Транкинговые системы связи

 

ОБЩИЙ ОБЗОР СТАНДАРТОВ ЦИФРОВОЙ ТРАНКИНГОВОЙ РАДИОСВЯЗИ

По материалам издания "Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи"
© Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И., 2000


Системы транкинговой радиосвязи, представляющие собой радиально-зоновые системы подвижной УКВ радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами, являются классом систем подвижной связи, ориентированным, прежде всего, на создание различных ведомственных и корпоративных сетей связи, в которых предусматривается активное применение режима связи абонентов в группе. Они широко используются силовыми и правоохранительными структурами, службами общественной безопасности, транспортными и энергетическими компаниями различных стран для обеспечения связи подвижных абонентов между собой, со стационарными абонентами и абонентами телефонной сети.
Существует большое количество различных стандартов транкинговых систем подвижной радиосвязи общего пользования (СПР-ОП), отличающихся друг от друга методом передачи речевой информации (аналоговые и цифровые), типом многостанционного доступа (с частотным разделением каналов (МДЧР), временным (МДВР) или кодовым (МДКР)), способом поиска и назначения канала (с децентрализованным и централизованным управлением), типом канала управления (выделенный и распределенный) и другими характеристиками.
В настоящее время широко распространены появившиеся раньше аналоговые транкинговые системы радиосвязи такие, как SmarTrunk, системы протокола МРТ 1327 (ACCESSNET, ACTIONET и др.), cистемы фирмы Motorola (Startsite, Smartnet, Smartzone), системы с распределенным каналом управления (LTR и Multi-Net фирмы E.F.Johnson Co и ESAS фирмы Uniden). Некоторые из них используются правоохранительными органами различных стран для построения своих сетей подвижной радиосвязи.
Цифровые стандарты транкинговой радиосвязи пока не получили такого широкого распространения в связи с более высокой стоимостью оборудования. Вместе с тем, круг пользователей цифровых транкинговых систем постоянно расширяется, что объясняется рядом их преимуществ перед аналоговыми системами такими, как большая спектральная эффективность за счет применения сложных видов модуляции сигнала и низкоскоростных алгоритмов речепреобразования, повышенная емкость систем связи, выравнивание качества речевого обмена по всей зоне обслуживания базовой станции за счет применения цифровых сигналов в сочетании с помехоустойчивым кодированием. 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.
Цифровые транкинговые системы по сравнению с аналоговыми обеспечивают ряд преимуществ за счет реализации требований по повышенной оперативности и безопасности связи, предоставлению широких возможностей по передаче данных, более широкому спектру услуг связи (включая специфические услуги связи для реализации специальных требований служб общественной безопасности), возможностям 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 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.
  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 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 гораздо легче обеспечить безопасность связи по сравнению с аналоговыми. 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.
  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:

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, телефонной сетью общего пользования, учрежденческими АТС и т.д.). В системах радиосвязи указанных стандартов применяются современные способы речепреобразования, совмещенные с эффективными методами помехоустойчивого кодирования информации. Все системы допускают возможность использования дуплексной радиосвязи. Производители радиосредств обеспечивают соответствие их стандартам MIL STD 810 по различным климатическим и механическим воздействиям.

EDACS

По материалам издания "Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи"
© Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И., 2000


 

EDACS

Одним из первых стандартов цифровой транкинговой радиосвязи был стандарт EDACS (Enhanced Digital Access Communication System), разработанный фирмой Ericsson (Швеция). Первоначально он предусматривал только аналоговую передачу речи, однако позднее была разработана специальная цифровая модификация системы EDACS Aegis.
Система EDACS работает в соответствии с закрытым фирменным протоколом, отвечавшим требованиям по безопасности пользования системами транкинговой радиосвязи, которые были разработаны рядом фирм-производителей оборудования подвижной связи совместно с правоохранительными органами (Документ APS 16).
Цифровые системы EDACS выпускаются на диапазоны частот 138-174 МГц, 403-423. 450-470 МГц и 806-870 МГц с разносом частот 30; 25; и 12,5 кГц.
В системах EDACS применяется частотное разделение каналов связи с использованием высокоскоростного (9600 бит/с) выделенного канала управления, который предназначается для обмена цифровой информацией между радиостанциями и устройствами управления работой сиситемы. Это обеспечивает высокую оперативность связи в системе, время установления канала связи в однозоновой системе не превышает 0,25 с. Скорость передачи информации в рабомчем канале также соответствует 9600 бит/с.
Речевое кодирование в системе производится путем компрессии импульсно-кодовой последовательности со скоростью 64 Кбит/с, полученной с помощью аналого-цифрового преобразования сигнала с тактовой частотой 8 кГц и разрядностью 8 бит. Алгоритм компрессии, реализующий метод адаптивного многоуровневого кодирования (разработка фирмы Ericsson), обеспечивает динамическую адаптацию к индивидуальным характеристикам речи абонента и формирует низкоскоростную цифровую последовательность, которая подвергается помехоустойчивому кодированию, доводящему скорость цифрового потока до 9,2 Кбит/с. Далее сформированная последовательность делится на пакеты, в каждый из которых включаются сигналы синхронизации и управления. Результирующая последовательность передается в канал связи со скоростью 9600 бит/с.
Основными функциями стандарта EDACS, обеспечивающими специфику служб общественной безопасности, являются различные режимы вызова (групповой, индивидуальный, экстренный, статусный), динамическое управление приоритетностью вызовов (в системе может использоваться до 8 уровней приоритета), динамическая модификация групп абонентов (перегруппировка), дистанционное выключение радиостанций (при утере или краже радиосредств).
Системы стандарта EDACS обеспечивают возможность работы радиосредств как в цифровом, так и в аналоговом режиме, что позволяет пользователям на определенном этапе использовать старый парк технических средств радиосвязи.
Одной из основных задач, которая ставилась при разработке системы, было достижение высокой надежности и отказоустойчивости сетей связи на основе данного стандарта. Эта цель была достигнута, что подтверждается надежной и устойчивой работой систем связи в различных регионах мира. Высокая отказоустойчивость обеспечивается реализацией в аппаратуре системы EDACS распределенной архитектуры и заложенным принципом распределенной обработки данных. Базовая станция сети связи сохраняет работоспособность даже в случае отказа всех ретрансляторов кроме одного. Последний работоспособный ретранслятор в этом случае в исходном состоянии работает как ретранслятор канала управления, при поступлении вызовов обрабатывает их, назначая свой собственный частотный канал, после чего переходит в режим ретранслятора рабочего канала. При выходе из строя контроллера базовой станции система переходит в аварийный режим, при котором теряются некоторые функции сети, однако сохраняется частичная работоспособность (ретрансляторы работают автономно).
В системе EDACS возможно сквозное шифрование информации, однако в связи с закрытым протоколом приходится применять либо стандартный алгоритм защиты, предлагаемый фирмой Ericsson, либо согласовывать с ней возможность использования собственных программно-аппаратных модулей, реализующих оригинальные алгоритмы, которые должны быть совместимы с системным протоколом EDACS.
На сегодняшний день в мире развернуто большое количество сетей стандарта EDACS, в числе которых есть многозоновые сети связи, используемые службами общественной безопасности различных стран. В России функционирует около десяти сетей данного стандарта, которые используются в т.ч. государственными структурами и правоохранительными органами.

