Вердуин Я. и др. Справочник по радиоконтролю

Подождите немного. Документ загружается.

- 249 -

Глава 4

Во время каждой развертки при измерениях спектра такого типа запоминается уровень

принимаемого сигнала от всех 900 частотных ступеней, которые можно рассматривать как

900 каналов. Принимаемые от каждого канала данные могут быть обработаны. При этом можно

довольно легко получить графики распределения измеренных значений, на которых хорошо видно

количество базовых станций, изменение уровня принимаемого сигнала со временем (чаще всего,

24 часа), информация о средней продолжительности речевого сообщения и т. д.

Поскольку ширина полосы разрешения (RBW) фильтра обычно превышает размер частотных

ступеней, не все 900 “каналов” могут быть использованы. Например, подлежащая изучению полоса

равна 7,5 МГц. Она разделяется на 900 ступеней, поэтому размер частотной ступени составляет

7500/900 = 8,33 кГц. Величина RBW фильтра может быть 10 кГц. В настоящее время может

обрабатываться информация от каждой третьей частотной ступени, что в результате даст

информацию о занятости в каждой полосе шириной 25 кГц, которая может соответствовать

существующему разносу каналов в измеряемой полосе. См. также § 4.4.4.8. Но следует иметь в

виду, что время развертки, сопоставимое с временем просмотра при измерениях занятости

частотного канала, в этом случае составляет около 10 с (и не может снижаться неограниченно).

4.4.6 Представление и анализ собранных данных

После того как данные о занятости собраны, необходимо проанализировать результаты и

представить их в приемлемом формате. Данные должны быть преобразованы в информацию и в

конечном счете в нужные знания. Система контроля, возможно, уже имеет описательные и

аналитические функции, встроенные в поставляемое программное обеспечение. Независимо от того,

включены ли эти функции в программное обеспечение для сбора результатов измерений, или

поставляются в виде отдельного приложения, соответствующие процедуры одинаковы.

На основе собранных необработанных данных возможно составить следующие описательные

варианты информации:

− таблицы;

− текстовые графики;

− графики;

− карты.

Представление данных должно, как минимум, содержать следующую информацию:

− место проведения контроля;

− дата и период проведения измерений;

− частота;

− тип пользователя (ей);

− занятость в час наибольшей нагрузки.

Следующий пример представления данных показывает обработку данных системы, отмечая только

превышение наблюдаемого сигнала над предварительно заданным пороговым уровнем.

Во время одного измерения длительностью в 14 последовательных дней приемник может

непрерывно сканировать связку из 50 каналов. Собранные данные могут быть разделены на две

группы. Одна группа содержит данные о рабочих днях, а другая – данные о выходных днях.

Каждая группа затем обрабатывается следующим способом, отображенным на рис. 4-17:

- 250 -

Глава 4

а) занятость с понедельника по пятницу b) занятость в субботу и воскресенье

РИСУНОК 4-17

Отчет о занятости в одном канале

– 15-мин. выборки усредняются и в результате составляют 96 выборок в день.

– Затем каждое 15-мин. среднее значение используется для формирования так называемого

скользящего среднего за 1 час. То есть, 4 отдельные 15-мин. выборки усредняются 96 раз в

день (с началом в каждую четверть часа). При необходимости может быть записана и

рассчитана минимальная цифра.

– Все значения затем наносятся на график, отражающий максимальную и текущую среднюю

занятость в рабочие дни, и на аналогичный график, показывающий занятость в выходные

дни.

Точки на линии текущей средней занятости, где занятость максимальна, называется часом

наибольшей нагрузки. Для решения проблем помех желательно ежедневно представлять график и

обзор занятости.

Такие ежедневные представления графиков могут помочь решению проблем помех. Они

показывают разницу в занятости одного конкретного канала, типичного для такси. Рис. 4-17 а)

показывает занятость канала с понедельника по пятницу. Рис. 4-17 b) показывает занятость в

субботу и воскресенье. Верхней линией на графике представлена максимальная занятость, вторая

линия отражает текущую среднюю занятость. Ось Х – время, ось Y – процент занятости.

Измерительный период составляет 14 дней. Частота выборки 0,54 Гц. Час наибольшей нагрузки

отмечен как (*) на рис. 4-17 а) в 15.15, а на рис. 4-17 b) – в 23.30.

