УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АБОНЕНТСКИМ ТЕРМИНАЛОМ СТАНДАРТА TETRA

Устройство управления абонентским терминалом стандарта TETRA
Полезная модель относится к области связи и телекоммуникаций, в частности к устройствам управления абонентским терминалом стандарта TETRA для определения зон покрытия системы радиосвязи стандарта TETRA. Заявляемое устройство состоит из аппаратного микроконтроллера с разработанным программным обеспечением (ПО), выполненного с возможностью подключения к нему абонентского терминала.
Одним из основных качественных параметров современной системы подвижной связи является ее зона покрытия.
Покрытие сети определяется как зона пространства, где уровень принимаемого сигнала (RSSI) от обслуживающей базовой станции (БС) выше или равен заданному пороговому значению. Базовая станция может осуществлять передачу по широковещательному каналу управления ВССН для сетей второго поколения мобильных телекоммуникаций 2G (GSM, DAMPS, GPRS, TDMA), по пилотному каналу физического уровня CPICH для мобильных сетей третьего поколения 3G, или по каналу передачи групповой служебной информации МССН для сетей стандарта цифровой транкинговой радиосвязи TETRA. Пороговое значение определяется чувствительностью абонентского терминала (дБм), измеряемой при заданном коэффициенте битовых ошибок BER для цифровых абонентских терминалов или отношением сигнал/шум для аналоговых абонентских терминалов.
Зона покрытия системы радиосвязи является одной из важнейших характеристик сети - она определяет возможность доступа пользователя к сети и ее сервисам. Для обеспечения услугами связи необходимо обладать актуальной информацией о зонах покрытия сети. Реальная карта зон покрытия позволяет планировать дальнейшее развитие сети и выявлять возможные проблемы в сети подвижной связи.
Зоны покрытия сети прогнозируются на основании моделей распространения радиоволн. Идеализированное покрытие для ультракоротковолнового (УКВ) сигнала в сети подвижной связи можно рассчитать, используя два параметра: дальность прямой видимости и затухание в свободном пространстве.
Дальность прямой видимости с учетом рефракции определяется следующей формулой:
где D - дальность прямой видимости, км; H1, Н2 - высоты подвеса антенн базовой станции (БС) и терминала, м.
Затухание в свободном пространстве без учета влияния состояния среды распространения определяются формулой:
где LOS - затухание в свободном пространстве без учета влияния состояния среды распространения, дБ; D - расстояние между абонентским терминалом и БС, км; F - рабочая частота БС, МГц.
Расчетный уровень принимаемого сигнала от БС в точке нахождения абонентского терминала определяется формулой:
где RSSI - уровень принимаемого сигнала от БС в точке нахождения терминала, дБм; Ρ - мощность БС, подводимая к антенне, дБм; Ky1 и Ky2 - коэффициенты усиления антенн БС и абонентского терминала, дБи; LOS -потери в свободном пространстве, дБ.
Покрытием сети является зона пространства, в которой выполняются два критерия:
1. Расстояние от БС до терминала меньше, чем расчетная дальность прямой видимости.
2. Расчетный уровень сигнала от БС больше или равен чувствительности абонентского терминала.
Путем введения в теоретические расчеты поправочных коэффициентов учитывается влияние на зону покрытия состояния среды распространения радиоволн, например, влияние состояния сухого или дождливого климата, леса или степи и т.п. Также обязательным является учет интерференционных и быстрых замираний сигнала. Для уточнения расчетных зон покрытия необходимо производить их измерения опытным путем.
Опытным путем покрытие измеряется с помощью тестовых терминалов, находящихся в ждущем режиме, или с помощью специальных сканеров. Измерения производятся путем регистрации уровня RSSI в определенных координатах зоны покрытия сети наилучшего канала МССН для сетей TETRA (ВССН для сетей 2G, CPICH для сетей 3G).
Согласно рекомендации ETSI все измерения на сетях подвижной связи должны производиться с помощью мобильных или стационарных тестовых комплексов. Для исключения расхождения результатов измеряемых параметров для проведения измерений предпочтительно использовать абонентские терминалы и антенны, аналогичные применяемым в сети связи.
Анализ опубликованных технических решений показывает, что в настоящее время разработан и используется ряд устройств для определения зон покрытия сетей подвижной связи.
Известен способ определения местоположения в сетях подвижной радиосвязи [патент на изобретение RU 2458464 С1, опубл. 10.08.2012, МПК Н04В 7/26].
