Основные требования
и средства радиочастотных
измерений
Харьков 2004 г.
1. Радиоконтроль – основная составная часть системы управления использованием радиочастотного спектра
Бурный рост услуг в области радиосвязи и телекоммуникаций привел в современный период к значительному увеличению плотности загрузки некоторых частей радиочастотного спектра.
В этих условиях для высококачественного управления использованием спектра, простого теоретического планирования, которое является необходимым условием, теперь уже недостаточно.
Успешное решение задач управления требует значительно больших объемов информации о реальном использовании частот и степени загрузки участков спектра.
Эти сведения могут быть получены только из подсистемы радиоконтроля. Таким образом, на современном этапе происходит значительное изменение роли радиоконтроля в процессе управления использованием спектра.
Поэтому, если в Справочнике по Радиконтролю 1995-го года подсистема контроля использования спектра трактовалась как подсистема занимающая особое место в системе управления использования спектра, то уже в Справочнике по Радиоконтролю 2002-го года в первой главе «Радиоконтроль, как ключевая функция системы управления использованием РЧС» вполне обоснованно дается характеристика роли радиоконтроля, как ключевой функции системы управления использования радиочастотного спектра.
2. Задачи радиоконтроля
В материалах Международного Союза Электросвязи подчеркивается, что контроль это глаза и уши процесса управления он поддерживает общую деятельность по управлению использования спектра и является звеном обратной связи в цепи: система управления – радиочастотный спектр – пользователь (слайд 2).
В Положении Центра «Укрчастотнагляд» про технический радиоконтроль отмечается, что целью технического радиоконтроля является обнаружение источников радиоизлучений и анализ параметров и характеристик их электромагнитных излучений для обеспечения контроля за соблюдением соответствия действующим нормам.
В Положении определен также перечень задач, возложенных на технический радиоконтроль (слайд 3):
· анализ параметров и характеристик радиоизлучений;
· проверка параметров и характеристик сигналов источников радиоизлучений на их соответствие действующим нормам;
· обнаружение и устранение радиопомех;
· распознавание и обнаружение незаконно действующих радиоэлектронных средств (РЭС) и радиоизлучающих устройств (РИУ);
· подготовка и представление отчетов по результатам радиоконтроля;
· проведение инспекторских проверок РЭС и РИУ на их соответствие техническим и эксплуатационным требованиям;
· сбор информации в части использования (занятости) спектра;
· контроль за использованием в сетях связи сертифицированного оборудования и выявление несертифицированных средств связи;
· контроль за соблюдением правил ведения радиообмена.
Технический радиоконтроль проводится региональными подразделениями Государственной инспекции электросвязи с помощью стационарных комплексов и мобильных станций радиоконтроля.
3. основные требования к радиочастотным измерениям
Основные требования к радиочастотным измерениям приведены в материалах Международного Союза Электросвязи, межгосударственных стандартах ГОСТ , ГОСТ , документах Государственного комитета связи и информатизации Украины, Украинского государственного Центра радиочастот и надзора за связью.
Все требования к радиочастотным измерениям можно, очень укрупнено, разделить на три группы (слайд 4):
· требования по организации радиочастотных измерений;
· требования к перечню радиочастотных измерений;
· требования к точностным характеристикам и методам радиочастотных измерений.
3.1 Требования по организации радиочастотных измерений
В Справочнике по радиоконтролю Международно Союза электросвязи подчеркивается, что данные радиочастотных измерений, полученные станциями радиоконтроля будут достоверными и могут быть со всей полнотой использованы в целях управления использованием спектра лишь в том случае, если будут выполнен три основных требования которыми следует руководствоваться при выборе местоположения станций контроля.
Площадки для станций контроля должны быть (слайд 5):
· расположены в местах, обеспечивающих «радиовидимость» контролируемых территориальных зон по критерию достоверности измеряемых параметров принимаемых сигналов;
· защищены от электромагнитных помех в рабочем диапазоне частот;
· защищены от воздействий препятствий.