 

 

TETRA

По материалам издания "Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи"
© Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И., 2000


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 Trunked RAdio). Однако в связи с большим интересом, проявленным к стандарту в других регионах, территория его действия не ограничивается только Европой. В настоящее время TETRA расшифровывается как Наземное транкинговое радио (TErrestrial Trunked RAdio).
TETRA - открытый стандарт, т.е. предполагается, что оборудование различных производителей будет совместимо. Доступ к спецификациям TETRA свободен для всех заинтересованных сторон, вступивших в ассоциацию "Меморандум о взаимопонимании и содействии стандарту TETRA" (MoU TETRA). Ассоциация объединяет разработчиков, производителей, испытательные лаборатории и пользователей различных стран.
Стандарт TETRA состоит из двух частей: TETRA V+D (TETRA Voice+Data) - стандарта на интегрированную систему передачи речи и данных, и TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарта, описывающего специальный вариант транкинговой системы, ориентированный только на передачу данных. В стандарт TETRA входят спецификации беспроводного интерфейса, интерфейсов между сетью TETRA и цифровой сетью с интеграцией услуг (ISDN), телефонной сетью общего пользования, сетью передачи данных, учрежденческими АТС и т.п. В стандарт включено описание всех основных и дополнительных услуг, предоставляемых сетями TETRA. Специфицированы также интерфейсы локального и внешнего централизованного управления сетью.
Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц. Необходимый минимальный дуплексный разнос радиоканалов - 10 МГц. Для систем стандарта TETRA могут использоваться диапазоны частот от 150 до 900 МГц, однако реально в странах Европы за службами безопасности закреплены диапазоны 380-385/390-395 МГц, а для коммерческих организаций предусмотрены диапазоны 410-430/450-470 МГц и 870-876/915-921 МГц.
В системах стандарта TETRA V+D используется метод многостанционного доступа с временным разделением (МДВР) каналов связи. На одной физической частоте может быть организовано до 4 независимых информационных каналов.
Сообщения передаются мультикадрами длительностью 1,02 с. Мультикадр содержит 18 кадров, один из которых является контрольным. Кадр имеет длительность 56,67 мс и содержит 4 временных интервала (time slots). В каждом из временных интервалов передается информация своего временного канала. Временной интервал имеет длину 510 бит, из которых 432 являются информационными (2 блока по 216 бит).
В системах стандарта TETRA используется относительная фазовая модуляция типа /4-DQPSK (Differential Quadrum Phase Shift Keying). Скорость модуляции - 36 Кбит/с.
Для преобразования речи в стандарте используется кодек с алгоритмом преобразования типа CELP (Code Excited Linear Prediction). Скорость цифрового потока на выходе кодека составляет 4,8 Кбит/с. Цифровые данные с выхода речевого кодека подвергаются блочному и сверточному кодированию, перемежению и шифрованию, после чего формируются информационные каналы. Пропускная способность одного информационного канала составляет 7,2 Кбит/с, а скорость цифрового информационного потока данных - 28,8 Кбит/с. (При этом общая скорость передачи символов в радиоканале за счет дополнительной служебной информации и контрольного кадра в мультикадре соответствует скорости модуляции и равна 36 Кбит/с.)
Системы стандарта TETRA могут функционировать в следующих режимах:

