Обеспечение радиопокрытия в DECT системах

Одной из задач, которую приходится решать при разворачивании микросотовых или WLL систем, является ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАДИОПОКРЫТИЯ обслуживаемой территории. Решение этой задачи для систем стандарта DECT имеет свою специфику и ряд особенностей, обусловленных как самой технологией DECT, так и спецификой распространения радиоволн этого частотного диапазона, Часто, даже специалисты в области классической радиосвязи сталкиваются с неожиданными проблемами при разворачивании DECT систем.

Настоящий материал основан на более чем семилетнем опыте работы с DECT системами различных производителей и проведении многочисленных предварительных измерений на различных объектах.

Цель материала – в популярной форме ознакомить читателей с важными для обеспечения радио покрытия (РП) особенностями оборудования стандарта DECT и описать методику и способы проведения работ по его обеспечению.

Для начала оговорим специфические для DECT особенности, назовем их ПОСТУЛАТАМИ, так как они будут изложены в форме бесспорной данности. Затем, рассмотрим элементы (инструментарий) обеспечения РП, из которых как из кубиков будут собраны приемы и методы обеспечения РП.

Итак,

ПОСТУЛАТЫ (особенности) DECT, которые сказываются на обеспечении радиопокрытия:

1. Дальность

На абонента накладывается принципиальное ограничение по удалению от базовой станции (БС) и скорости движения из-за использования технологии TDMA (12 дуплексных абонентов или тайм-слотов на одном частотном канале). В общем случае эти ограничения составляют: по расстоянию - 7,5 км, по скорости - 10км/ч.

ВНИМАНИЕ!
Каждый тип оборудования, в зависимости от производителя и модели, а именно базовая станция (БС), имеет свои значения максимальной дальности. Они могут составлять 500 м, 800 м, 1200 м, 1800м, 2900м, 4800м и т.д.

ВНИМАНИЕ №2!
В области увеличения дальности – сломано много копий - ведется много исследований и разработок. НО, если вы пользователь или инсталлятор, то считайте, что на сегодняшний день (Примечание Автора – этот пункт был написан в начале 2000г. В настоящем 2004г. есть серийные фиксированные абонентские устройства или ТАРБ (терминальные абонентские радио блоки) как минимум двух производителей, которые способны работать на расстоянии до 10 км за счет компенсации задержки сигнала) нет серийного оборудования и экономически оправданного способа преодолеть ограничение по максимальному расстоянию.

2. Частота

Считайте, что радиоволны на частотах DECT (1880-1900 МГц) распространяются прямолинейно, не проникая и не пробивая никакие препятствия. Дерево, гипсокартон, кирпич, бетон и т. д. – все это непреодолимые препятствия (не надо пытаться при помощи больших направленных антенн пробить пару бетонных перекрытий). Даже листва деревьев может стать фатальной (у наших коллег были случаи, когда они проверяли радиопокрытие объекта зимой и все работало. Поставили систему летом, а заявленного покрытия нет. Или делали расчет на микросотовую систему в недостроенном здании - получали одно количество БС, а после евроремонта помещения количество БС приходилось увеличивать вдвое). Зато, не имея возможности глубоко проникнуть в препятствия, радиоволны этого диапазона отлично переотражаются, создавая впечатление, что они прошли сквозь препятствие.

3. Мощность

Во всех системах мощность практически одинаковая и по стандарту составляет 250мВат в импульсе или 10мВат в среднем на канал. Таким образом, мощность с учетом постулатов 1 и 2 избыточная и ее достаточно для решения всех основных задач. Не надо пытаться использовать дополнительно усилители, компенсаторы потерь (ситуация аналогична Вниманию №2 в первом постулате)

4. Интерференция

Следствия из постулата «Частота». Вся зона покрытия представляет меняющееся во времени чередование минимумов и максимумов поля (в учебниках по теории поля это пишется примерно так: «суперпозиция полей является комплексной функцией времени и определяется…»). Для борьбы с этими чередованиями (фетингом или замираниями) во всех БС используется, как минимум, пара специально расположенных антенн, соединенных с приемопередатчиком таким образом, что в такт приема сигнал снимается с той антенны, где он больше и передается на ту же антенну, в следующем такте приема-передачи все повторяется.

ВНИМАНИЕ!
По описанию DECT предусмотрено одно переотражение. Поэтому, если абонент находится не в прямой видимости с БС и на большом расстоянии (в том числе с переотражениями), да еще быстро движется, могут наблюдаться так называемые ПОДРЕЗАНИЯ - выпадение слов или слогов. Объективно, эту ситуацию, как и все искажения в радио канале, можно оценивать при помощи DECT-метра по параметру – «ошибки в канале» (Q64 для KirK).

ВНИМАНИЕ №2!
Внешние антенны требуют специальной установки друг относительно друга.

В общем случае, существуют следующие методы расположения антенн:

• Несинфазное расположение – расстояние между антеннами в одной плоскости не кратно длине волны;
• Ортогональное или Х поль – антенны располагаются в разных, ортогональных плоскостях.

Инструментарий (элементы) обеспечения РП

1. БС – источник DECT сигнала, снабжена двумя ненаправленными антеннами, также существует возможность подключения внешних антенн. Соединяется с центральным контроллером одной или двумя витыми парами. В большей степени именно БС определяет максимальную дальность работы системы (см. п. «Дальность»)

ВНИМАНИЕ!
Расстояние между БС и контроллером может быть ограничено в зависимости от типа оборудования и протокола обмена с контроллером и находится в пределах от 100 до 5000 м.

