Вердуин Я. и др. Справочник по радиоконтролю

Подождите немного. Документ загружается.

- 479 -

Глава 5

+ 20

МГц

+ 10 0

–

(дБ)

∆

1344 звуковых цифровых радиоканалов

90 Мбит/с

Аналоговая

адиосвязь

1800 звуковых каналов

(групповая полоса

8,248 МГц)

2700 звуковых каналов

(групповая полоса

12,435 МГц)

960 звуковых каналов

(групповая полоса

4,287 МГц)

Spec-0539

РИСУНОК 5-39

Сравнение радиочастотных спектров AMR и DMR

5.5.2.4 Мультиплексирование в микроволновых радиосистемах

Мультиплексирование – это совместная и одновременная передача нескольких отдельных сигналов

на одной и той же несущей и без помех.

5.5.2.4.1 Мультиплексирование с частотным разделением

Мультиплексирование с частотным разделением (ЧРК) (см. рис. 5-40) относится к сочетанию

непрерывных (или аналоговых) сигналов. Это можно представить как результат передачи

независимой боковой полосы по очень расширенной шкале. Как можно видеть, 12 или 16 каналов

объединяются в группу, 5 групп – во вторичную группу и так далее, используя частоты и

размещение, являющиеся стандартом всемирной шкалы. Каждая группа, вторичная группа или

более широкое образование затем посылается как целый блок по одной линии микроволновой связи,

кабельной или другой широкополосной системе.

- 480 -

Глава 5

РИСУНОК 5-40

Группирование частот ЧРК

5.5.2.4.2 Мультиплексирование с временным разделением

Мультиплексирование с временным разделением (ВРК) (см. рис. 5-41) – это способ перемежения

импульсов, принадлежащих к различным передачам в определенной временной области. Т. е.

используется тот факт, что обычно импульсы являются узкими, а промежутки между

последовательными импульсами – более широкие. Возможно, что при условии синхронизации двух

окончаний линии связи это как раз случай использования широких промежутков для импульсов,

принадлежащих другим передачам.

КАНАЛ

(0,3–3,4 кГц)

(

1 канал

)

ГРУППА А

(12–60 кГц)

ГРУППА В ГРУППА А

ГРУППА В

(60–108 кГц)

ВТОРИЧНАЯ ГРУППА

(312–552 кГц)

ТРЕТИЧНАЯ ГРУППА

(812–2044 кГц)

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ ГРУППА

(8516–12 388 кГц)

(12 каналов) (12 каналов)

(300 каналов)

(60 каналов)

(900 каналов)

- 481 -

Глава 5

РИСУНОК 5-41

Мультиплексирование – Временнóе

5.5.2.5 Работы по контролю

Следуя за технологическими достижениями, применение широкополосных микроволновых передач

в следующие несколько лет будет расти (например, услуги фиксированного беспроводного

доступа). С целью управления и контроля за микроволновой частью спектра администрациям

необходимо учитывать помехи между этими системами. Работы по контролю включают:

– изучение и устранение вредных помех, вызываемых другими микроволновыми системами;

– изучение и устранение вредных помех, вызываемых системами, отличными от

микроволновых систем;

– соответствие техническим параметрам;

– выявление незаконных передач.

Основное препятствие, которое необходимо преодолеть для того, чтобы соблюдались

регламентарные положения, относящиеся к этим системам, заключается в трудности выявления

незаконных передач из-за их высокой направленности.

Контроль этих передач должен выполняться с помощью подвижных станций из-за уменьшенной и

суженной географической зоны, охватываемой сигналом при уровнях, которые можно принимать.

Чтобы измерить такую систему, контрольная антенна, как правило, должна находиться в луче

микроволновой передающей антенны, или же в других случаях должна быть тесно связана с

передатчиком или антенным фидером. Надежным методом достижения этого является обнаружение

сигнала с помощью грубой регулировки антенны как по азимуту, так и по высоте. Применяя

анализатор спектра для обнаружения пикового сигнала, интервал анализатора можно уменьшить до

нуля, при этом время развертки увеличивается приблизительно до 60 с. (Время развертки не

является критическим параметром, но обеспечивает визуальную осциллограмму, на которую можно

ссылаться). При регулировке за один раз антенны по одной оси можно найти пиковое значение.

Чтобы проверить настройку главного лепестка антенны, следует перейти за границы первого пика.

Боковые лепестки будут видны по обе стороны от основного лепестка. При обнаружении пиковой

величины процедура повторяется для другой оси. При использовании приемного устройства для

определения пиковых величин необходимо визуально проследить за показаниями измерителя

уровней сигнала. Как только направление антенны будет оптимизировано, необходимые интервал,

ширина полосы и т. д. могут быть переустановлены на анализаторе спектра с соответствующей

установкой режимов работы детектора.