 режиме транкинговой связи обслуживаемая территория перекрывается зонами действия базовых приемопередающих станций. Стандарт TETRA позволяет как использовать в системах только распределенный канал управления, так и организовывать его сочетание с выделенным частотным каналом управления. При работе сети с распределенным каналом управления служебная информация передается либо только в контрольном кадре мультикадра (одном из 18), либо еще в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте). В дополнение к распределенному сеть связи может использовать выделенный частотный канал управления, специально предназначенный для обмена служебной информацией (при этом реализуются максимальные услуги связи).
В режиме с открытым каналом группа пользователей имеет возможность устанавливать соединение "один пункт - несколько пунктов" без какой-либо установочной процедуры. Любой абонент, присоединившись к группе, может в любой момент использовать этот канал. В режиме с открытым каналом радиостанции работают в двухчастотном симплексе.
В режиме непосредственной (прямой) связи между терминалами устанавливаются двух- и многоточечные соединения по радиоканалам, не связанным с каналом управления сетью, без передачи сигналов через базовые приемопередающие станции.
В системах стандарта TETRA мобильные станции могут работать в т.н. режиме "двойного наблюдения" ("Dual Watch"), при котором обеспечивается прием сообщений от абонентов, работающих как в режиме транкинговой, так и прямой связи.
Для увеличения зон обслуживания в стандарте TETRA предусматривается возможность использования абонентских радиостанций в качестве ретрансляторов.
TETRA предоставляет пользователям ряд услуг, которые включены в стандарт по заявке Ассоциации европейской полиции (Schengen Group), сотрудничающей с техническим комитетом ETSI:

  • вызов, санкционированный диспетчером (режим, при котором вызовы поступают только с санкции диспетчера);
  • приоритетный доступ (в случае перегруженности сети доступные ресурсы присваиваются в соответствии со схемой приоритетов);
  • приоритетный вызов (присвоение вызовов в соответствии со схемой приоритетов);
  • приоритетное прерывание обслуживания вызовов (прерывание обслуживания вызовов с низким приоритетом, если ресурсы системы исчерпаны);
  • избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов);
  • дистанционное прослушивание (дистанционное включение абонентской радиостанции на передачу для прослушивания обстановки у абонента);
  • динамическая перегруппировка (динамическое создание, модификация и удаление групп пользователей);
  • идентификация вызывающей стороны.

Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности передаваемой информации:

  • стандартный уровень, использующий шифрование радиоинтерфейса (обеспечивается уровень защиты информации, аналогичный системе сотовой связи GSM);
  • высокий уровень, использующий сквозное шифрование (от источника до получателя).

Средства защиты радиоинтерфейса стандарта TETRA включают механизмы аутентификации абонента и инфраструктуры, обеспечения конфиденциальности трафика за счет потока псевдоимен и специфицированного шифрования информации. Определенная дополнительная защита информации обеспечивается возможностью переключения информационных каналов и каналов управления в процессе ведения сеанса связи.
Более высокий уровень защиты информации является уникальным требованием специальных групп пользователей. Сквозное шифрование обеспечивает защиту речи и данных в любой точке линии связи между стационарными и мобильными абонентами. Стандарт TETRA задает только интерфейс для сквозного шифрования, обеспечивая тем самым возможность использования оригинальных алгоритмов защиты информации.
Согласно данным организации TETRA MoU, стандарт TETRA поддержан многими ведущими производителями оборудования подвижной радиосвязи. Наиболее известны системы фирм Nokia (Nokia TETRA), Motorola (Dimetra). На сегодняшний день реальные проекты создания крупных сетей транкинговой радиосвязи существуют в Великобритании, Финляндии. Великобритании, Норвегии, Швеции, Дании, Венгрии.
В России системы Tetra пока не развернуты, однако определенные перспективы у этого стандарта есть, в особенности учитывая возможности распределения национальных ресурсов радиочастотного спектра.

 

 

APCO 25

По материалам издания "Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи"
© Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И., 2000


Стандарт АРСО 25 разработан Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности (Association of Public safety Communications Official International), которая объединяет пользователей систем связи, работающих в службах общественной безопасности.
Работы по созданию стандарта были начаты в конце 1989 г., а последние документы по установлению стандарта были утверждены и подписаны в августе 1995 г. на международной конференции и выставке АРСО в Детройте. В настоящее время стандарт включает все основные документы, определяющие принципы построения радиоинтерфейса и других системных интерфейсов, протоколы шифрования, методы речевого кодирования и т.д.
В 1996 г. было принято решение о разделении всех спецификаций стандарта на два этапа реализации, которые были обозначены как Фаза I и Фаза II. В середине 1998 г. были сформулированы функциональные и технические требования к каждой из фаз стандарта, подчеркивающие новые возможности Фазы II и ее отличия от Фазы I.
Основополагающими принципами разработки стандарта АРСО 25, сформулированными его разработчиками, были требования:

  • по обеспечению плавного перехода к средствам цифровой радиосвязи (т.е. возможности совместной работы на начальном этапе базовых станций стандарта с абонентскими аналоговыми радиостанциями, используемыми в настоящее время);
  • по созданию открытой системной архитектуры для стимулирования конкуренции среди производителей оборудования;
  • по обеспечению возможности взаимодействия различных подразделений служб общественной безопасности при проведении совместных мероприятий.

