667_Kokorich_M.G.Standarty_trankingovoj_

3. ВАРИАНТЫ ОРГАНИЗАЦИИ ТРАНКИНГОВЫХ СЕТЕЙ

3.1. Однозоновая транкинговая система

Первоначально транкинговые системы строились по однозоновому принципу, когда весь канальный ресурс закреплялся за одной центральной станцией. Антенна такой станции обычно располагалась по принципу маяка – в наиболее высокой точке предполагаемой зоны обслуживания.[5]

Построение однозоновой системы:

Структурная схема однозоновой транкинговой системы изображена на рисунке 3.1. Приемопередатчик каждого канала контролируется специальным блоком управления – контроллером. Максимальное число каналов на центральной станции – 24, причем один из них управляющий. Для приведения сеанса связи он предоставляет любой из свободных каналов системы. Общее взаимодействие системы осуществляется через блок сопряжения. По общей шине передачи данных он соединен с контроллерами каналов, обеспечивая функциональное управление, учет и тарификацию соединений, а так же контроль ее состояния и конфигурацию через терминал управления SYSCON. Терминал может подключаться непосредственно через порт RS 232 или по модему.[6]

Рисунок 3.1.– Структурная схема однозоновой транкинговой системы

11

Несмотря на сравнительную простоту однозоновых систем как при установке, так и в эксплуатации, они имеют два существенных недостатка:

1)Единственным способом увеличения числа обслуживаемых абонентов является увеличение число рабочих каналов. При ограниченной зоне обслуживания это приводит к увеличению числа радиостанций, работающий со значительной мощностью, что, в свою очередь, делает эфир похожим на рыночную площадь, т.е. ведет к сильным помехам. Но даже если решится увеличить число каналов, следует иметь в виду, что их число все равно не бесконечно.

2)Невозможность расширения зоны обслуживания. Построение однозоновой системы практически не зависит от рабочего диапазона частот и определяется требованиями к числу каналов, минимально возможным разносом частот приема и передачи, а также шагом сетки приемных и передающих частот. Также важно назначение системы, т.е. какой стандарт, выбран для работы в системе, будет ли организовано подключение к телефонной сети общего пользования (ТфОП) и предполагается ли дальнейшее расширение системы по числу каналов или зоне обслуживания.

Для упрощения систему можно разделить на две части: антеннофидерные устройства и базовое приемопередающее и коммутационное оборудование.

Возможные варианты построения антенно-фидерного тракта:

1)Наиболее простой и дешевой станции (БС) системы, в которой каждый передатчик и каждый приемник имеет свою антенну. Он относительно дешев, поэтому получил распространение на заре развития транкинговых систем. Приемлем только для малоканальных (на 1-2 канала) систем с малым радиусом обслуживания, поскольку трудно установить рядом много антенн. Поскольку разнести антенны в пространстве на необходимое расстояние довольно сложно, приходится использовать малоэффективные, уменьшающие радиусы действия, антенны и включать на выходе передатчиков дополнительные устройства, для устранения интермодуляционных помех. Обычно это полосовые фильтры на основе объемных резонаторов. Если шаг сетки частот достаточно мал (меньше 200 – 300) кГц, приходится дополнять фильтры изоляторами или использовать специализированные полосовые фильтры с изоляторами. Фильтрующие устройства (преселекторы) необходимы

ина входах приемников, чтобы они не загрузились сигналами передатчиков. Если применять качественные фильтрующие устройства, стоимость такого варианта построения резко возрастает, т.е. теряется единственное его преимущество. К тому же развивать систему можно, только устанавливая дополнительные антенны. Поэтому в настоящее время этот вариант не используется.

