यह रिपोर्ट सेटअप, सत्यापन और सत्यापन, और एक निरंतर-तरंग, रेडियो आवृत्ति चैनल-साउंडिंग माप प्रणाली का उपयोग करके प्रोपेगेशन माप से परिणामों का वर्णन करती है।
चैनल साउंडर्स का उपयोग रेडियो सिस्टम के लिए चैनल विशेषताओं को मापने के लिए किया जाता है। आज कई प्रकार के चैनल साउंडर्स का उपयोग किया जाता है: निरंतर-तरंग (सीडब्ल्यू), प्रत्यक्ष पल्स, वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक (वीएनए) का उपयोग करके आवृत्ति डोमेन, सहसंबंध-आधारित, और बह-समय देरी क्रॉस-कोरिलेटर। इनमें से प्रत्येक के अद्वितीय फायदे और नुकसान हैं। CW प्रणालियों में एक संकेत के साथ अन्य प्रणालियों की तुलना में एक बड़ी गतिशील सीमा होती है जो पर्यावरण में आगे फैल सकती है। चूंकि ऑडियो नमूना दर अन्य प्रणालियों की तुलना में छोटे फ़ाइल आकारों की अनुमति देती है, इसलिए डेटा संग्रह निरंतर हो सकता है और कई घंटों तक रह सकता है। यह लेख एक सीडब्ल्यू-चैनल साउंडर सिस्टम पर चर्चा करता है, जिसका उपयोग संयुक्त राज्य अमेरिका के विभिन्न शहरों में कई प्रसार हानि माप करने के लिए किया गया है। इस तरह के प्रसार माप सटीक, पुन: प्रस्तुत करने योग्य और कलाकृतियों या पूर्वाग्रहों से मुक्त होने चाहिए। यह आलेख दिखाता है कि माप को कैसे सेट किया जाए, कैसे सत्यापित किया जाए और सत्यापित किया जाए कि सिस्टम विश्वसनीय माप कर रहा है, और अंत में, यह कुछ माप अभियानों जैसे पुनरावृत्ति माप, अव्यवस्था हानि माप (जहां अव्यवस्था हानि को मुक्त-स्थान संचरण हानि से अतिरिक्त नुकसान के रूप में परिभाषित किया गया है) और पारस्परिकता माप से परिणाम दिखाता है।
Institute for Telecommunication Sciences (ITS) अमेरिकी वाणिज्य विभाग की एक एजेंसी, राष्ट्रीय दूरसंचार और सूचना प्रशासन (NTIA) की अनुसंधान प्रयोगशाला है। आईटीएस का सटीक, अच्छी तरह से माना जाने वाला रेडियो आवृत्ति (आरएफ) प्रसार मापन करने का एक लंबा इतिहास है। स्पेक्ट्रम-साझाकरण में वृद्धि सटीक, पुन: प्रस्तुत करने योग्य माप की आवश्यकता के साथ की गई है जो रेडियो वातावरण की बेहतर समझ प्रदान करती है जिसे कई सेवाओं को साझा करना होगा। पिछले कुछ वर्षों से, सैन्य सेवाएं उन्नत वायरलेस सर्विसेज (एडब्ल्यूएस) -3 बैंड (1755-1780 मेगाहर्ट्ज) 1 में वाणिज्यिक वायरलेस वाहकों के साथ स्पेक्ट्रम-साझाकरण व्यवस्था विकसित कर रही हैं। यह वाणिज्यिक वायरलेस वाहकों को बैंड से बाहर सैन्य सेवाओं को चरणबद्ध करने से पहले एडब्ल्यूएस -3 बैंड का उपयोग करने की अनुमति देगा। बैंड का उपयोग भौगोलिक रूप से अलग-थलग प्रणालियों और मॉडलिंग आवृत्ति हस्तक्षेप परिदृश्यों द्वारा समन्वित किया जाएगा। स्पेक्ट्रम के इस बैंड को साझा करने के लिए, बैंड के भीतर सैन्य और वाणिज्यिक वायरलेस सिस्टम के बीच आरएफ हस्तक्षेप के मूल्यांकन के लिए प्रसार मॉडल विकसित करने और सुधारने के लिए प्रसार माप आवश्यक हैं।
