КОМПЛЕКС ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
SYSTEM FOR MEASURING RADIATION POWER OF BASE STATIONS OF CELLULAR COMMUNICATION IN VERTICAL PLANE

Изобретение относится к радиосистемам измерения диаграмм излучения антенн передающих устройств, расположенных на высотных башнях в вертикальной плоскости, в частности в базовых станциях сотовой связи.
Известен способ измерения мощности излучения передатчиков, расположенных на высотных башнях, который осуществляется с помощью наземных анализаторов поля, например АКС-1201 [1], Кордон -2, [2], АПП-7М [3]. Уровень мощности излучения передатчиков, базовых станций на высоте носителя анализатора поля измеряется непосредственно, а на больших высотах может быть определен расчетным путем по известной характеристике направленности антенны базовой станции (БС). Недостаток способа состоит в том, что и ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) и БС уровень наклона ее оси к Земле может быть неизвестен, что вызовет большие ошибки измерения.
Известно устройство для измерения характеристик поля антенны (патент РФ №1737372, G01R 29/10), установленных на возвышенностях с направлением излучения сверху вниз. Устройство для измерения характеристик поля состоит из несущей платформы, например вертолета, дирижабля, на которой установлено с возможностью вращения относительно вертикальной оси основание, к которому прикреплен активный зонд, перемещающийся по углу места и окружности. Недостатком устройства является низкая точность измерения вертикальных параметров поля излучения, поскольку высота полета несущей платформы устанавливается с определенной погрешностью.
Известно устройство для измерения диаграммы направленности антенны методом облета (авторское свидетельство РФ №1309741, G01R 29/10), в котором позиционирование носителя измерительной антенны осуществляется за свет применения модуля радиотехнической системы ближней навигации. Недостатком устройства является ограничение, налагаемые дальностью действия и точностью позиционирования радиотехнической системы ближней навигации.
Известен способ определения местоположения мощностей источников излучения (патент РФ №2444740, G01R 29/10), сущность которого состоит в разбиении контролируемой области пространства на элементы разрешения по местоположению, определении коэффициентов усиления, создаваемых приемной антенной для приемной антенной для каждого элемента разрешения при выбранных априори оси диаграммы направленности антенны, формировании и оценки матрицы усиления. Недостаток метода состоит в необходимости точной настройки на ось диаграммы направленности измеряемой антенны, что можно сделать только точно зная угол места и азимут установки антенны, в противном случае точность измерения существенно снижается.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является измерительная аппаратура [4], реализующая способ измерения параметров излучения антенн с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и состоящая из последовательно соединенных антенны-зонда, измерителя мощности, контроллера и накопителя, причем ко второму входу контроллера подключен навигационный приемник GPS-ГЛОНАСС. В качестве БПЛА используется программно-управляемая модель самолета. Способ измерения ДН передающей антенны состоит в следующем. Перед запуском БПЛА осуществляется мониторинг помеховой обстановки и калибровка измерителя мощности по сигналу излучения передатчика антенны. После включения передатчика, нагруженного на измеряемую антенну, производиться взлет БПЛА. БПЛА пролетает заранее установленные точки проведения измерений с требуемой периодичностью интервалами и дистанцией. В ходе полета в контроллере производится запись и хранение радионавигационных параметров (x, y, z, t) и измеренных с помощью зонда-антенны и измерителя мощности параметров излучаемого сигнала. После завершения программы измерений БПЛА совершает посадку на парашюте. С контроллера снимается и обрабатывается записанная информация.
Недостатком прототипа применительно является, во-первых, низкая оперативность получения данных измерения (только после посадки БПЛА), что не позволяет в режиме реального времени уточнять характеристики излучения антенны в проблемных зонах приема, во-вторых, маневренность БПЛА самолетного типа не позволяет точно измерять параметры характеристик излучения диаграмм направленности базовых станций сотовой связи, имеющих узкую (до 16 град) диаграмму направленности в вертикальной плоскости, в-третьих, многолепестковый характер излучения антенн базовых станций в вертикальной плоскости требует сплошного (а не дискретного, как в прототипе) измерения характеристик излучения в вертикальной плоскости.
Целью изобретения является увеличение оперативности и точности измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости.
Указанная цель достигается тем, что в измерительную аппаратуру, содержащую накопитель измеренной информации и бортовой комплект в составе последовательно соединенных антенны-зонда и селективного измерителя мощности, а также GPS/ГЛОНАСС приемника, дополнительно введены: дистанционно управляемый беспилотный летательный аппарат на платформе многомоторного вертолета (многокоптера), бортовой комплект, наземный комплект, соединенный с бортовым комплектом через радиоканал Wi-Fi, причем в состав наземного комплекта входят первый модем Wi-Fi, пульт управления квадракоптером, подключенный к первому порту первого модема, параллельно подключенные ко второму порту первого модема индикатор отображения измеренных данных в координатах «мощность-высота-время» и накопитель измеренной информации, подключенный к третьему порту первого модема индикатор отображения видеоинформации, в бортовом комплекте - второй модем Wi-Fi, последовательно соединенные блок датчиков и полетный контроллер, первый выход которого подключен к третьему порту второго модема, видеокамера, подключенная ко второму порту второго модема, блок двигателей квадракоптера, подключенный ко второму выходу полетного контроллера, причем селективный измеритель мощности подключен к первому порту второго модема, а в блок датчиков входят GPS/ГЛОНАСС приемник, акселерометр, бародатчик, трехосевой гироскоп, компас, в блок двигателей входят двигатели квадракоптера.
