Термин «Транкинговая (или транковая) связь происходит от английского слова trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что «ствол связи» содержит несколько каналов, причем жесткое закрепление каналов за абонентами отсутствует. В литературе можно найти различные определения транкинговых систем, общим для которых является именно предоставление в распоряжение абонента одного из свободных на данный момент каналов. В частности, к данному классу относят:

Радиально - зоновые системы наземной мобильной радиосвязи, использующие автоматическое распределение ограниченного частотного ресурса ретранслятора среди большого числа абонентов;

Системы массового применения, позволяющие при ограниченном частотном ресурсе обслуживать максимальное число абонентов.

Типичной сферой применения транкинговых систем являются государственные, ведомственные, корпоративные организации и институты, такие как служба скорой помощи, пожарная служба, охрана правопорядка, органы безопасности, различные коммерческие структуры и др. По большей части транкинговые системы используются как средства оперативной связи с жестко лимитированным и постоянно контролируемым контингентом абонентов и пределах ограниченной территориальной зоны. Учитывая специфику применения транкинговых систем, их иногда называют профессиональными системами мобильной радиосвязи (PMR -Professional Mobile Radio), либо частными системами мобильной радиосвязи - Private Mobile Radio. Системы PMR, обеспечивающие соединение мобильных объектов с абонентами ТФОП, часто выделяются особо как Public Access Mobile Radio (PAMR).

Транкинговые системы связи (ТСС) могут строиться как системы с однозоновой или многозоновой структурой. Принимая во внимание специфический характер ТСС, т.е. ограниченность числа пользователей системы, переход от однозоновой к многозоновой структуре объясняется в первую очередь расширением географической зоны действия системы, а не стремлением к повышению числа абонентов (абонентской емкости) системы. При пересечении границ радиопокрытия ТСС отслеживают перемещение абонентов, обеспечивают их регистрацию, и назначение им нового частотного канала. Однако, как правило, подобный переход происходит с прерыванием связи, для восстановления которой абонентам необходимо произвести повторный вызов.

Транкинговые системы могут использовать как симплексные, так и дуплексные каналы радиосвязи, однако с целью упрощения и удешевления в них нередко применяется полудуплексный режим работы, при котором один и тот же канал поочередно используется для связи от центра управления (базовой станции) к абоненту и в обратном направлении.

Реализация принципа равного доступа к каналу связи может быть осуществлена децентрализовано либо при централизованном управлении. В первом случае функция нахождения свободного канала возлагается на абонентскую станцию, которая проводит последовательный поиск незанятого частотного канала во всем выделенном системе диапазоне. Во втором случае анализ занятости каналов связи осуществляет базовая станция либо непосредственно центр коммутации мобильной связи. Как правило, установление связи при последовательном сканировании частотного диапазона занимает достаточно большой интервал времени. Для обеспечения оперативности управления в современных ТСС предусматривается существование специального канала, посредством которого производится управление транкинговой системой, в том числе выполнение процедур установления и прекращения связи.

По способу организации канала управления различают ТСС с выделенным и распределенным каналом управления. В первом случае, как следует из названия, выделенный канал используется исключительно для управления работой системы. Во втором - в процессе сеанса связи сигналы управления передаются одновременно с речевым сигналом .

С учетом сказанного транкинговая система связи может быть представлена обобщенной структурной схемой (см. рис. 1), где использованы следующие обозначения:

МС - мобильная станция (мобильный абонент);

БС - базовая станция (центр управления);

УОР - устройство объединения радиосигналов;

Р - ретрансляторы;

ЦКМС - центр коммутации мобильной связи;

ТФОП -телефонная сеть общего пользования;

ДПУ - диспетчерский пункт управления.

Рис. 1 Обобщенная структурная схема ТСС

Следует отметить, что для ТСС наиболее характерно разделение каналов связи по частоте с индивидуальными ретрансляторами на разных частотах. Возможен и вариант ТСС с использованием широкополосных ретрансляторов, обслуживающих сразу все каналы. Назначение остальных блоков структурной схемы является очевидным и не требует дополнительных комментариев.

Стандарт МРТ 1327, разработанный министерством почт и телекоммуникаций Великобритании (Ministry of Post and Telecommunication (MPT)), определяет в основном протокол передачи информации управления и контроля состояния аппаратуры (иначе информации сигнализации) для транкинговых систем наземной и мобильной радиосвязи, причем информационные сообщения передаются по аналоговому радиоканалу. На его основе разработаны радиоинтерфейс МС (абонента), определяемый протоколом MPT 1343, и радиоинтерфейс БС - МРТ 1347. Стандартами предусматривается передача информации со скоростью 1,2 кбит/с по каждому из 500 каналов связи в диапазоне частот 201,2125...207,4875 МГц (МРТ 1347) и 193,2125...199,4875 МГц (МРТ 1343), причем каждый дуплексный канал занимает две полосы шириной 12,5 кГц с разносом каналов приема и передачи в 8 МГц .

Фирмой Ericsson разработана система транкинговой радиосвязи, получившая название EDACS (Enhanced Digital /Access Communications System - Усовершенствованная система связи с цифровым доступом). Системы EDACS выпускаются в различных модификациях, причем различают системы EDACS, сети EDACS и расширенные сети EDACS. Системы EDACS, объединенные между собой посредством контроллеров узлов связи и диспетчерских пунктов управления, образуют сети EDACS, которые, в свою очередь, с помощью некоторых интегрированных узлов связи могут объединяться в расширенную сеть для покрытия значительных территорий.

В системе EDACS применяются два типа радиоканалов - рабочий канал и канал управления. Канал управления служит для обмена цифровой информацией сигнализации между мобильными станциями и устройствами управления работой всей системы. Рабочие каналы используются для обмена собственно информацией (разговорной или данными) между мобильными станциями. Системы и сети EDACS рассчитаны на использование как аналоговых, так и цифровых станций, обеспечивающих передачу речевых сигналов в цифровой форме. Стандартная скорость передачи данных составляет 9,6 кбит/с по каждому из 20 каналов системы EDACS в диапазонах частот 30...300 МГц, 800 МГц или 900 МГц с разносом каналов связи 25, 30 и 12,5 кГц.

Общие тенденции, связанные с унификацией и интеграцией СМР идентичного назначения, привели к разработке под эгидой ETSI (European Telecommunications Standards Institute - Европейский институт стандартов связи) общеевропейского стандарта TETRA (Trans-European Trunked RAdio - Общеевропейская система транкинговой связи), изменившего свое название с апреля 1997 г. на Terrestrial Trunked Radio (Сухопутная система транкинговой связи) ввиду своего широкого распространения. ТСС на основе стандарта TETRA представляют собой новое поколение систем этого типа, следующее за аналоговым. В отличие от предыдущих, в стандарте TETRA осуществлен полный переход к цифровому представлению передаваемой информации и использовано не частотное, а временное разделение каналов. О результате этих и ряда других мер скорость передачи в системе достигла 36 кбит/с.

Для системы TETRA выделены два дуплексных участка спектра в полосе частот 380...400 МГц при разносе радиоканалов для приема и передачи в 10 МГц и разносе Соседних каналов в 25 кГц.

Под термином «транкинг» (trunk, пучок, канал связи, ствол) понимают метод автоматического распределения ограниченного числа свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов. Этот метод позволяет эффективно использовать частотный ресурс в системах подвижной радиосвязи благодаря режиму случайного доступа к свободному каналу. Так в системе подвижной радиосвязи «Алтай» отечественного производства 8 радиоканалов одного ствола обслуживало примерно 200 подвижных абонентов. Этот метод в настоящее время применяется в сетях производственно-технического назначения (ведомственные сети) и современных радиосетях общего пользования (сотовые сети).

Системы подвижной радиосвязи, обслуживающие большое число абонентов на большой территории, обычно строятся по принципу повторного использования радиочастот в территориальных зонах (сотах, сайтах) обслуживания. Транкинговые сети обычно обслуживают одну зону (сайт), поскольку не реализуют принцип эстафетной передачи абонента из зоны в зону, известный в сетях сотовой связи как роуминга. Основная идея транкинга, подобная организации транковых каналов в проводных системах связи, лежит в выделении одного, из ограниченного числа каналов системы, каждому абоненту на время соединения. Это, кроме повышения эффективности использования частотного ресурса системы, приводит к повышению конфиденциальности разговора и качества предоставляемых услуг. В транкинговой системе радиоканал не закрепляется за конкретным абонентом, а ему выделяется любой свободный в данный момент канал. Поэтому число одновременно обслуживаемых абонентов в транкинговой сети равно числу каналов.

Очевидно, что динамическое выделение каналов требует включения в систему устройство управления распределением каналов, а каждая подвижная станция обладать технической возможностью переключаться на любую выделенную канальную частоту. Если в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) все каналы оказываются занятыми, то сеть не отвергает вызовы, а ставит их в очередь на обслуживание. Даже в ЧНН канал, выделенный паре пользователей, не доступен другой станции, требующей соединения, что обеспечивает защиту разговора о прослушивания. Динамическое выделение каналов также повышает надежность работы сети и повышает конфиденциальность разговора. Неисправность одного из каналов не приводит к прерыванию доступа группы абонентов к ресурсам сети, а несколько снижает емкость сети. Повышение емкости сети можно обеспечить ограничение техническими средствами времени подключения к каналу (продолжительность разговора).

В аналоговых транкинговых системах обеспечивается передача речевых сообщений с использованием частотной модуляции и многостанционого доступа с частотным разделением каналов (FDMA) при ширине полосы 25 или 12,5 кГц на один канал. При цифровой обработке речевого сигнала в кодеках с линейным предсказанием обеспечивается передача речи со скоростями 2,4 .. .9.6 кГц в той же полосе частот.

Передача данных (сообщение о состояние ресурсов, статус абонента, короткие телеграммы и др.) в аналоговых системах передаются обычно по каналу управления, а длинные - по рабочему каналу с использование модема.

Среди способов размещения станций на обслуживаемой территории можно выделить две конфигурации сети: однозоновая и многозоновая. При однозоновой сети все ретрансляторы расположены на одной базовой станции. При многозоновом варианте существует несколько базовых станций, размещенных на обслуживаемой территории, а связь с удаленными ретрансляторами осуществляется по выделенным каналам связи (проводным, радиорелейным)

Распределение частотных каналов между подвижными абонентами выделяет две схемы: централизованное и децентрализованное управление. В первом случае транкинговые сети содержат несколько ретрансляторов, связанных между собой единой сетью управления. Назначение каналов осуществляется на базовой станции. В системах с децентрализованным управлением абонентские станции непрерывно сканируют рабочие каналы в поисках вызывного сигнала или свободного канала.

Существуют несколько стандартов транкинговых сетей. Для аналоговых сетей наиболее важным является стандарт, введенный Министерством почты и телекоммуникаций Великобритании, описывающий протокол обмена данными между базовой станцией (ретранслятор) и подвижными станциями: МРТ 1327 (Ministry Post and Telecommunications). Транкинговые сети на базе протокола МРТ 1327 характеризуются простотой технологий и обслуживания и доступностью оборудования. Свойственные им недостатки: низкая спектральная эффективность, сравнительно низкая защищенность от прослушивания разговора, невысокий коэффициент переиспользования частот, низкие скорости передачи.

Закрытая цифровая система EDACS (Enhanced Digital Communication System), разработанная для специальных целей компанией Ericsson, обладающей правами на оборудование и структуру сети. Преимущества такой системы: малое время доступа в сеть, возможность передавать данные и речь по всем каналам.

Система EDACS существует в двух версиях: широкополосной (разнесение каналов составляет 25 кГц) и узкополосной (разнесение каналов составляет 12,5 кГц), обеспечивая:

• - аналоговую передачу сигналов;
• - цифровую передачу зашифрованной речи (в широкополосной системе со скоростью 9600 бит/с);
• - передача данных (со скоростью 9600 бит/с или 4800 бит/с, в зависимости от ширины тполосы);
• - соединение с сетью ТфОП.

