ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ПРИЕМНИКОВ СТАНДАРТА LTE ОТ НЕПРЕДНАМЕРЕННЫХ РАДИОПОМЕХ

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности, к лабораторному оборудованию, предназначенному для проведения лабораторных исследований определения помехозащищенности радиоэлектронных средств (РЭС) сетей сухопутной подвижной радиосвязи (СПР) стандарта LTE (Long Term Evolution, что в переводе - эволюция в течении длительного времени) от непреднамеренных радиопомех, создаваемых радиопередающими устройствами РЭС воздушной радионавигационной службы (ВРНС) и радиолокации. Полезная модель может быть использована для определения предельных режимов работы приемного устройства базовой станции сети СПР стандарта LTE при предельно допустимом максимальном значении вектора ошибки передаваемого модулированного сигнала в условиях непреднамеренных радиопомех от РЭС ВРНС и радиолокации. Полезная модель может обеспечивать проведение исследований влияния непреднамеренных радиопомех на приемник базовой станции при его работе с сигналом стандарта LTE модуляции QPSK и 16QAM. При этом лабораторный стенд может быть использован для проведения исследований минимально допустимого уровня выходной мощности абонентского терминала в современных условиях.
Известен лабораторный стенд для исследования помехозащищенности, включающий в себя имитатор сигналов радиопомех, средства для приема радиосигналов с управляющим компьютером, средства для их измерения и обработки (RU 90216 U1, G01R 29/00, 2009).
Прототипом предложенного лабораторного оборудования, предназначенного для проведения лабораторных исследований и определения помехозащищенности, является лабораторный стенд по исследованию помехозащищенности радиотехнического оборудования от непреднамеренных радиопомех. Он позволяет в лабораторных условиях исследовать помехозащищенность приемников от непреднамеренных радиопомех, позволяет имитировать помехи для определения их восприятия радиотехническим оборудованием, для чего предусмотрены средства для приема радиосигналов, их измерений и обработки. Стенд включает в себя имитатор сигналов радиопомех, симметричный сумматор, симметричный делитель и управляющий компьютер. Лабораторный стенд обеспечивает получение необходимых данных для составления рекомендаций заводу-изготовителю по повышению качества выпускаемой продукции, уточнения ее выбора из выпускаемых в настоящее время моделей (RU 101843 U1, G01R 29/00, 2010).
Недостатком как аналога, так и прототипа является отсутствие возможности исследования помехозащищенности в сетях 40 на основе стандарта LTE в лабораторных условиях. Данный стандарт мобильной связи четвертого поколения на базе IP-технологий разработало и утвердило Международное партнерское объединение 3GPP. В отличие от мобильных сетей предыдущего поколения 3G в данных сетях более высокая скорость передачи данных, причем сети 4G способны работать практически по всех диапазонах частот от 700 МГц до 2,7 ГГц, а главным звеном является технология кодирования и передачи данных (см. Интернет, 07.06.2013 www.mobile-networks.ru. Статья «Сети LTE. Структура и принцип работы»| Мобильные сети.). В описанных технических решениях отсутствует возможность проводить исследования принимаемых сигналов в условиях высоких скоростей передачи данных упомянутого стандарта. Указанные технические решения не могут обеспечить проведение исследований предельно допустимых максимальных значений вектора ошибки передаваемого абонентским терминалом модулированного сигнала, что не позволяет дать рекомендации оператору связи по условиям размещения и функционирования базовых станций.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание лабораторного стенда для проведения исследований по определению предельных режимов работы приемного устройства базовой станции сети СПР стандарта LTE при предельно допустимом максимальном значении вектора ошибки передаваемого абонентским терминалом модулированного сигнала в соответствиями с пунктом 13 «Правил применения абонентских терминалов сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта LTE» утвержденной приказом Минкомсвязи России №128 от 06.06.2011. Пункт 13 «Требования к параметрам передатчиков абонентских терминалов» определяет процент ошибки передаваемого модулированного сигнала при условии минимально допустимого уровня выходной мощности абонентского терминала. Соблюдение требований этих правил необходимо в условиях непреднамеренных радиопомех от источников излучения радиоволн. Эти исследования должны определить помехозащищенность РЭС сетей СПР стандарта LTE в условиях непреднамеренных радиопомех от РЭС ВРНС и радиолокации для выдачи рекомендаций операторам связи по условиям размещения и эксплуатации оборудования базовых станций.
