 |
Цифровые транкинговые системы стандарта TETRA.
|
|
|
|
Система GSM с адаптацией к потребностям железнодорожного транспорта (система GSM-R, сведения о которой приведены ниже) не всегда оправдывает ожидания. Система GSM-R хорошо реализует линейную радиотелефонную связь, но ситуация ухудшается в больших железнодорожных узлах, где существует потребность быстрого и группового вызова. В небольших сетях (например, маневровой связи) выгодна симплексная система с короткими групповыми вызовами. Здесь более выгодна транкинговая система с динамическим доступом к каналу, которая обеспечивает более быстрое соединение и более эффективное использование каналов. Или, например, для автоматического управления движением поездов в системе ERTMS необходима пакетная передача данных GPRS (General Package Radio Service).
Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) разработал европейский стандарт на транкинговые системы подвижной радиосвязи TETRA.
В разработке принимали участие крупнейшие производители транкинговых систем — Motorola, Ericsson, Matra, несмотря на то, что к этому времени они имели собственные системы PMR (Astro, Edacs, Rubis).
При выработке параметров нового стандарта учитывались решения стандарта GSM. Этим объясняется выбор ширины радиоканала 25 кГц и TDMA.
Стандарт использует широкий диапазон частот — от 60 до более чем 1000 МГц (за европейскими службами безопасности закреплена полоса от 380 до 400 МГц, а для коммерческих целей выделены диапазоны 410, 450 и 870 МГц).
Используется TDMA с четырьмя окнами (иерархия кадров представлена на рис.3). Дуплексный разнос равен 10 МГц. скорость речепреобразования 4,8 кбит/с (кодек CELP).
Рис.3
Стандарт обеспечивает передачу как речи, так и данных (в кадровом и пакетном форматах до 28 кбит/с). В режиме одновременной передачи речи и данных TETRA может взаимодействовать с системами GSM, получая коммутируемый канал передачи данных. В режиме “только данные” (для него разработан специальный подстандарт PDO — Pacet Data Optimixed) возможны передачи коротких сообщений (пейджинг), электронной почты и удаленная обработка данных, передача видеоизображений.
|
|
|
В стандарте заложены возможности индивидуального вызова, группового, группового вызова с подтверждением и широковещательного (“всем, кто меня слышит”).
Среди дополнительных услуг систем TETRA есть режим прямого вызова (Direct mode), когда разговор идет без “посредничества” базовой станции, непосредственно между двумя радиостанциями. Наличие этого режима является одним из главных требований служб безопасности.
Среди других требований: несколько уровней приоритета (в том числе принудительное разъединение абонентов с низшим уровнем приоритета), режим сокращенного набора (менее 300 мс), помехоустойчивое кодирование (метод ACELP — наиболее помехоустойчивый из известных) и несколько уровней секретности. При соединении возможна идентификация абонента и сети.
Можно отметить режим “псевдооткрытого” канала (распределение нагрузки и ресурсов сети осуществляется по требованию абонента с учетом приоритетности, удерживания вызова и т.п.), в то время, как “открытый” канал обеспечивает постоянное распределение нагрузки и ресурсов.
Данные о скорости передачи данных при различных уровнях секретности приведены в табл.4.
Таблица 4
| Режим передачи данных | Вид данных | Скорость передачи, кбит/с |
| Обычный | Сканированный текст, графические файлы, видео | 7,2-28,8 |
| Защищенный | Текст, картографическая информация | 4,8-19,2 |
| Повышенной секретности | Конфиденциальные сведения | 2,4-9,6 |
Предоставляемые дополнительные услуги: вызов через диспетчера, приоритетный вызов, приоритетный вызов с дополнительным сбросом, выборочное прослушивание, удержание вызова, идентификация вызова, идентификация говорящей стороны, регистрация вызова, завершение вызова к обычному абоненту, переадресация вызова, обходной вызов, ожидание вызова, завершение вызова при отсутствии ответа абонента, адресация укороченным номером, подключение к разговору, блокировка исходящих вызовов, выделение динамических конформных групп (выделение группы абонентов).
|
|
|
Предоставляются возможности подключения к абонентскому интерфейсу различных терминалов: переносных компьютеров, устройств PDA (цифровые ассистенты), факсов, принтеров и т.п.
