9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

201

фических координат и автоматической привязки ан-

тенной системы к истинному направлению на север.

Стационарные радиопеленгаторы могут постав-

ляться в необслуживаемом варианте исполнения,

который не требует наличия вспомогательных слу-

жебных помещений, рабочий диапазон температур

при этом составляет от -40 до +50 ° С.

Радиопеленгаторы управляются дистанционно

по каналам управления TCP/IP проводного интер-

фейса Ehternet и по беспроводному интерфейсу. Для

управления радиопеленгаторами используется от-

крытый протокол, что позволяет использовать при-

боры в территориально распределенных системах

радиоконтроля от разных производителей.

Алгоритмы параллельной обработки в блоке

цифровой обработки реализуют непрерывную кон-

вейерную обработку сигнала без потери данных. Во

время взятия очередной временной выборки вычис-

ляется спектр предыдущей выборки.

Например, при частоте дискретизации 25,6 МГц

и размерности БПФ N=1024 комплексных точек дис-

кретность спектра составит ∆f =

25,6 МГц / 1024 = 25 кГц, а длительность временной

выборки: ∆t = 1024/25,6 МГц = 40 мкс. В приемнике

за одну секунду будет вычислено n= 1/∆t = 1/40 мкс

= 25000 спектров. При полосе пропускания ∆F=24

МГц скорость спектрального анализа в полосе обра-

ботки составит V = ∆F*n = 24*25000 = 600 ГГц/c.

Все полученные в реальном времени спектры

проходят статистическую обработку (усреднение,

поиск максимальных значений, оценка двумерной

плотности вероятности) с накоплением результатов

на интервале от одной миллисекунды до нескольких

секунд. Такая обработка позволяет оператору на-

блюдать на дисплее сигналы, недоступные при

обычном отображении спектра.

Анализ спектра в реальном времени с представ-

лением информации в виде плотности вероятности

уровней спектральных составляющих (вероятност-

ный спектр) позволяет обнаруживать и различать в

одной полосе частот пакетные сигналы источников

беспроводного широкополосного радиодоступа (Wi-

Fi, BlueTooth, Dect, WiMAX), а также находить вне-

системные помехи под широкополосными сигналами

систем передачи данных. В качестве примера на

рис. 4 показан вероятностный спектр CDMA сигнала,

в полосе которого видна узкополосная составляющая

с частотой 465,2 МГц

При панорамном спектральном анализе в полосе

частот, превышающей полосу одновременной обра-

ботки, блок аналогового преобразователя радиосиг-

налов перестраивается по частоте. При среднем вре-

мени перестройки синтезатора 2 мс и дискретности

спектра 6,25 кГц, скорость панорамного анализа со-

ставляет не менее 10 ГГц/c.

Рис. 4. Пример отображения вероятностного спектра.

Заключение

Автоматические радиопеленгаторы АРТИКУЛ-

С+, АРТИКУЛ-М+ поколения "пять плюс" по срав-

нению с приборами пятого поколения имеют расши-

ренную до 24 МГц полосу одновременной обработ-

ки, более высокую производительность, рабочий

диапазоном частот от 1,5 МГц - 8000 МГц. Они

обеспечивают эффективное и полноценное решение

задач радиоконтроля, в том числе, поиск и обнару-

жение радиосигналов, многоканальное пеленгование,

определение местоположения ИРИ с произвольными

видами модуляции, измерение параметров сигналов,

идентификацию радиоизлучений.

Показатели радиоприемного тракта приборов по

чувствительности, избирательности, точности пелен-

гования обеспечивают эффективную работу в слож-

ной помеховой обстановке, присущей городам и

промышленным центрам.

Конструктивное объединение антенной системы

и цифрового радиоприемного устройства обеспечи-

вает ряд несомненных преимуществ по точности,

чувствительности, помехозащищенности, дает воз-

можность выноса антенной системы на десятки и

сотни метров без ухудшения качества пеленгования.

Пеленгаторы имеют сравнительно малые габа-

риты, работают в широком диапазоне рабочих тем-

ператур, могут поставляться в необслуживаемом

исполнении, что при высоких технических парамет-

рах обуславливает их успешное применение для ре-

шения задач радиоконтроля на стационарных и вре-

менных постах, а также на транспортной базе.

Возможность дистанционного управления и по-

лучения результатов пеленгования при удалении на

тысячи километров позволяют использовать радио-

пеленгаторы в составе территориально распределен-

ных систем радиоконтроля.

Литература

Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин В.

А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / Под

ред. А.М. Рембовского. Изд. второе. – Москва: Горя-

чая линия-Телеком, 2010, 623 с.

202

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ ЦИФРОВЫМИ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ СЕМЕЙСТВА "АРГАМАК"

В.

А.

ОЗЬМИН

ОССИЯ

А.

М.

ЕМБОВСКИЙ

ОССИЯ

Д.

С.

ЫСОЕВ

ОССИЯ

ЗАО "ИРКОС", e-mail: info@ircos.ru

Аннотация. Рассмотрены метрологические характеристики и методика выполнения измерений па-

раметров радиосигналов цифровыми панорамными измерительными приемниками семейства

"АРГАМАК". Метрологические характеристики измерений соответствуют российским нормативным

документам и рекомендациям МСЭ. Измерения с помощью приемников возможны в локальном и

дистанционном варианте управления, а также в составе сложных автоматизированных измеритель-

ных систем.

