1. Zapoznanie z obsługą analizatora widma E4402B.

W trakcie tego punktu ćwiczenia zostaliśmy zapoznani z podstawowymi funkcjami analizatora używanymi w trakcie ćwiczenia.

1. Obserwacja widma emisji w szerokich zakresach częstotliwości.

   1. Przegląd widma w zakresie 50 MHz-2550 MHz

Podczas pomiaru w tym zakresie uzyskaliśmy widma sygnałów emitowanych w okolicy (zał. 2.1). Występują tu następujące pasma:

Pasmo radiowe UKF-FM (87,5 MHz - 108 MHz)

Pasmo telewizji (174 MHz – 225 MHz, 470 MHz – 790MHz)

Sieci dyspozytorskie.

Stacje bazowe CDMA (462,5-467,869-875 MHZ), GSM 900, GSM 1800, UMTS.

1. Określenie czętotliwości i poziomu 10 stacji pracujących w paśmie radiofonii UKF-FM 87,5-108 MHz.

Najsilniejsze transmisje (10) zostały wpisane do tabeli w Dodatku 1 i ponumerowane. Zostały tam także wpisane moce odebranych stacji. Nie udało się odebrać stacji takich jak Radio Fama Sochaczew 94,9 MHz ERP 1 kW i Radio Bogoria 94,5 MHz ERP 1 kW. Wynika to z tego, że stacje nadają z poza Warszawy (duża odległość) z małą mocą.

Wszystkie stacje nadające z PkiN zostały odebrane. Niewielka odległość nawet przy małej mocy nadajnika gwarantuje dobrą jakość transmisji. Żaden z nadajników o mocy 120 kW z poza Warszawy nie znalazł się w pierwszej dziesiątce. Nawet stacje o mocy np. 0,25 kW (Akademickie Radio Kampus) okazały się mieć większy poziom sygnału. Oznacza to, że odległość ma duże znaczenie podczas transmisji radiowej. Również występujące odbicia i zakłócenia wynikające z zabudowy Warszawy (wysokie budynki) mają wpływ na jakość transmisji z takich odległości. Anteny na PkiN były praktycznie w polu widzenia anten z laboratorium. Ewentulane zakłócenia mogłyby wynikać z odbić od ścian, ram okiennych itp.

Niektóre wyniki okazały się zaskakujące. Np. sygnał Radia VOX FM o mocy 0,5 kW okazał się silniejszy niż sygnał radia Pogoda Złote Przeboje o mocy 1,0 kW mimo że oba znajdują się na PkiN. Może to wynikać z występujących odbić, różnych charakterystyk i innego skierowania anten nadawczych. Również umiejscowienie anten odbiorczych ma znaczenie. Na różnych stanowiskach wychodziły różne wyniki. Najlepiej gdyby antena odbiorcza ustawiona była na dachu. Wtedy uniknęlibyśmy odbić od ścian itd.

1. Obserwacja widma sygnałów systemu TETRA (w zakresie 390 – 392 MHz)

TETRA to system trankingowy służący do porozumiewania się różnych służb takich jak policja, straż pożarna itp. System ten charakteryzuje się dynamicznym i automatycznym przydzielaniem kanałów radiowych poszczególnym grupom użytkowników. W systemie TETRA wykorzystywana jest modulacja π/4 DQPSK. Odstęp dupleksowy wynosi 10 MHz. Zastosowana technika wielodostępu to TDMA. Odstęp międzykanałowy to 25 kHz. Każda nośna transmituje cztery kanały w trybie TDMA. Na jednym kanale radiowym może porozumiewać się 4 użytkowników. Wyduk widma znajduje się w zał.2. 3.

Z widma wynika, że zajęcie używanych kanałów jest ciągłe. Nie było widać żadnych znaczących zmian widma wskazujących na jego zwolnienie. W zasięgu naszej anteny były prawdopodobnie 2 stacje bazowe, ale tylko jedna nadawała się do odbioru (nadająca na 6 kanałach z poziomem mocy około 44 dBµV).

1. Obserwacja widma sygnałów w zakresie 460,8 – 461,6 MHz

W tym zakresie częstotliwości nadają stacje bazowe systemu EDACS. Jest to system cyfrowo-analogowy używany również przez służby porządkowe. Częstotliwość jednej z emisji wynosi 461,028 MHz. Poziom sygnału to 35,98 dBµV. Wydruk widma znajduje się w zał.2. 4.

W tym systemie transmisje pojawiały się na krótki czas ok. 5 s. i znikały. Prawdopodobnie system przełącza kanały automatycznie ponieważ żadna transmisja nie trwała dłużej niż ok. 5 s. Niektóre kanały były stałe, są to tzw. kanały odniesienia. Na podstawie różnicy poziomów sygnałów stwierdziliśmy, że w okolicy są 2 aktywne nadajniki.

1. Wyznaczenie widma emisji w zakresie stacji bazowych GSM900

Wydruk widma zamieszczono w zał. 2.5. Kanały odniesienia to 926,58 MHz , 935,25 MHz ,942,75 MHz, 947,75 MHz. Emisja odbywa się nie we wszystkich szczelinach czasowych na kanale 935,25 MHz.

