Профессиональные подвижные системы

БЕСПРОВОДНЯ ТЕЛЕФОНИЯ

В 1876 г. Александр Грэхем Белл решил проблему передачи звукового сигнала на дальние расстояния, когда изобрел. При работе телефона происходит трансформация звукового электрического сигнала, который распространяется по витой паре проводов. Когда сигнал затухает до определенного уровня, он усиливается и таким образом достигает места назначения.

В 1888 г. Генрих Рудольф Герц передал и принимал «невидимые силовые волны». Во время его эксперимента осуществлялась передача короткой по продолжительности несущей волны (частотой 100 Гц) от импульсного источника: Регистрация этой волны осуществлялась с помощью вспышки, возникавшей в небольшом зазоре одновитковой спирали, размер которой был подобран таким образом, чтобы настроиться на частоту передаваемого сигнала. Эти волны передавались по воздуху. Позднее процесс получил название «искровое радио». В ознаменование этого открытия Герца единица частоты, ранее обозначавшаяся как количество циклов в секунду, в 1960 г. была переименована и названа в его честь.

В 1896 г. Гильермо Маркони сумел передать информацию на расстояние несколько километров, используя для этого электромагнитные волны. Информация представляла собой телеграфные сигналы (азбуку Морзе). Сам Маркони назвал этот процесс радио. В 1901 г. Маркони передал первое сообщение через Атлантический океан.

В 1905 г. Реджинальд Фессенден применил радио для передачи речи и музыки. Огромное количество людей пришло в изумление, когда среди многочисленных широковещательных сообщений, передававшихся азбукой Морзе, услышали голос Фессендена, комментировавший результаты регаты в Нью-Иорке. В 1921 г. в Соединенных Штатах Америки состоялась первая коммерческая радиопередача.

Вскоре стало понятно, что если использование радиочастот не будет строго регулироваться, это приведет к хаосу. Закон о радио от 1912 г. обязывал каждого, кто собирает радиоприемник, регистрировать его в коммерческом департаменте, однако не предусматривал никаких мер по регулированию использования спектра радиоволн. На основании Закона о радио от 1927 г. и Закона о связи от 1934 г. была создана Федеральная комиссия связи (FСС, Fеdегаl Соmmunications Соmmunission). Кроме того, эти законодательные акты обеспечили правительству США широкие возможности правового регулирования применения спектра радиочастот в Соединенных Штатах. Контроль над использованием спектра радиочастот государственными организациями осуществляет Национальная администрация по связи и информации (NТIА, Natiоnаl Те1есоmmuniсаtiоn аnd Infoгnаtiоn Аdministгаtiоn), в то время как использование спектра радиочастот всеми остальными лицами и организациями находится в ведении FСС.

Доплеровский сдвиг. частота радиосигнала может изменяться вследствие относительного движения передатчика и приемника.

Телекоммуникации - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры современного общества. Этому способствуют постоянный рост спроса на услуги связи и информацию, а также достижения научно-технического прогресса в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники. Анализ тенденций и мирового опыта развития электросвязи, а также результаты прогнозных исследований Международного союза электросвязи (МСЭ) показывают, что на рубеже ХХ - ХХI вв. человечество вплотную подошло к реализации так называемых «предельных» задач в области развития телекоммуникаций - глобальных персональных систем связи. Глобальность связи обеспечивается созданием Всемирной сети связи, в которую интегрируются национальные (федеральные) и входящие в них региональные и ведомственные сети связи, что позволит любому абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земного шара. При осуществлении персональной связи любой абонент сможет пользоваться телекоммуникационными услугами по своему личному номеру, который он получит с момента рождения и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи.

В настоящее время во многих странах, в том числе и в России, ведется интенсивное внедрение систем персонального радиовызова, сотовых сетей подвижной связи и систем спутниковой связи. Такие системы и сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Подвижными объектами являются наземные транспортные средства или человек, имеющий портативную носимую абонентскую радиостанцию (пользовательский терминал). Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую (планы местности, графики движения и т.п.), медицинскую, аудио-, видеоинформацию и многое другое. Особое значение эти системы и сети приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, различных баз данных, государственных и коммерческих компьютерных сетей.

