Современные тенденции развития радиочастотного мониторинга

Начальник ГП «Украинский

государственный центр радиочастот»

Современные тенденции развития

радиочастотного мониторинга

История появления радиомониторинга, называемого на заре возникновения техническим радиоконтролем, уходит своими корнями в конец 20-х – начало 30-х годов прошлого столетия. Потребность его введения была вызвана необходимостью решения чрезвычайно острых проблем устранения взаимных помех между радиостанциями и необходимостью упорядочения распределения полос частот. Последнее было обусловлено перегрузкой радиочастотного спектра (РЧС) и ростом интенсивности его использования.

Приведу несколько цифр характеризующих динамику роста числа РЭС.

В 1927 году в мире (в Европе и США) в диапазоне работы до 200 кГц насчитывалось немногим более 500 вещательных станций, что не требовало жесткого регламентирования их работы.

К 1947 году в Международном регистре частот в диапазоне частот до 20 МГц было зарегистрировано уже 45 тысяч радиостанций гражданского назначения.

А к 1984 году только в полосе 87,МГц работали болеестанций с частотной модуляцией.

В настоящее время во всем мире:

- зарегистрировано более 127 тысяч передатчиков аналогового и около 2200 передатчиков цифрового телевидения, более 66 тысяч передатчиков аналогового радиовещания;

- число абонентов сетей сотовой связи 2-го поколения приближается к отметке 2,5 млрд.;

- число абонентов в 220 сетях связи 3-го поколения (СDMA2000 и WCDMA/UMTS) превысило 250 млн.

За почти 80-летнюю историю своего развития радиочастотный мониторинг претерпел существенные изменения как по методам его осуществления, так и по своей технической оснащенности.

Неизменными остаются лишь:

- задача радиомониторинга – обеспечение беспомеховой работы радиоэлектронных средств (РЭС) частотопользователей и

- основное направление его развития – соответствие технических возможностей и технической оснащенности радиомониторинга уровню развития средств связи.

На заре формирования системы радиоконтроля задачи контроля использования РЧС «по эфиру», т. е. путем выявления и анализа излучений радиопередатчиков, решались «вручную» и сводились к:

- контролю параметров излучений радиостанций в длинноволновом и средневолновом диапазонах частот;

- прослушиванию радиолюбительских передач в коротковолновом диапазоне частот (контроль «на слух»).

С появлением в начале 70-х годов средств и систем связи, использующих цифровые сигналы, акцент в направленности радиоконтроля сместился от контроля информативной составляющей (прослушивания) в сторону контроля частотных параметров и характеристик радиоизлучений.

А с появлением в первой половине 80-х годов измерительных средств, использующих встроенные процессоры, интенсивно стали разрабатываться и внедряться дистанционно управляемые системы радиомониторинга, что позволило говорить о появлении тенденции к автоматизации радиомониторинга.

В настоящее время к основным тенденциям развития радиомониторинга можно отнести следующие:

- адаптация структуры и задач радиомониторинга к уровню развития средств связи;

- автоматизация радиомониторинга;

- расширение функциональных и технических возможностей радиомониторинга.

1.  Адаптация структуры и задач радиомониторинга к уровню развития средств связи

В последнее время много говорится о «дефиците РЧР», «тормозящем» развитие существующих и внедрение новых технологий и видов связи. Между тем, с точки зрения эффективности процесса регулирования использования спектра, более правильным было бы говорить о:

- «дефиците» возможностей существующей системы регулирования использования РЧР и

- «дефиците» методов регулирования использования РЧР.

Речь идет о том, что современные технологии связи обладают гораздо большей гибкостью в использовании спектра, чем система регулирования в части возможностей обеспечения его эффективного использования, распределения и перераспределения частот и полос частот. Использование узконаправленных антенных систем, кодового и временного разделения каналов, эффективных методов модуляции, низкого уровня мощности излучения позволяют этим технологиям более эффективно использовать радиочастотный спектр за счет пространственного, частотного, временного, поляризационного разноса систем.

