Studie av metoder och verktyg för telekonfliktanalyser

Transkript

1 1 (54) September 2011 Rapport nr 30: Studie av metoder och verktyg för telekonfliktanalyser ÅF-Technology AB ÅF-Technology AB Frösundaleden 2, Stockholm. Telefon Fax Org nr Säte i Stockholm. Certifierat enligt SS-EN ISO 9001 och ISO 14001

2 BLANK SIDA RAPPORT 2 (54)

3 RAPPORT 3 (54) Handläggare Esbjörn Rotander Tel Fax esbjorn.rotander@afconsult.com Datum Version A Rapport nr 30: ÅForsk Studie av metoder och verktyg för telefonfliktanalyser

4 RAPPORT 4 (54) Sammanfattning ÅF har arbetat med studier av telekonflikter och störskyddsfunktionalitet under flera decennier. Fram till åttiotalet handlade det vanligtvis om att analysera smalbandiga, analoga radiosystem med en begränsad geografisk spridning. Utvecklingen inom radioområdet har därefter gått mot radionät uppbyggda av bredbandiga, digitala radiosystem, dessutom har antalet mobila radiosändare ökat dramatiskt under de senaste åren. En del problemställningar återkommer i olika uppdrag och det blir allt tydligare att en utveckling inom analysområdet måste ske. På sektionen Kommunikationssystem på ÅF drivs sedan ett och ett halvt år tillbaka ett projekt kallat Radioanalys där metoder för olika typer av analyser och mätningar av radiosystem ses över och utvecklas. Inom ramen för detta projekt har nu en studie kring telekonflikt och metoder för att analysera detta genomförts med stöd från ÅForsk. Detta studieuppdrag har haft som mål att fastställa de behov som finns för att även i framtiden kunna göra korrekta analyser av telekonflikter. Följande behov har identifierats; utöka befintligt modellbibliotek med modeller som bättre kan hantera moderna och framtida systemparametrar och modulationsformer, förbättra användargränssnittet i ÅFs nuvarande mjukvaruverktyg för att beräkna telekonflikter samt dokumentera tillvägagångssätt där kombinationer av olika verktyg och metoder har använts för att kunna utföra träffsäkrare konfliktbedömningar. Inom ramen för de identifierade behoven har visst arbete gjorts som även det redovisas i denna rapport. Främst har analys av modeller och vidareutveckling av ÅFs befintliga mjukvaruverktyg för telekonflikter påbörjats. ÅF har även under denna tidsperiod varit handledare för ett examensarbete inom området. Några resultat från detta examensarbete finns beskrivna i denna studie.

5 RAPPORT 5 (54) Abstract ÅF has worked within the field of analyzing radio interference for many years. Before 1980 it was all about narrow band signals from analog radio systems. This has now changed and radio systems are now often digital and wide band. The number of transmitters, such as mobile phones, have increased dramatically over the last few years. It is has become clear that ÅF has to develop within the area to keep tools and technical models up to date. The unit Communication Systems at ÅF has for the last year and a half had a project running called Radio analysis. The aim of the project is to develop methods for analysis and measurements of radio systems. Within this project ÅF has now, with financial support from ÅForsk, conducted a study regarding interference between radio systems and methods for analyzing interference. The aim of the study has been to decide which steps ÅF has to take in order to be able to handle analysis regarding interference in the future. The study suggests several actions, e.g. to develop the software tools used today both regarding models and user interface. ÅF is also lacking documented strategies for dealing with interference scenarios that are so complex that a number of tools and models have to be used Of the above, the development of the software tool, regarding user interface and models has started and the work is briefly documented in this report. Some results within the area from a Master s Thesis conducted at ÅF during this period are also included in the report.

6 RAPPORT 6 (54) Innehållsförteckning 1 INLEDNING Bakgrund Målsättning med studien Omfattning och fokus Läsanvisning Förkortningar 9 2 TEORI Radiosystem Telekonflikter Superheterodyntekniken Störningar från radioutrustning av superheterodyntyp Moderna och framtida radiotekniker och system Orthogonal Frequency Division Multiplex Adaptiva radiotekniker Bredbandiga tekniker Pulsade kommunikationssystem Multiantennteknik 28 3 ANGREPPSSÄTT OCH METODER Problemets domäner Frekvensdomänen Rumsdomänen Tidsdomänen Angreppssätt Metod 31 4 MODELLER Frekvenskoincidens Smalbandiga system Bredbandiga system Vågutbredning och kopplingsdämpning Långa avstånd Korta avstånd Antenndiagram Kvalitetsmått Tillgänglighet Bitfelshalt 39 5 MJUKVARUVERKTYG Texas Dämpmast CST Microwave Studio CSim 44

7 RAPPORT 7 (54) 5.5 Kombinera olika verktyg 46 6 IDENTIFIERADE BEHOV SAMT UTFÖRDA ANALYSER OCH UTVECKLINGSSTEG Texas användargränssnitt Jämförelse mellan Dämpmast och CST Simulering av tidsserier 51 7 SLUTSATSER 52 8 LITTERATURFÖRTECKNING 53

8 RAPPORT 8 (54) 1 Inledning 1.1 Bakgrund ÅF har arbetat med studier av telekonflikter och störskyddsfunktionalitet under flera decennier. Fram till åttiotalet handlade det vanligtvis om att analysera smalbandiga, analoga radiosystem med en begränsad geografisk spridning. Utvecklingen inom radioområdet har därefter gått mot radionät uppbyggda av bredbandiga, digitala radiosystem, se Tabell 1. Vidare har antalet mobila radiosändare ökat dramatiskt under de senaste åren. Tabell 1. Tabellen illustrerar skillnader mellan gårdagens, dagens och morgondagens radiosystem. Igår Idag Imorgon Analogt Digitalt Mjukvarubaserad radio Smalbandigt Bredbandigt Bredbandigt Stationärt Mobilt Ad-Hoc Frekvensplanerat Samexisterande Kognitiv radio Med ett tilltagande utnyttjande av frekvensspektrum för bland annat kommunikation, navigering samt övervakning och ledning, ofta med delvis överlappande frekvensområden och ibland även inom samma geografiska område, uppstår i ökande grad störproblem mellan sändare och mottagare. Analysen av en modern störmiljö växer snabbt i komplexitet och kräver avancerade hjälpmedel för att hanteras. Uppgiften att analysera telekonflikter är därmed högst annorlunda idag än vad den var för år sedan. En del problemställningar återkommer i olika uppdrag och det blir tydligare att en utveckling inom området måste ske då problemställningarna blir allt mer komplexa. Exempel på sådana återkommande problemuppställningar som ÅF har kommit i kontakt med är: Specificering av nya system och installationer Utbyggnad av befintliga installationer Ändrad användning av frekvensutrymme Analys av befintliga störningsproblem På sektionen Kommunikationssystem på ÅF finns sedan ett och ett halvt år tillbaka ett projekt kallat Radioanalys där metoder för olika typer av analyser och mätningar av radiosystem ses över och utvecklas. Inom ramen för detta projekt har nu en studie kring telekonflikt och metoder för att analysera detta genomförts med stöd från ÅForsk.

9 1.2 Målsättning med studien RAPPORT 9 (54) För att på ett effektivt sätt kunna hantera nya situationer och system behöver ÅF bättre modeller, metoder, och verktyg för de nya typer av system som används idag och kan tänkas komma att användas i framtiden. Inom ramen för denna studie är målet att bygga upp kunskap om vad behovet är, hitta områden där vi behöver lägga mer fokus, samt påbörja utveckling av verktyg och moduler som vi identifierar som viktiga för framtida analyser. 1.3 Omfattning och fokus Fokus för studien har varit moderna digitala tekniker och mjukvaruverktyg utvecklade av ÅF, äldre analoga tekniker har också behandlats då det är av intresse att identifiera de skillnader som finns mellan analoga och digitala system när det gäller val av analysmetod. Inom ramen för projektet Radioanalys har ett examensarbete genomförts, tillämpliga delar från detta redovisas även de i denna rapport. 1.4 Läsanvisning Denna rapport är indelad i åtta kapitel enligt följande. - Kapitel 1 ger en bakgrund samt definierar mål och fokus med arbetet. - Kapitlen 2 innehåller teori och bakgrund relevant för att förstå vilka problem det finns med att analysera telekonflikter idag. - I kapitel 3 och 4 diskuteras angreppssätt och det förs resonemang om lämpliga metoder för att kunna hantera även moderna system. - I Kapitel 5 beskrivs de mjukvaruverktyg som ÅF har tillgång till idag för att analysera telekonflikter. - Kapitel 6 innehåller gjorda analyser och utvecklingar som gjorts inom området under denna studie. - Kapitel 7 innehåller slutsatser och förslag på fortsatt arbete. - Kapitel 8 innehåller en litteraturförteckning. 1.5 Förkortningar I löptexten i denna rapport används många förkortningar och begrepp. I Tabell 2 ges en kort förklaring till förekommande förkortningar och vanliga begrepp. Tabell 2. Förklaring på förekommande förkortningar och begrepp. Begrepp/förkortning Förklaring

