Транкинговые системы радиосвязи

Рисунок 1.5. Топология многоуровневой сети

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНКИНГОВЫХ СЕТЕЙ

Перечислим основные признаки, лежащие в основе классификации тех или иных TCP.

Метод передачи речевой информации. По этому признаку TCP могут быть разделены на аналоговые и цифровые системы. В первом случае применяется частотная модуляция звукового сигнала. В радиоспектре с учетом ретрансляции один канал занимает две полосы частот по 12.5 кГц (в более ранних системах - 25,0 кГц). При использовании дуплексных радиостанций для выхода на ТФОП необходимо четыре таких полосы, значительно разнесенных по частоте с целью развязки передатчика и приемника. При использовании дуплексных систем резко сокращается пропускная способность системы. По этой причине в TCP ограничивают число дуплексных радиостанций, закрепляя их только за теми абонентами, которым необходим выход в телефонную сеть общего пользования.

В цифровых системах применяются специальные устройства – вокодеры, преобразующие звуковой сигнал в цифровой поток со скоростью в несколько килобит в секунду (типично – 4,8 кбит/с), и соответственно цифровые устройства модуляции радиосигала Применение цифровых сигналов позволяет обеспечить эффективную многократную ретрансляцию речевых сообщений без ухудшения качества, а также дает возможность засекречивания информации. Дуплексная связь в цифровых системах может быть выполнена на одной частоте с поочередной передачей цифровых пакетов между двумя радиостанциями («пинг–понг»).

Метод многостанционного  доступа. Многоканальные сообщения могут разделяться как по частоте, так и по времени. В соответствии с этим в TCP могут применяться как метод многостанционного доступа с частотным разделением каналов FDMA (МДЧР), так и метод многостанционного доступа с временным разделением каналов ТОМА (МДВР), а также их сочетание. В аналоговых транкинговых системах применяется исключительно FDMA. В большинстве цифровых TCP также, как правило, применяется FDMA, однако, например, в стандарте TETRA применено сочетание обоих методов.

Метод управления соединениями. Для выделения каналов и организации соединений между абонентами в TCP применяется два вида управления - распределенное (децентрализованное) и централизованное Распределенное управление используется главным образом в однозоновых системах или в сетях с малым количеством зон. При этом для осуществления соединения абонентская радиостанция осуществляет поиск свободного канала (сканирование). При большом числе абонентов это приводит к увеличению времени соединения до нескольких секунд, что критично для оперативной связи. Централизованное управление предполагает наличие отдельного канала управления и применяется при построении многозоновых систем.

Тип используемого протокола  управления. В TCP применяется большое число самых разнообразных протоколов управления: от открытых - стандартизированных и официально публикуемых - до закрытых - фирменных. Наиболее распространены открытые протоколы - SmarToink, MPT 1327 и TETRA. На их основе реализовано подавляющие число систем транкинговой связи.

3.   ТРАНКИНГОВАЯ СИСТЕМА SMARTRUNK

Наибольшую известность  при построении недорогих трзнкинговых радиосистем приобрели системы с децентрализованным протоколом управления типа SmarTrunk, разработанным в 1992 г. фирмой SmarTrunk Systems. Inc. В настоящее время выпускается второе поколение данной системы, получившей наименование SmarTrunk II. Структурная схема базового оборудования 4–канальной системы SmarTrunk II приведена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1. Структурная схема  базовой станции SmarTrunk II

Центральным элементом системы  является транкинговый контроллер, связанный с приемопередатчиком данного радиоканала. Он вырабатывает все управляющие сигналы, позволяющие абоненту осуществить занятие данного канала и соединение с другими абонентами. В базе данных контроллера содержится вся необходимая информация об абонентах системы – идентификационные коды абонентских станций, уровень приоритетности каждого абонента, разрешение выхода на телефонную сеть и т.д.