Abstract. The metrological characteristics and method of measuring the parameters of radio signals of pan-

oramic measuring digital radio receivers family “ARGAMAK” are considered. The characteristics of meas-

urement agree with the Russian regulations and recommendations of the ITU. Measurements with the re-

ceivers are available in the local and remote control options and in complex automated measuring systems.

Введение

Цифровые измерительные радиоприёмные уст-

ройства семейства "АРГАМАК" – это приборы с высо-

кими метрологическими характеристиками, аттесто-

ванные органами государственной метрологической

службы как тип средства измерений. В них использует-

ся высококачественные аналого-цифровые преобразо-

ватели радиосигналов и быстродействующие модули

цифровой обработки. В приемниках реализован прин-

цип SDR, алгоритмы измерения параметров сигналов

задаются программным путем. В [1] подробно рассмат-

риваются конструкция и технические параметры при-

емников данного семейства, в которое входят:

АРГАМАК-И, АРГАМАК-ИМ, АРГАМАК-ИС, АРК-

КНВ4. Внешний вид измерительных приборов пред-

ставлен на рис. 1.

В докладе рассматриваются методики выполне-

ния измерений параметрами радиосигналов указан-

ными приборами.

Рис. 1. Измерительные приемники семейства

АРГАМАК (a – АРГАМАК-И, б – АРГАМАК-ИМ, в

– АРГАМАК-ИС, г – АРК-КНВ4.

Методика выполнения измерений

Измерительные приемники семейства

АРГАМАК применяются в стационарных, мобиль-

ных и носимых станциях радиоконтроля для: реше-

ния задач электромагнитной совместимости и дос-

тупности; проверки соответствия параметров излу-

чений выданным лицензиям; выявления радиопомех

и радиопередатчиков, действующих без разрешения;

измерения параметров и технического анализа ра-

диосигналов. Они используются гражданскими и

силовыми ведомствами, при разработке и эксплуата-

ции радиоэлектронного оборудования.

Все измерительные приемники семейства

"АРГАМАК" имеют государственные сертификаты

типа средства измерений. Согласно [2, 3] и рекомен-

дациям МСЭ для решения задач радиоконтроля, по-

мимо базовых параметров радиосигналов: частоты и

уровня синусоидального сигнала, напряженности

электромагнитного поля, следует измерять и другие

параметры, например, частоту радиосигнала при раз-

личных видах модуляции, параметры модуляции,

такие как коэффициент модуляции, девиация, разнос

частот, ширину полосы радиосигнала, занятость час-

тотного канала и т.д. Несмотря на то, что точность

измерения этих величин определяется базовыми па-

раметрами приемников, пользователям аппаратуры

для проведения легитимных измерений требуется

наличие официального государственного подтвер-

ждения метрологических характеристик измерения

дополнительных параметров. В связи с этим была

подготовлена и аттестована по ГОСТ Р 8.563 мето-

дика выполнения измерений параметров радиосиг-

налов, применимая для всех измерительных прием-

ников семейства [4]. В ходе аттестации серьезное

внимание уделялось вопросам идентификации и за-

щите программного обеспечения в соответствии с

требованиями ГОСТ Р 8.654-2009.

203

Аттестованная методика регламентирует вы-

полнение измерений двумя способами:

1) с использованием пакета программ СМО-

ПАИ в локальном и удаленном варианте;

2) на основе унифицированного протокола

управления аппаратурой радиоконтроля с

удаленным управлением по сети с протоко-

лом TCP/IP.

Последний способ позволяет применять пано-

рамные измерительные приемники в составе автома-

тизированных систем измерений различных произ-

водителей, поскольку унифицированный протокол

управления является открытым, имеет простую

структуру [5].

Метрологические характеристики измерения

основных параметров сигналов с помощью програм-

мы СМО-ПАИ приведены в таблице, они соответст-

вуют нормативным документам [2, 3], а также прика-

зу Роскомнадзора о единой технической политике

предприятий радиочастотной службы от 30 сентября

2009 г. № 503.

Таблица 1. Точности измерения параметров радио-

сигналов.

Измеряемый параметр

АРГАМАК-ИМ

АРГАМАК-И

АРГАМАК-ИС

Уровень радиосигнала, дБ

0.5 - 3

±3

Частота (немодулирован-

ная несущая и АМ)

5×10

-9

2×10

-6

1×10

-9

Частота (широкополосная

ЧМ), Гц

±10

- ±10

Частота (узкополосная

ЧМ)

-8

2×10

-6

-8

Частота (ЧМн) 2×10

-7

2×10

-6

2×10

-7

Частота (ММС, ФМн) 10

-8

2×10

-6

-8

Частота цифровых сигна-

лов без характерных час-

тот, кГц

±5 ±5 ±5

Ширина полосы (X дБ) 5% 5% 5%

Ширина полосы (β/2)

5% 5% 5%

Коэффициент АМ 7% 7% 7%

Девиация (ЧМ) 5% 5% 5%

Разнос частот (ЧМн) 5% 5% 5%

Скорость модуляции 1% 1% 1%

Частота поднесущей сте-

реофонического ЧМ веща-

ния

-5

Занятость 1% 1% 1%

Программа СМО-ПАИ предназначена для пано-

рамного анализа (от 9 кГц до 18 ГГц) и измерений на

постах радиоконтроля и обеспечивает взаимодейст-

вие всех устройств, входящих в измерительную сис-

тему, в режимах реального масштаба времени и от-

ложенной обработки. Обеспечиваются автоматизи-

рованные и автоматические измерения основных

параметров сигналов с привязкой ко времени и гео-

графическим координатам. На рис. 2 представлено

окно программы СМО-ПАИ в режиме измерения

параметров сигналов.

