Обеспечение радиосвязи линейных объектов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА

DC Ч

333 РАДИОСВЯЗЬ

DS .***

Обеспечение радиосвязи линейных объектов

М.В. ЯКОВЛЕВ,

генеральный директор ООО «МПТ-Сервис проект»

Для сетей радиосвязи, создаваемых в интересах линейных объектов, характерны большая территория покрытия и низкая абонентская емкость. Существуют различные варианты построения таких сетей.

Вариант 1. Радиосеть с последовательной ретрансляцией

Вдоль линейного объекта строятся ретрансляторы на расстоянии 10-50 км один от другого. На промежуточных пунктах устанавливается 2 ретранслятора, соединяемые по низкой частоте (НЧ). Каждый из ретрансляторов используется для обработки сигналов как абонентских радиостанций (далее по тексту - Терминалов), так и соседних ретрансляторов (рис. 1).

Вариант 2.Радиосеть радиопроводной связи Ретрансляторы подключаются к каналу связи стационарной сети (рис. 2, 3). Сигнал направляется ко всем ретрансляторам системы по каналам стационарной сети связи. Все ретрансляторы повторяют исходный сигнал. Вариант 3. Радиосеть транкинговой связи Базовые станции состоят из нескольких ретрансляторов. Ресурс ретрансляторов занимается «по запросу». Средства управления сетью назначают радиоканал (радиоканалы) на период сеанса связи (рис. 3). Сигнал терминала ретранслируется в зоне действия каждой базовой станции. Ретрансляторы, назначенные для обслуживания сеанса связи, включаются при приеме сигнала от терминала. Вариант 4. Радиосеть синхронной связи Все ретрансляторы используют одну дуплексную пару радиочастот. Принимаемый сигнал направляется по каналам стационарной сети связи в центр управ-

□

ППЕ

QSE}

::::

в

Ключевые слова:

радиосвязь, DMR, диспетчерский, цифровая, сети передачи данных, протокол IP, транкинговый, синхронный, Simulcast.

В настоящей статье представлен обзор организационно-технических решений для построения сетей радиосвязи линейных объектов. Представлено новое поколение оборудования радиосвязи. Описываемое в статье современное техническое решение не имеет аналогов и оптимально для использования на объектах энергетического хозяйства.

ления. В составе центра управления имеется устройство выбора лучшего канала приема. Выбранный сигнал приема (лучший по качеству) направляется к передатчикам всех ретрансляторов (рис. 4).

Достоинства и недостатки данных технологических решений представлены в табл. 1.

Опыт применения Этих решений, возможность использования современных технологий цифровой обработки сигналов позволили разработать специализированное технологическое решение, которое является оптимальным для построения радиосетей с большой территорией покрытия и небольшим объемом передаваемой информации, в частности для радиосетей линейных объектов.

Комплекс оборудования аналогово-цифровой связи АМГА-0МВ-БС-160 (450)

Стандарт Digital Mobile Radio (ETSI TS 102 361/2/3) разработан в соответствии с нормами и правилами ETSI

■ &

Рис. 1. радиосеть с последовательной ретрансляцией

Ч

Рис. 2. Радиосеть радиопроводной связи - аналоговый режим

56

ВеК КАЧЕСТВА № 5/6 • 2012

Рис. 3. Радиосетьтранкинговойсвязи

рабочей группой, организованной из числа специалистов ведущих мировых производителей оборудования ПМР. Digital Mobile Radio (DMR) создает предпосылки для эволюционного перехода от аналоговых методов передачи к цифровым. Системы DMR способны сосуществовать с действующими аналоговыми сетями на тех же радиочастотных каналах.

Рис. 4. Радиосеть синхронной связи - Simulcast

Базовые станции AMrA-DMR-БС являются «двухрежимными» (аналог/цифра). В одной радиосети могут функционировать аналоговые и цифровые терминалы. Замена абонентского оборудования может быть организована планомерно, по мере амортизации аналоговых терминалов.

