CC BY
41
УДК 621.37
Петриченко М.Н., Пономарев К.П.
Академия ФСО России
АНАЛИЗ ПРЕИМУЩЕСТВ СЕТЕЙ ОПЕРАТИВНОЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОБОРУДОВАНИИ СТАНДАРТА DMR ПЕРЕД СЕТЯМИ, ПОСТРОЕННЫМИ НА АНАЛОГОВОМ ОБОРУДОВАНИИ УКВ
Аннотация
В статье рассматриваются причины перехода с аналоговых систем оперативной подвижной радиосвязи на цифровые. В статье рассматривается использование радиостанций стандарта DMR (Digital Mobile Radio). Этот стандарт цифровой радиосвязи, разработанный в 2005 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI), сегодня является одним из самых защищенных. Среди основных пользователей DMR-радиостанций - экстренные службы, такие как полиция, скорые, МЧС и силовые ведомства.
Ключевые слова
Стандарт DMR, ретранслятор, радиостанция, комплексы радиосвязи.
Введение
Потенциальными абонентами современных систем конвенциональной радиосвязи с использованием DMR, являются предприятия среднего сектора экономики (с относительно небольшим числом абонентов и относительно малым количеством вызовов). К ним также относятся различные строительные организации, транспортные службы (такси), службы обеспечения и охраны правопорядка, некоторые силовые ведомства и т.д.
В настоящее время цифровой стандарт конвенциональной профессиональной радиосвязи DMR (Digital Mobile Radio), разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) и известный как единый общеевропейский стандарт цифровой радиосвязи, получил широкую популярность более чем в 100 странах мира. На сегодняшний день стандарт DMR является безусловным лидером на рынке современных цифровых технологий наземной подвижной радиосвязи LMR/PMR. Предполагается реализация решений стандарта DMR не только в общепринятых диапазонах 136 - 174 МГц и 403 - 470 МГц, но и в диапазоне 450 - 527 МГц.
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. Протокол DMR позиционируется как открытый стандарт, т.е. предполагается, что всё оборудование от различных производителей будет совместимо. Как пример, на рис.1 представлен ретранслятор Эрика - 161, рис.2 поддерживающие этот протокол.
Рисунок 1 - Ретранслятор Эрика - 161
Рисунок 2 - Радиостанции Эрика - 260
Из анализа требований современного рынка телекоммуникаций следует, что в настоящее время построение современных сетей радиосвязи с использованием DMR актуально по следующим причинам:
1. Удвоение пропускной способности канала;
2. Полная совместимость с частотным спектром аналоговых системам радиосвязи;
3. Совместимость со старым парком аналоговых радиостанций;
4.Возможность создания и использования самых различных приложений;
5. Высокое качество звука;
6. Низкое энергопотребление;
7. Относительно низкая стоимость оборудования при построении сетей радиосвязи;
8. Не требуется новой лицензии на получение частотного ресурса;
9. Защита от прослушивания при работе в эфире;
1. Удвоение пропускной способности канала
По сравнению с аналоговыми системами радиосвязи одним из основных преимуществ DMR является то, что рабочий канал разделяется на 2 независимых временных интервала (тайм-слота), т.е. пропускная способность канала удваивается. Метод Временного Разделения Каналов (ВРК), применявшийся ранее в многоканальной телефонной связи, а ныне известный как TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с временным разделением каналов, состоит в разделении каналов, на два и более отдельных тайм-слота. В популярной транкинговой сети TETRA (TErrestrial Trunked RAdio) используются 4 тайм-слота, а в GSM (Global System for Mobile Communications) - их уже 8.
В основе технологии DMR также лежит метод временного разделения каналов (TDMA), что позволяет создать временные интервалы Слот 1 и Слот 2 на одной частотной несущей в интервале 12,5
12.5 кГц канал
Рисунок 3 - Метод временного разделения каналов (TDMA)
Каждый такой временной интервал работает как отдельный и независимый канал связи. Стандарт DMR отличает быстрое установление соединений (до 200 мс) и поддержка режима «поздний вход» для групповых вызовов.
Предполагается организация радиосвязи в двух режимах:
1. Режим прямой связи (Direct mode) - симплексная связь с канальным шагом 12,5 кГц.
— L
2. Режим связи через ретранслятор (Repeater mode), используя двухчастотный симплекс с дуплексным разносом. При этом формируется обратный канал сигнализации и удваивается ёмкость сети.
Как и в транкинговых системах радиосвязи, радиосети DMR, использующие репитер, позволяют организовать:
- индивидуальный вызов «конкретная радиостанция - конкретная радиостанция»; групповой вызов «конкретная радиостанция - конкретные группы радиостанций»; групповой вызов «конкретная радиостанция - все радиостанции»; - передачу пакетных данных с канальной скоростью до 9600 бит/с.
2. Полная совместимость с частотным спектром аналоговых системам радиосвязи Следует отметить, что поскольку ширина спектра DMR составляет 12,5 кГц, то обеспечивается полная совместимость с частотным спектром старого парка существующих аналоговых радиостанций, что является определяющим фактором при получении лицензий на использование радиочастот. На рисунке 4 показаны частотные спектры сигналов при переходе от аналоговой системы радиосвязи к цифровой двухслотовой DMR.
