Измерения и мониторинг в радиочастотных системах.

7.8. Измерения и мониторинг в радиочастотных системах.

Существующие системы радиомониторинга.
 
К радиочастотным системам передачи информации относятся все средства радиосвязи, использующие в качестве среды передачи радиоэфир. Выделим среди них следующие, представляющие для нас интерес, основные типы: сотовые системы мобильной связи; радиорелейные и спутниковые системы.
 
Так как в принципе структурные схемы этих систем практически одинаковы и включают каналообразующую аппаратуру, антенные системы, ретрансляторы, радиоэфир, то измерительные технологии для указанных типов практически одинаковы. Различия могут возникать только из-за различий используемых радиочастот и условий распространения радиосигналов. Если для сотовых и радиорелейных систем передачи существенным фактором является оценка параметров затухания, связанного с затуханиями при многолучевом распространении радиоволн, то для систем спутниковой связи большое значение имеет задержка распространения сигнала, при этом оценка влияния доплеровского сдвига по частоте оказывается более существенной для систем спутниковой радиосвязи.
 
Основу радиочастотных измерений составляют:
 
- измерения радиоэфира, связанные с анализом электромагнитной обстановки во всем спектре, используемом системой передачи;
- измерения ретрансляторов (в сотовых сетях, в радиорелейных и спутниковых системах связи);
- исследования прохождения сигналов по каналам связи.
 
Построение систем радиоконтроля очень важная проблема, требующая соглашения на межправительственном уровне и выполнения внутри страны.
 
На рис. 7.14 показана структура национальной системы радиоконтроля [7.10], назначения подсистем которой следующие.
Структура  системы радиоконтроля
Рис. 7.14. Структура национальной системы радиоконтроля.
Подсистема управления спектром должна решать следующие задачи:
 
1) обеспечение планирования использования радиочастотного ресурса;
2) создание и постоянное обновление баз данных на право использования ресурсов;
3) управление финансовыми поступлениями за использование радиочастотного ресурса.
 
Подсистема управления спектром включает в себя единую национальную базу данных
 
(БД) состояния электромагнитной обстановки по регионам, базу данных по лицензиям (выданным операторам), а также рабочие места операторов центра контроля электромагнитной обстановки. Таким образом, подсистема управления спектром решает организационно-пра-вовые вопросы контроля радиочастотного ресурса любой страны.
 
Подсистема мониторинга спектра решает технические задачи, к которым относятся:
 
1) поиск возможных источников и причин интерференции сигналов по всем используемым диапазонам частот;
2) проверка соответствия сигналов существующим нормам и лицензиям;
3) определения нелегальных передатчиков и источников информации.
 
Подсистема мониторинга спектра включает в себя стационарные, мобильные и портативные точки мониторинга спектра. Эти точки объединяются через сеть передачи данных, а информация концентрируется в центрах обработки информации, из которых затем передается в главный центр обработки информации для окончательной обработки, хранения, планирования и оптимизации использования радиочастотного ресурса.
 
Таким образом, национальные системы радиоконтроля индивидуальны для каждой страны. Поэтому практически невозможно сравнить технические характеристики этих систем. Можно только констатировать, что подобные системы созданы и стандартизованы ведущими фирмами Nokia, Siemens, Cisco, Ericsson, Hewlett-Packard и т.д.
 
Тенденции в использовании радиочастотного ресурса и требования к национальным системам контроля радиоэфира включают [7.10]:
 
- увеличение загрузки диапазонов VHF/UHF; увеличение количества сигналов при необходимости мобильного мониторинга диапазона VHF/UHF, так как системы имеют ограниченную зону действия;
- использование цифровых методов модуляции [7.10] при необходимости применения цифровых приемников радиосигналов;
- развертывание национальных и частных сетей радиосвязи при необходимости уменьшения интерференции от сетей различных операторов и нелегального использования радиочастотного спектра;
- увеличение количества лицензий, замедление процесса лицензирования при переходе к технологии лицензирования на основе распределенных баз данных.

Следующие по уровню системы радиоконтроля — областного и местного значения, отличаются от национальной системы только размерами сети передачи данных. Системы радиоконтроля этого уровня строятся по принципу радиальной топологии с центром обработки данных и связанными с ним стационарными и мобильными точками мониторинга спектра. Привязка к географическим координатам в точках мониторинга, как и в национальных системах радиоконтроля, может осуществляться спутниковыми системами (например, с использованием GPS —Global Position System).
 