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к системам подвижной связи, и может быть использовано для организации систем подвижной радиосвязи с возможностью определения местоположения абонентов, управления в сетях подвижной радиосвязи и предоставлением дополнительных услуг абонентам сетей подвижной радиосвязи, а также сторонним пользователям систем подвижной радиосвязи. Для этого в подвижной станции сети подвижной радиосвязи по радионавигационным сигналам радионавигационного поля определяют местоположение, направление движения и скорость перемещения подвижной станции. С помощью сигналов базовых станций сети подвижной радиосвязи формируют радионавигационное поле на территории зоны покрытия сети подвижной радиосвязи. В структуру сигналов, формируемых и передаваемых базовыми станциями сети подвижной радиосвязи, вводят радионавигационную информацию.
При использовании данного способа на территории зоны покрытия сети радиосвязи определяют радионавигационную информацию, однако привязка этой информации к уровням принимаемого сигнала от базовых станций не производится.
Кроме того, известна система для измерений зон покрытий в движении по радиоинтерфейсу [R&S TETRA, test_and_measurement/Drive_Test_Tools/TSMW/, 2010, , 2012]. Сканеры компании Rohde & Schwarz R&SROMES4 и универсальный анализатор радиосетей R&STSMW образуют решение для анализа и оптимизации радиосетей. R&SROMES4 представляет собой измерительную платформу для мобильного применения во всех сетях мобильной радиосвязи. В сочетании со сканерами и тестовыми мобильными телефонами она образует систему для измерения покрытия и качества обслуживания (QoS). Кроме записи и визуализации тестируемых параметров, она выполняет мгновенную обработку данных и рассчитывает статистические характеристики в реальном масштабе времени.
Система измерения покрытия позволяет выполнять захват измеряемых данных, генерацию тестового вызова и анализ результатов. Программная платформа R&SROMES является ядром системы для измерения в ходе тестовых проездов. Программное обеспечение работает на портативном компьютере и допускает подключение через USB или FireWire таких устройств, как тестовые мобильные телефоны, тестовые приемники или приемники GPS. Программное обеспечение (ПО) R&SROMES осуществляет сбор данных, может обрабатывать и объединять данные для повышения эффективности анализа. Выполняет анализ покрытия сетей TETRA во всех диапазонах и декодирование вещательной информации, отображает на карте список базовых станций и маршрут движения (на основе MapInfo МарХ).
Недостатком указанной системы является сложность реализации измерения зон покрытия, большие габаритные размеры используемого оборудования (измерительная платформа, сканеры, мобильные телефоны), что затрудняет ее использование, а также высокая стоимость оборудования и внедрения.
Среди известных аналогов ближайшим по технической сущности является беспроводная сотовая система связи [патент на изобретение GB 2387070 (А), опубл. 01.10.2003, МПК H04W 16/18, H04W 24/08].
Изобретение относится к беспроводной системе связи, в частности к созданию динамической географической карты покрытия для беспроводной системы сотовой связи. Беспроводная сотовая система связи, содержащая множество беспроводных устройств связи, обеспечивает связь в отношении перекрывающихся зон покрытия, при этом множество беспроводных устройств связи функционально связаны посредством блока управления, причем для множества беспроводных устройств связи получают сообщения-отчеты о состоянии, обрабатываемые блоком управления, при этом система связи характеризуется тем, что она содержит блок формирования топологической карты покрытия, который объединяет оперативную информацию о состоянии указанного множества беспроводных устройств связи с информацией о покрытии системой связи указанного множества беспроводных устройств связи, для формирования комбинированной топологической карты покрытия.
Оператору сети в режиме реального времени может быть предоставлена сводная карта, и появляется возможность определения рабочего состояния системы в отношении покрытия. Таким образом, в режиме реального времени предоставляется обзор актуального покрытия беспроводной системы связи, показывающий воздействие на покрытие системы, перебой в работе индивидуальных устройств связи, либо вид связи, поддерживаемой конкретным устройством связи.