Система может функционировать в различных конфигурациях в зависимости от размера зоны покрытия. Широкополосная версия системы EDACS может работать в диапазонах частот: 136... 174, 404...515 и 806...870 МГц. Узкополосная версия - в диапазоне 894.. .941 МГц. Система EDACS явилась первым шагом компании Ericsson в процессе перехода к транкинговой системе второго поколения TETRA.

Транкинговая система TETRA (Terrestrial Trunked Radio, наземная система транкинговой радиосвязи), разработанная в рамках Европейского союза, является открытой цифровой системой, устранившей недостатки аналоговых систем и приблизивших перечень предоставляемых услуг к системам сотовой связи. Разработанные два семейства стандартов регламентируют параметры системы при передаче речи и цифровых данных, а также пакетную передачу данных. При передаче речи обеспечиваются различные варианты соединений:

индивидуальное соединение; групповое соединение; прямое соединение; групповое соединение с подтверждением; широковещательное соединение.

Передача данных и речи в цифровой форме обеспечивается, в соответствие с принятыми стандартами, со скоростью 7,2 ...28,8 кбит/с (при отсутствии кодовой защиты). Цифровая передача речи и данных с коммутацией каналов возможна со скоростью 4,8... 19,2 кбит/с (с минимальной кодовой защитой). Стандартом предусматриваются различные варианты пакетной передачи данных в режиме «точка-точка» с установлением соединений или без установления соединений (в стандартном формате). Архитектура системы TETRA для различных типов подключаемого оборудования и типов интерфейсов и соединений приведена на рис. 1.17

Подвижная станция представляет собой оконечное оборудование радиоканала (Mobile Termination, радиотелефон) и терминальное оборудование (Terminal Equipment), позволяющее пользователю передавать данные.

Фиксированная станция (Line Station), включающая аналогичное по назначению оборудование, но подключается к подсистеме управления и коммутации при помощи канала

ISDN. Линейная станция может быть использована в корпоративной сети в качестве диспетчерской станции.

Подсистема управления и коммутации (SwMI, Switching and Management Infrastructure) включает базовые станции (BTS), главного центра коммутации MSC (Main Switching Center), локальных коммутаторов LSC (Local Switching Center) с регистрами местоположения LR (Local Registers) и центром коммутации и эксплуатации технического оборудования ОМС (Operation Maintenance Center).

Как видно (рис. 1.17) архитектура транкинговой системы TETRA позволяет организовывать соединения непосредственно между подвижным станциями DMO (Direct Mode Operation) без использования межсетевой структуры.

Используя шлюзы подсистемы управления и коммутации транкинговой сети TETRA можно подключаться к сети передачи данных общего пользования PDN (Public Data Network), телефонной сети общего пользования PTN (Public Telephone Network), а так же к телефонной коммутируемой сети общего пользования PSTN (Public Switched Telephone Network). Технология TETRA позволяет подключаться к цифровой сети связи с комплексными услугами iSDN (integrated Services Digital Network) и обеспечивать высокоскоростную передачу различных типов данных: текстовых, голосовых, видео и др.

На физическом уровне система TETRA обладает следующими показателями:

• - ширина полосы радиоканала 25 кГц;
• - временная система радиодоступа (TDMA) совместно с FDMA (четыре канала передачи

При использовании более чем одного временного слота в частотном канале шириной 25

кГц обеспечивать передачу данных со скоростью 28,8 кбит/с;

Применяется диффренциальная квадратурная фазовая манипуляции со сдвигом ± л/4 либо ± Зл/4 (л/4-DQPSK);

Информация в стандарте TETRA передается пакетами, как и в стандарте GSM. Пакет представляет собой физическое содержимое одного временного слота или субслота. Существует разновидность из шести пакетов различного назначения, содержащие в середине обучающие последовательности. Благодаря меньшему количеству временных слотов в кадре, чем в GSM, пакеты данных имеют большую длину и переносят большее количество битов.

Цифровая транкинговая система iDEN (integrated Digital Enhanced Network) это уникальная платформа доступа, поскольку совмещает несколько различных мобильных технологий вместе, которые базируются на усовершенствованной GSM. Услуги, которые интегрированы в iDEN включают систему распределения, дуплексную телефонную связь, передачу данных и услуги коротких сообщений (SMS). Система распределения обладает функцией конференц - связи, когда группа абонентов одновременно может участвовать в разговоре. Список участников может программироваться для двустороннего подключения или создавать специализированную систему подвижной радиосвязи SMR (Specialized Mobile Radio), обеспечивающей соединение на частотах, доступных группе каналов, физически принадлежащих абонентам, локализованным в некотором районе.

Применение технологии многостанционного доступа TDMA обеспечивает совместимость системы iDEN с системами сотовой связи, действующей на основе протокола D- AMPS. Система iDEN в режиме FDD разделяет каналы приема и передачи полосой в 45 МГц, при занимаемой полосе частот в 15 МГц. При ширине полосы, отводимой под один абонентский канал в 25 кГц, можно организовать в рабочей полосе 600 частотных каналов, что обеспечивает емкость такой системы в 8 раз большую по сравнению с системой GSM.

Система iDEN обладает многими показателями, свойственными сотовым системам: коррекция ошибок, пакетный режим передачи данных, возможность устанавливать соединение между абонентским терминалом и ТфОП, а так же принимать и посылать факсы, обеспечивать выход в Интернет.

Системы транкинговой радиосвязи, представляющие собой радиально-зоновые системы подвижной УКВ-радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами, являются классом систем подвижной связи, ориентированным, прежде всего, на создание различных ведомственных и корпоративных сетей связи, в которых предусматривается активное применение режима связи абонентов в группе. Они широко используются силовыми и правоохранительными структурами, службами общественной безопасности различных стран для обеспечения связи подвижных абонентов между собой, со стационарными абонентами и абонентами телефонной сети.

Существует большое количество различных стандартов транкинговых систем подвижной радиосвязи общего пользования (СПР-ОП), 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) и другими характеристиками.

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.

Следует сказать, что и в России большинство крупных транкинговых сетей построено на базе оборудования стандарта MPT1327. Руководители компаний, занимающихся поставками оборудования и системной интеграцией в области профессиональной радиосвязи, отмечают, что большинство стоящих перед их заказчиками задач оперативной речевой связи достаточно эффективно решается с помощью аналоговых систем стандарта MPT1327.

Цифровые стандарты транкинговой радиосвязи пока не получили такого широкого распространения в России, но уже сейчас можно говорить об их активном и успешном внедрении.

Вместе с тем, круг пользователей цифровых транкинговых систем постоянно расширяется. В России также появляются крупные заказчики систем профессиональной радиосвязи, требования которых обуславливают переход к цифровым технологиям. В первую очередь, это крупные ведомства и корпорации, такие как РАО ЕЭС, Минтранс, МПС, Сибнефть и другие, а также силовые структуры и правоохранительные органы.

Необходимость перехода объясняется рядом преимуществ цифрового транкинга перед аналоговыми системами, такими как большая спектральная эффективность за счет применения сложных видов модуляции сигнала и низкоскоростных алгоритмов речепреобразования, повышенная емкость систем связи, выравнивание качества речевого обмена по всей зоне обслуживания базовой станции за счет применения цифровых сигналов в сочетании с помехоустойчивым кодированием. Развитие мирового рынка систем транкинговой радиосвязи сегодня характеризуется широким внедрением цифровых технологий. Ведущие мировые производители оборудования транкинговых систем объявляют о переходе к цифровым стандартам радиосвязи, предусматривая при этом либо выпуск принципиально нового оборудования, либо адаптацию аналоговых систем к цифровой связи.

Цифровые транкинговые системы по сравнению с аналоговыми имеют ряд преимуществ за счет реализации требований по повышенной оперативности и безопасности связи, предоставления широких возможностей по передаче данных, более широкого спектра услуг связи (включая специфические услуги связи для реализации специальных требований служб общественной безопасности), возможностей организации взаимодействия абонентов различных сетей.

1. Высокая оперативность связи. Прежде всего, это требование означает минимально возможное время установления канала связи (время доступа) при различных видах соединений (индивидуальных, групповых, с абонентами телефонных сетей и пр.). В конвенциональных системах связи при передаче цифровой информации, требующей временной синхронизации передатчика и приемника, для установления канала связи требуется большее время, чем аналоговой системе. Однако для транкинговых систем радиосвязи, где информационный обмен, в основном, производится через базовые станции, цифровой режим сравним по времени доступа с аналоговым (и в аналоговых, и в цифровых системах радиосвязи, как правило, канал управления реализуется на основе цифровых сигналов).

Кроме этого, в системах цифровой транкинговой радиосвязи более просто реализуются различные режимы связи, повышающие ее оперативность, такие как режим непосредственной (прямой) связи между подвижными абонентами (без использования базовой станции), режим открытого канала (выделения и закрепления частотных ресурсов сети за определенной группой абонентов для ведения ими в дальнейшем переговоров без выполнения какой-либо установочной процедуры, в т. ч. без задержки), режимы аварийных и приоритетных вызовов и др.

Цифровые системы транкинговой радиосвязи лучше приспособлены к различным режимам передачи данных, что предоставляет, например, сотрудникам правоохранительных органов и служб общественной безопасности широкие возможности оперативного получения сведений из централизованных баз данных, передачи необходимой информации, включая изображения, с мест происшествий, организации централизованных диспетчерских систем местоопределения подвижных объектов на основе спутниковых радионавигационных систем. Данные системы позволяют потребителям нефтегазового комплекса использовать их как транспорт не только для передачи голосовой связи, но и для передачи телеметрии и телеуправления.

2. Передача данных. Цифровые системы транкинговой радиосвязи лучше приспособлены к различным режимам передачи данных, что предоставляет абонентам цифровых сетей широкие возможности оперативного получения сведений из централизованных баз данных, передачи необходимой информации, включая изображения, организации централизованных диспетчерских систем местоопределения подвижных объектов на основе спутниковых радионавигационных систем. Скорость передачи данных в цифровых системах значительно выше, чем в аналоговых.

В большинстве систем радиосвязи на основе цифровых стандартов реализуются услуги передачи коротких и статусных сообщений, персонального радиовызова, факсимильной связи, доступа к фиксированным сетям связи (в т. ч. работающим на основе протоколов TCP/IP).

3. Безопасность связи. Включает в себя требования по обеспечению секретности переговоров (исключение возможности извлечения информации из каналов связи кому-либо, кроме санкционированного получателя) и защиты от несанкционированного доступа к системе (исключение возможности захвата управления системой и попыток вывести ее из строя, защита от «двойников» и т. п.). Как правило, основными механизмами обеспечения безопасности связи является шифрование и аутентификация абонентов.

Естественно, что в системах цифровой радиосвязи по сравнению с аналоговыми системами гораздо легче обеспечить безопасность связи. Даже без принятия специальных мер по закрытию информации цифровые системы обеспечивают повышенный уровень защиты переговоров (аналоговые сканирующие приемники непригодны для прослушивания переговоров в системах цифровой радиосвязи). Кроме того, некоторые стандарты цифровой радиосвязи предусматривают возможность сквозного шифрования информации, что позволяет использовать оригинальные (т. е. разработанные самим пользователем) алгоритмы закрытия речи.

Цифровые системы транкинговой радиосвязи позволяют использовать разнообразные механизмы аутентификации абонентов: различные идентификационные ключи и SIM-карты, сложные алгоритмы аутентификации, использующие шифрование, и т. п.

4. Услуги связи. Цифровые транкинговые системы реализуют современный уровень сервисного обслуживания абонентов сетей связи, предоставляя возможности автоматической регистрации абонентов, роуминга, управления потоком данных, различных режимов приоритетного вызова, переадресации вызова и т. д.

Наряду со стандартными функциями сетевого обслуживания по заявкам правоохранительных органов в стандарты цифровой транкинговой радиосвязи часто включают требования по наличию специфических услуг связи: режиму вызова, поступающему только с санкции диспетчера системы; режиму динамической модификации групп пользователей; режиму дистанционного включения радиостанций для акустического прослушивания обстановки и т. д.

