5.3 Репитеры спрв и режимы их работы

В процессе развития практически любой из рассмотренных выше СПРВ как правило возникает необходимость расширения зоны ее действия. Наиболее простым способом достижения этой цели является увеличение выходной мощности пейджингового передатчика и/или действующей высоты передающей антенны. Однако это не всегда допустимо из-за ограничений по электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств в данном районе. Кроме того, указанные меры зачастую не позволяют кардинально решить проблему из-за "затенения" некоторых участков различными зданиями или элементами рельефа местности. Чаще всего расширение зоны обслуживания достигается за счет использования в системе нескольких передатчиков, управление которыми осуществляется по принципу R-систем. При этом каждая базовая станция оборудуется пейджинговым репитером, структурная схема которого приведена на рисунке 3.

Репитер представляет собой автономное приемно-передаощее устройство, включающее блок питания, приемопередатчик и блок управляющей логики.

Рисунок 3 - Структурная схема репитера

Приемопередатчик совместно с блоком управляющей логики осуществляет прием сигнала от базовой станции (или другого репитера), обработку информации с коррекцией ошибок и повторную передачу принятого сигнала.

Репитер может функционировать в следующих режимах:

- ожидания и приема сообщений;

- повторения всех сообщений;

- повторения пакетов данных с указанием адреса репитера;

- повторения всех пакетов с передачей их конкретному репитеру;

- повторения пакетов с адресацией по субкодам;

- самодиагностики;

- донесения результата диагностики на указанный пейджер.

Режим ожидания и приема сообщений является основным. В указанный режим репитер переходит после повторения всех ранее принятых сообщений. При этом репитер ожидает поступления блока синхронизации, после приема которого, осуществляется прием синхрослова или его инверсии. Затем принимается и декодируется адрес репитера, передающего сообщение. После установления синхронизации осуществляется прием сообщений, исправление обнаруженных ошибок и запись их в запоминающее устройство (ОЗУ). Если в процессе приема сообщений происходит переполнение ОЗУ, то все ранее принятые сообщения стираются и репитер переходит в режим ожидания очередного блока синхронизации.

В этом же режиме репитер может принимать сообщения в виде одного цифрового пакета, а также многопакетные сообщения. В последнем случае после окончания приема первого пакета репитер ожидает поступления следующего в течение некоторого времени. Если в течение этого установленного интервала времени очередной пакет не поступит, то репитер переходит из режима приема в режим ожидания поступления новых сообщений. Особенностью многопакетного режима является то, что при поступлении в установленный временной интервал "постороннего" сообщения, передаваемого с другой скоростью или полярностью модуляции, оно будет принято и записано в ОЗУ до окончания приема многопакетного сообщения.

Режим повторения всех сообщений. В этом режиме после приема сообщения или последовательности пакетов, из которых оно состоит, принятое сообщение повторяется полностью, после чего репитер переходит в режим ожидания.

Режим повторения пакетов сообщений с адресом репитера используется, как правило, при большой протяженности трассы радиопередачи, В этом случае сообщения передаются только после приема начального блока синхронизации и декодирования адреса очередного репитера. При последующей передаче адрес приема (очередного репитера) заменяется на адрес отправки, что обеспечивает возможность передачи сообщения по цепочке репитеров, т.е. в этом режиме используется два набора адресов приема и передачи, при этом вторая пара называется адресами обратного канала и используется для донесения о состояния репитера.

В режиме повторения всех пакетов сообщений с передачей их конкретному репитеру первый в цепочке репитер осуществляет прием всех сообщений от базовой станции, игнорируя сообщения, поступающие от других репитеров системы, чьи адреса указаны в специальном перечне. Наличие данного режима работы обеспечивает возможность совместного использования оборудования различных производителей СПРВ и предотвращает "зацикливание" системы.

Режим повторения пакетов сообщении с адресацией но субкодам реализуется за счет присвоения каждому репитеру входного и выходного субкодов. В этом режиме работы репитер принимает сообщения от базовой станции или другого репитера. При совпадении субкода сообщения с входным субкодом репитера, поступившее сообщение передается с указанием выходного субкода репитера. В случае несовпадения субкодов сообщение не передается.