10 RAPPORT 10 (54) n Standard från IEEE för trådlösa nätverk för komsumentbruk. A/D ACIR ACLR ACS Ad-hoc AM ASK CDMA Channel coding CR DFT DVB-T EMC FDMA FDTD FEC FEM FFT FM FMV FSK GMSK GSM ICF IEEE ISI LAN Line-of-Sight Analog-digital, vanligtvis i betydelsen analog-digital-omvandling. Adjacent Channel Interference Ratio, effektmässigt läckage i en kanal, beror på ACLR och ACS. Adjacent Channel Leakage Ratio, mått på hur mycket effekt en sändare "läcker" i de frekvensmässiga grannkanalerna. Adjacent Channel Selectivity, mått på en mottagares förmåga att undertrycka störningar från frekvensmässiga grannkanaler. Syftar i dessa sammanhang på nätverk som inte kräver någon eller enbart lite nätplanering. Amplitude Modulation, en metod för att överlagra analog information på en bärvåg genom att förändra dess amplitud. Amplitude Shift Keying, en metod för att överlagra digital information på en bärvåg genom att förändra dess amplitud. Code Division Multiple Access, Moduleringsmetod som sprider informationen över en stor bandbredd. Metod för att genom överföring av redundant infrormation kunna upptäcka och rätta vissa bitfel. Cognitive Radio, ett "intelligent" sätt att utnyttja spektrum effektivt genom dynamisk användning av tillgängliga radioresurser. Discrete Fourier Transform, metod för att beräkna effekttäthet för en diskret tidsserie. Digital Video Broadcasting - Terrestrial, standard för utsändning av marksänd digital-tv som används bl a i Sverige. Electromagnetic Compatibility, att elektrisk utrustning inte påverkar annan utrustning. Frequency Division Multiple Access, uppdelning av kanaler på flera användare genom att dela upp i frekvensledd. Finite-difference Time-domain, numerisk metod för att lösa differentialekvationer i tidsdomänen. Kanalkodning, se Channel coding. Finite Element Method, numerisk metod för att lösa differentialekvationer. Fast Fourier Transform, en effektiv algoritm för att göra diskreta fourier-transformer. Frequency Modulation, en metod för att överlagra analog information på en bärvåg genom att förändra dess frekvens. Försvarets materielverk. Frequency Shift Keying, en metod för att överlagra digital information på en bärvåg genom att förändra dess frekvens. Gaussian Minimum-Shift Keying, Variant av MSK som bland annat används i GSM. Global System for Mobile Communications, mobiltelefonstandard, populärt kallad 2G. Impulsiveness Correction Factor, mått på hur "pulslik" en signal är. Institute of Electrical and Electronics Engineers, organisation som bland annat fastställer standarder inom trådlös kommunikation. Inter-symbol Interference, oönskad effekt som gör att digital information flyter samman med efterföljande information. Local Area Network, anslutning av utrustning i ett nätverk i syfte att utbyta information. Inom synhåll, i dessa sammanhang syftas ofta på Line-of-sight propagation, som är en vågutbredningsmodell.

11 RAPPORT 11 (54) LTE MIMO MSK OFDM OOB O th PM PR PSK PTS QPSK Rx SDMA SDR SNR Superheterodynmottagare Tx UMTS UWB WCDMA WiMAX WLAN Long Term Evolution, data- och mobiltelefonstandard som efterträder UMTS/3G, populärt kallad 4G. Multipel-Input, Multiple-Output, begrepp för att använda flera antenner för att få rumsdiversitet. Minimum-Shift Keying, modulationsmetod för digital data med goda spektrala egenskaper. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, modulationsschema där informationen delas upp på ett antal delkanaler. Out-of-band, utomband, syftar oftast på utombandsstörningar. Overload threshold, typ av blockering av en mottagare. Phase Modulation, en metod för att överlagra analog information på en bärvåg genom att förändra dess fas. Protection Ratio, skillnad mellan önskad och störande signal som ger felfri mottagning vid en viss kvalitetsnivå. Phase Shift Keying, en metod för att överlagra digital information på en bärvåg genom att förändra dess fas. Post- och telestyrelsen, den myndighet som i Sverige handhar frekvenstilldelning. Quadrature Phase Shift Keyin, variant av PSK Vanlig beteckning på en radiomottagare (från engelskans Receiver). Space-Division Multiple Access, kanalåtkomst genom rumslig (spatiell) uppdelning. Software Defined Radio, radioutrustning där funktioner är implementerade i mjukvara. Signal-to-Noise-Ratio, förhållandet mellan effekten hos nyttosignalen och brusets effekt. Radioteknik där signalen blandas ner i flera steg via en fast mellanfrekvens. Så gott som all dagens radioutrustning bygger på denna teknik. Vanlig beteckning på en radiosändare (från engelskans Transmitter). Universal Mobile Telecommunications System, mobiltelefonistandard, populärt kallad 3G. Ultra Wide Band, informationsöverföring med korta extremt bredbandiga pulser. Wideband CDMA, bandspridande modulationsmetod som används i mobilstandarden UMTS. Worldwide Interoperability for Microwave Access, radiostandard för högkapacitetsanslutning, standard IEEE Wireless LAN, trådlös koppling av utrustning i ett nätverk, använder ofta någon av standarderna i IEEE familjen.

12 RAPPORT 12 (54) 2 Teori 2.1 Radiosystem Ordet radio innebär utsändning av elektromagnetisk strålning med frekvenser lägre än synligt ljus. Strålningen propagerar genom exempelvis luft och kan detekteras på långa avstånd från sändaren även om det inte finns någon elektrisk koppling mellan sändare och mottagare. I de allra flesta fall används radiovågor för att kommunicera. Undantag finns dock, exempelvis radar och mikrovågsugnar som använder radiostrålning för att detektera föremål respektive värma vatten. Radio har använts sedan slutet av 1800-talet. Fram till runt 1990-talet användes främst analoga modulationsformer i radiokommunikationssystem, såsom amplitud-, frekvens- och fasmodulering (AM, FM respektive PM). På talet introducerades digitala modulationstekniker. Grundläggande digital modulation innebär att det finns två tillstånd (1/0) och i huvudsak tre sätt att modulera bärvågen; Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK) samt Phase Shift Keying (PSK). Bärvågen ändras i takt med bitströmmen genom de ovan nämnda modulationsteknikerna. Utvecklingar av dessa har lett till mer avancerade tekniker såsom Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), vilket innebär att bärvågen kan moduleras till fyra olika faslägen istället för två som i PSK. Digitala tekniker används i exempelvis moderna cellulära system som dagens mobiltelefonisystem. Analoga tekniker är dock fortfarande intressanta och används fortfarande i stor utsträckning, till exempel rundradio och kortvågssystem. Radiospektrum är en begränsad naturresurs där det bara finns ett visst antal tillgängliga frekvensområden som är lämpliga att använda för olika typer av radiokommunikation. På grund av detta måste flertalet olika radiosystem samsas i samma frekvensområden, vilket i vissa fall kan orsaka störningar mellan de olika systemen. Generellt gäller det att låga frekvenser har längre räckvidd men begränsad kapacitet att överföra data, samt att höga frekvenser har kortare räckvidd men bättre möjligheter att överföra data. 2.2 Telekonflikter I och med att det radiospektrum som finns tillgängligt är begränsat är det ofrånkomligt att ett visst radiosystem kommer att tvingas använda frekvenser som ligger nära de som används i andra radiosystem. Dessutom tillkommer det faktum att inga radiosystem är perfekta.

13 RAPPORT 13 (54) En sändare kommer alltid att generera någon form av oönskad utombandssignal, som kan falla inom mottagarbandet för en mottagare den inte är avsedd för. I allmänhet kan denna typ av störning endast åtgärdas vid källan. En mottagare löper alltid viss risk att blockeras av en stark signal utanför avsett mottagarband, vilket leder till reducerad känslighet för nyttosignalen. Denna typ av störning åtgärdas vanligen i den störda mottagaren. Effektreglering av den störande sändaren (om det är möjligt), och bra site-planering kan dock förbättra situationen avsevärt. Ur ett radiosystems synvinkel motsvarar oönskade utsända utombandssignaler och mottagarblockering var sin ände av kommunikationslänken. Idealt skall dessa två således ur systemsynpunkt balansera varandra. För störning mellan olika radiosystem är oönskade utombandssignaler och mottagarblockering de främsta mekanismerna som orsakar telekonflikter, och beräkningar visar ofta att något av de två fenomenen dominerar beroende på scenario och specifikationer för de inblandade systemen. Figur 1 visar en generell bild av två radiosystem, A och B, där två potentiella konfliktvägar är markerade med streckade pilar. En av dess kommer ofta att visa sig att var dominant enligt tidigare resonemang. Sändare System A Nyttosignal System A Mottagare System A Oönskade störsignaler Sändare System B Nyttosignal System B Mottagare System B Figur 1. Generell modell som visar oavsiktligt störning mellan två olika radiosystem, A och B. Ett radiosystem kan även bli stört av en signal som läcker in i systemet på annat sätt än via antennen. Denna form av störning behandlas inte här utan hör till EMC 1 -problematik. 1 Electromagnetic Compatibility

14 RAPPORT 14 (54) Superheterodyntekniken För att förstå hur störningar uppstår och påverkar radioutrustning är det nödvändigt att ha en viss förståelse om hur radioutrustning, det vill säga sändare och mottagare, är uppbyggda. Den absolut vanligaste tekniken att bygga radioutrustning kring är den så kallade superheterodyntekniken. Superheterodyn betyder att den högfrekventa radiosignalen konverteras till en lägre fast mellanfrekvens som är vald för att det ska vara praktiskt möjligt att tillverka lämpliga elektriska komponenter Superheterodynsändare En sändare kan beskrivas med de övergripande delar som Figur 2 visar. Den informationsinnehållande signalen (f 1 ) moduleras (MOD) och blandas därefter i en blandare (BL) med bärvågsfrekvensen (f 2 ) innan signalen slutligen förstärks för att skickas ut via antennen. OSC f 1 MOD 0 0 BL OSC f 2 Figur 2. Figuren illustrerar uppbyggnaden hos en sändare av superheterodyntyp. OSC = oscillator, BL = blandare, MOD= modulator och den sista boxen innan antennen är en förstärkare Superheterodynmottagare Figur 3 illustrerar huvuddelar i en traditionell superheterodynmottagare. Den mottagna signalen kommer in via antennen och passerar högfrekvenssteget som förbättrar mottagarens känslighet. Därefter blandas signalen med en signal från lokaloscillatorn, vilket resulterar i att en mellanfrekvens skapas som sedan passerar det smala mellanfrekvensfiltret. Efter det passerar signalen detektorn som ser olika ut beroende på modulationsform innan den slutligen förstärks i lågfrekvensförstärkaren.