5. Возможность взаимодействия. Цифровые системы радиосвязи, имеющие гибкую структуру адресации абонентов, предоставляют широкие возможности как для создания различных виртуальных сетей в рамках одной системы, так и для организации при необходимости взаимодействия абонентов различных сетей связи. Для служб общественной безопасности особенно актуальным является требование по обеспечению возможности взаимодействия подразделений различных ведомств для координации совместных действий при чрезвычайных ситуациях: стихийных бедствиях, террористических актах и т. п.

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

• EDACS , разработанный фирмой Ericsson;
• TETRA , разработанный Европейским институтом стандартов связи;
• APCO 25 , разработанный Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности;
• Tetrapol , разработанный фирмой Matra Communication (Франция);
• iDEN, разработанный фирмой Motorola (США).

Все эти стандарты отвечают современным требованиям к системам транкинговой радиосвязи. Они позволяют создавать различные конфигурации сетей связи: от простейших локальных однозоновых систем до сложных многозоновых систем регионального или национального уровня. Системы на основе данных стандартов обеспечивают различные режимы передачи речи (индивидуальная связь, групповая связь, широковещательный вызов и т. п.) и данных (коммутируемые пакеты, передача данных с коммутацией цепей, короткие сообщения и т. п.) и возможность организации связи с различными системами по стандартным интерфейсам (с цифровой сетью с интеграцией услуг, с телефонной сетью общего пользования, с учрежденческими АТС и т. д.). В системах радиосвязи указанных стандартов применяются современные способы речепреобразования, совмещенные с эффективными методами помехоустойчивого кодирования информации. Производители радиосредств обеспечивают соответствие их стандартам MIL STD 810 по различным климатическим и механическим воздействиям.

2. Общие сведения о стандартах цифровой транкинговой радиосвязи

2.1. Система EDACS

Одним из первых стандартов цифровой транкинговой радиосвязи был стандарт EDACS (Enhanced Digital Access Communication System), разработанный фирмой Ericsson (Швеция). Первоначально он предусматривал только аналоговую передачу речи, однако позднее была разработана специальная цифровая модификация системы EDACS Aegis.

Система EDACS работает в соответствии с закрытым фирменным протоколом, отвечающим требованиям по безопасности пользования системами транкинговой радиосвязи, которые были разработаны рядом фирм-производителей оборудования подвижной связи совместно с правоохранительными органами (Документ APS 16).

Цифровые системы EDACS выпускались на диапазоны частот 138-174 МГц, 403-423, 450-470 МГц и 806-870 МГц с разносом частот 30; 25; и 12,5 кГц.

В системах EDACS применяется частотное разделение каналов связи с использованием высокоскоростного (9600 бит/с) выделенного канала управления, который предназначается для обмена цифровой информацией между радиостанциями и устройствами управления работой системы. Это обеспечивает высокую оперативность связи в системе (время установления канала связи в однозоновой системе не превышает 0,25 с). Скорость передачи информации в рабочем канале также соответствует 9600 бит/с.

Речевое кодирование в системе производится путем компрессии импульсно-кодовой последовательности со скоростью 64 Кбит/с, полученной с помощью аналого-цифрового преобразования сигнала с тактовой частотой 8 кГц и разрядностью 8 бит. Алгоритм компрессии, реализующий метод адаптивного многоуровневого кодирования (разработка фирмы Ericsson), обеспечивает динамическую адаптацию к индивидуальным характеристикам речи абонента и формирует низкоскоростную цифровую последовательность, которая подвергается помехоустойчивому кодированию, доводящему скорость цифрового потока до 9,2 Кбит/с. Далее сформированная последовательность делится на пакеты, в каждый из которых включаются сигналы синхронизации и управления. Результирующая последовательность передается в канал связи со скоростью 9600 бит/с.

Основными функциями стандарта EDACS, обеспечивающими специфику служб общественной безопасности, являются различные режимы вызова (групповой, индивидуальный, экстренный, статусный), динамическое управление приоритетностью вызовов (в системе может использоваться до 8 уровней приоритета), динамическая модификация групп абонентов (перегруппировка), дистанционное выключение радиостанций (при утере или краже радиосредств).

Системы стандарта EDACS обеспечивают возможность работы радиосредств как в цифровом, так и в аналоговом режиме, что позволяет пользователям на определенном этапе использовать старый парк технических средств радиосвязи.

Одной из основных задач разработки системы было достижение высокой надежности и отказоустойчивости сетей связи на основе данного стандарта. Эта цель была достигнута, что подтверждается надежной и устойчивой работой систем связи в различных регионах мира. Высокая отказоустойчивость обеспечивается реализацией в аппаратуре системы EDACS распределенной архитектуры и заложенным принципом распределенной обработки данных. Базовая станция сети связи сохраняет работоспособность даже в случае отказа всех ретрансляторов, кроме одного. Последний работоспособный ретранслятор в этом случае в исходном состоянии работает как ретранслятор канала управления, при поступлении вызовов обрабатывает их, назначая свой собственный частотный канал, после чего переходит в режим ретранслятора рабочего канала. При выходе из строя контроллера базовой станции система переходит в аварийный режим, при котором теряются некоторые функции сети, однако сохраняется частичная работоспособность (ретрансляторы работают автономно).

В системе EDACS возможно сквозное шифрование информации, однако в связи с закрытым протоколом приходится применять либо стандартный алгоритм защиты, предлагаемый фирмой Ericsson, либо согласовывать с ней возможность использования собственных программно-аппаратных модулей, реализующих оригинальные алгоритмы, которые должны быть совместимы с системным протоколом EDACS.

На сегодняшний день в мире развернуто большое количество сетей стандарта EDACS, в числе которых есть многозоновые сети связи, используемые службами общественной безопасности различных стран. В России функционирует около десяти сетей данного стандарта, наиболее крупной является сеть связи ФСО России в г. Москве, включающая 9 базовых станций. Вместе с тем, в настоящее время фирма Ericsson не проводит работ по совершенствованию системы EDACS, прекратила поставки оборудования для развертывания новых сетей данного стандарта и только поддерживает функционирование действующих сетей.

2.2 Система TETRA

TETRA представляет собой стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, состоящий из ряда спецификаций, разработанных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Стандарт TETRA создавался как единый общеевропейский цифровой стандарт. Поэтому до апреля 1997 г. аббревиатура TETRA означала Трансевропейское транкинговое радио (Trans-European Trunked RAdio). Однако в связи с большим интересом, проявленным к стандарту в других регионах, территория его действия не ограничивается только Европой. В настоящее время TETRA расшифровывается как Наземное транкинговое радио (TErrestrial Trunked RAdio).

TETRA - открытый стандарт, т. е. предполагается, что оборудование различных производителей будет совместимо. Доступ к спецификациям TETRA свободен для всех заинтересованных сторон, вступивших в ассоциацию «Меморандум о взаимопонимании и содействии стандарту TETRA» (MoU TETRA). Ассоциация, в которую в конце 2001 г. входило более 80 участников, объединяет разработчиков, производителей, испытательные лаборатории и пользователей различных стран.

Стандарт TETRA состоит из двух частей: TETRA V+D (TETRA Voice+Data) - стандарта на интегрированную систему передачи речи и данных, и TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарта, описывающего специальный вариант транкинговой системы, ориентированный только на передачу данных.

В стандарт TETRA входят спецификации беспроводного интерфейса, интерфейсов между сетью TETRA и цифровой сетью с интеграцией услуг (ISDN), телефонной сетью общего пользования, сетью передачи данных, учрежденческими АТС и т. п. В стандарт включено описание всех основных и дополнительных услуг, предоставляемых сетями TETRA. Специфицированы также интерфейсы локального и внешнего централизованного управления сетью.

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц. Необходимый минимальный дуплексный разнос радиоканалов - 10 МГц. Для систем стандарта TETRA могут использоваться некоторые поддиапазоны частот. В странах Европы за службами безопасности закреплены диапазоны 380-385/390-395 МГц, а для коммерческих организаций предусмотрены диапазоны 410-430/450-470 МГц. В Азии для систем TETRA используется диапазон 806-870 МГц.

В системах стандарта TETRA V+D используется метод многостанционного доступа с временным разделением (МДВР) каналов связи. На одной физической частоте может быть организовано до 4 независимых информационных каналов.

Сообщения передаются мультикадрами длительностью 1,02 с. Мультикадр содержит 18 кадров, один из которых является контрольным. Кадр имеет длительность 56,67 мс и содержит 4 временных интервала (time slots). В каждом из временных интервалов передается информация своего временного канала. Временной интервал имеет длину 510 бит, из которых 432 являются информационными (2 блока по 216 бит).

В системах стандарта TETRA используется относительная фазовая модуляция типа p/4-DQPSK (Differrential Quadrum Phase Shift Keying). Скорость модуляции - 36 Кбит/с.

Для преобразования речи в стандарте используется кодек с алгоритмом преобразования типа CELP (Code Excited Linear Prediction). Скорость цифрового потока на выходе кодека составляет 4,8 Кбит/с. Цифровые данные с выхода речевого кодека подвергаются блочному и сверточному кодированию, перемежению и шифрованию, после чего формируются информационные каналы. Пропускная способность одного информационного канала составляет 7,2 Кбит/с, а скорость цифрового информационного потока данных - 28,8 Кбит/с. (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.)

Системы стандарта TETRA могут функционировать в следующих режимах:

• транкинговой связи;
• с открытым каналом;
• непосредственной связи.

В режиме транкинговой связи обслуживаемая территория перекрывается зонами действия базовых приемопередающих станций. Стандарт TETRA позволяет как использовать в системах только распределенный канал управления, так и организовывать его сочетание с выделенным частотным каналом управления. При работе сети с распределенным каналом управления служебная информация передается либо только в контрольном кадре мультикадра (одном из 18), либо еще в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте). В дополнение к распределенному сеть связи может использовать выделенный частотный канал управления, специально предназначенный для обмена служебной информацией (при этом реализуются максимальные услуги связи).

В режиме с открытым каналом группа пользователей имеет возможность устанавливать соединение «один пункт - несколько пунктов» без какой-либо установочной процедуры. Любой абонент, присоединившись к группе, может в любой момент использовать этот канал. В режиме с открытым каналом радиостанции работают в двухчастотном симплексе.

В режиме непосредственной (прямой) связи между терминалами устанавливаются двух- и многоточечные соединения по радиоканалам, не связанным с каналом управления сетью, без передачи сигналов через базовые приемопередающие станции.

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

Для увеличения зон обслуживания в стандарте TETRA предусматривается возможность использования абонентских радиостанций в качестве ретрансляторов.

TETRA предоставляет пользователям ряд услуг, которые включены в стандарт по заявке Ассоциации европейской полиции (Schengen Group), сотрудничающей с техническим комитетом ETSI:

• 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);
• приоритетное прерывание обслуживания вызовов (прерывание обслуживания вызовов с низким приоритетом, если ресурсы системы исчерпаны);
• избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов);
• дистанционное прослушивание (дистанционное включение абонентской радиостанции на передачу для прослушивания обстановки у абонента);
• динамическая перегруппировка (динамическое создание, модификация и удаление групп пользователей);
• идентификация вызывающей стороны.

Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности передаваемой информации:

• стандартный уровень, использующий шифрование радиоинтерфейса (обеспечивается уровень защиты информации, аналогичный системе сотовой связи GSM);
• высокий уровень, использующий сквозное шифрование (от источника до получателя).

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

Более высокий уровень защиты информации является уникальным требованием специальных групп пользователей. Сквозное шифрование обеспечивает защиту речи и данных в любой точке линии связи между стационарными и мобильными абонентами. Стандарт TETRA задает только интерфейс для сквозного шифрования, обеспечивая тем самым возможность использования оригинальных алгоритмов защиты информации.

Следует также отметить, что в стандарте TETRA в связи с использованием метода временного разделения каналов (МДВР) связи во всех абонентских терминалах имеется возможность организации связи в режиме полного дуплекса.