रक्षा स्पेक्ट्रम संगठन (डीएसओ) एडब्ल्यूएस -3 संक्रमण के प्रबंधन के लिए जिम्मेदार है और आईटीएस और अन्य लोगों को चैनल-साउंडिंग माप की एक श्रृंखला करने का काम सौंपा है। इन मापों का उपयोग पर्यावरण में पत्ते और मानव निर्मित संरचनाओं के प्रभाव की गणना के लिए नए मॉडल बनाने के लिए किया जाएगा (सामूहिक रूप से अव्यवस्था के रूप में जाना जाता है)। बेहतर प्रसार मॉडलिंग जो अव्यवस्था के लिए खातों का कारण बनती है, सैन्य प्रणालियों के आसपास के क्षेत्र में वाणिज्यिक ट्रांसमीटरों पर कम प्रतिबंध लगा सकती है। इस लेख में चर्चा की गई CW-channel-sounder system का उपयोग पिछले पांच वर्षों से रेडियो प्रोपेगेशन माप डेटा एकत्र करने और अव्यवस्था क्षीणन की गणना करने के लिए किया गया है। यह माप प्रणाली सटीक, दोहराने योग्य और निष्पक्ष परिणाम उत्पन्न करती है, और डीएसओ ने आईटीएस को अपने संस्थागत ज्ञान को साझा करने के लिए प्रोत्साहित किया- जिसमें व्यापक तकनीकी समुदाय के साथ आरएफ प्रसार डेटा के माप और प्रसंस्करण के लिए सर्वोत्तम माप प्रथाएं शामिल हैं।
सर्वोत्तम माप प्रथाओं को घटक स्तर से असेंबल-सिस्टम स्तर तक एक प्रणाली को समझने की आवश्यकता होती है। इन सर्वोत्तम माप प्रथाओं को हाल ही में प्रकाशित NTIA तकनीकी ज्ञापन TM-19-5352 में प्रलेखित किया गया है जो रेडियो प्रोपेगेशन माप प्रणालियों की तैयारी और सत्यापन के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं के एक सेट का वर्णन करता है। ITS ने हाल ही में घटक हानि को मापने और इस माप system3 के लिए बुरे घटकों की पहचान करने के लिए उपयोग किए जाने वाले VNA को कैलिब्रेट करने पर एक JoVE लेख पूरा किया है। यह लेख व्यापक समुदाय के लिए इन सर्वोत्तम माप प्रथाओं का दस्तावेजीकरण करने में एक निरंतरता है। यद्यपि इस लेख में CW-चैनल साउंडर के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं पर चर्चा की गई है, इन समान तकनीकों का उपयोग अन्य चैनल साउंडर सिस्टम को सत्यापित करने के लिए किया जा सकता है: VNA सिस्टम; CW सिस्टम; पूर्ण बैंडविड्थ, सहसंबंध-आधारित सिस्टम; प्रत्यक्ष नाड़ी प्रणाली; और फिसलने correlator-आधारित system4,5,6.
यह आलेख विस्तार से वर्णन करता है कि एक वेक्टर सिग्नल विश्लेषक (वीएसए), एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक (एसए), दो रूबिडियम ऑसिलेटर, एक पावर मीटर, एक वेक्टर सिग्नल जनरेटर (वीएसजी), और एक बाहरी माप वातावरण में माप के लिए विभिन्न फिल्टर और पावर डिवाइडर का उपयोग करके एक सीडब्ल्यू-चैनल साउंडर माप प्रणाली को कैसे सेटअप किया जाए7,8। सिस्टम के ट्रांसमिटिंग साइड में वीएसजी होता है, जो एक सीडब्ल्यू सिग्नल उत्पन्न करता है जिसे पावर एम्पलीफायर द्वारा बढ़ावा दिया जाता है। यह तब पावर मीटर के लिए कुछ सिग्नल को मोड़ने के लिए एक दिशात्मक जोड़े द्वारा विभाजित किया जाता है, जो उपयोगकर्ता को सिस्टम आउटपुट की निगरानी करने की अनुमति देता है। शेष सिग्नल को प्रोपेगेशन चैनल के माध्यम से सिस्टम के प्राप्त करने वाले पक्ष को भेजा जाता है। प्राप्त करने वाले पक्ष में पावर एम्पलीफायर द्वारा उत्पादित हस्तक्षेप और हार्मोनिक्स को कम करने के लिए एक कम-पास फ़िल्टर होता है। फ़िल्टर किए गए सिग्नल को एक पावर डिवाइडर में विभाजित किया जाता है और एक समय टिकट और ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (जीपीएस) स्थान के साथ माप के दौरान निगरानी के लिए एसए में खिलाया जाता है। सिग्नल के दूसरे आधे हिस्से को 1-5 kHz की सीमा में इन-फेज क्वाड्रैचर (I-Q) डेटा में डाउनकॉर्ब करने के लिए VSA को भेजा जाता है। नमूना दर उपकरण span9 द्वारा निर्धारित किया जाता है और अपेक्षित डॉपलर स्पेक्ट्रम शिफ्ट, जो वाहन की गति का एक समारोह कर रहे हैं द्वारा निर्देशित है. परिणामी समय श्रृंखला को तब पोस्टप्रोसेसिंग और डेटा विश्लेषण के लिए कंप्यूटर पर स्थानांतरित कर दिया जाता है।