15 RAPPORT 15 (54) HF MF 0 BL DET 0 0 LO Figur 3. Figuren illustrerar uppbyggnaden hos en mottagare av superheterodyntyp. HF = högfrekvenssteg, BL = blandarsteg, LO = lokaloscillator, MF= mellanfrekvenssteg, DET = detektor, sista boxen i kedjan är en lågfrekvensförstärkare Störningar från radioutrustning av superheterodyntyp I följande stycken beskrivs de typer av störningar som kan uppstå. Eftersom superheterodyntekniken är så pass förhärskande behandlas enbart störningar som uppkommer i sådan utrustning. I framtiden är det troligt att det kan komma system som istället för att blanda ner signalen samplar direkt på RF-signalen. När och om dessa system når marknaden måste de nedan beskrivna störtyperna kompletteras med ytterligare fall Störningar skapade i sändare I en perfekt värld skulle en sändare bara generera och skicka ut signaler inom just det frekvensområde som är avsett. Ingen sändare är dessvärre helt ideal och kommer därför att sända ut effekt även på andra frekvenser. Både brus och andra störningar skapade av olinjäriteter i sändarens olika delar bildas. Man delar ofta in den oönskade strålningen från sändaren efter hur den fördelar sig spektralt. Figur 4 visar en grov indelning av den oönskade strålningen i två domäner, OOB-domänen och spurious-domänen. Gränsen mellan dessa båda domäner är definitionsmässigt fastslagen, men det bör noteras att det förekommer spurioser i OOB-domänen, och likaså OOB-effekter i spuriousdomänen. De två domänerna ska därför enbart ses som en indelning där den ena typen av oönskad strålning dominerar över den andra.

16 RAPPORT 16 (54) Figur 4. Illustration som beskriver frekvensområdena för OOB och spurioser [1]. Definitionsmässigt sätts gränsen mellan OOB-domänen och spurios-domänen vid ett avstånd som är 250 % av den störande signalens bandbredd. Notera att gränsen kan variera för ett system. Exempelvis kan LTE hantera flera bandbredder mellan 1,4 MHz och 20 MHz [2]. Därmed påverkas även gränser mellan de två domänerna. Det internationella Radioreglementet, ITU-RR, innehåller i Artikel 3 samt Appendix 3 gränser för hur mycket oönskad strålning som får förekomma för olika typer och användningsområden av radiosändare. Ur dessa har olika mer specifika regler för t ex typgodkännanden härletts Sändarbrus (Out-of-band) En oscillator i en sändare som ska generera en signal kan inte skapa en helt ren signal. Det uppstår alltid ett brusspektrum runt utsignalens frekvens. Bruset bildar en kjol som breder ut sig på kringliggande frekvenser, se streckade linjen i Figur 4. Sändarbruset minskar vanligen snabbt då frekvensavståndet till den störande signalen ökar och är därför mest märkbart för frekvenser i den absoluta närheten av det önskade frekvensområdet. Olika sändare är olika bra på att undertrycka det brus som skapas. Närliggande mottagare som är känsliga kan störas relativt mycket av sändarbrus. Digitala sändare skapar ofta brus med högre nivåer än vad analoga sändare gör. För de fall med radiosystem med möjlighet till olika bandbredder, t ex LTE, finns en definition som benämns Adjacent Channel Leakage Ratio (ACLR) och som används för analys av påverkan mellan två system som sänder på närliggande frekvenser. ACLR beskriver förhållandet mellan utsänd effekt i en kanal och oönskad utsänd effekt i närliggande kanal. Övre halvan av Figur 5 visar spektrum från en närliggande sändare och hur delar av dess oönskade utsända effekt överlappar med den önskade signalen. I relation till ACLR finns det ett mått på mottagaren som kallas grannkanalsselektivitet (Adjacent Channel Selectivity, ACS) som beskriver en mottagares

17 RAPPORT 17 (54) förmåga att undertrycka en närliggande störande signal, vilket visas i den undre halvan av Figur 5. Figur 5. Förenklat spektrum som illustrerar definition av ACLR och ACS [2]. Tillsammans kan parametrarna ACLR och ACS användas för att beskriva läckaget mellan två överföringar på närliggande kanaler. Förhållandet mellan dessa två parametrar kallas för Adjacent Channel Interference Ratio (ACIR) och beräknas på följande sätt: Olinjäriteter/spuriouser En spurious är en oönskad signal på en frekvens utanför det frekvensområde som krävs för aktuell informationsöverföring. Sporiouser orsakas av olinjära komponenter i sändaren. Med olinjär menas i detta sammanhang att det inte råder ett linjärt förhållande mellan ingångs- och utgångsspänningen mätt över någon viss komponent i sändaren. Detta leder till att även om ingångs-

18 RAPPORT 18 (54) spänningen bara innehåller en frekvens kommer utgångsspänningen att bestå av flera. Exempel på spuriouser orsakade av olinjäriteter i sändaren är, Övertoner heltalsmultiplar av önskad frekvens, Intermodulationsprodukter blandning av olika önskade frekvenser (interna och/eller externa), Parasitprodukter slumpmässigt genererade frekvenser som uppstår när önskade frekvenser ska skapas, Frekvenskonverteringsprodukter blandning av de oscillationsfrekvenser som används när önskade frekvenser ska skapas. Figur 6 nedan illustrerar ett spektrum med bärvåg och det brus och de övertoner som skapats i sändaren. W/Hz bärvåg övertoner brus Frekvens Figur 6. Illustration av sändarbrus och övertoner som är skapade av en sändare. Om fler än en sändare påverkar kan signalerna intermodulera. Det bildas då även signaler med frekvenser på differensen och summan mellan dessa frekvensen samt detsamma för alla signalerna. Dessa produkter kallas intermodulationsprodukter. Det slutliga mönstret blir ofta komplicerat, speciellt om tre eller flera sändare varit inblandade, se exempel i Figur 7 nedan. De intermodulationsprodukter som oftast påverkar mest är de så kallade udda intermodulationsprodukterna som alltid har ordningstalet (2 n 1). Ordningstalet avgör intermodulationsproduktens frekvens. Exempelvis ger ordningstalet 3 produkter på frekvenserna 2 f 1 1 f 2 och 2 f 2 1 f 1, där f 1 och f 2 är de aktuella sändarnas frekvenser. Dessa intermodulationsprodukter hamnar ofta relativt nära de önskade signalerna och kan därför ofta inte filtreras ut i sändarna och mottagarnas filter eftersom de är anpassade för att släppa igenom den önskade signalen. De fall när en intermodulationsprodukt bildas av fler än två sändare, exempelvis f 1 + f 2 + f 3, är ovanliga eftersom sändarna måste

19 RAPPORT 19 (54) användas exakt samtidigt. Men ju fler sändare som befinner sig inom samma område desto större är risken att störande tvåsändarintermodulationsprodukter kan uppstå. Figur 7 nedan illustrerar de allvarligaste intermodulationsprodukterna och typiska exempel på dess nivåer. Figur 7. Figuren illustrerar udda intermodulationsprodukter skapade av två frekvenser f 1 och f 2 [3]. Intermodulationsprodukter uppkommer när två sändarantenner befinner sig våglängdsmässigt nära varandra. Flyttas dessa antenner isär till ett större avstånd blir nivåerna på de störningar som uppstår ofta försumbara. En mottagare kan dock fortfarande drabbas om dess antenn befinner sig i närområdet till någon av sändarna eftersom mottagarintermodulation genereras på samma sätt som sändarintermodulation (begreppet mottagarintermodulation beskrivs senare i detta kapitel). Nivån på sändarintermodulationsprodukten är beroende av sändarens effekt, störeffekten från den andra sändaren och intermodulationsskyddet som den störda sändaren har. För långvåg som har en mycket låg frekvens kan även jämna intermodulationsprodukter ge störningar om långvågssändaren interagerar med en sändare med betydligt högre frekvens Störningar skapade i mottagare En mottagares uppbyggnad kan också ge upphov till störningar. De olika typerna av störande signaler kan definieras utifrån frekvensavståndet mellan den önskade och den störande signalen. Figur 8 visar olika typer av störande signaler såsom de är beskrivna för LTE [2].

20 RAPPORT 20 (54) Figur 8. Krav på en LTE-mottagares tålighet för störningar [2]. Nedan följer en kort beskrivning av de olika typerna Bikanalstörning En störsignal som har en frekvens på ett visst avstånd från den frekvens som det är tänkt att mottagaren ska ta emot på kan komma in i en mottagare. När denna signal blandas med falska signaler från lokaloscillatorn kan den sammanfalla med mellanfrekvensbandet, det finns en så kallad bikanal där mottagaren har lägre känslighet precis som den har på den tänkta trafikfrekvensen. Det finns en falsk diskret känslighet på dessa bikanaler. När det kommer in en störning på denna frekvens kallas det bikanalstörning. I Figur 9 visas bikanaler. De smala frekvensband där mottagaren är extra känslig (f b1, f b2, osv.) är bikanalerna Grannsignalstörning En mottagare har lite högre känslighet runt den tänkta trafikfrekvensen vilket innebär att signaler med hög effekt som kommer nära denna frekvens kan orsaka störningar. Detta trots dämpning i mottagaringången och att signalen efter blandning med lokaloscillatorn hamnar utanför mellanfrekvensfiltret. En sådan störning kallas grannsignalstörning och har en kontinuerlig form. Figur 9 illustrerar en mottagares selektivitetskurva med falsk känslighet både i kontinuerlig och diskret form.