Сети TETRA развернуты в Европе, Северной и Южной Америке, Китае, Юго-Восточной Азии, Австралии, Африке.

В настоящее время завершается разработка второй стадии стандарта (TETRA Release 2 (R2)), направленной на интеграцию с мобильными сетями 3-го поколения, кардинальное увеличение скорости передачи данных, переход от специализированных SIM-карт к универсальным, дальнейшее увеличение эффективности сетей связи и расширение возможных зон обслуживания.

В России оборудование TETRA предлагается рядом компаний - системных интеграторов. Реализовано несколько пилотных проектов сетей TETRA. Под эгидой Минсвязи проводится разработка системного проекта «Федеральная сеть подвижной радиосвязи TETRA», получившего название «Тетрарус». В 2001 г. был создан Российский TETRA Форум, в задачи которого входят продвижение технологии TETRA в России, организация обмена информацией, содействие развитию национального производства, участие в работе по гармонизации радиочастотного спектра и т. д. В соответствии с решением ГКЭС от 02.07.2003 г. использование стандарта TETRA признано перспективным «…в целях обеспечения связью органов государственного управления всех уровней, обороны, безопасности, охраны правопорядка, потребностей ведомств и крупных корпораций».

2.3. Система APCO 25

Стандарт APCO 25 разработан Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности (Association of Public safety Communications Officials-international), которая объединяет пользователей систем связи, работающих в службах общественной безопасности.

Работы по созданию стандарта были начаты в конце 1989 г., а последние документы по установлению стандарта были утверждены и подписаны в августе 1995 г. на международной конференции и выставке APCO в Детройте. В настоящее время стандарт включает все основные документы, определяющие принципы построения радиоинтерфейса и других системных интерфейсов, протоколы шифрования, методы речевого кодирования и т. д.

В 1996 г. было принято решение о разделении всех спецификаций стандарта на два этапа реализации, которые были обозначены как Фаза I и Фаза II. В середине 1998 г. были сформулированы функциональные и технические требования к каждой из фаз стандарта, подчеркивающие новые возможности Фазы II и ее отличия от Фазы I.

Основополагающими принципами разработки стандарта APCO 25, сформулированными его разработчиками, были требования:

• по обеспечению плавного перехода к средствам цифровой радиосвязи (т. е. возможности совместной работы на начальном этапе базовых станций стандарта с абонентскими аналоговыми радиостанциями, используемыми в настоящее время);
• по созданию открытой системной архитектуры для стимулирования конкуренции среди производителей оборудования;
• по обеспечению возможности взаимодействия различных подразделений служб общественной безопасности при проведении совместных мероприятий.

Системная архитектура стандарта поддерживает как транкинговые, так и обычные (конвенциональные) системы радиосвязи, в которых абоненты взаимодействуют между собой либо в режиме непосредственной связи, либо через ретранслятор. Основным функциональным блоком системы стандарта APCO 25 является радиоподсистема, определяемая как сеть связи, которая строится на основе одной или нескольких базовых станций. При этом каждая базовая станция должна поддерживать Общий радиоинтерфейс (CAI - Common Radio Interface) и другие стандартизованные интерфейсы (межсистемный, с ТФОП, с портом передачи данных, с сетью передачи данных и сетевым управлением).

Стандарт APCO 25 предусматривает возможность работы в любом из стандартных диапазонов частот, используемых системами подвижной радиосвязи: 138-174, 406-512 или 746-869 МГц. Основной метод доступа к каналам связи - частотный (МДЧР), однако, по заявке фирмы Ericsson в Фазу II включена возможность использования в системах стандарта APCO 25 множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР).

В Фазе I стандартный шаг сетки частот составляет 12,5 кГц, в Фазе II - 6,25 кГц. При этом при полосе 12,5 кГц осуществляется четырехпозиционная частотная модуляция по методу C4FM со скоростью 4800 символов в секунду, а при полосе 6,25 кГц - четырехпозиционная фазовая модуляция со сглаживанием фазы по методу CQPSK. Сочетание указанных методов модуляции позволяет использовать на разных фазах одинаковые приемники, дополняемые различными усилителями мощности (для Фазы I - простые усилители с высоким КПД, для Фазы II - усилители с высокой линейностью и ограниченной шириной излучаемого спектра). При этом демодулятор может осуществлять обработку сигналов по любому из методов.

Речевая информация в радиоканале передается кадрами по 180 мс, сгруппированными по 2 кадра. Для речевого кодирования в стандарте используется кодек IMBE (Improved MultiBand Excitation), который 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.

Заложенная в стандарте APCO 25 система идентификации абонентов позволяет адресовать в одной сети не менее 2 миллионов радиостанций и до 65 тысяч групп. При этом задержка при установлении канала связи в подсистеме в соответствии с функциональными и техническими требованиями к стандарту APCO 25 не должна превышать 500 мс (в режиме прямой связи - 250 мс, при связи через ретранслятор - 350 мс).

Системы APCO 25 в соответствии с функциональными и техническими требованиями должны обеспечивать 4 уровня криптозащиты. Используется поточный метод шифрования информации с применением нелинейных алгоритмов формирования шифрующей последовательности. При использовании специального режима OTAR (Over-the-air-re-keying) ключи шифрования могут передаваться по радиоканалу.

В связи с тем, что основной метод доступа к каналам связи в APCO - МДИР, на текущий момент нет терминалов, которые обеспечивали бы работу абонента в режиме полного дуплекса.

Несмотря на то, что APCO является международной организацией, представительства которой находятся в Канаде, Австралии, Карибском регионе, основную роль в продвижении этого стандарта играют американские фирмы, поддерживаемые правительством США. К числу участников общественного сектора Ассоциации относятся ФБР, Министерство обороны США, Федеральный комитет связи, полиции ряда штатов США, Секретная служба и многие другие государственные организации. В качестве производителей оборудования стандарта APCO 25 уже заявили себя такие ведущие фирмы, как Motorola (основной разработчик стандарта), E.F.Johnson, Transcrypt, Stanlite Electronics и др. Фирма Motorola уже представила свою первую систему, основанную на стандарте APCO 25, имеющую название ASTRO.

Наибольший интерес к данному стандарту проявляют специалисты МВД России. Пилотная сеть (пока не транкинговой, а конвенциональной радиосвязи) на основе двух базовых станций была развернута МВД России в Москве в 2001 г. В 2003 г. в Санкт-Петербурге к 300-летию города была развернута сеть диспетчерской радиосвязи на 300 абонентов в интересах различных силовых структур.

2.4. Система Tetrapol

Работы по созданию стандарта цифровой транкинговой радиосвязи Tetrapol были начаты в 1987 г., когда фирма Matra Communications заключила контракт с французской жандармерией на разработку и ввод в эксплуатацию сети цифровой радиосвязи Rubis. Сеть связи была введена в эксплуатацию в 1994 г. По данным фирмы Matra на сегодняшний день сеть французской жандармерии охватывает более половины территории Франции и обслуживает более 15 тыс. абонентов. В том же 1994 г. фирма Matra создала свой форум Tetrapol, под эгидой которого были разработаны спецификации Tetrapol PAS (Publicly Available Specifications), определяющие стандарт цифровой транкинговой радиосвязи.

Стандарт Tetrapol описывает цифровую транкинговую систему радиосвязи с выделенным каналом управления и частотным методом разделения каналов связи. Стандарт позволяет создавать как однозоновые, так и многозоновые сети связи различной конфигурации, обеспечивая также возможность прямой связи между подвижными абонентами без использования инфраструктуры сети и ретрансляции сигналов на фиксированных каналах.

Системы связи стандарта Tetrapol имеют возможность работы в диапазоне частот от 70 до 520 МГц, который в соответствии со стандартом определяется как совокупность двух поддиапазонов: ниже 150 МГц (VHF) и выше 150 МГц (UHF). Большая часть радиоинтерфейсов для систем этих поддиапазонов является общей, различие заключается в использовании различных методов помехоустойчивого кодирования и кодового перемежения. В поддиапазоне UHF рекомендуемый дуплексный разнос каналов приема и передачи составляет 10 МГц.

Частотный разнос между соседними каналами связи может составлять 12,5 или 10 кГц. В дальнейшем предполагается переход к разносу между каналами в 6,25 кГц. В системах стандарта Tetrapol поддерживается ширина полосы до 5 МГц, что обеспечивает возможность использования в сети 400 (при разносе 12,5 кГц) или 500 (при разносе 10 кГц) радиоканалов. При этом в каждой зоне может использоваться от 1 до 24 каналов.

Скорость передачи информации в канале связи составляет 8000 бит/с. Передача информации организуется по кадрам длиной 160 бит и длительностью 20 мс. Кадры объединяются в суперкадры длительностью 4 с (200 кадров). Информация подвергается сложной обработке, включающей сверточное кодирование, перемежение, скремблирование, дифференциальное кодирование и окончательное форматирование кадра.

В системах стандарта Tetrapol используется GMSK модуляция с BT=0,25.

Для преобразования речи в стандарте применяется кодек с алгоритмом речепреобразования, использующим метод анализа через синтез типа RPCELP (Regular Pulse Code Excited Linear Prediction). Скорость преобразования составляет 6000 бит/с.

В стандарте определяются три основных режима связи: транкинговый, режим прямой связи и режим ретрансляции.

В сетевом режиме (или режиме транкинговой связи) взаимодействие абонентов осуществляется с помощью базовых станций (БС), которые распределяют каналы связи между абонентами. При этом сигналы управления передаются на отдельном, специально выделенном для каждой БС частотном канале. В режиме прямой связи обмен информацией между подвижными абонентами производится напрямую без участия базовой станции. В режиме ретрансляции связь между абонентами осуществляется через ретранслятор, который имеет фиксированные каналы передачи и приема информации.

В системах стандарта Tetrapol поддерживается 2 основных вида информационного обмена: передача речи и передача данных.

Службы речевой связи позволяют осуществлять следующие виды вызовов: широковещательный вызов, вызов установки открытого канала, групповой вызов, индивидуальный вызов, множественный вызов с использованием списка абонентов, аварийный вызов.

Службы передачи данных предоставляют ряд услуг прикладного уровня, поддерживаемых заложенными в радиотерминалах функциями, таких как межабонентский обмен сообщениями в соответствии с протоколом Х.400, доступ к централизованным базам данных, доступ к фиксированным сетям в соответствии с протоколом TCP/IP, передача факсимильных сообщений, пересылка файлов, передача сигналов персонального вызова, передача коротких сообщений, передача статусных вызовов, поддержка режима передачи получаемых с помощью приемников GPS данных о местоположении объекта, передача видеоизображений.

В стандарте Tetrapol предусмотрены стандартные сетевые процедуры, обеспечивающие современный уровень обслуживания абонентов: динамическая перегруппировка, аутентификация абонента, роуминг, приоритетный вызов, управление передатчиком абонента, управление «профилем» абонента (дистанционное изменение параметров абонентского радиотерминала, заложенных в него при программировании) и др.

Системы стандарта Tetrapol предоставляют пользователям ряд дополнительных услуг, которые, наряду с предоставлением сервисных услуг, позволяют эффективно реализовывать специфические сети связи служб общественной безопасности и правоохранительных органов. К числу таких услуг относятся приоритет доступа (предоставление предпочтительного доступа в систему при перегрузке каналов радиосвязи); приоритетный вызов (присвоение вызовов в соответствии со схемой приоритетов); приоритетное сканирование (предоставление пользователю, принадлежащему к нескольким группам, возможности получения вызовов от абонента любой из групп); вызов, санкционированный диспетчером (режим, при котором вызовы поступают только с санкции диспетчера сети связи); переадресация вызова (безусловное перенаправление вызова другому абоненту или переадресация в случае занятости вызываемого абонента); подключение к вызову (включение режима, при котором один пользователь, взаимодействующий с другим, может сделать участником соединения третьего абонента); избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов); дистанционное прослушивание (дистанционное включение абонентской радиостанции на передачу для прослушивания обстановки у абонента); идентификация вызывающей стороны (определение и отображение на терминале вызываемого абонента идентификатора вызывающей стороны); «двойное наблюдение» (возможность абонентского радиотерминала, работающего в сетевом режиме, получать также сообщения и в режиме прямой связи) и многие другие.

