一種ais信號場強(qiáng)測量裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種AIS信號場強(qiáng)測量裝置和方法，裝置包括控制模塊、AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)；所述AIS信號發(fā)生模塊包括：用于產(chǎn)生模擬AIS信號的模擬AIS信號子模塊、用于模擬外界AIS信號干擾的模擬干擾信號子模塊、信號合路子模塊；方法包括：步驟（1）標(biāo)定AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系的步驟，步驟（2）測量的步驟。本發(fā)明裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)在于：可以在實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場對AIS接收機(jī)的場強(qiáng)-誤包率關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后的AIS接收機(jī)即可用于對AIS基站覆蓋范圍內(nèi)信號場強(qiáng)的測量，可利用該裝置和方法對AIS基站的性能評價(jià)提供可行的方法。
【專利說明】一種AIS信號場強(qiáng)測量裝置和方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水上無線電通信監(jiān)測領(lǐng)域，涉及船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)信號覆蓋范圍內(nèi)AIS報(bào)文發(fā)送誤包率檢測，具體是一種通過測量AIS基站周邊某區(qū)域報(bào)文誤包率來評判該地點(diǎn)信號覆蓋強(qiáng)度的測量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]AIS是船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System)的簡稱，由岸基(基站)設(shè)施、船載設(shè)備和助航設(shè)備共同組成，是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。AIS由艦船飛機(jī)之?dāng)澄易R(shí)別器發(fā)展而成，配合全球定位系統(tǒng)(GPS )將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動(dòng)態(tài)結(jié)合船名、呼號、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)頻道向附近水域船舶及岸臺(tái)廣播，使臨近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)掌握附近海面所有船舶之動(dòng)靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，對船舶安全有很大幫助。
[0003]AIS系統(tǒng)主要由船載設(shè)備和岸臺(tái)設(shè)備兩部分組成。在岸臺(tái)VTS覆蓋的范圍內(nèi)，AIS基站可以和裝有AIS設(shè)備的船舶進(jìn)行指定模式的通信。AIS系統(tǒng)主要由:數(shù)據(jù)采集部分、信號處理器、AIS顯示終端、VHF收發(fā)機(jī)四部分組成。
[0004](1)數(shù)據(jù)采集部分:主要是用來接收來自GPS/DGPS接收機(jī)的本船經(jīng)緯度信息、對地的航速、同步UTC時(shí)間、來自電羅經(jīng)的本船對地航向等信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入信息處理器，還有包括從輸入裝置中輸入的信息。
[0005](2)信息處理器:是AIS的核心部分，用來存儲(chǔ)本船的識(shí)別碼、船名、呼號、船長、船寬等靜態(tài)信息和船舶吃水、危險(xiǎn)貨物類型、航線等與航行相關(guān)的信息；處理存儲(chǔ)本船的動(dòng)態(tài)信息；將存儲(chǔ)的本船最新航行數(shù)據(jù)及必要的靜態(tài)信息與航行相關(guān)的其它信息進(jìn)行編碼并存儲(chǔ)解碼后的數(shù)據(jù)；將本船和其它船舶的航行數(shù)據(jù)等信息送往信息顯示器顯示。信息處理器主要由船舶靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫及對信息的處理、管理控制、顯示等相應(yīng)的軟件集成。
[0006](3)AIS顯示終端:與雷達(dá)、APRA、電子海圖顯示器一體化，用來顯示各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息、監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀況等。
[0007](4) VHF收發(fā)機(jī):由系統(tǒng)信息處理器控制，用VHF87B (161.975MHz)和88B(162.025MHz)兩個(gè)國際專用頻道自動(dòng)發(fā)射和接收通信協(xié)議方案規(guī)定的高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)信號，己調(diào)信號中含有本船和它船航行信息，AIS同時(shí)在這兩個(gè)頻率上接收信息，而發(fā)射信息是在兩個(gè)頻率上交替進(jìn)行的。
[0008]AIS系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。