В частности отмечается, что местоположение станции контроля должно быть удалено от существующих или потенциальных индустриальных или перенаселенных жилых районов. Удаление от предприятий, применяющих электросварочные аппараты или промышленные нагревательные устройства большой мощности должно быть не менее 1 км.
Линии электропередач высокого напряжения часто могут быть источником широкополосных шумоподобных помех. Желательно минимальное удаление в 1 км от линий с напряжение более 100 кВ.
Такое же удаление, около 1 км, рекомендовано в справочнике по радиоконтролю и от дорог с интенсивным движением для сведения к минимуму помех от систем зажигания.
Также отмечается, что необходимо располагать измерительные АФС, особенно работающие в нижней части УКВ диапазона, таким образом, чтобы расстояние от антенны до ближайших воздушных проводов было не менее 100 м.
Особенно серьезные требования к выбору площадки для размещения станции контроля предъявляются в том случае, если станция должна включать в свой состав пеленгаторное оборудование. В этом случае вводится понятие первичной и вторичной защитной зоны.
Первичная зона должна иметь радиус не менее 400 м, вторичная – не менее 2000 м. Это для случая оборудования работающего на частотах выше 30 МГц.
В первичной или вторичной зоне не допускается наличие фиксированных или подвижных препятствий, высота которых превышает граничное допустимое значение.
3.2 Основные виды радиочастотных измерений
В Главе 2 Справочника по Радиоконтролю перечислены задачи стоящие перед стационарными и подвижными станциями радиоконтроля. В частности отмечается, что стационарные стации позволяют осуществлять контроль использования радиочастотного спектра и проводить измерения параметров электромагнитного излучения за минимально возможный промежуток времени.
Стационарными стациями определены следующие общие задачи (слайд 6):
1) систематический контроль и измерение параметров радиопередающих средств:
· частота;
· напряженность поля;
· ширина полосы излучения;
· параметры модуляции;
2) измерения, связанные с помехами:
· определение характеристик помехи;
· опознавание мешающих излучений;
· подготовка перечня мер по устранению помех;
3) определение местоположения радиозлучающих средств;
4) обнаружение нелицензированных радиоизлучений и подготовка предложений по прекращению их работы;
5) измерение занятости полосы частот;
6) проведение измерений и регистрация результатов в рамках изучения условий распространения радиоволн;
7) участие в работе в рамках международного контроля.
В принципе между задачами стационарных и подвижных станций контроля не существует разграничения, однако некоторые работы в связи и их характерными особенностями преимущественно проводятся стационарными станциями это:
1) изучение занятости радиочастотного спектра за длительный промежуток времени с целью:
· определения степени использования полос частот и каналов в процентном выражении;
· удовлетворение требований по использованию новых частот и линий связи;
· улучшения работы действующих линий связи;
2) долговременные измерения для изучения вопросов распространения радиоволн.
Стационарные станции контроля успешно решают возложенные на них задачи в диапазоне средних частот и в нижней части диапазона УКВ. На более высоких частотах уровень напряженности поля сигнала в значительной степени зависит от условий местного рельефа.
Поэтому для проведения измерений напряженности поля, определения зон охвата радиовещательных служб и сотовых радиосетей более предпочтительны подвижные станции радиоконтроля.
Особенно хорошо они подходят для измерения параметров маломощных радиопередающих средств и определения их местоположения в застроенных городских зонах, а также для анализа и локализации источников индустриальных помех.
В Справочнике по радиоконтролю к основным видам излучений, которые должны проводится станциями контроля, отнесены следующие измерения (слайд 7):
· измерение частоты;
· измерение уровней напряженности и плотности потока мощности;
· измерение ширины полосы излучения;
· измерение занятости спектра;
· измерение параметров модуляции;
· распознавание излучений;
· радиопеленгация и определение местоположения радиопередающих средств.
3.3 Основные требования к точностным характеристикам и методам радиочастотных измерений
3.3.1 Точностные характеристики и методы измерения частоты приведены в следующих документах: в разделе 3.1 Справочника по радиоконтролю Международного Союза Электросвязи, в рекомендации МСЭ-R см. 377-3, в межгосударственном стандарте ГОСТ «Устройства радиопередающие всех категорий и назначений народохозяйственного применения требования к допустимым отклонениям частоты. Методы измерений и контроля», в «Методике по контролю отклонения частоты радиоизлучений передатчиков на радиоконтрольных пунктах региональной Государственной инспекции электросвязи Украины.»
