InterferencijaInterferencija

Usmerene radio vezeProf. dr Nataša Nešković

1

Kvalitet prenosaKvalitet prenosa

Na kvalitet prenosa u digitalnim sistemima utiču sve superponirane smetnje i degradacije

Na kvalitet prenosa utiču: Na kvalitet prenosa utiču: Šum (akcenat se stavlja na termički šum) Interferencija (istokanalna, susednokanalna, krospolarizaciona)

Šum i interferencija u digitalnim sistemima se razmatraju nezavisno Interferirajući signal je sa stanovišta digitalnog prijemnika mnogo

nepovoljnija degradacija nego što je to termički šumnepovoljnija degradacija, nego što je to termički šum

2

Šum u digitalnim sistemimaŠum u digitalnim sistemima

Prijem signala u telekomunikacionim sistemima može biti pokvaren šumom koji može poticati iz različitih izvora

Mnoge od ovih izvora proizvodi čovek i u principu mogu se eliminisatig p p p g Osnovni izvori šuma moraju se analizirati u cilju adekvatnog

dizajniranja telekomunikacione opreme Slučajno kretanje elektrona zbog termičke energije rezultuje šumom

čij j d j di k l d t j d čičija je srednja snaga u opsegu radio kanala data jednačinom:

Pn=kTB

k=1.3810-23 J/K – Bolcmanova konstanta T – temperatura u stepenima Kelvina B – spektralna širina šuma [Hz] B – spektralna širina šuma [Hz]

3

Šum u digitalnim sistemima - faktor šumaŠu u d g ta s ste a a to šu a Druge osnovne vrste šuma su:

shot noise u pn-junction diodama, partition noise u tranzistorima i flicker noise

Na izlazu pojačavača raspoloživ odnos S/N degradiran je zbog dodatnih Na izlazu pojačavača raspoloživ odnos S/N degradiran je zbog dodatnih izvora šuma unutar pojačavača

Faktor šuma pojačavača može se definisati u funkciji odnosa S/N na sledeći način:način:

Odnos S/N definisan je na sledeći način:

RENS b /

Eb/N0 - normalizovani odnos signal/šum ili odnos signal/šum po bitu

BNNS

0

/

4

R - protok u kanalu [bit/s] B - spektralna širina radio kanala [Hz]

Šum u digitalnim sistemima - faktor šuma Primeri zavisnosti bit-error-rate (BER) u funkciji od normalizovanog odnosa

signal/šum, Eb/N0, za nekoliko različitih modulacija pod pretpostavkom

Šu u d g ta s ste a a to šu a

g , b 0, j p p pmodela kanala koji uzima u obzir samo aditivni beli Gausov šum

5

Šum u digitalnim sistemimag

Subjektivna ocena kvaliteta govornog signala na izlazu izgovornog signala na izlazu iz prijemnika u funkciji BER-a

Z t di i l t l f ij i t ć t j ti klj č BER 10 3 Za tradicionalnu telefoniju sistem će opstajati zaključno sa BER=10-3, za BER=10-6 nema vidljive degradacije

Sistemi kojima se vrši prenos podataka i multimedijalnih aplikacija (prenosi uživo) zahtevaju vrlo nizak BER za visok kvalitet prenosa (BER=10-12) dok jeuživo) zahtevaju vrlo nizak BER za visok kvalitet prenosa (BER=10 12), dok je granica rada BER=10-6

Ovo rezultuje u strožijim zahtevima za ograničenje šuma u digitalnim sistemima u poređenju sa prethodnim zahtevima i ima uticaja na prihvatljivi

6

sistemima u poređenju sa prethodnim zahtevima i ima uticaja na prihvatljivi nivo interferencije u sistemu

ŠŠum u digitalnim sistemima Nivo praga prijema je funkcija termičkog šuma (funkcija širine opsega Nivo praga prijema je funkcija termičkog šuma (funkcija širine opsega

prijemnika) i faktora šuma na izlazu iz prijemnika Svaki dodatni šum će povećati BER zbog čega će se degradirati performanse

sistemaD bi dili k kt di it l i i t i bič ht d d đ i Da bi radili korektno, u digitalnim sistemima obično se zahteva da za određeni BER odnos signal/šum (S/N) na ulazu u prijemnik bude u opsegu vrednosti od 15 dB do 25 dB zavisno od modulacione šeme

