Mobiliojo ryšio sistemų žalingos šalutinės spinduliuotės mažinimo būdų tyrimas

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamas elektromagnetinis suderinamumas tarp ketvirtosios kartos bevielės komunikacijos standarto LTE (angl. Long-Term Evolution) stočių, veikiančių naujai suformuotoje 790–862 MHz dažnių juostoje ir kitų radijo ryšio sistemų, kurios veikia kaimyninėse dažnių juostose. Pagrindinis dėmesys skiriamas problemoms, kurios iškilo įdiegus LTE sistemas, veikiančias ortogonaliosios dažninio tankinimo moduliacijos OFDM (angl. Orthogonal frequency-division multiplexing) pagrindu. Nustatyti pagrindiniai OFDM sistemų trūkumai – santykinai aukšta LTE sistemų šalutinė spinduliuotė, kuri sukelia trikdžius radijo ryšio sistemoms kaimyniniuose dažnių ruožuose. Įvadiniame skyriuje pristatoma disertacijos problema, tyrimo tikslai bei naujumas, aprašoma tyrimų metodologija ir ginamieji teiginiai. Pirmame skyriuje analizuojami iššūkiai, kurie laukia įdiegus LTE tinklus 790–862 MHz dažnių juostoje: LTE stočių įtaka trumpojo veikimo nuotolio įrenginiams, skaitmeninės antžeminės televizijos tinklams, radijo navigacijos sistemoms. Aptiktas žymus mokslinių tyrimų, susijusių su LTE sistemų elektromagnetiniu suderinamumu su trumpojo veikimo nuotolio įrenginiais, trūkumas. Ištirtas galimas susietųjų filtrų informacijos perdavimo būdo FBMC (angl. Filter Bank Multicarrier Transmission technique) panaudojimas ir efektyvumas siekiant išvengti tarpkanalinės interferencijos 790–862 MHz dažnių juostoje. Nustatytas pagrindinis FBMC informacijos perdavimo būdo pranašumas lyginant su tradicinėmis LTE sistemomis naudojančiomis OFDM: žemesnio lygio šalutinė spinduliuotė, kuri garantuoja sumažintą LTE trikdžių poveikį kaimyninėms radijo ryšio sistemoms. Antrame skyriuje atlikta detali teorinė interferencijos atsiradimo tikimybės analizė naujai formuojamoje 790–862 MHz dažnių juostoje. Panaudoti du analizės metodai: atliktas minimalių sąveikos nuostolių MCL (angl. Minimum Coupling Loss) vertinimas, tuomet atlikta statistinė Monte-Carlo analizė siekiant patikrinti gautus rezultatus naudojant minėtą MCL metodą. Trečiame skyriuje atlikta eksperimentinė interferencijos atsiradimo analizė naujai suformuotoje 790–862 MHz dažnių juostoje siekiant patvirtinti arba paneigti rezultatus, kurie buvo gauti atliekant teorinę interferencijos atsiradimo analizę. Eksperimentiniai matavimai parodė, kad priklausomai nuo trumpojo veikimo nuotolio imtuvo priimamo signalo lygio LTE mobiliosios stotys gali žalingai paveikti arba visiškai užblokuoti trumpojo veikimo nuotolio sistemų imtuvus, kai atstumas tarp jų yra nuo 1,5 m iki 9 m. Įvertinus teorinės ir eksperimentinės analizės rezultatus buvo suformuotos bendrosios išvados.

Electromagnetic compatibility in the newly designated Long-Term Evolution (LTE) mobile network in the 790–862 MHz frequency band from perspec-tive of interference management between neighbouring services are ana-lysed in the dissertation. Main focal point of this dissertation is on the prob-lems that face LTE networks based on Orthogonal Frequency-Division Mul-tiplexing (OFDM) due to the relatively strong side lobes around the active subcarriers in the main communication channel, which introduces interfer-ence effects between LTE stations and other services. The introductory chapter presents the investigated problem, objects of research, importance of the dissertation, describes research methodology, scientific novelty and the defended statements. The situation in the 790–862 MHz frequency band is overviewed re-garding most sensitive challenges in the first chapter: LTE stations’ influ-ence on Short-Range Devices (SRD), digital terrestrial TV broadcasting (DVB-T) and aeronautical radio navigation systems (ARNS). The noticeable lack of information is observed regarding SRD and LTE electromagnetic compatibility. The Filter Bank Multicarrier Transmission technique (FBMC) is pro-posed as means to minimize adjacent band interference in the 790–862 MHz frequency band. Main FBMC benefits are presented through comparison with reference case of OFDM. The key advantage of FBMC technique is derived from its low out-of-band leakage, which guarantees minimum harmful interference level between stations using adjacent chan-nels. The harmful interference of LTE mobile stations’ influence on Short-Range Devices operating in the 863–870 MHz frequency band is analysed in the second chapter. Two analysis methods are used in this study: first applying theoretical analysis using Minimum Coupling Loss calculations, then statistical Monte-Carlo in order to verify results obtained in theoretical approach. The third chapter is focused on the experimental analysis to reproduce the situation that was investigated in theoretical analysis chapter. Verifica-tion of theoretical analysis by practical measurements confirmed that the LTE user equipment (UE) emissions may affect SRD devices and complete-ly or partially disrupt their communications at distances of up to several me-ters from LTE UE. The obtained results are summarized and general con-clusions are drawn.