Рис. 2. Окно программы СМО-ПАИ.

Методы измерений параметров сигналов

Измерение уровня сигнала осуществляется по-

сле аналого-цифрового преобразования принимаемо-

го сигнала. Измерения проводятся по каждому мгно-

венному спектру. В режиме статистической обработ-

ки для всех типов измерений за результат измерения

принимается значение абсциссы максимума гисто-

граммы, полученной на основе массива одиночных

измерений. Возможно измерение следующих значе-

ний уровня:

– пиковое значение уровня сигнала как макси-

мальное абсолютное значение за время измерения на

выходе измерительного детектора с большим значе-

нием постоянной времени разряда и малым значени-

ем постоянной времени заряда;

– квазипиковое значение уровня сигнала как

значение в конце временного интервала измерения

на выходе детектора с определенными постоянными

времени заряда и разряда;

– среднеквадратическое значение уровня сигна-

ла как квадратный корень из отношения суммы

квадратов значений сигнальных отсчетов к числу

отсчетов на интервале измерения;

– среднее значение уровня сигнала как отноше-

ние суммы сигнальных отсчетов огибающей сигнала

к числу отсчетов на интервале измерения;

– среднеквадратическое значение уровня сигна-

ла как квадратный корень из суммы квадратов зна-

чений спектральных составляющих;

– среднеквадратическое значение уровня мак-

симальной спектральной составляющей.

Измерение напряженности поля производится

по уровню сигнала на заданной частоте, поступаю-

щего на вход измерительного приемника с измери-

тельной антенны, с учетом коэффициента калибров-

ки антенны. Значения плотности потока мощности

204

находятся пересчетом полученных значений напря-

женности электрического поля.

Для радиосигналов без модуляции, с амплитуд-

ной модуляцией, сигналов с цифровой модуляцией

используется метод измерения частоты, основанный

на анализе спектра, вычисляемого с помощью БПФ.

Для сигналов с наличием характерных частот

измерение сводится к нахождению после математи-

ческих преобразований значений этих частот в ис-

ходном спектре радиосигнала или в спектре радио-

сигнала. После нахождения характерных частот оп-

ределяется их положение на частотной оси. Если

выраженной несущей частоты нет, центральная час-

тота сигнала определяется как среднее арифметиче-

ское симметричных характерных частот. Если харак-

терные частоты отсутствуют, например, у сигналов с

однополосной модуляцией, сигналов стандарта

CDMA, центральная частота сигнала оценивается,

как центр полосы частот, занимаемой сигналом.

Для измерения средней частоты сигнала с ЧМ

используется метод измерения мгновенной частоты,

реализуемый на основе обработки временной выбор-

ки сигнала, также рекомендованный для широкого

применения. Сущность метода измерения мгновен-

ной частоты заключается в определении скорости

изменения (производной) фазы сигнала.

Полученные значения мгновенной частоты ус-

редняются с применением методов, дающих устой-

чивую оценку.

При оценке ширины полосы возможно исполь-

зование двух методов: метода «Х дБ» и «β/2».

Определение коэффициента амплитудной моду-

ляции

заключается в измерении максимального

maxm

и минимального

minm

значений оги-

бающей модулированного радиосигнала и вычисле-

нии по формуле

min

max

min

max

−

. (1)

При частотной модуляции (ЧМ) изменяемым

параметром является частота несущей, то есть в каж-

дый момент времени ее отклонение от своего номи-

нального значения пропорционально уровню моду-

лирующего сигнала.

Измерение девиации частоты проводится на ос-

нове измерения мгновенной частоты радиосигнала.

Как правило, требуется определение пикового значе-

ния девиации, которое однозначно связано с макси-

мальной шириной спектра ЧМ радиосигнала и рег-

ламентировано нормативными документами. В соот-

ветствии с рекомендацией МСЭ-R SM 1268 выпол-

няется накопление статистических данных о девиа-

ции сигналов ЧМ радиовещания за достаточно

большой для адекватной оценки этого параметра

промежуток времени (15 минут и более).

Разнос частот (удвоенная девиация) частотно-

манипулированных сигналов измеряется так же, как

и в случае аналоговой ЧМ, на основе измерения

мгновенной частоты.

Измерение скорости модуляции сводится к де-

модуляции цифрового радиосигнала и определению

тактовой частоты передачи информационных симво-

лов по гистограмме временных интервалов между

переходами через ноль.

Для измерения частоты поднесущих ЧМ стерео

радиовещания осуществляется нахождение значений

характерных частот, которыми являются поднесущие

частоты, в спектре демодулированного сигнала.

При измерении занятости частотных каналов осу-

ществляется настройка на исследуемый частотный ка-

нал и в течение заданного времени происходит перио-

дическая проверка на наличие сигнала в этом канале по

превышению порогового уровня. Затем вычисляется

отношение количества превышений порога к общему

числу проверок, оценивается достоверность измерения.

