Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

14.5. 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 против12,5 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 [4].

14.6. Особенности стандарта TETRA

TETRA (TErrestrial 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 представителями22 государств Европы. В настоящее время стандартTETRA вышел за

рамки европейского региона и получает широкое распространение во всем мире.

Отличительной особенностью стандартаTETRA стало активное участие в его разработке потенциальных заказчиков, особенно силовых структур и аварийно-спасательных служб. Достоинством данного подхода к разработке стандарта стало его соответствие самым высоким требованиям с точки зрения как эффективности, так и функциональной насыщенности систем связи, построенных на его основе.

В основу стандарта TETRA положены следующие принципы:

-Открытость стандарта. Это позволяет выпускать совместимое оборудование различными производителями, что в конечном итоге приводит к снижению его стоимости.

-Ориентация на обслуживание сетей с высоким трафиком. Именно такими являются типичные европейские сети.

-Сочетание методов частотного (FDMA) и временного (TDMA) доступа.

-Наличие режима непосредственной связи между абонентскими станциями, а также возможность абонентской радиостанции выступать в качестве ретранслятора.

-Наличие всех видов вызовов и многообразие сервисных -воз можностей.

-Мягкий режим перехода из зоны в зону (Handover).

-Полноценный роуминг.

-Аутентификация и шифрование.

Архитектура ТСР на основе стандартаTETRA аналогична архитектуре сетей, поддерживающих другие, в том числе и аналоговые, стандарты. Она состоит из центра коммутации, базовых станций, диспетчерских пультов, центра управления системой и абонентских радиостанций.

Стандарт определяет несколько важнейших интерфейсов:

- Air Interface (AI) – радиоинтерфейс между базовой станцией

иабонентской радиостанцией;

-Direct Mode Operation (DMO) – интерфейс прямого соединения между двумя абонентскими радиостанциями;

-Terminal Equipment Interface (TEI) – интерфейс между абонент-

ской радиостанцией и терминалом передачи данных (ТПД);

-Inter System Interface (ISI) – межсистемный интерфейс для объединения нескольких систем(возможно, от разных фирм-изготовите- лей) в единую сеть;

-Line-connected Station Interface (LSI) – интерфейс для подключе-

ния диспетчерских пультов к базовому оборудованию;

-Network Management Centre Interface (NMCI) – интерфейс центра управления системой;

Рис. 14.8. Структурная схема базовой станции SmarTrunk II

- Gateways to PABX, PSTN, ISDN, PDN – интерфейс для подключе-

ния к внешним сетям (УПАТС, ТФОП, ЦСИО, СКП).

Радиоинтерфейс стандарта предполагает работу в сетке частот с шагом 25 кГц при размещении четырех речевых каналов в данной полосе. Стандарт регламентирует и дуплексный разнос для этих систем, который должен составлять 10 МГц. Системы TETRA могут использовать диапазоны частот 150…900 МГц. В странах Европы для систем TETRA выделены частоты в диапазонах410…430, 870…876, 915…921 МГц (в первую очередь) или в диапазонах450…470, 385…390, 395…399,9 МГц.

В стандарте TETRA, в котором применяется уплотнение каналов по технологии TDMA, на одной несущей частоте организуются четыре разговорных канала (рис. 14.8). Каждый кадр имеет продолжительность 56,67 мс и содержит четыре временных интервала(time slots). Последовательность из 18 кадров образует мультикадр длительностью 1,02 с; один кадр является контрольным. Каждый временной интервал в составе кадра содержит504 бита, 432 из которых – информационные.

В начале временного интервала передается пакет из36 бит PA (Power Amplifier – управление излучаемой мощностью). За ним следует первый информационный блок(216 бит), далее – синхропоследовательность SYNC (36 бит) и второй информационный блок. Соседние временные интервалы разделяются защитными периодами длительностью 0,167 мс, что соответствует 6 битам.

Для преобразования речи в стандарте TETRA применяется кодек с алгоритмом типа CELP. Скорость цифрового речевого потока на выходе этого кодека составляет 4,8 кбит/с. До поступления речевого потока на вход модулятора к нему добавляется корректирующий код, после чего производится межблочное перемежение.

Скорость потока одного канала в системе на базеTETRA составляет 7200 бит/с или 28 800 бит/с на четырехканальную группу.

