CC BY
213
А.Н. Бабкин,
кандидат технических наук
В.О. Андрущук
ПОСТРОЕНИЕ КОНВЕНЦИАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ОВД НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ РЕТРАНСЛЯТОРОВ
CONSTRUCTION OF CONVENTIONAL RADIO MOBILE SYSTEMS BASED ON THE MODERN REPEATERS
Предложены структурные схемы ретрансляторов, позволяющие объединить одночастотные и двухчастотные симплексные конвенциальные сети подвижной радиосвязи ОВД, работающие в различных диапазонах частот. Проведён анализ помехоустойчивости и помехозащищённости радиоканала.
The analysis of conventional radio mobile systems construction using modern repeaters is conducted. An example of noise protection calculation of a radio channel is suggested.
В настоящее время главными задачами в области совершенствования конвенци-альных сетей подвижной радиосвязи ОВД являются рациональное использование частотного ресурса; объединение сетей одночастотного (ОЧС) и двухчастотного (ДЧС) симплекса каналами взаимодействия и передачи по ним циркулярных сообщений; обеспечение безопасности связи; развитие сетей на базе оборудования разнесённого приёма (распределённой ретрансляции); возможность дистанционного управления радиосетями. Инфраструктура сетей должна обеспечивать мониторинг абонентов, аутентификацию, избирательное прослушивание и дистанционное управление радиостанциями. Решение данных задач возможно только с использованием современных ретрансляторов, представляющих собой многофункциональные устройства.
Существующие ретрансляторы обладают, на наш взгляд, рядом недостатков:
1. Ретрансляторы обеспечивают взаимодействие двух радиосетей, работающих в разных диапазонах частот, но при этом не являются основой для построения собственной сети подразделения ОВД, например радиосети ДЧС. Для организации собственной радиосети ДЧС требуется дополнительный ретранслятор.
2. На практике часто требуется организовать взаимодействие нескольких радиосетей, работающих в различных диапазонах частот. Существующие ретрансляторы обеспечивают взаимодействие только двух радиосетей.
3. Для повышения эффективности управления силами и средствами ОВД необходимо передавать по радиоканалу циркулярные сообщения одновременно во всех (или большинстве) радиосетях подразделений.
4. Из-за проблем электромагнитной совместимости радиосетей и радиосредств возникает необходимость перевода радиосетей отдельных ОВД на новый частотный диапазон и, соответственно, смены парка радиостанций без нарушения работоспособности сетей оперативной радиосвязи.
Указанные недостатки ограничивают применение промышленно выпускаемых ретрансляторов.
Как правило, для построения ретранслятора используются симплексные радиостанции на соответствующие диапазоны частот, соединённые между собой с помощью согласующего устройства — интерфейса.
Интерфейс формирует сигналы управления приёмопередатчиками радиостанций, при этом низкочастотные выходы приёмников соединены с соответствующими входами подмодуляторов передатчиков радиостанций, а управление приёмом/передачей осуществляется или сигналами с выходов соответствующих устройств шумоподавления, или декодированием сигналов индивидуального вызова (например, СТСББ).
На рис. 1 приведена одна из возможных структурных схем ретранслятора, позволяющего объединить сети ОЧС и ДЧС, а также организовать передачу циркулярных сообщений. Функционально Р/ТР состоит из четырёх симплексных радиостанций: двух радиостанций диапазонов 450 МГц и 460 МГц и двух радиостанций диапазонов 148 МГц и 172 МГц.
Рис. 1
На рис. 1 Р/ТР — ретранслятор, Р/СТ — радиостанция соответствующего диапазона; 1прд и &рм — соответственно частоты передачи и приёма в сети ДЧС; 1цс — частота циркулярной связи; 1очс — частота работы радиосети ОЧС.
Алгоритм работы ретранслятора заключается в следующем.
При выходе на передачу абонента радиосети ДЧС (1прм на структурной схеме рис. 1) приёмник Р/СТ 450 МГц принимает сигнал и с низкочастотного выхода передаёт его на подмодулятор передатчика Р/СТ 460 МГц и подмодулятор передатчика Р/СТ 172 МГц. Передатчики радиостанций активируются, и сигнал абонента радиосети ДЧС транслируется как в радиосети ДЧС, так и в радиосети ОЧС.