Заключение

Цифровые измерительные радиоприемные уст-

ройства семейства "АРГАМАК" применяются в ста-

ционарных, мобильных и носимых станциях радио-

контроля, они позволяют проводить измерения на-

пряженности поля, частоты, полосы, занятости ра-

диоканалов и параметров модуляции. Наличие сер-

тификатов типов средств измерений, аттестованной

методики выполнения измерений позволяет прово-

дить легитимные измерения параметров радиосигна-

лов в локальном и дистанционном варианте управле-

ния, а также в составе сложных автоматизированных

измерительных систем.

Метрологические характеристики измерений

удовлетворяют отечественным нормативным доку-

ментам и рекомендациям МСЭ.

Литература

1. Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин

В. А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства /

Под ред. А.М. Рембовского. Изд. второе. – Москва:

Горячая линия-Телеком, 2010, 623 с.

2. ГОСТ Р 52536-2006. Оборудование станций

радиоконтроля автоматизированное. Технические

требования и методы испытаний.

3. ГОСТ Р 53373-2009. Оборудование станций

радиоконтроля приемное автоматизированное. Тех-

нические требования и методы испытаний.

4. Свидетельство об аттестации методики из-

мерений № 206/000265/2011 от 01.02.2011 г. "Изме-

рение параметров излучений радиоэлектронных

средств цифровыми измерительными радиоприем-

ными устройствами АРГАМАК-И, АРГАМАК-ИМ и

АРГАМАК-ИС". Зарегистрирована в Федеральном

информационном фонде по обеспечению единства

измерений под номером ФР1.38.2011.10001

5. Кизима С.В., Авдюшин А.С., Беспалов В.В.,

Козьмин В.А. Перспективная автоматизированная

система радиомониторинга. Специальная техника, №

5, 2007. С. 27-34.

205

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

В ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЯХ РАДИОПОМЕХ

В.

А.

ОЗЬМИН

ОССИЯ

А.

Б.

ОКАРЕВ

ОССИЯ

ЗАО «ИРКОС», Москва, Россия, e-mail: info@ircos.ru

Аннотация. Нормативно-методические документы (в частности, ГОСТ Р 51319-99 и ГОСТ Р

51318.16.1.1-2007) определяют совокупность требований, предъявляемых к характеристикам измери-

телей радиопомех. Практическая разработка цифровых измерителей помех выявила ряд допол-

нительных особенностей, определяющих показатели качества подобных устройств. Настоящая работа

акцентирует внимание разработчиков на подобных особенностях и содержит ряд практических рекомен-

даций по выбору структуры измерительных детекторов.

Abstract. Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatuses and methods CISPR 16-1-1

define a set of requirements to the characteristics of radio interference measuring receivers. The practical

development of digital interference measuring devices has revealed a number of additional features deter-

mining their quality. This paper focuses the developers on similar features and contains a number of practi-

cal recommendations for choosing the structure of the measuring detectors.

Введение

Современная аппаратура радиоконтроля способна

решать широкий круг задач, включая исследование

радиопомех различной природы. Например, цифро-

вые панорамные приемники семейства АРГАМАК

реализуют принцип SDR (Software Defined Radio),

осуществляют измерения параметров радиосигналов

и помех путем их цифровой обработки [1] и могут

использоваться в качестве измерителей радиопомех

(ИРП). В настоящей работе анализируются особенно-

сти построения их цифровых трактов, обеспечивающие

соответствие показателей аппаратуры требованиям

нормативно-методических документов [2, 3].

Особенности цифрового ИРП с детектором

средних значений

Детектор средних значений предназначен для

измерения среднего значения огибающей воздейству-

ющего сигнала. При воздействии на ИРП с детектором

средних значений последовательности повторяющихся

импульсов показания ИРП должны увеличиваться

прямо пропорционально частоте повторения импуль-

сов [3, п. 6.4.2].

Цифровая обработка данных в комплексах радио-

контроля, как правило, предполагает перенос прини-

маемого колебания в область нулевых частот. Фильт-

рация и детектирование осуществляются путем об-

работки последовательности отсчетов комплексной

огибающей принимаемых колебаний. При этом для

детектирования необходимо вычислять среднее ариф-

метическое абсолютных значений отсчетов

det out det in

( ) ( )

s s t lim A i

→∞

 

= = ⋅

 

 

∑

, (1)

где

( )

A i

– последовательность отсчетов комплексной

огибающей на входе детектора,

– объем выборки

на интервале измерений.

Для обеспечения частотной избирательности ИРП

детектору среднего значения предшествует блок уз-

кополосной фильтрации. Фильтрация отсчетов ком-

плексной огибающей предполагает применение циф-

рового ФНЧ с частотной среза, составляющей поло-

вину требуемой полосы пропускания детектора по

радиочастоте

bound 6 6

0,5

f B

= ⋅

. (2)

где

– определяемая требованиями [2, 3] полоса про-

пускания по уровню 6 дБ. От варианта реализации

ФНЧ зависит, какие именно отсчеты

( )

A i

поступят на

вход модуля усреднения детектора средних значений.

