667_Kokorich_M.G.Standarty_trankingovoj_
.pdf
Рисунок 6.10. – Структурная схема модулятора CQPSK
Структурные схемы модуляторов C4FM и CQPSK показаны на рисунках 6.9 и 6.10. CQPSK-демодулятор способен принимать сигналы и с C4FM-, и с CQPSK-модуляцией. Детектор FM-сигнала на входе демодулятора позволяет принимать аналоговые FM-, C4FM- и CQPSK-сигналы. Это позволяет сохранить приемный тракт радиостанции APCO 25 неизменным при переходе от фазы 1 к фазе 2 с 6,25-кГц рабочей полосой. Переделка нужна только для передатчика. Кроме того, такой демодулятор одинаково хорошо принимает аналоговый FM- и C4FM-сигналы. В настоящий момент оборудование фазы 2 еще не производится. Оно требует линейности выходных усилителей для передачи CQPSK-сигнала, чувствительного к нелинейным искажениям. Схема демодуляции показана на рисунке 6.11 [23].
Рисунок 6.11. – Структурная схема демодуляции
61
Для речевого кодирования в стандарте используется кодек IMBE (Improved MultiBand Excitation), который, к примеру, применяется также в системе спутниковой связи Inmarsat. Скорость кодирования – 4400 бит/с. После помехоустойчивого кодирования речевой информации скорость информационного потока увеличивается до 7200 бит/с, а после формирования речевых кадров путем добавления служебной информации – до 9600 бит/с. Передача данных в системах стандарта APCO-25 осуществляется в режимах коммутации каналов или коммутации пакетов. Максимально возможная скорость передачи данных – 9600 бит/с, в протоколе радиоинтерфейса предусмотрен низкоскоростной канал сигнализации, позволяющий одновременно с речью передавать данные со скоростью 88,69 бит/с. [3]
Максимальная скорость передачи данных в системах TETRA составляет 36 кбит/сек по четырем временным слотам на каждой несущей. В связи с тем, что доступ к каналу вносит ограничения на задержку, дальность работы от базовой станции TETRA составляет 58 км.[24]
Одним из преимуществ этого протокола является высокая спектральная эффективность, позволяющая организовать четыре логических соединения на одном частотном канале, за счет использования технологии компрессии речевого потока с высокой степенью сжатия данных и технологии TDMA (временного разделения каналов), и обеспечивающей оптимальное построение сети связи с интенсивным трафиком на ограниченной территории.[25]
Речевой сигнал испытывает сжатие вокодером ACELP, предложенным компанией SGS Thomson (теперь ST Microelectronics), с выходным потоком данных 4.567 кбит/сек. Цифровые данные с выхода подвергаются блочному и сверточному кодированию, перемежению и шифрованию, после чего формируются информационные каналы, вносятся биты коррекции FEC, после чего скорость передачи возрастает до 7.2 кбит/сек, что составляет информационную емкость одного временного слота. Полезная нагрузка в канале меняется от 2.4 кбит/сек для трафика с высокой степенью защиты при использовании одного слота до 28.8 кбит/сек незащищенных данных при полном занятии канала. (Differrential Quadrum Phase Shift Keying). При этом общая скорость передачи символов в радиоканале за счет дополнительной служебной информации и контрольного кадра в мультикадре соответствует скорости модуляции и равна 36 Кбит/с.
Стандарт APCO 25, в отличие от спецификаций TETRA, не поддерживает объединение нескольких частотных каналов передачи речи в один канал передачи данных, что ограничивает максимальную скорость передачи данных значением 9,6 кбит/c. Кроме того, системы APCO 25 отличаются от TETRA-систем отсутствием механизмов динамического
62
распределения полосы пропускания между абонентами, которым необходима услуга передачи данных. Таким образом, передача данных в стандарте APCO 25 является канально-ориентированной, и, следовательно, эта система менее эффективно, чем TETRA, использует частотный ресурс.[26]
6.2.4.2. Модуляция/демодуляция используемая в стандарте TETRA
Для передачи сигнала по радиоканалу стандарт TETRA предлагает использовать дифференциальную квадратурную фазовую модуляцию со сдвигом символов π/4 – международное обозначение – π/4-DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying). Этот вид модуляции в настоящее время широко применяется во многих цифровых системах связи, например, в сотовой связи стандарта DAMPS, системе беспроводных телефонов DECT, и др. Модуляция π/4-DQPSK позволяет формировать компактный спектр радиосигнала с малым уровнем внеполосных излучений при высокой скорости передачи информации и приемлемой помехоустойчивости. Кроме того прием данного сигнала может осуществляться на разнообразные типы демодуляторов от простейшего частотного дискриминатора, до когерентных демодуляторов, что немаловажно при построении радиоприемных устройств различного класса.
