В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Инна Олимпиева
Ведущий специалист компании "Атлас-Телеком"
Общество на современном этапе своего развития с его все возрастающими потребностями нуждается в технологиях и средствах связи, которые бы отвечали высоким требованиям сегодняшнего ритма жизни. Научно-технический прогресс и информатизация, прочно вошедшие в повседневную жизнь человека, предъявляют все новые требования к скоростям передачи данных. Радиосвязь играет значительную роль в этой сфере. С каждым годом количество используемых беспроводных технологий и систем радиосвязи увеличивается в существенных объемах во всем мире, в том числе и в России. Беспроводные сети передачи данных обладают рядом бесспорных достоинств, таких как быстрота и экономичность развертывания сетей, возможность оперативной замены вышедшего из строя оборудования, а также качество связи, не уступающее проводным сетям передачи данных.
Для эффективного функционирования организаций и предприятий различных областей народного хозяйства используются узкополосные (низкоскоростные) технологические радиосети, при помощи которых осуществляется диспетчеризация и управление технологическими процессами [1].
В настоящий момент на предприятиях трубопроводного транспорта нефтегазовой отрасли активно ведется реконструкция технологических радиосетей передачи данных (РСПД). На смену системам аналоговых стандартов приходят новые цифровые технологии. В связи с этим возникают и новые проблемы, связанные со спецификой построения радиосетей технологического назначения и требующие принципиально новых наукоемких решений.
Наиболее часто радиосети передачи данных технологического назначения представлены совместным применением систем радиотелемеханики (РТМС) и систем профессиональной ведомственной радиосвязи.
В настоящий момент на предприятиях, входящих в состав ОАО "Газпром", ведется реконструкция технологических РСПД. Одним из первых этапов реконструкции является замена устаревшего аналогового оборудования систем радиотелемеханики на современные цифровые радиосистемы. Цифровые РТМС, применяемые в РСПД технологического назначения, представляют собой системы передачи данных (СПД) с использованием частотной манипуляции (FSK), преимущественно частотной манипуляции с минимальным сдвигом (MSK).
На следующем этапе реконструкции планируется замена транкинговых систем аналоговых стандартов на системы цифрового стандарта. В настоящее время наибольшее предпочтение отдается системам стандарта TETRA. Стандарт TETRA дает возможность эффективного использования радиочастотного эфира путем применения технологии временного разделения каналов (TDMA). При этом системы стандарта обеспечивают максимальную скорость передачи данных, что обусловлено применением в стандарте дифференциальной квадратурной фазовой четырехпозиционной модуляции сигнала со сдвигом фазы на π/4 (π/4 - DQPSK).
Отличительной особенностью РСПД предприятий трубопроводного транспорта нефтегазовой отрасли является то, что при проектировании базовые комплексы радиопередающих средств РТМС и сетей подвижной радиосвязи располагаются на одном связном объекте. Под связным объектом подразумевается комплекс сооружений связи, в состав которого может входить радиоузел, связная мачта или башня, а также кроссовые и серверные комнаты, расположенные на объектах промплощадок трубопровода.
Отсюда возникает проблема внутриобъектовой электромагнитной совместимости (ЭМС) цифровых средств связи.
Электромагнитная совместимость технических средств - это способность технического средства функционировать в определенной электромагнитной обстановке (ЭМО) с заданным качеством и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам [10].
Говоря об ЭМО, в первую очередь следует учесть полосы частот УКВ-диапазона, которые выделены для организации сетей технологической связи.
В соответствии с [4], [5] для сетей радиотелемеханики на территории РФ применяются следующие поддиапазоны частот: 156,8375-162,7625; 163,2-168,5; 390-394; 417-422; 430-440; 447-450; 458,45-460; 468,45-469 МГц; для радиосетей сухопутных подвижных служб, включая транкин-говые, выделяются полосы частот 412-417 и 422-427 МГц, а также 457,4-458,45 и 467,4-468,45 МГц.
На территории РФ для эксплуатации цифровых тран-кинговых систем стандарта TETRA выделены полосы частот 300-380, 410-470 МГц [2], [3].
Как видно, для эксплуатации цифровых транкинговых систем и РТМС выделены близкие УКВ-диапазоны. Учитывая тот факт, что загруженность УКВ-диапазона на сегодняшний момент достаточно велика, то существует проблема выделения радиочастот для вновь вводимых радиоэлектронных средств (РЭС).
