CC BY
17
Коваленко О.П. ©
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА БАЗЕ ТРАНКИНГОВОЙ СИСТЕМЫ
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Аннотация
В работе рассматриваются особенности транкинговых систем подвижной радиосвязи. Производится сравнение с сотовыми системами и описываются преимущества ТСПРС. Рассматривается классификация транкинговых систем.
Ключевые слова: Транкинговые системы подвижной радиосвязи, каналы, частоты, сотовые системы.
Keywords: Trunking mobile radio communication systems, channels, frequencies, cellular systems.
Вступление. Первые системы подвижной радиосвязи создавались и развивались в интересах государственных организаций, коммерческих структур, скорой помощи, пожарных бригад, полиции и служб безопасности.
Транкинговые системы подвижной радиосвязи (ТСПРС) являются развитием систем низовой полудуплексной радиосвязи и по ряду признаков могут быть соотнесены с сотовыми системами связи. В отличие от обычных систем с постоянно закрепленными частотными каналами в ТСПРС применяется динамическое распределение каналов. Термин транкинг, принятый в сфере профессиональной радиосвязи, означает метод свободного доступа большого числа абонентов к ограниченному числу радиоканалов. Поскольку в какой-либо момент времени не все абоненты активны, необходимое число каналов значительно меньше общего числа абонентов.
В отличие от сотовых систем существующие ТСПРС не всегда обеспечивают непрерывность связи при пересечении абонентами границ зон радиопокрытия, автоматический роуминг, не гарантируют абонентам других сетей одинаковый набор имеющихся услуг связи, включая вопросы оплаты.
Исторически сложилось, что большинство пользователей (организации, предприятия) ТСПРС имеют свои собственные сети, созданные для решения производственных нужд, и самостоятельно их эксплуатируют.
Основными требованиями [1], предъявляемыми пользователями и операторами связи к ТСПРС, являются:
- обеспечение связи в заданной зоне обслуживания;
- высокий уровень вероятности установления связи при условии отсутствия данных о местонахождении подвижных абонентов;
- возможность взаимодействия отдельных групп абонентов;
- безопасность в отношении подслушивания;
- защита от воздействия аддитивных и мультипликативных помех;
- высокий уровень разборчивости при приеме речевых сигналов;
- минимальная ширина полосы частот канала связи;
- низкие энергетические затраты подвижной станции;
- оперативность управления связью, в том числе - обеспечение управления на различных уровнях, возможность циркулярной связи обеспечение связи через центры управления, возможность приоритетного установления каналов связи.
В отличие от обычных систем радиосвязи ТСПРС характеризуются следующими признаками [2]:
© Коваленко О.П., 2016 г.
- экономное использование выделенного диапазона частот;
- наличие одной или нескольких базовой радиостанций и системы управления;
- возможность выхода в другие сети, в частности в телефонную сеть общего пользования;
- увеличение зоны обслуживания путем создания многозоновой сети;
- передача данных и телеметрической информации;
- множество сервисных возможностей.
Перечисленные выше признаки характерны и для сотовых систем связи. Однако в отличие от сотовых транкинговые системы в первую очередь ориентированы на задачи, связанные с оперативным управлением
В сравнении с сотовыми системами к преимуществам ТСПРС, позволяющим отдать им предпочтение при организации оперативной связи, следует отнести: гибкую систему вызовов [2] -индивидуальный, групповой, вещательный, приоритетный, аварийный и др.; гибкую систему нумерации -от коротких двух- или трехзначных до полноценных городских номеров; малое время установления соединения -менее секунды против нескольких секунд в сотовых системах; возможность работы в группе; наличие (в ряде систем) режима непосредственной связи между двумя абонентскими радиостанциями без участия базовой; экономичность- по стоимости оборудования и по эксплуатационным расходам ТСПРС в несколько раз экономичнее сотовых систем.
Таблица 1.1 дает представление об основных параметрах транкинговых систем в сравнении с другими системами подвижной радиосвязи.