В связи с тем, что с самого начала стандарт Tetrapol был ориентирован на обеспечение требований правоохранительных органов, в нем предусмотрены различные механизмы обеспечения безопасности связи, направленные на предотвращение таких угроз, как несанкционированный доступ в систему, прослушивание ведущихся переговоров, создание преднамеренных помех, анализ трафика конкретных абонентов и т. п. К числу таких механизмов относятся:

• автоматическая реконфигурация сети (периодическое перераспределение ресурсов сети связи (изменение конфигурации) за счет установки и отмены открытых каналов, динамической перегруппировки, переназначения каналов связи диспетчером сети и т. п.);
• управление доступом в систему (контроль доступа к оборудованию сети связи посредством смарт-карт и системы паролей);
• сквозное шифрование информации (обеспечение возможности защиты передаваемой информации в любой точке линии связи между абонентами);
• аутентификация абонентов (автоматическое или проводимое по запросу диспетчера сети удостоверение подлинности абонентов);
• использование временных идентификаторов абонентов (замена уникальных идентификационных номеров абонентов на псевдонимы, сменяемые при каждом новом сеансе связи);
• имитация активности радиоабонентов (режим поддержки постоянного трафика при перерыве в ведении переговоров путем посылки БС по каналам связи сигналов, которые трудно отличить от информационных);
• дистанционное отключение радиотерминала (возможность отключения абонентского радиотерминала диспетчером сети);
• распространение ключей по радиоканалу (возможность передачи диспетчером сети секретных ключей абонентам по радиоканалу).

Системы стандарта Tetrapol широко используются во Франции. Видимо, не без поддержки правительством отечественного производителя, кроме сети связи Rubis национальной жандармерии, системы Tetrapol эксплуатируются французской полицией (система Acropolе) и службой железных дорог (система Iris).

Стандарт Tetrapol пользуется популярностью и в некоторых других странах Европы. На основе данного стандарта развернуты сети связи полиции Мадрида и Каталонии, подразделений безопасности Чешской Республики, службы аэропорта во Франкфурте. Специальная сеть связи Matracom 9600 развертывается в интересах Берлинского транспортного предприятия. Радиостанции сети связи будут установлены на более, чем 2000 автобусах предприятия. Кроме радиосвязи, в сети задействуется функция определения местоположения транспортных средств.

В 1997 г. фирма Matra Communications выиграла тендер по созданию системы цифровой радиосвязи для королевской тайландской полиции. Контракт является частью заказа по модернизации полицейской радиосети, которая объединит 70 полицейских участков. Предполагается задействование самых современных возможностей системы, включая доступ к централизованной базе данных, электронную почту, сквозное шифрование информации, местоопределение. Имеются также сведения о развертывании нескольких систем в двух других странах юго-восточной Азии, а также в интересах полиции Мехико.

В нашей стране системы стандарта Tetrapol пока не используются. В настоящее время ФАПСИ предполагает развертывание в России опытного района транкинговой радиосвязи данного стандарта.

2.5. Система iDEN

Технология iDEN (integrated Digital Enhanced Network) была разработана компанией Motorola в начале 90-х годов. Первая коммерческая система на базе этой технологии была развернута в США компанией NEXTEL в 1994 г.

С точки зрения статуса стандарта iDEN можно охарактеризовать как корпоративный стандарт с открытой архитектурой. Это означает, что компания Motorola, сохраняя за собой все права по модификации системного протокола, предоставляет вместе с тем лицензии на производство компонентов системы различным производителям.

Данный стандарт разрабатывался для реализации интегрированных систем, обеспечивающих все виды подвижной радиосвязи: диспетчерской связи, мобильной телефонной связи, передачи текстовых сообщений и пакетов данных. Технология iDEN ориентирована на создание корпоративных сетей крупных организаций или коммерческих систем, предоставляющих услуги как организациям, так и частным лицам.

При реализации диспетчерских сетей подвижной радиосвязи iDEN предоставляет возможности группового и индивидуального вызова, а также режима сигнализации вызова, при котором в случае недоступности абонента вызов запоминается в системе, а затем передается абоненту, когда тот становится доступным. Число возможных групп в iDEN составляет 65535. Время установления связи при групповом вызове в полудуплексном режиме не превышает 0,5 с.

Системы iDEN предоставляют возможности организации телефонной связи по любым направлениям: мобильный абонент – мобильный абонент, мобильный абонент – абонент ТФОП. Телефонная связь полностью дуплексная. В системе предусмотрена возможность голосовой почты.

Абоненты систем iDEN имеют возможность передавать и получать на свои терминалы текстовые сообщения, а также передавать данные (в коммутационном режиме со скоростью 9,6 Кбит/с, а в пакетном – до 32 Кбит/с), что обеспечивает возможность организации факсимильной связи и электронной почты, а также взаимодействия с фиксированными сетями, в частности с Internet. Пакетный режим передачи данных поддерживает протокол TCP/IP.

Система iDEN выполнена на базе технологии МДВР. В каждом частотном канале шириной 25 кГц передается 6 речевых каналов. Это достигается путем разбиения кадра длительностью 90 мс на временные интервалы по 15 мс, в каждом из которых передается информация своего канала.

Для речевого кодирования используется кодек, работающий по алгоритму типа VSELP. Скорость передачи информации в одном канале составляет 7,2 Кбит/с, а суммарная скорость цифрового потока в радиоканале (за счет использования помехоустойчивого кодирования и добавления управляющей информации) достигает 64 Кбит/с. Столь высокой скорости передачи информации в полосе 25 кГц удается достичь за счет применения 16-позиционной квадратурной модуляции M16-QAM.

В стандарте используется стандартный для Америки и Азии частотный диапазон 805-821/855-866 МГц. IDEN имеет самую высокую спектральную эффективность среди рассматриваемых стандартов цифровой транкинговой связи, он позволяет разместить в 1 МГц до 240 информационных каналов. Вместе с тем, размеры зон покрытия базовых станций (ячеек) в системах iDEN меньше, чем в системах других стандартов, что объясняется малой мощностью абонентских терминалов (0,6 Вт – для портативных станций и 3 Вт – для мобильных).

Архитектуре системы iDEN присущи черты, характерные как для транкинговых, так и для сотовых систем, что подчеркивает ориентацию iDEN на обслуживание большого количества абонентов и интенсивный трафик. При создании коммерческих систем для обслуживания различных организаций или предприятий в системе может быть создано до 10000 виртуальных сетей, в каждой из которых может быть до 65500 абонентов, объединенных при необходимости в 255 групп. При этом каждая из групп абонентов может использовать всю зону связи, обеспечиваемую данной системой.

Первая коммерческая система, развернутая в 1994 г. компанией NEXTEL, в настоящее время является общенациональной и насчитывает около 5500 сайтов и 2,7 млн. абонентов. В США имеется другая сеть, оператором которой является компания Southern Co. Сети iDEN развернуты также в Канаде, Бразилии, Мексике, Колумбии, Аргентине, Японии, Сингапуре, Китае, Израиле и других странах. Общее число абонентов iDEN в мире на сегодня превышает 3 млн. человек.

В России системы iDEN не развернуты и нет сведений о разработках проектов сетей данного стандарта.

3. Краткий сравнительный анализ стандартов цифровой радиосвязи

3.1. Технические характеристики и функциональные возможности

Обобщенные сведения о системах стандартов EDACS, TETRA, APCO 25, Tetrapol, iDEN и их технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Характе- ристика стандарта (системы) связи Tetrapol Разработчик стандарта Ericsson (Швеция) Matra Communications (Франция) Статус стандарта корпора- тивный открытый открытый корпора- тивный корпора- тивный с открытой архи- тектурой Основные производители радиосредств Nokia, Motorola, OTE, Rohde&Schwarz Motorola, E.F.John­son Inc., Transcrypt, ADI Limited Matra, Nortel,CS Telecom Возможный диапазон рабочих частот, МГц 138-174; 403-423; 450-470; 806-870 138-174; 403-423; 450-470; 806-870 138-174; 406-512; 746-869 805-821/ 855-866 Разнос между частотными каналами, кГц 12,5 (передача данных) Эффективная полоса частот на один речевой канал, кГц Вид модуляции C4FM (12,5 кГц) CQPSK (6,25 кГц) GMSK (BT=0,25) Метод речевого кодирования и скорость речепреобра- зования адаптивное много- уровневое кодирование (преобра- зование 64Кбит/с и компрессия до 9,2 Кбит/с) CELP (4,8 Кбит/с) IMBE (4,4 Кбит/с) RPCELP (6 Кбит/с) (7,2 Кбит/с) Скорость передачи информации в канале, бит/с 7200 (28800 – при передаче 4-х информационных каналов на одной физичекой частоте) 9600 (до 32К при передаче данных в пакетном режиме) Время установления канала связи, с 0,25 (в однозоновой системе) 0,2 с - при индив. вызове (min); 0,17 с - при групповом вызове (min) 0,25 - в режиме прямой связи; 0,35 - в режиме ретрансляции; 0,5 - в радио- подсистеме не более 0,5 не более 0,5 Метод разделения каналов связи МДВР (с использованием частотного разделения в многозоновых системах) Вид канала управления выделенный выделенный или распределенный (в зависимости от конфи- гурации сети) выделенный выделенный Выделенный или распре- деленный (в зависимости от конфи- гурации сети) Возможности шифрования информации стандартный фирменный алгоритм сквозного шифрования 1) стандартные алгоритмы; 2) сквозное шифрование 4 уровня защиты информации 1) стандартные алгоритмы; 2) сквозное шифрование нет сведений

Функциональные возможности, предоставляемые системами стандартов цифровой транкинговой радиосвязи, представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Функциональные возможности системы связи Поддержка основных видов вызова (индивид., групповой, широковещ.) Выход на ТФОП Полнодуплексные абонентские терминалы Передача данных и доступ к централизованным базам данных Режим прямой связи Автоматическая регистрация мобильных абонентов Персональный вызов Доступ к фиксированным сетям IP Передача статусных сообщений Передача коротких сообщений Поддержка режима передачи данных о местоположении от системы GPS Факсимильная связь Возможность установки открытого канала Множественный доступ с использованием списка абонентов Наличие стандартного режима ретрансляции сигналов Наличие режима «двойного наблюдения»

Примечание: (н/с - нет сведений)

Рассматривая технические характеристики и функциональные возможности представленных стандартов транкинговой связи, можно отметить, что все стандарты имеют высокие (относительно данного класса систем подвижной радиосвязи) технические показатели. Они позволяют строить различные конфигурации сетей связи, обеспечивают разнообразные режимы передачи речи и данных, связь с ТФОП и фиксированными сетями. В средствах радиосвязи данных стандартов используются эффективные методы речепреобразования и помехоустойчивого кодирования информации. Все стандарты обеспечивают высокую оперативность связи.

Можно отметить, что по сравнению с другими стандартами EDACS имеет несколько меньшую спектральную эффективность. Кроме этого, некоторые специалисты отмечают, что в стандарте EDACS не используются цифровые методы модуляции, что позволяет говорить о нем как о стандарте, в котором осуществляется передача оцифрованной речевой информации по аналоговому каналу связи.

По функциональным возможностям стандарт EDACS, пожалуй, также в определенной мере уступает остальным трем стандартам, т. к. он был разработан несколько раньше. Стандарты TETRA, APCO 25, Tetrapol и iDEN специфицируют широкий спектр предоставляемых стандартных услуг связи, по уровню сравнимый между собой. (Как правило, перечень предоставляемых услуг определяется при проектировании конкретной системы или сети радиосвязи.)

3.2. Выполнение специальных требований к системам радиосвязи служб общественной безопасности

Информация о наличии некоторых специфических услуг связи, ориентированных на использование представителями служб общественной безопасности, представлена в таблице 3. Стандарт iDEN здесь не рассматривается, т. к. этот стандарт разрабатывался без учета специальных требований служб общественной безопасности. В настоящее время появляются только отдельные сведения о ведущихся попытках адаптации систем данного стандарта к специальным требованиям.