Polazeći od zahtevanog odnosa S/N može se odrediti nivo praga prijema zaPolazeći od zahtevanog odnosa S/N može se odrediti nivo praga prijema za odgovarajući BER u uslovima bez interferencije LTe:

][log10][][ dBFBTkdBNSdBWLTe

gde su: k=1.3810-23 J/K – Bolcmanova konstanta

T i K l i T – temperatura u stepenima Kelvina B – spektralna širina šuma [Hz] F – faktor šuma prijemnika

7

Šum u digitalnim sistemima ][log10][][ dBFBTkdBNSdBWLTe

Šum u digitalnim sistemimaTabela 1

U praktičnim sistemima, na teorijsku vrednost odnosa S/N treba dodati marginu od oko 1 dB‚ pri čemu se dobija praktični odnos S/N CR

U tabeli 1 dati su primeri karakteristika opreme različitog kapaciteta za koju su određene teorijske i praktične vrednosti S/Nodređene teorijske i praktične vrednosti S/N

Kada je potreban praktični odnos S/N za određeni sistem poznat moguće je izračunati degradaciju praga prijema u prisustvu interferirajućeg signala na ulazu u prijemnik

Vrednosti u tabeli 1 mogu malo varirati u zavisnosti od frekvencijskog opsega, uglavnom zbog varijacija u faktoru šuma prijemnika

Ako se primene modulacione šeme drugačije od onih pretpostavljenih u tabeli 1 vrednosti C će biti značajno različite

8

1 vrednosti CR će biti značajno različite Primenjene modulacione šeme utiču kako na zahtevani odnos S/N tako i na

širinu opsega radio kanala

UTICAJ INTERFERIRAJUĆIH SIGNALA NA NIVO PRAGA PRIJEMA

U analognim sistemima snage interferirajućih signala sabiraju se sa snagom termičkog šuma, na odgovarajući način, pogoršavajući na taj način karakteristike sistema

Interferirajući signal sa stanovišta digitalnog prijemnika ima mnogo nepovoljniji uticaj nego termički šum između korisnog i interferirajućeg signala može da postoji izvesna korelacija što nije slučaj između korisnog signala i šuma pa samim tim postoji veća verovatnoća da će se probiti zonasignala i šuma, pa samim tim postoji veća verovatnoća da će se probiti zona diskriminacije u prijemniku i da će doći do pogrešne interpretacije primljenog signala

Postupak analize i određivanja verovatnoće pojave greške u slučaju i t i t t ičk š i i t f ij j l žistovremenog prisustva termičkog šuma i interferencije veoma je složennajčešće se u analizama koristi pojednostavljeni postupak uzimanja zbirnog uticaja ova dva efekta na karakteristike radio-relejnog sistema

9

Uti j i t f i j ćih i lUticaj interferirajućih signala...

U digitalnim sistemima, prisustvo finterferirajućih signala zahteva

povećavanje nivoa praga prijema za odgovarajući BER

Kada je interferirajući signal prisutan, Kada je interferirajući signal prisutan, odnos S/I pada, a posledica je degradacija nivoa praga prijema (ilustrovano na slici)

Da bi se održale performanse sistema za Da bi se održale performanse sistema, za nepromenjenu marginu za feding, nivo signala na prijemu, kada na trasi nema fedinga, mora biti povećan

Ako nivo signala na prijemu ostane nepromenjem biće degradiran BER

Prisustvo interferirajućeg signala će pomeriti BER-krivu na desno,

dovodeći do degradacije nivoa praga

10

dovodeći do degradacije nivoa praga prijema

Uticaj interferirajućih signala...

