Testery systemów radiowych DMR

Co to jest DMR

Rys. 1. Przykładowy zrzut ekranu miernika pracującego w trybie pomiaru DMR

W artykule zostaną przedstawione trzy przyrządy przeznaczone do pomiarów RF. Są to testery systemów radiowych i analizatory widma przystosowane do badania m.in. urządzeń DMR (Digital Mobile Radio), czyli cyfrowego radia mobilnego. Urządzenia tego typu stanowią stosunkowo nowy standard dla technologii PMR (Professional Mobile Radio) sformułowany przez ETSI (European Telecommunications Standards Institute).

Mimo, że standard ten powstał w Europie, to został także przyjęty przez amerykańską komisję FCC (Federal Communications Commission) i urządzenia tego typu są używane także za oceanem. Zastosowanie techniki cyfrowej w urządzeniach komunikacyjnych przyczyniło się do zwiększenia efektywności systemów, a także poszerzyło ich możliwości funkcjonalne.

Urządzenia DMR obsługują transmisję głosu oraz danych cyfrowych. Dostępne są też liczne dodatkowe usługi. Są to przy tym urządzenia względnie tanie, charakteryzują się stosunkowo prostą budową. Można je łatwo konfigurować do potrzeb użytkownika i implementować nowe rozwiązania. Typowy odstęp między kanałami jest równy 12,5 kHz, ale możliwe jest przystosowanie tych urządzeń do pracy z odstępem 6,25 kHz.

Łączność DMR jest wykorzystywana przez różne grupy użytkowników. Tego rodzaju sprzęt jest popularny wśród amatorów porozumiewających się ze sobą za pomocą prostych walkie-talkie, ale podobne urządzenia są również wykorzystywane do łączności między pracownikami np. rozległych magazynów, na placach budów (łączność między operatorem dźwigu a pracownikami na budowie).

Z kolei bardziej skomplikowane urządzenia DMR zapewniają łączność różnym służbom, w tym takim, które dbają o bezpieczeństwo ludzi. Sprzęt tego typu musi gwarantować wysoką wiarygodność przesyłu informacji na dużych obszarach. W uzasadnionych przypadkach konieczne może być tworzenie sieci łączności radiowej.

Aby spełnić wymagania użytkowników radia mobilnego konieczne było zdefiniowanie trzech grup, którym narzucono określone wymagania i nadano odpowiednie uprawnienia. Są to:

• Tier 1 - PMR466 - nielicencjonowany system dla dowolnych użytkowników wykorzystujący pasmo 466 MHz,
• Tier 2 (TETRA, Project 25) - do korzystania z urządzeń tej warstwy użytkownicy muszą posiadać odpowiednią licencję. Urządzenia charakteryzują się większą mocą, mogą realizować operacje peer to peer, dozwolone jest korzystanie ze specjalnych repeaterów zwiększających obszar łączności. Szerokość kanału jest równa 25 kHz.
• Tier 3 (MPT1327, dPMR)- tu także od użytkowników jest wymagana licencja

Wszystkie opisane w artykule przyrządy mają możliwość instalowania opcji umożliwiających badania urządzeń DMR. Są to uniwersalne testery radiokomunikacyjne, przeznaczone do wszechstronnych pomiarów systemów radiowych.

Anritsu LMR Master S412E

Rys. 2. Przykładowe wyniki pomiarów testera 3550

Przyrząd, który można traktować jako kilka wirtualnych urządzeń, takich jak: analizator LMR (Land Mobile Radio), analizator sygnałowy, wektorowy analizator sieci, analizator kabli i anten, 2-portowy wektorowy analizator sieci mierzący w paśmie 500 kHz...1,6 GHz, miernik mocy w zakresie od 10 MHz do 1,6 GHz.

Wśród opcji oferowanych dla S412E znajdują się m.in.: analizator i generator sygnałowy P25, analizator i generator sygnałowy NXDN, analizator i generator sygnałowy DMR Tier 2. S412E ma typową dla mierników serii "Master" produkowanych przez Anritsu obudowę i elementy regulacyjne, do których należy m.in. ekran dotykowy.

Akumulator zapewnia nieprzerwaną pracę w warunkach terenowych przez 3 godziny. Przyrząd realizuje pomiary nadajników dołączanych bezpośrednio z użyciem tłumika, lub pomiary over-the-air, czyli z użyciem anteny. Czułość analizatora dochodząca do -115 dBm jest wystarczająca do pomiarów sygnałów DMR nawet dla nadajników oddalonych od miernika.

Analizator ma dwa demodulatory przeznaczone oddzielnie dla stacji bazowej i stacji mobilnej. W pomiarach są wykorzystywane wzorcowe sekwencje danych umożliwiające ocenę BER dla transmisji audio, Silence i Idle standardu DMR. Specjalny wzorzec jest wykorzystywany do pomiarów stopy błędów w kanale sterującym. Umożliwia on oszacowanie BER w transmisji z bitową korekcją błędów.

Sekwencje pomiarowe są wytwarzane przez wbudowany generator sygnałowy DMR. Jest to m.in. sekwencja standardu 1031 Hz voice-framed, a także wzorzec O.153 PN9 BER. Poziom mocy generatora jest ustawiany w zakresie od 0 do -120 dBm. Tak duży zakres umożliwia dokonywanie pomiarów czułości odbiorników. Pomiar DMR analizatorem S412E daje pełną informację o parametrach sygnału radiowego, a także o jakości modulacji.