В справочнике по радиоконтролю подробно освещены применяемые на сегодняшний день методы измерений частоты, приведены их характерные особенности. В Рекомендации МСЭ-Р См 377-3 оговорены точностные требования к частотным измерениям для целей международного радиоконтроля.
В частности отмечается, что точность измерения частоты в диапазоне от 9 кГц до 29,7 МГц д. б. не хуже ± 1 Гц, для диапазона частот от 29,7 до 450 МГц - ±0,5×10-6. Точность измерения частот телевизионных станций, работающих в частотном диапазоне от 47 до 960 МГц должна быть не хуже ±50 Гц. Измерения частот излучения станций, работающих в диапазонах от 2,45 до 10,5 ГГц и от 10,5 до 40 ГГц, должны производится с погрешностью не более ±5×10-6 и ±10×10-6 соответственно.
Это очень жесткие требования, особенно для диапазона КВ и выполнить их можно только с применением стандартов высокой точности.
Основные принципы и методы измерения частоты радиоэлектронных средств (РЭС), эксплуатируемых в Украине, и ее отклонения от номинального значения, а также требования к средствам измерительной техники и оборудования приведены в ГОСТ «Требования к допустимым отклонениям частоты. Методы измерений и контроля».
В этом документе требования по отклонению частоты РЭС разграничены в зависимости от диапазона рабочих частот, назначения радиостанции, класса излучения, выходной мощности.
При этом измерения предлагается проводить непосредственно на выходе передатчика и, как правило, в режиме без модуляции несущей частоты.
Вполне понятно, что для целей радиоконтроля предлагаемый метод не вполне подходит, так как в большинстве случаев радиоконтроль частоты радиоизлучения РЭС проводится на радиоконтрольном пункте на значительном расстоянии от РЭС при этом РЭС, как правило, работает в штатном режиме, т. е. в режиме излучения модулированных колебаний.
Для решения данного вопроса Украинским Государственным центром радиочастот и надзора за связью была разработана «Методика контроля отклонения частоты радиоизлучений на радиоконтрольных пунктах региональной ГИЭ Украины».
Разработанные в методике методы позволяют по результатам дистанционных эфирных измерений средней или характерной частоты модулированного радиоизлучения передатчика, работающего в штатном режиме, сделать оценку отклонения его частоты от присвоенного значения для немодулированного режима работы.
3.3.2 Методы измерения ширины полосы излучения РЭС изложены в главе 3.4 Справочника по радиоконтролю рекомендациях МСЭ-Р См 443-1 «Измерение ширины полосы частот в станциях мониторинга» и См-328, в межгосударственном стандарте ГОСТ «Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерений и контроля.», в «Методике измерений занимаемой ширины полосы частот радиоизлучений на радиоконтрольных пунктах региональной Государственной инспекции электросвязи Украины.»
В международных документах подчеркивается, что в современных условиях для эффективного управления использования радиочастотного спектра оборудование радиоконтроля должно иметь возможность производить измерение ширины полосы излучения двумя методами: прямым методом измерения ширины полосы на уровне Х дБ и методом b/2.
В межгосударственном стандарте ГОСТ приведены требования к необходимой и контролируемой полосам частот для всех применяемых на сегодняшний день классов излучений, а также к методике измерения и требования к измерительному оборудованию.
Измерения допускается проводить по «полю», но сама ширина полосы определяется по уровню минус 30 дБ во-первых в режиме работы с конкретными тестовыми модулирующими сигналами для каждого класса излучения и во-вторых относительно нулевого уровня. За нулевой уровень принимается уровень немодулированной несущей, что в ряде практических случаев является трудновыполнимым условием.