Проанализируем влияние ФНЧ на выполнение

амплитудного соотношения и на импульсную харак-

теристику ИРП. Для их измерения на вход ИРП пода-

ют серию коротких радиоимпульсов с когерентным

высокочастотным заполнением. Когерентность радио-

импульсов влечет непосредственное суммирование

комплексных огибающих откликов на эти импульсы,

а форма откликов определяется импульсной характе-

ристикой ФНЧ. Таким образом, воздействие серии

радиоимпульсов приводит к появлению на входе де-

тектора последовательности отсчетов

(

)

0 imp

( )

A i S e g iT kT

= ⋅ ⋅ −

∑

, (3)

где

0 0

– амплитуда и фаза заполнения импульсов,

(

)

g t

– импульсная характеристика ФНЧ, T – интервал

дискретизации,

imp

– период повторения радиоимпульсов.

Пусть

– длительность импульсной характе-

ристики ФНЧ, т.е. время её затухания до пренебре-

жимо малых значений. Выберем объем выборки N

таким, чтобы время наблюдения многократно пре-

вышало

, а анализируемые частоты повторения

импульсов будем выбирать по правилу

206

/ ( )

F q NT

= ; (4)

при этом на каждую выборку будет приходиться ровно

q воздействующих радиоимпульсов.

При периодическом характере воздействия отклик

детектора на протяженном интервале наблюдения бу-

дет совпадать со значением, средним за период, т.е.

( )

det out imp

i k

s g iT kT

= ⋅ −

∑ ∑

. (5)

Проанализируем изменения показаний детектора при

увеличении частоты поступления импульсов

Для частот

, удовлетворяющих условию

( 1/ )

< τ

, (6)

до прихода очередного импульса на вход ИРП отк-

лик на предшествующий будет успевать затухнуть, и

сумма по «k», входящая в состав (5), при каждом i

будет представлена единственным слагаемым

imp

( ) ( )

delay

g iT kT g iT t− = −

∑

, (7)

где

delay

– время задержки, характеризующее распо-

ложение на оси времени отклика на очередной воз-

действующий радиоимпульс, равное

( )

delay q

t int iT F

= ⋅

. (8)

Таким образом, увеличение в q раз частоты поступ-

ления импульсов на вход ИРП влечет появление q

идентичных откликов на входе детектора вместо един-

ственного, наблюдавшегося при

1 / ( )

F NT

. Пока-

зания детектора возрастают при этом ровно в q раз,

что означает точное выполнение соотношения

det out

det out 1 1

( )

q q

s F F

= =

. (9)

При частотах, превышающих требование (6),

отклики

(

)

imp

g t kT−

в составе суммы (5) начинают

перекрываться, и результат наложения импульсов за-

висит от наличия лепестков отрицательной полярно-

сти в импульсной характеристики ФНЧ.

Для фильтров с неотрицательными при всех t

импульсными характеристиками, справедливо

( ) ( )

imp imp

k k

g iT kT g iT kT− = −

∑ ∑

, (10)

поэтому наложение откликов не препятствует выпол-

нению (9). Если же импульсная характеристика ФНЧ

имеет знакопеременный характер, то

imp imp

( ) ( )

k k

g iT kT g iT kT− < −

∑ ∑

. (11)

Компенсирующее влияние налагающихся друг на дру-

га импульсов разной полярности влечет замедление

роста показаний детектора, что приводит к погреш-

ности выполнения соотношения (9).

Вывод: Знакопеременный характер импульсной

характеристики ФНЧ, обеспечивающего частотную

избирательность ИРП, отрицательно сказывается на

пропорциональности между показаниями детектора

средних значений и частотой повторения импульсов,

воздействующих на вход детектора. Для выполнения

амплитудного соотношения и получения соответст-

вующей требованиям документов [2, 3] импульсной

характеристики ИРП следует использовать ФНЧ,

импульсная характеристика которого остается неот-

рицательной при любых t.

Рекомендации по реализации ФНЧ в составе

цифрового ИРП с детектором средних значений

Приведенные выше рассуждения показывают, что

при проектировании фильтра, обеспечивающего час-

тотную избирательность ИРП, не следует стремиться

к излишнему увеличению коэффициента прямоуголь-

ности АЧХ. Погрешность выполнения амплитудного

соотношения для фильтров, близких к идеальному

ФНЧ, может составлять более 5 дБ.

В приложении A к ГОСТ [3] можно встретить

описание рекомендуемого к применению в ИРП

фильтра с коэффициентом передачи

( ) ( )

2 2 2

( ) 2 ( )

CISPR

K K j

ω ω

 

= ⋅ Ω Ω + + Ω

 

(12)

и импульсной характеристикой

[

]

( ) 2 sin( ) cos( )

CISPR

g t K e t t t

−Ω

= Ω Ω − Ω ⋅ Ω

, t ≥ 0. (13)

Однако, из-за знакопеременного характера импульс-

ной характеристики этот фильтр тоже нельзя признать

идеальным для реализации ИРП с детектором сред-

них значений. Можно показать, что систематическая

погрешность выполнения амплитудного соотношения

для этого фильтра составляет 1,1 дБ.

Практика показала, что в качестве оконечного

ФНЧ целесообразно применять цифровые КИХ-филь-

тры Найквиста невысокого порядка, синтезируемые с

использованием окна Хемминга. Для их синтеза можно

использовать широко распространенную библиотеку

«Intel Signal Processing Library». При 10-процентном

предыскажении полосы пропускания ФНЧ

0,45 /

bound

F B F

= ⋅

, (14)

и выборе порядка фильтра по правилу

_ ( 1,13 / )

bound

FIR Len Ceil F=

, (15)

где Ceil() – функция округления вверх, синтезировать

фильтр можно при помощи функции библиотеки

nspdFirLowpass( F

bound

,, FIR_Len, NSP_WinHamming, 1 ).