2)Технически лучший способ, позволяющий оптимизировать число антенн и оптимальный по соотношению цена / качество для систем имеющих четыре – шесть каналов. В этом варианте каждый передатчик работает на свою антенну, а приемники работают на одну антенну через распределительную

12

панель с преселектором и предварительным усилителем (для компенсации затухания в антенном кабеле и преселекторе). В результате появляется возможность применять высокоэффективные многоэлементные вибраторные антенны или фазированные антенные решетки и устанавливать предварительный усилитель непосредственно у антенны с дистанционным питанием по коаксиальному кабелю, что позволяет получить наилучшее соотношение сигнал / шум. Применение только одного селектора минимизирует стоимость системы при достаточно высоких параметрах.

В этом случае, как и в первом варианте нужны дополнительные фильтрующие устройства на выходе передатчиков для устранения интермодуляционных помех. Требования к ним аналогичны описанным выше. Так как каждый передатчик работает на свою антенну, снижаются требования к подбору их частот, т.е. шаг сетки частот передачи может быть большим или нерегулярным. Но при шаге менее (200 – 300) кГц могут потребоваться изоляторы в тракте передатчика. Они обеспечат необходимую степень развязки и устранят интермодуляцию, но это может сильно повысить стоимость системы.

Из недостатков можно отметить необходимость размещения достаточно большого числа антенн, то может оказаться затруднительным при необходимости установки их на мачте и работе в диапазоне VHF. Тем не менее, это один из самых популярных вариантов для систем емкостью до 4 каналов и работе в диапазонах VHF и UHF.

3.2. Многозоновая транкинговая система

При построении крупных межрегиональных систем в транкинговых сетях может быть предусмотрена возможность роуминга, т.е. использование радиостанций в других пунктах.

При появлении большой группы пользователей, желающих воспользоваться услугами такой системы, но находящимся на расстоянии, как минимум в два раза превышающим радиус действия системы возникает, ряд проблем. Для их решения было предложено разделить предполагаемую территорию обслуживания на несколько зон большого или малого радиуса действия. Эта связь получила наименование сотовой. Среди построенных по такому принципу систем наибольшее распространение получили системы на основе спецификации MPT-1327.

Структурная схема многозоновой транкинговой системы изображена на рисунке 3.2.

13

Рисунок 3.2 – Структурная схема многозоновой транкинговой системы

Построение происходит путем объединения центральных станций. Сердце системы – центральный узел, на который возложены все функции управления. В состав узла входят центральный процессор и коммутатор разговорных каналов. При этом центральный процессор может управлять до 10 центральными станциями по обычным проводным линиям через порты RS 232. Коммутатор осуществляет соединение разговорных каналов в соответствии с командами, поступившими из центрального процессора.

Многозоновые системы могут иметь либо радиальную, либо линейную структуру.

Линейные многозоновые системы изначально имеют ярко выраженный производственно – технологический характер, поэтому выполняются в малоканальном варианте (обычно не более четырех каналов). Так как протяженность подобных систем составляет до нескольких сотен километров, в них применяется чередование частот (как правило, трех).

Для построения многозоновых систем используется кабельная или радиорелейная линия связи со сквозным телефонным каналом. Причем зоновое

14

приемопередающее оборудование располагается в месте установки регенераторов в кабельных линиях связи или в местах переприема в случае радиорелейных линий связи. Построение многозоновых линейных систем возможно в трех вариантах.

Первый предназначен для одно-, двухканальных систем с небольшой нагрузкой. Его отличительной особенностью является использование одного контроллера для всей линии связи. В результате получается одноканальная система большой протяженности, в которой абоненты могут связаться друг с другом независимо от местоположения и имеют возможность для выхода на автоматическую телефонную станцию (АТС) или диспетчера.

По сигналу с контроллера включаются передатчики по всей линии связи, аналогично НЧ сигналу с контроллера подается одновременно на все передатчики. Сигнал, появляющийся на любом из базовых приемников, подается на вход контроллера.

Как дополнительное достоинство данного варианта можно отметить возможность контроля разговоров диспетчером, что необходимо в аварийных ситуациях. Применение данной системы оптимально при обеспечении связью аварийных бригад на нефтепроводах или линиях электропередачи.

Второй вариант технически более совершенен и позволяет строить системы большей емкости. Здесь линия связи используется только для межзонового обмена, что позволяет объединить зоны с произвольной конфигурацией и числом каналов.