2. РЕПИТЕР – частный случай (с точки зрения РП) БС, только нет проводного соединения с контроллером и добавилась третья приемная антенна. В настоящем существует (в практическом смысле) две марки репитеров – KIRK и Gigaset.

ВНИМАНИЕ!
Несмотря на то, что репитеры поддерживают протокол GAP (совместная работа DECT оборудования разных производителей) в некоторых системах они могут не работать или не поддерживать принципиально важные функции – скажем, не поднимать трубку. Поэтому делать ставку на использования репитера лучше в одноименных системах или после проведения серьезных проверок в других.

По нашему мнению, наиболее правильный репитер – это KIRK. У бытового по сути Gigaset - репитера даже при работе с родными бытовыми станциями нет хендовера (переключение с одной БС на другую без потери связи).

3. АНТЕННЫ – устройства, преобразующие ВЧ электрическую энергию в электромагнитные волны.

Основными характеристиками DECT антенн являются:

• Направленность - антенны бывают всенаправленные и направленные. Физической характеристикой направленности антенн является ширина диаграммы направленности, т.е. угол направленного сектора в горизонтальной (от 40гр до 360гр) и реже в вертикальной плоскости;
• Коэффициент усиления (относительный показатель выигрыша данной антенны по сравнению с идеально ненаправленной) составляет от 0 dbi до 18,5 dBi;
• Геометрические размеры: высота от 4 см до 2,6 м.

ВНИМАНИЕ!
На БС антенны используются парами (см. п. Интерференция)

4. КАБЕЛЬ (фидер) высокочастотный коаксиальный – служит для канализации ВЧ энергии от БС к антенне и обратно Комплексным показателем можно считать потери сигнала на метр длины (dB/m). С антенной и БС соединяется посредством ВЧ разъемов (чаще используются SMA, TNC, N типов). Кабель с разъемами называют КОАКСИАЛЬНЫМ ПРОВОДОМ. Существуют, так называемые, РАДИОИЗЛУЧАЮЩИЕ кабели, их применяют в тех местах, где прохождение радиоволн затруднено или сильно ограниченно (туннели, бункеры, шахты …).

5. ДЕЛИТЕЛИ (Сплитеры) – устройства, позволяющие разделить или объединить (Сумматор) ВЧ энергию (мощность). Характеризуется кратностью деления – ?, 1/3, ?. Используется для подключения нескольких антенн к одной БС или, наоборот, нескольких БС к одной паре антенн. Существуют делители, в которых мощность делится неравномерно, их называют ОТВЕТВИТЕЛИ (Топеры)

6. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

• Тестовая БС – это автономная БС или до минимума упрощенная система (контроллер с БС), которая является источником DECT поля и удобна для транспортировки и быстрого разворачивания на объекте;
• DECT метр – абонентское устройство, позволяющие мерить напряженность поля, ошибки в канале, учитывать (маркировать) БС, номер частотного канала. Это оборудование выпускается различными производителями SIEMENS, ERICSSON, PHILIPS, Наиболее универсальное и доступное по цене, на наш взгляд, выпускается датской фирмой KIRK Telecom. После нашей доработки этот прибор может использовать несколько внешних антенн, что удобно как при измерениях внутри помещений, так и на площадных объектах;
• Измеритель азимутов – оптическое устройство, которое позволяет визуально наблюдать территорию, которая будет "засвечена" антенной. Используется при установке антенн на площадных объектах для правильного выбора ее (антенны) направления;
• GPS приемник – спутниковый навигационный прибор, объективно определяющий расстояние и направления до объектов. Существенно упрощает жизнь (позволяет сразу отсечь ошибочные решения по дальности и грамотно распределить БС по территории) при развертывании площадных объектов;

7. ТЕРМОСТАТ (термостатичный контейнер) – используется для внешнего/уличного размещения БС или репитера. Диапазон рабочих температур DECT оборудования находится в пределах от 0 до 60 град. Цельсии, влажность не более 80%. Применяется в тех случаях, когда БС невозможно или нецелесообразно (потери в кабеле или его высокая цена) размещать в комнатных условиях.

Осталось подытожить и просто перечислить СПОСОБЫ (приемы)
обеспечения радио покрытия DECT систем:

1. «Семь раз отмерь, один раз отрежь»

Прежде, чем ставить систему надо хотя бы раз обмерить объект. Существенно упростить и ускорить эту процедуру (от семи раз до двух) может наличие соответствующей измерительной техники (см. выше).

2. Использовать внешние антенны,

3. При помощи кабелей различной длины расставить внешние антенны.

4. Сформировать требуемую диаграмму направленности, используя антенны и разделяя или ответвляя части мощности от БС.

5. Обеспечить присутствие БС в замкнутых (нерадиопрозрачных) или удаленных помещениях при помощи кабеля внешних антенн и/или радиоизлучающего кабеля.

6. Использовать репитеры в следующих случаях:

• нет возможности проводного соединения с контроллером (например, удаленный объект),
• в замкнутом пространстве - вынести внешнюю приемную антенну при помощи кабеля в зону радио контакта с БС