Внутриканальные помехи

В сотовых мобильных системах связи (например, GSM и LTE) радиочастотный спектр является ценным ресурсом, который делится на непересекающиеся полосы, назначаемые разным сотам (в сотовой связи сотой называют гексагональную или круговую область вокруг антенны базовой станции). Однако на определённом расстоянии те же самые частотные полосы используются повторно, то есть одни и те же диапазоны спектра назначаются новым, отдалённым сотовым. Явление повторного использования частот и приводит в сотовых сетях к внутриканальным помехам: кроме полезного сигнала от своей соты, приёмник получает сигналы той же частоты (внутриканальные сигналы) от передатчиков, расположенных в других сотовых, что ухудшает работу приёмника.

В сетях 5G NR и 6G внутриканальные помехи также возникают из-за нарушения ортогональности сигналов, вызванного применением смешанных нумерологий и совместным использованием спектра^[3][4]. Использование динамического дуплексного разноса по времени (TDD) приводит к появлению перекрёстных помех (CLI), для подавления которых применяются опорные сигналы RIM-RS^[5].

Для минимизации помех применяются специализированные методы. Технология мягкого повторного использования частот (Soft Frequency Reuse, SFR) используется для балансировки помех при коэффициенте повторного использования частот, равном единице^[6]. Также применяется технология Coordinated Multi-Point (CoMP) с механизмом совместной передачи (Joint Transmission, JT), при котором несколько точек передачи одновременно отправляют данные одному пользовательскому устройству на одних и тех же частотно-временных ресурсах^[7].

В стандартах беспроводных сетей Wi-Fi 6E и Wi-Fi 7 использование широких каналов (160 и 320 МГц) в условиях плотной застройки приводит к сильным совмещённым помехам (CCI). Для решения этой проблемы применяется использование более узких каналов, а также технологии стандарта Wi-Fi 7: «прокалывание» каналов (Puncturing) для обхода занятых поднесущих и координированное пространственное повторное использование (C-SR)^[8]. Дополнительным методом снижения влияния помех является механизм BSS Coloring, который назначает сети уникальный идентификатор («цвет»)^[9]. В сочетании с функцией пространственного повторного использования (Spatial Reuse) на базе настраиваемого порога OBSS-PD это позволяет устройствам отличать кадры своей сети от соседних, игнорировать чужие сигналы и осуществлять одновременную передачу данных^[9].

В диапазоне FM, вертикальное расслоение влаги и температуры в атмосфере (так называемые инверсионные слои) может иногда приводить к тому, что радиосигналы распространяются на сотни или тысячи километров дальше обычного. Инверсионные слои или «каналы» чаще наблюдаются над областями высокого давления и могут оказывать влияние на радиосигналы в течение нескольких часов или даже дней. Такое явление называется аномальное распространение и чаще наблюдается в жаркую, сухую погоду в конце лета^[10].

В 2020–2026 годах участившиеся из-за изменения климата экстремальные волны жары («тепловые купола») привели к усилению эффекта аномального тропосферного прохождения, что вызывает перекрытия местных FM-станций^[11].

Ошибки при распределении частот вещательными компаниями могут привести к возникновению внутриканальных помех, хотя подобные случаи редки. Примером может служить город Листоуэл на юго-западе Ирландии. 2RN (RTÉ Networks) — система передатчиков UHF-телевидения в Листоуэле и Нокмойле (недалеко от Трали) — используют одни и те же частоты, но с разной поляризацией. Однако на окраинах Листоуэла оба передатчика могут приниматься одновременно, что вызывает сильные внутриканальные помехи. Это вынуждает жителей этих районов использовать другие передатчики для приёма программ RTÉ.

