Тема 4 . 3 Особенности построения цифровых транкинговых систем

Лекция № 25

Цифровые транкинговые системы

Цифровые транкинговые системы наступают - может быть, не так быстро, как хотелось бы пользователям, но неотвратимо. Относительно долгое безраздельное господство аналоговых систем транкинга было столь продолжительным из-за высокого ценового барьера цифровых систем, а, также, из-за отсутствия апробированного и общепризнанного цифрового стандарта. Теперь, с появлением целого ряда цифровых стандартов - TETRA, Tetrapol PAS, APCO 25, а также фирменных цифровых систем DigiStar, EDACS, iDEN, прорыв цифрового транкинга в высшем ценовом секторе рынка неизбежен. Вопрос только в том, какой из стандартов (или какая система) окажется наиболее жизнеспособным. Преимущества, которые позволяет получить переход от аналоговой к цифровой транкинговой системе, для многих потребителей уже перевешивают все еще очень высокую стоимость как инфраструктуры, так и абонентской аппаратуры. К этим преимуществам следует отнести, во-первых, улучшение скрытности радиопереговоров. Для прослушивания цифровых радиопереговоров простые аналоговые сканеры непригодны, что обеспечивает защиту от широкого круга "радиолюбителей" даже без принятия специальных мер по закрытию каналов связи.

Во-вторых, шифрование речи в цифровых системах реализуется в виде цифровой обработки низкоскоростного потока данных, что позволяет использовать сложные алгоритмы с высокой криптостойкостью, причем качество восстановленной речи не ухудшается. Таким образом, решается проблема неадекватности воспроизведения скремблированных радиопереговоров, неизменно свойственная аналоговым системам.

 

В-третьих, цифровые системы в принципе позволяют более эффективно использовать радиочастотный спектр, т.е. увеличить количество разговорных каналов в отведенной полосе частот. Этот эффект обеспечивается благодаря сочетанию сильной компрессии речевого потока и сложной модуляции несущей частоты.

Существует еще одна причина для перехода к цифровым сигналам - выравнивание качества речевого радиообмена по всей зоне обслуживания ретранслятора. Для аналоговых систем характерно сильное ухудшение качества передачи речи при удалении от базовой станции. В условиях города, когда имеет место многолучевое распространение, качество заметно меняется даже при передвижении внутри одного квартала. Применение цифровых сигналов в сочетании с помехоустойчивым кодированием позволяет существенно улучшить качество передачи речи в пределах всей зоны обслуживания.

Несколько лет назад фирмой Ericsson была представлена система EDACS (Enhanced Digital Access Communication System). Являясь масштабируемой системой, EDACS предусматривает в базовом комплекте поставки только аналоговую передачу речи. Для перехода в цифровой режим необходимо использовать специальную модификацию системы, например, EDACS Aegis.

Вместе с тем, в Соединенных Штатах и в Европе разработаны открытые международные стандарты цифровых транкинговых систем, предполагающие конкуренцию производителей и предоставление пользователю самостоятельного выбора оборудования. Список наиболее перспективных стандартов и систем транкинговой связи на сегодняшний день выглядит следующим образом:

1. система EDACS фирмы Ericsson;

 

2. стандарт APCO Project 25 (или просто APCO 25), определенный организацией Association of Public Safety Communications Officials (Ассоциация представителей систем связи служб общественной безопасности);

3. стандарт TETRA, определенный организацией ETSI - European Telecommunications Standards Institute (Европейский институт стандартов связи);

4. стандарт Tetrapol PAS, определенный организацией Tetrapol Forum;

5. система DigiStar фирмы Digital Wireless Corporation;

6. система iDEN фирмы Motorola.

 

Стандарты APCO 25 и TETRA являются открытыми, предоставляя возможность выпуска аппаратуры различным производителям. Стандарт APCO 25 разработан организацией, представляющей интересы потребителей средств профессиональной связи. Поэтому, в нем четко просматривается ряд характерных для такой связи признаков, делающих системы стандарта APCO 25 неудобными для коммерческих операторов.

Стандарт TETRA разрабатывался под эгидой Европейского Сообщества как общеевропейский и фактически представляет собой адаптацию стандарта сотовой связи GSM к специфическим требованиям потребителей услуг профессиональной связи. Следует отметить, что стандартизация спецификаций TETRA до сих пор официально полностью не завершена.

Наименование Tetrapol до недавнего времени относилось только к названию транкинговой системы, разработанной фирмой Matra Communications. Активно конкурируя со стандартом TETRA, фирма создает в 1994 г. организацию Tetrapol Forum. Последняя открывает в 1996 г. спецификации на систему Tetrapol (они называются PAS - Publicly available specifications) и предпринимает активные усилия по принятию их в качестве альтернативного либо комплиментарного общеевропейского стандарта.