Рисунок 4 - Совместимость частотных спектров аналоговой системы радиосвязи и двухслотовой DMR
3. Совместимость со старым парком аналоговых радиостанций
Преемственность и совместимость с существующими аналоговыми системами связи позволяет сохранить сделанные ранее инвестиции и по мере необходимости заменить парк устаревающих аналоговых абонентских терминалов.
4. Возможность создания и использования самых различных приложений
В стандарте DMR применяется модуляция типа 4FSK со скоростью передачи данных до 9600 бит/с и классом излучения F1W, который предусматривают возможность интеграции посредством среды TCP/IP и обеспечивает целый ряд сервисных возможностей, недоступных обычным аналоговым системам оперативной подвижной радиосвязи.
Он поддерживает передачу IP-данных по радиоканалу и позволяет легко создавать и применять такие приложения, как обмен текстовыми сообщениями, GPS позиционирование, телеметрия, дистанционное управление удалёнными радиостанциями, предоставление различных приоритетов экстренным вызовам и т.п. Применение TDMA предполагает использование полного спектра канала 12,5 кГц, который делится на два независимых временных участка (слота), тем самым обеспечиваются два речевых канала шириной 6,25 кГц на базе одного цифрового канала 12,5 кГц. Таким образом, пропускная способность частотного канала удваивается.
Удвоение пропускной способности канала и обратный канал сигнализации при внедрении DMR также является ключевым моментом для добавления этих приложений. При этом для передачи речевых сообщений используется только один тайм-слот, а другой тайм-слот может одновременно с разговором применяться для передачи данных, например, текстовых сообщений в диспетчерских системах
радиосвязи, которые обеспечивают одновременную отправку как речевой, так и визуальной информации, обеспечивая дополнительное удобство и гибкость управления диспетчером сети.
5. Высокое качество звука Для обнаружения и исправления ошибок, возникающих при передаче, в стандарте DMR широко применяется метод прямого исправления ошибок FEC (Forward Error Correction) с циклическим избыточным кодом CRC, а также вокодер с алгоритмом ACELP (линейное предсказание с алгебраическим кодовым возбуждением). При этом стандарт DMR описывает более 14 различных кодеков, каждый из которых соответствует различным типам передающегося трафика, благодаря чему эффективно отсеиваются посторонние шумы и восстанавливаются сигналы из их деградированных фрагментов, что значительно повышает качество связи (рисунок 5).
По сравнению с аналоговыми радиостанциями, радиостанции DMR обеспечивают более высокое качество воспроизводимого ими аудиосигнала, приближаясь по качеству к уже ставшей нам привычной сотовой связи. В такой радиосвязи уже полностью отсутствуют посторонние эфирные шумы, замирания, различного рода помехи и т.д.
ЦИФРОВОЙ
Рисунок 5 - Расширение зоны качественной связи в DMR по сравнению с аналоговыми системами радиосвязи
6. Низкое энергопотребление
Ограниченная ёмкость аккумуляторной батареи всегда была и остаётся одной из самых основных проблем переносных мобильных устройств. Аккумуляторы большой ёмкости имеют значительные габаритные размеры и вес, что накладывает ограничения на их применения в носимых радиостанциях. Это существенно сокращает длительность разговора, используя один заряда аккумулятора.
Так как при радиообмене задействован только один из двух временных интервалов (рисунок 6), то передатчик радиостанции в половине случаев как бы находится в режиме «ожидания» - то есть он «выключен» в неиспользуемых тайм-слотах. Это позволяет увеличить до 40% временные интервалы между циклами зарядов аккумуляторных батарей DMR радиостанций.
Слот 1 Слот 1 Группы абонентов
Рисунок 6 - Передача на одном тайм-слоте
7. Относительно низкая стоимость оборудования при построении сетей оперативной радиосвязи.
Несмотря на то, что всё оборудование стандарта DMR ETSI, по своей сути является одноканальным, оно позволяет организовать два независимых друг от друга канала связи, используя всего одну пару
частот. Благодаря этому, по сравнению скажем с сетями, использующими метод FDMA (Frequency Division Multiple Access) — множественный доступ с разделением каналов по частоте, или старыми аналоговыми сетями радиосвязи, вдвое сокращается количество выделенных пар рабочих частот. В этом случае для организации двух рабочих каналов применяется только один ретранслятор и одна антенна.
Применение цифровых систем связи с методом FDMA подразумевает наличие отдельного ретранслятора для каждого рабочего канала и достаточно дорогой сумматор. Кроме того, необходимо компенсировать в нём потери, подключив дополнительные усилители мощности.
К сетям FDMA, по сравнению с TDMA, предъявляются более жёсткие требования к стабильности частоты опорного генератора, т.к. ширина полосы пропускания соседних каналов достаточна узкая и составляет всего 6,25 кГц. В этом случае, даже незначительный уход его частоты приводит к ухудшению коэффициента битовых ошибок (BER), который является основным показателем цифрового канала связи, что приводит к потере качества сигнала и уменьшению зоны покрытия. Применение для этих целей высокостабильного генератора увеличивает стоимость систем связи, построенных с использованием метода частотного разделения каналов.