МДВР Многостанционный доступ с временным разделением

Амплитуда

Время

TDD Дуплекс с временным разделением

- 482 -

Глава 5

5.5.3 Общие методы измерений

Необходимость контроля администрациями микроволновых линий связи зависит от принятой

стратегии управления использования частот. В основном должны измеряться следующие базовые

параметры:

– частота несущей,

– напряженность поля или п.п.м.,

– ширина занимаемой полосы частот,

– отклонение от присвоенной частоты,

– наблюдаемая поляризация,

– класс излучения,

– опознавание источника сигнала.

Для целей моделирования помех желательно располагать возможностью проводить дополнительные

измерения и наблюдения, выходящие за указанные выше пределы. Добавление такой возможности

повышает эффективность средств контроля в качестве инструмента управления спектром.

Дополнительные параметры, которые могут измеряться или наблюдаться, зависят от типа

излучения, как указано в табл. 5-10.

ТАБЛИЦА 5-10

Параметры излучения для дополнительных измерений

Излучение Параметр

Частота и амплитуда групповых сигналов

Количество звуковых или других каналов

Пиковое отклонение несущей

ЧРК-ЧМ

Частота и амплитуда сигнала рассредоточения энергии

Частота и амплитуда групповых сигналов

Пиковое отклонение несущей

Частота и амплитуда сигнала рассредоточения энергии

ТВ-ЧМ

Использованные характеристики предыскажений

Пиковое отклонение несущих

Наивысшая частота модуляции

Разнос несущих

Количество несущих на ретранслятор

Полоса частот, занимаемая каналом

ЧМ-ОКН

ОКН: один канал на несущую

Относительная мощность на несущую

Цифровая скорость

Количество фаз

Количество уровней амплитуды

Количество несущих на ретранслятор

Разнос несущей

Полоса частот, занимаемая каналами

Цифровое

(ФМн, ЧМн, ОКН и т. д.)

Относительная мощность на несущую

- 483 -

Глава 5

Это может быть выполнено при использовании:

– системы прямого перехвата или

– системы перехвата, использующей РЧ смесители.

5.5.3.1 Система прямого перехвата

В данном методе измеренный сигнал или обследуемая полоса подаются непосредственно в

анализатор спектра или приемное устройство через антенну, фильтр или фидер, причем никакого

преобразования сигналов не происходит. Преимущество данной системы заключается в простоте

конфигурации и калибровки; она имеет небольшое время развертывания и позволяет легко

производить наблюдения в процессе измерений (см. рис. 5-42).

Анализатор

спектра

Фильтр

МШУ

Антенная

система

Оборудование

для анализа

Калибровочный

вход

РИСУНОК 5-42

Система прямого перехвата

Для снижения мешающих интермодуляционных составляющих можно использовать фильтр, а для

повышения усиления и улучшения характеристик шума измерительной системы также можно

использовать малошумящий усилитель (МШУ). С введением этих двух дополнительных элементов

получается система, имеющая оптимальную конфигурацию для измерения низкоуровневых

сигналов в присутствии соседних излучений.

В данном методе ограничение диапазона измеряемых частот обусловлено, главным образом,

ограничениями аналитического оборудования (при использовании современной технологии

диапазон измерений достигает почти 40 ГГц).

Недостатком является то, что на частотах выше 10 ГГц потери в фидере могут быть существенными

и оказывать отрицательное воздействие на чувствительность измерительной системы. Необходимо,

чтобы в системе этого типа использовались фидеры наивысшего качества и чтобы регулярно

проверялись РЧ характеристики и физическое состояние. В большинстве случаев при измерениях на

частотах выше 10 ГГц необходимо, чтобы длина фидера была менее 1 м.

- 484 -

Глава 5

5.5.3.2 Система перехвата с использованием РЧ смесителей

В данном методе измеренный сигнал или обследуемая полоса через антенну, фильтр или фидер

подводятся непосредственно к смесителю или понижающему конвертеру. После преобразования

сигнал подается в анализатор спектра или приемное устройство на более низкой частоте (см.

рис. 5-43).

Антенная

система

Оборудование

для анализа

Калибровочный

вход

Порт ПЧ

РЧ смеситель

МШУ

Анализатор спектра

Анализатор сигнала

Приемник

РИСУНОК 5-43

Система перехвата с использованием РЧ смесителей

Малошумящий усилитель обычно включается для повышения усиления и улучшения характеристик

шума измерительной системы.

РЧ смеситель расширяет частотный диапазон аналитического оборудования. Возможны две

корреляции: с помощью однодиодного и двухдиодного смесителя. Благодаря своей конструкции

смесители с двойным диодом имеют плоскую АЧХ и не требуют дополнительного

подмагничивания, что позволяет их использовать при автоматических измерениях.