При этом импульсная характеристика ФНЧ не будет

содержать отрицательных отсчетов (или доля таких

207

отсчетов будет очень мала). Синтезированный по-

добным образом фильтр не только обеспечивает тре-

бования, предъявляемые к избирательности, но и га-

рантирует близкую к нулю погрешность выполнения

амплитудного соотношения.

Особенности цифровых ИРП с пиковыми и

квазипиковыми детекторами сигналов

В документах [2, 3] указано, что квазипиковый и

пиковый детекторы могут иметь однотипную структу-

ру и различаться постоянными времени заряда и раз-

ряда; у квазипикового детектора они отличаются не

более чем на 3 порядка, а у пикового на 6-8 поряд-

ков. Вместе с тем, не имеется однозначных указаний,

как обеспечить столь большое отличие параметров.

Нужно ли увеличивать постоянную времени разряда

или уменьшать постоянную времени заряда

Проанализируем влияние выбора постоянных времени

на выполнение требований [2, 3].

Типовые варианты цифровой реализации детекто-

ров предполагают использование цифровых фильтров,

коэффициенты которых нелинейно связаны с значе-

ниями сигналов на входе и выходе детектора.

Возрастание сигнала на входе детектора

переключает фильтр в состояние подзарядки с

постоянной времени

, а при уменьшении сигнала

начинается разряд с постоянной времени

T .

При

этом структурные схемы фильтров могут быть

различными. Рассмотрим два варианта цифровой реализации

квазипикового и пикового детекторов. Первый вариант,

упомянутый в [1], позволяет реализовать детектор при

помощи структурной схемы, показанной на рис. 1.

Коэффициенты определяются выражениями

⋅ −

⋅ +

( )

0 1 1

0,5 1

a a b

= = = ⋅ −

⋅ +

, (16)

где T – интервал дискретизации,

– постоянная вре-

мени заряда или разряда (в зависимости от текущего

состояния детектора).

Второй вариант реализации основан на исполь-

зовании фильтра с импульсной характеристикой,

эквивалентной аналоговой RC-цепи. Коэффициенты

этого фильтра определяются соотношениями

(

)

b exp T

= −

(

)

0 1

1 1

a exp T b

= − − = −

. (17)

Структурная схема реализации детектора показана

на рис. 2.

Представим, что на вход ИРП, детектор которого

находится в нулевом начальном состоянии, поступа-

ет радиоимпульс с постоянной амплитудой. Пренеб-

регая инерционностью ФНЧ, стоящего перед детек-

тором, будем считать, что отсчеты комплексной оги-

бающей на входе детектора имеют одинаковую ве-

личину, например, x[k] = 1,0 для всех k ≥0.

Рис. 1. Первый вариант реализации цифрового

пикового (квазипикового) детектора.

Рис. 2. Второй вариант реализации цифрового

пикового (квазипикового) детектора.

Детектор, реализованный по второму варианту,

характеризуется исходно нулевым состоянием на

выходе и положительными коэффициентами, значе-

ния которых в состоянии подзарядки

≈

Проследим за нарастанием выходных значений

(

)

(

)

1 1

[0] 1 [0] 0,0 1

y b x b

= − ⋅ + = −

(

)

(

)

(

)

1 1 1 1

[1] 1 [1] [0] 1 1

y b x b y b b

= − ⋅ + ⋅ = − ⋅ +

,…

и, далее, при

→ ∞

(

)

1 1 1 1

[ ] 1 1,0 ... 1

y k b b b b

 

= − ⋅ + + + + →

 

. (18)

Т.е. детектор длительно пребывает в состоянии под-

зарядки, а отклик на его выходе быстро стремится к

значению огибающей, воздействующей на вход.

Проанализируем реакцию на то же самое воздей-

ствие детектора, реализованного по первому вариан-

ту, при постоянной времени заряда

0,5

T T

> ⋅

. (19)

Согласно (16), все коэффициенты фильтра являются

положительными, а рост выходных значений можно

представить выражениями

(

)

(

)

1 1

[0] 0,5 1 [0] 0,0 0,5 1

C C

y b x b

= − ⋅ + = −

(

)

(

)

(

)

1 1 1 1

[1] 1 [1] [0] 1 1 0,5

C C C C

y b x b y b b

= − ⋅ + ⋅ = − ⋅ + ⋅

208

и, далее, при

→ ∞

[ ] 1 0,5

y k b

→ − ⋅

, (20)

где

– коэффициент фильтра в состоянии подза-

рядки. При любом k значение на выходе остается

чуть меньше значения на входе, детектор остается в

состоянии подзарядки, а отклик на его выходе (учи-

тывая, 0≤

≤1) стремится к значениям огибающей.

Пусть теперь постоянная времени заряда пикового

детектора выбрана столь малой, что нарушается ус-

ловие (19). Это не отменяет аналитических соотно-

шений, приведенных выше, однако при

1 0

− < <

1 1

[1] [2] 0,5 (1 ) 0

y x b b− = − ⋅ ⋅ + >

, (21)

что приводит к переключению детектора перед тактом

k = 2 в состояние разряда, при котором

(

)

(

)

1 1

[2] 1 [2] [1] [1]

D D

y b x x b y

= − ⋅ + + ⋅

где

– коэффициент фильтра в состоянии разряда.