Предложенная система позволяет проводить анализ зон покрытия беспроводной системы связи, однако требует проведения измерений множеством абонентских терминалов, а также требует наличия сложного оборудования для извлечения и интерпретации служебной информации, содержащейся в сигналах, передаваемых абонентскими терминалами. Кроме того, известная система обладает большими габаритными размерами и высокой стоимостью внедрения.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение управления измерением зон покрытия системы радиосвязи стандарта TETRA с заданной точностью, с обеспечением автоматизированного процесса определения зон покрытия сети TETRA, и максимальным сокращением веса и габаритных размеров устройства за счет использования восьмибитного аппаратного микроконтроллера, позволяющего управлять процессом измерения уровней сигнала, принимаемого от базовых станций стандарта TETRA, определения географических координат места положения, и записи измеренных данных на карту памяти. Кроме того, задачей разработанного технического решения является сокращение времени определения зон покрытия сети и уменьшение количества затрачиваемых человеческих ресурсов. Существенным признаком и отличительной особенностью данной полезной модели является возможность применения устройства на сетях TETRA любого производителя, при условии его мобильности, легкой повторяемости, не высокой стоимости и обеспечения получения достоверных данных по сравнению с аналогичными устройствами того же предназначения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение габаритных размеров и веса устройства управления абонентским терминалом стандарта TETRA.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство управления абонентским терминалом стандарта TETRA, состоящее из аппаратного микроконтроллера, имеющего средства для подключения к абонентскому терминалу стандарта TETRA, выполненному с возможностью измерения уровней сигнала, принимаемого от базовых станций стандарта TETRA, и определения географических координат места положения, средства для приема измеренных уровней сигнала и координат места положения от абонентского терминала, средства для подключения карты памяти для записи принятых данных и средства для подключения к автоматизированному рабочему месту, содержащему программное обеспечение для построения карты покрытия системы радиосвязи стандарта TETRA на основе записанной на карте памяти информации о географических координатах места положения и уровнях принимаемого сигнала, при этом аппаратный микроконтроллер выполнен с возможностью управления процессом измерений уровней принимаемого сигнала и определения географических координат места положения, первичной обработки указанных данных и записи их на карту памяти.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг. 1. - устройство управления абонентским терминалом стандарта TETRA;
фиг. 2. - блок-схема процесса определения зон покрытия системы радиосвязи стандарта TETRA с использованием заявленного устройства.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - устройство управления абонентским терминалом стандарта TETRA;
2 - аппаратный микроконтроллер;
3 - средство для подключения к абонентскому терминалу стандарта TETRA;
4 - средство для подключения карты памяти;
5 - преобразователь уровня;
6 - аккумуляторный блок;
7 - абонентский терминал стандарта TETRA;
8 - карта памяти;
9 - автоматизированное рабочее место.
Заявленное устройство 1 управления абонентским терминалом стандарта TETRA, показанное на фиг. 1, состоит из аппаратного микроконтроллера 2 на базе микроконтроллера AVR ATMEGA128A и имеет средства 3 для подключения к абонентскому терминалу 7 стандарта TETRA посредством кабеля сопряжения абонентского терминала 7 с аппаратным микроконтроллером 2. Кроме того, заявленное устройство 1 имеет средства 4 для подключения SD карты памяти для записи данных и средства для подключения к автоматизированному рабочему месту (не показаны), содержащему программное обеспечение для построения карты покрытия системы радиосвязи стандарта TETRA.
Абонентский терминал 7 стандарта TETRA позволяет измерять уровни сигнала (RSSI), принимаемого от базовых станций стандарта TETRA, и определять географические координаты своего текущего места положения. Предлагаемое устройство 1 может быть подключено к абонентскому терминалу 7 THR-880i, который имеет приемо-передатчик стандарта TETRA, встроенное радиоприемное устройство - GPS-приемник, - для определения географических координат текущего местоположения абонентского терминала 7 в формате NMEA-183, интерфейс, применяющий последовательный обмен двоичными данными RS-232, между абонентским терминалом 7 и передающим оборудованием сети связи для управления терминалом посредством набора команд AT, определенных функционалом стандарта EADS TETRA; встроенный аккумулятор питания.
Аппаратный микроконтроллер 2 выполнен с возможностью управления процессом измерений уровней принимаемого сигнала от базовых станций стандарта TETRA и определения географических координат текущего места положения абонентским терминалом 7 THR-880i, первичной обработки указанных данных и записи их на карту памяти 8 с помощью средств 4 для подключения карты памяти для записи принятых данных.
В качестве аппаратного микроконтроллера 1 используется 8-ми битный микроконтроллер ATMEGA128A семейства AVR, RISC архитектуры, который имеет интерфейс RS-232 для управления абонентским терминалом посредством AT команд - преобразователь уровня 5, интерфейс в формате файловой системы FAT32 для обмена с SD (miniSD, microSD) картой памяти и встроенный аккумуляторный блок питания 6. Указанный тип микроконтроллеров, в отличие от известных систем для построения зон покрытия сети подвижной радиосвязи стандарта TETRA, имеет малые габаритные размеры и вес, может быть соединен с абонентским терминалом посредством кабеля сопряжения, через интерфейс абонентского терминала, либо встроен в корпус абонентского терминала, удобен при переноске и позволяет переносить заявленное устройство вручную без необходимости задействования транспортных средств для перевозки оборудования по заданному маршруту. Питание микроконтроллера осуществляется от литий-ионного (Li-Io) аккумуляторного блока 6 (АКБ) напряжением 3,7 В. Программирование микроконтроллера может быть реализовано через интерфейс SPI для внутрисхемного программирования.
