С 2019 года ведутся работы по разработке макетов для измерения параметров сетей сотовой связи. В работе [1] был представлен один из первых прототипов, в котором описаны общая структурная схема измерительного устройства и способы подключения радиомодуля. Приведена сравнительная характеристика различных радиомодулей и модулей обработки информации. На основе полученных данных было принято решение разработать устройство на базе микрокомпьютера Raspberry Pi 3 Model и радиомодуля SIMCom SIM7600E-H.

Следующим этапом стала разработка программного обеспечения для абонентских терминалов под управлением операционной системы Android. В работах [2–3] представлена сравнительная характеристика измерительных комплексов и описана собственная разработка. Однако при апробации программного обеспечения были выявлены проблемы, которые могут повлиять на точность получаемых результатов.

С учётом двух реализованных прототипов было принято решение усовершенствовать вариант анализатора сетей сотовой связи на основе микрокомпьютера Raspberry Pi 3 Model.

Структурная схема, показанная на рисунке 1, содержит общие элементы с работой [2], но вместо одного радиомодуля было решено использовать несколько. Это решение позволит сократить объём работы и время на проведение измерений по исследуемому маршруту. Например, в макете могут быть задействованы три модема, работающие в сети LTE, но подключённые к различным операторам связи.

Модемы SIMCom SIM7600E-H подключены к USB-хабу, который позволяет использовать до шести модемов. Седьмой порт хаба используется для резервного питания сенсорного экрана. Взаимодействие с модемами осуществляется через АТ-команды, описанные в документации [4]. Электропитание обеспечивается внешним аккумулятором ёмкостью 50 000 мА*ч.

Корпус макета был напечатан на 3D-принтере, его габариты составляют 280×170×240 мм. Поскольку используются несколько модемов, антенные выходы были размещены с разносом в четверть длины волны. Для управления устройством используется 7-дюймовый сенсорный IPS/TN AIDA64 ЖК-дисплей, прикреплённый к передней части устройства.

Рисунок 1. Структурная схема разработанного измерительного устройства

Программная часть макета была разработана на языке C++ в среде Qt Creator. В качестве эталона функционала выбрана программа для абонентских терминалов, которая выводит параметры сотовой сети, записывает лог-файлы и позволяет менять предпочтительную сеть. Были реализованы следующие функции: GeoPositionInfo, ModemControl и SearchSerialPort. Блок-схема программы представлена на рисунке 2.

• SearchSerialPort отвечает за поиск доступных серийных портов, связанных с модемом, и проверку модемов по IMEI.
• ModemControl управляет модемом, отправляет АТ-команды, обрабатывает ответы и работает с сессией GPS. В настоящее время используются команды для получения информации о сотах, выбора предпочтительной сети и частотного диапазона и совершения звонка.
• GeoPositionInfo обеспечивает работу с GPS, чтение и обработку данных о местоположении.

Для фиксации параметров сети сотовой связи был реализован функционал записи лог-файлов в формате CSV.

Рисунок 2. Блок-схема разработанного программного обеспечения

Интерфейс устройства состоит из одного информационного окна, в котором отображается функционал программы. На рисунке 3 представлен основное рабочее окно программы с двумя активными модемами. Реализованы кнопки для начала записи лог-файлов, смены типа сети и выключения устройства. При смене типа сети открывается отдельное окно для выбора модема, на котором необходимо изменить настройки. Пример интерфейса для смены настроек модема представлен на рисунке 4.

Также, реализована возможность совершать звонки с определенного модема, для оценки качества сети в исследуемых маршрутах, однако данная функция находится в разработке и постепенно отлаживается.

Рисунок 3. Основное окно программы

Рисунок 4. Меню смены режима сети и выбора частотного диапазона

Заключительным этапом разработки макета стало тестирование его функционала в реальных условиях. После подачи питания начинается инициализация программного обеспечения, далее происходит определение задействованных портов. Если порты найдены, информация начинает отображаться на экране. На рисунке 5 представлен собранный макет.

Рисунок 5. Собранный макет анализатора сетей радиосвязи

На данном этапе итогом работы комплекса является формирование лог-файла с записью всей полученной информации с модемов. Пример итогового лог-файла приведён на рисунке 6.

Рисунок 6. Пример итогового лог-файла

Таким образом, поставленная цель была достигнута и новый макет анализатора сетей радиосвязи не только обладает функциями не уступающим предыдущим версиям, но и обладает определенным преимуществами.

• отображение данных о принимаемых сигналах;
• отображение информации об обслуживающей базовой станции;
• изменение предпочтительного типа сети;
• изменение предпочтительного частотного диапазона;
• реализация возможности совершения звонков;
• использование одновременно до 6 модемов с различными настройками;
• запись получаемой информации в реальном времени и сохранение в базу данных с последующей возможностью редактирования и анализа всех активным модемов;

Научная статья подготовлена в рамках прикладных научных исследований СПбГУТ, регистрационный номер 1023031600087-9-2.2.4;2.2.5;2.2.6;1.2.1;2.2.3 в ЕГИСУ НИОКТР.