[0009]船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在船舶導(dǎo)航、避碰、船舶通信、船岸通信、海上搜救、海事調(diào)查等方面發(fā)揮獨(dú)特而重要的作用。AIS可以在沒有岸站的情況下自成系統(tǒng)，顯示周邊船舶的航行動(dòng)態(tài)，因此，在海上AIS系統(tǒng)主要用作船舶避讓和相互溝通的功能。在內(nèi)河水域，由于航道彎窄，GPS固有誤差的存在，使得AIS更多的是作為一種船舶交通流管理工具，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)河船舶交通數(shù)據(jù)的采集。AIS作為一種VTS工具，能夠較好的解決船舶交通管理系統(tǒng)中存在的船舶自動(dòng)識(shí)別難題，自動(dòng)建立與目標(biāo)船、岸臺(tái)之間的通信聯(lián)系。
[0010]國際AIS在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品方面的發(fā)展十分迅速，IMO (International MaritimeOrganization,國際海事組織)制定了船舶安裝AIS設(shè)備的時(shí)間表,要求國際航線300噸以上的船舶必須在2007年7月1日之前安裝AIS船臺(tái)，國內(nèi)航線客船及500總噸以上船舶必須在2008年7月1日前安裝AIS船臺(tái)。為了加強(qiáng)對沿海航行安全管理、提高船舶安全航行技術(shù)條件、改善沿海通航秩序，中華人民共和國海事局于2005年10月14日發(fā)出《關(guān)于部分沿海航行船舶安裝船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的通知》，要求沿海航行的所有客船，500總噸及以上的油船、化學(xué)品船、集裝箱船必須于2006年4月30日之前配備AIS設(shè)備。我國內(nèi)河AIS系統(tǒng)的建設(shè)己經(jīng)在緊張的進(jìn)行中，至2010年末，長江重慶以下江段的AIS基站將全部鋪設(shè)完成。AIS系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都具有雙向的通訊能力。從而為拓展應(yīng)用提供了極大的方便。以AIS為基礎(chǔ)的多種技術(shù)綜合，已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中，以AIS和雷達(dá)、APPA技術(shù)的結(jié)合最為引人關(guān)注。
[0011]AIS是海事通信領(lǐng)域第一個(gè)VHF頻段的純數(shù)字通信系統(tǒng)，工作于87B與88B兩個(gè)頻道。為了有效地利用兩個(gè)僅有的信道資源，AIS采用時(shí)分多址(TDMA)的方法，以lmin為周期，將每個(gè)頻點(diǎn)劃分為2250個(gè)獨(dú)立的時(shí)隙，稱之為時(shí)分信道，每個(gè)時(shí)隙時(shí)長為26.667毫秒。內(nèi)河AIS—條報(bào)文占用不超過5個(gè)時(shí)隙，持續(xù)時(shí)間短于133毫秒。頂0(國際海事組織)對AIS設(shè)備沒有細(xì)致的規(guī)范，僅要求AIS系統(tǒng)在-107dBm信號場強(qiáng)下的誤包率不高于20%。AIS發(fā)射的信號非常微弱，只有-lOOdBm到-llOdBm之間，AIS接收機(jī)的靈敏度要求很高，在-107dBm信號場強(qiáng)下，誤包率不高于20%，在-113dBm場強(qiáng)以上，均可以接收到AIS信號。經(jīng)過初步試驗(yàn)，-107至-113dBm這個(gè)信號區(qū)間上，常見AIS接收機(jī)都是可以解調(diào)數(shù)據(jù)的，但掉包率逐漸增加，可見，AIS誤包率與AIS信號場強(qiáng)有著直接關(guān)系。
[0012]AIS信號在傳輸過程中穿透性較好，其傳播距離主要受地球曲率影響，在海面上傳播距離一般為40km，因此，沿海AIS基站在布設(shè)時(shí)的間距一般在40km左右即可滿足沿海海域的完全覆蓋。當(dāng)AIS引入到內(nèi)河航運(yùn)中時(shí)，由于受到內(nèi)河地形限制和城區(qū)無線電雜波的影響，AIS信號傳輸距離達(dá)不到30km，在非城區(qū)航道及信號干擾小的條件下傳輸距離不超過20km，但是內(nèi)河AIS基站在布設(shè)時(shí)采用的間隔依舊是40km，因此內(nèi)河AIS基站的覆蓋范圍存在很多盲區(qū)。為了合理設(shè)置AIS基站密度，標(biāo)定內(nèi)河AIS基站的覆蓋范圍非常有必要，其核心內(nèi)容在于測量特定地點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)。在無線電領(lǐng)域，通常的覆蓋測試方法是測量足夠多的點(diǎn)的實(shí)際場強(qiáng)值，一般單位為dBm。
[0013]然而，現(xiàn)在還沒有能夠檢測AIS信號強(qiáng)度的檢測裝置，原因在于3點(diǎn):第一，AIS采用時(shí)分多址的方法進(jìn)行通信，一條AIS報(bào)文占用的時(shí)隙不超過5個(gè)，持續(xù)時(shí)長短于133毫秒，一般只有26.7毫秒，現(xiàn)有場強(qiáng)檢測設(shè)備很難捕捉到AIS信號；第二，AIS信號發(fā)射機(jī)發(fā)射功率分為2W和12.5W兩種，AIS的信號場強(qiáng)很微弱，因此，客觀要求AIS接收器靈敏度非常高，在_107dBm信號場強(qiáng)下誤包率不高于20%，在-113dBm信號場強(qiáng)下依舊可以接受到AIS信號，日常使用的場強(qiáng)測量儀器無法對微弱的AIS信號場強(qiáng)進(jìn)行測量；第三，AIS信道是海事管理的重要信道，測量AIS信號覆蓋的前提是不能干擾其正常運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種AIS信號場強(qiáng)測量裝置和方法，可利用該裝置和方法對AIS基站的性能進(jìn)行評價(jià)。