Техническим результатом при реализации предлагаемой полезной модели является получение результатов исследований, необходимых для определения возможности обеспечения работоспособности средств стандарта LTE - радиокоммуникационного тестера и радиомодема. Также к техническим результатам следует отнести то, что в результате проведения лабораторных исследований осуществляется фиксирование и измерение энергетических и спектральных характеристик полезного и помехового сигналов, что необходимо для определения условий функционирования средств стандарта LTE при наличии непреднамеренных радиопомех, создаваемых радиопередающими устройствами РЭС ВРНС и радиолокации. Кроме того, техническим результатом является проведение исследований для повышения надежности функционирования средств стандарта LTE в условиях как отсутствия, так и наличия непреднамеренных радиопомех. При этом к техническому результату можно отнести то, что лабораторный стенд может обеспечить получение результатов исследований, по которым может быть осуществлен выбор оптимальной ширины полосы частот сигнала стандарта LTE. К техническому результату следует также отнести то, что повышается достоверность результатов влияния радиопомех в лабораторных исследованиях на работу средств стандарта LTE.
На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки. Лабораторный стенд по исследованию помехозащищенности приемников стандарта LTE от непреднамеренных радиопомех, включающий в себя имитатор сигналов радиопомех, симметричный сумматор, симметричный делитель и управляющий компьютер, снабжен радиомодемом, радиокоммуникационным тестером, дополнительным симметричным делителем, двумя анализаторами спектра и двумя трехплечевыми циркуляторами. Причем, имитатор сигналов радиопомех выполнен в виде генератора видеоимпульсов и высокочастотного генератора, при этом выход генератора видеоимпульсов соединен с входом высокочастотного генератора, а выход высокочастотного генератора соединен с первым входом симметричного сумматора, при этом выход управляющего компьютера соединен с первым входом радиомодема, первый выход радиомодема соединен с первым входом симметричного делителя, первый выход симметричного делителя соединен с входом первого анализатора спектра, второй выход симметричного делителя соединен с первым входом первого трехплечевого циркулятора, первый выход первого трехплечевого циркулятора соединен со вторым входом симметричного сумматора, выход симметричного сумматора соединен с первым входом второго трехплечевого циркулятора, первый выход второго трехплечевого циркулятора соединен с первым входом дополнительного симметричного делителя, первый выход дополнительного симметричного делителя соединен с входом второго анализатора спектра, второй выход дополнительного симметричного делителя соединен с входом радиокоммуникационного тестера, а выход радиокоммуникационного тестера соединен со вторым входом дополнительного симметричного делителя, третий выход дополнительного симметричного делителя соединен со вторым входом второго трехплечевого циркулятора, второй выход второго трехплечевого циркулятора соединен со вторым входом первого трехплечевого циркулятора, второй выход первого трехплечевого циркулятора соединен со вторым входом симметричного делителя, третий выход симметричного делителя соединен со вторым входом радиомодема, второй выход радиомодема соединен с входом управляющего компьютера.
