WYCIEKI Z SIECI CATV A LTE 800
METODY ZNAKOWANIA I CZĘSTOTLIWOŚCI POMIAROWE
Pomiary i wykrywanie źródeł wycieków z sieci TV kablowej stało się absolutnie niezbędne, aby uniknąć szkodliwych zakłóceń z naziemnymi systemami radiokomunikacyjnymi. Proces ten pozwala też zmniejszyć ingres, szczególnie w kanale zwrotnym. Wielu operatorów sieci CATV wprowadziło programy monitorowania wycieków w swoich sieciach. Jednak znacząca liczba sieci nie jest wcale kontrolowana lub dzieje się to w niezadowalającym stopniu. Ostatnio pojawiło się bardzo poważne zagrożenie – system LTE 800. Wielu operatorów kablowych może niedługo mieć kłopoty z ingresem (jakość usług) i wyciekami (problemy z Urzędem Regulacji Elektronicznej i operatorami nowego systemu LTE). Sprawia to, że temat kontroli wycieków znów staje się bardzo aktualny i naglący. Efektywne pomiary wymagają nowych narzędzi i metod.
Jednym z bardzo ważnych problemów jest rozpoznanie mierzonego sygnału. Należy mieć pewność, że odbierany sygnał pochodzi z badanej sieci, a nie z sieci konkurencyjnych pracujących na tym samym obszarze lub z innych źródeł energii elektromagnetycznej (nadajniki, źródła szumów radiowych). Sygnał powinien być znakowany, aby miernik wykrył wyciek w sposób prawidłowy i niezawodny. Znane są trzy główne metody wykrywania wycieków z sieci kablowych:
- analiza widmowa
- korelacja sygnałów QAM
- wprowadzenie wąskopasmowych nośnych.
Każda metoda ma swoje wady i zalety. Przeanalizujmy je pokrótce.
Metoda analizy widmowej zakłada odbiór i wzrokową analizę całego widma zajmowanego przez sieci CATV. Zalety tej metody to:
- użycie odbiorników ogólnego przeznaczenia lub analizatorów widma
- możliwość użycia w sieciach analogowych i cyfrowych
- analiza szerokiego widma częstotliwości (uwarunkowane głównie anteną pomiarową)
- użycie anten kierunkowych (łatwiejsza lokalizacja źródeł)
- brak pogorszenia jakości badanego sygnału
- brak sprzętu w stacji czołowej.
Główne wady tej metody to:
- konieczność pracy dobrze wykwalifikowanego technika/inżyniera w celu analizy odbieranego widma na ekranie analizatora i weryfikacji pochodzenia wycieku (badana sieć lub sieć konkurencyjna)
- niepełna automatyzacja (rozpoznanie sygnału przez człowieka – brak sygnałów znakujących)
- nierozpoznane źródło wycieku (w przypadku, gdy na tym samym obszarze występują dwie lub więcej sieci nadających sygnały QAM)
- wyższy koszt szerokopasmowych odbiorników lub analizatorów widma
- niemożliwe patrole samochodowe całego obszaru sieci (anteny kierunkowe nie nadają się do pomiarów mobilnych)
- bardzo długi czas pomiaru rozległych sieci kablowych.
Metoda korelacji opiera się o korelację sygnałów QAM wysyłanych ze stacji czołowej i sygnałów odbieranych w terenie. Silna korelacja jest znakiem, że odbierany sygnał jest nadawany przez badaną sieć. Zalety tej metody to:
- brak konieczności użycia osobnego sygnału pomiarowego lub zajęcia kanału wyłącznie dla celów pomiarowych
- brak pogorszenia jakości sygnałów nadawanych w sieci
- możliwość patroli samochodowych (szybka zgrubna lokalizacja źródeł wycieków, lokalizacja dokładna przez technika z nieskomplikowaną anteną kierunkową).
Mimo że metoda pozwala na wykrycie sygnału wycieków tak, jak gdyby był on znakowany, posiada ona jednak znaczące wady:
- bardzo skomplikowany sprzęt na stacji czołowej i w terenie
- wyższy koszt sprzętu i oprogramowania
- konieczność użycia osobnego kanału transmisji (zwykle sieć telefonii komórkowej) między stacją czołową a miernikiem w terenie w celu wykonania analizy korelacyjnej.
Metody oparte na wprowadzaniu sygnałów znakujących zakłada wykorzystanie specjalnych, wąskopasmowych sygnałów znakujących wprowadzanych na stacji czołowej. Sygnał taki może być wprowadzony w pasmach ochronnych analogowych lub cyfrowych kanałów TV. Miernik w terenie odbiera sygnał znakujący, mierzy jego amplitudę i wykrywa informację znakującą. Jeśli nie wykryto sygnału znakującego, wyciek jest ignorowany. Zalety tej metody są następujące:
- bardzo prosta, w pełni zautomatyzowana i tania
- podobna do dobrze znanych metod wykorzystywanych w przeszłości w analogowych sieciach kablowych
- metoda odpowiednia dla sieci analogowych i/lub cyfrowych
- elastyczność dotycząca wstawienia sygnału znakującego na osi częstotliwości
- brak konieczności użycia oddzielnego, niezależnego kanału transmisyjnego
- możliwość patroli mobilnych do zgrubnej lokalizacji źródeł
- brak pogorszenia jakości sygnałów nadawanych w sieci.
Podstawowe wady powyższej metody to:
- konieczność zainstalowania urządzenia znakującego sygnał (znacznika) na stacji czołowej
- wprowadzona nośna (nośne) same mogą być wyciekiem w tej części widma, która powinna być chroniona (np. pasma łączności i nawigacji lotniczej lub LTE 800).
