Экспериментальная оценка возможности перехода радиосетей ОВД на меньший канальный разнос с сохранением заданной зоны обслуживания

В.О. Андрущук А.Н. Бабкин,

кандидат технических наук, доцент

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕХОДА РАДИОСЕТЕЙ ОВД НА МЕНЬШИЙ КАНАЛЬНЫЙ РАЗНОС С СОХРАНЕНИЕМ ЗАДАННОЙ ЗОНЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ

EXPERT ESTIMATION OPPORTUNITY OF RADIO MOBILE SYSTEMS TO WORK WITH DIFFERENT BANDWIDTH

OF CHANNEL

Проведены измерения отношения сигнал/шум в радиостанциях с различными частотными разносами между соседними каналами. Разработаны рекомендации по обеспечению заданной зоны покрытия.

The expert analysis of signal-to-noise ratio estimation in the radio stations with different bandwidth of channel is conducted. The recommendations to provide zone of radio signal which is required are suggested.

В настоящее время важнейшими задачами развития подвижной радиосвязи ОВД являются: создание сетей двухчастотного симплекса (ДЧС) на основе современных ретрансляторов, совершенствование конвенциальных сетей подвижной радиосвязи (СПР) ОВД, построенных на базе аналогового оборудования, повышение эффективности функционирования цифровых конвенциальных сетей.

Решение поставленных задач невозможно без рационального использования частотного ресурса. Для совершенствования существующих и построения новых СПР ОВД необходимо переходить на меньший канальный разнос радиосетей: с 25 кГц на

12,5 кГц и 6,25 кГц.

Цифровые синтезаторы частот, которые применяются в современных радиостанциях, позволяют это сделать. Однако при построении радиосетей с меньшим канальным разносом необходимо обеспечить качественную радиосвязь для мобильных абонентов в условиях воздействия помех с сохранением заданной зоны обслуживания, а также электромагнитную совместимость радиосетей (ЭМС) и в особенности в отношении помех по соседнему каналу.

Вопросы рационального использования частотного ресурса и обеспечения надежного функционирования радиосетей с различным канальным разносом являются актуальными и вызывают интерес у специалистов связи [1,2].

Качественная радиосвязь, а соответственно, заданная зона обслуживания, будет определяться допустимым отношением сигнал/шум на входе приемника (ПРМ) радиостанции (Рс/Рш)вх (дБ) при условии, что его численное значение будет определяться по допустимому численному значению отношения сигнал/шум на выходе ПРМ радиостанции (Рс/Рш)вых (дБ). Значение (Рс/Рш)вых должно быть не менее 12 дБ [3].

Из[4]следует

(Dn/D0 ) аио = 4,7 + 20 lg т+ + [(ВЙ/В0 )а5 - Е 0 ], где тч — индекс частотной модуляции; Кш — коэффициент шума ВЧ тракта ПРМ.

Теоретические расчеты [4] показывают, что перевод радиосети на канальный разнос в 12,5 кГц приводит к уменьшению отношения сигнал/шум на 6 дБ и для сохранения заданной зоны обслуживания при меньших канальных разносах необходимо компенсировать потери сигнала на указанную величину. Рис. 1 иллюстрирует сказанное. На этом рисунке А кр — величина канального разноса.

Заданная зона обслужива- / \ \ \ \ » 1 1 1 1 1 1 1 / / / \ Заданная зона обслу-

ния радиосети с Дкр=12,5 живания радиосети с

кГц Дкр=25 кГц

(Рс/Рш)вых =12 дБ ! А і ; (Рс/Рш)вых =12 дБ

Базовая ра- ' / / Потери сиг-

диостанция » ч ^ х / нала 6 дБ

Рис. 1

В данной статье приводятся экспериментальные данные оценки возможности перехода радиосетей ОВД на меньший канальный разнос с сохранением заданной зоны обслуживания. Основой для оценки такой возможности могут служить результаты измерений отношений сигнал/шум на выходе абонентских радиостанций с различными канальными разносами.

Структурная схема измерения отношения сигнал/шум на выходе абонентских радиостанций приведена на рис. 2.

На этом рисунке ГВЧ — генератор высокой частоты; ИНИ — измеритель нелинейных искажений; Р/СТ — исследуемая радиостанция.

Отношение сигнал/шум измерялось на низкочастотном выходе радиостанций. Измерения проводились на аналоговых носимых радиостанциях Альтавия-301М, Аль-тавия-351, ВЭБР160/20М. Параметры радиостанций соответствовали нормам, указанным в [3]. Измерения проводились на частотах работы радиостанций условного диапазона 160 МГц.

Алгоритм измерений заключался в следующем.