Отличительными признаками заявленного технического решения от прототипа является то, что он снабжен радиомодемом, радиокоммуникационным тестером, дополнительным симметричным делителем, двумя анализаторами спектра и двумя трехплечевыми циркуляторами. Причем, имитатор сигналов радиопомех выполнен в виде генератора видеоимпульсов и высокочастотного генератора, при этом выход генератора видеоимпульсов соединен с входом высокочастотного генератора, а выход высокочастотного генератора соединен с первым входом симметричного сумматора, при этом выход управляющего компьютера соединен с первым входом радиомодема, первый выход радиомодема соединен с первым входом симметричного делителя, первый выход симметричного делителя соединен с входом первого анализатора спектра, второй выход симметричного делителя соединен с первым входом первого трехплечевого циркулятора, первый выход первого трехплечевого циркулятора соединен со вторым входом симметричного сумматора, выход симметричного сумматора соединен с первым входом второго трехплечевого циркулятора, первый выход второго трехплечевого циркулятора соединен с первым входом дополнительного симметричного делителя, первый выход дополнительного симметричного делителя соединен с входом второго анализатора спектра, второй выход дополнительного симметричного делителя соединен с входом радиокоммуникационного тестера, а выход радиокоммуникационного тестера соединен со вторым входом дополнительного симметричного делителя, третий выход дополнительного симметричного делителя соединен со вторым входом второго трехплечевого циркулятора, второй выход второго трехплечевого циркулятора соединен со вторым входом первого трехплечевого циркулятора, второй выход первого трехплечевого циркулятора соединен со вторым входом симметричного делителя, третий выход симметричного делителя соединен со вторым входом радиомодема, второй выход радиомодема соединен с входом управляющего компьютера. За счет использования радиомодема и радиокоммуникационного тестера, которые относятся к комплекту средств стандарта LTE, происходит задание полезного сигнала. Причем, в процессе проведения исследований радиомодем отображает работу абонентской станции стандарта LTE, а радиокоммуникационный тестер имитирует работу базовой станции стандарта LTE. За счет наличия трехплечевых циркуляторов происходит направленная передача сигналов в стенде по радиолиниям от радиомодема к радиокоммуникационному тестеру и обратно и во время эксперимента они выполняют функцию развязывающих устройств. При этом характеристики циркуляторов при прохождении сигналов от входов на выход - прямые потери 0,5 dB, а на другие выходы - обратные потери 20…30 dB. За счет генераторов обеспечивается помеховый сигнал в виде импульсных последовательностей с различными параметрами длительности и частот повторения импульсов для имитации внешней модуляции импульсной последовательности, выполняя функцию имитатора сигналов радиопомех. За счет использования анализаторов спектра обеспечивается контроль полезного и помехового сигналов, а также измеряются значения мощности. Симметричные делители делят поровну аддитивную смесь полезного и помехового сигналов между входами, а симметричный сумматор создает аддитивную смесь полезного и помехового сигналов.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг.1 представлена функциональная схема лабораторного стенда по исследованию помехозащищенности приемников стандарта ЬТЕ от непреднамеренных радиопомех.
Лабораторный стенд по исследованию помехозащищенности приемников стандарта LTE от непреднамеренных радиопомех состоит из управляющего компьютера 1, радиомодема 2, симметричного делителя 3, первого анализатора спектра 4, первого трехплечевого циркулятора 5, симметричного сумматора 6, генератора 7 видеоимпульсов, высокочастотного генератора 8, второго трехплечевого циркулятора 9, дополнительного симметричного делителя 10, второго анализатора спектра 11 и радиокоммуникационного тестера 12. Причем, генератор 7 видеоимпульсов и высокочастотный генератор 8 образуют имитатор сигналов радиопомех.
Связи в предложенном техническом решении выполнены следующим образом. А именно. Выход управляющего компьютера 1 соединен с первым входом радиомодема 2. Первый выход радиомодема 2 соединен с первым входом симметричного делителя 3. Второй выход радиомодема 2 соединен с первым входом управляющего компьютера 1. Первый выход симметричного делителя 3 соединен с первым анализатором спектра 4. Второй выход симметричного делителя 3 соединен с первым входом первого трехплечевого циркулятора 5. Третий выход симметричного делителя 3 соединен со вторым входом радиомодема 2. Первый выход первого трехплечевого циркулятора 5 соединен с первым входом симметричного сумматора 6. Второй выход первого трехплечевого циркулятора 5 соединен со вторым выходом симметричного делителя 3. Выход генератора 7 видеоимпульсов соединен с входом высокочастотного генератора 8. Выход высокочастотного генератора 8 соединен со вторым входом симметричного сумматора 6. Выход симметричного сумматора 6 соединен с первым входом второго трехплечевого циркулятора 9. Первый выход второго трехплечевого циркулятора 9 соединен с первым входом дополнительного симметричного делителя 10. Второй выход второго трехплечевого циркулятора 9 соединен со вторым входом первого трехплечевого циркулятора 5. Это соединение на фигуре отображено нижней ветвью связи. Первый выход дополнительного симметричного делителя 10 соединен с входом второго анализатора спектра 11. Второй выход дополнительного симметричного делителя 10 соединен с входом радиокоммуникационного тестера 12. Третий выход дополнительного симметричного делителя 10 соединен со вторым входом второго трехплечевого циркулятора 9. Выход радиокоммуникационного тестера 12 соединен со вторым входом дополнительного симметричного делителя 10.