В мировой практике широкое распространение получил опыт применения региональных систем управления контролем за использованием радиочастотного ресурса. К системам радиоконтроля за использованием радиочастотного ресурса можно отнести системы анализа зон радиопокрытия в сотовых сетях мобильной связи. Операторы сетей беспроводной радиосвязи (сотовой мобильной связи, транкинговых сетей и др.) используют также системы для анализа загрузки выделенного им радиочастотного ресурса, а также для анализа зон уверенного приема сигналов базовых станций сотовой сети. Обычно таким системам присущи меньшая функциональность радиоизмерений и существенно меньшая стоимость. Для эффективной работы систем регионального контроля необходим анализ спектра в контролируемом диапазоне радиочастот, а также анализ зон уверенного приема/передачи, например, с помощью применения селективных приемников, настроенных на рабочий диапазон. В настоящее время функциональность систем анализа зон уверенного приема растет. В состав таких систем включаются анализаторы спектра. В качестве примера упомянем специализированную систему — модель Illuminator, которая реализует измерения и анализ зон радиопокрытия. В этой системе с помощью сканирующего радиоприемника и систем обработки на базе портативных ПК проводятся измерения и контроль за радиоспектром и оценивается зона радиопокрытия территории.
 
Помимо систем специального, областного и местного значения для измерений и радиоконтроля используются системы радиоконтроля локального назначения. В системах контроля электромагнитной обстановки локального значения используются приборы, обычно анализаторы спектра с необходимым набором антенн, для определения параметров радиоэфира при размещении источников радиосигналов. Такие системы используются обычно для анализа базовых станций BTS систем сотовой мобильной связи перед установкой, радиорелейных станций, наземных станций спутниковой связи и т.д.
 
Основными задачами локального анализа электромагнитной обстановки являются:
 
1) определение соответствия выделенного радиочастотного ресурса заданным техническим условиям;
2) оптимизация размещения источников радиосигналов на заданной территории;
3) локализация возможных помех и источников интерференции сигнала, которые приводят к нарушениям радиосвязи.
 
Системы локального радиоконтроля (радиомониторинга) могут применяться на этапах как развертывания сотовой сети, так и на этапе эксплуатации сотовых систем для контроля использования выделенного ресурса и анализа электромагнитной обстановки в рабочем диапазоне системы.
 
Основу локальной системы радиомониторинга составляют анализаторы спектра:
 
- высокоточные стационарные анализаторы (например, фирм Anritsu, HP, Advantest), используемые в узловых станциях систем радиосвязи,
- портативные анализаторы, используемые для настройки антенн абонентских терминалов систем спутниковой связи, систем радиосвязи, а также для индикации и грубой локализации источников помех и интерференции, имеющие низкую точность, малый динамический диапазон и узкий спектр.
Радиочастотный тракт в системах передачи информации.
 
Как известно, в состав типичного радиочастотного тракта входят следующие компоненты (точнее каналообразующие устройства): источники и получатели информации, являющиеся, как правило, устройствами для передачи и приема аналоговой информации (например, речевых сигналов и др); кодеры/декодеры (кодеки) — устройства, преобразующие цифровые сигналы в кодовые слова; модемы (модуляторы/демодуляторы); фильтры ПЧ (промежуточной частоты); конверторы; фильтры РЧ (радиочастоты); антенные устройства, а также среда распространения (радиоэфир).
 
К основным параметрам радиочастотного тракта можно отнести:
 
1) соотношения С/N (сигнал/шум) и СИ (сигнал/помеха);
2) параметр битовой ошибки — BER, который зависит от параметра C/N;
3) уровни мощности в пределах зоны обслуживания;
4) затухание радиосигналов при многолучевом распространении.
 
Рассматривая эти параметры, можно выделить соответствующие им группы измерений участков радиочастотного тракта:
 
- измерения и контроль зависимости параметра битовой ошибки BER от отношения сигнал/шум;
- измерения и контроль уровней мощности радиосигналов в произвольных точках зоны радиопокрытия с учетом многолучевого распространения радиоволн;
- измерения уровней деградации качества связи в радиочастотных системах передачи, которые могут быть вызваны фазовыми шумами передающего тракта и тепловым шумом приемника (при этом влияние этих факторов настолько велико, что измерения шумов обычно выделяются в отдельный класс измерений);
- определение вероятности межсимвольной интерференции, что требует анализа фильтров ПЧ и РЧ;
- контроль возможных нарушений работы модемов, приводящий к необходимости измерений параметров модуляции;
- учет возможности нелинейности в усилительных элементах, требующий контроля усилителей и измерения характеристик усиления этих элементов и т.п.
 
