О применении ретрансляторов радиосигнала стандарта TETRA.

Аннотация.

Стандарт TETRA доказал свою эффективность как своей функциональностью, так и гибкостью при строительстве систем радиосвязи, в том числе в труднодоступных местах, помещениях, туннелях и т.д.

Настоящая заметка предназначена для инженеров, планирующих рассмотреть вопрос о возможности использования ретрансляторов при решении задач по обеспечению сложных объектов профессиональной радиосвязью стандарта TETRA.      

Некоторые технические параметры ретрансляторов стандарта TETRA связаны между собой и будут рассматриваться в комплексе. Такие же параметры, как потери в фидерном тракте, коэффициент усиления антенн и их тип остаются за пределами настоящей заметки и будут рассматриваться в следующих публикациях.

Рассмотрим некоторые аспекты применения ретрансляторов стандарта TETRA.

1. Тип ретранслятора.

В предыдущих публикациях говорилось о том, что существуют 2 принципиально различных типа ретрансляторов: канальный и полосовой. Канальные ретрансляторы оснащены программно настраиваемыми цифровыми фильтрами, а полосовые рассчитаны на фиксированную полосу частот (обычно 5 МГц).

Финская компания CREOWAVE выпускала ретрансляторы, работающие как в полосовом, так и в канальном режиме. К ним относятся модели HP1, HP2, HP3, HP4, TH2.

В свою очередь венгерский производитель Bonn Hungary Electronics выпускает канальные системы с возможностью переноса частоты различной мощности.

Какой тип ретранслятора выбрать? Если вы работаете в чистом поле и в полосу пропускания вашего ретранслятора не попадают сторонние сигналы (причем не важно, с каким типом модуляции), то можно ограничиться полосовым ретранслятором.

Если требуется усиление более 4 или 8 несущих , то необходимо применение полосового ретранслятора, с широкой полосой пропускания (до 5 МГц).

В том случае, если вы планируете использовать работу ретранслятора в густо заселенных городских застройках, где  используются различные электронные устройства генерирующие достаточно сложный электро-магнитный фон, мешающий качественной работе полосовых ретрансляторов, а также возможно попадание сторонних сигналов в полосу пропускания, то целесообразно использовать канальные ретрансляторы. Если требуется высокий коэффициент усиления сигнала (75 и более дБ), то только лишь канальный ретранслятор может его обеспечить.

2. Выходная мощность.

Ретранслятор имеет 2 канала усиления: Восходящий (Uplink, в сторону базовой станции) и Нисходящий (Downlink, в сторону абонентских устройств). Эти каналы необходимо рассматривать раздельно по ряду причин.

В погоне за мощностными показателями базовых станций потребитель оказывается в ситуации, когда восходящий и нисходящий каналы разбалансированы для портативных абонентских радиостанций на 8 дБ и более, что приводит к обрывам связи.

Выходная мощность (Рвых) ретранслятора является не единственно значимым параметром. С одной стороны, казалось бы, что чем выше Рвых тем стабильнее связь. Однако вместе с уровнем сигнала на выходе ретранслятора необходимо помнить о таком критическом параметре как BER (Bit Error Rate) в точке приема.

Максимальная выходная мощность (Рвых) ретранслятора у существующих образцов составляет +36 дБм. Это суммарная мощность на всю полосу. Т.е, если используется полосовой ретранслятор на входе которого в нисходящемканале (DL) присутствует лишь 1 несущая , то Вы можете получить озвученные +36 дБм на выходе, при условии что уровень сигнала на входе репитера составляет Рвх=Рвых – Ку, где Ку - коэффициент усиления в соответствующем канале (UL/DL).

Если в полосу ретранслятора попадают более 1 несущей, то на выходе вы получите пропорционально усиленные сигналы несущих с суммарной мощностью не более Рвых (рис. 1)

Рис. 1. Несколько несущих в полосе пропускания усилителя.