Структурная схема модулятора представлена на рисунке 6.12. Вид сигналов в различных точках схемы показан на рисунке 6.14. Формирование сигнала происходит в несколько этапов [27].
На первом этапе поступающие на вход модулятора биты цифрового сигнала объединяются попарно в так называемые дибиты. Каждому дебиту в дешифраторе ставится в соответствие приращение фазового угла, согласно таблице 6.7.
Затем в накапливающем сумматоре, состоящем из линии задержки на длительность дибита и сумматора, происходит суммирование изменений фазы, в результате чего формируются фаза сигнала φ .
Таблица 6.7. – Соответствие фазового приращения дибиту
Дибит |
Приращение фазового угла (Δφ) |
|
|
00 |
+π/4 |
|
|
01 |
+3π/4 |
|
|
10 |
-π/4 |
|
|
11 |
-3π/4 |
63
Вх. |
Преобразователь |
|
|
a |
||
|
|
|||||
в параллельный |
|
cos(φ) |
||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
код |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дибиты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дешифратор
Δφ
+ 
φ
T
sin(φ)
b
ФНЧ |
c |
+ |
|
cos(2πf0t)
Генератор |
+ |
Вых. |
|||
несущей |
|||||
|
|
||||
|
|
|
|
||
частоты |
|
|
|
|
|
Фазовращатель на 90°
sin(2πf0t)
ФНЧ |
d |
+ |
|
|
Рисунок 6.12. – π/4-DQPSK модулятор
На рисунке 6.13 показана комплексная плоскость с отображением возможных позиций фазы. Из рисунка видно, что возможны 8 положений вектора с фазовыми углами кратными π/4.
Im
3π/4 |
π/4 |
Re
-3π/4 |
-π/4 |
Рисунок 6.13. – Отображение возможных значений фазы сигнала на комплексной плоскости
64
U
Вх. 1
0
3π/4
φ
π/4
Δφ
-π/4
-3π/4
φ
π/2 π/4
φ
-π/4 -π/2
1
U/U0
1 / 
2 a
1 / 
2 -1
1
U/U0
1 / 
2 b
1 / 
2 -1
U
c
U
d
2T |
4T |
6T |
8T |
t |
Рисунок 6.14. – Форма сигналов в отдельных точках модулятора
65
На следующем этапе, в соответствии со структурной схемой, в функциональных преобразователях вычисляются квадратурные компоненты комплексной огибающей сигнала.
Сформированный сигнал в точках a и b структурной схемы имеет вид последовательности дельта-функций с ограниченным набором и нормированных значений амплитуды: 0, 1/ 
2, 1 . Импульсный сигнал поступает на формирующие фильтры низкой частоты (ФНЧ). Эти фильтры предназначены для формирования спектра радиосигнала и определенной формы его комплексной характеристики огибающей. Данные фильтры являются важнейшими элементами модулятора и демодулятора. На рисунке 6.14 c, d показана приблизительная форма квадратурных компонент без учета задержки сигнала в ФНЧ. Однако принципиальным является то, что квадратурные компоненты плавно меняются на интервале дебита.
Генератор и фазовращатель формируют квадратурные колебания несущей или промежуточной частоты f0 . После попарного перемежения квадратурных компонент и суммирования получим π/4-DQPSK сигнал. Математически эти операции можно представить следующим образом:
S( t ) AС ( t )cos φi ( t )cos( 2πf0t ) AS ( t )sin φi ( t )sin( 2πf0t ) ,A( t )cos ( 2πf0t ) ψi ( t )
где A( t ) 
AС2 ( t )cos2 ( t ) AS2 ( t )sin2 ( t ) – огибающая сигнала
|
|
A ( t ) |
|
|
|
|||
ψ |
( t ) arctg |
|
S |
|
|
tg φ ( t ) |
– фаза сигнала |
|
|
|
|
||||||
i |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
AС |
( t ) |
|
|
|
||
(6.10)
(6.11)
(6.12)
Для пояснения принципов демодуляции π/4-DQPSK сигнала рассмотрим квадратурный демодулятор с синхронизацией по частоте [27].