Системная архитектура стандарта поддерживает как транкинговые, так и обычные (конвенциональные) системы радиосвязи, в которых абоненты взаимодействуют между собой либо в режиме непосредственной связи, либо через ретранслятор. Основным функциональным блоком системы стандарта АРСО 25 является радиоподсистема, определяемая как сеть связи, которая строится на основе одной или нескольких базовых станций. При этом каждая базовая станция должна поддерживать Общий радиоинтерфейс (CRI - Common Radio Interface) и другие стандартизованные интерфейсы (межсистемный, с ТФОП, с портом передачи данных, с сетью передачи данных и сетевым управлением).
Стандарт АРСО 25 предусматривает возможность работы в любом из стандартных диапазонов частот используемых системами подвижной радиосвязи: 138-174, 406-512 или 746-869 МГц. Основной метод доступа к каналам связи - частотный (МДЧР), однако по заявке фирмы Ericsson в Фазу II включена возможность использования в системах стандарта АРСО 25 множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР).
В Фазе I стандартный шаг сетки частот составляет 12,5 кГц, для Фазы II - 6,25 кГц. При этом при полосе 12,5 кГц осуществляется четырехпозиционная частотная модуляция по методу C4FM со скоростью 4800 символов в секунду, а при полосе 6,25 кГц - четырехпозиционная фазовая модуляция со сглаживанием фазы по методу CQPSK. Сочетание указанных методов модуляции позволяет использовать на разных Фазах одинаковые приемники, дополняемые различными усилителями мощности (для Фазы I - простые усилители с высоким КПД, для Фазы II - усилители с высокой линейностью и ограниченной шириной излучаемого спектра). При этом демодулятор может осуществлять обработку сигналов по любому из методов.
Речевая информация в радиоканале передается кадрами по 180 мс, сгруппированными по 2 кадра. Для речевого кодирования в стандарте используется кодек IMBE (Improved MultiBand Excitation), который применяется также в системе спутниковой связи Inmarsat. Скорость кодирования - 4400 бит/с. После помехоустойчивого кодирования речевой информации скорость информационного потока увеличивается до 7200 бит/с, а после формирования речевых кадров путем добавления служебной информации - до 9600 бит/с.
Заложенная в стандарте АРСО 25 система идентификации абонентов позволяет адресовать в одной сети не менее 2 миллионов радиостанций и до 65 тысяч групп. При этом задержка при установлении канала связи в подсистеме, в соответствии с функциональными и техническими требованиями к стандарту АРСО 25, не должна превышать 500 мс (в режиме прямой связи - 250 мс. при связи через ретранслятор - 350 мс). Системы АРСО 25. в соответствии с функциональными и техническими требованиями, должны обеспечивать 4 уровня криптозащиты. Используется поточный метод шифрования информации с применением нелинейных алгоритмов формирования шифрующей последовательности, При использовании специального режима OTAR (Over-the-air-re-keying) ключи шифрования могут передаваться по радиоканалу.
Несмотря на то, что АРСО является международной организацией, представительства которой находятся в Канаде, Австралии. Карибском регионе, основную роль в продвижении этого стандарта играют американские фирмы, поддерживаемые правительством США. К числу участников общественного сектора Ассоциации относятся ФБР, Министерство обороны США. Федеральный комитет связи, полиции ряда штатов США, Секретная служба и многие другие государственные организации. В качестве производителей оборудования стандарта АРСО 25 уже заявили себя такие ведущие фирмы, как Motorola (основной разработчик стандарта), E.F.Johnson. Transcrypt. Stanlite Electronics и др. Фирма Motorola уже представила свою первую систему, основанную на стандарте АРСО 25, имеющую название ASTRO.
Пока в России системы стандарта АРСО 25 не развернуты, однако специалисты проявляют большой интерес к данному стандарту, привлекательность которого заключается в его преемственности по отношению к существующим аналоговым системам радиосвязи, большом количестве производителей оборудования и возможности построения сетей связи во всех стандартных диапазонах частот. Активную политику продвижения систем данного стандарта в России проводят фирмы Motorola и ADI Eimited (Австралия).

 

 

Tetrapol

По материалам издания "Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи"
© Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И., 2000


