жесткость испытаний, как и при импульсной модуляции.

Учитывая вышеизложенное, в настоящем стандарте установлен метод воздействия испытательным электромагнитным полем при амплитудной модуляции синусоидальным сигналом глубиной модуляции 80 %. Рекомендуется, чтобы техническими комитетами по стандартизации, ответственными за разработку стандартов для оборудования конкретного вида, альтернативный метод модуляции применялся лишь при наличии особых причин.