21 RAPPORT 21 (54) Figur 9. Figuren illustrerar en mottagares selektivitetskurva med falsk känslighet både i kontinuerlig och diskret form [3]. För moderna digitala system används begreppen Adjacent Channel Selectivity ACS och In-channel selectivity (ICS). ACS beskriver känsligheten för starkt störande signaler på grannkanaler. ICS beskriver mottagarens möjlighet att undertrycka en stark falsk signal när multipla signaler mottagits med olika signalstyrka inom det önskade bandet och den lägre signalen är den önskade. ICS gäller endast för mottagare i basstationer, ej i terminaler Mottagarintermodulation Precis som med intermodulationsprodukter som uppstår i sändare kan intermodulationsprodukter uppstå i mottagare på grund av olinjäriteter i mottagaren när flera signaler från olika sändare samtidigt kommer in i mottagaren Blockering Blockering är ett fenomen i mottagaren där nyttosignalen blir undertryckt av en annan stark signal. Det finns två olika huvudtyper av blockering beroende på om signalen är utanför eller innanför mottagarens möjliga band. Det finns även så kallad smalbandig blockering där störningen uppstår av en mycket stark närliggande smalbandig störande signal. 2.3 Moderna och framtida radiotekniker och system Detta avsnitt fokuserar på tekniker och system som kan väntas få större generell tillämpning i framtiden och som kan vara intressanta att undersöka ur ett

22 RAPPORT 22 (54) telekonfliktsperspektiv. Till exempel så förväntas det uppstå telekonflikter när frekvensbanden blir teknikneutral och när mer av det oanvända spektrumet ska utnyttjas. I båda dessa fall så kommer olika system att hamna nära varandra frekvensmässigt sett Orthogonal Frequency Division Multiplex En modulationsteknik som används i flera moderna trådlösa system är Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM). Denna teknik är lämpligt för att sända data och eftersom nya system som utvecklas fokuserar på dataöverföring så är det viktigt att veta hur OFDM ska behandlas i ett telekonfliktsperspektiv. Tanken med OFDM är att dela upp informationen på en mängd parallella kanaler som var och en skickas på en separat bärvåg. I och med att informationen delas upp blir symboltakten på varje bärvåg relativt låg, vilket gör att problem med att symboler påverkar varandra (inter-symbol-interferens, ISI) minskar. Figur 10 visar en enstaka ingående bärvåg (vänster) samt ett OFDM-spektrum (höger). Begreppet ortogonal i förkortningen OFDM kommer från överlappen av svansarna från alla bärvågorna. I den högra bilden i Figur 10 syns att under varje enskilt maximum för en viss bärvåg är bidraget från alla andra bärvågor lika med noll. I det ideala fallet innebär detta att det inte finns någon interferens mellan de olika bärvågorna trots att de ligger väldigt tätt intill varandra. Speciella tekniker såsom till exempel Cyclic Prefix ser till att detta fungerar även i verkligheten. Figur 10. En enskild bärvåg (vänster), ett helt OFDM-spektrum (höger). För studiet av telekonflikter är det bland annat av intresse att veta hur det totala utsända spektrumet ser ur. Figur 9 visar en jämförelse mellan en 5 MHz OFDM-signal och ett WCDMA-spektrum (3G). Det är tydligt att spektrumet för OFDM-signalen avtar relativt långsamt i jämförelse med WCDMAsignalen, vilket beror på alla de överlagrade svansarna från de enskilda bärvågorna. För att undertrycka huvuddelen av den oönskade strålningen

23 RAPPORT 23 (54) används vanliga filter och time-domain windowing 2. För att ytterligare minska den oönskade strålningen i intilliggande frekvensband används endast ca 90 % av den tillgängliga bandbredden. För en tilldelad bandbredd på 5 MHz används alltså endast ca 4,5 MHz, vilket illustreras i Figur 11. Figur 11. Jämförelse mellan utseendet för en OFDM-signal och ett spektrum för WCDMA [2]. Fördelar med OFDM är bland annat att det är anpassat för hög datatrafik. Det är även en flexibel teknik på så sätt att antalet bärarfrekvenser kan anpassas till hur mycket bandbredd som finns tillgängligt samt hur kvalitén är på den miljö där informationen ska sändas. OFDM används till exempel även för trådlösa datornätverk såsom WLAN och WiMAX samt även i fjärde generationens mobiltelefoni LTE (se följande avsnitt) och marksänd TV (se avsnitt ) Long Term Evolution (LTE) Long Term Evolution (LTE) är namnet på den fjärde generationens mobiltelefonisystem (4G). Den stora skillnaden vad gäller radiogränssnittet jämfört med tidigare mobiltelefonisystem är att LTE använder sig av en teknik som kallas för Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM). I jämförelse med till exempel UMTS (3G) innebär detta att flera närliggande bärarfrekvenser moduleras med lite information istället för att mycket information stoppas in på en bärarfrekvens (såsom är fallet med UMTS). Vad gäller LTE är det noterbart är att det endast är i nerlänken (från basstationen till terminalen) som OFDM används. I upplänken används en teknik som är snarlik OFDM och som benämns Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). 2 Mjukare övergång mellan två efter varandra följande symboler. Skarpare diskontinuiteter mellan symbolerna skapar annars oönskad strålning.

24 RAPPORT 24 (54) Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T) Den tekniska standarden som specificerar marksänd digital-tv i Sverige, Europa och många andra delar av världen heter Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T). Anledningen till att DVB-T omnämns i detta kapitel är att marksänd digital-tv (470 MHz 790 MHz) frekvensmässigt ligger bredvid det frekvensband (791 MHz 862 MHz) som nyligen auktionerades ut av Post- och telestyrelsen (PTS) för användandet av mobiltelefoni och/eller trådlöst bredband (samma sak har gjorts i flera andra europeiska länder). Det är sannolikt att systemen i de olika frekvensbanden på något sätt kommer att störa varandra och det finns redan idag stort fokus på denna fråga, samt färdiga specifikationer för att minimera dessa störningar [4], [5]. Det är därför av intresse att förstå mer om DVB-T för att kunna göra korrekta uppskattningar av eventuella telekonflikter som inbegriper marksänd digital-tv. Precis som för LTE och WiMAX så tillämpas OFDM även för DVB-T, vilket ger en robust signal som väl kan hantera besvärliga radiomässiga förhållanden samtidigt som denna teknik levererar god prestanda med avseende på bithastighet [6]. DVB-T-tekniken har en efterföljare som kallas DVB-T2 [7]. DVB-T2 är en uppgradering av DVB-T och bygger till stor del på samma grundteknik som DVB-T men är kompletterad med de senaste teknologiska landvinningarna och anses vara 50 % mer effektivt än någon annan teknik för marksänd digital-tv (t ex Japan och USA har egna tekniker för marksänd digital-tv). DVB-T2 med dess möjlighet för högre datatakter över samma spektrala bandbredd är lämplig för sändning av högupplöst TV (HD-TV). I Sverige sänds SVT1-HD och SVT2-HD med denna nya teknik. Tabell 3 sammanfattar av några av skillnaderna mellan de olika teknikversionerna DVB-T och DVB-T2 [7]. För den nyare DVB-T2 finns det flera olika möjligheter att anpassa sig till rådande radiomiljö (Guard Interval, FFT Size etc) vilket gör det mer flexibelt att välja rätt avvägning mellan kapacitet och robusthet. Den nya metoden för felrättning (Forward Error Correction, FEC) ger dessutom en signal som är tåligare vilket i sin tur leder till krav på mindre skillnad mellan signalstyrka och brus för att uppnå en viss datahastighet (sista raden i tabellen). Tabell 3. Jämförelse mellan teknikerna DVB-T och DVB-T2 [7].

25 RAPPORT 25 (54) När det gäller störningar från olika elektroniska kommunikationsnätverk i det angränsande frekvensbandet 791 MHz 862 MHz så är det primärt två parametrar som är viktiga för mottagaren i DVB-T-systemet: protection ratio (PR) och overload threshold (O th ) [8]. PR definieras som skillnaden mellan den önskade signalen och oönskade signaler (från t ex UMTS, WiMAX, LTE) som ger felfri mottagning vid en viss kvalitetsnivå. Vanligtvis mäter man PR vid en önskad signalnivå som är 3 db över brusnivån. O th definieras som den nivå, mätt i dbm, en frekvensmässigt närliggande störsignal inte får överskrida för att mottagaren inta ska förlora sin förmåga att filtrera bort den störande signalen. Detta innebär att om O th nivån överskrids så slutar DVB-T-mottagaren att fungera oavsett nivån på den önskade signalen. Tabell 4 visar några resultat för uppmätta O th nivåer för störande signaler på olika frekvensavstånd från den önskade signalen. De störande signalerna kommer i detta fall från en UMTSbasstation utan effektreglering. Tabell 4. Uppmätta O th -nivåer hos en DVB-T-mottagare [8] Adaptiva radiotekniker Ad-Hoc Trådlösa nätverk av typen ad-hoc använder sig av metoder för att t ex datorer ska kunna koppla upp sig mot varandra direkt utan att behöva gå en omväg via en central accesspunkt. Alla trådlösa användare som kan nå varandra kan kommunicera inom detta nätverk och även två användare som inte har direkt kontakt kan kommunicera med varandra via andra användares utrustningar. En fördel med denna typ av nätverk är att det är billigt och snabbt att sätta upp ett trådlöst nätverk. En nackdel är att överföringshastigheten snabbt sjunker om många användare kommunicerar samtidigt. Vad gäller telekonflikter så kan det tänkas att om större nätverk av denna typ plötsligt uppstår i ett visst område så kan detta öka risken för störningar i andra trådlösa nätverk Kognitiv radio Tanken med kognitiv (intellektuell) radio (Cognitive Radio, CR) är att det ska vara möjligt att utnyttja spektrum som inte används regelbundet. Många frekvensband är reserverade för exempelvis militära ändamål och används sällan, vilket bidrar till att ledigt spektrum blir en bristvara. Det diskuteras därför om möjligheterna att utveckla utrustning som dynamiskt kan känna av förutsättningarna i etern för att kunna kommunicera på ett effektivt sätt. Två

