Испытания мобильных и портативных радиостанций и вспомогательного оборудования для систем цифровой с

Испытания мобильных и портативных радиостанций и вспомогательного оборудования для систем цифровой сотовой радиосвязи (GSM и DCS)

Введение
Обеспечение надежной, безопасной и качественной связи в современных цифровых сотовых сетях стандартов GSM (Global System for Mobile Communications, диапазон 900 МГц) и DCS (Digital Cellular System, диапазон 1800 МГц) невозможно без тщательного контроля характеристик используемого радиооборудования. Испытания мобильных (установленных на транспортных средствах) и портативных (ручных) радиостанций, а также сопутствующего вспомогательного оборудования (например, ретрансляторов, усилителей, измерительных приборов, антенных систем, блоков питания, зарядных устройств) являются критически важным этапом как при разработке и сертификации, так и при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании. Данная статья рассматривает ключевые аспекты процесса испытаний такого оборудования.

1. Объекты испытаний

Испытаниям подлежит широкий спектр оборудования, функционирующего в сетях GSM/DCS:

1. Радиотерминалы (Мобильные станции - MS):
   • Мобильные телефоны (смартфоны, кнопочные телефоны).
   • Портативные радиостанции (рации) стандарта GSM-R (для железнодорожных приложений) или общего назначения.
   • Модемы и терминалы для передачи данных (GPRS, EDGE).
   • Трекинг-устройства и IoT-датчики с GSM/DCS модулями.
2. Вспомогательное оборудование:
   • Активное оборудование: Усилители мощности (бустеры), репитеры (ретрансляторы), активные антенные системы, удаленные радиомодули (RRU).
   • Пассивное оборудование: Антенны мобильные и стационарные (всех типов), антенно-фидерные тракты (кабели, разъемы, делители мощности, циркуляторы, дуплексеры, фильтры).
   • Системы электропитания: Блоки питания (AC/DC, DC/DC), стабилизаторы напряжения, источники бесперебойного питания (ИБП), зарядные устройства (в том числе для автомобилей), аккумуляторные батареи.
   • Инфраструктурные элементы: Антенные мачты, крепления, грозозащитные устройства.
   • Измерительное и тестовое оборудование: Специализированные приборы для мониторинга и диагностики сети (хотя они сами могут требовать калибровки).

2. Область испытаний

Испытания охватывают проверку оборудования на соответствие следующим группам требований:

1. Электромагнитная совместимость (ЭМС):
   • Устойчивость к внешним электромагнитным помехам (радиочастотное поле, импульсные помехи, электростатические разряды, наводки по цепям питания и др.).
   • Уровень создаваемых оборудованием индустриальных и кондуктивных помех.
2. Радиочастотные (РЧ) параметры (Радио):
   • Эффективная излучаемая мощность (EIRP) и стабильность мощности.
   • Диапазон рабочих частот и точность установки частоты.
   • Ширина полосы излучения и уровень внеполосных излучений (спектральная чистота).
   • Уровень побочных излучений (гармоники, паразитные колебания).
   • Чувствительность приема и избирательность по соседнему каналу.
   • Динамический диапазон приемника.
   • Качество модуляции (векторная ошибка модуляции - EVM, частотная ошибка).
3. Протокольные характеристики:
   • Корректность работы стека протоколов GSM/DCS (L1, L2, L3).
   • Прохождение процедур: установление/завершение вызова, хэндовер, аутентификация, шифрование, эстафетная передача (для GSM-R), работа с пакетной передачей данных (GPRS/EDGE).
   • Взаимодействие с сетью (Network Compatibility).
4. Электробезопасность (Безопасность):
   • Электрическая прочность изоляции.
   • Защита от поражения электрическим током.
   • Требования к маркировке и инструкциям.
5. Экологические и механические испытания:
   • Работоспособность в заданном диапазоне температур и влажности.
   • Устойчивость к вибрации, ударам (особенно актуально для автомобильного и портативного оборудования).
   • Пыле- и влагозащищенность (класс IP).
   • Устойчивость к коррозии.
6. Акустические характеристики (для терминалов с речевым интерфейсом):
   • Качество передаваемой и принимаемой речи (разборчивость, громкость).
   • Подавление эха и шумов.
7. Специфические требования:
   • Для GSM-R: Функции приоритетного вызова (eMLPP), группового вызова (VGCS), экстренного вызова (REC), функциональная адресация.
   • Для вспомогательного оборудования: КПД усилителей, линейность, коэффициент стоячей волны (КСВ) антенно-фидерного тракта, время автономной работы аккумуляторов.

