Транкинговые системы стандарта SmarTrunk II

ГЛАВА 12

ТРАНКИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Общие положения

В 1995 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) закрепил понятие «транкинговые системы» за системами, предназначенными для организации радиосвязи для групп абонентов, «объединенных общими интересами и имеющих взаимные обязательства». При этом радиосвязь в системе осуществляется в соответствии с установленными правилами и приоритетами в обслуживании в зависимости от должностного статуса пользователей. Иными словами транкинговые системы представляют собой системы радиосвязи, предназначенные для предоставления услуг радиосвязи подвижным абонентам на основе реализации динамического многостанционного доступа с ограниченным выходом или вообще без выхода на сети общего пользования [17].

Транкинговые системы связи как специализированные системы (ведомственные, выделенные, технологические и внутрипроизводственные сети) находят широкое применение во всем мире. Одним из главных признаков транкинговой системы является возможность группирования абонентов, объединенных общими интересами. По этой причине трафик в основном (до 90%) замыкается внутри транкинговых систем, и выход большинства абонентов на сети общего пользования предполагается лишь в исключительных случаях. Предоставление разного набора услуг пользователям, время и длительность соединения зависят от установленной дисциплины связи, которая, в свою очередь, определяется должностным статусом абонентов.

Транкинговые сотовые системы подвижной радиосвязи могут обеспечивать индивидуальные, групповые со всеми членами группы, с сетями общего пользования для ограниченного круга абонентов и широковещательные виды соединений. Характерной особенностью транкинговых систем является работа абонентских станций в режиме двухчастотного симплекса. Базовые станции транкинговых систем работают в дуплексном режиме. На время связи абонентам выделяется пара частот. В конкретный момент времени абонент может либо передавать (на частоте приема базовой станции), либо принимать (на частоте передачи базовой станции) информацию. Благодаря этому становится возможной организация групповых соединений без необходимости указания индивидуальных номеров членов группы.

Несмотря на разнообразие транкинговых систем, все они построены по одним и тем же принципам и могут быть как однозоновыми, так и многозоновыми [25]. В каждой зоне (соте) устанавливаются базовые станции, через которые обеспечивается радиосвязь с абонентами системы.

По способу предоставления радиоканала транкинговые системы делятся на системы без канала управления и с каналом управления. В системах без канала управления соединение абонентов устанавливается на любом свободном радиоканале, который определяется путем сканирования по частотам абонентских радиостанций.

Канал управления может быть закрепленным или распределенным. В системах с закрепленным каналом управления имеется специально выделенный для этих целей дуплексный канал. В системах с распределенным каналом управления в различные моменты времени используются любые свободные от передачи информации частотные каналы.

Архитектура однозоновой транкинговой системы представлена на рис. 12.1.

Базовая станция (БС) включает приемопередатчики, устройство объединения радиосигналов, антенны, коммутатор, устройство управления и интерфейсы для взаимодействия с сетями общего пользования. Ретранслятор представляет собой набор приемопередающего оборудования, который работает в дуплексном режиме. Антенны базовой станции, как правило, размещаются на высоких мачтах для увеличения зоны обслуживания и имеют круговую или направленную диаграммы направленности. В зонах обслуживания, имеющих большую абонентскую плотностью, применяются направленные антенны. Базовая станция может работать на одну приемопередающую антенну или на раздельные приемные и передающие антенны. На одной мачте может размещаться несколько приемных антенн для борьбы с замираниями, вызванными многолучевым распространением радиоволн.

Устройство объединения радиосигналов (комбайнер) позволяет использовать одно и то же антенное оборудование для одновременной работы приемников и передатчиков на нескольких частотных каналах.

Коммутатор в однозоновой транкинговой системе обеспечивает соединение абонентов в процессе обслуживания трафика, включая соединения подвижных абонентов с сетями общего пользования.

Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех узлов базовой станции, обрабатывает вызовы, осуществляет аутентификацию (определение подлинности) вызывающих абонентов, ведение приоритетов и очередей вызовов, внесение записей в базы данных. В некоторых системах устройство управления регулирует допустимую продолжительность соединения с сетью общего пользования, изменяя ее в зависимости от текущей нагрузки.