26 RAPPORT 26 (54) radiosystem kan då komma överens om på vilket sätt kommunikationen ska ske, t ex typ av modulation, frekvens, kryptering, etc. Det finns däremot en stor risk att en kognitiv radio stör andra, så kallad intersysteminterferens. Anledning till detta är att den kognitiva radion känner av på vilka frekvenser andra sänder, men den märker inte vilka mottagare i området som är passiva och/eller tar emot information. Resultatet av detta kan bli att den kognitiva radion väljer att börja sända information på samma frekvens som den mottagare befinner sig på som passivt lyssnar eller tar emot information. Härmed uppstår en telekonflikt. Ett sätt att utveckla en kognitiv radio kan vara att använda sig av en mjukvarubaserad radio (Software Defined Radio, SDR), dvs en utrustning med sändare och mottagare där radioegenskaperna bestäms av mjukvara och inte hårdvara. Mjukvarubaserad radio används än så länge endast för militära ändamål. Kognitiv radio är än så länge ett relativt omoget område och mycket forskning återstår innan en eventuell produkt finns tillgänglig. Några av de problem som återstår att lösa är följande: Implementering av kognitiv radio, t ex multiantenner för att känna av spektrumet (Spectrum Sensing). Användning av kognitiv radio, t ex intersysteminterferns, hantering av spektrum (Spectrum Management). Regulatoriska frågor för användandet av kognitiv radio. Det står härmed klart att störningar, interferens och samexistens med andra system är en mycket viktig del för att kognitiv radio ska kunna realiseras Bredbandiga tekniker Många moderna trådlösa system skulle klassas som bredbandiga med den traditionella definitionen Bandspridande tekniker Radiosystem som använder sig av olika koder för att sprida ut informationen över signaler med stora bandbredder kallas för bandspridande system (Spread Spectrum) eller kodmultiplex (Code Division Multiple Access, CDMA). Två vanliga sådana system är frekvenshoppande system och direktsekvenssystem Frekvenshoppande tekniker I ett frekvenshoppande system sänder en station en signal på en viss frekvens under ett viss tidsintervall, i nästa tidslucka byter stationen till en annan frekvens osv. Sändaren hoppar på detta sätt från frekvens till frekvens. Det sätt som detta styrs på kallas för hoppsekvensen, vilken är individuell för varje 3 Att systemets bandbredd upptar mer än 10 % av bärvågens frekvens.

27 RAPPORT 27 (54) station. Mottagaren vet vilken hoppsekvens som används och kan härmed styra ett variabelt smalbandigt passbandsfilter. Tekniken med frekvenshoppande system har applikationer både civilt (till exempel Bluetooth) och militärt (till exempel Ra180). För civila ändamål kan syftet med frekvenshoppande system vara att undvika frekvenser som ger sämre överföring på grund av flervägsutbredning, så kallad fädning. För militära system är det primära syftet att en obehörig person inte ska kunna avlyssna trafiken. Genom att hoppa mellan olika frekvenser försvårar man för motståndaren att räkna ut på vilken frekvens man kommer att sända på i nästa tidsintervall. Nackdelen med frekvenshoppande system är komplexiteten då de kräver både god frekvensnoggrannhet och god tidssynkronisering. En telekonfliktanalys för ett frekvenshoppande system kan utföras genom att beräkna bitfelshalten för varje enskild frekvens (mottagen önskad effekt, brus och störsignal) och sedan ta medelvärdet över alla de frekvenser som systemet använder Direktsekvenstekniker Direktsekvensteknik innebär att man använder en binär kodning med högre datatakt än den nyttosignal som ska kodas. De två signalerna multipliceras och bandbredden på den totala signalen blir lika med bandbredden hos den högre datatakten som användes för att koda signalen. Principen för denna teknik ligger till grund för tredje generationens mobiltelefonisystem (3G) som använder en teknik som kallas Wideband CDMA, där Wideband syftar till användandet av en bandbredd på 5 MHz för varje frekvens. Datatakten som används för kodning (chip rate) i WCDMA är 3,84 Mchips/s. På grund av icke perfekta egenskaper hos sändaren blir det resulterande spektrumet större än det teoretiska värdet på 3,84 MHz, vilket visas i Figur 12. Enligt denna figur krävs en bandbredd på ca 4,7 MHz för att täcka alla de delar av nyttosignalen som innehar större delen av energin. Utseendet på detta spektrum är intressant ur ett telekonfliktsperspektiv.

28 RAPPORT 28 (54) Figur 12. Teoretiskt WCDMA-spektrum [10] Pulsade kommunikationssystem Tekniken att går ut på att skicka korta pulser av data kallas vanligen Ultra Wideband (UWB) eftersom pulserna tar upp en mycket stor bandbredd UWB är en teknik som väckte stor uppmärksamhet i början av 2000-talet. Informationen som ska överföras sprids över ett mycket stort frekvensband (100-tals MHz) men med väldigt låg signalstyrka, för att på så sätt kunna samexistera med andra system. Syftet är att UWB ska kunna överföra stora mängder information på korta avstånd för till exempel TV och video i hemmet. Ett stort problem med tekniken har varit att övertyga myndigheter om att den väldigt bredbandiga signalen inte kommer att störa annan utrustning. Detta har lett till att UWB inte blivit den framgång som många hoppats på. Den standardiseringsgrupp som ledde arbetet inom IEEE har upplösts och ersatts av ett privat konsortium som driver frågan vidare. I Sverige är det tillåtet att använda UWB i ett frekvensband runt 4 GHz. Det är av intresse att fortsätta att bevaka utvecklingen inom området UWB då det potentiellt kan få stora konsekvenser Multiantennteknik Benämningen multiantennteknik innefattar tekniker som används där sändare och/eller mottagare använder sig av mer än en antenn i kombination med avancerad signalbehandling. Multiantennteknik används för att öka prestandan i ett system genom att t ex öka antalet användare, öka cellstorleken eller öka överföringskapaciteten för en användare. Multiantennteknik kan användas för att motverka de negativa effekterna av fädning i en radiokanal. Anledningen till detta är att de olika antennerna kan ta

29 RAPPORT 29 (54) emot olika versioner av den utsända signalen som utsatts för flervägsutbredning, där förhållandena längs varje väg i sin tur varierar över tiden. Om t ex en del av signalen försvunnit via en viss väg till en antenn, så kan denna information återfinnas i en annan version av signalen som tagit en något annorlunda väg fram till en annan antenn. De olika versionerna av signalen sätts sedan samman i mottagaren och det ursprungliga innehållet kan förhoppningsvis tolkas med färre fel. För att detta förfarande ska vara möjligt så måste de två olika vägarna (kanalerna) fram till antennerna ha liten ömsesidig korrelation. För att uppnå detta krävs tillräckligt stort avstånd mellan antennerna (spatial diversity) eller olika polarisation mellan antennerna (polarization diversity). För en basstation som ser radiosignalen i en relativ smal vinkel kan det krävas ca 10 våglängder mellan antennerna. För en terminal som ofta befinner sig i en miljö där signalerna kommer från en massa olika håll så kan det räcka med ett inbördes avstånd mellan antennerna på ungefär en halv våglängd. Användandet av flera antenner kan även användas för att ändra utseendet på det gemensamma strålningsdiagrammet från antennerna. Antingen kan formen ändras för att maximera utstrålningen i en viss riktning, eller kan utseendet väljas så att ett minimum skapas i en riktning där det finns en störande signal. Om det finns N antenner att tillgå så kan teoretiskt N-1 störande signaler undertryckas. Detta sätt att ändra på antenners gemensamma strålningsdiagram kallas ibland Spatial Division Multiple Access (SDMA). Ett tredje sätt att utnyttja sig av multipla antenner på mottagaren och sändaren är att skapa flera parallella kommunikationskanaler. Ett resultat av detta är att en större mängd information kan skickas inom ett begränsat bandbreddsintervall utan att behöva öka effektförbrukningen. Tekniken att dra nytta av att ha flera antenner kallas ofta Multi-Input Multi-Output (MIMO) eller spatial multiplexing. MIMO används framför allt i kombination med OFDM och finns därför med i standarder för olika trådlösa tekniker såsom WLAN (den version som baseras på IEEE n), WiMAX och LTE. Det är viktigt att kunna utföra telekonfliktsberäkningar även på dessa typer av mer avancerade antenntekniker.