Соединение в системе  SmarTrunk II выполняется в следующей последовательности:

1. Вызывающая станция захватывает незанятый радиоканал и посылает запрос в виде цифрового пакета содержащего собственный идентификационный код. тип вызова и идентификационный код вызываемого абонента - номер абонента в радиосети или телефонный номер абонента телефонной сети.
2. В случае, если вызов адресован радиоабоненту, контроллер, получив запрос по каналу приема, посылает в канал передачи пилот-тон определенной частоты и длительности.
3. Все свободные абонентские станции сканируют каналы до тех пор пока не остановятся на канале, где присутствует пилот-тон.
4. Далее контроллер посылает в канал вызывной пакет, содержащий идентификационный код вызываемого абонента, тип вызова и идентификатор системы.
5. Вызываемая станция остается на данном канале, остальные возвращаются к режиму сканирования.
6. По завершении сеанса связи абонентская станция посылает завершающий цифровой пакет.
7. Получив данный пакет, контроллер посылает свой завершающий пакет, приняв который, обе станции возвращаются к режиму сканирования.

Все управляющие сигналы  формируются в полосе разговорного канала.

К положительной стороне  данной системы можно отнести  простоту и невысокую стоимость  оборудования, в первую очередь, абонентской станции. Последние обычно представляют собой обычные ЧМ радиостанции, усовершенствованные посредством размещения управляющего модуля. К недостаткам можно отнести невысокий уровень сервиса и продолжительное время установления соединения. Кроме этого, на основе протокола SmarTrunk нельзя создать полно ценную многозоновую систему транкинговой связи. Основные параметры данной системы сведены в таблице 2.1.:

Таблица 2.1. Основные параметры  системы SmarTrunk II

Диапазон частот	160, 330. 450 МГц
Тип модуляции для передачи голоса	Аналоговая ЧМ
Абонентское оборудование	Обычные радиостанции, оснащенные встраиваемыми модулями
Тип сигнализации	Цифровая 6PSK, передаваемая и голосовом диапазоне
Метод управления соединениями	Децентрализованное, основанное на поиске свободного канала абонентскими станциями
Время установления соединения	От 0,5 до 10 с. в зависимости  от числа абонентов
Максимальное число рабочих каналов в системе	16
Максимальное число абонентов  в системе	4096 (для систем с контроллерами  ST-853)

 

4. ТРАНКИНГОВЫЕ  СИСТЕМЫ ПРОТОКОЛА МРТ 1327

Своим наименованием данный протокол обязан документу, разработанному в Великобритании в 1988 г. в качестве стандарта Министерства почт и телеграфов. В настоящее время протокол МРТ 1327 получил наибольшее распространение в странах Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона. На основе этого протокола строятся большие ведомственные, региональные и национальные сети связи.

Существует целый ряд  транкинговых систем, поддерживающих данный протокол и выпускаемых различными производителями – Fykie Microsystems, Tait Electronics, Nokia и др. В России наибольшее распространение получила система ACCESSNET фирмы RohCe & Schwartz.

В основу протокола МРТ 1327 положен ряд принципов:

• Выделенный канал управления Системы протокола МРТ 1327 строятся с выделенным каналом управления, в качестве которого используется один из каналов базовой станции. Остальные каналы являются каналами трафика и предназначены для обмена речевыми сообщениями и для передачи данных
• Обслуживание с очередями Если вы?ов поступает в момент, когда все каналы заняты он будет поставлен в очередь и обслужен в соответствии с приоритетом абонента.
• Произвольный доступ. В момент запроса на соединение по каналу управления существует опасность столкновения запросов от других станций. Для разрешения подобных конфликтов применяется алгоритм произвольного доступа
• Роуминг. Протокол предусматривает возможность для абонентских станций информировать центральный контроллер о своем местонахождении.
• Открытость стандарта. Это позволяет различным производителям выпускать совместимое оборудование. В таком случае потребитель не привязан к какому-то одному поставщику и может выбирать то или иное оборудование

Сигналы управления между базовой и абонентскими станциями, а также между контроллерами базовых станций передаются по каналу управления в цифровом виде со скоростью 1200 бит/с. При этом идет практически непрерывный обмен сообщениями между базовой и абонентской станциями.

Для осуществления взаимодействия существует ряд стандартных команд–сообщений, обозначаемых тремя или четырьмя символами (ALH, RQS. АСК и т.д.).

На первоначальной стадии обработки вызовов имеет место  следующий обмен сигналами:

• Базовая станция посылает в канал сообщение–приглашение ALH, означающее готовность принимать сообщения от абонентских станций в течение указанного времени.
• Некоторое время базовая станция находится в режиме приема, если в течение этого интервала никто не ответил, - вызов повторяется.
• Если за время, отведенное на прием, поступил вызов, то базовая станция начнет ту или иную процедуру установления соединения в соответствии с типом запроса.