[0015]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為:
[0016]一種測量AIS信號場強(qiáng)的裝置，它包括控制模塊、AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)；
[0017]所述AIS信號發(fā)生模塊包括:
[0018]用于產(chǎn)生模擬AIS信號的模擬AIS信號子模塊、
[0019]用于模擬外界AIS信號干擾的模擬干擾信號子模塊、
[0020]信號合路子模塊；
[0021]所述模擬AIS信號子模塊包括:
[0022]用于產(chǎn)生AIS基帶信號的基帶信號發(fā)生子模塊、
[0023]用于將基帶信號發(fā)生子模塊產(chǎn)生的低頻AIS基帶信號調(diào)制為可控發(fā)射功率高頻AIS信號的AIS高頻信號調(diào)制子模塊；
[0024]所述基帶信號發(fā)生子模塊包括:
[0025]用于產(chǎn)生AIS原始方波信號的波形發(fā)生器、
[0026]用于將AIS原始方波信號調(diào)制為低頻AIS基帶信號的GMSK調(diào)制模塊；
[0027]所述AIS高頻信號調(diào)制子模塊包括:
[0028]用于將基帶信號發(fā)生子模塊產(chǎn)生的低頻AIS基帶信號調(diào)制為高頻AIS信號的AIS信號VCO混頻器、
[0029]用于放大AIS信號VCO混頻器輸出的AIS信號的AIS信號功率放大器、
[0030]用于調(diào)節(jié)AIS信號功率放大器輸出AIS信號場強(qiáng)的AIS信號可調(diào)衰減模塊；
[0031]所述波形發(fā)生器和AIS信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；
[0032]所述模擬干擾信號子模塊包括:
[0033]用于產(chǎn)生原始波形的任意波形發(fā)生器、
[0034]用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的原始波形調(diào)制為可控發(fā)射功率白噪聲的干擾信號調(diào)制子模塊；
[0035]所述干擾信號調(diào)制子模塊包括:
[0036]用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形調(diào)制為白噪聲信號的噪聲信號VCO混頻器、
[0037]用于放大噪聲信號VCO混頻器輸出信號的噪聲信號功率放大器、
[0038]用于調(diào)節(jié)噪聲信號功率放大器輸出噪聲信號場強(qiáng)的噪聲信號可調(diào)衰減模塊；
[0039]所述任意波形發(fā)生器和噪聲信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；
[0040]AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號和噪聲信號可調(diào)衰減模塊輸出的白噪聲信號輸入所述信號合路子模塊；
[0041]所述AIS接收機(jī)統(tǒng)計(jì)接收到的AIS信號條數(shù)輸入控制模塊。
[0042]上述方案中，所述AIS高頻信號調(diào)制子模塊采用電磁封閉方式與外部隔離。
[0043]上述方案中，所述AIS信號VCO混頻器輸出的AIS信號場強(qiáng)為-70dBm。
[0044]上述方案中，所述AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出信號場強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍為:-70dBm—101dBm。
[0045]利用上述方案測量AIS基站信號場強(qiáng)的方法，它包括以下步驟:
[0046]步驟(I)標(biāo)定AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系的步驟，具體為:[0047](1.1)控制模塊控制模擬干擾信號子模塊的任意波形發(fā)生器產(chǎn)生干擾波信號，并調(diào)節(jié)噪聲信號可調(diào)衰減模塊設(shè)定白噪聲信號的場強(qiáng)；
[0048](1.2)控制模塊控制基帶信號發(fā)生子模塊的波形發(fā)生器產(chǎn)生AIS原始方波信號，并調(diào)節(jié)AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號場強(qiáng)；
[0049](1.3)控制模塊記錄噪聲干擾的場強(qiáng)、AIS信號場強(qiáng)和AIS信號發(fā)生模塊發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量；
[0050](1.4)控制模塊記錄AIS接收機(jī)成功解析出的AIS報(bào)文數(shù)量；
[0051](1.5)對比AIS信號發(fā)生模塊發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量和AIS接收機(jī)解析出的AIS報(bào)文數(shù)量，得出在特定強(qiáng)度噪聲干擾和特定AIS信號場強(qiáng)下的AIS接收機(jī)接收報(bào)文的誤包率；
[0052](1.6)重復(fù)步驟(1.1)、(1.2),(1.3),(1.4),(1.5)直至完成各設(shè)定信號場強(qiáng)下的測定；
