Учебное пособие по дисциплине. Учебное пособие в оронеж 2006 Воронежский государственный технический университет Е. И. Воробьева

• Название: Учебное пособие в оронеж 2006 Воронежский государственный технический университет Е. И. Воробьева
• Дата: 17.11.2022
• Размер: 5.5 Mb.
• Имя файла: Учебное пособие по дисциплине.doc
• Тип: Учебное пособие; #792926
• страница: 12 из 21

3.4 Системы подвижной радиосвязи общего пользования

3.4.1 Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС)

СПРС предназначены для связи между движущимся абонентом и абонентом ТФОП или между двумя движущимися абонентами.

Принципы организации СПРС:

1. 
   полносвязная система;
   
2. 
   «принцип звезды».
   

i – ЦС – j i – ЦС – k

Рис 3.14 Принцип звезды
i j
k l
i – l j – k

Рис. 3.15 Полносвязная система
По способу использования каналов связи различают системы:

1. 
   с жестко закрепленными за группой абонентов каналами;
   
2. 
   с полнодоступным пучком каналов.
   

При одинаковых условиях (Р_отк=10%, t_{зан.канала}=2,5 мин/час) в первом случае обслуживается 60 – 70 абонентов, во втором – 420 абонентов, однако, необходимо определять метод доступа.

Транкинговый принцип положен в основу всех коммерческих систем радиосвязи.

Наиболее распространенным средством подвижной связи являются радиально-зоновые (транкинговые) системы и сотовые системы.

Транкинговая система представляет собой типичную «звезду».
a d a g

b e b h

c f c i

d … j

g j e k

h k f l

i l

Жесткое закрепление Пучок каналов – транкинговый принцип

Рис. 3.16 По способу использования каналов
Сотовая система имеет структуру:






Рис 3.17 Сотовая структура
БС – базовая станция; ЦКПС – центр коммутации подвижной связи; ТФОП – телефонная сеть общего пользования.

3.4.2 Транкинговые системы

Транкинговыми системами называются радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами. Это достаточно общее определение, но оно содержит совокупность признаков, объединяющих все транкинговые системы, от простейших до современных. Термин "транкинг" происходит от английского Trunking, что можно перевести как "объединение в пучок".

Транкинг - это метод автоматического управления радиосвязью позволяющий предоставить малое число радиоканалов большому числу радиоабонентов. Принципиально отличаясь от сотовых систем, ориентированных на предоставление услуг телефонной связи, транкинг - радиосвязь для оперативного управления функциональными группами мобильных абонентов, с дополнительной возможностью вхождения в телефонные сети.

Транкинг преодолевает характерные недостатки конвенциональной связи - ожидание установления связи при занятых каналах - и обеспечивает более эффективное использование радиочастотного спектра, сбалансированную загрузку радиоканалов и высокий коэффициент их использования. Транкинг применяется там, где промедление или нечеткое взаимодействие работников чревато невосполнимыми потерями, там, где высококачественная связь необходима вне зависимости от ее цены.

Транковые принципы используются уже свыше 70 лет в телефонии. Любая автоматическая телефонная станция, мини АТС, сотовая связь использует в основе своей работы транкинг. Все мы практически ежедневно используем транкинг. Хотя не многие из нас догадываются о том, что когда мы поднимаем трубку телефона и набираем номер... мы используем транкинг. Ведь было бы непозволительной роскошью выделять каждому телефонному абоненту отдельную линию, особенно междугороднюю. Всем нам для проведения беседы выделяется линия только на время сеанса связи. В остальное время (свободное от наших бесед) по ней обслуживаются другие пользователи.


Рис 3.18 Транкинговая линия
Представьте себе ситуацию, когда жители, предположим, одного из районов одновременно решили бы позвонить своим друзьям. Что бы произошло в этом случае? А ничего. Они просто не смогли бы это сделать, так как количество телефонных линий (между АТС) ограничено и одновременно может проводить сеансы связи вполне определенное количество абонентов.

А теперь представьте себе, что все телефонные аппараты заменены на радиостанции, а проводные линии на радиочастотные каналы. Мы получили транк – систему радиосвязи с автоматическим предоставлением свободного канала.

3.4.2.1 Преимущества транковых сетей

По сравнению с сотовыми системами:

• 
  возможность связи одновременно с несколькими абонентами (групповые вызовы);
  
• 
  высокая оперативность установления соединения (0,2–1 сек);
  
• 
  организация очередей к ресурсам системы при занятости и автоматическое соединение после появления возможности доступа;
  
• 
  доступ к системе исходя из установленных приоритетов и экстренное предоставление канала связи абоненту с более высоким приоритетом;
  
• 
  меньшие затраты на развертывание и эксплуатацию систем.
  