Коренным отличием систем связи стандарта DMR (Motorola) от протоколов от оборудования комплекса Эрика является принцип разделения каналов, это 2-слотовый TDMA с шириной канала 12,5 кГц в стандарте DMR и FDMA с шириной канала 6,25 кГц.
При этом, абонентские радиостанции могут работать с шагом сетки частот 6,25 кГц (в отличие от DMR с TDMA, которые не обеспечивают без ретранслятора наличие двух независимых рабочих каналов по 6,25 кГц). Но здесь следует иметь в виду, что при таком небольшом частотном разносе между каналами могут появиться помехи на приёмной стороне, а это приводит к удорожанию приёмной части радиостанции. При переходе на стандарт DMR с использованием двухслотовой TDMA, взаимных помех от соседних каналов практически не возникает.
Если сравнивать стандарты DMR и TETRA, то сеть среднего размера, построенная на TETRA, будет стоить в 3 - 5 раз дороже, чем аналогичная сеть стандарта DMR. При этом возможности этих двух систем примерно одинаковые (цифровое кодирование, позиционирование, передача сообщений и т.д.). Но стандарт DMR, развивается быстрее, т.к. он предназначен, в основном, для коммерческого использования.
Во многих странах, например, в США, при построении сетей связи с использованием FDMA, действующее законодательство не предусматривает использование двух раздельных каналов по 6,25 кГц в полосе ранее выделенных частот 12,5 кГц, т.е. необходимо получать новую лицензию.
Конечно, в соответствии со старой лицензией, можно попробовать использовать один рабочий канал шириной 6,25 кГц в полосе 12,5 кГц, но тогда теряется преимущество в увеличении ёмкости сети и пропускная способность канала 12,5 кГц используется не полностью.
Несмотря на то, что оба вышерассмотренных метода разделения каналов ^МА и TDMA), могут
Сравнение технологий уплотнения радиочастотного канала ТОМА и FDMA
Рисунок 7 -Сравнение технологий уплотнения радиочастотного канала
8. Не требуется новой лицензии на получение частотного ресурса
обеспечить два независимых рабочих канала в полосе частот 12,5 кГц в рамках существующей лицензии на 12,5 кГц, именно метод временного разделения каналов, который приводит к удвоению ёмкости сети, позволяет построить полноценную сеть DMR.
9. Защита от прослушивания при работе в эфире Абоненты, работающие с использованием цифровых каналов радиосвязи на одинаковых частотах, но с другим цветовым кодом или разными кодами шифрования в одной сети DMR TDMA, не смогут прослушивать друг друга. Следует отметить, что у разных производителей длина кода шифрования абсолютно разная, что позволяет ещё больше повысить криптозащиту при построении систем оперативной подвижной радиосвязи с использованием DMR TDMA.
В случае применения цифровых каналов радиосвязи, абоненты, работающие в аналоговом режиме, также не смогут принять сообщения от операторов сети DMR. В отличие от аналоговых систем радиосвязи, которые, вне зависимости от марок, могут прекрасно взаимодействовать между собой, в цифровых системах используется один из двух протоколов DMR: TDMA или FDMA. Важно отметить, что эти два протокола несовместимы, т.е. в цифровой системе радиостанция с протоколом FDMA не будут взаимодействовать с радиостанцией с протоколом TDMA. Список использованной литературы:
1. Ступницкий М.М. КВ-радиосвязь: ренессанс на цифровой основе // Электросвязь. - 2014, - № 10.
2. Международный союз электросвязи (МСЭ): официальный сайт. URL: https://www.itu.int
3. Головин О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / Под ред. О.В. Головина.— М.: Горячая линия — Телеком, 2006.— 598 с
4. Уральские заводы: официальный сайт. URL: https://uralradio.ru/
© Петриченко М.Н., Пономарёв К.П., 2023
УДК 621.391
Подколзин В.В., Шоколов А.А., Плахов А.В.
Сотрудники Академии ФСО России
ОРГАНИЗАЦИЯ УДАЛЕННОЙ СЛУЖЕБНОЙ СВЯЗИ С ЗЕМНЫМИ СТАНЦИЯМИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
Аннотация
В данной статье производится анализ методов выноса оборудования канала служебной связи, организованного в станции спутниковой связи, произведен расчет ограничений по расстоянию, на которое можно вынести оконечное оборудование и составлена сводная таблица с полученными данными.
Ключевые слова Канал служебной связи, станция спутниковой связи.
Введение
Спутниковая связь зарекомендовала себя как хорошее, экономически выгодное решение предоставления услуг связи абонентам в регионах с низкой плотность населения, что подтверждает ряд проведенных экономических исследований [1]. К основным достоинствам спутниковой связи можно отнести:
- большая зона покрытия;
- возможность предоставления информации большому числу абонентов одновременно за счет