Отдельно стоящей проблемой представляется взаимное влияние систем, заключающееся в одновременном воздействии нескольких сигналов на оборудование базового комплекса каждой из систем. При оценке взаимного влияния базовых станций систем, расположенных на одном связном объекте, следует обратить внимание, что в случае приема сигнала БС одной системы от абонентской станции его уровень мощности будет ниже заявленного номинала, что объясняется потерями энергии при распространении. Мощность же излучения передатчика БС другой системы в данной точке будет максимальной. Следовательно, фильтрующие системы, в основе которых лежит пиковое значение отношения сигнал/шум, в данном случае будут малоэффективным средством защиты от соканальной помехи.
Ситуация осложняется еще тем, что в большинстве случаев в реальных условиях при проектировании РСПД специалисты располагают неполной параметрической информацией о проектируемых, вводимых в эксплуатацию или уже функционирующих на предприятии радиосистемах. Как известно, спектральные характеристики радиосигналов в значительной степени зависят от таких параметров, как частота дискретизации, скорость передачи данных, тип используемой модуляции. Если неизвестен хотя бы один из вышеперечисленных параметров, то спектральная плотность мощности (СПМ) мешающего сигнала будет носить характер априорной неопределенности. Помимо того, обе системы являются многоканальными, что во многом ухудшает возникшую проблему.
На рис. 1, а, б, в представлены спектры разных реализаций сигналов двух взаимодействующих цифровых систем (транкинговой системы TETRA и цифровой РТМС, где используется MSK-модуляция) с известными параметрами, где битовая скорость одной из систем варьируется.
С учетом того, что сеансы связи в системах профессиональной подвижной связи носят случайный характер, то и временное перекрытие сигналов двух систем будет заранее неизвестным.
Таким образом, возникает серьезная проблема, связанная с присутствием соканальной помехи, априорно неопределенной как в частотной, так и временной области.
Проблема внутриобъектовой ЭМС и взаимного влияния на практике может решаться следующими методами [7]:
Назначение радиочастот для вводимых в эксплуатацию РЭС осуществляет Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ), с использованием методики, подробно описанной в [7]. Однако в условиях высокой загруженности радиочастотного эфира и постоянного увеличения числа беспроводных средств связи на территории РФ задача назначения радиочастот для вновь вводимых РЭС становится трудноразрешимой.
На практике для увеличения электромагнитной развязки между антенно-фидерными устройствами РЭС применяется метод пространственного разнесения. Данное решение не всегда является возможным. Это обуславливается рядом причин: трудностями, связанными с установкой связных мачт в условиях сложного территориального рельефа, ограничениями, связанными с инженерно-геологическими условиями местности, с классификацией по ветровому району и т.д. Так, например, этот метод неприменим в районах, где возможности установки связной башни необходимой высоты ограничены из-за присутствия пород с низким коэффициентом несущей способности грунта. В данном случае антенны поднимаются на максимальную высоту.
Повышение развязки между антеннами может обеспечиваться применением металлоконструкций опор с четко заданными параметрами, что очень сложно реализуется в реальных условиях при развертывании сетей с достаточно большим количеством узлов.
Наиболее часто применяемые на практике помехоподавляющие фильтры основаны на спектральном различии помехи и полезного сигнала:
GS(ω)GN(ω) = 0,
где GS(ω) - спектр сигнала, GN(ω) - спектр помехи.
Однако данный подход не всегда оправдан, так как спектральное представление сигнала дает информацию о частотном наполнении сигнала на всем интервале времени его существования и не зависит от временного параметра.
В качестве примера рассмотрим два сигнала: стационарный, в котором одновременно присутствуют частоты 10 и 90 Гц, и нестационарный, где частоты 10 и 90 Гц присутствуют по очереди (рис. 2, а, б).
На рис. 3 представлены спектры этих сигналов.
Исходя из представления сигналов в частотной области, можно говорить, что два рассматриваемых сигнала идентичны, хотя на самом деле они сильно отличаются друг от друга.
Спектральное представление не дает информации об изменении частоты в нестационарном сигнале. Это означает, что фильтрующие системы, в основе которых лежит спектральное различие помехи и сигнала, не способны отслеживать локальные изменения фильтруемого сигнала.
Нетривиальным решением является применение так называемых адаптивных фильтров. Однако существующие адаптивные схемы фильтрации нестационарных сигналов на фоне априорно неопределенной помехи достаточно сложны в исполнении, и их применение экономически невыгодно.
Таким образом, возникает потребность в разработке эффективных и недорогих системах фильтрации полезного нестационарного сигнала в условиях априорно неопределенной соканальной помехи.
Решением данной проблемы может быть применение фильтрующих систем, в основе которых лежат методы кратномасштабного анализа - вей-влет-преобразования сигнала.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2008
Посещений: 9030
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