Число каналов в каждой зоне выбирается по числу работающих в ней абонентов, а число межзоновых линий связи – по числу абонентов, которым требуется связь между зонами. В такой системе может существовать деление на две группы абонентов – с правом роуминга и работающих только в своей зоне. В качестве достоинства можно отметить возможность организации выхода абонентов на АТС каждой зоны.

Третий вариант аналогичен построению линейной системы с одним контроллером на несколько зон, но в отличии от него имеет не линейную, а звездообразную структуру с сохранением той же идеологии построения.

Здесь также как и в первом варианте, существует возможность автоматического роуминга с использованием только зонового оборудования, но при переезде из зоны в зону связь прерывается. Так же в соседствующих зонах необходимо использовать разные частоты. Можно объединить достаточно удаленные друг от друга зоны, которые нельзя перекрыть одним передатчиком.

Построение крупных межрегиональных систем осуществляется путем объединения через межрегиональный процессор, осуществляя коммуникацию разговорных каналов через дополнительный коммутатор. [7]

15

4. ПЕРЕХОД К ЦИФРОВЫМ СИСТЕМАМ ТРАНКИНГОВОЙ СВЯЗИ

Развитие мирового рынка систем транкинговой радиосвязи сегодня характеризуется широким внедрением цифровых технологий. Ведущие мировые производители оборудования транкинговых систем объявляют о переходе к цифровым стандартам радиосвязи, предусматривая при этом либо выпуск принципиально нового оборудования, либо адаптацию аналоговых систем к цифровой связи.[3]

Цифровые транкинговые системы наступают - может быть, не так быстро, как хотелось бы пользователям, но неотвратимо. Относительно долгое безраздельное господство аналоговых систем транкинга было столь продолжительным из-за высокого ценового барьера цифровых систем, а, также, из-за отсутствия апробированного и общепризнанного цифрового стандарта. Теперь, с появлением целого ряда цифровых стандартов – TETRA, Tetrapol

PAS, APCO 25, а также фирменных цифровых систем DigiStar, EDACS, iDEN,

прорыв цифрового транкинга в высшем ценовом секторе рынка неизбежен. Вопрос только в том, какой из стандартов (или какая система) окажется наиболее жизнеспособным. Преимущества, которые позволяет получить переход от аналоговой к цифровой транкинговой системе, для многих потребителей уже перевешивают все еще очень высокую стоимость, как инфраструктуры, так и абонентской аппаратуры.

Необходимость перехода объясняется лучшими техническими характеристиками цифрового транкинга перед аналоговыми системами, такими как большая спектральная эффективность за счет применения сложных видов модуляции сигнала и низкоскоростных алгоритмов речепреобразования, повышенная емкость систем связи. Цифровые системы в принципе позволяют более эффективно использовать радиочастотный спектр, т.е. увеличить количество разговорных каналов в отведенной полосе частот. Этот эффект обеспечивается благодаря сочетанию сильной компрессии речевого потока и сложной модуляции несущей частоты.

Существует еще одна причина для перехода к цифровым сигналам - выравнивание качества речевого радиообмена по всей зоне обслуживания ретранслятора. Для аналоговых систем характерно сильное ухудшение качества передачи речи при удалении от базовой станции. В условиях города, когда имеет место многолучевое распространение, качество заметно меняется даже при передвижении внутри одного квартала. Применение цифровых сигналов в сочетании с помехоустойчивым кодированием позволяет существенно улучшить качество передачи речи в пределах всей зоны обслуживания.[8]

16

Цифровые транкинговые системы по сравнению с аналоговыми имеют ряд преимуществ за счет реализации требований по повышенной оперативности и безопасности связи, предоставления широких возможностей по передаче данных, более широкого спектра услуг связи, возможностей организации взаимодействия абонентов различных сетей:

1) Высокая оперативность связи. Прежде всего, это требование означает минимально возможное время установления канала связи (время доступа) при различных видах соединений (индивидуальных, групповых, с абонентами телефонных сетей и пр.). В конвенциональных системах связи при передаче цифровой информации, требующей временной синхронизации передатчика и приемника, для установления канала связи требуется большее время, чем аналоговой системе. Однако для транкинговых систем радиосвязи, где информационный обмен, в основном, производится через базовые станции, цифровой режим сравним по времени доступа с аналоговым (и в аналоговых, и в цифровых системах радиосвязи, как правило, канал управления реализуется на основе цифровых сигналов).