В настоящее время автоматизированные системы радиомониторинга функционируют во многих странах мира. Исходя из того, что наиболее освоенным является диапазон частот до 3 ГГц и в этом диапазоне сосредоточено до 92% всех РЭС, работающих в диапазоне до 30 ГГц, к этим системам предъявлялись требования:

- обеспечения обнаружения и измерения параметров радиоизлучений в диапазоне частот до 3 ГГц и

- обеспечения пеленгации до 1 ГГц.

Однако эффективное регулирование невозможно без учета информации о реальном состоянии использования радиочастотного спектра в каждом конкретном пространственном, временном, частотном континууме.

Исходя из этого, основным направлением дальнейшего развития системы радиомониторинга, с одной стороны, является создание структуры системы, способной обеспечить решение задачи получения полной текущей и интегральной информации о реальной электромагнитной обстановке в любом регионе.

С другой стороны, обеспечение всеохватывающего радиомониторинга является слишком дорогим мероприятием.

Поэтому при разработке стратегии дальнейшего развития системы радиомониторинга необходимо исходить из учета 2-х основных принципов:

- востребованность результатов радиомониторинга;

- адекватность принимаемых мер степени нарушения использования РЧР.

В первом случае необходимо определить:

- необходимость радиомониторинга конкретных видов связи с учетом перспектив их развития;

- потребителей информации о результатах радиомониторинга;

- состав и объем информации, необходимой этим потребителям;

- степень охвата системы радиомониторинга.

С точки зрения адекватности принимаемых мер степени нарушения использования РЧР необходимо оценить:

- возможность технической реализуемости поставленных задач;

- удельные затраты на проведения мониторинга;

- общие затраты на проведение мониторинга;

- возможные потери в случае непринятия мер.

Центр «Укрчастотнагляд» проводит широкомасштабные работы по завершению построения автоматизированной системы радиомониторинга. В настоящее время развернуты региональные подсистемы радиомониторинга в 19 регионах Украины, управляемые с Пункта управления автоматизированной системой радиочастотного мониторинга (АСРМ) в г. Киеве.

Завершение первого этапа работы – создание основы АСРМ планируется к концу этого года. Сейчас мы проводятся работы по определению дальнейшей стратегии развития системы радиомониторинга Центра «Укрчастотнагляд».

2.  Автоматизация радиомониторинга

Мы рассматриваем два наиболее важных аспекта этого вопроса:

- системная автоматизация;

- аппаратная автоматизация.

2.1. Системная автоматизация

В условиях интенсивного развития отрасли телекоммуникаций регулирование использования РЧР является чрезвычайно трудоемкой задачей. Ее решение требует полной автоматизации всех процессов в этой сфере.

Несмотря на то, что ведущие производители оборудования радиомониторинга и разработчики программного обеспечения предлагают готовые системные решения в сфере автоматизации регулирования использованием РЧР, следует отметить, что лишь единицы стран могут похвастаться наличием таких функционирующих систем.

Часть администраций связи решают эти задачи отличным образом.

Один из наиболее распространенных подходов основан на внедрении на начальном этапе отдельных автоматизированных систем, решающих частные задачи:

- системы частотного планирования;

- системы радиомониторинга;

- биллинговой системы;

- базы данных учета радиоэлектронных средств.

Задачи, решаемые этими системами, отображены в Таблице 1.

Табл. 1

Наименование системы	Задачи, решаемые системой
Автоматизированная система частотного планирования	Обеспечение расчета и анализа ЭМС
Автоматизированная система радиомониторинга	Обеспечение оценки реального состояния использования радиочастотного ресурса
Автоматизированная биллинговая система	Обеспечение учета и контроля платежей за использование радиочастотного ресурса
Единая база данных учета радиоэлектронных средств	Обеспечение учета радиоэлектронных средств и частотопользователей

На последующих этапах проводятся работы по интеграция этих автоматизированных систем и комплексов и формированию единой системы регулирования использования РЧР.