В данном методе охватываемый частотный диапазон может быть выше (например, от 18 до

325 ГГц), чем в методе контроля с прямым перехватом, в зависимости от характеристик РЧ миксера,

МШУ и антенной системы контроля.

К недостаткам данной системы относятся: пониженная чувствительность измерительной системы

из-за потерь при преобразованиях и высокого уровня шума смесителя; неточность калибровки из-за

дрейфа смесителя и неравномерности АЧХ; проблемы, вызванные интермодуляцией; возможные

помехи от более мощных систем, работающих на частоте понижающего преобразования или рядом

с ней.

- 485 -

Глава 5

5.5.4 Оборудование для подвижных средств контроля

Блок-схема микроволновой станции контроля представлена на рис. 5-44.

Компьюте

GPS / ГЛОНАСС

Антенная

система

Оборудование

для анализа

Калибровочный

вход

Анализатор спектра

Анализатор сигнала

Приемник

Система прямого перехвата

или система с РЧ смесителями

Генератор

сигнала

Локальная сеть

РИСУНОК 5-44

Микроволновая станция контроля

5.5.4.1 Антенная система

Выбор типа антенны зависит от вида проводимого измерения. Антенны некоторых типов имеют

характеристики, более подходящие для выполнения конкретной задачи измерения. Например,

рупорная антенна будет наилучшим образом подходить для обзора в полярных координатах с тем,

чтобы определить сигналы, присутствующие в полосе обзора 360° вокруг места измерения, а

параболическая антенна лучше подходит для радиопеленгации сигнала одиночного источника.

Рупорные антенны имеют тенденцию к большей прочности и меньшей массе, и, как правило, их

легче развертывать при измерениях на подвижном средстве. Кроме того, они более устойчивы в

работе при сильном ветре и в сочетании с возвышенным местом измерения. Компромисс между

рупорной антенной и зеркальной антенной заключается в том, что рупорные антенны обычно имеют

более низкие коэффициенты усиления по сравнению с антеннами зеркального типа. Стабильность

антенны будет являться важным фактором на более высоких частотах, где ширина луча антенны

невелика.

В зависимости от частотного диапазона и в соответствии с приведенными общими соображениями

можно сформулировать рекомендации, которые приведены ниже.

- 486 -

Глава 5

5.5.4.1.1 Диапазон частот 1–18/26 ГГц

Необходимы широкополосная параболическая антенна с диаметром рефлектора около 90 см или

логопериодическая антенна со встроенным предусилителем и сетью переключения поляризации в

точке возбуждения. Должна существовать возможность выбора линейной поляризации в

вертикальной или горизонтальной плоскостях, а также лево- и правосторонней круговой

поляризации.

В транспортные средства могут включаться следующие элементы: YIG (на основе железо-

иттриевого граната) фильтр с шириной полосы 35 МГц или более на уровне 3 дБ и настройкой по

частоте в диапазоне 1–18 ГГц, а также малошумящий усилитель (МШУ) с усилением обычно 40 дБ.

Типичное усиление антенны указанного выше типа в диапазоне 1–20 ГГц приведено на рис. 5-45.

РИСУНОК 5-45

Типовое усиление калиброванной направленной логопериодической антенны

с рефлектором диаметром 60 см в зависимости от частоты

5.5.4.1.2 Диапазоны частот 18–26 ГГц и 26–40 ГГц

Может быть использована рупорная антенна со стандартным усилением (с диаметром рефлектора

около 1/3 м). Антенные блоки для диапазонов частот 18–26 и 26–40 ГГц вместе с используемой

рупорной антенной образуют один блок. В транспортные средства могут включаться следующие

элементы: МШУ с усилением, как правило, 30 дБ, а также понижающий преобразователь.

Изотропное усиление (дБ)

Частота (ГГц)

- 487 -

Глава 5

5.5.4.2 Оборудование для анализа

Необходимо рассмотреть два основных случая, зависящих от типа перехвата:

– Система прямого перехвата:

Можно использовать обычные приемные устройства, настроенные на частоту не более

3 ГГц, с различными фильтрами и детекторами, например, с ОБП, независимой боковой

полосой частот (ISB) и т. д., охватывающие диапазон до 12 кГц для демодуляции

индивидуальных звуковых каналов. В настоящее время можно воспользоваться

анализаторами спектра на частотах до по меньшей мере 40 ГГц.

– Система перехвата, использующая РЧ смесители:

Можно использовать любое доступное контрольное оборудование (обычный анализатор

спектра/сигнала или приемник), охватывающие полосу ПЧ. Выходные ПЧ порты системы

должны быть согласованы по амплитуде и синхронизированы по фазе с РЧ подсистемой,

тем самым обеспечивая точный анализ РЧ сигнала на промежуточной, с понижающим

преобразованием частоте.