При использовании канальных или гибридных ретрансляторов пользователь может самостоятельно решить какие несущие подлежат усилению и с каким коэффициентом, что критически важно в сложной электро-магнитной обстановке.

Если Рвых в нисходящем канале составляет +17 дбм, то при изолированном усилении 4 несущих канальным репитером небольшой мощности можно получить на выходе +11 дБм на каждую несущую.

Разумеется +36дБм у полосового репитера будут равномерно поделены между всеми сигналами в пределах полосы пропускания. Если в полосу ретранслятора попадут 16различных радиосигналов, то на выходе репитера полезная несущая будет с тем же уровнем +11 дБм, а если число паразитных сигналов превысит 16 единиц, то уровень будет еще меньше. Стоит об этом помнить.

Аналогичная ситуация с восходящим каналом (UL). Как отмечалось выше уровень сигнала от абонентской станции ниже на 8 дБ, хотя удаление базовой станции и абонентской от ретранслятора может быть различным.

3. Коэффициент усиления. 

Типичные величины коэффициентов усиления полосового ретранслятора – от 40 до 70 дБ, в свою очередь канальный ретранслятор обеспечивает усиление от 50 до 85 дБ.

В ретрансляторах с оптическим интерфейсом коэффициент усиления в восходящем канале достигает 105 дБ.

Какой коэффициент усиления выбрать в восходящем и нисходящем каналах?

Если на входе ретранслятора присутствует сигнал с уровнем “-80дБм”, то максимально возможный уровень сигнала на выходе полосового ретранслятора составит только “-10дБм” [-80 дБм + 70дБ (усиление)]. При этом все максимальные мощностные показатели ретранслятора TETRA останутся не реализованными!

Для того, чтобы получить на выходе полосового ретранслятора желаемые +36дБм, уровень входного сигнала должен быть не менее “-34дБм”, что возможно лишь при непосредственном подключении к базовой станции через пассивный делитель сигнала.

Известно, что уровень сигнала от абонентской радиостанции может автоматически меняться в зависимости от удаления от БС. Для этой ситуации ретранслятор оснащен петлей АРУ.

Таким образом использование полосового ретранслятора с максимальной мощностью +36дБм с подключением к БС по радио бессмысленно, виду того, что уровень сигнала на входе ретранслятора не будет выше “-70дБм”.

4. В точке приема наблюдаются сигналы одновременно от ретранслятора и БС.

Существует ситуация, при которой в точке приема присутствуют сигналы от базовой станции и от ретранслятора TETRA. Если разница сигналов от ретранслятора и от БС составляет менее 16 дБ, то сигнал от БС будет рассматриваться как помеха, а BER в точке приема резко вырастет, что приведет к неустойчивой связи. Кроме того, определяющим параметром является задержка ретранслируемого сигнала. Если эта задержка выше 15 мкс (1 Бод), то это позволит избежать повышения уровня BER, и приведет к устойчивой связи в точке приема, что в очередной раз определяет необходимость выбора именно канального ретранслятора для решения задач по обеспечению покрытия в зонах неуверенного приема.

5. Развязка между восходящим и нисходящим каналами.

Для корректной работы ретранслятора TETRA развязка между восходящим и нисходящим каналами должна быть не менее коэффициента усиления ретранслятора.

При строительстве следует обратить внимание на то, что боковые лепестки диаграмм направленности антенн восходящего и нисходящего каналов могут пересекаться, что сделает невозможным обеспечение развязку между UL и DL. Выбирайте проверенные антенны.

В качестве изолирующего препятствия используются существующие бетонные сооружения, конструкции и здания.

6. Задержка сигнала в ретрансляторе. Максимальная дальность.

Полосовой ретранслятор вносит задержку усиливаемого сигнала в пределах 1-6 мкс, а канальный не более 10-14 мкс.

Оптический распределитель (например BRMF) вносит задержку в 10 мкс, а выносной усилитель BRTF24 в 6 мкс.