Увеличение объема информации требует сокращения времени ее передачи и получения. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, автомобильных и портативных сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов), которые дают возможность сотрудникам ГПС вне стационарного рабочего места получать необходимую информацию и оперативно решать возникающие вопросы.

Преимущества подвижных систем связи состоят в следующем:

• у абонента нет необходимости присутствовать в строго определенном месте при проведении сеанса связи, что позволяет ему получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей связи;

• возможность подключения к подвижным сетям связи всех действующих стандартов, сопрягаемых с персональными компьютерами. Используемые системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы:

• ведомственные (или частные) профессиональные подвижные системы радиосвязи;

• системы персонального радиовызова;

• системы сотовой подвижной радиосвязи;

• спутниковые системы связи.

РАДИОСВЯЗИ

Профессиональные подвижные системы радиосвязи РМR (Ргоfеssiопаl Моbilе Radiо) развиваются уже более 50 лет. Как правило, они имеют радиальную или радиально-зоновую структуру сети и могут использовать как симплексные, так и дуплексные каналы радиосвязи. Первыми в России стали использоваться ведомственные подвижные системы профессиональной связи, так как в условиях ограничений на радиосвязь возможность ее применения для связи с подвижными абонентами предоcтавлялась в первую очередь государственным структурам (органам внутренних дел, пожарной охране, экстренным службам и т.д.). Для них были разработаны и используются до настоящего времени такие комплексы оборудования радиосвязи, как «Лен», «Виола», «Гранит», «Вилия» и др. В последние годы развитие этих и им подобных систем было направлено на расширение функциональных возможностей, видов услуг, улучшение качественных характеристик и обеспечение конфиденциальности связи.

Результатом предпринятых усилий явились такие комплексы, как «Маяк» и «Сапфир». Созданы отечественные цифровые и аналогово-цифровые радиостанции «Альфа», «Риф» и другие с автоматическим поиском свободного канала связи (транкинговые), цифровой маскировкой и шифрованием передаваемой информации.

В транкинговых подвижных системах радиосвязи достигается наиболее эффективное использование выделенных радиоканалов. Различают транкинговые системы с последовательным (сканирующим) поиском свободного канала связи и системы с выделенным каналом управления. Основным недостатком сканирующих транкинговых систем является значительное время установления связи, поэтому их использование эффективно при небольшом количестве каналов (до 10).

Наиболее распространены транкинговые системы с выделенным каналом управления, использующие аналоговые стандарты: МРТ1З27, МРТ1ЗI7, МРТ1З4З, МРТ1347. Известны и аналоговые системы с совмещенным каналом управления, в которых сигналы управления передаются в полосе частот, расположенной ниже спектра речевого сигнала (от 0 до 15 Гц).

Подвижные системы связи обеспечивают своих абонентов качественной связью не только в пределах отдельно взятого региона (район, город, область и т.п.), но и в глобальном масштабе (страна, континент). Такой режим работы называется роумингом (гоаm - скитаться, блуждать). Для организации роуминга необходимо, чтобы системы были одного стандарта или имели специальное оборудование, позволяющее абонентам систем разных стандартов связываться друг с другом.

По принципу организации связи различают три вида роуминга:

• ручной - простой обмен одного средства связи на другое;

• полуавтоматический, когда абоненту необходимо зарегистрироваться у местного оператора;

• автоматический, предоставляющий абоненту возможность выйти на связь «в любое время и в любом месте».

Общей тенденцией развития профессиональных подвижных систем радиосвязи является переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью. Так, с 1997 г. стали применяться системы общеевропейского стандарта ТЕТRА (Тгаns Еuгореаn Тгunkеd Rаdiо) - ЕТS 300.392, ЕТS 300.394, разработанные Европейским институтом стандартов связи (ЕТSI). Системы этого нового стандарта обеспечивают передачу речевых сообщений в цифровой форме и используют частотно-временное разделение каналов. Этим стандартом предусматривается опознавание абонента и организация прямой связи между абонентами без участия базовых станций. Передача данных происходит со скоростью до 28,8 Кбит/с.