4.4.7 Обмен данными

Соседние администрации могут быть заинтересованы в обмене данными о занятости, особенно

касающимися приграничных районов стран, для оказания помощи в работах по присвоению частот.

В таких случаях важно использовать единый и однозначно определяемый формат, позволяющий

корректировать толкование передаваемых друг другу данных сотрудничающих сторон.

час

- 251 -

Глава 4

В качестве примера, в документе [CEPT/ERC, 2000] рекомендуется при обмене данными о занятости

использовать формат файла ASCII с разделяющими запятыми (значения, разделенные запятыми –

CSV). Данный формат могут читать используемые во многих странах общие базы данных и

программы электронных таблиц.

В строке заголовка отмечается местоположение, среднее время и время просмотра канала для ряда

последующих строк данных.

Каждая строка данных начинается с даты (ГГГГ-ММ-ДД) измерения, частоты (MГц) и порогового

уровня (дБ(мкВ/м)); затем следуют данные о занятости (%), количество которых зависит от времени

усреднения (например, 96 за 15 мин). Последовательные запятые означают, что для указанного

временного интервала данные отсутствуют.

Таким образом, обмениваемый файл может выглядеть следующим образом:

“Данные о местоположении, содержащиеся в этом заголовке”,15,1.2

1999-10-02,163.2125,18,11,4,3,8,4,0,0,0,15,4,23,0,0,13,49,49,48,47,48 и т. д.

1999-10-03,163.2125,18,17,31,0,0,,,,,,,,,0,2,0,0,0,0,0 и т. д.

1999-10-04,163.2125,18,41,41,36,39,20,17,2,0,2,4,0,0,0,0,0,0,16,3,12 и т. д.

1999-10-02,163.2250,18,34,14,0,27,10,24,0,4,49,30,0,0,0,1,0,0,0,0,0 и т. д.

1999-10-03,163.2250,18,22,6,0,0,,,,,,,,,35,0,0,0,0,0,0 и т. д.

1999-10-04,163.2250,18,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 и т. д.

1999-10-02,163.2375,18,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 и т. д.

1999-10-03,163.2375,18,0,0,0,0,,,,,,,,,0,0,0,0,0,0,0 и т. д.

1999-10-04,163.2375,18,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 и т. д.

и т. д..

Другой возможностью обмена данными или даже их опубликования является использование языка

разметки гипертекста (HTML).

Ссылки

CEPT/ERC [2000] Frequency channel occupancy measurements. CEPT/ERC Recommendation 01-10 E, Naples,

Italy.

HAGN, G. H., STEHLE, R. H. and HAMISH, L. O. [June 1988] Shortwave broadcasting band spectrum occupancy

and signal level in the continental United States and Western Europe. IEEE Trans. on Broad., Vol. 34 No. 2,

p. 115-125.

GOTT, G. F., WONG, N. F. and DUTTA, S. [1982] Occupancy measurements across the entire HF spectrum. Proc. of

AGARD Conference on Propagation Aspects of Frequency Sharing, Interference, and System Diversity,

Paris, France.

WONG, N. F., GOTT, G. F. and BARCLAY, L. W. [1985] Spectral occupancy and frequency planning. Proc. IEE,

Part F, Vol. 132, No. 7.

LAYCOCK, P. J., MORRELL, M., GOTT, G. F. and RAY, A. R. [April 1988] A model for HF Spectral Occupancy.

Proc. of 4th International Conference on HF Radio Systems and Techniques, IEE Conference Publication

284, Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom, p. 165-171.

STEHLE, R. H. and HAGN, G. H. [July-August 1991] HF Channel Occupancy and Band Congestion: The other-user

interference problem. Radio Sci., Vol. 26, No. 4, p. 959-970.

- 252 -

Глава 4

Литература

SPAULDING, A. D. and HAGN, G. H. [August 1977] On the definition and estimation of Spectrum Occupancy.

IEEE Trans. on EMC, Vol. EMC-19, No. 3, p. 269-280.

Рекомендации МСЭ-R:

ПРИМЕЧАНИЕ. – В каждом случае следует использовать последнее издание Рекомендаций.