Постоянная времени разряда

всегда заметно

больше интервала дискретизации T, поэтому

≈

(1 ) 0

− ≈

и, как следствие,

6 / 1

[ ] [1]

(2 / 1)

T T

y k y

T T

⋅ +

≈ =

⋅ +

, k > 1. (22)

Рассчитываемые в соответствии с (22) значения пре-

вышают входное воздействие x[k] = 1,0, но из-за

огромной инерционности детектора в состоянии раз-

ряда эта «разбалансировка» долго сохраняется прак-

тически неизменной. При x[k] = 1,0 относительная

погрешность работы устройства численно определя-

ется разностью y[k] – x[k]. Преобразованная в лога-

рифмический масштаб зависимость погрешности от

выбора постоянной времени

показана на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость погрешности пикового

детектирования от соотношения постоянной времени

заряда детектора

и интервала дискретизации T.

Итак, при неудачном сочетании постоянной вре-

мени заряда детектора

и интервала дискретизации T

наблюдается систематическая погрешность работы

пикового детектора, достигающая примерно 1 дБ.

Рекомендации по реализации квазипикового

и пикового детекторов в составе цифровых ИРП

Обе проанализированные выше структурные схе-

мы являются работоспособными, однако при первом

варианте реализации следует контролировать соот-

ношение постоянных времени детектора и интервала

дискретизации сигналов. Постоянная времени заряда

детектора

должна удовлетворять требованию (19).

Второй вариант реализации некритичен к выбору

постоянных времени.

Если устройство цифровой обработки допускает

логические операции, то для реализации пикового

детектора имеет смысл воспользоваться просто за-

поминанием максимального значения огибающей со

сбросом показаний по команде пользователя.

Заключение

При использовании аппаратуры радиоконтроля

для измерения интенсивности радиопомех для обес-

печения частотной избирательности ИРП рекомен-

дуется применять цифровые фильтры Найквиста.

Использование иных фильтров может приводить к

заметной систематической погрешности выполнения

амплитудного соотношения при проведении измере-

ний с использованием детектора средних значений.

При реализации цифрового пикового детектора

могут наблюдаться погрешности, если постоянные

времени детектора оказываются сопоставимыми по

величине с интервалом дискретизации. Приведенный

пример показывает, что изменение структурной схемы

детектора может приводить к появлению системати-

ческой погрешности измерений, достигающей 1 дБ.

Литература

1. Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин

В. А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства /

Под ред. А.М. Рембовского. Изд. второе. – Москва:

Горячая линия-Телеком, 2010, 623 с.

2. ГОСТ Р 51319-99. Совместимость техниче-

ских средств электромагнитная. Приборы для изме-

рения индустриальных радиопомех. Технические

требования и методы испытаний. – Москва, Изда-

тельство стандартов, 2000.

3. ГОСТ Р 51318.16.1.1-2007. Совместимость

технических средств электромагнитная. Требования

к аппаратуре для измерения параметров индустри-

альных радиопомех и помехоустойчивости и методы

измерений. Часть 1-1. Аппаратура для измерения

параметров индустриальных радиопомех и помехо-

устойчивости. Приборы для измерения индустриаль-

ных радиопомех.

209

GOLBAL MARKET ACCESS

FOR WIDE BAND DATA RADIO TERMINALS

ARTMANN

ERMANY

Cetecom ICT Services GmbH,

e-mail: uwe.kartmann@cetecom.com

Abstract. Across the world there is a high demand on wireless communication, especially the transmission

of high bit-rates over a relatively short distance. Depending on the number of countries a manufacturer of

wireless equipment intends to export his goods to, he will be confronted to a huge amount of different admin-

istrational and technical national requirements. Reduction of these hurdles is one of the main goals of the

World Trade Organization (WTO). This presentation will focus on different ways to solve this problem.

Introduction

Radio communications have become an increasingly vital part

of the telecommunications infrastructure and economy of a

country. Technical and administrative measures help ensure

that radio services are able to operate on a non-interference

basis. Therefore, a frequency management system including

adequate stipulations for spectrum usage as well as a regula-

tory system limiting the electromagnetic radiation of equip-

ment other than radio equipment is required.

Before putting a product on the market the manufacturer

or importer is required to make sure that the product

fulfils the essential requirements in the sense of legisla-

tion of each country, the equipment will be imported.

The proceeding by which a producer or importer assures

this is called conformity assessment. The process by

which the conformity with legislation is verified, varies

from country to country.

Depending on national rules, various procedures for confor-

mity assessment must be applied. They range from manufac-

turer-friendly self-declaration systems up to national tests

combined with factory inspection and certification by one

ore more authorities. Table 1 is illustrating market access

requirements for some political areas.

Table 1. Different Market Access Systems

EU USA CND JAP

ITU-Region 1 2 2 3

Regulatory Authority

27 nat. Authorities

co-ord. by ECC

FCC IC MIC/METI

Conformity Assessment Body

sometimes NB or

TCBs under MRA

National TCBs,

TCBs under MRA

National TCBs,

TCBs under MRA

National TCBs,

TCBs under MRA

Conformity Assessment (dependent on

equipment type)

SDoC, sometimes

EO required

Certification

DoC

Verification

Certification

SDoC

Standardisation Body CENELEC, ETSI FCC IC

MIC, METI,

VCCI, ARIB

Technical Specification: Form &

Content

Gen. Standards Prod.