По сравнению с «обычными» системами радиосвязи:

• 
  экономия частотных ресурсов;
  
• 
  более высокий уровень сервиса – индивидуальные вызовы, приоритеты, интеграция с другими сетями;
  
• 
  возможность передачи цифровых данных;
  
• 
  покрытие связью больших площадей благодаря многозоновой конфигурации.
  

По сравнению с сетями персонального радиовызова (пейджинг):

• 
  двухсторонняя связь;
  
• 
  возможность передачи коротких сообщений (аналогичных пейджинговым) по транковым каналам.
  

Это далеко не полный перечень имеющихся достоинств. И все же транк не является панацеей от всех бед. Наряду с транковыми системами имеется ряд пользователей, которым по разным причинам необходим сотовый телефон, кому-то достаточно пейджера, а ряд пользователей обходится (и будет обходиться) «обычными» системами связи.

Надо четко представлять, что транк не является универсальным решением всего множества задач радиосвязи. В любом, даже самом «транковом» государстве все равно остается ряд проблем, которые решаются другими системами связи, не имеющими ничего общего с транковыми.
К недостаткам транковых систем следует отнести:

• 
  низкую рентабельность при малом количестве абонентов;
  
• 
  относительно высокую стоимость оборудования (по сравнению с «обычными» системами радиосвязи);
  
• 
  потребность в линиях межзоновой связи (проводных, радиочастотных, радиорелейных, оптоволоконных) и, как следствие, усложнение и удорожание развертывания;
  
• 
  потребность в профессиональном сервисном обслуживании.
  

3.4.2.2 Архитектура транкинговых систем

3.4.2.2.1 Однозоновые системы

Основные архитектурные принципы транкинговых систем легко просматриваются на обобщенной структурной схеме однозоновой транкинговой системы, представленной на рис.3.19. Инфраструктура транкинговой системы представлена базовой станцией (БС), в состав которой, помимо радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов, антенны), входят также коммутатор, устройство управления и интерфейсы различных внешних сетей.



Рис. 3.19 Структурная схема однозоновой транкинговой системы
Ретранслятор (РТ) - набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот. До последнего времени в подавляющем большинстве ТСС одна пара несущих означала один канал трафика (КТ). В настоящее время, с появлением систем стандарта TETRA и системы EDACS ProtoCALL, предусматривающих временное уплотнение, один РТ может обеспечить два или четыре КТ.

Антенны. Важнейший принцип построения транкинговых систем заключается в том, чтобы создавать зоны радиопокрытия настолько большими, насколько это возможно. Поэтому антенны базовой станции, как правило, размещаются на высоких мачтах или сооружениях и имеют круговую диаграмму направленности. Разумеется, при расположении базовой станции на краю зоны применяются направленные антенны. Базовая станция может располагать как единой приемопередающей антенной, так и раздельными антеннами для приема и передачи. В некоторых случаях на одной мачте могут 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. Ретрансляторы транкинговых систем работают только в дуплексном режиме, причем разнос частот приема и передачи (дуплексный разнос) в зависимости от рабочего диапазона составляет от 3 МГц до 45 МГц.

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

Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех узлов базовой станции. Оно также обрабатывает вызовы, осуществляет аутентификацию вызывающих абонентов (проверку "свой-чужой"), ведение очередей вызовов и внесение записей в базы данных повременной оплаты. В некоторых системах управляющее устройство регулирует максимально допустимую продолжительность соединения с телефонной сетью. Как правило, используются два варианта регулирования: уменьшение продолжительности соединений в заранее заданные часы наибольшей нагрузки, или адаптивное изменение продолжительности соединения в зависимости от текущей нагрузки.

Интерфейс ТФОП реализуется в транкинговых системах различными способами. В недорогих системах (например, SmarTrunk) подключение может производиться по двухпроводным коммутируемым линиям. Более современные ТСС имеют в составе интерфейса к ТфОП аппаратуру прямого набора номера DID (Direct Inward Dialing), обеспечивающую доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС.

Одной из основных проблем при регистрации и использовании транкинговых систем в России является проблема их сопряжения с ТфОП. При исходящих вызовах транкинговых абонентов в телефонную сеть сложность заключается в том, что некоторые транкинговые системы не могут набирать номер в декадном режиме по абонентским линиям в электромеханических АТС. Таким образом, необходимо использовать дополнительное устройство преобразования тонального набора в декадный.

Входящая связь от абонентов ТФОП к радиоабонентам оказывается также проблематичной, по ряду причин. Большинство транкинговых сетей сопрягаются с телефонной сетью по двухпроводным абонентским линиям. В этом случае после набора номера ТфОП требуется донабор номера радиоабонента. Однако после полного набора номера абонентской липни и замыкания шлейфа управляющим устройством транкинговой системы телефонное соединение считается установленным, и дальнейший набор номера в импульсном режиме затруднен, а в некоторых случаях невозможен. Применяемый в системе SmarTrunk II детектор "щелчков" не гарантирует правильности импульсного донабора, так как качество приходящих из абонентской линии "импульсов-щелчков" зависит от ее электрических характеристик, длины и т.д.