Для оценки эффективности работы цифровой радиочастотной системы передачи информации, как известно, необходимо знание зависимости параметра BER от отношения C/N — BER (С/N). Этот параметр является характеристикой системы, так как не зависит от параметров рабочего сигнала, а зависит только от оборудования радиотракта и его размещения. Зависимость BER = f(C/N) является постоянной характеристикой каждого конкретного тракта, хотя может значительно меняться для разных трактов. Это обусловлено влиянием параметров, связанных с установкой и настройкой оборудования цифровой системы передачи. Зная зависимость BER от соотношения сигнал/шум и измеряя параметры сигнала в радиочастотном тракте, можно оценить вклад тех или иных участков и цепей в общее ухудшение качества в системе передачи информации. При проведении измерений радиочастотных систем передачи и цифровых радиоканалов сетей радиосвязи знание зависимости ВЕЩС/N) позволяет достаточно полно охарактеризовать инсталлированную систему с учетом особенностей установки.
 
Рассмотрим используемые на практике соотношения С/N и СИ и их связь с мощностью сигнала на бит информации, а также функцию ВЕЩС/N) при различных величинах произведения полосы на длительность одного бита — ВТв.
Параметры, характеризующие уровень шумов при измерениях в цифровых радиоканалах.
 
При проектировании сотовых систем и измерениях в цифровых радиоканалах используются следующие основные параметры:
 
- отношение средней мощности сигнала несущей к средней мощности шумов (этот параметр наиболее просто представляет отношение сигнал/шум);
- для ряда измерений параметр C/N не подходит, так как он связан с измерением средних мощностей, в том числе и мощности шумов в определенном диапазоне частот; для исключения фактора диапазона при измерении шумов используется параметр — C/No, представляющий собой отношение мощности сигнала несущей к мощности шумов, нормированной к полосе 1 Гц;
- для характеристики цифровых радиочастотных систем передачи используется третий параметр — Еь/Nq (отношение требуемой мощности на бит (Еь) к спектральной плотности шумаЛо, нормированной в полосе 1 Гц), связанный с отношением C/Nq, нормированным по скорости передачи данных в канале.
 
Рассмотрим соотношения, существующие между рассмотренными выше параметрами[7.1].
 
1) Энергия на бит Еь связана с параметром С (средней мощностью сигнала несущей) простым соотношением:
формулы gsm

 

Энергетическая эффективность и характеристика вероятности ошибок на бит при воздействии аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ)
 
Энергетическая эффективность различных видов модуляции определяется с помощью следующих выражений [7.1]:
РЕ = BER = ф! (C/N) или РЕ = BER = ф2 (Eb/No),  (7.34)

где РЕ — вероятность ошибки, BER — частота битовых ошибок, которые являются функциями отношений С/N или Eb/N0.   (7.35)
 
Чем выше вероятность ошибки, тем ниже энергетическая эффективность, так как передаваемая мощность сигнала напрасно «тратится» при большом количестве искаженных данных, чем меньше РЕ = BER, тем выше энергетическая эффективность.
 
Для GMSK вероятность ошибки BER с нелинейным усилением при воздействии аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) составит: когда BNTB = 0,3 при Eb/N0 = 12 дБ, РЕ = 2*10“5, при Eb/No = 10 дБ, РЕ = 3-КГ4, при Eb/No = 8 дБ, РЕ = 21(Г3.
 
Для MSK, когда BNTB = 00 при E,JN{] = 10 дБ, РЕ = 2-1 () \ при Еь/Nq = 8 дБ, РЕ = 6-10-4, при Еь/No = 6 дБ, РЕ = 410~3.
 
Следует отметить, что в стандарте GSM равенство BNTB = 0,3 приводит к увеличению требуемого отношения С/I при усилении влияния условий распространения радиоволн и неиде-альности аппаратуры. В этом случае РЕ = Ю“3 при C/N = 30 дБ, при Eb/N0 = (C/N)x(BN/fB) = = C/Nx0,3 = 9 дБ.
 
Практическая зависимость BER =f(C/N) приведена на рис. 7.15.
Практическая зависимость BER(C/N)
Рис. 7.15. Практическая зависимость BER(C/N)

 


Основы сотовой связи стандарта GSM. 
       1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ.
       2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ.
       3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
       5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
       6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.
       
7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
                 7.1. Цели и задачи проектирования.
                 
7.2. Методы проектирования.

                 7.3. Принципы радио-покрытия зон обслуживания.
                 7.4. Распределение каналов в сотовой сети.
                 7.5. Расчет бюджета радиолиний в системах сотовой мобильной связи.
                 7.6. Емкость сотовой сети мобильной связи.
                 7.7. Рекомендации по сетевому планированию и оптимизации.
                 
7.8. Измерения и мониторинг в радиочастотных системах.
                 7.9. Измерение параметров в радиочастотных системах.
                 7.10. Нормы на уровни электромагнитных излучений.
                 7.11. Математическая модель электромагнитного излучения мобильными и базовыми станциями.
                 7.12. Экспериментальные исследования уровней излучения антенн ВТS.

       8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
      10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.

 
   
Стол заказов: (067)194-45-55 | Киев