3. Методы испытаний

Методы испытаний строго регламентированы международными и национальными стандартами, основными из которых являются:

• ETSI EN 301 511: Основной стандарт для радиотерминалов GSM/UMTS (охватывает GSM 900/DCS 1800). Определяет требования и методы испытаний для РЧ параметров и протоколов.
• ETSI EN 301 489 серия: Стандарты по ЭМС для радиооборудования (общие требования и изделийые стандарты).
• ETSI EN 301 908 серия: Стандарты IMT (включают требования к GSM/DCS как части семейства).
• ETSI EN 301 406: Стандарт для портативных GSM-терминалов DECT/GSM Dual-mode.
• ETSI EN 301 025 (FTSI TS 102 281): Стандарты для оборудования GSM-R.
• IEC/EN 60950-1 (или новее IEC/EN 62368-1): Стандарты по безопасности информационного оборудования.
• ETSI EN 300 019 серия: Стандарты по экологическим условиям и испытаниям.
• ETSI EN 301 518: Стандарт для репитеров GSM/DCS.
• Методики измерений ГОСТ Р: Национальные стандарты (например, ГОСТ Р 51317 серии по ЭМС, ГОСТ Р 51318.14.1/2 по радиопомехам, ГОСТ Р 51320 по безопасности).

Основные методы включают:

1. Лабораторные испытания в экранированных камерах (безэховых камерах - БЭК): Для точных измерений РЧ параметров (мощность, спектр, чувствительность) и тестирования устойчивости к ЭМП.
2. Испытания с использованием тестового программного обеспечения и протокольных тестеров (симуляторов сети): Для проверки протокольного стека, процедур взаимодействия с сетью, функциональности GSM-R.
3. Испытания на стендах ЭМС: Для измерения излучаемых и кондуктивных помех, проверки устойчивости к различным видам электромагнитных воздействий.
4. Испытания в климатических камерах: Для проверки работы в экстремальных температурах и влажности.
5. Вибростенды и ударные стенды: Для оценки механической прочности.
6. Испытания на соответствие IP-коду: Специальные установки для проверки пыле- и влагозащиты.
7. Акустические измерения: В заглушенных камерах с использованием искусственного уха/рта и измерительного оборудования.
8. Электрические испытания: Проверка изоляции, токов утечки и т.д.
9. Полевые испытания: Проверка работы оборудования в реальных условиях эксплуатации сети (часто после лабораторных испытаний).

4. Испытательное оборудование

Для проведения всесторонних испытаний требуется сложный и специализированный парк оборудования:

1. Симуляторы базовой станции (BSS) / Сетевые симуляторы: Высокоуровневые приборы, эмулирующие работу сети GSM/DCS (BTS, BSC) для протокольного и функционального тестирования терминалов и репитеров.
2. Радиотестовые комплексы (РТК): Комплексные системы, объединяющие векторные генераторы сигналов, векторные анализаторы сигналов, управляющее ПО и источники питания. Позволяют генерировать стандартизированные GSM/DCS сигналы и анализировать отклик устройства на РЧ уровне.
3. Анализаторы спектра: Ключевые приборы для измерения мощности, анализа спектра, выявления побочных и внеполосных излучений.
4. Генераторы сигналов (RF Signal Generators): Для подачи тестовых сигналов на вход приемника испытуемого оборудования.
5. Тестовые антенны и калиброванные измерители мощности: Для точного измерения излучаемой мощности.
6. Измерители КСВ и рефлектометры: Для оценки качества согласования антенно-фидерных трактов.
7. Системы ЭМС-испытаний:
   • Приборы для измерения кондуктивных и излучаемых помех (приемники ЭМП).
   • Генераторы помех и системы формирования полей для испытаний на устойчивость (ESD-пистолеты, генераторы быстрых переходных процессов, генераторы наносекундных импульсов, генераторы магнитных полей, генераторы радиочастотных полей).
   • Экранированные камеры (безэховые и полубезэховые).
   • Линии передачи (ТЕМ-клетки, ГТЕМ-клетки).
8. Климатические камеры: Для создания контролируемых температурных и влажностных режимов.
9. Вибростенды и ударные стенды: Для механических испытаний.
10. Установки для испытаний на пыле- и влагозащиту (IP-код).
11. Акустические измерительные системы: Искусственное ухо/рот, измерительные микрофоны, предусилители, анализаторы звука.
12. Приборы для испытаний на электробезопасность: Мегаомметры, тестеры электрической прочности, измерители токов утечки.
13. Программное обеспечение для управления испытаниями и анализа данных: Специализированное ПО для управления стендами, сбора данных и формирования отчетов.

Заключение
Испытания мобильных и портативных радиостанций, а также вспомогательного оборудования для сетей GSM и DCS представляют собой комплексный и многоэтапный процесс, требующий глубоких знаний стандартов, передовых методик и применения высокоточного специализированного оборудования. Только всесторонняя проверка по всем ключевым направлениям (РЧ параметры, протоколы, ЭМС, безопасность, экология, механика) может гарантировать, что оборудование будет корректно работать в сети, не создавать помех другому оборудованию, быть безопасным для пользователя и соответствовать заявленным характеристикам в реальных условиях эксплуатации. Результаты этих испытаний являются основой для сертификации оборудования и его успешного внедрения в инфраструктуру сотовой связи.