667_Kokorich_M.G.Standarty_trankingovoj_

Федеральное агентство связи Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

М.Г. Кокорич

Стандарты транкинговой связи

TETRA и APCO 25

Описание и сравнительный анализ

Учебное пособие

Новосибирск

2016

УДК 621.396.13

К.т.н., Кокорич М.Г.

Стандарты транкинговой связи TETRA и APCO 25. Описание и сравнительный анализ. Учебное пособие // ФГБОУ ВО «СибГУТИ». – Новосибирск, 2016. – 106 стр.

Рассматриваются принципы построения систем транкинговой радиосвязи стандартов TETRA и APCO 25. Производится сравнительный анализ стандартов по разработанным критериям, как с точки зрения технических характеристик и параметров, так и с точки зрения экономической эффективности и перспектив внедрения на территории Российской Федерации.

Рецензенты: профессор Пальчун Ю.А., Бородихин М.Г.

Кафедра СРС

Ил. – 20, табл. – 17 список лит. – 53.

Для направления 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи (профили Системы радиосвязи и радиодоступа, Системы мобильной связи, Многоканальные телекоммуникационные системы).

Утверждено редакционно-издательским советом ФБГОУ ВО «СибГУТИ» в качестве учебного пособия.

©«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», 2016

2

3

1. ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных тенденций развития систем связи является поиск наиболее эффективных путей использования частотного диапазона. Это положительно скажется как на удобстве пользования, так и на положении дел с возможностью выделения частот.

Сегодня наряду с привычной сотовой связью существуют так называемые системы профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР) или транкинговой подвижной радиосвязи.

Транкинговая подвижная радиосвязь (от англ. trunking – предоставление свободных каналов, trunk – магистральная линия связи) – система двусторонней подвижной радиосвязи, которая использует диапазон ультракоротких волн. На практике система профессиональной мобильной радиосвязи устроена аналогично сотовой: пользовательские терминалы и базовые станции (БС), оборудование для увеличения дальности связи – ретрансляторы и контроллер, который управляет работой станции, обрабатывает каналы ретрансляторов (коммутирует их) и обеспечивает выход на городскую телефонную сеть.

Системы ПМР занимают свой сектор рынка оборудования мобильной связи для корпоративных пользователей, различных ведомств и социальных служб, выполняя функции, необходимые именно этим пользователям. А именно:

—осуществление моментальной связи (0,2-0,5) сек внутри группы абонентов, которая может быть задана заранее;

—возможность перераспределения участников групп во время сеанса

связи;

—система приоритетов вызовов (мобильный оператор не делает различий между абонентами);

—сохранение связи даже при выходе из строя базовой станции;

—передача широковещательного сигнала абонентам сети;

—возможность быстро переконфигурировать сеть.

Эти требования невыполнимы в системах сотовой связи, зато в полной мере поддерживаются транкинговыми системами.[1]

Развитие транкинговой связи, обеспечивающей управление во многих областях государственной и производственной деятельности, имеет для России весьма большое значение. Столь длительная задержка развития в нашей стране перспективной технологии радиосвязи, которая позволяет решать на современном уровне важнейшие проблемы управления во многих ведомствах и отраслях народного хозяйства, является одним из примеров весьма низкой

4

эффективности отечественной системы управления радиочастотным спектром, которая остро нуждается в модернизации.[2]

Актуальность темы настоящей дипломной работы связана с активным и успешным внедрением цифровых систем транкинговой радиосвязи. На сегодняшний день эти системы получают всё большее развитие в нашей стране. Рассматриваемые в работе стандарты транкинговой радиосвязи TETRA и APCO 25 наиболее актуальны в связи с наличием статуса открытых стандартов, они обладают высокими техническими характеристиками и широкими функциональными возможностями, включая выполнение специальных требований силовых структур, имеют достаточную спектральную эффективность. Сравнительный анализ стандартов TETRA и APCO 25 по предложенным в работе критериям позволяет сделать определенные выводы о перспективности их развития, а также исследовать какой стандарт получит

организационно-экономические показатели систем на основе технологий

TETRA и APCO 25.

Целью работы является проведение сравнительного анализа стандартов TETRA и APCO 25 на основе предложенных критериев для сравнения. А также определение наиболее эффективного стандарта по каждому показателю.

Для реализации цели поставлены и решены следующие задачи:

—рассмотреть классификацию транкинговых систем связи;

—изучить варианты организации транкинговых сетей;

—выявить основные причины перехода к цифровым системам транкинговой связи;

—выполнить обзор основных стандартов цифровой транкинговой радиосвязи;

—провести сравнительный анализ стандартов TETRA и APCO 25 по эксплуатационно-техническим критериям: дальность связи, оперативность связи, безопасность связи, спектральная эффективность, набор услуг связи;

—провести сравнительный анализ стандартов по организационноэкономическим критериям: стоимостные показатели систем связи, ресурсы радиочастотного спектра, перспективы развития систем данных стандартов.