Для разрешения проблемы столкновений запросов от абонентских станций  применяется алгоритм произвольного  доступа (ALOHA). Смысл его состоит в том, что запросы от станций поступают не в строго определенные, а в случайные моменты времени. Тем самым снижается вероятность наложения запросов во времени.

Процесс установления соединения между двумя радиоабонентами иллюстрирует диаграмма на рис 2.2.:

Рисунок 2.2. Обмен управляющими сигналами при установлении соединения

Емкость системы. Спецификации протокола МРТ 1327 дают возможность получить следующие максимальные значения параметров транкинговой системы:

• 1 036 800 абонентских адресов;
• 32 768 идентификационных кодов;
• 1024 управляющих каналов транкинга.

В соответствии с величинами этих параметров системы подразделяются на региональные (до 16 сот в каждой системе) и национальные (максимум 2 системы по 512 сот каждая).

Следует отметить, что спецификации протокола МРТ 1327 не накладывают принципиальных ограничений на инфраструктуру самой сети и могут использоваться как для создания простейших однозоновых, так и для создания крупных сетей радиосвязи с практически неограниченным числом абонентов. Конкретная система не реализует все функции, предусмотренные в стандарте МРТ 1327, - она может предоставлять лишь необходимый минимальный набор, удовлетворяющий требованиям заказчика. Это обеспечивает возможность создания на базе спецификаций данного протокола широкого спектра прикладных систем.

Различия в оборудовании разных фирм-производителей (среди  которых Rohde & Schwartz. Tait Electronics. Fylde Microsystems. Nokia. Zetron и др.) определяются именно полнотой реализации спецификаций МРТ 1327.

В заключение заметим, что  данный протокол поддерживают главным образом аналоговые системы. Однако сам по себе протокол МРТ 1327 не накладывает ограничений на тип радиоканала и виды модуляции Сегодня существуют и полностью цифровые системы, реализованные на базе протокола МРТ 1327, например система ACCESS- NET-D компании Rohde & Schwartz.

5. ЦИФРОВЫЕ  ТРАНКИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ

Цифровые транкинговые системы предоставляют своим пользователям ряд преимуществ перед аналоговыми системами:

• Конфиденциальность переговоров Применение криптостойких алгоритмов скремблирования позволяет обеспечить гарантированную защиту от прослушивания информации, что очень важно для большинства пользователей транкинговой связи. При этом, в отличие от аналоговых методов шифрования, качество восстановленного сигнала не ухудшается.
• Эффективное использование радиочастотного спектра. Применение низкоскоростных кодеров речи (вокодеров) в сочетании с методами цифровой модуляции и цифровыми технологиями множественного доступа позволяет по сравнению с аналоговыми системами более эффективно использовать полосу частот. В частности, стандарт TETRA определяет значение для частотной полосы канала равным 6,25 кГц на один канал против 12,5 кГц, принятых в аналоговых системах. Предполагается, что в будущих цифровых стандартах этот показатель будет еще меньше.
• Помехоустойчивая ретрансляция сигналов. В аналоговых системах промежуточные ретрансляторы усиливают радиосигнал, но не «очищают» его от помех канала. В результате при многократной ретрансляции шумы накапливаются и качество сигнала значительно ухудшается. Наоборот, в цифровых ретрансляторах происходит восстановление сигнала, в результате чего качество связи практически не зависит от размеров зоны обслуживания.
• Эффективная передача данных. При передаче данных по цифровым каналам нет необходимости в применении специальных модемов.

В настоящее время выпускается целый ряд цифровых транкинговых систем. Однако наибольшие перспективы связываются с применением стандарта TETRA.

6. ОСОБЕННОСТИ СТАНДАРТА TETRA

TETRA (TErresinal Trunked Radio – наземная транкинговая связь) – наиболее полно разработанный открытый международный стандарт цифровой транкинговой связи. Разработан Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) и стал результатом международного сотрудничества правительственных органов, производителей оборудования, компаний, предоставляющих услуги мобильной радиосвязи, и организаций-пользователей. Основные составляющие стандарта TETRA были утверждены представителями 22 государств Европы В настоящее время стандарт TETRA вышел за рамки европейского региона и получает широкое распространение во всем мире.