Таблица 1.1
Параметр системы Обычная (конвенциональная) Транкинговая Сотовая
Конфигурация Однозоновая Однозоновая, многозоновая Многозоновая
Радиус зоны, км 20-80 5-80 0,3-10
Тип вызова Групповой Индивидуальны, групповой Индивидуальный
Метод посылки вызова Нажатие кнопки «передача» Нажатие кнопки «передача», набор номера Набор номера
Режим радиосвязи Полудуплекс полудуплекс, дуплекс Дуплекс
Внутрисистемны й трафик, % 100 80-90 3-15
Роуминг - Есть Есть
Режим переключения каналов при смене зоны - Жесткий, мягкий Мягкий
Среднее число
абонентов на До 30 50-100 До 30
канал
Сравнивая сотовые и транкинговые системы, необходимо отметить, что при внешней структурной схожести они существенно отличаются по ряду функциональных особенностей и системных возможностей. Если первые ориентированы на потребителей обычных телефонных услуг и окупаются в регионах с высокой плотностью населения (порядка тысячи и более абонентов в зоне), то вторые, прежде всего, являются средством оперативной и производственно-технологической связи и рентабельны при гораздо меньшем числе абонентов. Следует заметить, что сами термины "сотовые" или "транкинговые системы" малоинформативны с точки зрения выявления их отличий. Так, в сотовых системах используется метод динамического распределения каналов, т.е. транкинг, и наоборот, современные многозоновые транкинговые системы содержат ряд признаков сотовых систем. Эти термины сложились исторически и обозначают системы мобильной радиосвязи, которые развивались своими путями, решая разные задачи.
Классификация транкинговых систем. Перечислим основные признаки, лежащие в основе классификации тех или иных ТСПРС[3].
1. Метод передачи речевой информации
По этому признаку ТСПРС могут быть разделены на аналоговые и цифровые системы. В первом случае применяется частотная модуляция звукового сигнала. В радиоспектре с учетом ретрансляции один канал занимает две полосы частот по 12,5 кГц (в более ранних системах -25,0 кГц). При использовании дуплексных радиостанций для выхода на ТфОП необходимо четыре таких полосы, значительно разнесенных по частоте с целью развязки передатчика и приемника. При использовании дуплексных систем резко сокращается пропускная способность системы. По этой причине в ТСПРС ограничивают число дуплексных радиостанций, закрепляя их только за теми абонентами, которым необходим выход в телефонную сеть общего пользования. В цифровых системах применяются специальные устройства -вокодеры, преобразующие звуковой сигнал в цифровой поток со скоростью в несколько килобит в секунду (типично - 4,8 кбит/с), и соответственно цифровые устройства модуляции радиосигнала. Применение цифровых сигналов позволяет обеспечить эффективную многократную ретрансляцию речевых сообщений без ухудшения качества, а также дает возможность засекречивания информации. Дуплексная связь в цифровых системах может быть выполнена на одной частоте с поочередной передачей цифровых пакетов между двумя радиостанциями («пинг-понг»).
2. Метод многостанционного доступа
Многоканальные сообщения могут разделяться как по частоте, так и по времени. В соответствии с этим в ТСПРС может применяться как метод многостанционного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР), так и метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (МДВР), а также их сочетание. В аналоговых транкинговых системах применяется исключительно (МДЧР). В большинстве цифровых ТСПРС также, как правило, применяется (МДЧР), однако, например, в стандарте TETRA применено сочетание обоих методов.
3. Метод управления соединениями
Для выделения каналов и организации соединений между абонентами в ТСПРС применяется два вида управления - распределенное (децентрализованное) и централизованное. Распределенное управление используется главным образом в однозоновых системах или в сетях с малым количеством зон. При этом для осуществления соединения абонентская радиостанция осуществляет поиск свободного канала (сканирование). При большом числе абонентов это приводит к увеличению времени соединения до нескольких секунд, что критично для оперативной связи. Централизованное управление предполагает наличие отдельного канала управления и применяется при построении многозоновых систем
4. Тип используемого протокола управления
В ТСПРС применяется большое число самых разнообразных протоколов управления: от открытых - стандартизированных и официально публикуемых - до закрытых - фирменных. Наиболее распространены в Европе и России открытые протоколы - МРТ 1327 и TETRA. На их основе реализовано подавляющие число систем транкинговой связи.