В ходе решения поставленных задач дипломной работы были использованы следующие методы исследования: анализ и синтез, методы сравнения и обобщения, метод классификации, расчетный метод.

5

Научная значимость данной работы состоит в том, что в ней обобщены наиболее важные показатели транкинговых стандартов APCO 25 и TETRA.

Практическая значимость данной дипломной работы состоит в том, что ее выводы и рекомендации могут быть использованы техническими специалистами, операторами транкинговых систем, потенциальными потребителями в целях осознанного и обоснованного выбора стандарта.

Структура дипломной работы состоит из введения, пяти основных глав, которые подразделены на параграфы, технико-экономического обоснования, раздела безопасности жизнедеятельности, заключения и списка использованной литературы.

Во второй главе рассмотрены базовые разновидности транкинговых систем.

Третья глава посвящена исследованию организации транкинговых сетей

иособенностей их построения.

Вчетвертой главе обозначены основные преимущества перехода к цифровым системам транкинговой связи.

Впятой главе рассмотрены наиболее популярные стандарты цифровой транкинговой радиосвязи и их основные особенности.

Шестая глава посвящена сравнительному анализу методов транкинговой связи TETRA и APCO 25 по эксплуатационно-техническим и организационноэкономическим критериям. Исследование по каждому критерию проведено в отдельном пункте, в результате которого подведен итог и отмечен наиболее эффективный стандарт.

Заключение содержит общие выводы и отдельные результаты сравнительного анализа по конкретному критерию.

6

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНКИНГОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Существует большое количество различных стандартов транкинговых систем подвижной радиосвязи общего пользования, отличающихся друг от друга методом передачи речевой информации (аналоговые и цифровые), типом многостанционного доступа (МДЧР – с частотным разделением каналов, МДВР - c временным разделением каналов или МДКР – c кодовым разделением каналов), способом поиска и назначения канала (с децентрализованным и централизованным управлением), типом канала управления (выделенный и распределенный), способом организации радиоканала (полудуплексные и дуплексные) и другими характеристиками.[3]

Рассмотрим несколько базовых разновидностей транкинговых систем. 1) Количество зон В зависимости от количества базовых станций и общей архитектуры

различают однозоновые и многозоновые системы. Первые располагают лишь одной базовой станцией, вторые – несколькими БС с возможностью роуминга.

2) Метод объединения базовых станций в многозоновых системах Базовые станции в транкинговых системах могут объединяться с

помощью единого коммутатора (системы с централизованной коммутацией), а также соединяться друг с другом непосредственно или через сети общего пользования (системы с распределенной коммутацией).

3) По методу передачи речевой информации транкинговые системы подразделяются на аналоговые и цифровые. Передача речи в радиоканале аналоговых систем осуществляется с использованием частотной модуляции, а шаг сетки частот обычно составляет 12,5 кГц или 25 кГц.

Для передачи речи в цифровых системах используются различные типы вокодеров, преобразующих аналоговый речевой сигнал в цифровой поток со скоростью не более 4,8 кбит/с.

В настоящее время и в мире, и в России достаточно широко распространены появившиеся ранее аналоговые транкинговые системы радиосвязи, такие как SmarTrunk, системы протокола MPT1327 (ACCESSNET, ACTIONET и др.), системы фирмы Motorola (Startsite, Smartnet, Smartzone),

системы с распределенным каналом управления (LTR и Multi-Net фирмы E.F.Johnson Co и ESAS фирмы Uniden). Наибольшее распространение получили системы MPT1327, что объясняется значительными преимуществами данного стандарта по сравнению с другими аналоговыми системами.

К наиболее популярным, заслужившим международное признание стандартам цифровой транкинговой радиосвязи, на основе которых во многих странах развернуты системы связи, относятся: EDACS, TETRA, APCO 25,

7

Tetrapol, iDEN. Наиболее перспективными для внедрения в России большинство специалистов считает открытые системы TETRA и APCO 25.

4)Тип многостанционного доступа

Вподавляющем большинстве транкинговых систем, включая и цифровые системы, используется многостанционный доступ с частотным разделением (МДЧР). Для систем МДЧР справедливо соотношение "одна несущая – один канал".

Воднозоновых системах стандарта TETRA используется многостанционный доступ с временным уплотнением (МДВР). В то же время в многозоновых системах стандарта TETRA используется комбинация МДЧР и МДВР.

5) Способ поиска и назначения канала По способу поиска и назначения канала различают системы с

децентрализованным и централизованным управлением.