 

Фирма Ericsson не ограничилась разработкой системы EDACS и в 1996 г. анонсировала систему следующего поколения - EDACS ProtoCALL. Эта система также должна была использовать фирменные закрытые протоколы на всех уровнях, и использование оборудования сторонних поставщиков было бы невозможно. Вместе с тем, декларировалась возможность постепенной миграции от EDACS к EDACS ProtoCALL. По неясным причинам в 1997 г. фирма Ericsson отказалась от планов по разработке EDACS ProtoCALL.

Создание фирмой Digital Wireless Corporation собственной закрытой системы DigiStar хорошо иллюстрирует тот факт, что на Западном и Восточном побережьях США по-разному видят будущее транкинга (фирма DWC располагается вблизи Лос-Анджелеса, а организация АРСО - в шт. Флорида). Система DigiStar более всего напоминает сеть передачи данных, адаптированную к задачам профессиональной связи.

Вообще, продвижение некоторыми фирмами, такими как Ericsson и DWC, цифровых транкинговых систем собственной разработки является попыткой как можно раньше проникнуть на рынок цифровых систем. Это делается в надежде закрепиться на нем до появления систем, удовлетворяющих международным стандартам АРСО 25 и TETRA. Выпуск последних затягивается из года в год, и принцип конкуренции различных поставщиков пока еще не повлек за собой заметного снижения цен, - списки оборудования и его производителей пока невелики.

Транкинговые сети стандарта TETRA

Общая характеристика

Система стандарта TETRA (трансъевропейская система транкинговой связи) представляет собой совокупность спецификаций, разработанных ETSI и определяющих цифровую ТСС. Своим появлением этот стандарт обязан двум обстоятельствам: европейской интеграции и победоносному шествию сотовых систем стандарта GSM по странам континента. Все более тесная интеграция стран Европы сделала актуальной координацию усилий по созданию нового поколения систем ведомственной и корпоративной связи. Бурный успех стандарта GSM сильно повлиял на производителей оборудования связи самого широкого круга, в том числе транкинговых систем. Было принято решение о том, что открытый европейский стандарт на цифровую транкинговую систему будет базироваться на технической идеологии GSM. Таким образом, стандарт TETRA использует весь полезный опыт последнего с учетом специфики корпоративного сектора рынка. От своего предшественника стандарт TETRA унаследовал чрезвычайно высокий уровень пользовательского сервиса, не характерный для транкинговых систем. Вместе с тем, в стандарт TETRA привнесены элементы, отвечающие требованиям экстренных служб различного рода.

return false">ссылка скрыта

Стандарт TETRA включает в себя две спецификации: TETRA Voice + Data (TETRА V+D) и TETRA Packet Data Optimized (TETRA PDO). Как следует из названия, TETRA V+D - это стандарт на интегрированную систему передачи речи и данных. TETRA PDO - стандарт, описывающий специальный вариант ТСС, ориентированный только на ПД.

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц. Для систем стандарта TETRA могут использоваться диапазоны от 150 МГц до 900 МГц, однако реально в странах Европы будут выделены частоты в диапазонах частот 410-430 МГц, 870-876/915-921 МГц, или в диапазонах частот 450-470 МГц, 385-390/395-399,9 МГц. Дуплексный разнос для систем стандарта TETRA должен составлять 10 МГц.

В радиоканале используется относительная фазовая модуляция типа п/4-DQPSK с постоянной огибающей. Таким образом, каждому символу модуляции соответствует передача двух бит информации. Для преобразования речи в стандарте TETRA V+D используется кодек с алгоритмом CELP. Скорость цифрового речевого потока на выходе кодека составляет 4,8 кбит/с. До поступления на вход модулятора, к речевому потоку добавляется корректирующий код, после чего производится межблочное перемежение.

Полная пропускная способность одного канала в системе стандарта TETRA V+D составляет 7200 бит/с. Стандарт TETRA PDO обеспечивает ПД со скоростью 28,8 кбит/с. Сочетание технологий TETRA V+D и TETRA PDO позволяет получить систему с уникальными оперативными характеристиками, особенно важными для служб общественной безопасности. Так, по каналам TETRA PDO может осуществляться передача сжатого видеопотока - например, для фиксации обстановки на месте происшествия. ПД может производиться по схемам "точка-точка" и "точка-многоточие". Кроме того, стандарт TETRA предусматривает поддержку протокола Х.25 для пользовательских приложений. Hаличие в стандарте спецификаций на шлюз с ISDN и PDN обеспечивает возможность взаимодействия с внешними СПД.

Спецификация стандарта TETRA не накладывает ограничений на архитектуру сети связи. Благодаря модульному принципу построения могут быть реализованы разнообразные конфигурации сетей с различной географической протяженностью.