रुबिडियम घड़ियों का उपयोग ट्रांसमीटर और रिसीवर दोनों पर अत्यधिक सटीक माप और अत्यधिक स्थिर आवृत्तियों को प्रदान करने के लिए किया जाता है। प्राप्त करने वाले छोर पर रूबिडियम घड़ी में प्रसारण और प्राप्त आवृत्तियों के सटीक संरेखण के लिए एक ठीक आवृत्ति समायोजन होता है। आमतौर पर, आवृत्तियों को परीक्षण के लिए एक दूसरे के 0.1 हर्ट्ज के भीतर समायोजित किया जाता है। रूबिडियम घड़ियों उच्च सटीकता सीडब्ल्यू प्रसार माप के लिए आवश्यक हैं। वे माप के दौरान सटीक समय आधार सटीकता सुनिश्चित करते हैं और ट्रांसमीटर और रिसीवर की आवृत्ति बहाव को रोकते हैं। यह आलेख यह भी बताता है कि कैसे सत्यापित करें और सत्यापित करें कि एक सिस्टम बाहरी वातावरण में माप करने से पहले एंटीना के साथ और बिना दोनों प्रयोगशाला सेटिंग में सटीक माप कर रहा है। इस प्रणाली का उपयोग 430 मेगाहर्ट्ज से 5.5 गीगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर आउटडोर और इनडोर परीक्षणों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए और कई अलग-अलग संचारण शक्तियों 7,8,10 के लिए किया गया है।
बाहरी वातावरण में माप करने का प्रयास करने से पहले इस प्रोटोकॉल में वर्णित एक प्रणाली का परीक्षण करना बहुत महत्वपूर्ण है। इस तरह, माप प्रणाली में किसी भी बुरे घटकों या अस्थिरताओं का पता लगाया जा सकता है और पहचाना जा सकता है और इसे हल किया जा सकता है। इस प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम 1) पहले व्यक्तिगत घटकों का परीक्षण करना है, और सत्यापित करें कि वे अपने विनिर्देश के भीतर काम कर रहे हैं, 2) प्रसारण और प्राप्त करने वाले पक्षों को अलग से इकट्ठा करें और घटकों की श्रृंखला का परीक्षण करें, 3) एक कदम attenuator डालने और सिग्नल स्तरों को मापने के द्वारा प्रसारण और प्राप्त पक्ष को इकट्ठा करें क्योंकि क्षीणन यह सुनिश्चित करने के लिए बदल गया है कि वीएसए और एसए में प्राप्त सिग्नल स्तरों की गणना की जाती है। आगे की समस्या निवारण एक वीएसजी का उपयोग करके किया जा सकता है, जैसे कि सामग्री की तालिका में दिखाया गया है, जिसमें लुप्त होती सिमुलेशन उत्पन्न करने का विकल्प है, जिसका उपयोग वास्तविक दुनिया के प्रसार वातावरण में सामना किए गए विभिन्न लुप्त होती वातावरणों में नकली तरंगों का उपयोग करके सिस्टम का परीक्षण करने के लिए किया जा सकता है। एक बार जब माप प्रणाली सही ढंग से काम कर रही है, तो माप को एक बाहरी वातावरण में इस विश्वास के साथ किया जा सकता है कि माप सटीक होंगे।