Кроме этого, в системах цифровой транкинговой радиосвязи более просто реализуются различные режимы связи, повышающие ее оперативность, такие как режим непосредственной (прямой) связи между подвижными абонентами (без использования базовой станции), режим открытого канала (выделения и закрепления частотных ресурсов сети за определенной группой абонентов для ведения ими в дальнейшем переговоров без выполнения какой-либо установочной процедуры, в т. ч. без задержки), режимы аварийных и приоритетных вызовов и др.

Цифровые системы транкинговой радиосвязи лучше приспособлены к различным режимам передачи данных, что предоставляет, например, сотрудникам правоохранительных органов и служб общественной безопасности широкие возможности оперативного получения сведений из централизованных баз данных, передачи необходимой информации, включая изображения, с мест происшествий, организации централизованных диспетчерских систем местоопределения подвижных объектов на основе спутниковых радионавигационных систем. Данные системы позволяют потребителям нефтегазового комплекса использовать их как транспорт не только для передачи голосовой связи, но и для передачи телеметрии и телеуправления.

2) Передача данных. Цифровые системы транкинговой радиосвязи лучше приспособлены к различным режимам передачи данных, что предоставляет абонентам цифровых сетей широкие возможности оперативного получения сведений из централизованных баз данных, передачи необходимой

17

информации, включая изображения, организации централизованных диспетчерских систем местоопределения подвижных объектов на основе спутниковых радионавигационных систем. Скорость передачи данных в цифровых системах значительно выше, чем в аналоговых.

В большинстве систем радиосвязи на основе цифровых стандартов реализуются услуги передачи коротких и статусных сообщений, персонального радиовызова, факсимильной связи, доступа к фиксированным сетям связи (в т. ч. работающим на основе протоколов TCP/IP).

3)Безопасность связи. Включает в себя требования по обеспечению секретности переговоров (исключение возможности извлечения информации из каналов связи кому-либо, кроме санкционированного получателя) и защиты от несанкционированного доступа к системе (исключение возможности захвата управления системой и попыток вывести ее из строя, защита от «двойников» и т. п.). Как правило, основными механизмами обеспечения безопасности связи является шифрование и аутентификация абонентов.

Естественно, что в системах цифровой радиосвязи по сравнению с аналоговыми системами гораздо легче обеспечить безопасность связи. Даже без принятия специальных мер по закрытию информации цифровые системы обеспечивают повышенный уровень защиты переговоров (аналоговые сканирующие приемники непригодны для прослушивания переговоров в системах цифровой радиосвязи). Кроме того, некоторые стандарты цифровой радиосвязи предусматривают возможность сквозного шифрования информации, что позволяет использовать оригинальные (т. е. разработанные самим пользователем) алгоритмы закрытия речи.

Цифровые системы транкинговой радиосвязи позволяют использовать разнообразные механизмы аутентификации абонентов: различные идентификационные ключи и SIM-карты, сложные алгоритмы аутентификации, использующие шифрование, и т. п.

4)Услуги связи. Цифровые транкинговые системы реализуют современный уровень сервисного обслуживания абонентов сетей связи, предоставляя возможности автоматической регистрации абонентов, роуминга, управления потоком данных, различных режимов приоритетного вызова, переадресации вызова и т. д.

Наряду со стандартными функциями сетевого обслуживания по заявкам правоохранительных органов в стандарты цифровой транкинговой радиосвязи часто включают требования по наличию специфических услуг связи: режиму вызова, поступающему только с санкции диспетчера системы; режиму динамической модификации групп пользователей; режиму дистанционного включения радиостанций для акустического прослушивания обстановки и т. д.