Работы по созданию стандарта цифровой транкинговой радиосвязи Tetrapol были начаты в 1987г., когда фирма Matra Communications заключила контракт с французской жандармерией на разработку и ввод в эксплуатацию сети цифровой радиосвязи Rubis. Сеть связи была введена в эксплуатацию в 1994 г. По данным фирмы Matra, на сегодняшний день сеть французской жандармерии охватывает более половины территории Франции и обслуживает более 15 тыс. абонентов. В том же 1994 г. фирма Matra создала свой форум Tetrapol, под эгидой которого были разработаны спецификации Tetrapol PAS (Publicly Available Specifications), определяющие стандарт цифровой транкинговой радиосвязи.
Стандарт Tetrapol описывает цифровую транкинговую систему радиосвязи с выделенным каналом управления и частотным методом разделения каналов связи. Стандарт позволяет создавать как однозоновые, так и многозоновые сети связи различной конфигурации, обеспечивая также возможность прямой связи между подвижными абонентами без использования инфраструктуры сети и ретрансляции сигналов на фиксированных каналах.
Системы связи стандарта Tetrapol имеют возможность работы в диапазоне частот от 70 до 520 МГц. который в соответствии со стандартом определяется как совокупность двух поддиапазонов: ниже 150 МГц (VHF) и выше 150 МГц (UHF). Большая часть радиоинтерфейсов для систем этих поддиапазонов является общей, различие заключается в использовании различных методов помехоустойчивого кодирования и кодового перемежения. В поддиапазоне UHF рекомендуемый дуплексный разнос каналов приема и передачи составляет 10 МГц.
Частотный разнос между соседними каналами связи может составлять 12,5 или 10 кГц. В дальнейшем предполагается переход к разносу между каналами в 6,25 кГц. В системах стандарта Tetrapol поддерживается ширина полосы до 5 МГц, что обеспечивает возможность использования в сети 400 (при разносе 12,5 кГц) или 500 (при разносе 10 кГц) радиоканалов. При этом в каждой зоне может использоваться от 1 до 24 каналов.
Скорость передачи информации в канале связи составляет 8000 бит/с. Передача информации организуется по кадрам длиной 160 бит и длительностью 20 мс. Кадры объединяются в суперкадры длительностью 4 с (200 кадров). Информация подвергается сложной обработке, включающей сверточное кодирование, перемежение, скремблирование, дифференциальное кодирование и окончательное форматирование кадра.
В системах стандарта Tetrapol используется GMSK модуляция с ВТ=0,25.
Для преобразования речи в стандарте применяется кодек с алгоритмом речепреобразования, использующим метод анализа через синтез типа RPCELP (Regular Pulse Code Excited Linear Prediction). Скорость преобразования составляет 6000 бит/с.
В стандарте определяются три основных режима связи: транкинговый, режим прямой связи и режим ретрансляции.
В сетевом режиме (или режиме транкинговой связи) взаимодействие абонентов осуществляется с помощью базовых станций (БС), которые распределяют каналы связи между абонентами. При этом сигналы управления передаются на отдельном, специально выделенном для каждой БС частотном канале. В режиме прямой связи обмен информацией между подвижными абонентами производится напрямую без участия базовой станции. В режиме ретрансляции связь между абонентами осуществляется через ретранслятор, который имеет фиксированные каналы передачи и приема информации.
В системах стандарта Tetrapol поддерживается 2 основных вида информационного обмена: передача речи и передача данных.
Службы речевой связи позволяют осуществлять следующие виды вызовов: широковещательный вызов, вызов установки открытого канала, групповой вызов, индивидуальный вызов, множественный вызов с использованием списка абонентов, аварийный вызов.
Службы передачи данных предоставляют ряд услуг прикладного уровня, поддерживаемых заложенными в радиотерминалах функциями, таких, как межабонентский обмен сообщениями в соответствии с протоколом Х.400, доступ к централизованным базам данных, доступ к фиксированным сетям в соответствии с протоколом TCP/IP, передача факсимильных сообщений, пересылка файлов, передача сигналов персонального вызова, передача коротких сообщений, передача статусных вызовов, поддержка режима передачи получаемых с помощью приемников GPS данных о местоположении объекта, передача видеоизображений.
В стандарте Tetrapol предусмотрены стандартные сетевые процедуры, обеспечивающие современный уровень обслуживания абонентов: динамическая перегруппировка, аутентификация абонента, роуминг, приоритетный вызов, управление передатчиком абонента, управление "профилем" абонента (дистанционное изменение параметров абонентского радиотерминала, заложенных в него при программировании) и др.
Системы стандарта Tetrapol предоставляют пользователям ряд дополнительных услуг, которые, наряду с предоставлением сервисных услуг, позволяют эффективно реализовывать специфические сети связи служб общественной безопасности и правоохранительных органов. К числу таких услуг относятся приоритет доступа (предоставление предпочтительного доступа в систему при перегрузке каналов радиосвязи); приоритетный вызов (присвоение вызовов в соответствии со схемой приоритетов); приоритетное сканирование (предоставление пользователю, принадлежащему к нескольким группам, возможности получения вызовов от абонента любой из групп: вызов, санкционированный диспетчером (режим, при котором вызовы поступают только с санкции диспетчера сети связи); переадресация вызова (безусловное перенаправление вызова другому абоненту или переадресация в случае занятости вызываемого абонента); подключение к вызову (включение режима, при котором один пользователь, взаимодействующий с другим, может сделать участником соединения третьего абонента); избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов); дистанционное прослушивание (дистанционное включение абонентской радиостанции на передачу для прослушивания обстановки у абонента); идентификация вызывающей стороны (определение и отображение на терминале вызываемого абонента идентификатора вызывающей стороны); "двойное наблюдение" (возможность абонентского радиотерминала, работающего в сетевом режиме, получать также сообщения и в режиме прямой связи) и многие другие.
В связи с тем, что с самого начала стандарт Tetrapol был ориентирован на обеспечение требований правоохранительных органов, в нем предусмотрены различные механизмы обеспечения безопасности связи, направленные на предотвращение таких угроз, как несанкционированный доступ в систему, прослушивание ведущихся переговоров, создание преднамеренных помех, анализ трафика конкретных абонентов и т.п. К числу таких механизмов относятся

  • автоматическая реконфигурация сети (периодическое перераспределение ресурсов сети связи (изменение конфигурации) за счет установки и отмены открытых каналов, динамической перегруппировки, переназначения каналов связи диспетчером сети и т.п.);
  • управление доступом в систему (контроль доступа к оборудованию сети связи посредством смарт-карт и системы паролей);
  • сквозное шифрование информации (обеспечение возможности защиты передаваемой информации в любой точке линии связи между абонентами);
  • аутентификация абонентов (автоматическое или проводимое по запросу диспетчера сети удостоверение подлинности абонентов);
  • использование временных идентификаторов абонентов (замена уникальных идентификационных номеров абонентов на псевдонимы, сменяемые при каждом новом сеансе связи):
  • имитация активности радиоабонентов (режим поддержки постоянного трафика при перерыве в ведении переговоров путем посылки БС по каналам связи сигналов, которые трудно отличить от информационных);
  • дистанционное отключение радиотерминала (возможность отключения абонентского радиотерминала диспетчером сети);
  • распространение ключей по радиоканалу (возможность передачи диспетчером сети секретных ключей абонентам по радиоканалу).