[0053](1.7)根據(jù)誤包率和記錄的信號場強(qiáng)建立AIS接收機(jī)在不同噪聲干擾下場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系；
[0054]所述步驟(I)中，AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)之間通過饋線傳輸AIS信號；
[0055]步驟(2)測量的步驟，具體為:
[0056](2.1)在被測AIS基站信號覆蓋范圍內(nèi)選定測試點(diǎn)，測量該點(diǎn)的白噪聲信號場強(qiáng)值；
[0057](2.2)在測試點(diǎn)設(shè)置AIS接收機(jī)接收AIS基站發(fā)出的測試信號，通過比對AIS基站發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量和AIS接收機(jī)接收AIS報(bào)文的數(shù)量，獲得AIS接收機(jī)在該測試點(diǎn)的誤包率；
[0058](2.3)通過步驟(I)建立的不同噪聲干擾下AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系，得到該測試點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)值；
[0059](2.4)重復(fù)步驟(2.1)、( 2.2 )、( 2.3 )，測出多個(gè)測試點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)值，獲得AIS基站的信號場強(qiáng)分布情況；
[0060]所述步驟(2)中，AIS基站與AIS接收機(jī)之間的信號傳輸采用無線連接方式。
[0061]本發(fā)明裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)在于:可以在實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場對AIS接收機(jī)的場強(qiáng)-誤包率關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后的AIS接收機(jī)即可用于對AIS基站覆蓋范圍內(nèi)信號場強(qiáng)的測量，可利用該裝置和方法對AIS基站的性能評價(jià)提供可行的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0062]圖1是AIS系統(tǒng)的組成框圖。
[0063]圖2、3是本發(fā)明裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖。
[0064]圖4是標(biāo)定AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系的步驟中，控制模塊、AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)連接示意圖。
[0065]圖5是基帶信號發(fā)生子模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖。
[0066]圖6是高頻AIS信號調(diào)制子模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖。
[0067]圖7是模擬干擾信號子模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖。
[0068]圖8是信號合路子模塊連接圖。
[0069]圖9是標(biāo)定AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系的步驟中，控制|旲塊工作不意圖。[0070]圖10是SAAB R40型AIS接收機(jī)在_90dBm噪聲下場強(qiáng)-誤包率對應(yīng)關(guān)系圖。
[0071]圖11是本發(fā)明測量過程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0072]如圖2、3所示的本發(fā)明AIS信號場強(qiáng)測量裝置實(shí)施例，它包括控制模塊、AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)3個(gè)部分?？刂颇K、AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)的連接示意圖如圖4所示?？刂颇K控制AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生特定場強(qiáng)的AIS信號，產(chǎn)生的AIS信號經(jīng)由饋線被AIS接收機(jī)接收，然后，控制模塊通過串口連接AIS接收機(jī)，統(tǒng)計(jì)AIS接收機(jī)接收到的AIS信號數(shù)量，控制模塊通過對比AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生的AIS信號條數(shù)和AIS接收機(jī)接收到的AIS信號條數(shù)來標(biāo)定AIS接收機(jī)在某AIS信號場強(qiáng)下的接收誤包率，標(biāo)定完的AIS接收機(jī)可用于AIS基站信號場強(qiáng)的測量。
[0073]所述AIS信號發(fā)生模塊包括:
[0074]用于產(chǎn)生模擬AIS信號的模擬AIS信號子模塊、
[0075]用于模擬外界AIS信號干擾的模擬干擾信號子模塊、
[0076]用于將模擬AIS信號子模塊輸出的AIS信號、模擬干擾信號子模塊輸出的干擾信號調(diào)制為一路AIS信號的信號合路子模塊；
[0077]所述模擬AIS信號子模塊包括:
[0078]用于產(chǎn)生AIS基帶信號的基帶信號發(fā)生子模塊、