Радиокоммуникационный тестер 12 и радиомодем 2 относятся к комплекту средств стандарта LTE для задания полезного сигнала. Радиомодем 2 в процессе проведения исследований отображает работу абонентской станции, а радиокоммуникационный тестер 12 имитирует работу базовой станции стандарта LTE. В примере исполнения радиокоммуникационный тестер 12 является тестером CMW500 (WIDEBAND RADIO COMMUNICATION TESTER) фирмы Rohde&Schwarz. Радиомодем 2 в примере исполнения представлен радиомодемом GT-B3740 фирмы Samsung. Эти изделия относятся к комплекту средств стандарта LTE. Помеховый сигнал задается с использованием высокочастотного генератора 8, который представлен генератором SMB100A (со встроенным плавным аттенюатором) фирмы Rohde&Schwarz, а также с помощью генератора 7 видеоимпульсов в виде генератора Г5-75 отечественного производства для осуществления внешней модуляции импульсной последовательности импульсов, которая в свою очередь вырабатывается упомянутым высокочастотным генератором SMB100A фирмы Rohde&Schwarz. Образуемый генераторами 7 и 8 имитатор сигналов радиопомех обеспечивает заданный помеховый сигнал в виде импульсных последовательностей с различными параметрами длительности импульсов, а также частот повторения импульсов и частот следования пачек импульсов. Управляющий компьютер 1 представлен как компьютер РС для управления функционированием модема. Первый трехплечевой циркулятор 5 и второй трехплечевой циркулятор 9 представлены в виде циркулятора линейки фидерного тракта изделия ПРМГ-5 (ПРМГ-76У). Они обеспечивают прохождение сигналов от каждого из входов на выход по стрелке с затуханием 0,5 dB, а на другие выходы с затуханием 20…30 dB. Первый анализатор спектра 4 и второй анализатор спектра 11 предназначены для контроля наличия полезного и помехового сигналов и измерения значения их мощностей соответственно на входе радиомодема 2 и радиокоммуникационного тестера 12. Для этих целей может быть использован любой современный анализатор спектра, например 2 FSP-3 фирмы Rohde&Schwarz. Каждый симметричный делитель 3 и дополнительный симметричный делитель 10 делит поровну аддитивную смесь полезного и помехового сигналов соответственно между входами анализатора спектра 1 и радиомодема 2, второго анализатора спектра 11 и радиокоммуникационного тестера 12. Симметричный сумматор 6 выполнен в виде направленного ответвителя и обеспечивает создание аддитивной смеси запросного (полезного) сигнала стандарта LTE и помехового сигнала.
Лабораторный стенд по исследованию помехозащищенности приемников стандарта LTE от непреднамеренных радиопомех работает следующим образом.