30 3 Angreppssätt och metoder 3.1 Problemets domäner RAPPORT 30 (54) Telekonflikter kan uppstå i en rad olika miljöer, tillämpningar och vid olika tidpunkter. Att analysera en typ av telekonflikt kan vara enkelt, men att hantera flertalet olika typer av telekonflikter på en och samma gång får anses väldigt komplext och krävande. Av denna anledning behövs en grov indelning av de olika typerna av telekonflikt för att till exempel kunna göra vissa förenklande antagande eller kunna välja lämpligt beräkningsverktyg. En sådan indelning kan vara att analysera i vilken (eller vilka) av följande domäner som problemet huvudsakligen befinner sig i; frekvens, rum eller tid Frekvensdomänen Vid analys av telekonflikter så måste alltid frekvensdomänen behandlas eftersom telekonflikter uppstår när olika frekvenser blandas på olämpliga sätt. Ett renodlat fall när endast frekvensdomänen behöver tas i beaktande är för t ex rundradioutsändningar (t ex radio, TV). Här gäller det att frekvensplanera så att t ex två närliggande lokalradiostationer inte sänder på samma frekvens Rumsdomänen När flera radiokommunikationsutrustningar finns samlokaliserade ökar riskerna betydligt för telekonflikter. En anledning till detta är att både sändare och mottagare av flera olika typer befinner sig inom ett begränsat område och att det då kan uppstå risker för störningar i både sändare och mottagare, samt att det finns många fler olika frekvenser som kan blandas. Ett exempel på en sådan situation kan vara ombord på ett fartyg. Här ska utrustning för HF-, VHF- och UHF-system samexistera med satellitkommunikation, GPS, mobiltelefoni, etc. Dessutom finns det oftast mer än en sändare och mottagare av varje typ, samt det faktum att systemen kan vara både analoga och digitala. Hur vågutbredningen ser påverkar telekonflikter och får anses ligga inom rumsdomänen. Detta gäller även kopplingsdämpning som uppkommer mellan antenner, vilket påverkar telekonflikter främst när många har samlokaliserats inom ett begränsat område Tidsdomänen Det finns även en tidsaspekt att ta hänsyn till. Detta beror på att många radiosystem inte alltid används, utan det finns olika behov som styr när system är aktiva. Ett sådant exempel är mobiltelefoni där systemen i många fall måste anpassas till peak hour då det är väldigt många användare i ett visst område. Ett annat exempel kan vara en radar som använder samma antenn för att sända och ta emot information. Detta sker inte samtidigt utan delas in i olika tidsluckor. Ibland måste även hänsyn tas till prioriterad trafik för t ex nödanrop.

31 RAPPORT 31 (54) Det kan då krävas att en viss frekvens inte får störas fastän den nästan aldrig används. 3.2 Angreppssätt Utförandet av en telekonfliktanalys kräver val av olika angreppssätt beroende på vilka system som ska analyseras. I huvudsak finns två angreppssätt för att upptäcka de konflikter som kan uppstå: 1. Att generera tidsserier av de signaler som sänds och analysera hur dessa påverkar varandra och vilka störningar som uppstår. Genom att skapa långa tidsserier kan statistik på störrisker tas fram. 2. Att försöka att skapa förenklade modeller för hur störningar uppstår, och beräkna vilka störningar som är allvariga utifrån modellen. De två angreppssätten kan sägas vara ytterligheterna på en skala. Det går att ta fram modeller av vissa delar av problemet och generera tidsserier för simulering av andra delar. En jämförelse mellan angreppsätten är intressant. En mycket stor skillnad är beräkningsintensiteten. Den första metoden är mycket beräkningsintensiv, medan den andra, åtminstone med de modeller som ÅF använder idag, är beräkningsmässigt enkla. Det första angreppssättet kan istället sägas vara enklare att använda för nya typer av signaler, där man ännu inte har några förenklade störmodeller. Att ta fram förenklade modeller och verifiera att dessa ger korrekta resultat kan vara både komplicerat och tidskrävande, medan en tidsseriesimulering förmodligen går snabbare. Skalbarhet i de förenklade modeller som väljs är önskvärt, det vill säga finns det tillgång till mycket information om utrustningen ska det vara möjligt att göra en detaljerad analys, men med mindre information ska det fortfarande finnas möjligheter till en enklare analys. Modellen ska alltså inte bryta samman på grund av att någon delinformation saknas. Analysen som görs i ÅFs mjukvaruverktyg för att analysera telekonflikter Texas (se beskrivning i avsnitt 5.1), använder i hög utsträckning förenklade modeller. Examensarbetet som gjorts på ÅF inom ramen för projektet Radioanalys undersöker tidsserier, detta redovisas i kapitel Metod I många fall måste en kombination av förenklade modeller och analys av tidsserier användas för att komma fram till ett resultat. För de delar av utrustningen som kan modelleras med förenklade modeller används dessa modeller. För utrustning som inte kan modelleras med förenklade modeller är

32 RAPPORT 32 (54) det nödvändigt att göra en beräkningsintensiv simulering med tidsserier. Utfallet från simuleringen med kan vara ingångsvärde till att ta fram en ny förenklad modell för utrustningen. De två angreppssätten kan därför sägas komplettera varandra.

33 RAPPORT 33 (54) 4 Modeller I följande kapitel beskrivs olika metoder för att undersöka till exempel hur frekvenser och frekvensintervall för olika radiosystem sammanfaller eller överlappar, hur olika signalnivåer beräknas internt och externt för sändare och mottagare, hur kopplingen ser ut mellan närliggande antenner, hur förluster i signalen beräknas på grund av vågutbredningen över större avstånd. 4.1 Frekvenskoincidens Beroende på vilka teknikerna som används blir tillvägagångssättet för att beräkna om frekvenskoincidens föreligger eller inte olika Smalbandiga system Vid konflikter som enbart omfattar smalbandiga system är det en god approximation att anta att antingen all eller ingen av sändarens effekt påverkar mottagaren, se Figur 13. Detta fall hanteras relativt väl av de algoritmer som finns i det befintliga verktyget Texas, se kapitel 5.1. Tx f f Rx f f Figur 13. Exempel då frekvenskoincidens mellan sändaren (Tx) och mottagaren (Rx) inte föreligger (till vänster), respektive föreligger (till höger) Bredbandiga system Om antingen det störande sändaren eller den störda mottagaren sänder över en större bandbredd måste det tas särskild hänsyn till hur stor del av den störande signalen som påverkar mottagaren. Detta fall hanteras inte bra i nuvarande Texas. Svårigheten med bredbandiga system är att en del av sändarens effekt i en viss del av spektrat kan påverka mottagaren. Detta illustreras i Figur 14. I figurens vänstra del visas en frekvenskoincidens där sändarens spektrum delvis överlappar mottagarens. I figurens högra del visas ett exempel där sändarens bandbredd är betydligt större än mottagarens. I båda dessa fall ligger svårigheten i att bedöma hur mycket av sändarens totala effekt som påverkar mottagaren.

34 RAPPORT 34 (54) Tx f f Rx f f Figur 14. Exempel på frekvenskoincidens mellan sändaren (Tx) och mottagaren (Rx) för bredbandiga signaler, delvis överlappande spektrum (till vänster), och olika bandbredder (till höger) Modell 1 Den enklaste metoden vid bredbandiga signaler är att tillämpa samma metod som för smalbandiga signaler, vilket innebär att om någon del av signalernas spektrum överlappar så antas det att all effekt från sändare påverkar mottagaren. Det har en uppenbar nackdel i och med att störeffekten alltid överskattas. Därmed kommer beräkningen att signalera att störrisken är större än den egentligen är. I Figur 15 visas hur stor del av sändarens totala effekt som tas med i beräkningen som en störning med denna modell. Tx f f Rx f f Figur 15. Modell 1 för att hantera frekvenskoincidens vid bredbandiga signaler. Påverkan från sändaren (Tx), som visas med de streckade ytorna, överskattas både vid delvis överlappande spektrum (till vänster), och olika bandbredder (till höger) Modell 2 En förbättring är naturligtvis att enbart ta hänsyn till de delar av sändarens spektrum som ligger inom mottagarens bandbredd, se Figur 16. En inte självklar komplikation för att göra denna, till synes, enkla beräkning är att man inte alltid har en klar uppfattning om hur sändarens spektrum ser ut. Det

35 RAPPORT 35 (54) blir då inte heller möjligt att avgöra hur stor del av effekten som påverkar mottagaren. En annan form på sändarens spektrum (de båda övre heldragna kurvorna i Figur 16) innebär att den störande effekt som påverkar mottagaren kan bli annorlunda. En enkel lösning på detta är att enbart titta på hur stort procentuellt överlapp som mottagarens bandbredd utgör av sändarens bandbredd. Störarens spektrum approximeras med en konstant effekttäthet mellan bandbreddsgränserna men enbart så stor del som överlappar mottagarens spektrum tas med i beräkningen. I Figur 16 skulle andelen av sändarens spektrum som tas med i beräkningen vara uppskattningsvis 50 % i både den vänstra och den högra delfiguren. Om sändarens spektrum vore rektangulärt skulle denna modell vara helt realistisk, men så är sällan fallet. Tx f f Rx f f Figur 16. Modell 2 för att hantera frekvenskoincidens vid bredbandiga signaler. Modellen ger en realistisk skattning av påverkan från sändaren (Tx), som visas med de streckade ytorna, både vid delvis överlappande spektrum (till vänster), och olika bandbredder (till höger). Modellen är dock betydligt mer realistisk än modell 1 som beskrev i föregående avsnitt. En nackdel med modellen är att den riskera att underskatta den påverkande effekten och därmed också störrisken som sändaren utgör. Detta syns i den högra delfiguren i Figur 16 där medeleffekten på grund av spektrats form kommer att ge en för låg nivå inom mottagarens bandbredd. Det kan noteras att sändarens signal kommer att påverka likadant oavsett hur den är modulerad. I verkligheten beror påverkan på vilken modulering som används Modell 3 En ytterligare förbättring är att använd det verkliga spektrumet från den störande signalen för att beräkna hur stor störande effekt som verkligen påverkar mottagaren, se Figur 17. Detta kräver till att börja med att man känner till modulationsformen för signalen från sändaren.