[0079]用于將基帶信號發(fā)生子模塊產(chǎn)生的低頻AIS基帶信號調(diào)制為可控發(fā)射功率高頻AIS信號的AIS高頻信號調(diào)制子模塊；
[0080]所述模擬干擾信號子模塊包括:
[0081]用于產(chǎn)生原始波形的任意波形發(fā)生器、
[0082]用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的原始波形調(diào)制為可控發(fā)射功率白噪聲的干擾信號調(diào)制子模塊；
[0083]所述模擬AIS信號子模塊中的基帶信號發(fā)生子模塊包括:
[0084]用于產(chǎn)生AIS原始方波信號的波形發(fā)生器、
[0085]用于將AIS原始方波信號調(diào)制為低頻AIS基帶信號的GMSK調(diào)制模塊；
[0086]所述模擬AIS信號子模塊中的AIS高頻信號調(diào)制子模塊包括:
[0087]用于將基帶信號發(fā)生子模塊產(chǎn)生的低頻AIS基帶信號調(diào)制為高頻AIS信號的AIS信號VC0混頻器、
[0088]用于放大AIS信號VC0混頻器輸出的AIS信號的AIS信號功率放大器、
[0089]用于調(diào)節(jié)功率放大器輸出AIS信號場強(qiáng)的AIS信號可調(diào)衰減模塊；
[0090]基帶信號發(fā)生子模塊中的波形發(fā)生器和AIS高頻信號調(diào)制子模塊中的AIS信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；
[0091]所述模擬干擾信號子模塊中的干擾信號調(diào)制子模塊包括:
[0092]用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形調(diào)制為白噪聲信號的噪聲信號VC0混頻器、
[0093]用于放大噪聲信號VC0混頻器輸出的白噪聲信號的噪聲信號功率放大器、
[0094]用于調(diào)節(jié)噪聲信號功率放大器輸出白噪聲信號場強(qiáng)的噪聲信號可調(diào)衰減模塊；
[0095]模擬干擾信號子模塊中的任意波形發(fā)生器和干擾信號調(diào)制子模塊中的噪聲信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；
[0096]AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號和干擾信號可調(diào)衰減模塊輸出的白噪聲信號輸入所述信號合路子模塊。
[0097]如圖5所示，基帶信號發(fā)生子模塊的波形發(fā)生器在控制模塊的控制下，產(chǎn)生AIS信號原始波形，即方波信號。攜帶AIS信息的原始方波信號經(jīng)過GMSK調(diào)制功能模塊進(jìn)行調(diào)制處理，生成低頻AIS基帶信號。AIS基帶信號的頻率很低，只有9600波特率，電磁輻射性能差，無法對外發(fā)射，因此需要將基帶信號交由AIS高頻信號調(diào)制子模塊進(jìn)行調(diào)頻處理才能對外發(fā)射。
[0098]如圖6所示，AIS高頻信號調(diào)制子模塊包含AIS信號VCO混頻器、AIS信號功率放大器和AIS信號可調(diào)衰減模塊3個(gè)部分。VCO混頻器的作用是將經(jīng)過GMSK調(diào)制的低頻AIS基帶信號載波到甚高頻段(161.975MHz和162.025Mhz)，使之成為能夠?qū)ν獍l(fā)射的高頻AIS信號。高頻AIS信號由功率放大器進(jìn)行處理。由功率放大器處理后的高頻AIS信號場強(qiáng)可以達(dá)到_70dBm，這個(gè)信號通過AIS信號可調(diào)衰減模塊控制在-70dBm_ (-1OldBm)信號場強(qiáng)之間。由可調(diào)衰減模塊輸出的高頻AIS信號進(jìn)入信號合路子模塊。AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號場強(qiáng)值由控制模塊控制。所述AIS高頻信號調(diào)制子模塊需進(jìn)行電磁封閉。
[0099]如圖7所示，所述模擬干擾信號調(diào)制子模塊包括:
[0100]用于產(chǎn)生原始波形的任意波形發(fā)生器、
[0101]用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形調(diào)制為白噪聲信號的噪聲信號VCO混頻器、
[0102]用于放大VCO混頻器輸出的白噪聲信號的噪聲信號功率放大器、
[0103]用于調(diào)節(jié)功率放大器輸出白噪聲信號場強(qiáng)的噪聲信號可調(diào)衰減模塊；
[0104]白噪聲信號主要是為了模擬真實(shí)環(huán)境中存在的對AIS信號有信號干擾的電磁波?？刂颇K控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生干擾原始波形。干擾原始波形產(chǎn)生后，由干擾信號調(diào)制子模塊中的噪聲信號VCO混頻器進(jìn)行處理，將干擾原始波形調(diào)制成為白噪聲信號。白噪聲信號經(jīng)過噪聲信號功率放大器處理，再由噪聲信號可調(diào)衰減模塊進(jìn)行功率調(diào)整。
[0105]任意波形發(fā)生器和噪聲信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；噪聲信號可調(diào)衰減模塊輸出的白噪聲信號輸入所述信號合路子模塊。
[0106]如圖8所示，信號合路子模塊的功能是將多路信號集中為一路信號。經(jīng)過AIS信號可調(diào)衰減模塊場強(qiáng)調(diào)節(jié)的AIS信號和經(jīng)過噪聲可調(diào)衰減模塊場強(qiáng)調(diào)節(jié)的白噪聲信號由信號合路子模塊集成后，通過饋線連接到AIS接收機(jī)。這里之所以采用饋線直接連接AIS接收機(jī)，是因?yàn)槿绻捎肁IS天線對外發(fā)射的方式向AIS接收機(jī)傳輸信號，信號場強(qiáng)的衰減是不可控的。