К выходным ПЧ портам могут быть подсоединены следующие устройства:

– Анализатор импульсов: для точных измерений импульсов радиолокатора (разрешение до

1 нс).

– Цифровой осциллограф: осциллограф с частотой 500 МГц для анализа повторяющихся

сигналов.

– Анализатор интервалов времени и частоты: анализатор реального времени со скоростью

250 Мвыборок/с и шириной полосы около 110 МГц.

При проведении анализа модулированных сигналов могут использоваться векторный анализатор

сигналов или анализатор спектра на основе БПФ для точной демодуляции (АМ, ЧМ, ФМ, цифровая

модуляция), узкополосных измерений спектра (300 Гц–3 МГц) и измерений с высоким разрешением

(< 0,001 Гц) и высокой степенью точности (< ± 0,1x10

–6

5.5.4.3 Калибровочное оборудование

Перед проведением измерений можно использовать несколько способов калибровки и надежного

контроля измерительной системы.

a) Метод радиомаяка

Данный метод калибровки заключается в размещении временного источника, работающего на

частоте, близкой к частоте РЧ сигнала, или в изучаемой полосе. (С учетом других пользователей и

возможности причинения помех лицензированным пользователям).

Чтобы обеспечить точность калибровки, антенны источника и измерительной системы необходимо

точно нацелить с помощью устройств определения местоположения. Точное измерение расстояния

между антенной радиомаяка и измерительной антенной должно выполняться таким образом, чтобы

на частоте калибровки можно было рассчитать потери свободного пространства (FSPL) на трассе

между антеннами. Для управления антенной радиомаяка необходимо иметь калиброванный

делитель сигнала, генератор сигнала и измеритель мощности.

В данном методе величину принимаемой мощности можно сравнить с расчетными величинами,

полученными на основе данных системы в виде схем антенны, усилителя, фильтра и кабеля.

- 488 -

Глава 5

Метод радиомаяка идеально подходит для продолжительных исследований и обеспечивает

постоянный контроль измерительной системы в течение всего времени измерений. Недостаток

данного метода заключается в необходимости располагать большим количеством испытательного

оборудования для калибровки, что может вызвать проблемы в таких местах, как плоские крыши,

куда оборудование необходимо доставить и где свободное пространство может быть ограниченным.

Данный метод позволяет оценивать все элементы измерительной системы, включая антенну.

b) Метод замещения сигнала

В данном методе для введения сигнала известного уровня от калиброванного генератора сигналов

вместо измерительной антенны требуется определить точку подачи сигнала. С помощью данного

метода проводится калибровка измерительной системы, включая фильтры, усилители и фидеры.

Необходимо, чтобы испытательная организация по крайней мере ежегодно выдавала сертификат о

калибровке измерительной антенны. Для подачи калибровочного сигнала на измерительные

системы, снабженные рупорами и волноводными усилителями, можно использовать

крестообразный волноводный ответвитель, установленный между выходом рупора и входом

усилителя. Рупорная антенна также должна снабжаться сертификатом о калибровке, проведенной

испытательной организацией.

Для того чтобы уровни РЧ сигналов можно было измерять с точностью от 3 до 6 дБ (в наихудшем

случае), желательно, чтобы заранее были известны АЧХ антенны вместе с соединительным кабелем

и величина усиления любого предусилителя.

Назначение генератора сигналов – выдача опорных сигналов; рекомендуемыми характеристиками

генератора являются следующие:

– спектрально-чистый синтезатор частот;

– диапазон частот 0,01–40 ГГц;

– внешний импульс, АМ и ЧМ модуляция;

– частотное разрешение 1 Гц;

– динамический диапазон выходного уровня от –90 до примерно +10 дБм и

– гармоники < –20 дБс (dBc).

c) Измерение известного источника

Если измерения проводятся с помощью переносного оборудования в таком месте, как плоская

крыша высокого здания, не всегда имеется возможность использовать калибровочную аппаратуру.

Иногда в качестве основного достоверного метода проверки в условиях удаленного оборудования

можно воспользоваться измерением известного источника стабильных сигналов, работающего в той

же полосе частот, в которой проводится измерение, или близкой к ней. В данных обстоятельствах

спутниковые сигналы могут служить основным и надежным источником калибровки.

5.5.4.4 Навигационная система и система определения местоположения

Транспортное средство радиоконтроля оборудуется навигационной системой и системой

определения местоположения с целью точного определения местоположения (географические

координаты) и пеленга подвижного средства (азимутальная ориентация). Описание этой системы

приводится в разделе 6.1.