Специфицированы все интерфейсы транкинговой системы стандарта TETRA: радиоинтерфейс, межсистемный интерфейс «линия-станция», шлюзы с УАТС и ТФОП, интерфейс с центром сетевого обслуживания и управления.
Дополнительные сведения о системе стандарта TETRA:
- метод статистического уплотнения в режиме PDO: быстрая пакетная передача (менее 100 мс на пакет 128 байт);
- скорость модуляции 36 кбит/с;
- информационная скорость не более 19,2 кбит/с;
- время установления соединения менее 300 с;
- время повторного установления соединения менее 1 с;
- метод удаленного доступа - интервальная «щелевая» ALOHA;
- метод цифровой манипуляции: π/4-DQPSK;
- низкоскоростное кодирование 7,2 кбит/с;
- мощность передатчика 1,3 и 10 Вт;
- скорость транспортного средства не боле 200 км/ч;
- размер соты не более 60 км.
Цифровая транкинговая система EDACS.
В конце 70-х годов прошлого века в США для развития транкинговых систем был открыт диапазон 800 МГц. Производители оборудования подвижной радиосвязи совместно с правоохранительными органами разработали требования по безопасности пользования системами транкинговой радиосвязи (документ APS 16), которые определили транкинговую систему радиосвязи фирмы Erricsson «усовершенствованную систему связи с цифровым доступом EDACS».
Системы EDACS выпускаются для диапазонов 30-300, 800 и 900 МГц с разносом каналов 25; 30 и 12,5 кГц.
Система EDACS предусматривает один выделенный канал управления. Системы EDACS, объединенные между собой при помощи контроллеров узлов связи, образуют сеть EDACS. “Расширенные сети” соединяют снабженные несколькими узлами сети EDACS для покрытия больших территорий (до масштабов страны).
|
|
|
Полоса 25/30 кГц ориентирована на стандартную скорость передачи данных 9600 бит/с, с которой передаются сигналы управления и взаимодействия, речевые сигналы и данные между подвижными объектами.
Узкополосный канал (12,5 кГц) служит только для обмена сигналами управления и взаимодействия, а также для передачи данных.
Групповой вызов является стандартным для всех абонентов или отдельных групп и может относиться к любому числу радиостанций.
Индивидуальный вызов позволяет вести переговоры отдельных абонентов без прослушивания другими абонентами. Возможен одновременный вызов всех абонентов диспетчером, при котором прекращается обслуживание остальных вызовов и выделяется один канал для всех абонентов.
Система EDACS может обслуживать 16000 абонентов, объединенных в 2048 групп. Дальнейшее развитие инфраструктуры возможно при увеличении числа контроллеров узлов связи и диспетчерских пультов управления (до 30).
Система и сети EDACS рассчитаны на использование аналоговых и цифровых радиостанций, обеспечивающих передачу речевых сигналов в цифровой форме в режиме защиты информации (Voice Guard).
Обеспечиваются следующие режимы связи: передача аналоговых речевых сообщений с частотной модуляцией; передача речевых сообщений в цифровой форме с возможностью защиты сообщений (Voice Guard); передача данных в цифровой форме; передача сообщений абонентам телефонной сети общего пользования.
5. Сотовые системы
Стандарт GSM предусматривает дуплексные каналы на частотах: 890—915 МГц (передача мобильной станции MS), 935—960 МГц (передача базовой станции BS) при дуплексном разносе 45 МГц. Максимальное число каналов 124. Максимальное число каналов базовой станции 16-20. Количество скачков по частоте (SFH) в секунду 217.
Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км.
