18.Сотовая, спутниковая виды радиосвязи. Глонасс

В настоящее время сотовая связь организуется с использованием различных стандартов (протоколов) – AMPS (Advanced Mobile Phone Service, USA), NMT-450 (Nordic Mobile Telephone, 450 MГц, Исландия, Швеция, Финляндия, Норвегия, Дания, Австрия, Голландия, Бельгия, арабские страны Ближнего Востока, Юго-Восточная Азия), TACS (Total Access Communication System, Великобритания). Все эти стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи.

Аналоговый способ передачи информации с помощью обычной модуляции (ЧМ или ФМ) имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров, сильное замирание сигнала под влиянием окружающих зданий и рельефа местности или при движении абонентов. Использование различных стандартов сотовой связи также мешает ее широкому применению. Для преодоления недостатков старых стандартов был разработан стандарт второго поколения – GSM. Несущая частота для этого стандарта – 900 МГц. Новые преимущества стандарта GSM – применение более эффективного разделения каналов, шифрование сообщений и защита данных пользователей и новый вид модуляции. Одновременно с этим в США разработан другой стандарт – IS-54, а также началась разработка новой технологии, основывающейся на использовании шумоподобных сигналов – CDMA (Code Division Multiple Access). По имеющимся прогнозам, эта си-стема будет обладать в десять раз большей емкостью по сравнению с су-ществующими. В Японии к настоящему времени разработан свой стандарт – JDS (Japanese Digital Cellular).

Как же функционирует сотовая связь? Каждая из сот в системе, как уже отмечалось, обслуживается приемо-передатчиком – базовой станцией (БС) (Рис. 2.11). Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи (ЦКП). Число каналов БС обычно кратно 8: 8, 16, 32. Один из них может быть управляющим (аналогично транковой связи), как правило, он называется каналом вызова. На нем происходит непосредственное установление при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор можно начинать только после того, как будет найден свободный канал и соединение будет переключено на него. Любой из каналов представляет собой пару частот для дуплексной связи. Все БС соединены с ЦКП по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. Центр коммутации – это АТС системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью и соединение подвижного абонента с тем, кто ему необходим, в обычной телефонной или сотовой сети. Одна из важных услуг сотовой сети – возможность использовать один и тот же телефон при поездке в другой город или за границу. Такая возможность называется роуминг (от англ. roam – скитаться, блуждать). Сотовые сети, естественно, должны быть одного стандарта. ЦКП сетей одного стандарта соединяются специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента, хранящимися в специальном регистре. При перемещении абонента в другую сеть ее коммутатор запрашивает информацию в основной сети и при наличии подтверждения регистрирует его телефон. Данные о местонахождении постоянно обновляются в ЦКП основной сети, и все поступившие вызовы он автоматически переадресует в ту сеть, где в этот момент находится абонент.

Понятие спутниковой связи

Тем не менее в ряде случаев возникает необходимость в организации устойчивой телефонной связи в районах, отдаленных от ближайших городов порой на тысячи километров. Такая задача в настоящее время решается при помощи систем спутниковой связи. К спутниковым системам можно отнести системы связи, имеющие в качестве одного из ретрансляторов орбитальный космический аппарат.

До недавнего времени системы, включающие в себя орбитальные компоненты, обязательно имели громоздкие наземные абонентские устройства, устанавливать которые можно было либо стационарно, либо на тяжелых транспортных средствах (кораблях, грузовиках). Мы рассматриваем в данном издании только мобильные системы.

Существует достаточно много систем спутниковой связи, использующих космические аппараты, находящиеся на различных орбитах от 35 000 километров (геостационарные) до 1 500-2 000 километров и менее (низкоорбитальные). В зависимости от высоты орбиты спутниковые группировки для организации устойчивой глобальной связи должны иметь от трех-четырех (геостационарные) до нескольких десятков (низкоорбитальные) космических аппаратов. Высокоорбитальные системы требуют небольшого количества спутников, но вынуждены использовать тяжелое наземное оборудование, способное обеспечить связь с удаленным на большое расстояние спутником. Низкоорбитальные системы могут использовать легкие портативные наземные терминалы, но для охвата значительной части поверхности планеты вынуждены размещать много достаточно дорогих спутников на орбите.

Ранее в нашей стране была разработана и использовалась система подвижной спутниковой связи на базе космических аппаратов «Молния-1» и могла обеспечить до шести дуплексных телефонных каналов одновременно. В 80-е годы для подвижной спутниковой связи стали дополнительно использоваться спутники «Горизонт», каждый из которых мог обеспечить до четырех телефонных каналов. В настоящее время в России можно пользоваться как отечественными системами («Памир» и др.), так и международными системами подвижной спутниковой связи – Inmarsat, Intelsat и Eulsat. Эти системы используют высокоорбитальные спутниковые сегменты.