Системы стандарта Tetrapol широко используются во Франции. Видимо, не без поддержки правительством отечественного производителя, кроме сети связи Rubis национальной жандармерии, системы Tetrapol эксплуатируются французской полицией (система Acropole) и службой железных дорог (система Iris).
Стандарт Tetrapol пользуется популярностью и в странах Европы. На основе данного стандарта развернуты сети связи полиции Мадрида и Каталонии, подразделений безопасности Чешской Республики, службы аэропорта во Франкфурте. Специальная сеть связи Matracom 9600 развертывается в интересах Берлинского транспортного предприятия. Радиостанции сети связи будут установлены на более, чем 2000 автобусах предприятия. Кроме радиосвязи, в сети задействуется функция определения местоположения транспортных средств.
В 1997 г. фирма Matra Communications выиграла тендер по созданию системы цифровой радиосвязи для королевской таиландской полиции. Контракт является частью заказа по модернизации полицейской радиосети, которая объединит 70 полицейских участков. Предполагается задействование самых современных возможностей системы, включая доступ к централизованной базе данных, электронную почту, сквозное шифрование информации, местоопределение. Имеются также сведения о развертывании нескольких систем в двух других странах юго-восточной Азии, а также в интересах полиции Мехико.
В нашей стране системы стандарта Tetrapol пока не используются, и нет сведений о проработке вопросов их развертывания в России.

 

 

 iDEN

По материалам издания "Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи"
© Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И., 2000


Технология iDEN (integrated Digital Enhanced Network) была разработана компанией Motorola в начале 90-х годов. Первая коммерческая система на базе этой технологии была развернута в США компанией NEXTEL в 1994 г.
С точки зрения статуса стандарта, iDEN можно охарактеризовать как корпоративный стандарт с открытой архитектурой. Это означает, что компания Motorola, сохраняя за собой все права по модификации системного протокола, предоставляет, вместе с тем, лицензии на производство компонентов системы различным производителям.
Данный стандарт разрабатывался для реализации интегрированных систем, обеспечивающих все виды подвижной радиосвязи: диспетчерской связи, мобильной телефонной связи, передачи текстовых сообщений и пакетов данных. Технология iDEN ориентирована на создание корпоративных сетей крупных организаций или коммерческих систем, предоставляющих услуги как организациям, так и частным лицам.
При реализации диспетчерских сетей подвижной радиосвязи iDEN предоставляет возможности группового и индивидуального вызова, а также режима сигнализации вызова, при котором в случае недоступности абонента вызов запоминается в системе, а затем передается абоненту, когда тот становится доступным. Число возможных групп в iDEN составляет 65535, в результате чего нет необходимости использования в системе функции динамической перегруппировки. Время установления связи при групповом вызове в полудуплексном режиме не превышает 0.5 с.
Системы iDEN предоставляют возможности организации телефонной связи по любым направлениям: мобильный абонент - мобильный абонент, мобильный абонент - абонент ТФОП. Телефонная связь полностью дуплексная. В системе предусмотрена возможность голосовой почты.
Абоненты систем iDEN имеют возможность передавать и получать на свои терминалы текстовые сообщения, а также передавать данные (в коммутационном режиме со скоростью 9.6 Кбит/с, а в пакетном - до 32 Кбит/с), что обеспечивает возможность организации факсимильной связи и электронной почты, а также взаимодействия с фиксированными сетями, в частности с Internet. Пакетный режим передачи данных поддерживает протокол TCP/IP.
Система iDEN выполнена на базе технологии МДВР. В каждом частотном канале шириной 25 кГц передается 6 речевых каналов. Это достигается путем разбиения кадра длительностью 90 мс на временные интервалы по 15 мс, в каждом из которых передается информация своего канала.
Для речевого кодирования используется кодек, работающий по алгоритм) типа VSELP. Скорость передачи информации в одном канале составляет 7,2 Кбит/с, а суммарная скорость цифрового потока в радиоканале (за счет использования помехоустойчивого кодирования и добавления управляющей информации) достигает 64 Кбит/с. Столь высокой скорости передачи информации в полосе 25 кГц удается достичь за счет применения 16-позиционной квадратурной модуляции M16-QAM.
В стандарте используется стандартный для Америки и Азии частотный диапазон 805-821 /855-866 МГц. IDEN имеет самую высокую спектральную эффективность среди рассматриваемых стандартов цифровой транкинговой связи, он позволяет разместить в 1 МГц до 240 информационных каналов. Вместе с тем, размеры зон покрытия базовых станций (ячеек) в системах iDEN меньше, чем в системах других стандартов, что объясняется объясняется малой мощностью абонентских терминалов (0,6 Вт - для портативных станций и 3 Вт - для мобильных).
Архитектуре системы iDEN присущи черты, характерные как для транкинговых, так и для сотовых систем, что подчеркивает ориентацию iDEN на обслуживание большого количества абонентов и интенсивный трафик. При создании коммерческих систем для обслуживания различных организаций или предприятий в системе может быть создано до 10000 виртуальных сетей, в каждой из которых может быть до 65500 абонентов, объединенных при необходимости в 255 групп. При этом каждая из групп абонентов может использовать всю зону связи, обеспечиваемую данной системой.
Первая коммерческая система, развернутая в 1994 г. компанией NEXTEL, в настоящее время является общенациональной и насчитывает около 5500 сайтов и 2,7 млн. абонентов. В США имеется другая сеть, оператором которой является компания Southern Co. Сети iDEN развернуты также в Канаде, Бразилии, Мексике, Колумбии, Аргентине, Японии, Сингапуре, Китае, Израиле и других странах. Общее число абонентов iDEN в мире на сегодня превышает 3 млн. человек.