Всистемах с децентрализованным управлением процедуру поиска свободного канала выполняют абонентские радиостанции. В этих системах ретрансляторы базовой станции обычно не связаны друг с другом и работают независимо. Особенностью систем с децентрализованным управлением является относительно большое время установления соединения между абонентами, растущее с увеличением числа ретрансляторов. Такая зависимость вызвана тем, что абонентские радиостанции вынуждены непрерывно последовательно сканировать каналы в поисках вызывного сигнала (последний может поступить от любого ретранслятора) или свободного канала (если абонент сам посылает вызов). Наиболее характерными представителями данного класса являются системы протокола SmarTrunk.

Всистемах с централизованным управлением поиск и назначение свободного канала производится на базовой станции. Для обеспечения нормального функционирования таких систем организуются каналы двух типов: рабочие и канал управления. Все запросы на предоставление связи направляются по каналу управления. По этому же каналу базовая станция извещает абонентские устройства о назначении рабочего канала, отклонении запроса, либо о постановке запроса в очередь.

6) Тип канала управления Без канала управления

Вэтом случае свободный канал отмечается специальным сигналом – маркером. Центральная станция такой системы периодически передает определенную последовательность, автоматически распознаваемую станцией абонента. В случае вызова радиостанция занимает любой из свободных каналов. Все это происходит незаметно для пользователя.

8

Достоинства таких систем – это дешевое базовое и периферийное оборудование, простота установки и эксплуатации.

Недостатки этих систем:

—при увеличении количества каналов и загрузки системы существенно увеличивается время поиска свободного радиоканала для установления связи;

—время установления связи больше, чем у других систем;

—невозможность создания многозоновых систем;

—сокращенный набор функций и сервиса.

С каналом управления Присутствие канала управления сводит к минимуму время ожидания

соединения. В этом случае система сама определяет наличие незанятых каналов и переключает на них станцию абонента. В свою очередь, транкинговые системы с каналом управления делятся на системы с выделенным каналом и системы без выделенного контрольного канала.

Система с выделенным каналом

Многие крупнейшие компании используют при построении сети управление на основе выделенного канала. Микропроцессорный блок управления контролирует все базовые станции в зоне обслуживания. Один из каналов выделяется для использования исключительно в целях правления и представляет собой своеобразное "руководящее звено" данной системы. Его основная функция – установление соединения между двумя абонентами сети.

Транкинговые системы без выделенного контрольного канала. В системах такого рода, в место специально выделенного канала используется один из приемопередатчиков центральной станции. За той или иной группой закрепляется один из каналов, который он не занял. В противном случае блок управления (контроллер), распределяющий каналы системы, переключает пользователя на любой свободный. Если заняты все каналы, аппарат сообщает об этом при попытке начать сеанс связи.

У таких систем наличие выделенного канала управления увеличивает общее количество радиоканалов системы.

При использовании выделенного канала управления все запросы на доступ к системе осуществляются через этот канал. При этом максимальное использование ресурсов, обеспечиваемое методом ALOHA, применяемом в системах с выделенным каналом управления, составляет около 37%. В результате ресурсы системы ограничены даже при передаче по управляющему каналу копотких пакетов.

Система обрабатывает все поступающие запросы только последовательно. При увеличении загрузки и уменьшении числа свободных каналов время ожидания увеличивается экспоненциально.

9

Транкинговые системы без выделенного контрольного канала.

Всистемах такого рода вместо специально выделенного канала используется один из приемопередатчиков центральной станции. За той или иной группой жестко закрепляется один из каналов, который он не занял. В противном случае блок управления (контроллер), распределяющий каналы системы, переключает пользователя на любой свободный. Если заняты все каналы, аппарат сообщает об этом при попытке начать сеанс связи.

7) Способ удержания канала Транкинговые системы позволяют абонентам удерживать канал связи на

протяжении всего разговора, или только на время передачи. Первый способ, называемый также транкингом сообщений, наиболее традиционен для систем связи, и обязательно используется во всех случаях применения дуплексной связи или соединения с телефонной сетью общего пользования (ТфОП).

Второй способ, предусматривающий удержание канала только на время передачи, называется транкингом передач. Он может быть реализован только при использовании полудуплексных радиостанций. В последних передатчик включается только на время произнесения абонентом фраз разговора. В паузах между окончанием фраз одного абонента и началом ответных фраз другого передатчики обоих радиостанций выключены. Некоторые транкинговые системы эффективно используют такие паузы, освобождая рабочий канал немедленно после окончания работы передатчика абонентской радиостанции. Для ответной реплики назначение рабочего канала будет произведено заново, при этом реплики одного и того же разговора будут, скорее всего, передаваться по разным каналам.

Платой за некоторое повышение эффективности использования системы в целом при применении транкинга передач служит снижение комфортности переговоров, особенно в часы высокой нагрузки. Рабочие каналы для продолжения начатого разговора в такие периоды будут предоставляться с задержкой, достигающей нескольких секунд, что приведет к фрагментарности и раздробленности разговора.[4]

10