В исследованиях радиокоммуникационный тестер 12 имитирует базовую станцию стандарта LTE, радиомодем 2 - абонентскую. Помеховый сигнал задается высокочастотным генератором 8 и генератором 7 видеоимпульсов. Этот помеховый сигнал подается на одно из плеч симметричного сумматора 6. На другое его плечо подается сигнал стандарта LTE от радиомодема 2, прошедший симметричный делитель 3 и первый трехплечевой циркулятор 5. Радиомодем 2 функционирует под управлением управляющего компьютера 1, осуществляющего загрузку передаваемой запросной информации и прием с радиомодема 2 ответной информации от радиокоммуникационного тестера 12. Симметричный делитель 3 осуществляет деление поступающего от первого трехплечевого циркулятора 5 ответного сигнала радиокоммуникационного тестера 12 между радиомодемом 2 и первым анализатором спектра 4. При этом первым анализатором спектра 4 осуществляется контроль сигналов на входе радиомодема 2 и измерение их мощностных параметров. С выхода симметричного сумматора 6 аддитивная смесь запросного сигнала стандарта LTE от радиомодема 2 и помехового сигнала от высокочастотного генератора 8 подается на второй трехплечевой циркулятор 9, а с него на дополнительный симметричный делитель 10. Дополнительный симметричный делитель 10 делит поровну аддитивную смесь полезного и помехового запросного сигналов между входами второго анализатора спектра 11 и радиокоммуникационного тестера 12. При этом второй анализатор спектра 11 обеспечивает контроль полезного и помехового сигналов на входе радиокоммуникационного тестера 12 и измерение значений их мощностей. С выхода радиокоммуникационного тестера 12 ответный сигнал стандарта LTE поступает через дополнительный симметричный делитель 10, затем через второй трехплечевой циркулятор 9, далее через нижнюю ветвь на первый трехплечевой циркулятор 5 и затем через симметричный делитель 3 на радиомодем 2, с выхода которого переданная информация поступает на компьютер 1. Таким образом, сигналы последовательно передаются от выхода управляющего компьютера 1 на первый вход радиомодема 2, с первого выхода радиомодема 2 сигналы стандарта LTE передаются на первый вход симметричного делителя 3. С первого выхода симметричного делителя 3 сигналы передаются на вход первого анализатора спектра 4 и со второго выхода симметричного делителя 3 сигналы стандарта LTE передаются на первый вход первого трехплечевого циркулятора 5. Далее с первого выхода первого трехплечевого циркулятора 5 сигналы передаются на второй вход симметричного сумматора 6. При этом с выхода генератора 7 видеоимпульсы передаются на вход высокочастотного генератора 8, который в свою очередь формирует помеховые сигналы с регулировкой их мощности встроенным плавным аттенюатором, а затем эти помеховые сигналы передаются с выхода высокочастотного генератора 8 на первый вход симметричного сумматора 6. С выхода симметричного сумматора 6 сигналы стандарта LTE от радиомодема 2 и суммарные помехи подаются на первый вход второго трехплечевого циркулятора 9. С первого выхода второго трехплечевого циркулятора 9 сигналы передаются на первый вход дополнительного симметричного делителя 10. После деления сигналы передаются с первого выхода дополнительного симметричного делителя 10 на вход второго анализатора спектра 11 и через второй выход дополнительного симметричного делителя 10 на вход радиокоммуникационного тестера 12. Ответный сигнал базовой станции стандарта LTE с выхода радиокоммуникационного тестера 12 передается на второй вход дополнительного симметричного делителя 10. Затем с третьего выхода дополнительного симметричного делителя 10 сигнал передается на второй вход второго трехплечевого циркулятора 9. В соответствии с порядком чередования сигнал с плеча второго выхода второго трехплечевого циркулятора 9 передаются на второй вход первого трехплечевого циркулятора 5, который, в свою очередь, соответствии с порядком чередования передает сигнал со второго выхода первого трехплечевого циркулятора 5 на второй вход симметричного делителя 3, а с третьего выхода симметричного делителя 3 сигналы передаются на второй вход радиомодема 2. Радиомодем 2 передает сигналы на вход управляющего компьютера 1, который осуществляет прием ответной информации от радиокоммуникационного тестера 12.
Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает проведение лабораторных исследований помехозащищенности приемников стандарта LTE от непреднамеренных радиопомех и получение результатов исследований, необходимых для определения возможности обеспечения работоспособности в условиях радиопомех средств стандарта LTE - радиокоммуникационного тестера и радиомодема. При проведении исследований обеспечивается наблюдение, фиксирование и измерение энергетических и спектральных характеристик полезного и помехового сигналов для определения условий функционирования средств стандарта ЬТЕ при наличии непреднамеренных радиопомех. Кроме того, при проведении исследований обеспечивается повышение надежности функционирования средств стандарта LTE в условиях как отсутствия, так и наличия непреднамеренных радиопомех. В результате использования стенда по уточненным параметрам оборудования в результате лабораторных исследований оператору связи будут даны рекомендации по условиям размещения и функционирования базовых станций.