Основными требованиями, предъявляемыми абонентами и операторами к профессиональным подвижным системам связи, являются:

• обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения подвижных абонентов;

• возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи;

• оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях;

• обеспечение связи через центры управления;

• возможность приоритетного установления каналов связи;

• низкие энергетические затраты подвижной станции;

• конфиденциальность разговоров.

Создание транкинговой системы остается одним из эффективных способов организации сети профессиональной радиосвязи. В сфере аналоговых технологий перспективным остается стандарт МРТ1З27, а цифровых - создание систем на базе открытых международных стандартов ТЕТRА и АРСО 25.

Стандарт МРТ1З27 достаточно универсален и позволяет создавать системы различного назначения: общего пользования, корпоративные или смешанные, удерживая лидирующее положение по соотношению стоимости оборудования и набора предлагаемых услуг. Недостатком стандарта являются ограниченные возможности по передаче данных, затрудняющих интеграцию сетей МРТ1З27 в перспективные АСУ, предусматривающие активный обмен с компьютерными сетями. Минимальное время установления соединения для систем МРТ1З27 составляет 0,3 - 0,4 с (в пределах одной зоны обслуживания). Важным преимуществом систем МРТ1З27 является возможность работы в многозоновой конфигурации. Аппаратура стандарта МРТ1З27 выпускается для диапазонов частот 160, 330, 430, 450 и 800 МГц.

Системы стандарта ТЕТRА могут предоставить абонентам беспрецедентно широкий набор услуг, способный удовлетворить потребности самых разных потребителей - от силовых структур до индивидуальных коммерческих пользователей. Сети ТЕТRА, в отличие от аналоговых транкинговых систем, предоставляют услуги пакетной коммутации. Практически все производители систем этого стандарта реализовали поддержку протокола IР, что позволяет системы ТЕТRА легко интегрировать во все существующие и перспективные АСУ. Ведется доработка стандарта, которая позволит увеличить дальность связи зоны обслуживания с 5 - 10 км до 90 - 120 км. Время установления соединения внутри одной зоны ТЕТRА составляет 0,2 с. Оборудование ТЕТRА выпускается для диапазонов частот 390, 430 и 450 МГц. Одним из перспективных путей использования ТЕТRА является преобразование сетей аналоговой сотовой связи NМТ-450 в цифровую.

Стандарт АРСО25 создан в интересах правоохранительных структур и служб общественной безопасности. По функциональности он примерно соответствует стандарту ТЕТRА, проигрывая ему в области пользовательского сервиса. Стандарт предусматривает развитый набор услуг передачи данных, поэтому системы, использующие его, могут быть эффективно интегрированы в АСУ различного назначения.

Благодаря использованию технологии FDМА, радиус зон обслуживания систем АРСО25 может достигать нескольких десятков километров, среднее время установления соединения между двумя подвижными абонентами в сетях АРСО25 меньше, чем в сетях ТЕТRА, из-за большей площади зон обслуживания, свойственной АРСО25. Передача данных осуществляется в режиме коммутации пакетов, а поддержка протокола IР обеспечивает интеграцию сетей этого стандарта с различными АСУ. Аппаратура стандарта АРСО25 выпускается для диапазонов частот 138 - 174, 406 - 512 и 746 - 869 МГц.