Таблица 3.

Специальные услуги связи Tetrapol Приоритет доступа Система приоритетных вызовов Динамическая перегруппировка Избирательное прослушивание Дистанционное прослушивание Идентификация вызывающей стороны Вызов, санкционированный диспетчером Передача ключей по радиоканалу (OTAR) Имитация активности абонентов Дистанционное отключение абонента Аутентификация абонентов

Так как представленные в таблице стандарты разрабатывались в интересах служб общественной безопасности, все они обеспечивают выполнение большинства требований, предъявляемых к специальным системам связи, что можно видеть по таблице 2. Представленные цифровые стандарты обеспечивают высокую оперативность связи (время доступа для всех систем - не более 0,5 с) и предусматривают возможности повышения отказоустойчивости сетей радиосвязи за счет гибкой архитектуры. Все стандарты позволяют реализовать защиту информации: для систем TETRA и Tetrapol стандарты предусматривают возможность использования как стандартного алгоритма шифрования, так и оригинальных алгоритмов за счет сквозного шифрования; в системах EDACS можно использовать стандартный фирменный алгоритм или специально согласовать с фирмой возможность применения собственной системы защиты; в соответствии с функциональными и техническими требованиями к системам стандарта APCO 25 должно обеспечиваться 4 уровня защиты информации (из которых только один может быть предназначен для экспортируемых применений).

При рассмотрении перечня предоставляемых каждым стандартом специальных услуг связи можно отметить, что стандарты TETRA, APCO 25, Tetrapol обеспечивают сравнимый уровень специальных услуг, а EDACS - несколько меньший. Стандарт iDEN не предусмотрен для выполнения специальных требований.

3.3. Ресурсы радиочастотного спектра

Наличие ресурсов радиочастотного спектра (РЧС) для развертывания системы радиосвязи является важнейшим критерием выбора той или иной системы. В данном случае наиболее перспективны стандарты, которые обеспечивают возможность построения сетей связи в наиболее широком диапазоне.

Системы EDACS реализуются в диапазонах 138-174, 403-423, 450-470 и 806-870 МГц, причем есть сведения о действующих сетях радиосвязи во всех диапазонах.

Системы TETRA предполагают использование следующих диапазонов: 380-385/390-395, 410-430/450-470 МГц и 806-870 МГц.

Системы APCO 25 в соответствии с функциональными и техническими требованиями обеспечивают возможность работы в любом из диапазонов, отведенных для подвижной радиосвязи.

Стандарт Tetrapol ограничивает верхнюю частоту своих систем на уровне 520 МГц.

Системы стандарта iDEN функционируют только в диапазоне 800 МГц, что ограничивает их использование для построения определенного круга систем.

Следует отметить, что выделение ресурсов радиочастотного спектра для построения систем цифровой транкинговой радиосвязи наиболее реально в диапазоне 400 МГц.

3.4. Статус стандарта (открытый/закрытый)

При выборе стандарта радиосвязи обязательно необходимо учитывать информацию о том, является ли стандарт открытым или корпоративным (закрытым).

Корпоративные стандарты (EDACS и Tetrapol) являются собственностью их разработчиков. Приобретение оборудования возможно только у ограниченного круга производителей.

Открытые стандарты, к которым относятся TETRA и APCO 25, обеспечивают создание конкурентной среды, привлечение большого количества производителей базового оборудования, абонентских радиостанций, тестовой аппаратуры для выпуска совместимых радиосредств, что способствует снижению их стоимости. Доступ к спецификациям стандартов предоставляется любым организациям и фирмам, вступившим в соответствующую ассоциацию. Пользователи, выбирающие открытый стандарт радиосвязи, не попадают в зависимость от единственного производителя и могут менять поставщиков оборудования. Открытые стандарты пользуются поддержкой со стороны государственных и правоохранительных структур, крупных компаний многих стран мира, а также поддержаны ведущими мировыми производителями элементной и узловой базы.

Заключение

Краткий сравнительный анализ данных стандартов цифровой транкинговой радиосвязи по основным рассмотренным критериям позволяет сделать определенные выводы о перспективности их развития как в мире, так и в России.

Стандарт EDACS практически не имеет перспектив развития. По сравнению с другими стандартами, он имеет меньшую спектральную эффективность и менее широкие функциональные возможности. Компания Ericsson не планирует расширять возможности стандарта и практически свернула производство оборудования.

Стандарт iDEN не предусматривает многих специальных требований, а также, несмотря на высокую спектральную эффективность, ограничен необходимостью использования диапазона 800 МГц. Вероятно, что системы данного стандарта имеют определенный потенциал и будут еще развертываться и эксплуатироваться, в особенности в Северной и Южной Америке. В других регионах перспективы развертывания систем данного стандарта выглядят сомнительными.

Стандарт Tetrapol имеет хорошие технические показатели и достаточные функциональные возможности, однако так же, как и стандарты EDACS и iDEN, не обладает статусом открытого стандарта, что может существенно сдерживать его развитие в техническом плане, а также в части стоимости абонентского и стационарного оборудования.

Стандарты TETRA и APCO 25 обладают высокими техническими характеристиками и широкими функциональными возможностями, включая выполнение специальных требований силовых структур, имеют достаточную спектральную эффективность. Самым главным доводом в пользу этих систем является наличие статуса открытых стандартов.

В то же время, большинство экспертов склоняется к мнению, что рынок цифровой транкинговой радиосвязи будет завоеван стандартом TETRA. Данный стандарт пользуется широкой поддержкой большинства крупных мировых производителей оборудования и администраций связи различных стран. Последние события на отечественном рынке профессиональной радиосвязи позволяют сделать вывод, что и в России данный стандарт получит наиболее широкое распространение.

Первые системы мобильной радиосвязи появились в США в конце 30-х гг. Это были одноканальные конвенциональные системы, предназначенные, в первую очередь, для радиосвязи в полиции и армии. Во время Второй мировой войны были созданы первые многоканальные системы с "ручным" переключением каналов.

Существенный недостаток конвенциальных систем - их незащищенность от несанкционированного применения частотных ресурсов. Любой сведущий в радиотехнике радиолюбитель способен собрать устройство для настройки на используемые данной системой частоты и стать, таким образом, несанкционированным пользователем. Кроме того, в этих системах непросто отключить абонентов, создающих чрезмерную нагрузку бесконечными неделовыми "беседами". Связь абонентских терминалов с телефонной сетью общего пользования (ТфОП) реализована далеко не во всех конвенциальных системах.

Основная идея транкинговой связи состоит в том, что при поступлении запроса от абонента на установление соединения система автоматически определяет свободные каналы и назначает один из них данной паре или группе абонентов. Частично проблема автоматизации выбора канала была решена в так называемых псевдотранкинговых системах, к которым можно отнести популярные в России SmarTrunk/SmarTrunk II фирмы SmarTrunk System и ArcNet компании Motorola. Их радиостанции не имеют выделенного управляющего канала (control channel) и в поисках свободного сканируют выделенный диапазон частот. Большинство подобных систем (за исключением ArcNet) являются однозонововыми.

В конце 70-х гг. рынок средств радиосвязи пополнился первыми аналоговыми транкинговыми системами с выделенным управляющим каналом. Такие системы реализуют передачу речевой информации по принципу "один канал - одна несущая", частотный разнос каналов обычно составляет 25 или 12,5 кГц. Теоретически, при достаточном количестве частотных каналов, они способны обслуживать десятки тысяч абонентов. Однако реальные значения выделенного частотного ресурса ограничивают число абонентов аналоговой транкинговой сети до 3-5 тыс.

Кроме того, эти системы по-прежнему не решают проблему защиты сети от несанкционированного доступа. Системы на базе аналоговых стандартов обеспечивают связь с ТфОП абонентских терминалов, но такие терминалы весьма дороги (1500-2000 дол.). Существенным недостатком данных систем является также ограниченное число групп пользователей. И хотя реализация функции динамического переконфигурирования групп позволяет обойти это ограничение, овчинка не всегда стоит выделки: сложность оборудования приводит к существенному удорожанию инфраструктуры.

В начале 90-х гг. стали появляться транкинговые системы, использующие цифровые технологии передачи голосового сигнала. Сегодня наибольшую известность получили такие цифровые стандарты, как APCO25, TETRA и PRISM (цифровая версия EDACS). Они позволяют значительно увеличить емкость системы - до нескольких тысяч абонентов. Кроме того, в них практически решена проблема защиты данных и конфиденциальности переговоров, поскольку стать несанкционированным пользователем цифровой системы или прослушать канал невозможно.

Многие современные системы транкинговой связи (рис. 1) - как аналоговые, так и цифровые - способны осуществлять передачу данных по каналу голосовой связи, т. е. выполнять функции беспроводного модема. При этом в аналоговых стандартах скорость передачи данных не превышает 4800 бит/с, а в цифровых достигает более высоких значений - от 9600 бит/с до 28 кбит/с (TETRA). В отличие от аналоговых, цифровые системы транкинговой связи позволяют передавать текстовые сообщения через управляющие каналы (пейджинг). Текст сообщения выводится на дисплей абонентского терминала.

В настоящее время можно выделить три различные сферы применения систем мобильной радиосвязи: государственные (полиция, пожарная охрана, скорая помощь и т. п.); - типа PS (Public Safety); частные, типа PMR (Private Mobile Radio); коммерческие сети общего пользования SMR (Shared Mobile Radio).

Рисунок 1.
Технологии мобильной связи (* технологии на базе TDMA)

Системы первого типа обычно рассчитаны на сравнительно небольшое число абонентов (как правило, не более 500-1000). Для них характерны повышенные требования к обеспечению надежности и конфиденциальности, а также наличие специальных функций, подобных Emergency Call. Стоимость абонентских терминалов систем PS достаточно высока. Из упомянутых ранее сетей к категории Public Safety/PMR относятся SmartNet, EDACS/ PRISM, системы на базе стандарта APCO25, а также сети, основой которых стал разрабатываемый в настоящее время цифровой стандарт TETRA.

Коммерческие системы типа SMR отличает большая емкость (число абонентов может достигать десятков тысяч), возможность предоставления дополнительных информационных услуг, а также умеренная стоимость абонентских терминалов. Среди них есть сети, построенные на базе SmartZone, протоколов MPT1327, LTR/ESAS и системы GeoNet. Отметим, что большинство существующих аналоговых систем SMR имеют ограничения на повторное использование частот и переключение каналов, а также автоматическую идентификацию абонентов при их перемещении из одной зоны в другую и т. п.

В отличие от систем конвенциональной и транкинговой радиосвязи мобильная телефонная сотовая связь предназначена, в первую очередь, для обеспечения персональной мобильной голосовой связи "один на один" в дуплексном режиме. Первое поколение сотовых технологий, появившееся в начале 80-х гг., использовало аналоговые стандарты. Наиболее широко в мире (в том числе в России) распространены североамериканский стандарт AMPS, британский TACS и скандинавский NMT-450.

Применение цифровых технологий позволило понять, что два разных вида мобильной голосовой связи - сотовая и транкинговая - имеют много общего (территориальная организация системы, инфраструктура, организация выхода на ТфОП и т. п.). Однако аналоговые технологии транкинговых систем неспособны обеспечить уровень сервиса, предоставляемый мобильной телефонной связью.

В середине 90-х гг. компания Motorola решила реализовать идею интегрированной системы, сочетающей в себе возможности групповой и диспетчерской радиосвязи, мобильной сотовой телефонной связи, а также передачи алфавитно-цифровых сообщений (пейджинга) и данных. Предлагаемая система должна была обеспечить современный уровень сервиса для всех видов связи. Все это было реализовано в технологии iDEN (integrated Digital Enhanced Network).