Рис. 12.1. Обобщенная структура однозоновой транкинговой системы

Соединение с телефонной сетью общего пользования (ТФОП) (Public Switched Telephone Network, PSTN) может организовываться по двухпроводной коммутируемой линии с использованием аппаратуры прямого набора номера (Direct Inward Dealing, DID) или стандартной нумерации АТС, обеспечивающей доступ к абонентам транкинговой сети. В системах с высоким качеством обслуживания абонентов используются цифровые ИКМ-соединения с аппаратурой АТС. В приложениях, предполагающих передачу данных, производится подключение к сетям передачи данных с коммутацией пакетов (СКП).

Терминал технического обслуживания и эксплуатации предназначен для контроля состояния системы и проведения диагностики неисправностей. Имеется возможность удаленного подключения терминала технического обслуживания и эксплуатации через ТФОП или СКП.

Диспетчерский пульт необходим тем потребителям, чья работа не обходится без диспетчера (службам охраны правопорядка, скорой медицинской помощи, пожарной охране, транспортным компаниям, муниципальным службам и т. д.). Диспетчерские пульты могут включаться в систему по абонентским радиоканалам или по выделенным линиям к коммутатору базовой станции. Может быть организована независимая работа абонентских групп различных служб через свои диспетчерские пульты.

Абонентское оборудование транкинговых систем включает различные типы стационарных, автомобильных и персональных радиостанций, работающих в симплексном, полудуплексном (двухчастотном симплексном) и дуплексном режимах. В большинстве своем это функционально ограниченные устройства, и их пользователи могут связываться лишь с абонентами внутри своей абонентской группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Полудуплексные и дуплексные радиостанции с широким набором функций предназначены для ограниченного числа пользователей.

Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые радиостанции выпускаются в портативном и автомобильном исполнении, выходная мощность передатчиков последних выше портативных. В аналоговых транкинговых системах используют специальные терминалы передачи данных — радиомодемы, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем характерно встраивание интерфейса передачи данных в абонентские радиостанции. В транкинговых системах используются также стационарные абонентские радиостанции, у которых выходная мощность передатчиков приблизительно такая же, как у автомобильных радиостанций.

Архитектура многозоновых транкинговых сетей зависит от принципов коммутации в сети. При использовании централизованной коммутации (рис. 12.2) появляется межзональный (центральный) коммутатор, который обрабатывает все виды трансзональных вызовов. Таким образом, весь межзональный трафик проходит через коммутатор, соединенный с базовыми станциями. Это обеспечивает быструю обработку вызовов, возможность подключения централизованных диспетчерских пультов. Информация о местонахождении абонентов сети хранится в межзональном коммутаторе. Межзональный коммутатор осуществляет функции централизованного интерфейса ТФОП и СКП, что позволяет при необходимости полностью контролировать как речевой трафик телефонной сети, так и трафик всех приложений передачи данных, связанный с СКП, например интернет. Таким образом, система с централизованной коммутацией обладает более высокой управляемостью.

Рис. 12.2. Обобщенная структура транкинговой системы с централизованной межзональной коммутацией

При использовании распределенной межзональной коммутации (рис. 12.3) каждая базовая станция сети подключается к ТФОП. При необходимости вызова из одной зоны в другую он производится через интерфейс ТФОП, включая процедуру набора телефонного номера. Базовые станции сети имеют непосредственное соединение между собой с помощью радиорелейных и волоконно-оптических линий. Использование распределенной межзональной коммутации характерно для сетей с небольшим количеством зон и с невысокими требованиями к оперативности трансзональных вызовов.

Рис. 12.3. Обобщенная структура транкинговой системы с распределенной межзональной коммутацией

Характерным примером аналоговых однозоновых и многозоновых транкинговых систем с закрепленным (выделенным) каналом управления являются системы Startsite, Smartnet, Smartzone фирмы MOTOROLA.

Особое место среди транкинговых систем радиосвязи занимают цифровые системы. Наиболее распространенными в настоящее время являются цифровые транкинговые системы стандартов TETRA, iDEN и EDACS. В таблице 12.1 приведены основные характеристики этих систем.