[0107]采用上述方案的AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生AIS信號的流程如下:
[0108](I)基帶信號發(fā)生子模塊中的波形發(fā)生器在控制模塊控制下產(chǎn)生AIS原始方波信號，原始方波信號由GMSK調(diào)制模塊進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l的AIS基帶信號，低頻AIS基帶信號交由AIS高頻信號調(diào)制子模塊處理。首先，AIS基帶信號由AIS信號VCO混頻器進(jìn)行調(diào)頻處理，變?yōu)閿y帶有AIS信息的高頻AIS信號；然后，高頻AIS信號由AIS信號功率放大器進(jìn)行放大處理；最后，由功率放大器處理過的AIS信號由AIS信號可調(diào)衰減模塊進(jìn)行功率場強(qiáng)調(diào)節(jié)。
[0109](2)模擬干擾信號子模塊中的任意波形發(fā)生器在控制模塊的控制下產(chǎn)生干擾波形，干擾波形交由干擾信號調(diào)制子模塊處理。首先，干擾波由噪聲信號VCO混頻器進(jìn)行調(diào)制處理，變?yōu)槟７伦匀唤珉姶泡椛涞陌自肼曅盘枺蝗缓?，白噪聲信號由噪聲信號功率放大器進(jìn)行放大處理；最后，由功率放大器處理過的白噪聲信號由噪聲信號可調(diào)衰減模塊進(jìn)行功率場強(qiáng)調(diào)節(jié)。
[0110](3)控制模塊控制AIS信號可調(diào)衰減模塊產(chǎn)生特定場強(qiáng)的AIS信號，控制模塊控制噪聲信號可調(diào)衰減模塊產(chǎn)生特定場強(qiáng)的白噪聲信號，兩路信號由信號合路子模塊合成為一路AIS信號。
[0111]如圖9所示，控制模塊控制AIS信號發(fā)生模塊，設(shè)置白噪聲信號場強(qiáng)，設(shè)置AIS報(bào)文產(chǎn)生頻率與信號場強(qiáng)，并統(tǒng)計(jì)AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生的AIS報(bào)文條數(shù)。AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生對應(yīng)的AIS信號，該信號通過饋線傳輸?shù)紸IS接收機(jī)。AIS接收機(jī)接收AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生的AIS信號，然后對接收到的AIS信號進(jìn)行解析，AIS接收機(jī)對AIS信號的解析過程與AIS信號發(fā)生模塊產(chǎn)生AIS信號的過程剛好相反。控制模塊連接AIS接收機(jī)，統(tǒng)計(jì)AIS接收機(jī)成功接收到的AIS報(bào)文條數(shù)。
[0112]則利用所述裝置測量AIS基站信號場強(qiáng)的大致流程如圖11所示，具體方法和步驟如下:
[0113]步驟(1)標(biāo)定AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系的步驟，具體為:
[0114](1.1)控制模塊控制模擬干擾信號子模塊的任意波形發(fā)生器產(chǎn)生干擾波信號，并調(diào)節(jié)噪聲信號可調(diào)衰減模塊設(shè)定白噪聲信號的場強(qiáng)；
[0115](1.2)控制模塊控制基帶信號發(fā)生子模塊的波形發(fā)生器產(chǎn)生AIS原始方波信號，并調(diào)節(jié)AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號場強(qiáng)；
[0116](1.3)控制模塊記錄噪聲干擾的強(qiáng)度、AIS信號場強(qiáng)和AIS信號發(fā)生模塊發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量；
[0117](1.4)控制模塊記錄AIS接收機(jī)成功解析出的AIS報(bào)文數(shù)量；
[0118](1.5)對比AIS信號發(fā)生模塊發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量和AIS接收機(jī)解析出的AIS報(bào)文數(shù)量，得出在特定強(qiáng)度噪聲干擾和特定AIS信號場強(qiáng)下的AIS接收機(jī)接收報(bào)文的誤包率；
[0119](1.6)重復(fù)步驟(1.1),(1.2),(1.3),(1.4),(1.5)直至完成各設(shè)定信號場強(qiáng)下的測定；
[0120](1.7)根據(jù)誤包率和記錄的信號場強(qiáng)建立AIS接收機(jī)在不同噪聲干擾下場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系；
[0121]如圖4所示，所述步驟(1)中，AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)之間通過饋線傳輸AIS信號。
[0122]步驟(2)測量的步驟，具體為:
[0123](2.1)在被測AIS基站信號覆蓋范圍內(nèi)選定測試點(diǎn)，測量該點(diǎn)的白噪聲信號場強(qiáng)值；
[0124](2.2)在測試點(diǎn)設(shè)置AIS接收機(jī)接收AIS基站發(fā)出的測試信號，通過比對AIS基站發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量和AIS接收機(jī)接收AIS報(bào)文的數(shù)量，獲得AIS接收機(jī)在該測試點(diǎn)的誤包率；