Подвижная связь остается одним из самых перспективных сегментов рынка спутниковой связи. Здесь в полной мере проявляются такие уникальные возможности, как глобальный охват территории Земли и одинаково высокое качество услуг, независимо от местоположения абонентов. После прекращения эксплуатации системы «Иридиум» практически единственным монополистом в этой области остается «Инмарсат», чьими услугами пользуется около 145 тыс. абонентов во всем мире. Работу системы обеспечивают пять спутников третьего поколения. Потребителям предлагается на выбор достаточно широкий модульный ряд абонентских терминалов, в том числе и малогабаритных, К широкомасштабной эксплуатации движется система «Глобалстар», реализуются планы создания системы IСО, возрастает интерес к сетям спутникового доступа к информационным ресурсам Интернета. К таким системам относятся DirecPC, NetSat Direct, Direct Internet, ZakNet и др. Они обеспечивают асимметричный доступ, при котором информация со стороны пользователей передается по относительно низкоскоростному наземному телефонному каналу, а в обратном направлении - по высокоскоростному (сотни Кбит/с) спутниковому каналу. Ожидается, что в ближайшей перспективе спутниковые компании будут контролировать до 20 % рынка широкополосного доступа в Интернет.

ТРАНКИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

С увеличением числа потребителей резко возрастает дефицит рабочих частот для повышения эффективности использования каждой рабочей частоты предложено применять транкинговые системы.

Под транкингом понимается динамическое распределение ограниченного количества каналов связи среди большого числа абонентов. Управление доступом к свободным радиоканалам осуществляет транкинговая система, а не пользователь. Как и в телефонной сети, абонент может указать конечный пункт, а не маршрут, по которому будет произведено соединение двух корреспондентов (пользователей).

Сейчас разработаны в основном две группы транкинговых систем. Первая группа осуществляет работу в диапазоне 800 МГц и включает в себя большинство американских систем.

Вторая группа - это системы, разработанные первоначально в Великобритании для организации радиотелефонных сетей в диапазоне 174 - 225 МГц. В настоящее время выпускается радиооборудование для транкинговьих систем связи практически во всем диапазоне частот от 66 до 900 МГц многими фирмами, что позволяет им постоянно развиваться и совершенствоваться.

К транкинговым (транковым) системам относятся радиальнозоновые системы наземной подвижной радиосвязи, использующие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами, в совокупности заполняющие обширную нишу между «обычными» портативными радиостанциями и сотовыми телефонами.

С технической точки зрения современные транкинговые системы имеют не так уж много существенных отличий от сотовых систем. Основная разница заключается, скорее, в их функциональном назначении. Транкинговьие системы, как правило, предназначены для организации замкнутых производственных сетей, где основная доля трафика (до 90 %) приходится на внутренние связи. Применение находят абонентские терминалы различных типов: персональные, мобильные, стационарные. Площадь обслуживаемой территории может достигать размеров административного района или области. Ядро системы - базовая станция, являющаяся многоканальным интеллектуальным ретранслятором. Известны и разветвленные многозоновые системы, где одновременно функционируют несколько базовых станций, связанных между собой магистральными линиями связи. В зависимости от типа застройки обслуживаемого района, класса абонентского оборудования, высоты установки антенны и рельефа местности транкинговая система позволяет обслуживать зоны радиусом от 2 до 80 км одной базовой станцией.

Существует три основные конфигурации транкинговых систем связи: однозоновая; многозоновая, включающая несколько однозоновых; и региональная, объединяющая несколько многозоновых.

Однозоновая система. Базовая станция состоит из ретрансляторов с канальными контроллерами (по одному на каждый канал) и зонового контроллера. Один из каналов является управляющим, остальные - рабочими. Управляющий канал используется для передачи.

На 16 каналах может быть обеспечена работа до 4000 абонентов, при этом возможна связь как между двумя подвижными абонентами, так и подвижного абонента с абонентом ГАТС, и наоборот. Для России в настоящее время эксплуатируется система Smar Тrunk II в диапазоне частот 146 - 174 и 400 - 470 МГц (система имеет терминал телефонного подключения для выхода в АТС, который установлен в одном корпусе с зоновым контроллером).

В отличие от сотовых сетей в транкинговых системах для соединения базовых станций, включающих 8 частотных каналов на 1100 абонентов, встает задача расчета так называемого координационного расстояния, т.е. минимального территориального разноса базовых станций, при котором возможно работать на совпадающих частотах.

Таким образом, транкинговые системы позволяют наиболее эффективно использовать частотный спектр и организовать сети радио и радио- телефонной связи.