Таблица 12.1

Стандарт	TETRA	iDEN	AEGIS (EDACS)
Технология	TDMA	TDMA	FDMA
Область применения	Двойного назначения	Коммерческая	Двойного назначения
Полоса частот, МГц	UHF	800/900/1500
Канальный разнос, кГц
Тип речевого кодирования	CELP	VSELP	АМR
Тип модуляции	π/4 DQPSK	М-16 QAM	GMSK
Производитель	более 20 фирм	Motorola	Ericsson
Время установления соединения в диспетчерском режиме	300 мс	500 мс	1с
Год внедрения
Жизненный цикл технологии, лет
Количество пользовательских каналов в однозоновых системах
Скорость передачи, кбит/с	28,8		9,6

Более подробное описание некоторых из перечисленных выше транкинговых систем различных стандартов приведено ниже.

Транкинговые системы стандарта SmarTrunk II

Система SmarTrunk, впервые представленная в 1992 г., была специально разработана как недорогая система для применения в сельских местностях и в развивающихся странах. За короткий срок технология SmarTrunk стала мировым стандартом. SmarTrunk II – это новое поколение популярной радиотелефонной системы SmarTrunk.

Система имеет следующие технические данные [25]:

q рабочий диапазон частот: 146…174 МГц (VHF) и 403…470 МГц (VHF);

q количество каналов: до 16 дуплексных пар;

q количество абонентов: до 1100 на систему;

q формат сигналов управления: скоростной DTMF (SmarTrunk) или цифровой BPSK (SmarTrunk II);

q индикатор занятости каналов: по наличию несущей или по наличию несущей и субтона;

В системе предусмотрены следующие типы вызовов:

q радиоабонент - ТФОП;

q ТФОП - радиоабонент;

q радиоабонент - радиоабонент;

q групповой вызов;

q срочный и аварийный вызовы;

q приоритетный вызов;

q диспетчерский вызов;

Файл конфигурации системы сохраняется на диске компьютера либо загружается с диска в контроллеры ST-852.

Контроллеры ST-852 программируются посредством системы меню и обеспечивают до 1800 записей и сохранение данных о состоявшихся сеансах связи, дате и времени, продолжительности разговора, типе вызова, а также их вывод на печать. Контроллер имеет возможность программирования таймера активности радиоабонентов и таймера ожидания ответов (от 1 до 255 с), аварийного номера (до 15 цифр), идентификатора базовой станции (до 20 сигналов) и кода доступа (пароля) (6 цифр). База данных контроллера рассчитана на 1100 радиоабонентов с описанием возможностей (максимальная длительность переговоров, разрешение на ведение междугородных переговоров и т.п.). Конфигурация системы не стирается при сбоях питания контроллера. Каждому абоненту присваивается личный добавочный номер длиной от одной до пяти цифр, а также групповой номер для диспетчерской связи. Для различных категорий пользователей существует десять уровней приоритета. Система имеет возможность дистанционного отключения радиостанций с диспетчерского центра для предотвращения доступа в нее нелегальных пользователей и нарушителей.

Структурная схема четырехканальной системы SmarTrunk II представлена на рис. 12.4. Основным элементом системы является многоканальная базовая станция, оснащенная ретрансляторами (RX/TX-приемопередатчиками) и контроллерами ST-852. Все радиоканалы полностью независимы друг от друга, что позволяет разносить оборудование системы на значительные расстояния. Контроллер каждого канала имеет выходы на две двухпроводные абонентские телефонные линии. Обычно один из выходов подключается к городской АТС, а другой – к местной (учрежденческой) АТС (УАТС) (Private Automatic Branch Exchange, PABX) либо к спутниковой линии связи. Используется как импульсный, так и тональный набор. При использовании специального конвертора можно перейти от двухпроводных абонентских линий к трехпроводным соединительным линиям, что позволяет дать каждому абоненту системы полный телефонный номер без донабора в многочастотном режиме с двухтональным набором DTMF (Dual Tone Multi-Freguency). В радиосвязи этот режим применяется для осуществления селективных вызовов управления доступом к системе вызова абонентов АТС и т.п.

Базовое оборудование системы имеет комбайнер – устройство, позволяющее складывать сигналы от нескольких передатчиков и направлять их в общую передающую антенну. Комбайнер представляет собой сложную систему развязок и фильтров. Тип комбайнера зависит от канального разноса. Если каналы расположены с разносом не менее 150 кГц для диапазона VHF и не менее 250 кГц для диапазона UHF, применяются комбайнеры объемно-резонаторного типа с затуханием в полосе частот не более 3,5...4 дБ.