1. На вход приемников радиостанций с канальным разносом 25 кГц с выхода ГВЧ подавали стандартный испытательный сигнал [3] с девиацией частоты 3 кГц. Уменьшая с помощью аттенюатора ГВЧ уровень выходного сигнала, добивались значения коэффициента нелинейных искажений, равного 25%, что соответствовало отношению сигнал/шум на низкочастотном выходе ПРМ Р/СТ, равного 12 дБ.

Значение уровня сигнала на выходе ГВЧ соответствовало чувствительности ПРМ

2. Уменьшали девиацию частоты до значения стандартной испытательной девиации, равной 1,5 кГц (что соответствовало канальному разносу 12,5 кГц). С помощью аттенюатора ГВЧ добивались значения коэффициента нелинейных искажений, равного

25%, что также соответствовало отношению сигнал/шум на низкочастотном выходе ПРМ Р/СТ, равного 12 дБ.

Значение уровня сигнала на выходе ГВЧ соответствовало чувствительности ПРМ.

3. Уменьшали девиацию частоты до значения стандартной испытательной девиации, равной 0,75 кГц (что соответствовало канальному разносу 6,25 кГц). С помощью аттенюатора ГВЧ добивались значения коэффициента нелинейных искажений, равного 25% .

Значение уровня сигнала на выходе ГВЧ соответствовало чувствительности

ПРМ.

При этом для радиостанции ВЭБР160/20М измерения проводились с различными полосами пропускания фильтра основной селекции (соответственно 15 кГц и 10 кГц).

При измерениях на радиостанциях Альтавия-301М и Альтавия-351 полосы пропускания фильтров основной селекции не перестраивались.

Результаты измерений приведены в табл. 1.

Таблица 1

Канальный разнос, кГц Стандартная девиация, кГц !увствительность, мкВ

Альтавия- 301М Альтавия- 351 ВЭБР160/20М

Полоса пропускания фильтра основной селекции , кГц

15 10

25 3 0,18

12,5 1,5 0,27

6,25 0,75 0,47

Как видно из табл. 1, при уменьшении канального разноса с 25 кГц на 12,5 кГц чувствительность ПРМ, а, следовательно, и отношение сигнал/шум на выходе ПРМ Р/СТ, уменьшается на 3-4 дБ. При переходе на канальный разнос 6,25 кГц отношение сигнал/шум уменьшается на 5-6 дБ.

При уменьшении полосы пропускания фильтра основной селекции радиостанции ВЭБР160/20М с 15 кГц до 10 кГц и переходе с канального разноса 25 кГц на 12,5 кГц отношение сигнал/шум не изменилось.

Таким образом, по результатам измерений можно сделать следующий вывод.

1. Эксплуатируемые в настоящее время в СПР ОВД радиостанции (стационарные, возимые и носимые) имеют, как правило, неперестраиваемые фильтры основной селекции с полосой пропускания 15 или 20 кГц.

2. При переходе радиосетей на меньший канальный разнос с сохранением заданной зоны покрытия необходимо уменьшать полосу пропускания фильтра основной селекции, как минимум, на 5 кГц.

Для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосетей ОВД, работающих с канальными разносами 12,5 кГц и 6,25 кГц, необходимо оценить избирательность приемников радиостанций по соседнему каналу.

Под помехами по соседнему каналу понимаются помехи, возникающие от работы радиосетей, частоты передачи &рд которых отличаются от частоты приёма &рм исследуемой сети на величину Дкр: ± А ^ .

Структурная схема измерения избирательности представлена на рис. 3.

На этом рисунке ГВЧ 1 и ГВЧ 2 — соответственно первый и второй генераторы высокой частоты. Методика измерений заключалась в следующем.

На вход ПРМ Р/СТ от ГВЧ 1 при отсутствии мешающего сигнала от ГВЧ 2 подавали нормальный испытательный сигнал [3] и устанавливали уровень Ц1, при котором отношение сигнал/шум на выходе ПРМ равнялось 12 дБ. Увеличивали уровень входного сигнала на 3 дБ.

От ГВЧ 2, настроенного на частоту работы соседнего канала, подавали мешающий сигнал со стандартной девиацией частоты. Увеличивали уровень мешающего сигнала до значения Ц2, при котором отношение сигнал/шум на выходе ПРМ равнялось 12 дБ.

Избирательность ПРМ по соседнему каналу Бск вычислялась по формуле:

—

П»е = 2018-І, дБ.

и1

Результаты измерений представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, избирательность по соседнему каналу приемников радиостанций при канальном разносе ±25 кГц составляет 75—84 дБ, что соответствует требованиям [3].