Используются пять классов подвижных станций: от 1-го класса устанавливаемой на транспортном средстве, до портативной 5-го класса (табл.5).
|
|
|
Таблица 5
| Класс подвижной стан- ции по мощности | Мощность передатчика, Вт | Допустимые отклонения, дБ |
| 1 | 20 | 1,5 |
| 2 | 8 | 1,5 |
| 3 | 5 | 1,5 |
| 4 | 2 | 1,5 |
| 5 | 0,8 | 1,5 |
Предусмотрена адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи.
Рис.4
На структурной схеме (рис.4) представлен состав оборудования системы GSM: MSC (Mobile Switching Centre) — центр коммутации подвижной связи, BSS (Base Station System) — оборудование базовой станции; OMC (Operations an Maintenance Centre) — центр управления и обслуживания; MS (Mobile Stations) — подвижные станции; BTS (Base Transceiver Station) — приемопередатчик базовой станции; BSC (Base Station Controller) — контроллер базовой станции; TCE (Transcoder) — транскодер; VLR (Visited Location Register) — регистр перемещения (визитный); HLR (Home Location Register) — регистр положения (домашний); AVC (Authentication Center) — центр аутентификации; EIR (Equipment Identifi Register) — регистр идентификации оборудования; NMC (Network Management Center) — центр управления сетью; ADC (Administration Centre) — административный центр; SSS (Switching Sub System) — подсистема коммутации; PSTN (Public Switched Telephone Network) — коммутируемая телефонная сеть общего пользования (ТФОП); PDN (Packet Data Network) — сеть пакетной коммутации; ISDN (Iutegrated Services Digital Network) — цифровая сеть интегрального обслуживания (ЦСИО).
Стандарт GSM обеспечивает лучшие энергетические и качественные характеристики связи, самые высокие характеристики безопасности и конфиденциальности по отношению к другим цифровым стандартам ССПС второго поколения. Приемлемое качество принимаемых речевых сообщений обеспечивается в GSM при отношении сигнал/помеха на входе приемника всего 9 дБ, для стандарта D-AMPS это соотношение составляет около 16 дБ. В реальных каналах связи при замираниях сигналов энергетические затраты в D-AMPS выше на 6—10 дБ по отношению к GSM.
Стандарт GSM, кроме того, предоставляет ряд услуг связи, которые не реализованы в других стандартах сотовой связи. К ним относятся: использование интеллектуальных SIM-карт (Subscriber Identify Module – модуль идентификации абонента) для доступа к каналу и услугам связи; закрытый для подслушивания радиоинтерфейс; шифрование передаваемых сообщений; аутентификация (определение подлинности) абонента и идентификация (отожествление) абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам, использование службы коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации; автоматический роуминг (обслуживание “блуждающего” абонента) различных сетей, международный и национальный; межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей DCS 1800, PCS 1900, DECT, а также со спутниковыми сетями наземной подвижной связи.
|
|
|
Разработчики GSM-систем пришли к необходимости групповой связи, широковещательного режима передачи и приоритетного вызова, то есть к версиям сотовых систем подвижной связи, условно называемые “GSM-системы транкингового типа”.
Выше было отмечено, что система GSM хорошо реализует линейную радиотелефонную связь, но в условиях больших железнодорожных узлов, где существует потребность быстрого и группового вызова, выгодна система TETRA. Характеристики этих систем сведены в табл.6.
Таблица 6
| Характеристика | GSM | ТETRA |
| Технология доступа | TDMA | TDMA |
| Диапазон рабочих частот, МГц | 890¾915 (935¾960) | 380¾400 |
| Эффективная полоса частот на один речевой канал, кГц | 12,5 | 6,5 |
| Время установления вызова, с, менее | 1 | 1 |
| Возможность передачи данных | Да | Да |
| Групповой вызов | Да | Да |
| Прямая(без участия базовой станции) связь между подвижными станциями | Нет | Да |
| Возможность расширения зоны обслуживания | Да | Да |
| Handover (“эстафетная передача”) | Да | Да |
| Роуминг | Да | Да |
| Аутентификация и шифрование | Да | Да |
Одна из таких версий “GSM-системы транкингового типа”, явившаяся результатом адаптации к потребностям железнодорожных служб, стала система GSM-R.
|
|
|