При выходе на передачу абонента радиосети ОЧС (1очс на структурной схеме рис. 1 приёмник Р/СТ 172 МГц принимает сигнал и с низкочастотного выхода передаёт его на подмодулятор Р/СТ 460 МГц. Передатчик Р/СТ 460 МГц активируется, и сигнал абонента радиосети ОЧС транслируется в радиосети ДЧС.
При передаче циркулярного сообщения осуществляется его приём Р/СТ 148 МГц (1цс на структурной схеме рис. 1), передача сигнала с низкочастотного выхода приёмника на подмодуляторы соответственно Р/СТ 460 МГц и Р/СТ 172 МГц. Передатчики радиостанций активируются, и циркулярное сообщение транслируется в радиосетях ОЧС и ДЧС.
Таким образом, Р/ТР позволяет объединить несколько радиосетей (ОЧС и ДЧС), работающих в различных диапазонах частот, а также радиосеть передачи циркулярных сообщений. Радиосеть передачи циркулярных сообщений является, как правило, главной радиосетью системы связи (например, дежурной части ГУВД, УВД), поэтому передача циркулярных сообщений является приоритетной задачей. При передаче циркулярных сообщений трансляция других сообщений от абонентов радиосетей ОЧС и ДЧС прекращается (на всё время передачи циркулярного сообщения).
Пример построения конвенциальных сетей ОВД с возможностью передачи циркулярных сообщений по радиоканалу в сетях ОЧС и ДЧС приведён на рис. 2. На этом рисунке ЦР — центральная радиостанция (например, дежурной части ГУВД, УВД), АБ — абонентская радиостанция.
Рис.2
При передаче циркулярного сообщения в сетях автоматически блокируется приём ретрансляторами сообщений от абонентских радиостанций.
На рис. 3 представлена структурная схема ретранслятора, позволяющего объединить сети подразделений ОВД в единую систему подвижной радиосвязи. Отличие данного Р/ТР от рассмотренного выше состоит в том, что для объединения сетей ДЧС используются каналы взаимодействия в режиме ОЧС (1вз 1 и 1вз 2).
Алгоритм работы ретранслятора заключается в следующем.
При выходе на передачу абонента радиосети ДЧС (1прм на структурной схеме рис. 3) приёмник Р/СТ 450 МГц принимает сигнал и с низкочастотного выхода передаёт его на подмодулятор передатчика Р /СТ 460 МГц и подмодулятор передатчика Р /СТ 172 МГц. Передатчики радиостанций активируются, и сигнал абонента радиосети ДЧС транслируется как в радиосети ДЧС (1прд), так и в канале взаимодействия (1вз 1).
При приёме сигналов по каналам взаимодействия соответственно приёмниками Р/СТ 172 МГц или Р/СТ 148 МГц (1вз1 или 1вз2) сигналы с низкочастотных выходов приёмников поступают на подмодуляторы соответственно передатчиков Р/СТ 148 МГц или Р/СТ 172 МГц для передачи их дальше по каналу взаимодействия (1вз2 или 1вз1) и Р/СТ 460 МГц для трансляции в сети ДЧС (1прд).
На рис. 4 представлена структурная схема организации системы радиосвязи с использованием рассмотренного ретранслятора.
Для обеспечения надёжного функционирования системы и безопасности связи необходимо предусмотреть допуск абонентов сетей ДЧС в каналы взаимодействия ретрансляторов: идентификацию и аутентификацию, а также определение полномочий абонентов.
&з 1 1вз 2 1вз N-1
Рис.4
Кроме того, необходимо обеспечить помехоустойчивость и помехозащищённость канала передачи циркулярных сообщений и каналов взаимодействия сетей рассмотренных ретрансляторов.
Помехоустойчивость радиоканала будет определяться защищённостью сигнала ЗС на низкочастотном выходе приёмника (ПРМ) соответствующей радиостанции ретранслятора:
Р
ЗСвых = 1018 (дБ),
швых
где Рс — мощность сигнала и Ршвых — мощность шума на выходе ПРМ, измеренные в одних единицах.
Условием обеспечения помехоустойчивости радиоканала является следующее выражение:
ЗСвых * 12 дБ. (1)
Это условие может быть выполнено при соответствующем уровне высокочастотного сигнала Рн на входе приёмника:
Р = Рс + Кш (дБ),
где Рн — мощность несущей на входе ПРМ, дБ, Кш — коэффициент шума ПРМ, дБ.