Многосайтовые системы DMR - синхронное вещание (Simulcast)

Решение, которое снимает ограничения по созданию единой зоны радиопокрытия, основано на исполь-

Таблица 1. Достоинства и недостатки технологических решений для построения сетей радиосвязи линейных объектов

Характеристики Вариант организационно-технического решения

Достоинства

Простота организации + +

Динамическое назначение ресурса +

Автоматический роуминг +

Наличие протоколов передачи данных +

Высокая пропускная способность +

Наличие двух информационных каналов на одном частотном

Поддержка двух режимов работы (аналог/цифра)

Отсутствие требования использовать ресурс стационарных

сетей связи +

Наличие оборудования пространственно-разнесенного приема

Низкая стоимость + +

Недостатки

Низкая пропускная способность + +

Необходимость использовать ресурс стационарной сети связи + +

Необходимость использовать значительное количество номиналов радиочастот + + +

Отсутствие возможности внедрения дополнительных услуг (избирательный вызов, передача данных) + +

Функционирование радиосети только в одном режиме (цифра/аналог) + + +

Использование режима сканирования, что может приводить к потере вызовов

Прекращение работы всей сети при наличии помехи в зоне действия одного ретранслятора + +

Необходимость для абонента понимать, в зоне действия какого ретранслятора он находится, и выбирать рабочий канал вручную + +

Обеспечение связи «главная станция (диспетчер)-терминал, отсутствие взаимодействия между терминалами +

Высокая стоимость терминалов +

Высокая стоимость строительства +

-л •.

S3 »

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА ВВВ РАДИОСВЯЗЬ за

■ БиіЧшО» сайт • Snucnl

О Ь«— ШШ Мастер Pi

А Ьахжая cmjm ■ 1 /-1. \ ПфсифвсмЫаа \ j ' cot*»« БС

\

Піриніииіь < сами Wxa поары’иа I ЮнойбС 1

Рис. 5. Зона покрытия сети Simulast

зовании одинаковых частотных присвоений на всех ретрансляторах системы (рис. 5). Режим Simulcast обеспечивает переход из зоны действия одного ретранслятора к зоне соседнего (роуминг) без переключения.

Решение Simulcast является наилучшим для линейных объектов с минимальным объемом трафика. Используется простой механизм работы на «открытом канале». Весь персонал слышит все переговоры и, таким образом, полностью информирован об оперативной обстановке. В общем виде архитектура сети Simulcast представлена на рис. 6.

Одна из базовых станций сети назначается «мастер-станцией». Мастер-станция выполняет функцию «вотирования» - непрерывной процедуры выбора лучшего по качеству сигнала приема из всей совокупности сигналов, приходящих от базовых станций сети. В аналоговом режиме мастер-станция способна «отобрать лучшее» по критерию соотношения сигнал/шум. В режиме DMR отбираются пакеты, свободные от ошибок. Режим вотирования эквивалентен созданию системы разнесенного приема с «очень большим территориальным разнесением».

Функциональные возможности AMrA-DMR-БС

Оборудование, аналогичное или близкое по функциональности AMrA-DMR-БС, выпускается компаниями Radio Activity и Selex (Италия). Однако в настоящий момент данное оборудование не сертифицировано для использования в РФ. Оборудование AMrA-DMR-БС выпускается по лицензии компании Radio Activity.

Приемник обеспечивает использование технологии пространственно-разнесенного приема и предоставляет следующие возможности и преимущества:

^ повышение чувствительности более чем на 3 дБ;

^ снижение влияние замираний, вызванных многолучевостью распространения;

^ устранение длительных перерывов связи в цифровом режиме;

^ увеличение зоны уверенного приема ретранслятора. Метод разнесенного приема функционирует как в

Рис. 6. Архитектура радиосети Simulcast

цифровом, так и в аналоговом режимах. В случае использования цифровой передачи, использование разнесенного приема становится важнейшим требованием.