Рекомендация МСЭ-R SM.182 – Автоматический контроль занятости радиочастотного спектра.

Рекомендация МСЭ-R SM.1045 – Допустимое отклонение частоты передатчиков.

Рекомендация МСЭ-R SM.1536 – Измерения занятости частотного канала

- 253 -

Глава 4

4.5 Измерение ширины полосы частот

Стр.

4.5 Измерение ширины полосы частот............................................................................... 254

4.5.1 Общие соображения ....................................................................................................... 254

4.5.1.1 Влияние ширины полосы на службы радиосвязи ...................................................... 254

4.5.1.2 Определения ширины полосы ...................................................................................... 254

4.5.1.3 Контроль ширины полосы излучений на станциях радиоконтроля ........................ 256

4.5.1.4 Соображения по вопросам точности ........................................................................... 257

4.5.2 Методы измерения ширины полосы............................................................................. 257

4.5.2.1 Измерение ширины занимаемой полосы .................................................................... 257

4.5.2.2 Прямые методы измерения ширины полосы на уровне х дБ .................................... 263

4.5.3 Условия, которые следует учитывать при измерении ширины полосы ................... 266

4.5.3.1 Влияние помех ............................................................................................................... 268

4.5.3.2 Влияние шума ................................................................................................................ 270

4.5.4 Практическое измерение ширины полосы................................................................... 272

4.5.4.1 Условия для практического измерения ....................................................................... 272

4.5.4.2 Требования к приемному оборудованию, используемому при контроле................ 272

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – Метод измерения ширины занимаемой полосы с использованием

анализатора спектра ....................................................................................................... 274

- 254 -

Глава 4

4.5 Измерение ширины полосы частот

4.5.1 Общие положения

4.5.1.1 Влияние ширины полосы на службы радиосвязи

Разнообразные схемы модуляции, используемые различными службами радиосвязи, создают

спектральные составляющие различных частот.

Для достижения заданного уровня качества обслуживания необходимо спектральное распределение

излученного сигнала воспроизвести на приемной стороне с заданной степенью точности. Чем

больше различий между исходным и воспроизведенным спектрами, тем хуже качество

обслуживания, которое может быть достигнуто.

С другой стороны, спектральные составляющие, приходящие от других источников сигнала,

отличных от полезного сигнала, также приведут к ухудшению качества за счет искажения

исходного спектрального распределения. Для того чтобы можно было сформулировать требования к

качеству в виде физических величин, следует надлежащим образом определить ширину полосы.

4.5.1.2 Определения ширины полосы

Необходимая ширина полосы

В соответствии с п. 1.152 Статьи 1 РР, определение, используемое в настоящее время, дается ниже:

“необходимая ширина полосы: Ширина такой полосы частот, которая достаточна при данном классе

излучения для обеспечения передачи сообщений с необходимой скоростью и качеством при

определенных условиях.”

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Необходимую ширину полосы можно вычислить с использованием формулы,

приведенной в Рекомендации МСЭ-R SM.328 для различных классов излучения.

ПРИМЕЧАНИЕ 2. – Излучение передатчика за пределами необходимой ширины полосы называется

нежелательным излучением и состоит из двух частей (см. п. 1.146 РР):

Внеполосное излучение представляет собой “Излучение на частоте или на частотах, непосредственно

примыкающих к необходимой ширине полосы частот, которое является результатом процесса

модуляции, но не включает побочных излучений” (п. 1.144 РР); в Рекомендации МСЭ-R SM.328

дается описание кривых, ограничивающих внеполосный спектр для различных классов излучений.

Побочное излучение представляет собой “Излучение на частоте или частотах, расположенных за

пределами необходимой ширины полосы частот, уровень которого может быть снижен без ущерба

для соответствующей передачи сообщений. К побочным излучениям относятся гармонические

излучения, паразитные излучения, продукты интермодуляции и частотного преобразования, но к ним

не относятся внеполосные излучения” (см. п. 1.145 РР).

ПРИМЕЧАНИЕ 3. – Частоты, обусловленные внеполосным излучением и побочным излучением, могут

перекрываться. Поэтому в последнем изменении Рекомендации МСЭ-R SM.329 введены два дополнительных

определения, которые даны ниже:

- 255 -

Глава 4

Внеполосная область (излучения) – это “полоса частот, непосредственно примыкающая к

необходимой ширине полосы, но не включает область побочных излучений, в которой обычно

преобладают внеполосные излучения”.