36 RAPPORT 36 (54) Tx f f Rx f f Figur 17. Modell 3 för att hantera frekvenskoincidens vid bredbandiga signaler. Modellen ger en realistisk skattning av påverkan från sändaren (Tx), som visas med de streckade ytorna, både vid delvis överlappande spektrum (till vänster), och olika bandbredder (till höger). En utväg kan även vara att använda den spektrummask som talar om vilken effekttäthet som sändaren maximalt får sända med för varje frekvens. Spektrummaskar tas fram av regulatoriska enheter såsom Post- och Telestyrelsen och IEEE för olika tekniker och frekvensband så att olika operatörer ska kunna utnyttja tilldelat frekvensband på så effektivt sätt som möjligt. Ett exempel på hur en spektrummask kan se ut visas i Figur 18. Figur 18. Exempel på hur en spektrummask kan se ut. Denna är framtagen av IEEE och gäller för WLAN (15) Jämförelse av behandlade modeller Modell 1 som beskrivs i avsnitt används i Texas idag. Detta är en undermålig modell för bredbandiga system. Troligtvis skulle modell 2 som beskrivs i avsnitt ge betydligt mer realistiska resultat vid delvis överlappande spektrum. Nackdelen med modellen är att den riskerar att underskatta en sändares påverkan, vilket framgår i den högra delfiguren i Figur 16.

37 RAPPORT 37 (54) Modell 3 har, om sändarens spektrum estimeras korrekt, inte problemet med att underskatta risken för störning och är därmed den bästa av de tre modeller för frekvenskoincidens som har studerats. Förslaget i framtida verktyg för telekonfliktberäkningar blir att använda modell 3 i de fall då sändarens spektrum kan estimeras. När detta inte är möjligt bör modell 2 användas. 4.2 Vågutbredning och kopplingsdämpning En central del vid analys av radiosystem är att beräkna hur mycket en radiosignal försvagas på sin väg från sändarens antenn till mottagarens antenn, vanligtvis kallat kopplingsdämpning. Kopplingen mellan antenner bestäms av hur mycket effekt som tas upp av en mottagarantenn relativt den effekt som matades in till en sändarantenn. Detta beskrivs ofta med de så kallade S-parametrarna, där innebörden av S21 ska tolkas som mottagen effekt i antenn 2 relativt inmatad effekt i antenn Långa avstånd När en kopplingsdämpning mellan två antenner ska tas fram bestäms vanligtvis först avståndet mellan antennerna. Beroende på om avståndet mellan dem är stort eller litet (i förhållande till våglängden hos signalen) blir angreppssättet olika. För långa avstånd finns en stor mängd olika modeller för vågutbredning som är lämpliga för olika scenarier och olika krav på noggrannhet. Modellerna kan vara enkla analytiska uttryck, statistiska modeller, empiriska modeller, samt avancerade numeriska datormodeller baserade på fysikens lagar. Exempel på modeller är Friis modell (även kallad fri rymd-utbredning), GRWave och Hata-Okumura som alla är anpassade för olika förutsättningar. Friis modell fungerar bäst vid utbredning utan påverkande hinder, GRWave fungerar bäst när utbredningen sker nära markytan och hänsyn måste tas till markvågen. Hata-Okumura är en modell för utbredning i stadsmiljö Korta avstånd I föregående avsnitt beskrevs modeller för antenner som avståndsmässigt befinner sig långt ifrån varandra. Det andra fallet innebär att avståndet mellan antennerna är litet, det vill säga de är typiskt lokaliserade på samma plattform, såsom ett fartyg eller ett fordon. Detta fall är mer komplicerat att beräkna kopplingsdämpningen för eftersom de elektriska fälten som antennen ger upphov till är mer oförutsägbara nära antennen. En metod för att beräkna kopplingsdämpningen är att numeriskt lösa de differentialekvationer som fysiskt beskriver vågutbredningen. Detta är i de

38 RAPPORT 38 (54) flesta praktiska fall ett mycket komplicerat och tidskrävande arbete som i praktiken oftast inte är praktiskt möjligt. Det finns lyckligtvis bra kommersiella programvaror som kan göra det med olika numeriska metoder, till exempel Finite-difference Time-domain (FDTD) eller Finite Element Method (FEM). I avsnitt 5.3 beskrivs CST Microwave Studio, som är en sådan programvara. Det är även möjligt att använda approximationer i form av empiriska modeller för att beräkna kopplingsdämpningen. En sådan metod beskrivs i kapitel Antenndiagram Utöver avstånd och medium mellan antennerna påverkar även antennen i sig kopplingsdämpningen. Vissa antenner strålar ut (eller tar emot) energin likformigt i alla riktningar, det vill säga de är rundstrålande. Det finns även antenner som strålar ut (eller tar emot) mer energi i vissa riktningar, så kallade riktantenner. Att ta hänsyn till en antenns riktverkan är mycket viktigt för att få ett korrekt värde på kopplingsdämpningen. 4.3 Kvalitetsmått För att kunna bedöma hur stor risk som föreligger för att en radiomottagare utsätts för störning behövs någon form av kvalitetsmått på förbindelsen. I följande avsnitt föreslås och definieras två sådana kvalitetsmått. Det första, tillgänglighet, är användbart för både analoga och digitala radiosystem. Det andra, bitfelshalt, är enbart möjligt att definiera för digitala radiosystem Tillgänglighet Ett enkelt och intuitivt mått på kvaliteten hos en radioförbindelse är tillgängligheten över tiden. Tillgänglighet definieras i detta sammanhang som hur stor andel av en tidsperiod som det är möjligt att använda utrustningen. Tillgängligheten hänger direkt ihop med förhållandet mellan nyttosignalens effektnivå och nivån hos störsignalen (inklusive eget mottagarbrus), SNIR. Genom att räkna fram störsignalens effekt med ett spridningsmått och jämföra denna med mottagarens krav på SNIR för tillfredsställande funktion så kan tillgängligheten eller risken för störning uttryckas i procent. I kravet på SNIR måste då hänsyn tas till de kodningsmetoder som används i ett ev. digitalt system. Spridningsmåttet för störsignalerna definieras i de specifika modellerna för respektive konfliktkälla och adderas med spridningsmått från t ex utbredningsmodeller och förluster i antenner och kablar.

39 RAPPORT 39 (54) Bitfelshalt Ett mått som används för att beskriva kvalitén på en radiosignal i ett digitalt system är den så kallade bitfelshalten (eng. Bit Error Rate, BER). Bitfelshalten anger hur stor risken är att digitala bitar tolkas fel i radiomottagaren. Exempelvis innebär BER = 10-3 att en bit av tusen bitar sannolikt tolkas fel. Vid en alltför hög nivå på BER är kommunikation inte längre möjlig. Sämsta möjliga värde för BER är 0,5, vilket innebär att mottagaren slumpmässigt gissar 0 eller 1 och får rätt varannan gång Påverkan från brus Bitfelshalten beror på förhållandet mellan önskad signal och oönskade störningar (brus och interferens). I digitala system finns det en mängd olika sätt att modulera signalen, t ex MSK, QPSK, QAM. Till varje sådant sätt att modulera en signal kan man härleda en specifik statistisk sannolikhet för bitfel. Det innebär att ett visst förhållande mellan önskad signal och oönskad störning leder till olika mängder av feltolkade bitar beroende på vilken modulationstyp man använder sig av. Figur 19 visar hur bitfelshalten varierar för olika typer av modulering och olika nivåer på signal-till-brus-förhållandet SNR ( i figuren) i den mottagna signalen [11]. Figur 19. Bitfelshalten (BER) för olika typer av modulation [11].

40 RAPPORT 40 (54) För telekonfliktberäkningar rörande digitala system är det alltså nödvändigt att känna till vilken modulationstyp som används och att implementera de analytiska uttryck för att beräkna sannolikheten för bitfel. För ett allmänt fall kan bitfelssannolikheten skrivas på följande form: där E b [W/Hz] är energin i en bit och N 0 [W/Hz] är den spektrala effekttätheten för vitt Gaussiskt brus. Funktionen f beror bland annat på modulationstyp, vilket framgår i Figur 19 ovan. För varje modulationstyp som visas ser funktionen f olika ut. Som exempel beräknas bitfelssannolikheten för modulationsformen Minimum Shift Keying (MSK) på följande sätt [12]: där Q( ) definieras som: Påverkan från brus och störning Vid telekonfliktanalys är det av intresse att kunna beräkna hur en störning påverkar mottagarfunktionen. Ett sätt att göra detta är att betrakta den störande signalen som ett extra tillskott till det vita gaussiska bruset. Mer allmänt kan detta uttryckas på följande sätt: där N I [W/Hz] är den spektrala effekttätheten för störsignalen när den approximeras som vitt gaussiskt brus och f är en systemberoende funktion. På Totalförsvarets Forskningsinstitut (FOI) har ovan beskrivna formel analyserats och det har konstaterats att avvikande resultat kan fås i miljöer där den störande signalen är av pulskaraktär, dvs. korta effektpulser som inte liknar det mera konstanta gaussiska bruset [13]. Exempel på system som skapar sådana signaler är frekvenshoppande system och radar. Digitala system är särskilt känsliga för dessa störande pulser eftersom den önskade informationen kommer i paket. Ett helt sådant datapaket kan bli påverkat av en störande puls och därmed ge en hög bitfelshalt. För att även kunna hantera pulsade störsignaler har FOI kompletterad ovanstående formel med en korrektionsfaktor kallad Impulsiveness Correction

41 RAPPORT 41 (54) Factor (ICF). Formeln för bitfelssannolikheten kan då skrivas om på följande sätt: där ICF är korrektionsfaktorn som i sin tur behöver bestämmas för varje enskild störande signal Påverkan från brus och flera störningar I de fall det förekommer flera störkällor kan ovanstående formel utvidgas genom att samtliga störande signaler summeras: där betecknar någon av de totalt M påverkande störkällorna.