При разносе каналов менее 150 кГц (например, 12,5 или 25 кГц) используют комбайнеры гибридного типа. При этом в тракт передачи вносится существенное затухание, а именно: при сложении двух каналов – 3,8 дБ, при сложении четырех – более 7 дБ и при сложении восьми каналов – более 10 дБ.

Рассмотрим принципы функционирования системы SmarTrunk II. Связь в направлении радиоабонент - радиоабонент производится по эфиру без выхода на АТС (через ретранслятор во всей зоне действия системы либо без использования ретранслятора в зоне до 4 км). В процессе установления связи имеется возможность индивидуального, группового или общего вызова (общий циркуляр). Для вызова на абонентской станции необходимо набрать номер радиоабонента и послать вызов.

В исходном состоянии ретрансляторы системы работают на прием, абонентские радиостанции сканируют частоты. В случае вызова абонентская радиостанция «захватывает» свободный ретранслятор и посылает запрос в виде цифрового пакета.

Рис. 12.4. Структурная схема четырехканальной системы SmarTrunk II

Ретранслятор, получив запрос от мобильного абонента, включает передатчик и излучает пилот-тон (частота модуляции 1200 Гц) длительностью 0,3 с. Все абонентские станции, не участвующие в это время в других сеансах связи и сканирующие частоты, прекращают сканирование и задерживаются на канале, где передается пилот-тон. Ретранслятор передает вызывной пакет (пейдж), в котором содержится адрес вызываемой станции. В результате вызываемая станция остается на канале и начинает сеанс связи, а остальные находятся в режиме сканирования частот.

Процедура вызова мобильным абонентом транкинговой системы абонента ТФОП заключается в наборе нужного номера ТФ (до 14 цифр), после чего посылается вызов. Абонентская станция сканирует частоты в поисках свободного канала. После его нахождения получает ответ ТФОП (зуммер) и посылает телефонный номер. После соединения возможен тональный донабор, например, для доступа к автоответчикам или добавочным номерам местной АТС.

Процедура вызова мобильного абонента абонентом ТФОП заключается в наборе одного из телефонных номеров системы. Если линия свободна, то происходит соединение с контроллером базовой станции, и абонент ТФОП получает тональный сигнал. После получения тонального сигнала необходимо набрать номер мобильного абонента. Если абонент транкинговой системы занят либо его радиостанция выключена или находится вне зоны действия системы, то абонент ТФОП получит сигнал «Занято». При наличии нескольких зон обслуживания поиск подвижных абонентов осуществляет вызывающий абонент ТФОП. Он должен выйти на соответствующие ретрансляторы и проверить, не находится ли подвижный абонент в зонах их обслуживания. Часть абонентских номеров можно использовать в качестве групповых. Вызвать группу радиостанций можно как с обычного телефона, так и с другой радиостанции. Правила набора те же, что и для отдельных радиоабонентов. Диспетчерская связь внутри своей группы не требует набора номера, достаточно нажать на тангету ПЕРЕДАЧА на своей радиостанции, и все радиостанции группы будут слышать вызов.

Срочный вызов оператора системы можно осуществить путем набора комбинации «9*». В случае бедствия или опасности набор комбинации «0*» приведет к автоматическому набору заранее запрограммированного телефонного номера. Если при наборе этих комбинаций все каналы окажутся занятыми, то система принудительно прервет один из разговоров для прохождения срочного или аварийного вызова.

Система имеет интерфейсный модуль ST-869, который обеспечивает возможность вхождения в систему стационарных абонентских станций, а также организации переговорных пунктов в тех районах, где прокладка телефонного кабеля требует больших капиталовложений. Модуль позволяет подключить обычный телефонный аппарат к радиостанции и управлять ее работой с клавиатуры этого аппарата.

Система совместима более чем с 30 моделями портативных и автомобильных радиостанций, для которых разработаны специальные логические модули. Логический модуль, установленный в радиостанции, берет на себя управление всеми ее функциями, в том числе сканированием по частоте, включением на передачу и управлением работой.