Радиоканал стандарта TETRA использует относительную фазовую модуляцию типа p/4-DQPSK. При этом каждому символу модуляции соответствует передача двух бит информации. Это позволяет достигнуть эффективности использования радиоспектра 6,25 кГц на канал.

В заключение следует, однако, заметить, что стандарт TETRA ориентирован на создание зон с высокой плотностью и малого диаметра (4…8 км). Следовательно, такие ТСР могут оказаться неэффективными на территории с низкой плотностью абонентов, т.е. в большинстве районов России. Кроме того, стоимость оборудования в несколько раз выше, чем у аналоговых ТСР с близкими функциональными возможностями.

14.7. Тенденции развития транкинговых систем радиосвязи

Анализируя публикации последнего периода, можно выделить следующие тенденции развития ТСР.

-Увеличение доли ТСР общего пользования. До недавнего времени системы транкинговой связи строились исключительно по - ве домственному признаку. Каждое ведомство и крупное предприятие создавало свою радиосеть, исходя из своих собственных задач и возможностей. В последнее время наметилась тенденция к созданию ТСР общего пользования на коммерческой основе. Пользователями такой сети могут быть диспетчерские службы такси и грузоперевозок, производственные и коммерческие предприятия, а также частные лица.

-Интерфейсы с сотовыми системами связи. Потребность выхода

сабонентской радиостанции на сотовые системы общего пользования вполне естественна. В этом случае наиболее полно сочетаются требования оперативности управления с возможностями глобальных мобильных сетей. Подобные интерфейсы предусматриваются во многих вновь развиваемых стандартах.

-Создание виртуальных сетей. Виртуальные сети являются логически изолированными сетями, организованными на единой аппарат-

ной основе. Различные ведомства, государственные организации и службы могут объединить усилия, создав единую инфраструктуру сети, внутри которой свои независимые сети со своими ресурсами.

- Интеграция различных видов передачи информации. Это общая тенденция эволюции всех сетей связи, в том числе и транкинговых.

Наиболее полно она реализуется в цифровых транкинговых сетях, таких например, как TETRA.

с сотовыми?

3.Приведите типовую архитектуру однозоновой транкинговой системы

с частотным разделением каналов.

4.Приведите классификацию транкинговых систем.

5.Дайте характеристику наиболее часто используемых аналоговых и цифровых транкинговых систем.

6.Каковы тенденции развития транкинговых систем.

Список литературы

1.Тамаркин В.М., Громов В.Б., Сергеев С.Н. Системы и стандарты транкинговой связи. Информационно-технический центр «Мобильные коммуникации». – М., 1998. – 131 с.

2.Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: ЭКО-Трендз, 1996. – 242 с.

3.Печников А.В. Место транкинговых систем радиосвязи в общей сети подвижных сухопутных средств радиосвязи России // Безопасность и связь Сибири. – 1997. – № 4.

4.Климась Г.Г., Полюдов А.В. Accesnet-T – Система стандарта TETRA // Мобильные системы. – 2002. – № 5. с. 54–58.

Глава 15. Типы сетей беспроводного абонентского доступа

15.1.Экономические аспекты беспроводного абонентского доступа

Актуальность развития сетей беспроводного абонентского доступа объясняется несколькими причинами. В частности тем, что традиционная абонентская сеть с использованием медного или волоконнооптического кабеля представляет собой довольно громоздкое хозяйство, требующее, как правило, длительного поэтапного внедрения и значительных капитальных затрат, а невысокий процент использования каждой абонентской пары не способствует привлечению крупных инвестиций и быстрой окупаемости кабельных систем. Кроме того, любое расширение сети требует больших инженерных работ на кабельных трассах. В силу этого прокладка и организация проводных линий связи становится весьма сложной проблемой, особенно в старых городах, и требует повышенных капитальных вложений в сельской местности [1].

При использовании системы WLL (Wireless Local Loop) нет необходимости в прокладке дорогостоящих кабелей и в больших объемах инженерно-строительных работ – системы вводятся в считанные месяцы. Гибкая технология WLL позволяет обеспечивать потребности

вуслугах связи в самых разных условиях– от густонаселенных районов городов с исторически ценной застройкой, быстро растущих пригородов и дачных поселков, районов с коттеджной застройкой, малых городов до малонаселенной сельской местности без развитой инфраструктуры электросвязи.