Обобщенная структурная схема такой системы имеет вид, представленный на Рис. 1.

Следует заметить, что система частотного планирования обеспечивает первичное и основное наполнение единой БД учета РЭС. Однако расчет и анализ ЭМС, планирование и регулирование использования РЧР невозможны без учета реального состояния и эффективности использования РЧР, информацию о котором может обеспечить только система радиомониторинга.

С другой стороны, проверка соответствия параметров радиоизлучений РЭС нормам и условиям разрешений базируется на использовании учетной информации о РЭС из единой БД учета РЭС.

Кроме того, функционирование биллинговой системы, решающей задачу учета и контроля платежей за использование РЧР, также основывается на использовании хранящейся в единой БД информации о выдаче разрешений на эксплуатацию РЭС.

Таким образом, основой обеспечения функционирования всей системы регулирования использования РЧР в целом и каждой из входящих в ее состав подсистем является наличие единой БД учета радиоэлектронных средств (учета частотопользователей).

Источниками информации для формирования и сопровождения единой БД являются: система частотного планирования и система радиомониторинга.

Рис.1

2.2. Аппаратная автоматизация СЛАЙД №9

Требования к задачам и структуре системы радиомониоринга определены в следующих рекомендациях МСЭ и изложены в Справочнике по радиоконтролю:

1. Rec. ITU-R SM.575 Protection of fixed monitoring stations against radio-frequency interference

2. Rec. ITU‑R SM.1050-2 Tasks of a monitoring service

3. Rec. ITU-R SM.1054 Monitoring of radio emissions from spacecraft at monitoring stations

4. Rec. ITU-R SM.1139 International monitoring system

5. Rec. ITU-R SM.1392-1 Essential requirement for a spectrum monitoring station for developing countries

6. Rec. ITU-R SM.1447 Monitoring of the radio coverage of land mobile

networks to verify compliance with a given licence

7. Rec. ITU-R SM.1537 Automation and integration of spectrum monitoring systems with automated spectrum management

8. Rec. ITU-R SM.1723 Автоматизированное подвижное устройство контроля за использованием спектра

Структура автоматизированной системы радиомониторинга предполагает наличие центра управления и региональных подсистем радиомониторинга. В свою очередь, каждая региональная подсистема состоит из пункта управления и станций радиконтроля, замыкающихся на него.

Основным элементом любой системы радиомониторинга являются стационарные (фиксированные) станции радиоконтроля, подразделяемые на обслуживаемые и необслуживаемые (или дистанционно управляемые) станции.

Мобильные станции обеспечивают решение задач радиомониторинга там, где их решение стационарными средствами невозможно.

При работе в составе автоматизированной системы помимо решения плановых задач радиоконтроля обслуживаемые станции обеспечивают решение оперативных, а также нестандартных задач и анализ информации.

На необслуживаемые станции возлагается выполнение повторяющихся задач, включающих рутинные измерения.

Основная же обработка:

- идентификация источников излучений;

- проверка соответствия характеристик и параметров излучения требованиям норм и разрешений;

- обобщение, анализ и хранение информации

осуществляются на пунктах управления.

Таким образом, необслуживаемые станции рассматриваются преимущественно в качестве источников информации о состоянии электромагнитной обстановки, решающих задачи радиоконтроля по заданиям с пунктов управления и передающих туда результаты.

Однако, как показывает анализ, на выполнение измерений затрачиваются секунды, в то время как для формирования отчетной документации и ее анализа требуются десятки минут.

Эта процедура, безусловно, является необходимой и целесообразной на этапе построения (развертывания) системы, когда не до конца отлажено взаимодействие элементов системы, неурегулированы взаимоотношения между частотопользователями, органами регулирования использования РЧР и правоохранительными органами.