Całe pasmo telefonii GSM jest dobrze wykorzystywane przez operatorów.

1. Wyznaczenie widma emisji w zakresie 880-915 MHz

Wydruk widma znajduje się w zał. 2.6. Jest to zakres częstotliwości nadawania stacji ruchomych GSM 900. Widmo stacji ruchomych nie zmienia się tak jak widmo stacji bazowych (p.2.5). Zmienia się dopiero przy próbie nawiązania połączenia przez użytkowników. W tym pasmie występuje transmisja w górę czyli transmisja do stacji bazowej. Stacje ruchome (transmisja w górę) nadają na niższych częstotliwosciach niż stacje bazowe (transmisja w dół).

1. Wyznaczenie widma emisji w zakresie 1800-1900 MHz

Wydruk widma znajduje się w zał. 2.7. W zakresie 1805 MHz – 1825 MHz oraz 1850 MHz – 1875 MHz nadają stacje bazowe GSM 1800. W zakresie 1880 MHz – 1900 MHz nadaje telefonia bezprzewodowa DECT.

Pasmo GSM 1800 jest słabo wykorzystane. Jest dużo niewykorzystanych kanałów.

DECT – jest to system cyfrowej łączności bezprzewodowej na niewielkich odległościach wykorzystywany m.in. w bezprzewodowych telefonach domowych. Pasmo DECT jest lepiej wykorzystane od GSM 1800. Kanały z całego zakresu tego pasma są poprzydzielane. Ponadto DECT charakteryzuje się dynamicznym wyborem kanału - wybieranie optymalnego kanału ze względu na poziom zakłoceń oraz poziom sygnału emitowanego przez stację bazową.

1. Wyznaczanie widma emisji w zakresie 2110 – 2170 MHz

Badane pasmo to pasmo nadawania stacji bazowych UMTS. Jest to najbardziej popularny standard telefonii komórkowej trzeciej generacji. UMTS pracuje w trybie FDD (dupleks częstotliwościowy) używając technologii WCDMA, której ideą jest użycie wspólnego kanału transmisyjnego dla wielu jednoczesnych transmisji. Dla potrzeb komunikacji muszą zostać zdefiniowane dwa zakresy o stałej rożnicy częstotliwości (tzw. Odstęp dupleksowy – 190 MHz). Jeden zakres częstotliwości używany jest przez terminal do transmisji w kierunku stacji bazowej, a drugi w odwrotnym kierunku. Szerokości kanałów to 4,4 Mhz-5,2 MHz.

1. Badania emisji nadajników radiofonicznych UKF-FM

   1. Obserwacja zmian widma sygnału wybranej stacji

radiofonicznej 104,9 [MHz]

Charakterystyczne dla wykresu jest to, że nie jest on symetryczny. Wynika to z czasu przemiatania analizatora, który wynosi 100ms. Podczas jego przebiega sygnał dźwiękowy zmienia się co powoduje asymetrię. W chwili ciszy łatwo da się zauważyć prążki, które są pochodną modulacji sygnału pilotem. Prążki są oddalone od siebie z odległością ok. 19 kHz od nośnej, co jest zgodne z teorią. Na kolejnych prążkach da się zauważyć spadek mocy od początkowych 87 dBμV.

ΔF [kHz]	-54,8	-37,3	-18,0	0	18,8	39,0	57,0
Poziom sygnału [dBμV]	-31,88	-33,1	-14,74	0	-15,18	-34,2	-32,2

Sygnał radiowy jest emisją o stałej mocy. Potwierdza to fakt, iż gdy podczas ciągłej obserwacji pasmo rozszerzało się, wysokość pasków malała.

Wykorzystując funkcję MAX HOLD, zaobserwowaliśmy profil modulacji, czyli obwiednie widna poza którą nie wychodzą modulacje.

1. Pomiary dewiacji chwilowej, określenie dewiacji maksymalnej

Wykres (3.2) przedstawia widmo w dziedzinie czasu. Dzięki niemu możemy określić maksymalną dewiancje, czyli maksymalne odchylenie od częstotliwości nośnej. Dla częstotliwości 100,1 MHz maksymalna dewiacja wynosi 63,8 kHz. Obserwacje były dokonywane przez ponad minutę. W chwilach ciszy podczas obserwacji ciągłej zaobserwować, można było, że dewiacja miała wartość rzędu kilku kHz.

3.3 Pomiary pasma sygnału

Dla częstotliwości 100,1 MHz mierzyliśmy zajętość pasma przy pomocy funkcji Occupied Bandwidth. Jest to wartość dla 99% mocy sygnału. Zmiana wynosiła 91.5 kHz. Czas mierzenia wynosił ok. 60 s.

