Измерения параметров устойчивости к линейному затуханию и затуханию, связанному с многолучевым прохождением сигнала

Как уже отмечалось выше, в практике современных радиочастотных систем передачи встречаются два основных вида затухания, связанного с факторами распространения сигнала по радиочастотному тракту: линейное затухание и затухание, связанное с многолучевым прохождением сигнала. Рассмотрим эти два фактора и их влияние на параметры радиочастотного тракта.

Линейное затухание представляет собой частотно независимое равномерное уменьшение амплитуды сигнала от факторов распределения сигнала. Уменьшение сигнала приводит к уменьшению отношения сигнал/шум (рис.3.22), и как следствие, к увеличению параметра ошибки в цифровой системе передачи.

Рис.3.22. Пример линейного затухания

Линейное затухание обычно обусловлено природными факторами распространения радиочастотного сигнала, такими как дождь и снег, и проявляется обычно на высоких частотах. Для компенсации линейного затухания используют эквалайзеры в составе передатчика/приемника. Работу эквалайзера, компенсирующего линейное затухание, можно измерить, ис­пользуя перестраиваемые аттенюаторы.

Явление затухания, связанное с многолучевым прохождением сигнала, относится только к радиорелейным системам передачи и схематично представлено на рис.3.23.

В радиорелейной системе передачи помимо основного (прямого луча) возникают еще два вторичных. Один луч - вследствие переменного коэффициента рефракции в атмосфере, и, как правило, имеет место летом в условиях высокой температуры. Другой вторичный луч - вследствие отражения сигнала от поверхности земли и обусловлен широкой диаграммой направленности антенны передатчика. Если в первом случае в результате интерференции вторичного луча рефракции и основного луча возникает затухание, зависящее от частоты, то во втором случае в результате интерференции с основным лучом возникает устойчивая картина биений, и, как следствие, затухание и неравномерности в спектре сигнала (рис.3.24).

Проблема оценки влияния многолучевого прохождения сигнала заключается в его нерегулярности и непредсказуемости. Основным эффектом, связанным с многолучевым прохождением сигнала, является возникновение вследствие интерференции картины биений с характерными узлами и пучностями.

Рис.3.23. Явление многолучевого прохождения сигнала

Рис.3.24. Примеры неравномерностей в структуре рабочего сигнала, вызванных явлением многолучевого прохождения

В случае попадания узла на центральную частоту рабочего сигнала, возникает значительное ухудшение параметров радиочастотной системы передачи. Структура картины биений связана с факторами распространения рабочего сигнала (такими как состав атмосферы, коэффициент рефракции, температура и т.д.), в результате чего биения обычно возникают нерегулярно, а картина биений имеет нестабильную форму.

При возникновении многолучевого прохождения возникает значительное ухудшение параметров радиочастотной системы передачи, появляется межсимвольная интерференция, в результате увеличивается параметр BER.

В настоящее время возрастают требования к параметрам стабильности работы радиочастотных систем передачи. Это обуславливает объективную необходимость учитывать явление многолучевого прохождения сигнала при приемосдаточных испытаниях системы передачи, а также при проектировании последней.

Тестирование систем резервирования в трактах переключателей и систем DADE

Широкое применение на практике получили два основных метода исключения влияния многолучевого прохождения сигнала на параметры качества систем передачи. Один метод состоит в поиске оптимального пути распространения сигнала, для чего осуществляют разнесенный прием сигнала с автовыбором более мощного канала приема (рис.3.25). На антенны приемника приходят в этом случае два сигнала - искаженный из-за многолучевого прохождения и неискаженный. Выбор сигнала (адаптация) осуществляется методом максимальной амплитуды. Второй путь исключения влияния многолучевого прохождения - это метод компенсации с использованием эквалайзеров

Рис.3.25. Резервирование антенных устройств приемника для поиска наилучшего пути распространения сигнала

Для проведения измерений эффективности компенсации многолучевого прохождения за счет пространственно разнесенных антенн используются специальные анализаторы затухания со встроенным эквалайзером (Diversity Antenna Delay Equalization - DADE). Схема такого измерения представлена на рис.3.26.

Рис.3.26. Измерения DADE

Помимо схемы с использованием специального анализатора параметров DADE переключатель DADE равно как и другие радиосистемы, удобно тестировать при помощи имитатора многолучевого прохождения сигнала, описанного в предыдущем разделе.

Рис.3.27. Имитация многолучевого прохождения сигнала и анализ работы переключателя

В этом случае имитатор выступает как устройство, вносящее определенные параметры нестабильности в основной или интерферирующий луч, и затем проверяется система переключения (например, с одного луча на другой, в случае, если мощность интерферирующего луча больше мощности основного).

Схема использования имитатора представлена на рис. 3.27 (Ф - фильтр, Г - генератор несущей, треугольником обозначен усилитель).

В результате проведения измерений анализируется матрица функционирования системы передачи в зависимости от характера внешнего воздействия (рис.3.28).

В качестве внешних воздействий выступают глубина возникающего узла и его расположение. Нарушения в матрице функционирования в случае, если стрессовое воздействие находилось в пределах допустимых норм штатной эксплуатации, говорит о нарушении работы переключателей.

Рис.3.28. Матрица функционирования при стрессовых измерениях.

В современных РРЛ для компенсации многолучевого прохождения сигналов в основном используются эквалайзеры. Поэтому имитаторы многолучевого прохождения получили широкое распространение. Они выпускаются основными фирмами-производителями измерительной техники в качестве специальных программ к системам для анализа РРЛ или как отдельные приборы.