Поэтому на радиоконтрольных пунктах необходимо использовать рекомендованный «Методикой измерения занимаемой ширины полосы частот радиоизлучений» метод непосредственного измерения занимаемой ширины полосы радиочастот, а именно: ширина полосы радиоизлучений это такая полоса, за пределами которой мощность излучений составляет заданную часть от общей мощности излучения.
В документе рассмотрены методы измерения занимаемой ширины полосы радиочастот по критерию отношения мощностей и по критерию «Х дБ», приведены требования к радиоконтрольному оборудованию, рассмотрены вопросы подготовки к проведению измерений, вопросы проведения самих измерений, анализа полученных результатов и их оформления.
3.3.3Требования к измерению напряженности поля приведены в главе 3.2 Справочника по радиоконтролю, рекомендации МСЭ-Р См 378-6.
В рекомендации отмечается, что для целей международного контроля измерение напряженности поля должно проводится в диапазоне от 9 кГц до 2,7 ГГц и выше, а погрешность измерения напряженности поля радиоконтрольным оборудованием для частот ниже 30 МГц должна составлять ± 2 дБ, для частот выше 30 МГц ± 3 дБ.
Это очень жесткие требования. В документе даны рекомендации по выбору радиоприемных устройств, типов АФС и способов их установки, требования к калибровке оборудования для достижения данной погрешности. В частности отмечается, что для диапазона частот от 30 МГц до 1 ГГц высота установки антенны над поверхностью Земли должна быть не менее 10 метров.
3.3.4 Вопросом измерения параметров модуляции посвящена глава 3.5 Справочника по радиоконтролю. В этой главе подробным образом рассмотрены теоретические основы различных типов модуляции применяемых в современных системах связи.
Приведены также технические характеристики измерителей модуляции.
Для измерителей АМ рекомендованы следующие параметры:
· | диапазон модулирующих частот | от 10 Гц до 200 кГц |
· | разрешение | 0,1% показания |
· | погрешность измерения при m£95% | от 1% до 5% |
Для измерителей ЧМ:
· | диапазон модулирующих частот | от 10 Гц до 200 кГц |
· | максимальная измеряемая девиация | до 700 кГц |
· | разрешение | <0,1% |
· | погрешность измерения | от 0,5% до 2% |
3.3.5 Требования к радиочастотным измерениям в части измерения занятости спектра изложены в главе 3.3 Справочника по радиоконтролю и в рекомендации 182-4 «Автоматический контроль занятости радиочастотного спектра».
В рекомендации отмечено, что наиболее полно вопрос измерения занятости спектра может быть решен применением автоматического контрольного оборудования, работающего в круглосуточном режиме.
Приведены технические требования к такому оборудованию:
· | диапазон рабочих частот | от 2 МГц до 2,7 ГГц |
· | рабочий диапазон обзора · для аналогового оборудования · для цифрового оборудования | от 01.01.01 кГц от 20 кГц до 100 МГц |
· | число обзоров в минуту | от 6 до 6000 |
· | чувствительность | 1 мкВ/м (до 2,7 ГГц) |
· | полоса анализа | от 10 Гц до 10 кГц |
· | характеристики сигнала для регистрации | · несущая частота; · ширина полосы частот; · напряженность поля; · продолжительность занятости; · направление на сигнал |
· | тип носителя для регистрации | HDD, дискета, CD-диск |
4. СРЕДСТВА РАДИОЧАСТОТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Спектр оборудования для решения задач радиочастотных измерений наиболее полно представлен предприятием ХСПУ-2 «Спецвузавтоматика» г. Харьков (слайд 8).
Оборудование, которое поставляет предприятие ХСПУ-2 «Спецвузавтоматика» - это серия программно-аппаратных средств, предназначенных для комплексного решения следующих задач:
· обнаружение радиоизлучений и измерение их технических параметров;
· выявление РЭС с отклонениями параметров;
· выявление незаконно действующих радиоэлектронных средств и помех, определение их местонахождения;
· ведение учетной базы данных;
· территориальное и объектовое планирование электромагнитной совместимости РЭС, расчет и снятие зон покрытия радиопередатчиков.