Во многих населённых районах спектр радиочастот практически полностью занят: радиостанции размещаются настолько плотно, что на одной частоте иногда можно отчётливо слышать две, три и более станции одновременно. В США используемые Федеральной комиссией по связи (FCC) модели распространения не всегда точно предсказывают уровень сигнала и интерференции. Например, в некоторых районах Фейетвилла (штат Арканзас) местная радиостанция 99.5 FM (KAKS) вытесняется сигналом 99.5 FM из Талсы (KXBL, штат Оклахома), особенно на западных склонах возвышенностей. Другой пример: радиостанция WKKY 104.7 из Аштабулы (штат Огайо) испытывает помехи от WIOT 104.7 FM из Толедо, а также изредка от CIHR-FM из Вудстока (Канада) — все на одной и той же частоте 104.7 FM; это вызвано тем, что сигналы проходят по поверхности озера Эри на большие расстояния. Проблему влияния ретранслятора W284BQ на работу WIOT удалось решить решением FCC: начиная с 18 октября 2011 года, трансляция должна быть прекращена.

В диапазоне средних частот, где осуществляется большая часть AM-вещания, сигналы распространяются в течение дня за счёт земной волны, а ночью — также за счёт ионизферной волны. Это приводит к тому, что ночью внутриканальные помехи (из-за отражения средневолновых сигналов от ионосферы и их возврата к поверхности Земли) присутствуют практически на всех AM-частотах. В США, Канаде, Мексике и Багамах действуют международные соглашения, определяющие так называемые «чистые каналы», закрепляющие частоты за отдельными станциями либо для индивидуального ночного вещания, либо для совместного использования на расстояниях в сотни и тысячи километров. На других частотах выделяют «региональные каналы»: большинство радиостанций на них ночью либо снижают мощность, либо переходят на направленные антенны для уменьшения внутриканальных помех. В США есть шесть «локальных каналов» (grуveyarders — «кладбищенские»), где все станции работают с одинаковой мощностью и диаграммой ночью и днём; ночью из-за ионосферного распространения на этих частотах возникают массовые внутриканальные помехи в сельской местности, зачастую мешающие приёму даже ближайшей своей станции и затрудняющие разборчивость речи, как и сигналов дальних станций, словленных на ту же частоту ночью. Ионосферное распространение активно используется для дальнего AM-приёма с момента появления радиовещания — этот аспект нельзя считать сугубо негативным моментом AM-диапазона. Дерегулирование со стороны FCC разрешило запуск множества новых AM-радиостанций на бывших чистых и региональных каналах, что стало главной причиной перегруженности диапазона ночью. Новым источником помех на AM-диапазоне выступает цифровое вещание в формате HD — любая AM-станция, передающая HD, накладывает цифровой «шум» на соседние каналы. Это особенно заметно ночью: например, WBZ транслирует сигнал шириной 30 кГц на сотни миль ночью, вызывая зафиксированные помехи и перекрывая сигнал другой станции (WYSL 1040) на расстоянии до 400 миль.

Кроме того, многие AM-станции, включая и «чистые» каналы, ночью в пределах внешней или внутренней зоны приёма земной волны могут сталкиваться с явлением гашения собственного сигнала: их ионосферная волна приходит к приёмнику с такой же силой, что и земная волна, вызывая интерференцию. Такое явление сходно с эффектом многолучевых помех, наблюдаемых при приёме FM-радио в диапазоне УВЧ в гористой или городской местности, когда сигнал многократно отражается от гор, зданий и других объектов. Однако гашение земной и ионосферной волн наблюдается практически только ночью.

Даже при качественном планировании частот происходит «перетекание» сигнала в соседние полосы спектра, что приводит к возникновению помех. Это может негативно воздействовать на пассивное дистанционное зондирование, используемое для экологического мониторинга, например, с помощью метеорологических спутников. Появление сетей 5G может резко усугубить этот эффект, снижая эффективность прогноза погоды и вызывая серьёзные экономические и социальные последствия^[12][13]. По этой причине в феврале 2019 года министр торговли США Уилбур Росс и администратор NASA Джим Брайденстайн призвали FCC отказаться от предложенных аукционов по распределению спектра, однако их предложение было отклонено^[14]. Не лицензированные или плохо регулируемые полосы также могут вызывать помехи.