При канальном разносе ±12,5 кГц избирательность ухудшается на 8—10 дБ. Для радиостанций Альтавия-301М и ВЭБР160/20М (полоса пропускания фильтра основной селекции 15 кГц) значение избирательности составила меньше требуемого значения на 30—40 дБ.

Данные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Для обеспечения ЭМС радиосетей в отношении помех по соседнему каналу при переходе радиосетей с канального разноса 25 кГц на 12,5 кГц необходимо компенсировать ухудшение избирательности приемников радиостанций на 8—10 дБ.

Таблица 2

Канальный разнос, кГц Избирательность, дБ

Альтавия- 301М Альтавия- 351 ВЭБР160/20М

Полоса пропускания фильтра основной селекции , кГц

15 10

+25 76 84 82 87

-25 75 81 81 87

+12,5 38 73 41 73

-12,5 28 71 21 74

2. Работа радиосетей с канальным разносом 6,25 кГц в режиме одночастотного симплекса возможна только при обеспечении требуемого территориального разноса.

Проведём анализ совместимости двух радиосетей с канальным разносом

12,5 кГц в отношении помех по соседнему каналу, используя данные табл. 1 и 2.

Данные радиосети представлены на рис. 4. На этом рисунке А — антенна, Ьтр — потери сигнала на радиотрассе.

Оапрд

Ьапрд

Рпрдск

А

Ьтр

Рпрд

Рпрм

А

у Оапрм

^ Ьапрм

^ Рпр мск

Базовая Р/СТ Базовая Р/СТ

1-й сети 2-й сети

Рис. 4

Пусть мощность передатчика Рпрд базовой радиостанции 1-й радиосети составляет 20 Вт (43 дБм). Мощность излучения данного передатчика в соседнем канале Рпрдск с учётом данных таблицы 2 составит Рпрдск = 43 - 73 = -30 (дБм).

Чувствительность приёмника Рпрм базовой радиостанции 2-й радиосети равна

0,27 мкВ (-118 дБм). Положим, что коэффициенты усиления антенн (Оапрд и Оапрм соответственно) и потери в фидерах (Ьапрд и Ьапрм соответственно) базовых радиостанций рассматриваемых радиосетей равны нулю.

Уровень мешающего сигнала в соседнем канале на входе приёмника базовой радиостанции 2-й радиосети будет определяться следующим выражением:

Р = Р

црмск прдск

^апрм

В качестве критерия электромагнитной совместимости двух радиосетей можно принять допустимое отношение сигнал/помеха на входе приёмного устройства базовой радиостанции 2-й радиосети:

прм

прмск

> 12 (дБ).

Пусть мощность мешающего сигнала 1-й радиосети на входе ПРМ базовой радиостанции 2-й радиосети известна из эксперимента и составляет -40дБм. Рассчитаем величину потерь сигнала на радиотрассе:

Ьод = йа - Ьайа + °айа + °ай1 - Ьай! -

Ьтр = 43 - 0 + 0 + 0 - 0 + 40 = 83 (дБ).

На такую же величину ослабляется мощность излучения передатчика базовой радиостанции 1-й радиосети в соседнем канале и, следовательно, в соответствии с (1): Рпрмск = -30 - 0 + 0 - 83 + 0 - 0 = -113 (дБм).

Проверим выполнение критерия (2): -118 -(-113) = -5 (дБ).

Как видно из расчётов, для обеспечения электромагнитной совместимости двух радиосетей необходимо мешающий сигнал дополнительно ослабить на величину не менее 17 дБ.

Данный алгоритм можно применять для обеспечения электромагнитной совместимости как аналоговых, так и цифровых радиосетей в отношении помех по соседнему и побочным каналам приема.

Ослабления мешающего действия сигналов можно добиться:

1. Увеличением фактического расстояния между двумя базовыми радиостанциями на требуемое значение.

2. Увеличением канального разноса двух радиосетей на пхДкр кГц, где п = 2,3,4,...,.

3. Снижением выходной мощности передатчиков базовых радиостанций.

4. Применением специальных технических средств (прежде всего узкополосных фильтров) в антенно-фидерных трактах базовых радиостанций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Галкин В. А. Цифровая мобильная радиосвязь: учебное пособие для вузов. — М.: Горячая линия-Телеком, 2007.— 432 с.

2. Защищенные радиосистемы цифровой передачи информации / П.Н. Сердюков [и др.]. — М.: АСТ, 2006. — 403 с.

3. ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы .

4. Бабкин А. Н. Оценка защищенности сигнала при различных частотных разносах между соседними каналами в системах подвижной радиосвязи органов внутренних дел // Вестник Воронежского института МВД России.— 2011.— №1.—

С. 135 — 141.