Первые системы подвижной радиосвязи создавались и развивались в интересах государственных организаций, коммерческих структур, скорой помощи, пожарных бригад, полиции и служб »безопасности. В принятой за рубежом классификации эти системы относятся к так называемым профессиональным системам подвижной радиосвязи - PMR (Professional Mobile Radio), иногда PMR понимают как частные (ведомственные) системы подвижной радиосвязи - Private Mobile Radio. В отличие от сотовых систем существующие PMR не обеспечивают непрерывности связи при пересечении абонентами границ зон радиопокрытия, не имеют автоматического роуминга, не гарантируют абонентам других сетей одинаковый набор имеющихся услуг связи, включая вопросы оплаты и не предназначены для обеспечения выхода в телефонную сеть общего пользования (ТфОП) всех своих абонентов.
Структура и основные особенности ТСПРС SmarTrunk II
Система была впервые представлена в 1992 году американской компанией SmarTrunk Systems [4]. До настоящего момента ею же разрабатывается и производится базовое оборудование систем SmarTrunk II, а также логические платы для целого ряда абонентских радиостанций.
В начале система использовала хорошо известный в радиосвязи и телефонии аналоговый метод доступа DTMF (Dud Tone Multi Frequency -двухтональная многочастотная сигнализация). При всей простоте и легкости реализации он оказался не совсем подходящим для транковых систем. Причина, в основном, была в том, что расшифровать и повторить DTMF последовательность можно даже на слух, не говоря уже об использовании для декодирования специальных (достаточно дешевых) приборов. Естественно это сразу обернулось рядом проблем, основная из которых заключалась в том, что было трудно защитить систему от нелегальных пользователей.
Следующая реализация системы, представленная в 1994 году, где метод управления был заменен цифровой сигнализацией BPSK (Binary Phase Shift Keying - бинарная фазовая манипуляция), получила название SmarTrunk II. Потребители сразу отметили достоинства систем SmarTrunk II, которые при довольно низкой стоимости оборудования обладают довольно высокими функциональными возможностями. К настоящему времени SmarTrunk II является абсолютным лидером на рынке СНГ в области недорогих однозоновых транковых систем. По данным компании SmarTrunk Systems, число абонентов систем SmarTrunk II в мире превышает 400 тысяч [5].
Производство абонентских радиостанций осуществляется большинством ведущих мировых производителей радиооборудования (Motorola, Yaesu/Vertex, Standard, Icom, Kenwood, Maxon, Tait и др.). Причем в одной системе может использоваться радиооборудование различных производителей.
Причина широкой поддержки оборудования заключена в том, что практически все радиостанции с минимальными доработками можно приспособить для работы в системах SmarTrunk II. При этом радиостанции сохраняют все присущие им функции «обычных» систем связи.
Для работы в системе SmarTrunk II внутрь радиостанции вставляется специальный управляющий транкинговый модуль (логическая плата), который обеспечивает взаимодействие абонентских радиостанций с базовым оборудованием и поддерживает протокол работы системы.
1. Характеристики системы SmarTrunk II
Система SmarTrunk II относится к системам подвижной радиосвязи с незакрепленным каналом управления и работает в соответствии с протоколом SmarTrunk II.
В данной системе используются аналоговый (для передачи речевых сообщений) и цифровой (для передачи сигналов взаимодействия) режимы передачи информации.
Система SmarTrunk II предназначена для предоставления услуг подвижной радио и радиотелефонной связи, отдельным группам пользователей (службы охраны порядка, "скорая помощь", транспортные предприятия, нефтяники, дорожные службы и т.д.).
Эта система включает в себя коммутационное и управляющее оборудование, радиооборудование и предназначена для предоставления услуг радиосвязи на основе реализации автоматического динамического многостанционного доступа к ограниченному количеству радиоканалов, в том числе с правом выхода в телефонную сеть связи общего пользования (ТфОП). Подключение системы SmarTrunk II к ТфОП возможно на правах учрежденческой производственной АТС (УПАТС) или малой УАТС по абонентским линиям или 3-проводным соединительным линиям. Выход в ТфОП предоставляется только при использовании дуплексных абонентских радиостанций [3].