Режимы самодиагностики и передачи донесений о состоянии репитера на указанный пейджер являются технологическими и обеспечивают возможность осуществления дистанционного контроля за рабочими параметрами репитера.

В заключение необходимо заметить, что существующие репитеры могут работать в безадресном или только в одном из рассмотренных выше режимов.

Основные технические характеристики, обобщенные по множеству известных типов репитеров приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные технические характеристики репитеров

Параметр	Значение
Чувствительность приемника, мкВ	Не хуже 0,5
Стабильность частоты гетеродина	< 2,5 Е-6 в диапазоне рабочих частот
Ширина полосы пропускания по уровню – 3 дБ, кГц	15
Выходная мощность передатчика, Вт	До 50
Отклонение частоты	< 2,5 Е-6 в диапазоне рабочих частот
Ширина полосы излучения на уровне – 30 дБ	16
Количество программируемых рабочих каналов	До 99
Емкость ОЗУ, кБит	До 140
Напряжение питания, В	~ 220; 13,6
Потребляемая мощность, Вт	Не более 200
Наличие органов управления	Как правило, отсутствуют Управление дистанционное
Вес, кг	До 40
Рабочий диапазон температур, град.	-30… +60

5.4 Основные протоколы передачи информации в СПРВ

В настоящее время известно достаточно большое количество протоколов пейджинговой связи, первым из них появился TWOTONE. Указанный протокол предусматривал передачу от базовой станции радиосигнала, представляющего собой несущую, промодулированную двумя низкочастотными посылками фиксированной длины с. последующим приемом и выделением заданной адресом пейджера комбинации частот этих посылок. Этот протокол позволял передавать в эфир только сигнал вызова сильно ограниченному кругу пользователей. Поэтому на смену ему пришли более совершенные протоколы (FIVETONE и 5/6 TONE), построенные по принципу модуляции несущей разнотональными посылками. С внедрением данных протоколов появилась возможность реализации режима работы пейджера с низким энергопотреблением. Сущность этого режима состоит в передаче дополнительной посылки, обеспечивающей включение декодера пейджера только на время приема сообщения.

Дальнейшее развитие пейджинговых протоколов пошло по пути частотной модуляции несущей двоичными сигналами. Такой подход обеспечил возможность создания специализированного оборудования, использующего высокоскоростные и помехозащищенные цифровые протоколы доведения информации.

Однако эти протоколы имеют ряд существенных недостатков, поэтому в настоящее время на территории РФ получили наиболее широкое распространение протоколы POCSAG, ERMES и FLEX, которые будут рассмотрены ниже.

5.4.1 Протокол POCSAG

Этот стандарт был утвержден Международным союзом электросвязи (МСЭ) как международный в 1982г. Основными его достоинствами по сравнению с другими протоколами того времени являются: высокая скорость передачи информации, эффективный алгоритм обнаружения и исправления ошибок, большое число производителей оборудования. Для увеличения производительности СПРВ протокол обеспечивает скорость передачи информации 512, 1200 и 2400 бит/с.

Сообщения передаются в асинхронном режиме: пакет сообщения может стартовать в любой момент времени и длина его не определена.

Общая структура сигнала в формате POCSAG приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структура сообщений в форме POCSAG

Сигнал в формате POCSAG начинается с преамбулы, состоящей из 576 бит чередующихся 0 и 1. Преамбула служит для вывода приемного устройства (пейджера) из «спящего» состояния в режим «приема» и его тактовой синхронизации.

После преамбулы следует поток блоков, содержащих физические адреса пейджеров и тексты сообщений. Длина кодовой последовательности в формате POCSAG не определена, блоки следуют один за другим каждый со своим кодовым словом синхронизации – для подстройки синхронизации приемников (при передаче длинных сообщений).

Каждый блок состоит из 17-ти 32-битовых слов. Первое из них – слово синхронизации (фиксированная последовательность 32 бит: 0111 1100 1101 0010 0001 0101 1101 1000), далее идет последовательность из восьми двойных слов или кадров (фреймов), нумеруемых с 0-го по 7-ой.