Основной интерфейс контроля и управления в базовых станциях - это 1Р Е^егпе! Базовая станция (БС), оснащенная интерфейсом 1_АИ Е^егпе! 10ВТ/100ТХ, представлена как устройство с одним сетевым адресом и несколькими номерами портов 1Р. Не требуется выделения постоянной пропускной способности первичной сети связи. При отсутствии переговоров в сети БС используют для целей служебного обмена не более 1 кбит/с.

Развитые механизмы удаленного управления обеспечивают полный контроль и управление работой как отдельных БС, так и всей инфраструктуры сети радиосвязи. В дополнение к классическим функциям систем удаленного управления (смена параметров радиотракта; диагностика; установка шлейфов в радиотракте и в тракте низкочастотного сигнала; контроль температуры; влажности и т.д.) обеспечивается возможность дистанционной актуализации программного обеспечения (для операционной системы, приложений ШиХ, приложений ОБР, приложений отдельных контроллеров, параметров сети 1Р, пользовательских установок). Программное обеспечение рабочего места администратора работает под управлением Ш^шб.

В состав комплекса оборудования АМГА-ОМЯ-БС входит шлюз АМГА-ТИ. Устройство позволяет конвертировать речевой сигнал (аналоговый или ОМЯ) в формат ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Порядок взаимодействия между программным обеспечением АМГА-ОМЯ-БС и программным обеспечением других производителей представлен на рисунке (рис. 7).

Телефонный интерфейс АМГА-ТИ подключается к единственному порту 1Р. Как правило, это адрес мастер-станции. Телефонный интерфейс может выполнять три функции: связь с сетью АТС, диспетчерская консоль с интерфейсом 1Р, аналоговая диспетчерская консоль.

Каждому диспетчеру назначается информационный канал в системе радиосвязи. В отдельных случаях дис-

РАДИОСВЯЗЬ ggg

ч пп

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА

Радиосеть Simulcast

Телефонные аппараты Интерфейс разработчика приложений

Диспетчеры

• Мониторинг радиоканала •Текстовые сообщения •Дшыые ГЛОНАСС

• Переговоры по радио 'Обработка маршрутов

• Избирательный вызов ‘Регистрация событий ‘Электрожая почта

. Телеметрия SCADA системы

T елефонные аппараты

Рис. 7. Взаимодействие комплекса оборудования AMfA-DMR-БС с приложениями

петчерское место может быть реализовано через выделенную радиостанцию (радиостанции) сети радиосвязи.

Первичные сети связи

Оборудование AMrA-DMR-БС позволяет использовать два основных варианта построения первичных сетей связи: сети передачи данных, использующие протокол IP; узкополосные УКВ-линии связи.

Сети передачи данных, использующие протокол IP

Важнейшее отличие архитектуры таких сетей состоит в отсутствии центрального узла коммутации -наиболее критичного к отказам элемента сети. Используется процедура передачи пакетов с гибкой маршрутизацией.

Процедуры синхронизации выполняются с использованием сигналов GPS/ГЛОНАСС. До сегодняшнего дня использование IP как протокола передачи в сетях Simulcast вызывало значительные затруднения вследствие нестабильности времени доставки пакетов. С появлением цифровых процессоров обработки сигналов возникла техническая возможность использования сетей передачи данных для передачи трафика реального времени.

Целесообразность использования транспортных сетей на основе стека протоколов IP обусловлена следующими факторами:

=> стандартизация оборудования первичной сети;

=> резервирование маршрутов доставки пакетов;

=> масштабируемость сети;

=> передача всех данных в цифровой форме без использования конвертации аналог-цифра;

=> использование единственного порта Е^егпе! для соединения с несколькими БС, что уменьшает трудоемкость, стоимость кабельных соединений и вероятность технических сбоев;

=> снижение требований к полосе пропускания по сравнению с вариантом использования первичных цифровых трактов;

=> отсутствие необходимости построения отдельной инфраструктуры.