Услуги системы

Мобильная диспетчерская радиосвязь на базе технологии iDEN обеспечивает все виды услуг, предоставляемых современными цифровыми транкинговыми системами:

• групповой вызов (group call) для мобильных абонентов и диспетчеров в режиме полудуплексной связи. Для реализации вызова достаточно одного нажатия кнопки; время установления связи не превышает 0,5 с. При этом используется лишь один канал речевой связи - вне зависимости от числа абонентов в группе. Число возможных групп в iDEN достаточно велико (65 535), что избавляет от необходимости иметь функцию динамического переконфигурирования групп. Все конфигурации могут быть созданы заранее: при необходимости абоненты просто переходят в соответствующие группы. Члены группы могут находиться на расстоянии десятков и сотен километров друг от друга (разумеется, в пределах зоны покрытия системы);
• персональный вызов (private call) в полудуплексном режиме, когда в разговоре участвуют только два абонента и обеспечивается полная конфиденциальность переговоров. Заметим, что в режиме группового и индивидуального вызова на дисплее абонентского терминала вызываемого абонента появляется имя вызывающего либо его цифровой идентификатор;
• сигнализация вызова (call alert) - передача специального сигнала абоненту (или группе), указывающего на необходимость установления радиосвязи. Если в этот момент абонент находится вне зоны системы либо абонентский терминал отключен, вызов запоминается в системе. В тот момент, когда абонент становится доступным, он получает звуковой сигнал, а на экране терминала появляется идентификатор вызывающего абонента. Только после этого вызывающий абонент получает подтверждение получения вызова.

Кроме услуг, характерных для обычной транкинговой связи, система iDEN предоставляет ряд возможностей современных мобильных телефонных систем:

• мобильная телефонная связь между абонентами в том числе и через ТфОП (как входящая, так и исходящая в дуплексном режиме). Система iDEN обеспечивает функции локальной телефонии (мини-АТС, УПАТС) голосовую почту (voice mail), междугороднюю и международную связь;
• передачу текстовых сообщений. Абоненты могут принимать алфавитно-цифровые сообщения, отображенные на экране абонентского терминала, который способен хранить до 16 сообщений по 140 символов. При этом обеспечивается как групповая, так и индивидуальная рассылка сообщений. Получение текстовых сообщений возможно одновременно с сеансом мобильной телефонной связи;
• передачу данных. Портативные (носимые) терминалы iDEN имеют встроенные модемы и могут подключаться к ПК через адаптер RS-232С. В режиме коммутации каналов обеспечивается скорость передачи данных до 9600 бит/с, а в пакетном режиме - до 64 кбит/с. Для повышения достоверности передачи данных в системе используется схема коррекции ошибок с опережением. Функция передачи данных позволяет мобильным абонентам принимать и посылать факсимильные сообщения и электронную почту, обмениваться данными с компьютерами офиса и обеспечивает доступ к Internet. В пакетном режиме поддерживается стандартный сетевой протокол TCP/IP.

Отметим, что добавление функции передачи данных к существующей системе iDEN не требует установки на базовых станциях (БС) дополнительного оборудования. Необходимо лишь установить дополнительные блоки центральной инфраструктуры управления системой и инсталлировать соответствующее ПО на базовых станциях и центральной системе.

Абонентские терминалы

Хотя система iDEN обеспечивает несколько видов связи, это не означает, что абоненту необходимо "подписываться" на все виды услуг и, соответственно, приобретать у оператора полнофункциональный абонентский терминал. Пользователь всегда может выбрать модель, которая соответствует интересующему его пакету услуг. Стоимость портативных абонентских терминалов iDEN и цифровых сотовых телефонов примерно одинакова.

Портативные терминалы i370/r370 способны работать и как транкинговые радиостанции, и как мобильные телефоны. Они оснащены многострочным ЖК-дисплеем, на который выводятся списки доступных групп (абонентов) и алфавитно-цифровые сообщения. Усовершенствованный многофункциональный терминал i600 имеет меньшие размеры и вес, а также увеличенный срок службы батарей.

Новейшая модель портативного терминала i1000 имеет еще меньшие вес и размер: его вес без батарей равен 120 г, размеры - 120х60х30 мм.

Модели i470/r470 оснащены встроенным модемом, что позволяет использовать их для передачи данных и факсимильных сообщений. Кроме того, эти терминалы поддерживают дополнительные функции системы iDEN, такие как одновременная работа в нескольких группах, обеспечение связи в режиме изолированной БС (при нарушении связи с центральной инфраструктурой системы), Emergency Call и т. п.

Модели r370 и 470, удовлетворяющие требованиям военных стандартов США, имеют ударопрочный корпус и не боятся влаги. Выходная мощность сигнала портативных терминалов всех типов - 600 мВт.

Семейство мобильных абонентских терминалов iDEN состоит из трех моделей - m100, m370 и m470. Первый работает только в режиме dispatch radio, два других оснащены телефонной трубкой и поддерживают мобильную телефонную связь. Кроме того, модель m470 имеет встроенный модем и обеспечивает те же специальные функции, что и терминалы i470/r470. Все типы мобильных терминалов имеют выходную мощность 3 Вт.

В системе iDEN предусмотрены также настольные диспетчерские станции, выполненные на базе мобильных терминалов m100/m370/m470. Они имеют внешнюю антенну, настольный микрофон и блок питания от сети переменного тока.

Радиоинтерфейс и кодирование голоса

Основой технологии iDEN является стандарт TDMA (Time Division Multiple Access), в соответствии с которым по каждому частотному каналу шириной 25 кГц одновременно передаются 6 оцифрованных речевых сигналов. Технология iDEN не требует, чтобы все частотные каналы были смежными.

Временной интервал 90 мс разделен на 6 временных слотов продолжительностью по 15 мс, в каждом из которых передается один голосовой сигнал (рис. 2). Применение модуляции радиосигнала по методу M16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) обеспечивает суммарную скорость передачи данных по одному частотному каналу 64 кбит/с (скорость передачи в голосовом канале - 7,2 кбит/с). Адекватное воспроизведение человеческого голоса и других звуков при столь невысокой скорости передачи достигается за счет использования усовершенствованной схемы кодирования по алгоритму VSELP.

Рисунок 2.
Емкость частотного канала iDEN

Диапазон частот

Система на базе технологии iDEN работает в стандартном для Америки и Азии транкинговом диапазоне 806-825/851-870 МГц. Отметим, что с недавних пор и в России часть этого диапазона, а именно 815-820/860-865 МГц, также отведена под системы транкинговой радиосвязи (рис. 3).

Рисунок 3.
Диапазон частот, отведенный для системы iDEN в России: мобильные терминалы (МТ) 806-821 МГц; базовые станции (БС) 851-866 МГц

При разработке технологии iDEN Motorola хотела добиться максимально эффективного использования частотного ресурса, по крайней мере не уступающего существующим реализациям стандарта CDMA. Поскольку iDEN обеспечивает одновременную передачу по каждому частотному каналу шириной 25 кГц шести речевых сигналов, то в 1 МГц спектра можно разместить 240 таких каналов. Для сравнения - при ширине полосы 1 МГц аналоговые и цифровые системы транкинговой связи способны поддерживать не более 80, аналоговые системы сотовой связи - от 30 до 40, а системы в стандарте GSM - 40 голосовых каналов (рис. 4).

Рисунок 4.
Сравнение эффективности использования спектров. В 1 МГц спектра можно разместить голосовых каналов (ГК): аналоговых транкинговых систем - 40/80; аналоговых сотовых систем - 33-40; GSM - 40; TETRA - 160; iDEN - 240

Структура системы iDEN

Система на базе технологии iDEN состоит из двух основных компонентов: БС и центральной инфраструктуры. (рис. 5). Инфраструктура iDEN организована так, чтобы максимально использовать функциональные возможности БС, поэтому наиболее важным функциональным элементом является базовая станция EBTS Enhanced Base Transceiver System. В состав EBTS входит интегрированный контроллер узла (iSC), до 20 базовых радиостанций (BR) типа omni или 24 секторных BR, усилитель и передатчики радиосигнала, синхронизирующий приемник, антенны БС.

Рисунок 5.
Структура системы на базе технологии iDEN: * обеспечивают телефонную связь; ** обеспечивают радиосвязь; *** предоставляются оператором системы; DACS (Digital Access Crossconnect Switch) - коммутатор цифрового доступа; IWF (Interworking Function) - интерфейс передачи данных с ТфОП; VMS (Voice Mail System) - голосовая почта

EBTS обеспечивает взаимодействие между системой и абонентскими устройствами, поддерживает передачу голосового трафика на нескольких частотных каналах, а также выполняет целый ряд управляющих функций, например разделение трафика радио- и телефонной связи, синхронизацию работы БС и абонентских терминалов, контроль уровня радиосигнала и др. Многофункциональность EBTS позволяет существенно снизить нагрузку на компоненты центральной инфраструктуры, в первую очередь на MSC (Mobile Switching Center). Передатчик EBTS поддерживает не более 144 голосовых каналов для одного узла системы.

Основная функция BSC (Base Site Controller) - управление связью при перемещении абонентских терминалов от одной зоны покрытия к другой (handover). Каждый BSC способен поддерживать до 30 зон, выполняя весь комплекс действий по концентрации трафика, поступающего от узловых станций, и его распределению по соответствующим зонам.

Транскодер XCDR выполняет прямое и обратное преобразование аудиосигнала формата VSELP в цифровой формат PCM.

Пакетный коммутатор MPS (Metro Packet Switch) состоит из коммутатора и дупликатора пакетов. Он передает голосовые пакеты, поступающие в режиме dispatch radio, и управляющую информацию от EBTS к DAP и обратно.

Система диспетчеризации DAP (Dispatch Application Processor) выполняет управление групповым и персональным вызовом, сигнализацией вызова и другие функции. При большом числе абонентов системы возможно создание кластеров из четырех DAP.

Блоки регистрации местоположения абонента HLR/VLR (Home Location Register)/Visited Location Register) обслуживают мобильную телефонную связь. В HLR хранится полная информация обо всех абонентских терминалах, зарегистрированных в различных географических сегментах системы. VLR содержит сведения о перемещении абонентских устройств и предоставляет системе информацию, необходимую для выполнения роуминга. Отметим, что в системе iDEN нет роуминга в том смысле, в котором он понимается в сотовых системах, поскольку для связи географически удаленных сегментов системы используются не ТфОП, а выделенные каналы E1.

Коммутатор MSC (Mobile Switching Center) обеспечивает интерфейс между ТфОП и мобильными телефонами iDEN, выполняя типичные функции подобного коммутатора, а также управляет передачей при перемещении абонентов из зоны, контролируемой одним BSC, в зону, контролируемую другим. Если сеть iDEN охватывает значительную территорию, в ней могут быть установлены несколько MSC. Функции MSC системы iDEN полностью идентичны функциям коммутатора сотовой сети стандарта GSM.

Основным управляющим модулем системы является OMC (Operation Maitenance Center), который обеспечивает конфигурирование системы, управление аварийными ситуациями, сбор статистических данных о работе системы и ряд других функций управления.

Служба коротких сообщений SMS (Short Message Service) поддерживает все функции передачи текстовых сообщений, включая текстовые извещения о наличии сообщений для данного абонента (voice mail).

iDEN MicroLite

В настоящее время компания Motorola завершает разработку системы iDEN MicroLite, которая представляет собой "малую" систему на базе iDEN и ориентирована на обслуживание от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентов. При сохранении всех технологических решений iDEN, применении того же абонентского оборудования и базовых станций эта система отличается, в первую очередь, максимальным количеством частотных каналов (их 40).

Основное технологическое отличие iDEN MicroLite от iDEN состоит в организации центральной инфраструктуры системы. В системе iDEN MicroLite она реализована на одной компьютерной платформе стандарта Compact PCI (вариант платформы PCI для промышленных компьютеров), работающей под управлением ОС реального времени Neutrino фирмы QNX Labs.

Первая версия iDEN MicroLite будет обеспечивать два вида связи - групповую (индивидуальную) радиосвязь и мобильную телефонную связь. В следующих версиях в систему будут добавлены службы передачи коротких сообщений и коммутируемой/пакетной передачи данных. Максимальное количество базовых станций, которое способна поддерживать центральная инфраструктура первой версии системы равно 5, в дальнейшем оно будет увеличено до 8-10.