3.4 Pomiary pasma sygnału emisji na częstotliwości 190, 64 MHz

Częstotliwość 190,64 MHz jest częstotliwością radiofonii cyfrowej DAB (Digital Audio Broadcasting) Sygnał ma kształt charakterystyczny dla sygnałów cyfrowych. Moc w sygnale jest rozłożona równolegle, wartość OBW wynosi 1,535 MHz. Obserwując pasmo w trybie ciągłym, można zauważyć ze jego zajętość nie zmienia się jak w przypadku analogowej radiofonii.

1. Badanie emisji nadajników telewizyjnych

   1. Obserwacja sygnału w zakresie jednego kanału telewizji analogowej.

Wydruk widma w zał. 4.1. Badany zakres to 518,5 MHz – 526,5 MHz.

Charakterystyczne parametry kanału telewizyjnego

Nośna wizji: 519,26 MHz

Podnośna chrominancji: 523,70 MHz

Nośna fonii cyfrowej: 525,72 MHz

Nośna fonii analogowej: 525,76 MHz

Obliczenie nr kanału:

519,26 MHz=303,25 + 8n => n=27.

Jest to emisja TVP2 z nadajnika Raszyn (Łazy) z mocą 800 kW. Częstotliwość nośna wizji posiada największą amplitudę. Oprócz pasma fonii analogowej można zaobserwować również pasmo fonii cyfrowej, które charakteryzuje się w miarę równomiernie rozłożoną mocą.

1. Obserwacja widma sygnału w zakresie jednego kanału telewizji cyfrowej.

Wydruk widma w zał. 4.2. Badany zakres to 685 MHz – 695 MHz. Obserwowany sygnał jest sygnałem cyfrowym o szerokości pasma ok. 7,5 MHz. Charakteryzuje się on równomiernie rozłożoną mocą w całym paśmie. Przy emisji cyfrowej wykorzystywane jest całe pasmo kanału, a nie jak w analogowej tylko niektóre częstotliwości.

Numer kanału: 690MHz =306 + 8n, => n=48. Na tym kanale nadawany jest multipleks 2 ( MUX 2 ) z nadajnika w Raszynie (ERP 100kW) rónocześnie nadawany jest także z PkiN na tym samym kanale z mocą 3 kW. Prawdopodobnie odebraliśmy właśnie tą transmisję (z PkiN) bo jest bliżej i anteny prawie się „widzą”.

MUX 2 jest to multipleks w skład którego wchodzą kanały: Polsat, TVN, Czwórka, TV Puls, TVN7, Polsat Sport News, TV 6.

1. Obserwacja widma sygnałów telewizyjnych w paśmie 470 – 780 MHz.

Wydruk widma w zał. 4.3. Emisje cyfrowe występują w następujących zakresach częstotliwości: 686 – 694 MHz (MUX 2), 726-734 MHz (Test DVB-T (TVN HD)), 742-780 MHz (MUX 3). Gdybyśmy chcieli oglądać TVP Kultura nadawany w DVB-T to musielibyśmy dostroić telewizor do kanału numer 55.

6. Porównanie cech widmowych emisji analogowych i cyfrowych obserwowanych w ćwiczeniu.

Już na pierwsze rzut oka można zauważyć, że emisja cyfrowa charakteryzuje się znacznie lepszym wykorzystaniem częstotliwości. Choćby, dlatego że wykorzystują dla przekazania mocy cała szerokość pasma. Przykładem lepszego wykorzystania pasma jest choćby porównanie nadawanej obecnie telewizji cyfrowej i analogowej (do 2013). W szerokości pasma telewizji analogowej można umieścić nawet kilka kanałów telewizji cyfrowej. Łatwo obserwuje się różnice w zajętościach pasm. W obserwowanym pasmie DAB można nadawać aż 12 stacji radiowych. Nie dość, że przesył analogowy charakteryzuje się większym zajmowaniem dostępnych pasm, to dostarcza gorszą jakość usług. Przyszłość należy do transmisji cyfrowej, zwłaszcza obserwując zmiany w obecnej technologii i rozwój łączności bezprzewodowej i wymagań względem niej.

Zadania dodatkowe:

Parametry anten:

Impedancja wejściowa i rezystancja promieniowania
Charakterystyka promieniowania
Współczynnik fali stojącej
Sprawność
Zysk kierunkowy
Zysk energetyczny
Stosunek promieniowania głównego do wstecznego
Szerokość wiązki głównej
Szerokość pasma przenoszenia częstotliwości
Polaryzacja anteny
Temperatura szumowa anteny

Transmisja TETRA

Jest to transmisja przeznaczona dla służb (policja, pogotowie, służby specjalne, straż pożarne…). Najważniejszą cechą transmisji TETRA jest automatyczne i dynamiczne przyznawanie kanałów. W systemie TETRA wykorzystywana jest modulacja pi/4 DQPSK. Taka modulacja pozwala na efektowną transmisje w wąskim paśmie 25khz. Na jednym kanale mogą być prowadzone 4 rozmowy, na ćwiczeniu obserwowaliśmy 6 kanałów, więc równolegle można było prowadzić 24 rozmowy. Długość szczeliny to 14.167 ms, a czas trwania ramki (4 szczeliny) to 56.67 ms.