Основные преимущества транкинговой системы связи:

1. Эффективное использование частотного спектра даже для небольшого гарнизона пожарной охраны.

2. Возможность связи подвижного абонента с любым абонентом города, и наоборот.

3. Существенная экономическая выгода внедрения такой системы, так как для соединения базовых станций используются существующие телефонные каналы связи (например, в сотовых системах нужны свои выделенные нормированные каналы проводной связи). 20 абонентов сотовой системы платят на 100 тыс, дол. в год больше, чем в транкинговой системе связи.

4. Канал управления позволяет обеспечить: возможность ведения групповых и индивидуальных разговоров и связи с абонентами АТС; автоматическую постановку на очередь, когда заняты все каналы; присвоение абонентам до 8 уровней приоритета.

Стоимость монтажа базовой станции под ключ не менее 5000 дол. США, абонентской станции – 500-1000 дол. США. В настоящее время большинство транкинговых систем подвижной связи используют оборудование стандарта МРТ 1327 с централизованным управлением.

Алгоритм работы системы. Структурная схема транкинговой системы радиотелефонной связи представлена на рис. 3.34. Соединение между двумя абонентскими мобильными станциями (АС) происходит следующим образом.

профессиональные подвижные системы - student2.ru

Рис. 3.34. Структурная схема транкинговой системы радиотелефонной связи:

канал управления и сбора информации о местонахождении АС;

ЦК - центральный контроллер

В режиме ожидания все АС находятся на приеме на канале fук (канал управления может быть использован для передачи важных сообщений, например, аварийных вызовов). Для вызова АС на f_ук посылают запрос на зоновый контроллер (ЗК), который выбирает свободный рабочий канал (один из 8) и сообщает на f_ук канале обеим АС об этом рабочем канале (f_1-7). После этого обе АС переключаются на рабочий канал f_р и связываются между собой. После окончания сеанса связи обе АС освобождают f_р и переключаются на частоту f_ук. Рабочий канал освобождается и поступает в общее пользование для всех абонентов сети связи.

В многозоновой системе часть каналов в каждой зоне выделяется под обслуживание межзоновых коммутаций. Базовые станции различных зон должны соединяться линиями связи. Для этого используются обычные абонентские телефонные линии ГАТС, что позволяет в несколько раз снизить стоимость системы.

Зоновый контроллер запрашивает центральный контроллер (ЦК) о месте нахождения вызываемого абонента. Если он находится в той же зоне, то дальнейшее соединение происходит так, как было описано выше.

Если вызываемый абонент находится в другой зоне, ЦК разрешает маршрут соединения и отправляет сигнал на ЗК, который обеспечивает связь с нужной зоной по коммутируемой им выделенной линии. В дальнейшем связь базовых станций должна осуществляться на рабочих частотах f1 – f8.

Для выхода в телефонную сеть или вызова АС пользователь должен набрать идентификатор абонента или телефонный номер, затем ввести команду, состоящую из одной цифры, и завершить набор нажатием клавиши «*». После этого АС на fук передает пакет с запросом на соединение, содержащий в себе номер вызываемого абонента. В случае приема базовой станцией пакета вызова она выдает сигнал подтверждения и производит либо передачу вызова нужной АС, либо набор телефонного номера сети общего пользования. Если АС не удается установить соединение, то она выдает пользователю тональный сигнал «занято» и продолжает работу (или сканирование каналов) на fук ожидая нового вызова.

Каждая АС в данной системе имеет два идентификатора: персональный и групповой. Любой абонент, набрав групповой идентификатор, установленный у определенной группы пользователей, может связаться сразу со всеми пользователями этой группы, не занятыми переговорами в других каналах (это может быть необходимо для связи руководителя со своими подчиненными).

Транкинговые сети общего пользования в основном развертываются как средство более доступной по стоимости альтернативы сотовым сетям.