В системе SmarTrunk II предусмотрена возможность ограничения времени ведения переговоров при связи радиоабонент - радиоабонент внутри системы.
2. Основные технические характеристики системы SmarTrunk II
Режимы работы системы описаны в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Дуплекс при связи радиоабонент - абонент ТфОП, абонент ТфОП - радиоабонент;
двухчастотный симплекс при связи радиоабонент - радиоабонент.
К положительной стороне данной системы можно отнести простоту и невысокую стоимость оборудования, в первую очередь абонентской станции. Последние обычно представляют собой обычные ЧМ радиостанции, усовершенствованные посредством размещения управляющего модуля. К недостаткам можно отнести невысокий уровень сервиса и продолжительное время установления соединения [4].
К достоинствам систем SmarTrunk II можно отнести доступность, низкую стоимость, быстроту развертывания, возможность использования имеющегося парка абонентского оборудования, но при всех достоинствах протокола SmarTrunk его вряд ли можно рекомендовать для оперативной связи. Причина прежде всего в том, что данный класс систем относится к так называемым системам с отказом. Это значит, что, если при попытке соединения, абонентская радиостанция «просмотрела» все каналы и они оказались занятыми, то происходит «отказ» в обслуживании. Для повторной попытки организации связи необходимо снова посылать вызов. Это может продолжаться довольно долго, особенно при малом количестве каналов и большом количестве абонентов. Причем система не уведомляет пользователей об освобождении канала и единственным выходом остается снова и снова повторять вызов.
Существенным недостатком системы [4] также является длительное время соединения. Добавьте сюда «отказ» в обслуживании и повторный набор...
Исходя из этого построение систем с большим количеством каналов (свыше 4) начинает снижать оперативность работы абонентов. Хотя создание транковых модулей с функцией «запоминания» занятых каналов, позволяет частично решить эту проблему.
Еще одним недостатком систем SmarTrunk II является малое количество групповых номеров, к которым может быть приписана данная радиостанция. В большинстве реализаций транковых модулей в радиостанцию можно было запрограммировать только два идентификационных номера: один для индивидуального вызова и второй для группового.
Реализовать конфигурацию при которой абонент принадлежит нескольким группам (типичная задача оперативной связи) не представлялось возможным. Хотя следует отметить, что в последних разработках компании SmarTrunk Systems это ограничение преодолено. Например, транковый модуль ST-865S4 (для радиостанции Standard HX-290), позволяет присваивать до 17 групповых номеров и блок последовательных идентификаторов (до 20 номеров) [5].
В настоящее время возможно объединить несколько «сайтов» системы SmarTrunk II в общую сеть с использованием сетевого коммутатора ST-510
Заключение. Общие тенденции развития отечественных профессиональных систем подвижной радиосвязи отвечали современному мировому уровню развития подвижной связи, однако они разрабатывались в соответствии со стандартами России и не были ориентированны на западные стандарты, где уже наметилась тенденция международной стандартизации и унификации оборудования профессиональной подвижной радиосвязи (PMR и PAMR). В результате большинство производителей подвижной радиосвязи PMR и PAMR обеспечивают совместимость оборудования при работе в составе систем связи, построенных на единых стандартах.
Общий рынок систем и оборудования PMR и PAMR позволил разработать унифицированную элементную базу, массовый выпуск которой обеспечил ее высокую надежность и значительное снижение цен на эту продукцию. В результате ежегодный рост количества абонентов PMR и PAMR в западных странах составляет около 25%.
Литература
1. Громаков Ю.А. - Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: Технологии Электронных Коммутаций 1996.-239с.
2. Катунин Г.П., Мамчев Г.В.,Попантонопуло ВН.,Шувалов В.П.- Телекоммуникационные системы и сети том 1,2.Новосибирск.ЦЭРИС.2000.-510 с.
3. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В.- Сети подвижной связи Москва. ЭКО-ТРЕНД.2001.-302 с.
4. Материалы сервера [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. Viol.uz
5. SmarTrunk II System Overview. Revision 9,SmarTrunk Systems, Inc., CA, March 2004. - 57 p.