Przykładowy zrzut ekranu miernika pracującego w trybie pomiaru DMR przedstawiono na rysunku 1. Dane są prezentowane w postaci tabelarycznej oraz grafi cznej. W kolorowej tabeli zebrano najważniejsze parametry stanowiące swego rodzaju podsumowanie pomiarów. Miernik można rozszerzyć o opcję odbiornika GPS.

W takiej konfiguracji wyniki pomiarów przygotowane do zamieszczania w raportach są uzupełniane plikami KML, na podstawie których można nanosić lokalizację pomiarów bezpośrednio na mapach elektronicznych.

Aeroflex 3550

Rys. 3. Kolorowe kodowanie poprawności wyników pomiarów w testerze 3920

Drugi z prezentowanych przyrządów - 3550 - jest przenośnym testerem systemów radiowych. Producentem tego urządzenia jest amerykańska firma Aeroflex Incorporated, w ofercie której znajduje się szereg urządzeń pomiarowych przeznaczonych m.in. do pomiarów radiowych. 3550 może być stosowany do wszechstronnych pomiarów nadajników i odbiorników radiowych, kabli i anten.

Większość operacji manualnych jest wykonywanych za pośrednictwem ekranu dotykowego, na którym są wyświetlane wirtualne przyciski i pokrętła. Miernik może być stosowany do pomiarów w terenie. Wbudowany akumulator umożliwia ciągłą pracę przez 4,5 godziny w temperaturze od 0 do 50°C. Wbudowany generator sygnałowy wytwarza sygnał RF w zakresie częstotliwości od 2 MHz do 1 GHz z rozdzielczością 1 Hz.

Tester 3550 umożliwia dokonywanie pomiarów urządzeń wykorzystujących technologie analogowe oraz cyfrowe, w tym DMR. Dysponując opcją DMR możliwe są pomiary takich parametrów jak: wierność modulacji, błędy FSK, stopa błędów, dewiacja symboli, błąd częstotliwości. Dostępny jest też pomiar mocy podczas nadawania paczek danych oraz w przerwach między nimi.

Przykładowe wyniki pomiarów przedstawiono na rysunku 2. Dla wymagających użytkowników przygotowano również wzmocnioną wersję testera, oznaczonego numerem 3550R. Cechuje się on rozszerzonym zakresem pracy od -20°C oraz dotykowym ekranem rezystancyjnym umożliwiającym obsługę przyrządu w rękawiczkach.

Przyrząd spełnia również rygorystyczne normy wojskowe MIL-PRF-28800F Class 2 w zakresie: odporności na kurz, wodę, promieniowanie słoneczne, atmosferę wybuchową, szum akustyczny, szok (do 30 G), wysokość(4600 m) i wibracje.

Aeroflex 3920

Rys. 4. Wyniki pomiarów DMR w analizatorze 3920

Aeroflex oferuje również, stacjonarny tester systemów radiowych dla zakresu od 10 MHz do 1 GHz (z opcją rozszerzenia do 2,7 GHz), który oznaczono symbolem 3920. Konstruktorzy tego przyrządu zastosowali bardzo czytelną formę prezentacji wyników. Parametry mieszczące się w założonym dla nich zakresie są wyświetlane na zielonym tle, parametry przewyższające założenia mają tło czerwone, a te, które mają wartości niższe od założonych są wyświetlane z tłem niebieskim (rys. 3).

Dostępne są wszechstronne pomiary analogowe oraz cyfrowe. Tester 3920 zawiera m.in. analizator widma z generatorem śledzącym o czułości -140 dBm, trzy modulatory/generatory funkcyjne, trzy generatory sygnału audio, a nawet 2-kanałowy oscyloskop o paśmie 4 MHz. O parametrach przyrządu w dużym stopniu decyduje czuły odbiornik z wbudowanym przedwzmacniaczem wykorzystywany do wszystkich pomiarów typu "air".

Oprócz standardowych procedur pomiarowych mogą być instalowane opcjonalne rozszerzenia jak: pomiar harmonicznych, zniekształceń spurious, widmo sygnału akustycznego z wykorzystaniem akustycznego generatora śledzącego. Jest też opcjonalne rozszerzenie umożliwiające dokonywanie pomiarów DMR (390OPT400).

Opcja ta jest niezbędna do testowania repeaterów DMR i stacji mobilnych. Na rysunku 5 przedstawiono wyniki pomiarów urządzeń DMR. Mimo, tego, że na jednym ekranie pomieszczono wszystkie mierzone parametry włącznie z wykresami, nie ucierpiała na tym czytelność wyników.

W testerze mogą być instalowane kolejne opcje rozszerzające wykorzystywane do badania urządzeń pracujących w innych standardach, np. P25, TETRA, NXDN, dPMR i ARIB STD T-98 , HPD. Mnogość dostępnych rozszerzeń czyni go najbardziej wszechstronnym rozwiązaniem dostępnym na rynku.

Czy jest optymalny wybór?

Taki wybór oczywiście istnieje, z tym, że trudno takie optimum sformułować w sposób ogólny. Dla jednych czynnikiem decydującym będzie dokładność, inni przy zakupie będą kierować się przede wszystkim ceną, jeszcze inni być może będą polegać na własnych wcześniejszych doświadczeniach z daną marką.

Niestety artykuł nie może dać odpowiedzi na pytanie: który z przedstawionych przyrządów jest najlepszy. Idealnym rozwiązaniem przy wyborze byłoby własnoręczne przebadanie urządzeń, ale o tym należy już ewentualnie dyskutować z dystrybutorami.

Jarosław Doliński
Meratronik
www.meratronik.pl