18

5) Возможность взаимодействия. Цифровые системы радиосвязи, имеющие гибкую структуру адресации абонентов, предоставляют широкие возможности как для создания различных виртуальных сетей в рамках одной системы, так и для организации при необходимости взаимодействия абонентов различных сетей связи. Для служб общественной безопасности особенно актуальным является требование по обеспечению возможности взаимодействия подразделений различных ведомств для координации совместных действий при чрезвычайных ситуациях: стихийных бедствиях, террористических актах и т. п.

К наиболее популярным, заслужившим международное признание стандартам цифровой транкинговой радиосвязи, на основе которых во многих странах развернуты системы связи, относятся:

EDACS, разработанный фирмой Ericsson;

TETRA, разработанный Европейским институтом стандартов связи;

APCO 25, разработанный Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности;

Tetrapol, разработанный фирмой Matra Communication (Франция);

iDEN, разработанный фирмой Motorola (США).

Все эти стандарты отвечают современным требованиям к системам транкинговой радиосвязи. Они позволяют создавать различные конфигурации сетей связи: от простейших локальных однозоновых систем до сложных многозоновых систем регионального или национального уровня. Системы на основе данных стандартов обеспечивают различные режимы передачи речи (индивидуальная связь, групповая связь, широковещательный вызов и т. п.) и данных (коммутируемые пакеты, передача данных с коммутацией цепей, короткие сообщения и т. п.) и возможность организации связи с различными системами по стандартным интерфейсам (с цифровой сетью с интеграцией услуг, с телефонной сетью общего пользования, с учрежденческими АТС и т. д.). В системах радиосвязи указанных стандартов применяются современные способы речепреобразования, совмещенные с эффективными методами помехоустойчивого кодирования информации. [3]

19

5. ОБЗОР ПОПУЛЯРНЫХ СТАНДАРТОВ ЦИФРОВОЙ ТРАНКИНГОВОЙ РАДИОСВЯЗИ

5.1. Вводные замечания

Практически все ведущие мировые поставщики оборудования, системные интеграторы и операторы, а также многие крупные потребители услуг транкинговой радиосвязи объявили о своем переходе к цифровым системам. Основное соперничество на рынке стандартов, ориентированных не только на обычных корпоративных пользователей, но и на представителей правоохранительных органов и служб общественной безопасности, ведут

TETRA, APCO 25 и Tetrapol.[9]

Стандарты APCO 25 и TETRA являются открытыми, предоставляя возможность выпуска аппаратуры различным производителям. Стандарт APCO 25 разработан организацией, представляющей интересы потребителей средств профессиональной связи. Поэтому, в нем четко просматривается ряд характерных для такой связи признаков, делающих системы стандарта APCO 25 неудобными для коммерческих операторов.

Стандарт TETRA разрабатывался под эгидой Европейского Сообщества как общеевропейский и фактически представляет собой адаптацию стандарта сотовой связи GSM к специфическим требованиям потребителей услуг профессиональной связи. Следует отметить, что стандартизация спецификаций TETRA до сих пор официально полностью не завершена.

Наименование Tetrapol до недавнего времени относилось только к названию транкинговой системы, разработанной фирмой Matra Communications. Активно конкурируя со стандартом TETRA, фирма создает в 1994 г. организацию Tetrapol Forum. Последняя открывает в 1996 г. спецификации на систему Tetrapol (они называются PAS – Publicly available specifications) и

предпринимает активные усилия по принятию их в качестве альтернативного либо комплиментарного общеевропейского стандарта.[8]

5.2. Стандарт транкинговой связи TETRA

TETRA представляет собой стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, состоящий из ряда спецификаций, разработанных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Стандарт TETRA создавался как единый общеевропейский цифровой стандарт. Поэтому до апреля 1997 г. аббревиатура TETRA означала Трансевропейское транкинговое радио (Trans-European

20