Приведенная совокупность признаков отсутствует в исследованной патентной и научно-технической литературе по данному вопросу, следовательно, предложенные технические решения соответствуют критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-3.
Фиг. 1 - блок-схема комплекса измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости.
Фиг. 2 - схема поясняющая принцип работы комплекса измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости.
Фиг. 3 - алгоритм измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости.
Комплекс измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости по фиг. 1 состоит из дистанционно-пилотируемого многомоторного летательного аппарата (многокоптера) с вертикальным взлетом [5] 1, бортового 2 и наземного комплектов 3, соединенных посредством радиоканала Wi-Fi 4, причем бортовой комплект, расположенный на дистанционно-пилотируемом многомоторном летательном аппарате (многокоптере), состоит из последовательно соединенных антенны-зонда 5 и селективного измерителя мощности 6, выход которого подключен к первому порту 7 второго модема 8, видеокамеры 9, подключенной ко второму порту 10 второго модема, последовательно соединенных блока датчиков 11 и полетного контроллера 12, первый выход которого подключен к третьему порту 13 второго модема 8, блок двигателей 15 многокоптера, подключенный ко второму входу полетного контролера, наземный комплект 3 состоит из первого модема 16, соединенного посредством радиоканала Wi-Fi 4 со вторым модемом 8, пульта управления многокоптером 17, подключенного к первому порту 18 первого модема 16, индикатора отображения измеренных данных в координатах «мощность-высота-время» 19 и накопителя измеренной информации 20, параллельно подключенных ко второму порту 21 первого модема 16, индикатора отображения видеоинформации 22, подключенного к третьему порту 23 первого модема 16, причем в блок датчиков входят GPS/ГЛOHACC приемник, акселерометр, бародатчик, трехосевой гироскоп, компас.
Сущность заявляемого комплекса измерения мощности излучения базовых станций сотовой связи в вертикальной плоскости поясняется с помощью фиг. 2. Базовая станция сотовой связи 24 формирует зону покрытия 25, имеющую в горизонтальной плоскости круговую (слабонаправленную) характеристику, а в вертикальной плоскости - направленную характеристику. Причем максимум характеристики направленности в вертикальной плоскости определяет требуемые энергетические параметры канала радиосвязи. Для измерения мощности излучения на заданном направлении и удалении относительно базовой станции устанавливается комплекс измерения мощности излучения. Селективный измеритель мощности 6 обладает свойством частотной избирательности и настраивается на излучение частоты измеряемой базовой станции. Сигнал поля излучения 25 базовой станции 24 принимается антенной-зондом 5 бортового комплекта 1 измерительного комплекса и поступает на измеритель мощности 6. В измерителе мощности измеренный сигнал преобразуется (кодируется) и поступает на первый порт 7 второго модема 8. Одновременно в GPS/ГЛОНАСС приемнике блока датчиков 11 по сигналам спутниковой навигационной системы (СНС) GPS/ГЛОНАСС 26 определяются плоскостные координаты многокоптера 1, а также текущее время. Точная высота многокоптера определяется с помощью бародатчика, входящего в блок датчиков 11. Информация о текущих координатах и высоте многокоптера, а также времени в блоке 11 кодируется и поступает на первый вход полетного контроллера 12. Эти данные используются как для управления и контроля двигателями, входящими в состав блока двигателей 15 многокоптера, так и поступают транзитом на второй порт второго модема 8. Видеосигнал с выхода видеокамеры 9 поступает на третий порт второго модема. Со второго модема 8 по радиоканалу Wi-Fi 4 на первый модем поступает кодированная информация об уровне измеренной мощности базовой станции, текущем времени, текущих плоскостных координат и высоте многокоптера 1, а также видеоинформация с выхода видеокамеры 9. Между модемами осуществляется передача информации по технологии кодового разделения каналов. Со второго порта 21 модема 16 кодированная информация о текущих координатах и высоте многокоптера, а также текущем времени параллельно поступает на входы индикатора отображения измеренных данных в координатах «мощность-высота-время» 19 и накопителя измеренной информации 20. На индикаторе 19 наблюдается текущий график зависимости измеренной мощности от высоты многокоптера и текущего времени. С третьего порта 23 первого модема 16 на вход индикатора отображения видеоинформации 22 поступает видеоинформация с видеокамеры 9. Для измерения мощности излучения базовой станции в вертикальной плоскости оператор, с помощью пульта управления 17, поднимает многокоптер на следующий уровень высоты. Дискретность (шаг) подъема и количество точек замера в вертикальной плоскости зависят от требуемой полноты и точности измерения уровня мощности и выбираются оператором. Управляющий сигнал с пульта 17 через первый порт 18 первого модема 16 по радиоканалу Wi-Fi 4 через второй модем 8 и полетный контроллер поступает на блок двигателей 15. Алгоритм измерения мощности излучения базовой станции сотовой связи в вертикальной плоскости приведен на фиг. 3 и является промышленно реализуемым.
Научно-техническая литература
1. АКС 1201 - анализатор электромагнитного поля //WWW.electronpribor.ru.
2. Кордон -2 - анализатор электромагнитного поля // WWW.novocom.ru.
3. АПП-М -анализатор электромагнитного поля // WWW.infosecur.ru.
4. Классен В.И., Просверкин И.А. Измерение парметров крупноапертурных ФАР с помощью беспилотного летательного аппарата// Радиотехника, 2014 №4. - Прототип.
5. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM. – М.: Эко-Трендз, 2005.
6. https://m.wikipedia.org/wiki/. Мультикоптер.