Для решения в полном объеме выше приведенных задач программно-аппаратные средства должны удовлетворять прежде всего требованию достоверности получаемой информации и требованию системности.
В статье 26. Метрологическое обеспечение в сфере телекоммуникаций Закона Украины «Про телекоммуникации» отмечается, что метрологическое обеспечение в сфере телекоммуникаций должно осуществляться в соответствии с требованиями Закона Украины «Про метрологию и метрологическую деятельность» с целью обеспечения единства и необходимой точности измерений.
Требования метрологического обеспечения являются обязательными для исполнения операторами, провайдерами и изготовителями технических средств.
Еще в конце 2000 года предприятие решило задачу достоверности получаемой информации. Совместно с Харьковским государственным центром стандартизации метрологии и сертификации (ХГЦСМС) при участии Укр ЦСМ были разработаны программы метрологической аттестации мобильных и стационарных комплексов радиомониторинга по основным параметрам (слайд 9):
· погрешность измерения уровня сигнала;
· погрешность измерения напряженности поля;
· погрешность измерения частоты сигнала;
· погрешность измерения ширины полосы частот;
· инструментальная погрешность пеленгования.
С начала 2003 года выше приведенный список пополнен следующими параметрами:
· скорость обзора полосы частот;
· погрешность измерения девиации частоты и коэффициента модуляции;
· погрешность измерения модулирующей частоты;
· погрешность измерения скорости передачи данных;
· вероятность определения вида модуляции;
· вероятность определения типа модулирующего сигнала.
На сегодняшний день более 30 мобильных станций радиомониторинга типа РМ-1300М-1, находящиеся в эксплуатации в 25 областях Украины имеют свидетельства о государственной метрологической аттестации.
Наиболее часто в качестве РПУ в мобильных и стационарных комплексах радиомониторинга предприятия ХСПУ-2 «Спецвузавтоматика» используются РПУ AR-5000 фирмы AOR и IC-R8500 фирмы ICOM.
Несмотря на то, что эти РПУ не относятся к классу измерительных, благодаря применению цифровых методов обработки, систем калибровок по частоте и уровню и существенной доработки радиоприемных устройств, включая применение высокостабильных опорных генераторов, мобильные станции радиомониторинга типа РМ-1300М-1, многофункциональные посты радиомониторинга РМ-2500Р и автоматизированные измерительные комплексы АИК-С удовлетворяют требованиям межгосударственных стандартов ГОСТ , ГОСТ и требованиям методик Украины, утвержденных приказами ДКЗИ №22 от 01.01.2001 г. и № 38 от 01.01.2001 г. в части контроля допустимых отклонений частоты, измерению занимаемой полосы частот и внеполосных излучений радиопередающих средств, а также в части подготовки отчетных документов.
При этом нужно признать, что при сохранении нынешних темпов роста средств связи в таких городах как Киев, Донецк, Днепропетровск, Львов, Запорожье, Луганск, Симферополь, Харьков в ближайшем времени весьма оправданным явилось бы доукомплектование уже эксплуатирующегося оборудования РПУ типа ESMB, для повышения точностных характеристик существующих систем радиоконтроля.
Функциональное программное обеспечение мобильных и стационарных комплектов радиоконтроля может обеспечить работу практически со всеми известными радиоприемными устройствами фирм AOR LTD, ICOM, ANRITSU, Agilent Technologies, Rohde&Schwarz.
В настоящее время предприятием ХСПУ-2 «Спецвузавтоматика» освоен выпуск стационарных постов радиоконтроля РМ-2500 (слайд 10), автоматизированных измерительных комплексов АИК-С (слайд 11), мобильных станций радиомониторинга трех типов РМ-1300М-1 (слайд 12, 13), РМ-1300М-1V (слайд 14, 15) и РМ-1300М-1F (слайд 16, 17, 18). Комплекты оборудования этих станций предназначены для установки на микроавтобусы типа «Соболь», «Баргузин», «Газель», «Volkswagen», «Ford Tranzit».
Диапазон рабочих частот мобильных станций РМ-1300М-1 и РМ-1300М-1F в режиме пеленгования от 01.01.01 МГц. Диапазон частот пеленгования станции РМ-1300М-1V расширен до 2600 МГц, диапазон частот обнаружения и измерения технических характеристик до 18 ГГц.