Kada na trasi nema fedinga ostvareni odnos S/I je, obično, daleko bolji od kritične vrednosti uticaj interferirajućeg signala neće se detektovati u

j ć tnajvećem procentu vremena Uticaj interferirajućeg signala primećuje se u uslovima fedinga, a posledica

je pogoršanje nivoa praga prijema, što je zapravo isto što i smanjivanje margine za fedingg g

Najgori slučaj sa stanovišta kvalitetnog prijema korisnog signala je onaj kada snaga interferirajućeg signala ostane nepromenjena, tj. nema fedinga za interferirajući signal, dok je korisni signal napadnut fedingomOd i t j li i ti k l ij i đ f di k i i i t f i j ćih Od interesa je analizirati korelaciju između fedinga korisnog i interferirajućih signala

Kada korisni i interferirajući signal prelaze različite putanje, signali su generalno nekorelisanig

11

Istokanalna interferencija

Primer: analiza uticaja f

sto a a a te e e c ja

istokanalne interferencije za slučaj opreme kapaciteta 4x2 Mb/s za koju su osnovni parametri definisani u tabeli p1 na slajdu 8 širina opsega je 6 MHz faktor šuma 5 dB

lt j ći i t ičk rezultujući nivo termičkog šuma je -101 dBm

prijemnik zahteva odnos S/N od 14 dB zaS/N od 14 dB za BER=10-3 da bi nivo praga prijema bio -87 dBm

Kada se dodatni interferirajući signal, nivoa -101 dBm, pojavi na ulazu u prijemnik, ekvivalentni nivo ukupnog šuma podići će se na nivo od -98dBm(interferirajući signal unosi degradaciju od 3 dB) degradacija praga prijema

12

(interferirajući signal unosi degradaciju od 3 dB) degradacija praga prijema koji sada iznosi -84dBm

Istokanalna interferencija Degradirani nivo praga prijema, LTeI , za dati nivo interferencije LI može se

izračunati na sledeći način:izračunati na sledeći način:

Formula je ilustrovana na slici pri čemu prisustvo nivoa interferirajućeg signala od

)101log(10][ 10/IRTe LCLTeTeI LdBmL

Formula je ilustrovana na slici, pri čemu prisustvo nivoa interferirajućeg signala od -101 dBm na ulazu u prijemnik degradira prag prijema na vrednost od -84 dBm

Grafička predstava formule na slici ima dve asimtote: horizontalnu (x-osa), koja odgovara pragu prijema za prijemnik na čijem ulazu ( ), j g p g p j p j j

nema interferirajućeg signala, LTe isprekidana linija, gde povećanje nivoa interferirajućeg signala od 1 dB

odgovara povećanju degradacije praga prijema za 1 dB

Kriva koja ilustruje jednačinu za: nedegradirani prag prijema LTe od

-87 dBm i zahtevani odnos S/N od 14 dB

13

Filtar na ulazu u prijemnik potiskuje signale izvan prijemnog

Susednokanalna interferencijaj j g j g

područja Slabljenje filtra za specifičan frekvencijski offset treba

oduzeti od odgovarajuće vrednosti CR, date u tabeli 1 (slajd 8), da bi se dobila zahtevana CR vrednost za ), Rsusednokanalnu interferenciju

Razmak između susednih kanala u datom frekvencijskom planu određuje slabljenje filtra

U tabeli 2 date su neke tipične vrednosti C za U tabeli 2 date su neke tipične vrednosti CR za susednokanalnu interferenciju za nekoliko primera baziranih na parametrima definisanim u tabeli 1

Tabela 2abe a

U kompleksnim radio-relejnim sistemima sa nekoliko prijemnika, na istoj stanici, koji rade u istom frekvencijskom opsegu, neophodno je izvršiti proračun interferencije da bi se odredio prihvatljiv nivo interferencije u sistemuD d ij i ij ž d diti ć f l l jd 13

14

Degradacija nivoa praga prijema može se odrediti pomoću formule na slajdu 13, a CR na sličan način kako je to definisano tabelama 1 i 2. Odgovarajuće vrednosti za CR omogućavaju automatsku proveru mogućih nivoa degradacije praga prijema, uključujući i istokanalnu i susednokanalnu inteferenciju