Между тем, в последнее время четко прослеживается тенденция к переходу из автоматизированного режима функционирования станций радиоконтроля в полуавтоматический, суть которого сводится к следующему.

Помимо выполнения перечисленных задач, необслуживаемые станции также осуществляют проверку соответствия значений параметров условиям разрешений, требованиям норм и автоматическую идентификацию радиоизлучений.

Информация на пункт управления выдается лишь в случае:

- обнаружения новых радиоизлучений;

- превышения каких-либо параметров радиоизлучений заданных пределов;

- по запросу (или по заданию) с пункта управления.

Внедрение этого режима предполагает решение следующих задач:

- определение критериев и алгоритмов автоматической идентификации радиоизлучений с РЭС из учетной БД в необслуживаемых станциях;

- интегрирование из общей учетной базы в необслуживаемые станции сегментов баз данных учета РЭС, находящихся в зонах их радиодоступности.

Реализация этого режима позволяет существенно повысить информативность необслуживаемых станций и эффективность системы в целом и, кроме этого, значительно уменьшить загрузку каналов связи между пунктом управления и необслуживаемыми станциями и нагрузку на обслуживающий персонал пунктов управления.

3. Расширение функциональных и технических возможностей радиомониторинга

В настоящее время расширение функциональных возможностей радиомониторига осуществляется в следующих основных направлениях:

- обеспечение радиоконтроля в диапазонах частот выше 3 ГГц;

- обеспечение радиоконтроля новых технологий и систем связи в диапазонах частот до 3 ГГц;

- обеспечение контроля услуг сетей связи.

3.1. Радиоконтроль в диапазонах частот выше 3 ГГц

Речь идет, главным образом, о системах беспроводного доступа, сетях фиксированной и спутниковой фиксированной службы, неуклонный рост которых наблюдается в последние годы во всем мире.

Учитывая, что некоторые полосы частот выделены на совместной основе фиксированной и спутниковым фиксированным службам, это вызывает появление взаимных помех и приводит к нарушению работы как спутниковых сетей, так и радиорелейных линий.

Между тем, в большинстве стран отсутствует не только система обнаружения и устранения радиопомех земным станциям, космическим аппаратам и радиорелейным системам, но и система контроля за реальным состоянием электромагнитной обстановки в этих диапазонах вообще.

В связи с чрезвычайной сложностью решения задачи контроля излучений в направлении «Земля – Космический аппарат» и «КА - КА» с использованием космических аппаратов мы не будем дальше останавливаться на этом вопросе.

Что касается радиомониторинга в диапазонах частот выше 3 ГГц, то необходимо выделить 2 направления:

- контроль излучений космических аппаратов;

- контроль излучений наземных средств.

В первом случае радиомониторинг может осуществляться как стационарными, так и подвижными наземными средствами. Для обеспечения этого радиоконтроля достаточно 1 стационарного радиоконтрольного поста и нескольких (2-4-х) подвижных станций радиомониторинга, оснащенных аппаратурой радиоконтроля и пеленгации в диапазоне частот до 30 ГГц.

Однако простота практической реализуемости наталкивается на крайнюю сложность, а порой и невозможность, обеспечения устранения радиопомех.

Во втором случае подходы к построению системы радиоконтроля в диапазоне выше 3 ГГц принципиально отличаются от традиционных в более низкочастотном диапазоне. Узкие диаграммы направленности антенных систем радиорелейных станций, земных станций космической связи и систем беспроводного доступа, в сочетании с их «оторванностью» от земли не только затрудняют контроль параметров радиоизлучений, но и вообще их обнаружение наземными средствами.

В целом, организация радиоконтроля в этих диапазонах частот является достаточно дорогим мероприятием.

Для определения структуры системы радиомониторинга в диапазонах выше 3 ГГц конкретизируем общие задачи радиомониторинга, которые объединены в следующие группы:

- профилактические мероприятия;

- текущий радиоконтроль состояния электромагнитной обстановки;

- выполнение заявок по помеховым ситуациям.