[0125](2.3)通過步驟(1)建立的不同噪聲干擾下AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系，得到該測試點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)值；[0126](2.4)重復(fù)步驟(2.1)、( 2.2 )、( 2.3 )，測出多個(gè)測試點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)值，獲得AIS基站的信號場強(qiáng)分布情況；
[0127]所述步驟(2)中，AIS基站與AIS接收機(jī)之間的信號傳輸采用無線連接方式。
[0128]采用上述裝置和方法對AIS接收機(jī)在特定噪聲環(huán)境下各種AIS信號場強(qiáng)下的誤包率進(jìn)行標(biāo)定，由此得到該AIS接收機(jī)在不同噪聲干擾下誤包率與信號場強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系。圖10為采用上述標(biāo)定方式繪制的SAAB R40型號AIS接收機(jī)在_90dBm噪聲信號下AIS場強(qiáng)-誤包率曲線。在標(biāo)定出不同噪聲干擾下AIS接收機(jī)的場強(qiáng)-誤包率關(guān)系曲線后，在戶外條件下測量AIS基站在某點(diǎn)的信號場強(qiáng)，即轉(zhuǎn)化為測量該點(diǎn)的白噪聲信號場強(qiáng)值和AIS接收機(jī)接收基站AIS信號的誤包率，從而解決了 AIS信號場強(qiáng)難于測量的問題。
[0129]本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0130]1、對于大樣本的實(shí)驗(yàn)，AIS接收機(jī)在特定的環(huán)境噪聲和AIS信號場強(qiáng)下AIS報(bào)文接收誤包率是恒定的，通過測試AIS基站信號覆蓋范圍內(nèi)某點(diǎn)的環(huán)境噪聲場強(qiáng)和AIS接收機(jī)報(bào)文誤包率即可獲知該點(diǎn)信號場強(qiáng)值。
[0131]2、對于特定的AIS基站與接收機(jī)，測試接收機(jī)在基站覆蓋范圍內(nèi)某點(diǎn)的誤包率是非常容易的。同時(shí)，環(huán)境白噪聲場強(qiáng)的測量也有成熟的裝置和方法。剩下的關(guān)鍵問題為，標(biāo)定某一型號接收機(jī)在特定噪聲環(huán)境下，對于不同AIS信號場強(qiáng)的誤包率，即繪制該型號接收機(jī)在特定強(qiáng)度的噪聲環(huán)境下誤包率-場強(qiáng)關(guān)系曲線。
[0132]3、本發(fā)明所提的AIS基站場強(qiáng)信號測量裝置中，AIS接收機(jī)可以是任意型號。由于環(huán)境白噪聲和溫濕度等的影響和電子設(shè)備本身硬件特征的不確定性，任何AIS接收機(jī)的誤包率-場強(qiáng)關(guān)系曲線在不同的環(huán)境、地點(diǎn)和時(shí)間下都有可能發(fā)生改變，因此，在使用某型號的AIS接收機(jī)做AIS基站場強(qiáng)信號覆蓋測量時(shí)，必須首先對該接收機(jī)進(jìn)行特定環(huán)境下的誤包率-場強(qiáng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。
[0133]可以在實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場對AIS接收機(jī)的誤包率-場強(qiáng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后的AIS接收機(jī)即可用于對AIS基站覆蓋范圍內(nèi)信號場強(qiáng)的測量。
[0134]在本發(fā)明裝置中，AIS接收機(jī)可以是任意型號的AIS設(shè)備。本發(fā)明裝置采用AIS信號發(fā)生模塊，而不直接使用AIS發(fā)射機(jī)作為AIS信號源的原因在于，任何AIS發(fā)射機(jī)都無法產(chǎn)生測試所需要的微小信號，且通常無良好的信號屏蔽處理，使得AIS發(fā)射機(jī)在沒有功率放大器的介入下，僅僅因其頻率合成器，就可在100米范圍內(nèi)產(chǎn)生_70dBm左右的信號強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)距離情況下的AIS實(shí)際接收信號場強(qiáng)值。因此，本發(fā)明裝置在AIS信號發(fā)生模塊中引入基帶信號發(fā)生子模塊與AIS高頻信號調(diào)制子模塊，用于調(diào)制任意強(qiáng)度的AIS測試信號。
[0135]本發(fā)明提供的設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)有:
[0136](1)提供了微弱AIS信號場強(qiáng)的測量方法。
[0137](2)提供了 AIS基站的性能評價(jià)方法。
【權(quán)利要求】
1.一種測量AIS信號場強(qiáng)的裝置，它包括控制模塊、AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)，其特征在于:所述AIS信號發(fā)生模塊包括:用于產(chǎn)生模擬AIS信號的模擬AIS信號子模塊、用于模擬外界AIS信號干擾的模擬干擾信號子模塊、信號合路子模塊；所述模擬AIS信號子模塊包括:用于產(chǎn)生AIS基帶信號的基帶信號發(fā)生子模塊、用于將基帶信號發(fā)生子模塊產(chǎn)生的低頻AIS基帶信號調(diào)制為可控發(fā)射功率高頻AIS信號的AIS高頻信號調(diào)制子模塊；所述基帶信號發(fā)生子模塊包括:用于產(chǎn)生AIS原始方波信號的波形發(fā)生器、用于將AIS原始方波信號調(diào)制為低頻AIS基帶信號的GMSK調(diào)制模塊；所述AIS高頻信號調