Каждое 32-разрядное слово содержит 21 информационный бит и 11 избыточных (контрольных) бит, которые служат для определения и корректировки ошибок. Протокол предусматривает коррекцию ошибок по алгоритму БЧХ, при котором в одном 32-битном кодовом слове корректируется ошибка при приеме одного неверного бита (или двух, если расстояние между ними не превышает 6 бит), а возникновение от 2-х до 5-ти ошибок детектируется (т.е. это слово исключается и в большинстве моделей текстовых пейджеров эта часть обозначается скобками).

В зависимости от функционального назначения блоки делятся на адресные, в которых передается физический адрес пейджера, и информационные, содержащие текст сообщения.

Основное отличие протокола POCSAG от других протоколов пейджинговой передачи заключается в способе приема содержащегося в начале каждого пейджингового сообщения физического адреса пейджера - кэпкода (CapCode), которому оно адресовано. Все возможные 2 млн. физических адресов разбиты на 8 групп, соответствующие 8 кадрам (frames) адресного блока.

Адресный блок состоит из адресного кодового слова и предшествующих "пустых" слов (специальные фиксированные 32-битовые последовательности) и формируется следующим образом: физический адрес пейджера делится на 8. Остаток от деления дает номер фрейма, в первое слово которого записывается частное от деления. Во все предыдущие фреймы записываются "пустые" слова (специальные фиксированные 32-битовые последовательности: 0111 1010 1000 1001 1100 0001 1001 0111), а все оставшиеся до конца адресного блока слова пропускаются, т.е. сразу за адресным словом начинается следующий блок. Фактически остаток от деления является номером интервала времени (кадра - frame), в котором данный пейджер будет вести прием и распознавание своего номера.

Пейджер принимает только кадры, соответствующие его адресу. Это позволяет в восемь раз увеличить адресную емкость системы и значительно повысить срок службы элементов питания.

Информационный блок служит для передачи цифровой и алфавитно-цифровой информации на пейджер, заданный адресным блоком. Он содержит слово синхронизации, информационные слова, и, если сообщение закончилось, "пустые" слова до конца блока.

Увеличение скорости передачи сообщений ведет к увеличению пропускной способности системы, однако, при этом снижается устойчивость к помехам, а главное - снижается чувствительность радиоприема, т.е. фактически - радиус рабочей зоны приема сообщений. Для подавляющего большинства пейджеров чувствительность в зависимости от скорости передачи равна следующим значениям: 512 бит/с - 5 мкВ/м; 1200 бит/с - 7 мкВ/м; 2400 бит/с - 9 мкВ/м.

5.4.2 Протокол FLEX

Протокол пейджинговой связи FLEX разработан формой Motorola. Основным достоинством этого протокола является высокая скорость передачи данных - 1600, 3200 и 6400 бит/с, а, следовательно, высокая пропускная способность. Так, если в стандарте POCSAG ресурс частоты составляет 10-15 тысяч абонентов, то во FLEX-системах ресурс частотного канала лежит в пределах 20-80 тысяч абонентов. В отличие от протокола POCSAG протокол FLEX использует синхронную передачу данных, т.е. синхронизация передатчика и приемника производится по абсолютному значению времени.

Структура формата FLEX приведена на рис. 5.

При скорости 1600 бит/с используется 2-уровневая частотная модуляция. При скорости 3200 бит/с может использоваться как 2-уровневая, так и 4-уровневая частотная модуляция. При скорости 6400 бит/с используется 4-уровневая частотная модуляция. Значения девиации для различных двоичных данных при 2-уровневой и 4-уровневой частотной модуляции приведены на диаграмме рис. 6.

Данные в протоколе FLEX формируются в кадры, которые передаются последовательно со скоростью 32 кадра в минуту (1,875 с на кадр). Полный цикл протокола FLEX состоит из 128 кадров, которые нумеруются от 0 до 127, и передаются ровно 4 минуты. Каждый час делится на 15 циклов, пронумерованных от 0 до 14.

Так как протокол FLEX является синхронным, для его синхронизации используются сигналы точного времени, передаваемые в начале каждого часа в кадре 0 цикла 0. При передаче этого кадра осуществляется синхронизация приемников.

Каждый кадр протокола FLEX передается 1,875 с и состоит из блока синхронизации (115 мсек) и 11 информационных блоков (но 160 мс на блок).