Аппаратный микроконтроллер 2 выполняет следующие задачи: управляет абонентским терминалом 7 через интерфейс RS-232, посредством AT команд в процессе измерений уровней принимаемого сигнала и определения географических координат места положения; выполняет первичную обработку указанных данных и сохраняет полученные данные об измеренных уровнях сигнала и координатах места положения через последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса (интерфейс SPI) на SD карте памяти 8.
Аппаратный микроконтроллер 2 может быть подключен к автоматизированному рабочему месту 9, содержащему программное обеспечение для построения карты покрытия сети подвижной радиосвязи стандарта TETRA на основе записанной на карте памяти 8 информации о географических координатах места положения и уровнях принимаемого сигнала.
В качестве кабеля сопряжения абонентского терминала 7 с аппаратным микроконтроллером 2 использован кабель DLR-3X с интерфейсом RS-232 для подключения терминала THR-880i к персональному компьютеру.
Заявленное устройство 1 управления абонентским терминалом стандарта TETRA работает следующим образом (фиг. 2).
Первый этап работы устройства заключается в сборе данных. На данном этапе аппаратный микроконтроллер 2 подключают к абонентскому терминалу 7 стандарта TETRA посредством кабеля сопряжения и включают устройство 1. В течение заданного промежутка времени микроконтроллер 2 с терминалом 7 перемещают по заданному маршруту в предполагаемой зоне действия сети.
При запуске аппаратного микроконтроллера 2 происходит инициализация портов и используемой периферии SPI, UART, таймеров, настройка работы по прерываниям и перевод CPU в режим сна. По таймеру ведется опрос через интерфейс UART на наличие подключения к абонентскому терминалу 7. При подключении абонентского терминала 7 происходит его инициализация: настройка режима обмена, скорости, включение GPS приемника. При подключении микроконтроллера 2 к абонентскому терминалу 7 микроконтроллер 2 дает команду на активацию в терминале 7 модуля GPS-приемника для определения текущих географических координат. Передача сигналов между микроконтроллером 2 и абонентским терминалом 7 осуществляется с помощью AT команд. Микроконтроллер 2 периодически опрашивает терминал 7 и получает от терминала данные о том, что GPS-приемник работает в штатном режиме и определяет географические координаты с заданной точностью.
На втором этапе микроконтроллер 2 с заданной периодичностью отправляет команды на передачу терминалом 7 географических координат и уровней принимаемого сигнала RSSI от базовой станции стандарта TETRA.
При получении географических координат и RSSI микроконтроллер 2 производит первичную обработку полученных данных. Опрос абонентского терминала и сохранение принятых данных в буфере обмена проводится через определенные интервалы времени (30 сек.). При накоплении в буфере данных объемом 512 байт (размер сектора SD карты) производится запись на SD карту памяти 8 с файловой системой FAT32. В результате на карте памяти 8 формируется текстовый файл в формате *.txt, в котором последовательно записаны результаты измерений в кодировке ASCII.
По мере перемещения устройства 1 для определения зон покрытия системы радиосвязи стандарта TETRA по заданному маршруту, на карте памяти 8 накапливается информация об уровнях сигнала от базовых станций TETRA. Указанные уровни жестко привязываются к координатам места, в котором проводилось измерение.
По завершении проведения измерений производят последующую обработку полученной информации и вывод ее в виде географической карты с обозначенными зонами покрытия сети радиосвязи. Указанная обработка записанных на карту памяти данных осуществляется на автоматизированном рабочем месте 9 (АРМ) с установленным ПО, работающим под операционной системой Windows. Программное обеспечение производит считывание данных с карты памяти 8, их анализ и обработку, и далее производит наложение результатов измерений на географическую карту или спутниковый снимок местности, тем самым формируя зоны покрытия сети. Результаты измерений отображаются в виде зон различного цвета, зависящего от уровня RSSI: зона уверенной связи, зона возможной связи, зона отсутствующей связи.
Опытные испытания показали, что полученная карта зон покрытия системы радиосвязи соответствует реальной зоне действия сети стандарта TETRA, а точность конечного результата определяется только количеством проводимых измерений.