Основными услугами являются различные виды голосовой связи (между парой абонентских станций, группой станций, диспетчерская связь и т.д.). Существенно реже в транкинговых сетях осуществляется передача данных (коротких сообщений и файлов произвольной длины), хотя отмечается тенденция к повышению удельного веса этих услуг. В большинстве случаев связь аналоговая (стандарты Smar Тгunk и многие другие), но существуют и полностью цифровые системы (например, стандарт ТЕТRА). Тенденция перехода к цифровой связи достаточно выражена. Некоторые системы занимают промежуточное положение, обеспечивая голосовую связь в аналоговом виде, а передачу данных - по цифровому каналу (при этом часто используется канал управления). Скорость передачи данных невысока и составляет порядка нескольких килобит в секунду (это не относится к новым цифровым стандартам, где скорость может достигать существенно больших значений).

Достоинством транкинговых сетей является быстрое установление соединений (около 0,3 с) и простота организации групповой связи. Эти достоинства особо ценятся в сетях специальной связи.

Большинство действующих транкинговых систем используют полудуплексные абонентские станции. Во многом это объясняется их относительно невысокой стоимостью. В то же время вновь разрабатываемые и развертываемые системы рассчитаны, как правило, на дуплексную связь. Это гораздо удобнее для потребителей и позволяет организовать соединение абонентов транкинговьих сетей и сетей общего пользования.

Еще одной особенностью транкинговых систем является их разнообразие. Абонентская аппаратура и базовые станции выпускаются множеством фирм во всем мире. Известно большое количество стандартов и систем, построенных на их основе. К сожалению, взаимная совместимость здесь поддерживается, как правило, только на «внутривидовом» уровне. Это обстоятельство необходимо учитывать при развертывании и модернизации сетей.

Транкинговые системы обладают хорошими возможностями для организации корпоративных сетей с услугами голосовой связи и низкоскоростной передачи данных в пределах ограниченного региона с предоставлением каналов по запросу. Наличие принципиальной возможности сопряжения их с другими техническими средствами телекоммуникационной сети компании через сети общего пользования или учрежденческие АТС позволяет создавать достаточно гибкие и универсальные информационные подсети.

Небольшая транкинговая сеть может быть собственностью одной компании или принадлежать сразу нескольким компаниям, причем у каждой будет возможность создания на ее основе своей виртуальной подсети. Такие системы действуют на ограниченной территории и обслуживаются одной базовой станцией. Они могут развертываться и эксплуатироваться непосредственно самими потребителями услуг.

Особенности выбора систем связи. При приобретении сотового телефона или пейджера стандарт обычно не играет определяющей роли. Гораздо важнее зона обслуживания, репутация местного оператора сети, тарифы. Иногда важное значение имеют дополнительные услуги (например, автоматический роуминг с интересующими регионами).

Ниже приводятся некоторые особенности, которые могут играть определенную роль при проектировании и развертывании транкинговых сетей:

• дешевыми являются аналоговые системы (например, представители стандарта Smar Тгunk II)

• МРТ1З27 широко распространен во многих странах и фактически европейским стандартом. Он же рекомендован в качестве стандарта для построения сети федеральной транкинговой связи в России;

• ТЕТRА является перспективным цифровым стандартом, с которым страны ЕС связывают будущее своих транкинговых сетей, однако стоимость оборудования данного стандарта достаточно высока;

• перспективный стандарт АРСО 25 отличается удобной открытой архитектурой; допускает использование обычных аналоговых радиостанций; стоимость оборудования высокая.

Независимо от стандарта общим для всех систем является требование по удобству сопряжения с другими сегментами корпоративной сети, построенными на базе иных каналов связи: кабельных, радиорелейных, спутниковых.

РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

Радиорелейные линии связи являются дублирующими линиями передачи, необходимыми для обеспечения надежности сети связи распределенных территориальных объектов.

К преимуществам радиорелейной связи относятся:

• возможность быстрого развертывания линии связи с небольшими капитальными затратами;

• удобство организации связи между многими объектами, расположенными на достаточно больших расстояниях, например: на нефтепроводах, газопроводах, железных дорогах;

• возможность организации связи в горных районах и других труднодоступных местах;

• невысокие эксплуатационные расходы.