Его структурная схема показана на рисунке 6.15.
На вход демодулятора поступает сигнал (6.10). Цепь, состоящая из генератора опорной частоты с автоподстройкой (АПЧ) и фазовращателя, формирует квадратурные опорные колебания, синхронизированные с несущей частотой сигнала. В точках a и b сигнал разделяется на квадратурные компоненты:
Sa ( t ) AС ( t )cos ψk ( t ) γ ; |
Sb ( t ) AS ( t )sin ψk ( t ) γ , |
(6.13) |
где ψk ( t ) – фаза сигнала при передаче k-го дибита,
γ – случайная начальная фаза опорного колебания.
66
+ |
a |
|
|
|
|
ФНЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos(2πf0t) |
|||
+
T
|
|
|
|
|
|
+ |
c |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
Вх. |
+ |
Генератор |
|
|
|
Вых. |
||
несущей |
|
|
Дешифратор |
|||||
|
|
|
- |
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
частоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
d |
|
|
|
АПЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Фазовращатель |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
на 90° |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
sin(2πf0t) |
|
|
|
||
|
|
|
+ |
|
ФНЧ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
Рисунок 6.15. – Структурная схема π/4-DQPSK
Далее квадратурные компоненты фильтруются ФНЧ, параметры которых идентичны параметрам формирующих фильтров в модуляторе. Благодаря специально подобранной АЧХ ФНЧ значения амплитуды сигнала в квадратурных каналах можно считать постоянными, поэтому при дальнейшем анализе примем AС ( t ) AS ( t ) 1.
В дифференциальном декодере осуществляется компенсация начальной фазы γ , и восстановление относительности приращений фазы на интервале принимаемых дибитов. Математически эти операции представляются следующим образом:
S1( t ) cos φk ( t ) γ cos φk 1( t T |
) γ sin φk ( t ) γ sin φk 1( t T ) γ |
cos φk ( t ) φk 1( t T ) cos φk |
( t ), |
(6.14)
S2 ( t ) sin φk ( t ) γ cos φk 1( t T ) γ cos φk ( t ) γ sin φk 1( t T ) γsin φk ( t ) φk 1( t T ) sin φk ( t ),
Таким образом, в точках c и d формируются сигналы с относительными уровнями 0, 1/ 
2, 1. Их соотношение в квадратурных каналах однозначно определяет принятый дибит. Необходимая перекодировка осуществляется в дешифраторе.
67
6.2.5. Набор услуг связи
Важнейшая сфера применения транкинговых систем — корпоративная и ведомственная связь. В первую очередь, это находит отражение в наборе услуг транкинговых систем. Транкинговые сети связи предоставляют широкий диапазон услуг, а конкретно функциональные возможности и некоторые специальные услуги связи.
Функциональные возможности, предоставляемые системами стандартов цифровой транкинговой радиосвязи TETRA и APCO 25, приведены в таблице
6.8.
Таблица 6.8. – Функциональные возможности систем стандартов TETRA и APCO 25
№ |
Функциональные возможности |
ТETRA |
APCO 25 |
|
системы связи |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
Поддержка основных видов вызова |
|
|
|
|
(индивидуальный, групповой, |
+ |
+ |
|
|
широковещательный) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Выход на ТФОП |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
3 |
Передача данных и доступ к |
+ |
+ |
|
|
централизованным базам данных |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
4 |
Режим прямой связи |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
5 |
Автоматическая регистрация |
+ |
+ |
|
|
мобильных абонентов |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
6 |
Персональный вызов |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
7 |
Доступ к фиксированным сетям IP |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
8 |
Передача статусных сообщений |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
9 |
Передача коротких сообщений |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
10 |
Поддержка режима передачи |
|
|
|
|
данных о местоположении от |
+ |
н/c |
|
|
системы GPS |
|
|
|
11 |
Факсимильная связь |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
12 |
Возможность установки открытого |
+ |
н/c |
|
|
канала |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
13 |
Множественный доступ с |
+ |
+ |
|
|
использованием списка абонентов |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
14 |
Наличие стандартного режима |
+ |
+ |
|
|
ретрансляции сигналов |
|||
|
|
|
||
|
68 |
|
|
15 |
Наличие режима "двойного |
+ |
+ |
|
наблюдения" |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассматривая функциональные возможности представленных стандартов транкинговой связи, можно сказать, что они обеспечивают сравнимый уровень услуг связи. Стандарты TETRA и APCO 25 позволяют строить различные конфигурации сетей связи, обеспечивают разнообразные режимы передачи речи и данных, связь с телефонными сетями общего пользования (ТфОП) и фиксированными сетями. Стандарты позволяют использовать в своих системах дуплексные радиостанции.