Ostatnia wada jest bardzo dyskusyjna – zwykle w sieci są nadawane inne sygnały na zbliżonych częstotliwościach, które mogą być silnie promieniowane. Operator sieci kablowej powinien wykryć i usunąć źródła wycieków tak szybko, jak to możliwe, zatem dla prawidłowo monitorowanej pod tym kątem sieci ryzyko długotrwałych wycieków jest niewielkie.
KABELKOM zajmuje się wyciekami od ponad 15 lat. W oparciu o bogate doświadczenie firma opracowała miernik wycieków AMS2010 z nową metodą znakowania (oczekuje na patent). Metoda należy do trzeciej grupy (wprowadzanie wąskopasmowych nośnych) ze względu na liczne zalety, głównie prostotę i niską cenę. Metoda opracowana przez KABELKOM poprawia niezawodność wykrywania sygnału znakującego i może być użyta do różnicowego wykrywania wycieków pochodzących z różnych części sieci. Można znaleźć raporty mówiące o degradacji sygnałów QAM przez wąskopasmowe nośne. Metoda KABELKOMU nie pogarsza MER sygnału więcej niż o 0,1 dB, zatem w praktyce pogorszenie jakości jest pomijalne.
Zestaw startowy KABELKOMU (AMS2010 + znacznik sygnału AM + antena dipolowa)
Drugą istotną sprawą jest wybór częstotliwości sygnału znakującego. Większość sygnałów jest umieszczona w paśmie lotniczym VHF. Obecnie występuje tendencja do do umieszczania sygnału znakującego w paśmie, które ma być chronione (np. LTE 800). Problem wyboru częstotliwości jest dość skomplikowany. Wyniki wielu doświadczeń wskazują, że dość trudno jest znaleźć korelację między poziomami wycieków dla różnych częstotliwości dla tej samej sieci. Poziom mocy odbieranego sygnału zależy od fizycznego rodzaju uszkodzenia, orientacji przestrzennej uszkodzonego kabla lub złącza oraz rozmiarów elektrycznych „dziury” w kablu (rozmiary te rosną wraz z częstotliwością). Nie jest możliwe określenie, dla której częstotliwości poziom wycieku będzie największy. Jeśli stan techniczny sieci jest kiepski (co nadal jest dość częstą sytuacją w Polsce), poziom wycieków jest wysoki zarówno dla małych, jak i dużych częstotliwości.
Innym ważnym czynnikiem jest tłumienie wolnej przestrzeni zależne od częstotliwości. Dla przykładu załóżmy, że mamy dwa źródła o częstotliwościach 150 MHz i 800 MHz, które promieniują tę samą moc. Tłumienie wolnej przestrzeni w odległości 15 m od źródła wynosi 39,5 dB i 54 dB odpowiednio na 150 MHz i 800 MHz (patrz wykres poniżej). Oznacza to, że moc odbierana przez odbiornik będzie 28 razy mniejsza dla wyższej częstotliwości. Jeśli założymy identyczną czułość na obu częstotliwościach, w niektórych przypadkach małe i średnie wycieki mierzone na wyższych częstotliwościach mogą pozostać niewykryte. Można np. wykorzystać anteny Yagi, aby zwiększyć poziom mocy sygnału na wejściu miernika. Tego typu antena jest niepraktyczna w czasie pomiarów wewnątrz budynków oraz nie nadaje się do pomiarów mobilnych, gdzie potrzebna jest antena o dookólnej charakterystyce promieniowania. Z tego względu można wykorzystać aktywną antenę unipolową Wzmocnienie wzmacniacza powinno być jednak jak najniższe, aby poziom produktów intermodulacji nie był wysoki. Intermodulacje mogą maskować wycieki o niewielkich poziomach.
Tłumienie wolnej przestrzeni w funkcji częstotliwości (FSL – niebieska linia) i różnica między FSL dla danej częstotliwości i FSL dla 150 MHz
Intermodulacja jest bardzo ważnym zjawiskiem dla pomiaru wycieków. Jeśli chcemy mierzyć wycieki bezpośrednio w paśmie systemu LTE 800, musimy być świadomi że w okolicy będzie pracować bardzo dużo źródeł o dużej mocy, takich jak terminale przenośne, stacje bazowe (w niektórych krajach także zagłuszarki). Źródla te zwiększają ryzyko intermodulacji. Dotychczasowe doświadczenia w innych krajach związane z pomiarami wycieków na dużych częstotliwościach nie są jak na razie zbyt zachęcające. Wydaje się, że najlepiej mierzyć wycieki na częstotliwościach, które:
- nie są za wysokie (tłumienie wolnej przestrzeni)
- znajdują się w tej części widma, w której nie pracują nadajniki naziemne lub inne silne źródła zakłóceń radioelektrycznych lub znajdują się jak najdalej od badanej sieci (intermodulacje, odczulenie miernika).
Czasem może być konieczne użycie wąskopasmowych filtrów pasmowoprzepustowych lub pułapek częstotliwości, by obniżyć poziom sygnałów zakłócających, szczególnie gdy częstotliwość pomiaru znajduje się blisko pasma GSM/LTE. Wybór częstotliwości pomiaru należy do operatora sieci kablowej.
KABELKOM opracował podstawową wersję miernika AMS2010 mierzącą sygnały do 200 MHz. Mając na uwadze fakt, że niektórzy klienci mogą chcieć mierzyć wycieki blisko pasma LTE 800, opracowaliśmy nową wersję – AMS1G14 – działającą do 1 GHz ( dostępna od 2014 roku). Oferujemy też profesjonalne kursy i szkolenia dla inżynierów i techników dotyczące pomiaru wycieków z sieci kablowych.