 

 

 

 DMR - новый стандарт радиосвязи

Настоящая публикация предлагается вниманию специалистов в области профессиональной радиосвязи. Статья не ставит своей целью обоснование применения радиосвязи на производстве, здесь рассматриваются основные преимущества DMR, как новой цифровой технологии радиосвязи.

Основными потребителями систем на базе технологии DMR, как и систем конвенциональной (аналоговой) радиосвязи, являются предприятия нижнего и среднего сектора экономики, где потребность в средствах профессиональной радиосвязи очевидна и не требует обоснований. К ним относятся предприятия отрасли безопасности (охрана), строительные организации, транспортные службы (такси), а также службы обеспечения и охраны правопорядка (с низкой плотностью абонентов и малым удельным количеством соединений).

Технология DMR в секторе профессиональных средств связи сравнима с появлением компакт-дисков в звукозаписывающей отрасли. Возрастающие требования потребителей к средствам связи уже не ограничиваются лишь их надежностью, а объясняются необходимостью:

  • обеспечения защиты радиоэфира от прослушивания;
  • организации передачи текстовых сообщений вместе с голосом;
  • увеличения разборчивости речи при сильных окружающих акустических помехах;
  • увеличения срока непрерывной работы аккумуляторных батарей

и многими другими требованиями.

Всем этим требованиям соответствует новый стандарт конвенциональной профессиональной радиосвязи – DMR (Digital Mobile Radio), разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI), как единый общеевропейский стандарт цифровой радиосвязи. Стандарт DMR позиционируется как открытый стандарт, т.е. предполагается, что оборудование различных производителей будет совместимо. В настоящий момент лишь одна компания – Motorola, лидер на рынке средств профессиональной радиосвязи – представила решение в рамках стандарта DMR – линейку оборудования MOTOTRBO.

Немного истории

В апреле 2005 года вышел первый релиз стандарта DMR - ETSI TS 102 361 описывающий радиоинтерфейс (часть 1), а также голосовые и базовые функциональные особенности стандарта (часть 2).

В январе 2006 года добавилась третья часть стандарта DMR, описывающая протокол передачи пакетных данных.

В основе технологии DMR лежат механизмы TDMA (Time Division Multiple Access – многостанционный доступ с временным разделением каналов), что позволяет разместить два временных интервала на одной частотной несущей с сеткой частот 12,5 кГц.

Радиоинтерфейс DMR

Как уже сказано на одном частотном канале (12.5 кГц) реализуется два независимых логических канала. Предполагается реализация решений стандарта DMR не только в классических диапазонах 136 – 174 МГц и 403 – 470МГц, но и в диапазоне 450 – 527 МГц.

На рис. 1 представлена структура радиоинтерфейса стандарта DMR

 

Рис.1. Структура радиоинтерфейса стандарта DMR

 

Как видно из рисунка 1 в соответствие с технологией временного уплотнения на одном частотном канале организуются 2 логических канала. Следует отметить, что с точки зрения планирования системы, является то, что в режиме прямой связи (без использования ретранслятора) в настоящее время задействуется лишь один логический канал из двух доступных. В этом случае преимущества прямого режима по отношению к аналоговому режиму в части увеличения канальной емкости не будет.

В рамках стандарта DMR предполагается реализация двух режимов:

  • Режим прямой связи (Direct mode) – симплексная связь.
  • Режим связи через ретранслятор (Repeater mode) (см. рис. 2) – с поддержкой технологии двухчастотного симплекса с дуплексным разносом, FDD (Frequency Division Duplex). В этом режиме возможны два одновременных независимых голосовых соединения.

 

Рис. 2. Принципы организации связи с использованием ретранслятора

 

На рисунке 2 представлена схема организации связи с использованием ретранслятора. При этом задействуются оба логических канала, что позволяет вести два независимых соединения.

Качество передачи речи

Вокодер с алгоритмом ACELP (линейное предсказание с возбуждением от алгебраической кодовой книги) особенно подходит для использования в условиях сильных акустических помех. Для обнаружения ошибок при передаче в канале радиосвязи и их исправления при канальном кодировании применяется технология Forward Error Correction (FEC).

На рис. 3 представлен сравнительный график ухудшения связи для систем с аналоговой и DMR технологиями. Говоря о дальности связи стоит упомянуть, что достигаемые результаты зависят не только от наличия естественных преград, но и от окружающей электромагнитной обстановки.