Если используются ретрансляторы с оптическим интерфейсом, то необходимо учитывать дополнительную задержку сигнала из расчета 5мкс на километр одномодового волокна.

Следует помнить, что в рамках стандарта TETRA заложен защитный интервал, определяющий максимальное удаление абонента от БС – в 58 км. Каждый километр пути покрывается за 3 мкс.

Если ретранслятор устанавливается на границе зоны обслуживания, то не следует ожидать работоспособности ретранслятора и увеличения зоны обслуживания.

В абсолютных величинах суммарное удаление от БС при использовании ретранслятора будет всегда меньше 50 км.

Рекомендации по применению ретрансляторов TETRA.

Озвученные выше параметры влияют на выбор типа ретранслятора и формируют  приблизительные их схемы включения. Разумеется, говорить об абсолютности приведенных ниже рекомендаций можно условно, ввиду влияния на процесс принятия решения различных технических и экономических факторов. Рассмотрим несколько примеров. 

1. Установка ретранслятора для обеспечения покрытия внутри помещений средней площади (1-2 этажа). Уровень сигнала на входе ретранслятора не менее -65 дБм. Электромагнитная обстановка в районе – благоприятная, мешающих сигналов в полосе пропускания ретранслятора не наблюдается. Интерфейс к БС - по радио.

В этом случае целесообразно использовать полосовой ретранслятор малой мощности.

2. Установка ретранслятора для обеспечения покрытия внутри помещений средней площади (1-2 этажа). Уровень сигнала на входе ретранслятора не менее -90 дБм. Электромагнитная обстановка в районе - сложная, в полосе пропускания ретранслятора множество стронних радиосигналов разного уровня. Интерфейс к БС - по радио.

В этом случае целесообразно использовать канальный ретранслятор малой мощности с коэффициентом усиления не менее 85 дБ.

3. Установка ретранслятора для обеспечения покрытия внутри помещений большой площади (Торговый центр на 10000кв.м). Уровень сигнала на входе ретранслятора не менее -55…-65 дБм. Интерфейс к БС - по радио.

В этом случае целесообразно использовать канальный ретранслятор с коэффициентом усиления не менее 85 дБ и максимальной мощностью в нисходящем канале +27 / +36 дБм. Учитывая чувствительность БС, уровень мощности в восходящем канале требуется в пределах +10…+15 дБм.

4. Установка ретранслятора для обеспечения покрытия внутри помещений большой площади (Торговый центр на 5000кв.м). Уровень сигнала на входе ретранслятора не менее -80 дБм. Интерфейс к БС - по радио.

В этом случае целесообразно использовать канальный ретранслятор с коэффициентом усиления не менее 85 дБ и максимальной мощностью в нисходящем канале +17 дБм. Учитывая чувствительность БС, уровень мощности в восходящем канале требуется в пределах +10…+15 дБм.

5. Установка ретранслятора для обеспечения покрытия внутри тоннелей. Уровень сигнала на входе ретранслятора не более -20 дБм. Интерфейс к БС – непосредственный, через делитель.

Для обеспечения покрытия в тоннелях идеальным является применение ретрансляторов с оптическим интерфейсом. Следует помнить, что максимальная длина оптической линии – 20км, а расстояние, покрываемое одним ретранслятором с излучающим кабелем типа 1 ¼ “ составляет примерно 2.1 км в одну сторону. В зависимости от требований по обеспечению гарантированности покрытия и резервирования в тоннеле, с учетом использования БС, достаточно 4х ведомых ретрансляторов с оптическим интерфейсом для обеспечения покрытия на участке в 20км. Коэффициент усиления в восходящем канале не менее 105дБ.

Если есть замечания и пожелания по настоящей заметке – направляйте их по электронной почте: hello(at)integra-pro.com.

Автор заметки: Чивилев С.В. (Интегра Про, Creowave Oy, BHE-MW)