Развитие полупроводниковых технологий позволило к настоящему времени создать портативные абонентские устройства спутниковой связи, доступные массовому пользователю, с помощью которых можно осу-ществлять связь непосредственно через орбитальный компонент системы. Это так называемые системы персональной спутниковой радиотелефонной связи. К ним относятся системы «Iridium», «GlobalStar», «Гонец-Р», «Сиг-нал», «Курьер», «Коскон» и другие. Система «Сигнал» поэтапно вводилась в эксплуатацию в период с 1997 по 2000 гг. Она содержит 48 спутников с высотой орбиты 1 500 км. Система «Гонец» предполагает орбитальную группировку в 45 спутников с высотой орбиты 1 400 км. Международная система «Iridium» имеет более 60 спутников с высотой орбит 780 км. На такой низкой орбите срок жизни спутника составляет 5-8 лет. Связь между абонентами будет осуществляться через спутниковую сеть с помощью ряда наземных компонентов – станций сопряжения. Эти станции выполняют следующие основные функции: соединение сети спутников с наземными телефонными сетями, учет времени доступа, а также разрешение доступа абоненту спутниковой сети.

Системы спутниковой навигации

Системы спутниковой навигации позволяют с высокой точностью определять местоположение наземных объектов.

Основной принцип действия систем спутниковой навигации заключается в определении положения специального приемника сигналов по отношению к системе спутников, положение которых известно с высокой точностью. Классический способ определения положения объекта на местности заключается в так называемой триангуляции (построения условного треугольника, включающего в качестве вершин два известных объекта и точку, положение которой необходимо определить) с использованием известных ориентиров. В случае спутниковой системы навигации в качестве таких ориентиров используются специальные спутники. Навигационный приемник способен с высокой точностью определять расстояние до специальных спутников, находящихся в момент времени в пределах видимого горизонта. Расстояние определяется путем умножения измеряемого времени прохождения радиосигнала от спутника до приемника на скорость распространения радиоволны в данных условиях.

Системы спутникового мониторинга подвижных объектов

Развитие систем радиосвязи и спутниковой навигации позволило решить проблему диспетчерского мониторинга подвижных объектов. Система позволяет реализовать следующие основные функции контроля за перемещением объектов:

– передача данных о местоположении, направлении движения, скорости;

– визуализация маршрута транспортного средства в режиме реального времени на карте местности;

– передача и хранение данных показаний подключенных дополнительных устройств (датчиков);

– прием тревожных сообщений с объекта мониторинга.

Применение систем мониторинга мобильных объектов в правоохранительных структурах позволяет оптимизировать управление силами и средствами, повысить безопасность несения службы сотрудниками.

Системы мониторинга мобильных объектов состоят из нескольких функциональных элементов и их программного обеспечения, устанавливаемых на подвижном объекте и диспетчерском пункте (дежурной части). Основными устройствами, устанавливаемыми на подвижный объект мониторинга, являются:

– ГЛОНАСС/GPS-терминал;

– устройство радиосвязи для обмена данными с диспетчерским пунктом;

– дополнительные устройства (датчики расхода и запаса топлива, тревожная кнопка, устройство аутентификации пользователя терминала и др.).

Основным устройством является ГЛОНАСС/GPS-терминал, выполняющий следующие функции:

– определение собственных координат при помощи спутникового приемника;

– сбор информации от бортового оборудования и дополнительных датчиков;

– управление бортовым оборудованием по командам, поступающим от оператора.

Собранная информация дальше передается по каналу радиосвязи на сервер обработки в виде пакета данных, который содержит получаемые терминалом данные – время, координаты, значения внутренних и внешних параметров и др.

Для правоохранительных структур должны применяться терминалы, функционирующие только в рамках системы ГЛОНАСС.

Устройство радиосвязи для обмена данными с диспетчерским пунктом осуществляет пересылку информации по каналам радиосвязи (GSM-связь и (или) конвенциальная радиосвязь ОВЧ (УКВ)-диапазона). Применение для передачи данных с использованием радиосвязи ОВЧ (УКВ)-диапазона позволяет создавать полностью независимые от сторонних организаций системы мониторинга объектов, что наиболее предпочтительно для правоохранительных структур. При использовании для приема и передачи данных конвенциальной радиостанции ОВЧ (УКВ)-диапазона между ней и ГЛОНАСС/GPS-терминалом устанавливается специальный модем.

В диспетчерском пункте устанавливается комплекс программно-аппаратных средств, состоящий из следующих основных функциональных элементов:

– устройства радиосвязи для обмена данными с диспетчерским пунктом (также, соответственно, устройство, использующее GSM-канал и (или) радиоканал ОВЧ (УКВ)-диапазона);

– диспетчерского терминала на базе персонального компьютера, сопряженного с устройством радиосвязи. При использовании для приема и передачи данных конвенциальной радиостанции ОВЧ (УКВ)-диапазона между ней и ГЛОНАСС/GPS-терминалом также устанавливается специальный модем.