Proračun nivoa interferirajućeg j gsignala

Pre proračuna interferencije, treba izabrati relevantne radio-relejne stanice ( č ik i t f ij ) i ć di l j ih t i d čj d(uzročnike interferencije) iz veće grupe radio-relejnih stanica na području od interesa

Koordinaciono područje definisano je kao područje oko posmatrane stanice gde mogu biti smeštene radio-relejne stanice koje su potencijalni uzročnici g g j j p jinterferencije (ometači) stanice izvan ovog područja ne utiču na datu stanicu

S obzirom da se na radio-relejnim stanicama koriste izrazito usmerene antene za određivanje područja na kome treba tražiti uzročnike interferencijeantene, za određivanje područja na kome treba tražiti uzročnike interferencije primenjuje se poseban koncept koji je ilustrovan na slici definiše se posebno područje oko ose maksimalnog zračenja antene, ali i drugo područje van ose maksimalnog zračenja antene (cirkularno oko

15

g p j g j (stanice)

Nivo interferirajućeg signala može se odrediti na sledeći način:

Proračun nivoa interferirajućeg signalaj g g

)()()(][ ' dADGDGPdBmL

gde je:

)()()(][ dADGDGPdBmL LRxRxTxTxTxI

gde je: PTx - snaga predajnika stanice ometača [dBm] GTx/Rx - dobitak predajne/prijemne antene [dB] DTx/Rx - diskriminacija (smanjenje dobitka antene u Tx/Rx j ( j j

odnosu na dobitak na pravcu maksimalnog zračenja) predajne/prijemne antene [dB]

AL(d) - slabljenje u slobodnom prostoru između primopredajnih antena [dB]primopredajnih antena [dB]

- ugao pod kojim ometana stanica „vidi” ometač u odnosu na osu maksimalnog zračenja ometane antene

’ ugao pod kojim ometač vidi” ometanu

Uticaj ometača na ometanu stanicu (pojednostavljena

radio-relejna mreža) - ugao pod kojim ometač „vidi ometanu

stanicu u odnosu na osu maksimalnog zračenja antene ometača

GTx – DTx( ’) - dobitak antene ometača u pravcu ometane stanice

16

ometane stanice GRx – DRx() - dobitak antene ometane stanice u

pravcu ometača

Da bi radio-relejna veza korektno funkcionisala i u prisustvu interferirajućeg

Proračun nivoa interferirajućeg signala

signala neophodno je da bude ispunjen sledeći uslov: U ovom slučaju zahtevani nivo signala na pragu prijema dat je jednačinom:

][dBXIS

XdADGDGPS )()()( '

Zahtevani nivo signala u velikoj meri zavisi od konkretnih vrednosti i ’ N j i l č j j k k j k ji j D ( ’) 0 d k d j

XdADGDGPS LRxRxTxTxTx )()()(

Najgori slučaj je svakako onaj za koji je DTx( ’) = 0, odnosno kada je ometač osom maksimalnog zračenja okrenut prema ometanoj stanici

Polazeći od izraza maksimalnih snaga Polazeći od izraza, maksimalnih snaga predajnika i maksimalnih dobitaka i dijagrama zračenja antena u određenom frekvencijskom opsegu moguće je odrediti koordinacionoopsegu, moguće je odrediti koordinaciono područje (oko ose maksimalnog zračenja, ali i cirkularno oko stanice)

Koordinaciono područje izračunato pod ovim Koordinaciono područje izračunato pod ovim uslovima može da uključi veliki broj potencijalnih stanica ometača Najkritičniji su svakako oni polažaji ometača koji ometanu stanicu vide” pod

17

polažaji ometača koji ometanu stanicu „vide pod uglom koji nije veći od 90

Propagacija interferirajućih signala Signal stanice ometača može doći do ulaza u prijemnik ometane stanice na

različite načine Najgori, sa stanovišta prijemnika, svakako su oni ometači sa kojima ometana

stanica ima direktnu optičku vidljivost (Line-of-Sight) relativno jednostavanstanica ima direktnu optičku vidljivost (Line-of-Sight) relativno jednostavan proračun nivoa interferirajućeg signala na ulazu u ometanu stanicu