Сети стандарта TETRA предполагают распределенную инфраструктуру управления и коммутации, обеспечивающую быструю передачу вызовов и сохранение локальной работоспособности системы при отказе ее отдельных элементов. Основными элементами сетей TETRA являются базовые и мобильные станции, устройства управления БС, контроллеры БС, ДП, терминалы ТОЭ.

Функции сетевого обслуживания и межсистемного взаимодействия определяются следующими специфицированными интерфейсами:

Air Interface - радиоинтерфейс между БС и АР;

Direct Mode Operation - интерфейс прямого соединения между двумя АР;

Terminal Equipment Interface - интерфейс между АР и терминалом ПД;

Inter System Interface - межсистемный интерфейс для объединения нескольких систем (возможно, разных фирм-изготовителей) в единую сеть;

Line-connected Station Interface - интерфейс для подключения ДП к базовому оборудованию;

Network Management Centre Interface - интерфейс для подключения ТОЭ;

Gateways to PABX, PSTN, ISDN, PDN - интерфейс для подключения к УАТС, ТфОП, ЦСИС, СКП.

В стандарте TETRA предусматривается не только прямая связь между АР, но и использование АР в качестве РТ для расширения зоны обслуживания.

Система стандарта TETRA может функционировать в следующих режимах: транкин-говой связи; с открытым каналом; непосредственной связи.

В режиме транкинговой связи обслуживаемая территория перекрывается зонами действия БС. Стандарт TETRA позволяет строить как системы с выделенным частотным КУ, так и с распределенным. При работе сети связи с выделенным КУ приемопередающие станции предоставляют абонентам несколько частотных каналов, один из которых (КУ) специально предназначается для обмена служебной информацией. При работе сети с распределенным КУ служебная информация передается либо в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте), либо в контрольном кадре мульти-кадра (одном из 18).

Каналы передачи сообщений могут выделяться в соответствии со следующими способами.

1. Транкинг сообщений. Канал присваивается в начале сеанса связи и освобождается по его окончанию.

2. Транкинг передач. Канал присваивается только на время одной транзакции (периода передача/прием), после чего он освобождается. Для следующей транзакции может быть выделен новый канал.

3. Квазитранкинг передач. Канал так же, как и в транкинге передач освобождается после транзакции, однако с некоторой задержкой, что позволяет снизить количество сигналов управления.

В режиме с открытым каналом группа пользователей имеет возможность устанавливать соединение "точка - многоточие" без установочной процедуры. Любой абонент, присоединившись к группе, может в любой момент использовать этот канал. В этом режиме PC работают в двухчастотном симплексе.

В режиме непосредственной (прямой) связи между терминалами устанавливаются двух- и многоточечные соединения по радиоканалам, не связанным с КУ сетью, без передачи сигналов через БС.

В системах стандарта TETRA мобильные станции могут работать в режиме "двойного наблюдения" (Dual Watch), при котором обеспечивается прием сообщений от абонентов, работающих как в режиме транкинговой, так и прямой связи.

В системах стандарта TETRA поддерживаются передача речи и 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 (коммутируемое двухточечное соединение между двумя МА или между МА и стационарным терминалом для обеспечения прямой двухсторонней связи в режиме дуплекса или двухчастотного симплекса):

многосторонняя речевая связь, предполагающая групповой вызов абонентов (коммутируемые многопунктовые двунаправленные соединения между вызывающей стороной и несколькими вызываемыми абонентами при использовании симплексного режима связи);

циркулярная связь с широковещательным вызовом (односторонняя передача речевой информации от вызывающей стороны нескольким вызываемым абонентам).

Все режимы речевой связи предусматривают возможность передачи как открытой речевой информации, так и речи, защищенной с помощью определенных алгоритмов шифрования. В стандарте описываются следующие виды ПД:

ПД с коммутацией цепей. Данный вид имеет режимы передачи, аналогичные речевому обмену (двухточечное и многоточечное соединение, широковещательная передача). Скорость обмена определяется числом временных интервалов, выделенных для связи, и классом защиты от ошибок;

коммутируемые пакеты данных. Транслируются по виртуальным цепям или в виде дейтаграмм. В первом случае возможны только двухточечные соединения, во втором - многоточечные соединения и широковещательная передача;

короткие сообщения (до 2048 бит). Передаются оперативно независимо от передачи речи и данных.

TETRA предоставляет пользователям ряд дополнительных услуг:

вызов, санкционированный диспетчером (режим, при котором вызовы поступают только с санкции диспетчера);

приоритетный доступ (в случае перегруженности сети доступные ресурсы присваиваются в соответствии со схемой приоритетов);

приоритетный вызов (присвоение вызовов в соответствии со схемой приоритетов);

избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов);

дистанционное прослушивание (дистанционное включение АР на передачу для прослушивания обстановки у абонента);

динамическая перегруппировка (динамическое создание, модификация и удаление групп пользователей);

идентификация вызывающей стороны (возможность получения информации о персональном идентификаторе вызывающего абонента) и др.

Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности передаваемой информации:

- стандартный, использующий шифрование радиоинтерфейса (обеспечивается уровень защиты информации, аналогичный системе сотовой связи GSM);

- высокий, использующий сквозное шифрование (от источника до получателя).

Средства защиты радиоинтерфейса стандарта TETRA включают механизмы аутентификации абонента, а также инфраструктуры обеспечения конфиденциальности трафика за счет потока псевдоимен и специфицированного шифрования информации. Определенная дополнительная защита информации обеспечивается возможностью переключения информационных каналов и КУ в процессе ведения

Архитектура сети

Функциональные схемы построения различных ТСС стандарта TETRA представляются как совокупность элементов сети, соединенных определенными специфицированными интерфейсами. Сети стандарта TETRA содержат следующие основные элементы.

базовая приемопередающая станция (BTS) - обеспечивает связь в определенной зоне (ячейке). БС выполняет основные функции, связанные с передачей радиосигналов: сопряжение с МС, шифрование линий связи, пространственно-разнесенный прием, управление выходной мощностью мобильных PC, управление радиоканалами;

устройство управления БС (BCF) - элемент сети с возможностями коммутации, который управляет несколькими БС и обеспечивает доступ к внешним сетям ISDN, PSTN, PDN, РАВХ, а также используется для подключения ДП и терминалов ТОЭ;

контроллер БС (BSC) - элемент сети с большими по сравнению с устройством BCF коммутационными возможностями, позволяющий обмениваться данными между несколькими BCF. Так же, как и BCF обеспечивает доступ к внешним сетям. BSC имеет гибкую модульную структуру, позволяющую использовать большое число интерфейсов разного типа. В сетях TETRA контроллеры БС могут выполнять функции сопряжения с другими сетями TETRA и управления централизованными БД;

ДП - устройство, подключаемое к контроллеру БС по проводной линии и обеспечивающее обмен информацией между оператором (диспетчером сети) и другими пользователями сети;

мобильная станция (MS);

стационарная радиостанция (FRS - Fixed Radio Station) - PC, используемая абонентом в определенном месте.

терминал ТОЭ - терминал, подключаемый к УУ базовой станцией BCF и предназначенный для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации и т.п. С помощью таких терминалов реализуется функция управления ЛС (LNM - Local Network Management).

Благодаря модульному принципу разработки оборудования, ТСС стандарта TETRA могут быть реализованы с разными иерархическими уровнями и различной географической протяженностью (от локальных до национальных). Функции управления БД и коммутации распределяются по всей сети, что обеспечивает быструю передачу вызовов и сохранение ограниченной работоспособности сети даже при потере связи с ее отдельными элементами.

На национальном или региональном уровне структура сети может быть реализована на основе сравнительно небольших подсетей TETRA, соединенных друг с другом с помощью межсистемного интерфейса ISI для создания общей сети. Под подсетью обычно понимают автономную и самосогласующуюся сеть. При этом возможно централизованное управление сетью. Вариант построения такой сети показан на рис. 3.23.

 

Рисунок 75 Структура сети национального или регионального уровня

 

Каждая подсеть TETRA выполняет свои функции управления и коммутации, а также предоставляет возможность для централизованного управления сетью более высокого уровня. Структура подсети зависит от трафика, а также от требований к эффективности установления связи. Вариант сложной конфигурации подсети стандарта TETRA показан на рис. 75.

В случае если не требуется резервирование каналов, возможно и достаточно создание подсети по конфигурации звезды (рис. 76).

При использовании линейных трактов (например, конвейеров) подсеть TETRA может быть реализована в виде длинной линии (цепи). В этом случае каждый модуль УУ базовой станции BCF (Base Station Control Function) наряду с требуемой дальностью связи обеспечивает локальный доступ к внешним сетям (рис. 74).

Простейшая конфигурация подсети TETRA (рис. 75) включает только один модуль BCF.

В ТСС стандарта TETRA предусматриваются различные способы обеспечения отказоустойчивости, позволяющие в случае отказа отдельных элементов сети сохранять полную или частичную работоспособность, возможно, с ухудшением ряда параметров, таких как время установления соединения и т.д. Для сетей национального уровня, как правило, используется несколько альтернативных маршрутов соединения сетей регионального уровня, путем соединения контроллеров БС. Кроме этого, для региональных сетей предусматривается взаимное копирование БД в контроллерах БС.

 

Рисунок 76 Конфигурация подсети стандарта TETRA

 

 

Рисунок 77 Подсеть TETRA, построенная по конфигурации звезды

 

 

Рисунок 78 Конфигурация подсети стандарта TETRA в виде цепи

 

Рисунок 79 Конфигурация TETRA с одним модулем BCF