Проведение планового (текущего) радиоконтроля является экономически неэффективным и нецелесообразным. В отличие от этого, проведение профилактических мероприятий, которые сводятся к анализу электромагнитной совместимости РЭС и оценке реальной электромагнитной обстановки в местах их предполагаемого размещения, и разрешение помеховых ситуаций заслуживают внимания. И решение этих задач практически реализуемо.

Однако при этом необходимо исходить из того, что развитие системы радиомониторинга в этих диапазонах частот также должно рассматриваться исходя из учета принципов востребованности результатов и адекватности принимаемых мер нарушениям использования РЧР.

3.2. Радиоконтроль новых технологий и систем связи в диапазонах частот до 3 ГГц

К новым и перспективным технологиям и системам связи в диапазоне до 3 ГГц в настоящее время можно отнести:

- цифровое теле - и радиовещание;

- системы связи 3-го поколения;

- системы беспроводного доступа, использующие широкополосные сигналы.

Что касается контроля излучений РЭС систем связи 3-го поколения и передатчиков цифрового теле - и радиовещания, то для решения этих задач используются те же технические средства, принципы и методы, что и для традиционных (существующих) видов связи. Наибольший интерес вызывают вопросы контроля качества услуг связи. Но об этом чуть ниже.

Особенности контроля излучений РЭС систем беспроводного доступа обусловлены особенностями их структуры, аналогичными сетям фиксированной службы: узкие диаграммы направленности, «оторванность» диаграмм направленности от земли, размещение в местах, как правило, недоступных для визуального наблюдения антенн. В Украине этот вопрос решается следующим образом.

На первом этапе осуществляется проверка МАС-адресов путем идентификации РЭС с учетной базой данных с использованием мобильных станций радиомониторинга. В случае выявления незаконно действующих базовых станций определение их местоположения осуществляется с использованием портативных (носимых) средств.

3.3. Контроль услуг сетей связи

Жизненный цикл внедрения новых технологий и систем связи общего пользования (подвижная связь, цифровое теле - и радиовещание, беспроводной доступ) проходит путь от развертывания на начальном этапе сетей связи, охватывающих отдельные населенные пункты, регионы до формирования сплошной зоны покрытия. При этом требования, выдвигаемые к операторам на этом этапе, ограничиваются необходимостью обеспечения связи и охвата территории. Кроме того, топология сети и качественные показатели услуг связи также определяется самим оператором путем проведения внутреннего аудита сети на соответствие определенным показателям и на общую функциональность сети.

Между тем, оператор обязан обеспечить гарантированное качество услуг связи в пределах определенной зоны покрытия в соответствии с условиями лицензии. А оценка качества услуг связи, предоставляемых оператором, должна выполняться не зависимым от оператора регуляторным частотным органом.

В соответствии с общепринятой рекомендательной практикой стран с рыночной экономикой контроль показателей качества услуг связи, внесенных в лицензионные условия, носит обязательный характер, а контроль дополнительных показателей, декларируемых оператором – добровольный.

В перечень лицензионных условий, подлежащих проверке органами государственного надзора за связью, должны быть внесены показатели, определяющие зоны покрытия, качество услуг подвижной связи и показатели, влияющие на целостность и устойчивость услуг связи.

Все выше сказанное относится, в первую очередь, к сетям сотовой связи. Но в последнее время эти вопросы становятся актуальными и для систем цифрового теле - и радиовещания.

В завершение следует заметить, что каждая страна строит свою собственную систему радиомониторинга исходя из своих потребностей и возможностей. Но едиными для всех остаются:

- задача радиомониторинга - обеспечение беспомеховой работы радиоэлектронных средств (РЭС) частотопользователей и

- основное направление его развития - соответствие технических возможностей и технической оснащенности радиомониторинга уровню развития средств связи.