42 RAPPORT 42 (54) 5 Mjukvaruverktyg En viktig del vid analys av telekonflikter, utöver att ha beräkningsmässiga förutsättningar, är stöd i form av mjukvaruverktyg. Ett användbart mjukvaruverktyg kan avsevärt förbättra kvaliteten i analyserna, av flera anledningar. Dels blir mängden data ofta mycket stor vilket får till följd att risken för misstag blir avsevärd. Dessutom kan ett stöttande mjukvaruverktyg ge möjlighet att göra stegvisa analyser, vilket ofta är värdefullt. För att i största möjliga mån undvika misstag bör mjukvaruverktyget vara uppbyggt så att man ser delresultat och kan verifiera dessa efterhand som beräkningarna framskrider. Fördelarna med ett grafiskt gränssnitt anses stora. I följande avsnitt beskriv de mjukvaruverktyg som i dagsläget används på ÅF vid telekonfliktberäkningar. 5.1 Texas Texas är ett verktyg speciellt framtaget för att analysera och klassificera telekonflikter. Verktyget är utvecklat av ÅF på uppdrag av Försvarets materielverk (FMV) under lång tid. Texas använder i stort sett enbart det angreppssätt som beskrivs i avsnitt , där man genom förenklade modeller beskriver de störningar som kan uppstå utifrån den ingående utrustningens egenskaper. Texas förutsätter att man har god kännedom om utrustningens egenskaper, både dess yttre egenskaper som vilken frekvens den sänder/tar emot och effekter, men även dess inre egenskaper som hur blandarsteget fungerar. Att det behövs information om utrustningens inre egenskaper ställer ofta till problem; för viss utrustning kan det vara svårt eller till och med omöjligt att få reda på sådana egenskaper. Texas förutsätter att en traditionell radioteknik (superheterodynmottagare) används, se avsnitt Framtida tekniker som bygger på direkt sampling av den mottagna HF-signalen kan inte hanteras med de modeller som finns implementerade i Texas idag. Användargränssnittet i Texas är helt textbaserat. Inmatning av data sker med en textfil i ett definierat format. Utmatning av resultat görs också via en textfil. Anrop till Texas görs genom en DOS-prompt. 5.2 Dämpmast Dämpmast är en modul för att beräkna den förväntade kopplingsdämpningen (se avsnitt 4.2) mellan två antenner i varandras närhet. Beräkningen baseras på ett analytiskt uttryck med grund i det geometriska förhållandet mellan antennerna. Det analytiska uttrycket har tagits fram utifrån omfattande empiriska mätningar. Standardavvikelsen i resultaten uppges vara mindre än

43 RAPPORT 43 (54) 6 db. Då modellen är ett analytiskt uttryck är det beräkningsmässigt mycket snabbt att beräkna dämpningen. Dämpmast är en integrerad del av Texas (se avsnitt 5.1) och tillämpas då avståndet mellan två antenner är mindre än tio våglängder. 5.3 CST Microwave Studio CST Microwave Studio är ett kommersiellt professionellt verktyg för att analysera och beräkna högfrekventa elektromagnetiska fält. Verktyget hanterar de flesta generella situationer som handlar om elektromagnetiska vågor och dess utbredning och är inte speciellt anpassat för att hantera just telekonflikter. Med CST Microwave Studio kan exempelvis kopplingen mellan antenner beräknas på ett sätt som tar hänsyn till alla former av interaktion med omgivningen, givet att omgivningen kan modelleras på ett lämpligt sätt. Inom området telekonfliktanalys kan CST Microwave Studio användas för att ge bra värden på kopplingsdämpningen mellan olika antenner i situationer där antenner befinner sig på plattformar med komplicerade strukturer som påverkar de elektriska och magnetiska fälten. Figur 20 visar ett sådant exempel för två olika antenner monterade på ett fartyg (figuren visar skorsten, manöverbrygga och mast). Den första antennen är vertikal och den andra antennen är nästan horisontell och v-formad med två olika långa ändar. Båda antennernas kontaktering markeras av de röda konerna. I den undre delen av figuren visas kopplingen mellan antennerna, S21, (nedersta gröna kurvan) som funktion av frekvens [f = MHz]. Störst koppling fås mellan antennerna vid cirka 22 MHz där värdet på S21 är ca -9 db (=20*log10(0.35)). Det är alltså möjligt att med CST även inkludera hur omgivningen runt antennerna kommer att påverka spridningen av den utsända effekten.

44 RAPPORT 44 (54) Figur 20. Exempel på beräkningar med CST Microwave Studio. Den övre figuren visar den CADmodell som har använts i simuleringen. Antennernas matning visas med de röda konerna. Den gröna kurvan i den undre figuren visas kopplingen (S21) mellan de två antennerna för frekvenser mellan 2 MHz och 30 MHz. 5.4 CSim CSim är ett verktyg för beräkningar av vågutbredning över långa avstånd (se avsnitt 4.2.1) som ÅF har utvecklat på uppdrag av FMV. Resultatet från CSim är en beräkning av dämpningen av en radiosignal mellan två punkter. För att ta hänsyn till markens topografi och/eller dess elektriska egenskaper har detta verktyg baserats på en kartdatabas. Figur 21 visar ett exempel på två olika beräkningar med CSim. Den översta delfiguren beskriver hur signalstyrkan ser ut för en HF-signal med frekvensen 4 MHz som utbreder sig längs jordytan. Platsen för antennen är cirka 100 km in i landet från Bottenvikens kust. Den utbredningsmodell som används baseras på en modell från Internationella Telekommunikationsunionen (ITU) som kallas GRWave [14]. För implementationen i CSim har denna modell anpassats så att den tar hänsyn till de olika markförhållandena som råder i den riktning som vågen utbreder sig. I grafen syns detta som olika färgkodningar i olika riktning ut från antennen.

45 RAPPORT 45 (54) Den undre grafen visar beräkningar baserade på så kallad fri sikt (Line-of-Sight) från en antenn, det vill säga hur långt är det fri sikt från en viss punkt, på en viss höjd över marken. Utgångspunkten för beräkningarna som visas i grafen är en plats väster om Vättern. Cirklarna markerar avstånd på 50 km, 100 km och 150 km. Figur 21. Exempel på beräkningar med CSim baserat på olika vågutbredningsmodeller; GRWave (överst) och Line-of-Sight (underst).

46 RAPPORT 46 (54) 5.5 Kombinera olika verktyg Beroende på telekonfliktproblemets generella komplexitet och natur är det sannolikt att tro att det kommer att krävas en kombination av olika typer av verktyg för att kunna utföra en komplett telekonfliktanalys. En sammanställning behöver göras där följande områden analyseras och beskrivs. Systembeskrivning t ex detaljeringsgrad, mängd parametrar Passande modeller t ex länkbudget, Monte Carlo-simulering Begränsningar t ex kanalplaner, IM-produkter, mobilitet Utifrån detta kan en kombination av metoder och verktyg användas för analysen.

47 RAPPORT 47 (54) 6 Identifierade behov samt utförda analyser och utvecklingssteg Inom ramen för denna studie har vissa behov identifierats. De verktyg som ÅF har idag kan inte behandla alla situationer som behöver utredas inom telekonfliktområdet. Följande områden för utveckling har identifierats: Verktyget Texas behöver utökas med modeller och få ett bättre användargränssnitt. De modeller som finns idag är inte anpassade till moderna system och höga frekvenser. Kompetensen om nya moderna system behöver höjas för att kunna utveckla nya modeller till Texas och andra verktyg. Olika metoder behöver kunna kombineras för att lösa komplexa scenarion. Dessa kombinationer behöver beskrivas för att kunna återanvändas. Följande åtgärder påbörjas inom ramen för denna studie: Texas användargränssnitt Verifiering av Dämpmast Simulering av tidsserier Texas är huvudverktyget för telekonfliktanalyser men det är inte tillämpbart på vissa moderna system. ÅF kommer därför utveckla verktyget. Ett första steg är att göra det mer användarvänligt. Användargränssnittet kommer därför förbättras. Modellen Dämpmast som används i Texas är en empirisk modell som inte verifierats på frekvenser över 1 GHz. Det är därför av intresse att jämföra den med CST som är ett vedertaget verktyg för högre frekvenser. Det är även av intresse att förbättra de modeller som finns i Texas, inom ramen för examensarbetet som utförts inom detta område har modeller för att simulera tidsserier tagits fram. Hittills genomfört arbete visas i följande avsnitt. 6.1 Texas användargränssnitt En grund till ett grafiskt gränssnitt för Texas har påbörjats inom ramen för detta uppdrag. Arbetet har kommit så långt att de beräkningsmodeller som finns kan verifieras mot den tidigare versionen av Texas för att säkerställa att de ger samma resultat. Ett exempel på hur det grafiska gränssnittet ser ut visas i Figur 22.

48 RAPPORT 48 (54) Figur 22. Det grafiska gränssnittet i Texas. Gränssnittet gör Texas mer lättarbetet och det är lättare att upptäcka felaktigheter jämfört med den tidigare versionen som kördes från en kommandoprompt. 6.2 Jämförelse mellan Dämpmast och CST Dämpmast bygger på en snabb och mycket enkel modell av transmissionsdämpning mellan antenner som befinner sig våglängdsmässigt nära varandra. CST är mer generell då den löser Maxwells ekvationer för alla möjliga konstellationer, vilket å sin sida tar längre tid. Det är intressant att jämföra dessa två modeller genom att ställa upp några olika scenarion och jämföra resultaten. Syftet med en sådan jämförelse är att undersöka om man kan se några betydande skillnader mellan modellerna för att i så fall uppmärksamma användaren av fall som kan kräva extra försiktighet. Gemensamt för de jämförelser som gjorts är att två likadana antenner har använts i beräkningarna; antingen två stycken jordplansantenner, eller två stycken dipolantenner. Sändarantennen har placerats i origo och mottagarantennen har sedan förflyttats i horisontal- och vertikalled (x- och z-led).