Sa druge strane, ometajući signal do ometane stanice može stići i u slučajevima kada nisu ispunjeni uslovi direktne optičke vidljivosti i tada ove

f kt ij l k d id tiefekte nije lako predvideti Stabilan nivo ometajućeg signala na mestu ometane stanice može biti

posledica difrakcije ili troposferskog rasejanja signala ometača

Propagacioni mehanizmi koji dovode do dugotrajne (long-term) interferencije

18

Propagacija interferirajućih signala Propagacioni mehanizmi koji uzrokuju kratkotrajnu (short-term) interferenciju

refrakcija i refleksija o slojeve atmosfere, hidrometeorološko rasejanje i ducting, ali i povećanje nivoa ometajućeg signala koje, u uslovima direktne optičke vidljivosti, potiče od propagacije signala po više putanja (multipath)

Kratkotrajna interferencija je sa stano išta prorač na teško pred idi a

19

Kratkotrajna interferencija je, sa stanovišta proračuna, teško predvidiva Svi propagacioni mehanizmi, osim hidrometeorološkog rasejanja, nastaju

u uslovima “čiste” atmosfere i nezavisni su jedan od drugih

Propagacija interferirajućih signala

Procedura utvrđivanja mehanizama nastanka interferencije i predikcije njihovih efekata podrazumeva sledeće korake:njihovih efekata podrazumeva sledeće korake: Utvrđivanјe osnovnih podataka o potencijalnim ometačima i ometanim

stanicama (frekvencija na kojoj radi oprema, geografske koordinate lokacija, nadmorske visine, visine montaža antena, dobici antena,...)Od đi j di t l ških d t k d j ćih Određivanje radio-meteoroloških podataka na osnovu odgovarajućih mapa definisanih u okviru ITU-R preporuka ili na osnovu podataka prikupljenih u lokalnim uslovima

Analiza profila trasa između ometane stanice i potencijalnih ometača i a a p o a t asa eđu o eta e sta ce pote c ja o etačaklasifikacija, na osnovu geoklimatskih uslova na svakoj pojedinačnoj trasi, sa ciljem utvrđivanja koji bi od prethodno opisanih propagacionih mehanizama mogao da se ispolji na određenoj trasi

Utvrđivanje koje pojedinačne propagacione modele treba uključiti u Utvrđivanje koje pojedinačne propagacione modele treba uključiti u proračun

Predikcija propagacionih efekata na osnovu procedura definisanih u okviru ITU-R P.452 preporuke

Kombinacija pojedinačnih predikcija, odnosno proračun ukupnog nivoa interferirajućeg signala, koji potiče od više ometača, koji na mesto ometane stanice mogu stići različitim propagacionim mehanizmima Na taj način sprovodi se kompletna statistika za jednu ometanu stanicu

20

Na taj način sprovodi se kompletna statistika za jednu ometanu stanicu

Propagacija interferirajućih signalaPropagacija interferirajućih signala

Na osnovu prethodno izloženog, lako je zaključiti da je sprovođenje detaljne procedure proračuna nivoa interferirajućeg signala koji na mesto ometane stanice dolazi kao posledica nekog od kratkotrajnih mehanizama p g jinterferencije ili kao posledica troposferskog rasejanja prilično teško Neprecizne ili nekompletne baze podataka (koje su često nepostojeće) vezane za procene geoklimatskih uslova na određenom području ove proračune čine prilično nepreciznimproračune čine prilično nepreciznim

Pri tome, ne treba zaboraviti da i kada je u pitanju efekat difrakcije ne postoji opšta procedura koja bi omogućila predikciju slabljenja za male procente vremena J di št č j ć i šć ž klj čiti č Jedino što se sa značajno većom preciznošću može uključiti u proračun nivoa signala ometača na mestu ometane stanice jeste uslov direktne optičke vidljivosti između ometača i ometane stanice

21

K j I t f ijKraj… Interferencija

22