(diào)制子模塊包括:用于將基帶信號發(fā)生子模塊產(chǎn)生的低頻AIS基帶信號調(diào)制為高頻AIS信號的AIS信號VCO混頻器、用于放大AIS信號VCO混頻器輸出的AIS信號的AIS信號功率放大器、用于調(diào)節(jié)AIS信號功率放大器輸出AIS信號場強(qiáng)的AIS信號可調(diào)衰減模塊；所述波形發(fā)生器和AIS信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；所述模擬干擾信號子模塊包括:用于產(chǎn)生原始波形的任意波形發(fā)生器、用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的原始波形調(diào)制為可控發(fā)射功率白噪聲的干擾信號調(diào)制子模塊；所述干擾信號調(diào)制子模塊包括:用于將任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形調(diào)制為白噪聲信號的噪聲信號VCO混頻器、用于放大噪聲信號VCO混頻器輸出信號的噪聲信號功率放大器、用于調(diào)節(jié)噪聲信號功率放大器輸出噪聲信號場強(qiáng)的噪聲信號可調(diào)衰減模塊；所述任意波形發(fā)生器和噪聲信號可調(diào)衰減模塊由控制模塊控制；AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號和噪聲信號可調(diào)衰減模塊輸出的白噪聲信號輸入所述信號合路子模塊；所述AIS接收機(jī)統(tǒng)計(jì)接收到的AIS信號條數(shù)輸入控制模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述AIS高頻信號調(diào)制子模塊采用電磁封閉方式與外部隔尚。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述AIS信號VCO混頻器輸出的AIS信號場強(qiáng)為_70dBm。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于:所述AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出信號場強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍為:-70dBm—101dBm。
5.利用如權(quán)利要求1所述的裝置測量AIS基站信號場強(qiáng)的方法，它包括以下步驟:步驟(1)標(biāo)定AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系的步驟，具體為:(1.1)控制模塊控制模擬干擾信號子模塊的任意波形發(fā)生器產(chǎn)生干擾波信號，并調(diào)節(jié)噪聲信號可調(diào)衰減模塊設(shè)定白噪聲信號的場強(qiáng)； (1.2)控制模塊控制基帶信號發(fā)生子模塊的波形發(fā)生器產(chǎn)生AIS原始方波信號，并調(diào)節(jié)AIS信號可調(diào)衰減模塊輸出的AIS信號場強(qiáng)； (1.3)控制模塊記錄噪聲干擾的場強(qiáng)、AIS信號場強(qiáng)和AIS信號發(fā)生模塊發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量； (1.4)控制模塊記錄AIS接收機(jī)成功解析出的AIS報(bào)文數(shù)量； (1.5)對比AIS信號發(fā)生模塊發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量和AIS接收機(jī)解析出的AIS報(bào)文數(shù)量，得出在特定強(qiáng)度噪聲干擾和特定AIS信號場強(qiáng)下的AIS接收機(jī)接收報(bào)文的誤包率； (1.6)重復(fù)步驟(1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)、(1.5)直至完成各設(shè)定信號場強(qiáng)下的測定; (1.7)根據(jù)誤包率和記錄的信號場強(qiáng)建立AIS接收機(jī)在不同噪聲干擾下場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系； 所述步驟(1)中，AIS信號發(fā)生模塊和AIS接收機(jī)之間通過饋線傳輸AIS信號； 步驟(2)測量的步驟，具體為: (2.1)在被測AIS基站信號覆蓋范圍內(nèi)選定測試點(diǎn)，測量該點(diǎn)的白噪聲信號場強(qiáng)值； (2.2)在測試點(diǎn)設(shè)置AIS接收機(jī)接收AIS基站發(fā)出的測試信號，通過比對AIS基站發(fā)送AIS報(bào)文的數(shù)量和AIS接收機(jī)接收AIS報(bào)文的數(shù)量，獲得AIS接收機(jī)在該測試點(diǎn)的誤包率；(2.3)通過步驟(1)建立的不同噪聲干擾下AIS接收機(jī)場強(qiáng)和誤包率對應(yīng)關(guān)系，得到該測試點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)值； (2.4)重復(fù)步驟(2.1)、(2.2)、(2.3)，測出多個(gè)測試點(diǎn)的AIS信號場強(qiáng)值，獲得AIS基站的信號場強(qiáng)分布情況； 所述步驟(2)中，AIS基站與AIS接收機(jī)之間的信號傳輸采用無線連接方式。
【文檔編號】H04B17/00GK103701542SQ201310728224
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】馬楓, 嚴(yán)新平, 劉興龍, 初秀民, 劉潼, 聶陽 申請人:武漢理工大學(xué)