Кроме того, в состав РМ-1300М-1V входит комплект измерения мощности радиопередающих средств, комплект мониторинга ШПС сетей передачи данных стандарта IEEE.802.11.
Мобильная станция РМ-1300М-1F оснащена телескопической мачтой высотой 10 метров для работы с измерительными антенно-фидерными системами диапазона 25 – 2600 МГц.
Решив задачу достоверности получаемой информации с отдельных постов радиоконтроля на предприятии проведена работа по интеграции оборудования в систему.
На сегодняшний день разработано функциональное программное обеспечение региональных систем радиоконтроля РС-157, позволяющее объединить в единую систему регионального масштаба мобильные станции РМ-1300М-1, многофункциональные посты РМ-2500Р и автоматизированные измерительные комплексы АИК-С. При этом имеется один пункт управления, сбора и анализа получаемой информации.
Отличительной особенностью предлагаемой системы является возможность интеграции в нее уже эксплуатирующего на местах оборудования путем модернизации и обновления программного обеспечения.
На базе предприятия проведены натурные испытания региональной системы радиомониторинга АСРМ-1010К в составе следующих автоматизированных рабочих мест (АРМ) слайд 19
· АРМ обработки и управления РС-157;
· АРМ учетной базы данных и планирования РС-135;
· АРМ многофункционального поста радиомониторинга РМ-2500Р;
· автоматизированных измерительных комплексов АИК-С – 2 комплекта;
· мобильной станции радиомониторинга РМ-1300М-1.
Автоматизированное рабочее место АРМ-135Р разработано предприятием (г. Харьков) и предназначено для решения следующих задач:
· управление учетной базой данных РЭС, подготовка и печать отчетов и разрешений;
· расчет оплат за услуги ГИЭ и выставление счетов;
· расчеты ЭМС РЭС и зон обслуживания радиопередатчиков;
· учет работ по обследованию РЭС организаций, учет работ по устранению радиопомех, учет НДП;
· планирование и учет работ по техническому радиоконтролю;
· учет юридических и физических лиц, которым были выданы разрешения на реализацию, продажу в Украине РЭС и РИУ;
· экспорт и импорт данных стационарных РЭС для обмена с базами данных «Вена», «Вена – М».
Предприятие «РадиоСофт», г. Харьков.
Основано в 1999 году.
Главное направление деятельности – создание, поставка, техническая поддержка ПО для администраций управления радиочастотным спектром (РЧС) на уровнях от региональной государственной инспекции электросвязи (ГИЭ) до подразделений центра «Укрчастотнагляд».
Программное обеспечение предприятия «РадиоСофт» охватывают следующие основные аспекты:
· учет продаж РЭС и РИУ;
· регистрация частотопользователей и частотных присвоений, выдача разрешений на строительство;
· планирование частотных присвоений сухопутной подвижной связи (СПС) и радиовещания;
· инспектирование деятельности лицензий в области связи;
· международная координация частотных присвоений;
· взаимодействие с системами радиомониторинга.
Основные технологические направления:
· использование СУБД нескольких уровней для создания баз данных;
· работа с расчетно-аналитическими задачами ЭМС радиосредств, частотно-территориального планирования, финансовых расчетов с частотопользователями;
· адаптация картографических данных для расчетных задач.
Выполненные и выполняемые проекты предприятия:
· система информационно-аналитического обеспечения региональных ГИЭ по областям: Днепропетровской (1999 г.), Одесской (1999 г.), Киевской (2000 г.), Запорожской (2001 г.), Луганской (2002 г.), Харьковской (внедрение с 2003 г.), Симферопольской (начаты работы в 2004 г.);
· система международной координации частотных присвоений - «Вена-М» («Укрчастотнагляд», 1999 г.);
· система планирования частотных присвоений «Вена-М» (2002 г.);
· система рабочих мест для инспектирования лицензиатов в области связи (Аванпроект «Реестр-А», 2003 г.).