Кш = ЗСвх - ЗСвых (дБ), где ЗСвх — защищённость сигнала на входе ПРМ, дБ.
Р
ЗСвх = 1018 (дБ),
швх
где Ршвх — мощность шума на входе ПРМ.
Мощность Рн на входе ПРМ определяется следующим выражением:
Рн = Рпрд - О* (дБ), (2)
где Рпрд — мощность сигнала на выходе соответствующего передатчика (ПРД) Р/СТ ретранслятора, дБ; О* — усиление системы связи, дБ.
О = т - о . + Ь - О + Ьф (дБ), (3)
* фпрд апрд тр апрм фпрм \ /
где Ьаппр, Ьфпрд, Ьтр — соответственно потери сигнала в фидерах ПРМ и ПРД Р/СТ и на радиотрассе, дБ, Оапрд и Оапрм — усиление антенн ПРД и ПРМ Р/СТ, дБ.
В свою очередь, потери на трассе Ьщ_Р можно определить по следующей формуле [1]: Ьтр = 69,55 + 26,16 18 / -13,8218 Ьпрд - А(Нпрм ) + (44,9 - 6,55 1е Ъпрм )1е 5 + См (дБ), (4)
где /с — частота несущей в мегагерцах; Нпрд — эффективная высота антенны ПРД (в метрах); Нпрм — эффективная высота антенны ПРМ (в метрах); 5 — расстояние между антеннами (в км); Л(Ипрм) — поправочный коэффициент для антенны ПРМ.
См = 3дБ для мегаполисов.
См = 0дБ для малых и средних городов.
Для больших городов поправочный коэффициент определяется по формуле [1]: А(ЬПрм ) = 8,29[1В(1,54^Ипм )] - 1,1(дБ) для частот /с < 300 МГц,
Л(Крм) = 3,2[18(11,75\рм)] - 4,97(дБ) для частот /с > 300 МГц.
Для небольших городов поправочный коэффициент определяется следующим образом:
А(Ипрм) = (1,118 /с - 0,7)кпрм - (1,56 18 /с - 0,8)дБ .
Помехозащищённость радиоканала в конвенциальных сетях подвижной радиосвязи будет определяться главным образом пространственной помехозащитой за счёт формирования низкого уровня боковых лепестков приёмных антенн, по которым действует преднамеренная помеха, а также формирования «нулей» диаграмм направленности приёмных антенн в направлении на источник помех. При этом мощность шума
(шумовой помеХИ) Ршпх на входе ПРМ Ршпх = Рпхпрм + Ршвх (ДБ), где Рпхпрм — мощность
помехи на входе ПРМ, сформированной станцией помех, дБ.
При воздействии станции помех защищённость сигнала на входе ПРМ будет определяться следующим образом [2]:
Р
ЗСвх = 1018 Р---+Р (дБ).
пхпрм швх
Условием помехозащищённости радиоканала остается выражение (1).
Мощность помехи на входе ПРМ Рпхпрм будет определяться выражениями (2), (3) и (4) в отношении станции помех.
Рпхпрм = Рпхпрд - Опх ,
где Рпхпрд — мощность сигнала на выходе ПРД станции помех, дБ; Опх — усиление системы связи, образованной ПРД станции помех и исследуемым приёмником, дБ.
/—1 _ тпх /—тх тпх у^бок т / -|-1\
Опх фпрд Оапрд тр Оапрм фпрм (д Л
где Цръ, о2Рд, цтР, ^прм, ьфпРм — соответственно потери в фидере прд станции помех, усиление антенны ПРД станции помех, потери на трассе сигнала, сформированного станцией помех в направлении ПРМ, усиление бокового лепестка диаграммы направленности антенны ПРМ, потери в фидере ПРМ, дБ.
Таким образом, при построении сетей подвижной радиосвязи ОВД с использованием современных ретрансляторов необходимо обеспечить надёжную и качественную связь между абонентами в заданной зоне обслуживания с выполнением методик расчёта помехоустойчивости и помехозащищённости радиоканала, приведённых выше.
ЛИТЕРАТУРА
1. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь: учебное пособие для вузов. — М. : Горячая линия — Телеком, 2007. — 432 с.
2. Радиосистемы передачи информации: учебное пособие для вузов / В.А. Васин [и др.]; под ред. И.Б.Федорова и В. В. Калмыкова. — М.: Горячая линия — Телеком, 2005. — 472 с.