ПРИМЕЧАНИЕ 4. – Внеполосные излучения, определяемые исходя из их источника, наблюдаются во

внеполосной области и в меньшей степени в побочной области. Аналогичным образом, побочные излучения

могут наблюдаться во внеполосной области, также как и в побочной области.

Побочная область (излучения) – это “полоса частот за пределами внеполосной области, в которой

обычно преобладают побочные излучения”.

ПРИМЕЧАНИЕ 5. – В Рекомендации МСЭ-R SM.329 устанавливаются ограничения для побочных излучений

и приводятся руководящие указания, касающиеся границы между областями внеполосных и побочных

излучений. В соответствии с принципами, указанными в Приложении 3 Регламента радиосвязи, область

побочных излучений обычно состоит из частот, отстоящих от центральной частоты излучения на 250%

необходимой ширины полосы излучения или более. Однако этот разнос частот может зависеть от типа

применяемой модуляции, максимальной скорости передачи в случае цифровой модуляции, типа передатчика и

условий координации частот.

Ширина занимаемой полосы

Определение ширины занимаемой полосы, содержащееся в п. 1.153 Статьи 1 РР, вырабатывалось на

протяжении многих лет в процессе модификаций, ставших необходимыми в связи с увеличением

перегрузки спектра и с возросшим пониманием проблем, связанных с выработкой определения с

более общей областью применения. В настоящее время используется следующее определение:

"Ширина занимаемой полосы: ширина такой полосы частот, за нижним и верхним пределами кото-

рой излучаемые средние мощности каждая равняются определенному проценту β/2 от всей средней

мощности данного излучения.

Если в Рекомендации МСЭ-R не дается никаких указаний для соответствующего класса излучения,

то значение β/2 следует брать равным 0,5%".

Концепция этого определения представлена на рис. 4-18.

Spec-70

Ши

ина занимаемой полосы

РИСУНОК 4-18

Определение ширины занимаемой полосы, данное в п. 1.153 РР

- 256 -

Глава 4

Для вычисления β % ширины полосы из спектральной плотности мощности (РSD) могут использо-

ваться методы цифровой обработки сигналов (ЦОС). Во-первых, уровень шума спектральной

плотности мощности оценивается с помощью одного из нескольких алгоритмов цифровой

обработки сигналов. Значения спектральной плотности мощности устанавливаются на нуль, если

мощность превышает уровень шума менее чем на Y дБ. Для большинства сигналов в условиях

окружающей среды значение Y = 6 дБ обеспечивает отличные результаты. Полная мощность

сигнала, Р, вычисляется путем суммирования значений элементов спектральной плотности

мощности, содержащих энергию сигнала. Вычисляется переменный интеграл спектральной

плотности мощности и данные интерполируются для нахождения частоты f

, для которой интеграль-

ная мощность равна Р

β/2

. Это повторяется для другого конца спектра, чтобы получить верхнюю

частоту f

, для которой интегральная мощность также равна Р

β/2

. Ширина полосы при этом

составляет f

– f

ПРИМЕЧАНИЕ. – В соответствии с § 2 Рекомендации МСЭ-R SM.328 “излучение должно считаться

оптимальным с точки зрения экономии спектра, когда его ширина занимаемой полосы равняется

необходимой ширине полосы для данного класса излучения”.

Ширина полосы на уровне х дБ

Два вышеуказанных определения отражают аспекты ширины полосы, связанные как с качеством,

так и с помехами. Тем не менее, в некоторых случаях непосредственное их применение для

измерения ширины полосы данного сигнала может оказаться затруднительным. Поэтому в

Рекомендации МСЭ-R SM.328 дается третье определение, приведенное ниже:

“Ширина полосы на уровне x дБ: Ширина такой полосы частот, за нижним и верхним пределами

которой любая дискретная составляющая спектра или непрерывная спектральная плотность

мощности по крайней мере на х дБ ниже предварительно определенного опорного уровня 0 дБ.”