Standards

Rules 47CFR… Prod. Standards

Ordinances and

Test Methods

Categorisation of Equipment

(based on service)

Licensed/Non-licensed Licensed/Non-licensed Licensed/Non-licensed Licensed/Non-licensed

Categorisation Equipment

(based on technology)

According to the

relevant Standard

According to thte rel.

Part of 47 CFR

According to the

relevant Standard

According to

Equipment Type

Categorisation Equipment

(based on conformity assessment)

Depending on

Functionality

Depending on

Functionality

Depending on

Functionality

Depending on

Functionality

Categorisation of Technical

Specifications

Roughly on

ETSI Task Groups

non non non

Availability of Technical Specifications www www www Some on www

Availability of NFPs & NUPs www www www www

Market surveillance

By national

Authorities

By national

Authorities and by

By national

Authorities and by

By national

Authorities

Conformity Assessment Prices

Dependent on used

TCB

Dependent on used

TCB

Dependent on used

TCB

Dependent on used

TCB

A priory Decision

Currently roughly three different approaches for confor-

mity assessment are used in this world, each of them

following one of the routes illustrated below:

 Third party certification according to regula-

tions, i.e. in USA,

 Manufacturer’s declaration of conformity ac-

cording to technical standards, i.e. in EU,

210

 Others: based on national requirements who,

very often are very close to one of the above

systems.

To further simplify the assessment processes Mutual

Recognition Agreements (MRA) are made between

countries or regions to recognize and accept the results of

conformity assessments performed in the country of

equipment origin. The basis of this mutual recognition is

the use of the exporting country's tests and certification

institutes denominated as Conformity Assessment Bodies

(CAB's). In the framework of the Mutual Recognition

Agreement (MRA) between the European Union and the

United States of America, Canada and Japan several

European institutes have been designated. In other parts

of the world there are different MRAs into force, such as

the APEC-Tel-MRA in Asian-Pacific area.

Figure 1. Market Access outside the EEA

In case a manufacturer decides to enter the market of

MRA-countries an immense effort reduction can be

achieved. Anyhow, for all countries not touched by these

agreements, national procedures are required. Usually

these cumbersome and the involvement of a third party

with experience in this matter, will be the only solution

for successful certification, see Figure 1.

Market Access Preparation

Finally, as a matter of principle, a manufacturer must

decide, which countries are relevant for his product.

Then, in a second step, investigations on market access

requirements for each country are required. The follow-

ing guideline is illustrating how a manufacturer could

proceed:

 Choose the appropriate frequency band

 Pay attention to national frequency alloca-

tions

 Consider the regulatory technical require-

ments in each of these countries

 Prepare national conformity assessment in

each country in time

 Contact testing laboratory for type approval

tests if required

 Check whether test effort can be minimized

(generation of a test-plan)

 Apply for factory inspection if required

 Apply for certification (type approvals)

 Local representatives in each country avail-

able?

 Pay attention to national authorisation provi-

sions!

 Are additional voluntary quality tests and cer-

tifications appropriate?

 Decide if the effort can be reduced by in-

volvement of third parties such as TCBs, NBs

or consultants

 Preparation of a complete documentation for

demonstrating conformity

 Is apparatus and packaging marked correctly?

 Does the technical manual conform to na-

tional requirements?

 Were frequency management authorities suf-

ficient informed?

 Are the requirements concerning authorisa-

tion met in each country?

Figure 2. Test Plan Generation

Std. 2

Std. 3

Std. 1

Product

Test Plan

applicable

Generation

Standards

Definition of

maximum

requirements to

be covered

Std. 2

Std. 3

Std. 1

Product

Test Plan

applicable

Generation

Standards

Definition of

maximum

requirements to

be covered

Following this roadmap a project schedule should be

prepared, giving information on parameters such as lead

time, local representative request, required number of

test samples, local test effort, reduction of the test-

volume by generation of test-plans and finally relevant

costs. An example is given next side.

Technical Requirements and Test Reduction

Applicable technical standards (per technology) are dif-

ferent. In the following this should be illustrated for a

wireless radio device. National respectively European

standards and rules are defining technical parameters,

test methods and limits for radio spectrum, EMC, health

and electrical safety aspects.

In the following, EMC basic requirements on conducted

and radiated spurious emissions for a wireless radio

transmitter are presented. In general for all countries the

principle of conducted EMC measurement is the same.

While the test setup is in common, the settings defined in

dedicated standards are different.

Concerning radiated spurious emissions the situation is

different. In EEA countries and countries with national

standards based on European rules the transmitter will be

tested in a fully anechoic chamber. The device is placed

on a non conductive turntable and powered with nominal

Data

Base

Grants

Authority

CAB/TCB

Product

labeled &

marketed

Do it yourself

Route

Option 1

MRA

Route

Option 3

Party

Route

Option 2

Data

Base

Grants

Authority

CAB/TCB

Product

labeled &

marketed

Do it yourself

Route

Option 1

MRA

Route

Option 3

Party

Route

Option 2