Информация о наличие некоторых специфических услуг связи, ориентированных на использование представителями служб общественной безопасности, представлена в таблице 6.9. Здесь также можно отметить, что стандарты TETRA и APCO 25 обеспечивают сравнимый уровень специальных услуг.
Таблица 6.9 — Специальные услуги систем стандартов TETRA и APCO 25
№ |
Специальные услуги связи |
|
ТETRA |
APCO 25 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Приоритет доступа |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
||
2 |
Система приоритетных вызовов |
+ |
+ |
||
|
|
|
|
||
3 |
Динамическая перегруппировка |
+ |
+ |
||
|
|
|
|
||
4 |
Избирательное прослушивание |
+ |
+ |
||
|
|
|
|
||
5 |
Дистанционное прослушивание |
+ |
н/c |
||
|
|
|
|
|
|
6 |
Идентификация |
вызывающей |
+ |
+ |
|
|
стороны |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Вызов, санкционированный |
|
+ |
+ |
|
|
диспетчером |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Передача |
ключей |
по |
+ |
+ |
|
радиоканалу (OTAR) |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
9 |
Имитация активности абонентов |
+ |
+ |
||
|
|
|
|
|
|
10 |
Дистанционное |
отключение |
+ |
+ |
|
|
абонента |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
Аутентификация абонентов |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
||
|
Примечание: н/с – нет сведений |
|
|
||
Рассмотрим более подробно предоставляемые услуги связи и сетевые процедуры в системах стандарта TETRA и APCO 25.
69
Режимы передачи речевой информации и предоставляемые услуги связи
TETRA
Режимы передачи речевой информации
В системах стандарта TETRA информационный обмен обеспечивается с помощью, так называемых телесервисных служб. Поддерживаются 2 основных вида информационного обмена: передача речи и передача данных. При этом речь и данные могут передаваться одновременно с одного терминала по различным логическим каналам.
Для передачи речи используются службы речевой связи, обеспечивающие следующие режимы:
речевая связь с индивидуальным вызовом абонентов;
многосторонняя речевая связь, предполагающая групповой вызов абонентов;
широковещательная передача речи.
Все режимы речевой связи предусматривают возможность передачи как открытой речевой информации, так и речи, защищенной с помощью определенных алгоритмов шифрования.
Индивидуальный вызов Индивидуальный вызов предполагает установление коммутируемого
двухточечного соединения между двумя мобильными абонентами или между мобильным абонентом и стационарным терминалом для обеспечения прямой двухсторонней связи.
Индивидуальный вызов и последующий обмен речевой информацией может производиться либо в дуплексном режиме, либо в режиме двухчастотного симплекса.
Индивидуальный вызов может быть инициирован любым пользователем системы TETRA и направлен любому абоненту, зарегистрированному в данной системе с определенным адресом, включая абонентов ТФОП, внешних УАТС и т. п. Соединение, установленное с помощью индивидуального вызова, может быть прервано как вызывающим, так и вызываемым абонентом.
Групповой вызов |
|
|
|
Групповой |
вызов предполагает |
установление |
коммутируемого |
многопунктового |
двунаправленного |
соединения между |
вызывающей |
стороной и несколькими вызываемыми абонентами.
Обмен речевой информацией после группового вызова производится только в режиме двухчастотного симплекса. При этом обмен сообщениями между членами группы осуществляется в режиме «каждый слышит каждого».
Групповой вызов может быть инициирован либо мобильным абонентом, либо диспетчером сети с помощью линейного терминала. Инициатор
70