ПРИМЕЧАНИЕ. – Результаты исследований показывают, что ширина полосы на уровне х дБ может

использоваться для оценки ширины занимаемой полосы при четко определенных условиях в отношении

класса излучения и модуляционных характеристик сигнала. Имеются, однако, случаи (например, при

применении некоторых схем цифровой модуляции), когда ширина полосы на уровне х дБ не дает точной

оценки ширины занимаемой полосы (см. также § 4.5.2.1.2).

4.5.1.3 Контроль ширины полосы излучений на станциях радиоконтроля

Контроль ширины полосы частот, занимаемой излучением, должен осуществляться в соответствии

с формальным определением п. 1.153 РР. Эти определения относятся к моментальным значениям

ширины полосы. Однако, так как измерение излучения на станции контроля должно осуществляться

в условиях реального трафика на трассе распространения радиоволн, подверженного флуктуациям

измеряемых величин, влиянию шумов и помех, постоянной времени измерительных приборов и

т. д., то с учетом изложенного методы измерений должны постоянно совершенствоваться.

Ширина полосы ЧМ и АМ сигналов постоянно изменяется вместе с содержанием модуляции. В этих

случаях станции контроля будут заинтересованы в определении максимальной ширины занимаемой

полосы и ширины полосы на уровне х дБ в данный временной цикл. Поэтому все описанные здесь

методы измерений приводят к получению этой максимальной ширины занимаемой полосы.

В Рекомендации МСЭ-R SМ.443 предлагается, чтобы станции контроля временно применяли для

оценки ширины полосы метод, заключающийся в измерении ширины полосы на уровне 26 дБ (т. е.

ширина полосы на уровне х дБ при х = 26).

- 257 -

Глава 4

Современные измерительные/контрольные приемники основаны на цифровой обработке сигнала.

Использование этой технологии позволяет определять ширину полосы обоими методами – методом

"х дБ" или β%. Метод β% предусматривает измерения ширины полосы независимо от модуляции

сигнала. Поэтому, его следует принять в качестве предпочтительного метода, особенно при

измерениях ширины полосы цифровых сигналов, когда их техническое опознавание невозможно, и

в случаях низких отношений S/N. Однако в случаях помех измеренные значения по методу "х дБ"

могут быть намного более подходящими.

4.5.1.4 Соображения по вопросам точности

Факторами, влияющими на неопределенность измерений ширины полосы, являются:

− принцип измерения (анализ с применением БПФ или качания частот спектра);

− ширина полосы разрешения;

− нелинейность воспроизведения амплитуды;

− временные характеристики сигнала;

− процедура измерений (например, для сигналов МДВР);

− считывание показаний приемника/анализатора.

4.5.2 Методы измерения ширины полосы

4.5.2.1 Измерение ширины занимаемой полосы

Измерения ширины занимаемой полосы прямыми методами проводятся, как указано в Рекоменда-

ции МСЭ-R SМ.328. Соотношение между погрешностями δ' измерения ширины занимаемой полосы

и погрешностями υ при сравнении мощности получается из описанной ниже аппроксимации

огибающей спектра, и показано на рис. 4-19. Сплошные линии соответствуют аппроксимации

согласно уравнению (4-9):













fSfS

)()(

(4-9)

где S (f

) – мощность на заданной частоте γ = 0,33 N f

, а N – величина в дБ, на которую огибающая

спектра уменьшается в пределах одной октавы расширенной полосы. Штриховые линии

соответствуют аппроксимации согласно уравнению (4-10):













−−= )(

23.0

exp)()(

2 m

fSfS

(4-10)

где N

представляет собой величину в дБ, соответствующую первой октаве расширенной полосы. На

рис. 4-19 показано, что для более общих значений N = 12–20 дБ/октава достаточно произвести

сравнение мощностей с очень низкой точностью порядка ± 15–20% для обеспечения точности

измерения ширины занимаемой полосы от ± 3 до 7%.

- 258 -

Глава 4

Spec-71

–50

–20

–10

–5

–2

–1

100

| (%)

' (%)

N = 6

12 51020 501002000.1 0.2 0.5

–0.5

0.5

РИСУНОК 4-19

Соотношение между процентом погрешности (δ') при измерения ширины занимаемой полосы

и процентом погрешности (υ) при сравнении мощности для различных значений N