При необходимости перехода от iDEN MicroLite к полной системе iDEN требуется новая установка центральной инфраструктуры системы, однако модифицировав соответствующее ПО, можно использовать абонентские терминалы и имеющееся оборудование БС.

Поставки системы iDEN MicroLite начнутся во II квартале 1999 г. Техническая проработка проектов систем iDEN MicroLite предполагается с III квартала 1998 г.

Области применения iDEN

Технология iDEN ориентирована на создание систем типа SMR (Shared Mobile Radio), т. е. коммерческих сетей, предоставляющих интегрированные услуги организациям и частным лицам. Чтобы обеспечить связь отдельных подразделений и групп сотрудников, для каждого корпоративного пользователя системы создается так называемый "флот" - виртуальная частная сеть в рамках сети организации. Внутри флота могут создаваться разные группы, соответствующие подразделениям компании (максимальное число групп в одном флоте - 255). Возможность случайного или преднамеренного вторжения абонентов в чужие флоты абсолютно исключена. Члены флота могут находиться в разных географических регионах, перемещаться из одного города в другой.

Таким образом, организация может построить собственную мобильную телекоммуникационную систему, полностью эквивалентную сети данной организации. При этом ей не нужно приобретать оборудование и строить антенны, а также тратить несколько месяцев на установку и отладку системы. Все что необходимо сделать - стать корпоративным пользователем уже существующей системы iDEN.

Где и когда

Первая коммерческая система на базе технологии iDEN развернутая в США компанией NEXTEL в середине 1994 г., сейчас является общенациональной. Она насчитывает около 4500 БС и около 2 млн абонентов. В юго-западных штатах США существует другая сеть на базе технологии iDEN, оператором которой является энергетическая компания Southern Co. Кроме того, в юго-западных провинциях Канады компания Clearnet тоже предоставляет услуги связи в сети iDEN, состоящей из 320 БС.

Что касается Латинской Америки, сети iDEN уже существуют в Боготе (Колумбия) и Буэнос-Айресе (Аргентина). Они строятся в Сан-Пауло и Рио-де-Жанейро (Бразилия), а также в Мехико (Мексика). В ближайшее время запланировано развертывание систем на базе iDEN в Перу, Венесуэле и Чили, а также расширение систем в Колумбии и Аргентине.

В Азии системы iDEN эксплуатируются в нескольких странах: более двух лет такие системы работают в Токио и Осаке (Япония), около года - в Сингапуре. Существуют системы в Китае, Южной Корее и на Филиппинах. Ведется строительство в Индонезии. На ближнем Востоке общенациональная сеть iDEN развернута в Израиле, начато строительство таких систем в Марокко и Иордании.

Каждая из перечисленных систем расчитана на обслуживание десятков тысяч абонентов.

Модульный принцип организации системы обеспечивает различные ее реализации. Например, первоначально сеть iDEN может быть развернута как чисто транкинговая система, а затем, по мере необходимости, к ней добавятся возможности мобильной телефонии, передачи текстовых сообщений и данных. По мнению разработчиков системы, сегодня iDEN - одна из немногих отработанных в коммерческой эксплуатации технологий, обеспечивающих предоставление всего комплекса услуг мобильной связи.

Андрей Александрович Денисов - менеджер компании Motorola по системе iDEN в регионе Восточной Европы и бывшего СССР. С ним можно связаться по адресу: [email protected] и факсу 785-0160

Транкинговые системы связи классифицируются по следующим признакам [ 1 ].

По методу передачи речевой информации: аналоговые и цифровые. Передача речи в радиоканале аналоговых систем осуществляется с использованием частотной модуляции, 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 со скоростью не более 4,8кбит/с;

В зависимости от количества базовых станций (БС) и общей архитектуры: однозоновые или многозоновые системы. В системах первого типа имеется одна БС, в системах второго типа – несколько БС с возможностью роуминга;

По методу объединения БС в многозоновых системах. БС могут объединяться с помощью единого коммутатора (системы с централизованной коммутацией), или соединяться друг с другом непосредственно, или через системы с распределенной коммутацией;

По способу поиска и назначения канала: системы с децентрализованным (СДУ) и централизованным (СЦУ) управлением. В СДУ процедуру поиска свободного канала выполняют абонентские радиостанции (АР). В этих системах ретрансляторы (РТ) БС обычно не связаны друг с другом и работают независимо. Ретрансляторы представляют собой приемопередающее устройство, работающее в дуплексном режиме. В транкинговых системах с частотным разделением каналов на каждый рабочий канал приходится один ретранслятор, приемник и передатчик работают на разных частотах. Особенностью СДУ является относительно большое время установления соединения между абонентами, растущее с увеличением числа РТ. Такая зависимость вызвана тем, что АР вынуждены непрерывно последовательно сканировать каналы в поисках вызывного сигнала (последний может поступить от любого РТ) или свободного канала (если абонент сам посылает вызов). Представителями данного класса являются системы стандарта SMARTRUNK I I

В СЦУ поиск и назначение свободного канала производится на БС. Для обеспечения нормального функционирования таких систем организуется канал управления. Его основная функция – установление соединения между двумя абонентами сети. Все запросы на предоставление связи направляются по каналу управления, по этому же каналу БС извещает абонентские устройства о назначении канала, отклонении запроса, или о постановке запроса в очередь. Каналы управления являются цифровыми, в которых передача данных производится со скоростью до 9,6 кбит/с.

4. Принципы построения транкинговых сетей

На рис.1 представлена обобщенная структурная схема однозоновой транкинговой системы связи.

Структурная схема однозоновой транкинговой системы.

Рисунок 1

В состав БС, кроме радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов антенны) входят также коммутатор, устройство управления (УУ) и интерфейсы к различным внешним сетям.

Ретранслятор (РТ) – набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот. В большинстве транкинговых систем связи одна пара несущих означает один канал трафика (КТ). С появлением цифровых стандартов, предусматривающих временное уплотнение один РТ может обеспечить два или четыре КТ.

Антенны БС, как правило, имеют круговую диаграмму направленности. При расположении БС на краю зоны применяют направленные антенны. БС может располагать как единой приемопередающей антенной, так и раздельными антеннами для приема и передачи. В некоторых случаях на одной мачте может размещаться несколько приемных антенн для борьбы с замираниями, вызванными многолучевым распространением.

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

Коммутатор в однозоновой транкинговой системе связи обслуживает весь ее трафик, включая соединение мобильных абонентов (МА) с телефонной сетью общего пользования (ТФОП) и все вызовы, связанные с передачей данных.

Устройство управления (УУ) обеспечивает взаимодействие всех узлов БС. Оно также обрабатывает вызовы, осуществляет аудентификацию вызывающих абонентов, ведение очередей вызовов, внесение записей в блок данных (БД) повременной оплаты. В некоторых системах УУ регулирует максимально допустимую продолжительность соединения с телефонной сетью. Как правило, используются два варианта регулировки: уменьшение продолжительности соединения в заранее заданные часы наибольшей нагрузки, или адаптивное изменение в зависимости от текущей нагрузки.

Интерфейс к ТФОП реализуется в транкинговых системах связи различными способами. В некоторых системах (например, SMARTRUNK I I) подключение производится по двух проводной коммутируемой линии. Более современные транкинговые системы связи имеют в составе интерфейса к ТФОП аппаратуру прямого набора номера (DID), обеспечивающую доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС.

Соединение с ТФОП является традиционным для транкинговых систем связи, но в последнее время все более возрастает число приложений, предполагающих передачу данных, в связи с чем наличие интерфейса к сетям с коммутацией пакетов (СКП) также становится обязательным.

Терминал технического обслуживания и эксплуатации (ТОЭ) располагается, как правило, на БС. Терминал предназначен для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, тарификации, внесения изменений в базу данных (БД) абонентов. Обязательными элементами транкинговых систем связи являются диспетчерские пульты(ДП). Трангинковые системы связи используются в первую очередь потребителями служб и управлений железных дорог, работа которых требует наличия диспетчера ПЧ, ЭЧ, ТЧ. ШЧ, а также службы охраны, скорой медицинской помощи,пожарной охраны, муниципальные службы. ДП могут включаться в систему по абонентским радиоканалам, или подключаться по выделенным каналам непосредственно к коммутатору БС. В рамках одной транкинговой системе связи может быть организованно несколько независимых сетей связи. Пользователи каждой из таких сетей не будут замечать работу соседей и не смогут вмешиваться в работу других сетей. Поэтому в одной транкинговой системе связи могут работать несколько ДП, различным образом подключенных к ней.

Абонентское оборудование трангиковых систем связи включают в себя широкий набор устройств.. Как правило, наиболее многочисленными являются полудуплексные РС,так как они в наибольшей степени подходят для работы в замкнутых группах. В основном это функционально ограниченные устройства, не имеющие цифровой клавиатуры. Их пользователи имеют возможность связываться лишь с абонентами внутри своей рабочей группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Как правило, этого вполне достаточно для большинства потребителей услуг связи транкинговых систем радиосвязи. Существуют и полудуплексные РС с широким набором функций и цифровой клавиатурой, но они, будучи существенно дороже, предназначены для более узкого круга абонентов.

В транкинговых системах связи постепенно находят применение находят применение новый класс абонентских устройств – дуплексные РС, напоминающие сотовые телефоны, но обладающие значительно большей функциональностью по сравнению с дуплексными РС. Дуплексные радиостанции транкинговых систем связи обеспечивают пользователям не только соединение с ТФОП, но и возможность групповой работы в полудуплексном режиме.

Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые РС выпускаются не только в портативном, но и в мобильном исполнении. Выходная мощность передатчиков мобильных РС выше.

Относительно новым классом устройств для транкинговых систем связи являются терминалы передачи данных (ПД). В аналоговых тренгинговых системах связи терминалы ПД – это специализированные радиомодемы, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем более характерно встраивание интерфейса ПД в АР различных классов. В состав мобильного терминала ПД часто включают спутниковый навигационный приемник системы Global Position System (GPS), предназначенный для определения текущих координат и последующей передачи их диспетчеру на пульт.

В транкинговых системах связи используются также стационарные РС, преимущественно для подключения ДП. Выходная мощность передатчиков стационарных РС приблизительно такая же, как у мобильных РС.

Архитектура многозоновых транкинговых систем связи может строиться по двум принципам. Если определяющим фактором является стоимость оборудования, используется межзональная коммутация (рис.2).

Структурная схема транкинговой сети с распределенной межзональной коммутацией

Рисунок 2

Каждая БС в такой системе имеет свое собственное подключение к ТФОП. При необходимости вызова из одной зоны в другую он производится через интерфейс ТФОП, включая процедуру телефонного номера. Кроме того, БС могут непосредственно соединены с помощью физических выделенных линий связи.

Использование распределенной межзональной коммутацией целесообразно лишь для систем с небольшим количеством зон и с невысокими требованиями к оперативности межзональных вызовов (особенно в случае соединения через коммутируемые каналы ТФОП). В системах с высоким качеством обслуживания используется архитектура с центральным коммутатором (ЦК). Структура многозоновой транкинговоц системой связи с ЦК изображена на рис. 3.

Структурная схема транкинговой сети с централизованной межзональной коммутацией

Рисунок 3

Основной элемент этой схемы – межзональный коммутатор. Он обрабатывает виды межзональных вызовов, т.е. весь межзональный трафик проходит через один коммутатор, соединенный с БС по выделенным линиям. Это обеспечивает быструю обработку вызовов, возможность подключения централизованных ДП. Информация о местонахождении абонентов системы с ЦК хранится в единственном месте, поэтому ее легче защитить. Кроме того, межзональный коммутатор осуществляет также функции централизованного интерфейса к ТФОП и СКП, что позволяет при необходимости полнлстью контролировать как речевой трафик телефонной сети, так и трафик всех приложений ПД, связанный с внешними СКП, например Интернет. Таким образом, система с ЦК обладает более высокой управляемостью.

Похожие статьи