Узкополосные УКВ-линии связи

В отдельных случаях использование стационарных сетей связи невозможно. Для таких условий предусмо-

трено применение в качестве каналов первичной сети

МПТ-Сервис проект

Системы радиосвязи

стандарта МРТ1327

1 > Проектирование объектов связи

1 > Консалтинговые услуги

1 > Поставка оборудования связи

1 > Строительство объектов связи

1 > Разработка электронных устройств с использованием

микропроцессоров «по заказу»

1 > Производство оборудования связи

1 > Продажа оборудования и строительство «под ключ»

систем автоматизированного контроля и управления

транспортом

1 > Дистрибуция продукции МОТОРОЛА

г. Москва, ул. Полярная, 41 Факс: +7 (495) 660-96-22

Тел.: +7 (495) 660-96-20, E-mail: [email protected]

660-96-21 http://mptproject.ru

-л •.

S3 »

АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА РАДИОСВЯЗЬ

за у*

Рис. 8. ИспользованиеУКВ-радиолиний

Рис. 9. Архитектура радиосети с двумя уровнями иерархии

связи УКВ-радиолиний, которые обеспечивают уверенное соединение даже в случае отсутствия прямой видимости между объектами. Решение по использованию узкополосных УКВ-линий связи представлено на рис. 8.

Для каждой радиолинии «периферийная БС-мастер-станция» требуется собственная радиочастота. Обратная передача от мастер-станции к периферийным производится на одной и той же частоте для всех периферийных БС. Мастер-станция может обслуживать до 9 периферийных БС.

В крупномасштабных системах допускается построение сети с использованием субмастер-станции, которая функционирует аналогично мастер-станции, но имеет дополнительный приемопередатчик, обеспечивающий прием-передачу информации в направлении к мастер-станции (рис. 9).

Субмастер-станция отправляет отобран-

ный сигнал от своей группы периферийных станций к мастер-станции, а принятый от мастер-станции сигнал отправляет для ретрансляции к

своей группе периферийных БС. Субмастер-станция регенерирует сигналы синхронизации и сигналы сигнализации для корректной работы режима Simulcast в масштабе всей сети. Использование механизма иерархического построения сети снимает ограничения по количеству БС в сети.

В сети Simulcast имеется возможность использовать комбинированный способ объединения БС. Часть из них соединяется с использованием IP-сети, а часть - посредством УКВ-радиолиний (рис. 10).

Заключение

Традиционно предприятия энергетики используют радиочастотные присвоения в полосе 136-174 МГц. Данный частотный диапазон перегружен. Технологии построения радиосетей с синхронным вещанием и цифровые методы передачи голосовой информации являются мощными инструментами, позволяющими строить полнофункциональные радиосети в условиях дефицита радиочастотного ресурса. Использование УКВ-радиолиний в качестве каналов связи первичной сети открывает возможность построения систем радиосвязи на территориях, где инфраструктура стационарных сетей связи отсутствует.

Технические решения, разработанные коллективом компании Radio Activity и реализованные при производстве оборудования AMrA-DMR-БС, предоставляют эффективный инструмент для построения систем радиосвязи, в частности для объектов энергетики. Отдельные характеристики оборудования не имеют аналогов. ■

UHF Радиолинии точка-многоточка: 1 частота от мастер-станции к периферийным

N Частот от периферийных БС к Мастер-станции

Периферийная БС

Мастер-станция

Периферийная БС

' "N рр* Периферийная БС

ЧШНЕН

Субмястер4ттям (ИЯ

Радиосеть VHF

Базовые станции подключаемые по IP Синхронизируются с использованием ГЛОНАСС (pps - Puis Per Second -Секунди»« иысокостабильные импульсы)

Периферийная БС

р’Гі

Количество периферийных БС конструктивно н

Рис. 10. Архитектура первичной сети связи комбинированной структуры