एक अन्य महत्वपूर्ण कदम यह सत्यापित करने के लिए कि सिस्टम सही ढंग से काम कर रहा है, पूरे माप में ट्रांसमिटिंग पावर की निगरानी करना है। पावर एम्पलीफायर की विशेषता है और इसकी रैखिकता और आउट-ऑफ-बैंड उत्सर्जन स्पेक्ट्रा को समझने के लिए अलग से परीक्षण किया जाता है। पावर एम्पलीफायर को सेटअप के बाकी हिस्सों के साथ बेंचटॉप पर मान्य किया जा सकता है, लेकिन उचित रूप से रेटेड attenuators का उपयोग करके वीएसए को अधिकतम रेटेड पावर इनपुट के नीचे सिग्नल पावर को कम करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए। न तो जीपीएस एंटीना और न ही इसकी सेटिंग्स का उपयोग प्रयोगशाला सत्यापन और सत्यापन के लिए किया जाना चाहिए। चूंकि वीएसए की स्क्रीन पर्यावरण की वास्तविक समय की निगरानी प्रदान करने में सक्षम नहीं है, इसलिए वास्तविक समय मॉनिटर के रूप में एसए के अलावा सिस्टम की वर्तमान स्थिति को निर्धारित करने में मदद करता है। रेडियो प्रणालियों के लिए चैनल विशेषताओं को कैप्चर करने के लिए कई प्रकार के चैनल-साउंडिंग माप प्रणालियां हैं: सीडब्ल्यू, प्रत्यक्ष पल्स, एक वीएनए का उपयोग करके आवृत्ति डोमेन, सहसंबंध-आधारित, बह-समय देरी क्रॉस-correlator।
इस प्रणाली की एक सीमा यह है कि स्थानीय वातावरण की जांच करने वाले CW सिग्नल में समय-डोमेन जानकारी जैसे समय-विलंब प्रोफ़ाइल शामिल नहीं है। एक समय-देरी प्रोफ़ाइल स्थानीय वातावरण में संकेत के स्रोत प्रतिबिंब के समय के बारे में जानकारी देता है। हालांकि, सीडब्ल्यू सिग्नल का उपयोग करने का एक लाभ यह है कि वाइड-बैंड सिग्नल प्रसारित करने की कोशिश करने के बजाय नैरोबैंड सीडब्ल्यू सिग्नल का उपयोग करके विभिन्न बैंडों में एक आवृत्ति पर संचारित करने की अनुमति प्राप्त करना आसान है। सीडब्ल्यू सिस्टम में अन्य प्रणालियों की तुलना में एक बड़ी गतिशील सीमा हो सकती है, और सिग्नल आमतौर पर पर्यावरण में आगे बढ़ सकता है। एक CW सिग्नल में ऑडियो सैंपलिंग दरें भी होती हैं जिनके परिणामस्वरूप अन्य प्रकार के चैनल-साउंडिंग सिस्टम की तुलना में छोटे फ़ाइल आकार होते हैं। इस प्रणाली के साथ, डेटा संग्रह निरंतर हैं और कई घंटों तक रह सकते हैं। इस आलेख में चर्चा की गई CW-चैनल साउंडर माप प्रणाली का उपयोग विभिन्न आवृत्तियों पर किया जा सकता है, जो विभिन्न एकत्रित घटकों की सीमा पर निर्भर करता है। सिस्टम का उपयोग एक आउटडोर प्रचार वातावरण या एक इनडोर प्रचार वातावरण में किया जा सकता है15।
इस लेख में प्रस्तुत काम के वित्तपोषण के लिए रक्षा स्पेक्ट्रम कार्यालय (डीएसओ) के लिए धन्यवाद।
Cabling | Micro-Coax | Various lengths | |
Directional Coupler | Anatech Electronics, Inc. | AM1650DC833 | |
Filter 1 | K&L Microwave, Inc. | 8FV50-1802-T95-O/O | |
GPS Antenna | Trimble | SMA connection to SA | |
Instrument Control & Processing Software | MATLAB | Used to store and process measurement data | |
Power Amplifier | Ophir RF | 5263-003 | |
Power Divider | Mini-Circuits | ZAPD-20+ | |
Power Meter and Power Sensor | Keysight | E4417A/E4412A | |
Receiving Antenna | Cobham | OA2-0.3-10.0V/1505 | |
Rubidium Frequency Standard | Stanford Research Systems | FS725 | |
SA | Agilent | N9344C | |
Transmitting Antenna | COMTELCO | BS1710XL6 | |
Vector Signal Generator | Rohde & Schwarz | SMIQ | |
VSA | Keysight Technologies | N9030A |