 

Рис. 3. Cравнительный график ухудшения связи для систем на основе аналоговой и DMR технологий

 

Основные возможности DMR

Стандарт DMR постоянно совершенствуется, реализуя функциональный набор ранее не характерный для сектора средств конвенциональной радиосвязи. К основным функциональным возможностям цифрового стандарта DMR следует отнести:

  • цифровую обработку сигнала;
  • управление аккумуляторной батареей;
  • приоритетный аварийный вызов;
  • улучшенный режим «свободные руки»;
  • встроенный приемник GPS сигналов для реализации приложений по контролю местоположения;
  • удаленный контроль;
  • опциональное шифрование;
  • дуплексный вызов (в проекте);
  • одновременную передачу голоса и данных (в том числе пакетных)
  • работу в аналоговом режиме, что особенно актуально при постепенной миграции аналоговых конвенциональных систем.

Типы вызовов реализуемых в рамках стандарта DMR:

  • индивидуальный вызов «радиостанция – радиостанция»;
  • групповой вызов «радиостанции – группа радиостанций»;
  • групповой вызов «радиостанция – все радиостанции»;
  • передача пакетных данных с канальной скоростью 2 кбит/c

Стандарт DMR отличает быстрое установление вызова (до 200 мс) и поддержка режима «поздний вход» для групповых вызовов.

Сравнение DMR с существующими сетями конвенциональной радиосвязи

Как сказано выше, основным игроком на рынке средств профессиональной радиосвязи стандарта DMR является компания Motorola. Альтернативные производители не смогли консолидировать силы в столь сжатые сроки — 1 год. Таким образом, на сегодняшний день конкуренция между производителями отсутствует.

Вместе с этим представляется интересным сравнение функциональных возможностей стандарта DMR с предлагаемыми в настоящее время аналоговыми решениями с технической точки зрения. В свою очередь пользователи принимают решение о выборе технологии для построения или модернизации собственной системы радиосвязи.

В таблице 1 представлен сравнительный анализ функциональных возможностей решения Motorola MotoTRBO (торговая марка принадлежит компании Motorola) стандарта DMR и классических конвенциональных (аналоговых) сетей для прямого режима и при использовании ретранслятора.

Таблица 1. Типы вызовов и связанные услуги.

 

Характеристика

DMR (режим прямой связи)

Аналоговая сеть (режим прямой связи)

DMR (режим с ретранслятором)

Аналоговая сеть (режим с ретранслятором)

Количество одновременных соединений на одном частотном канале

1

1

2

1

Индивидуальный вызов (абонент – абонент), полудуплекс

Групповой вызов (абонент – группа абонентов)

Аварийный вызов (обслуживание вне очереди)

Передача текстовых сообщений

Определение номера вызывающего

Работа без базового оборудования

 

 

Внедрение DMR

В настоящее время существуют две серии оборудования MOTOTRBO стандарта DMR — на диапазоны 136...174 МГц и 403...470 МГц. Абонентские терминалы (радиостанции) выпускаются в двух исполнениях — портативном и мобильном. Портативные терминалы (серия DP: DP3400, DP3401, DP3600, DP3601) с выходной мощностью 1...4 (5) Вт соответствуют спецификациям IP57, обладают дружественным интерфейсом и удобны в использовании. Мобильные (стационарные) терминалы (сериz DM: DM3400, DM3600, DM3601) предназначены для монтажа на удаленных точках и транспортных средствах. DR3000 — ретранслятор с выходной мощностью 1...25 Вт или 25...40 Вт. Полевые испытания оборудования Motorola MOTOTRBO показали существенный выигрыш по отношению к аналоговым сетям при использовании радиостанций в городских условиях и многолучевом распространения сигнала. Помимо качества связи до 2 раз увеличилось время автономной работы портативных радиостанций Motorola DP3400/DP3401, DP3600/DP3601, что объясняется принципами работы оборудования стандарта DMR.

К сожалению, первая версия оборудования стандарта DMR не позволяет реализовать такие значимые функции как телефонный вызов, контроль местоположения, а также дуплексный вызов, а приложения по передаче телеметрии и пакетных данных требуют написания специализированного программного обеспечения. Однако даже эти ограничения позволяют уже сегодня успешно внедрять оборудование DMR.

На рис. 4 отображена вертикальная модель рынка средств радиосвязи и место в ней оборудования, поддерживающего стандарт DMR.

Рис. 4. Вертикальная модель рынка средств радиосвязи и место, занимаемое DMR

В заключение можно сказать, что применение решений стандарта DMR на производстве позволит:

  • увеличить управляемость в организации (на предприятии)
  • повысить безопасность технологического процесса предприятия
  • улучшить качество связи и разборчивость речи в тяжелой помеховой обстановке;
  • увеличить пропускную способность системы профессиональной радиосвязи и как следствие повысить экономическую эффективность в целом.

Заложенный в рамках стандарта DMR функционал позволяет реализовать широкий набор решений, в том числе:

  • передачу пакетных данных (пропускная способность канала до 2 кбит/c);
  • передачу телеметрии;
  • передачу текстовых сообщений;
  • приложения по контролю местоположения.

Преемственность и совместимость с существующими аналоговыми системами связи позволяет сохранить сделанные ранее инвестиции и заменить парк устаревающих аналоговых абонентских терминалов по мере необходимости.

 

С. Чивилев, Компания Интегра Про, 2007 г.

 

 

 

(495) 723 80 80
(495) 723 82 81