Рисунок 5 - Структура формата FLEX

Блок синхронизации обеспечивает синхронизацию кадра и настройку пейджеров (фрагменты "Синхрон. 1" и "Синхрон.2"), а также несет информацию о номере цикла и кадра (фрагмент "Кадр инфо").

Рисунок 6 - Значения девиации для различных двоичных данных

Информационные блоки содержат служебную информацию, адресное поле, задающее адреса пейджеров, которым адресованы сообщения, векторное поле, указывающее, где расположены сообщения в поле сообщений и их длина, и непосредственно поле сообщений, содержащее сами сообщения. Последовательность расположения полей в кадре показана на рис. 7.

Рисунок 7 - Последовательность расположения полей в кадре FLEX

Поля не привязаны к границам блока. Порядок расположения адресов пейджеров в адресном поле должен соответствовать порядку расположения векторов в векторном поле. Адреса пейджеров могут задаваться одним кодовым словом (короткий адрес), поддерживая при этом до 2 миллионов адресов, или двумя кодовыми словами (длинный адрес), поддерживая до 5 миллиардов адресов.

При кодировании информации используется код БЧХ, позволяющий восстанавливать единичные ошибки передачи данных. Кроме того, используемая в протоколе последовательность передачи сформированных бит информации позволяет восстанавливать принятые данные при пропадании сигнала на интервале до 10 мс.

К достоинствам протокола FLEX следует отнести:

- повышенную скорость передачи данных, а, следовательно, повышенную пропускную способность на один частотный канал;

- возможность поддержания большого количества адресов (до 5 миллиардов);

- улучшенные характеристики помехоустойчивости канала передачи;

- обеспечение энергоэкономичного режима работы пейджеров;

- возможность совместной работы с другими протоколами.

5.4.3 Протокол ERMES

Протокол ERMES был разработан как общеевропейский протокол пейджинговой связи.

К достоинствам протокола ERMES следует отнести следующее:

- повышенную скорость передачи данных, а, следовательно, повышенную пропуски способность на один канал;

- обеспечение энергоэкономичного режима работы пейджеров;

- возможность передачи произвольного набора данных объемом до 64 Кбит;

- возможность удобной организации роуминга во всех регионах, охваченных сетью ERMES

Для функционирования СПРВ по протоколу связи ERMES выделяется единый диапазон частот (или его часть) 169,4-169,8 МГц, в котором организуются 16 частотных каналов c разносом частот в 25 кГц. Для приема сигнала используются сканирующие по частоте абонентские приемники (пейджеры). Скорость передачи данных составляет 6,25 кбит/с.

Системы персонального радиовызова на базе протокола ERMES обеспечивают следующие услуги:

- передачу цифровых сообщений длиной до 1600 знаков;

- передачу буквенно-цифровых сообщений длиной до 9000 символов;

- передачу произвольного набора данных объемом до 64 Кбит;

- возможность приема вызова и сообщений одним унифицированным приемником (пейджером) во всех странах, входящих в объединенную СПРВ ERMES.

Структура протокола ERMES приведена на рис. 8.

Рисунок 8 - Структура протокола ERMES

Каждый час передается 60 циклов по одной минуте каждый. Каждый минутный цикл содержит 5 последовательностей по 12 с. Каждая из последовательностей включает в себя 16 типов групп, которые обозначаются буквами латинского алфавита от А до Р. Каждая группа имеет длину 0,75 с и состоит из четырех блоков: синхронизации; служебной информации; адреса; информационного сообщения.

Порядок расположения групп внутри последовательности для каждого частотного канала свой и устроен так, что позволяет пейджеру в пределах последовательности просмотреть свою группу в режиме сканирования на всех 16 частотах.

Протокол ERMES использует помехоустойчивое кодирование передаваемой информации с прямой коррекцией ошибок (FEC), циклический код (30, 18), кодовое расстояние Хемминга - 6.

Приемники персонального вызова (пейджеры) в системе ERMES работают следующим образом. Находясь в зоне приема "своей" базовой станции пейджер принимает сообщения на ее частоте. При попадании в другой регион пейджер, не "слыша" сигнал на своей частоте, переходит в режим сканирования по каналам ERMES и, обнаружив сигнал, начинает принимать информацию на частоте базовой станции данного региона.