Стоимость системы WLL, использующей радиоканалы на абонентских линиях, не зависит от длины линии, типа и состояния грунта, наличия водных поверхностей и заболоченных участков в пределах зоны обслуживания. Абонентский радиодоступ может быть эффективен

врайонах со сложным географическим рельефом, в гористой местности, в районах с сильно изрезанной береговой линией, изобилующих заливами, островами и полуостровами. С помощью радиоканалов можно телефонизировать морские суда каботажного плавания.

Беспроводный абонентский шлейф позволяет чутко реагировать на колебания спроса на услуги связи и изменение сетевого трафика

благодаря возможности модульного наращивания оборудования или его перераспределения. Путем увеличения мощности передающего оборудования и управляющего процессора системаWLL сравнительно легко преобразуется в сеть подвижной связи как с малой, так и с большой степенью подвижности абонентов, в то время как оператору проводной сети необходимо создавать сеть подвижной связи заново.

По сравнению с обычной кабельной сетью беспроводная телефонная система имеет следующие преимущества [1]:

-более высокие темпы ввода в эксплуатацию и меньшая трудоемкость работ;

-малый срок окупаемости системы (3–4 года);

-в 1,5–2 раза меньшие капитальные затраты;

-простота и гибкость при расширении сети, достаточно легкая трансформация в сеть мобильной связи;

-число отказов WLL составляет не более 6–10 % от числа отказов кабельной телефонной сети;

-в несколько раз более низкая стоимость 10-летнего жизненного цикла.

Применение в системах беспроводной телефонной связи специ-

альных способов организации радиодоступа, цифровой технологии и соответствующих методов кодирования позволяет обеспечить высокую пропускную способность и перекрытие зон обслуживания, повысить качество работы каналов связи, эффективность использования радиочастотного спектра.

Результаты эксплуатации экспериментальной сетиWLL фирмы Qualcomm показали, что на пятый год эксплуатации доход от инвестиций в беспроводную CDMA-технологию в расчете на одного абонента в 5 раз больше, чем от кабельной сети при том же уровне инвестиций. Кроме того, расчеты показали, что на обслуживание абонентской сети большого города(например, 5,6 млн. абонентов) при проводной технологии в течение 10 лет потребуется 1,2 млрд. дол., в то время как при использованииCDMA-технологии эти затраты могут быть снижены до 667 млн. дол.

К позитивным моментам следует отнести и тот факт, что при развертывании системы WLL нет необходимости в закладке избыточного количества оборудования на начальном этапе организации сети, как это делается при строительстве проводных сетей(при прокладке кабеля его емкость, как правило, превышает первоначально планируемую на 20–40 %). Любые ошибки в расчетах пучков каналов и резкие изменения спроса могут быть легко скорректированы благодаря модульной структуре основного оборудования.

Как показывает опыт, в целом внедрениеWLL требует меньших капитальных затрат, чем прокладка проводных линий(рис. 15.1). Большая часть капитальных затрат местной проводной сети прихо-

Рис. 15.3. Зависимость прибыли (убытка) для разных систем абонентского доступа

различных технологий (с учетом капитальных и эксплуатационных затрат) можно проследить по рис. 15.3, из которого видно, что пиковая область финансирования приходится на четвертый год эксплуатации. В этот период необходимые затраты для проводного доступа составляют 1,57 млрд. дол. и 669 тыс. долл. – для WLL.

Привлекательность беспроводных сетей подтверждается также значительной экономией средств, предназначенных для их обслуживания и ремонта. В частности, стоимость 10-летнего жизненного цикла беспроводной сети в1,5 раза меньше стоимости этого же цикла проводной сети.

Наряду с простотой технического обслуживания системыWLL обладают более высокой по сравнению с кабельными сетями надежностью, а следовательно, и меньшим количеством неисправностей. По данным МСЭ, за год на индийских сетях было зарегистрировано218 неисправностей на 100 абонентских линий, т.е. два отказа на одного абонента в год. В экспериментальной системе CDMA-WLL, эксплуатируемой в тех же условиях, было отмечено 13,4 неисправности на 100 линий абонентского радиодоступа в год, т.е. всего 6 % от общего количества неисправностей в проводной системе. Здесь же заметим, что на проводной местной сети в течение24 ч может быть устранено 84 % неисправностей, в то время как на сети, организованной на основе технологии CDMA-WLL, этот показатель был доведен до 99 %.

Такая высокая надежность объясняется, в частности, тем, что оборудование системы WLL больше, чем линейные сооружения, защищено от воздействия окружающей среды и вмешательства человека. По этой же причине более просто и быстро устраняются повреждения.