Для выхода из сложившейся ситуации в лаборатории фирмы ИВП вместе со специалистами компании ELTA-R был разработан телефонный интерфейс (ТИ) ELTA 200 для сопряжения транкинговых систем связи разных типов с ТФОП. Такой интерфейс позволяет сопрягать транкинговые системы связи и ТФОП по цифровым каналам (2,048 Мбит/с), трехпроводным соединительным линиям с декадным набором номера, а также по четырехпроводным каналам ТЧ (Тональная частота) с системами сигнализации различных типов при сопряжении с ведомственными телефонными сетями.

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

Терминал технического обслуживания и эксплуатации (терминал ТОЭ) располагается, как правило, на базовой станции однозоновой сети. Терминал предназначен для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации, внесения изменений в базу данных абонентов. Подавляющее большинство выпускаемых и разрабатываемых транкинговых систем имеют возможность удаленного подключения терминала ТОЭ через ТФОП или СКП.

Диспетчерский пульт. Необязательными, но очень характерными элементами инфраструктуры транкинговой системы являются диспетчерские пульты. Дело в том, что транкинговые системы используются в первую очередь теми потребителями, чья работа не обходится без диспетчера. Это службы охраны правопорядка, скорая медицинская помощь, пожарная охрана, транспортные компании, муниципальные службы.

Диспетчерские пульты могут включаться в систему по абонентским радиоканалам, или подключаться по выделенным линиям непосредственно к коммутатору базовой станции. Следует отметить, что в рамках одной транкинговой системы может быть организовано несколько независимых сетей связи, каждая из которых может иметь свой диспетчерский пульт. Пользователи каждой из таких сетей не будут замечать работы соседей, и что не менее важно, не смогут вмешиваться в работу других сетей.

Абонентское оборудование транкинговых систем включает в себя широкий набор устройств. Как правило, наиболее многочисленными являются полудуплексные радиостанции, т.к. именно они в наибольшей степени подходят для работы в замкнутых группах. В большинстве своем это радиостанции с ограниченным числом функций, не имеющие цифровой клавиатуры. Их пользователи, как правило, имеют возможность связываться лишь с абонентами внутри своей рабочей группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Впрочем, этого вполне достаточно для большинства потребителей услуг связи транкинговых систем. Выпускаются и полудуплексные радиостанции с широким набором функций и цифровой клавиатурой, но они, будучи несколько дороже, предназначены для более узкого привилегированного круга абонентов.

В транкинговых системах, особенно рассчитанных на коммерческое использование, применяются также дуплексные радиостанции, скорее напоминающие сотовые телефоны, но обладающие значительно большей функциональностью. Дуплексные радиостанции транкинговых систем обеспечивают пользователям полноценное соединение с ТФОП. Что же касается групповой работы в радиосети, то она производится в полудуплексном режиме. В корпоративных транкинговых сетях дуплексные радиостанции применяются в первую очередь для персонала высшего звена управления.

Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые радиостанции выпускаются не только в портативном, но и в автомобильном исполнении. Как правило, выходная мощность передатчиков автомобильных радиостанций в 3-5 раз выше, чем у портативных радиостанций.

Относительно новым классом устройств для транкинговых систем являются терминалы передачи данных. В аналоговых транкинговых системах терминалы передачи данных - это специализированные радиомодемы, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем более характерно встраивание интерфейса передачи данных в абонентские радиостанции различных классов. В состав автомобильного терминала передачи данных иногда включают и спутниковый навигационный приемник системы GPS (Global Positioning System), предназначенный для определения текущих координат и последующей передачи их диспетчеру на пульт.

В транкинговых системах используются также стационарные радиостанции, преимущественно для подключения диспетчерских пультов. Выходная мощность передатчиков стационарных радиостанций приблизительно такая же, как у автомобильных радиостанций.

3.4.2.2.2. Многозоновые системы

Ранние стандарты транкинговых систем не предусматривали каких-либо механизмов взаимодействия различных зон обслуживания. Между тем, требования потребителей значительно возросли, и хотя оборудование для однозоновых систем до сих пор производится и успешно продается, все вновь разрабатываемые транкинговые системы и стандарты являются многозоновыми.

Архитектура многозоновых транкинговых систем может строиться по двум различным принципам. В том случае, если определяющим фактором является стоимость оборудования, используется распределенная межзональная коммутация. Структура такой системы показана на рис.3.20

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 набора телефонного номера. Кроме того, БС могут быть непосредственно соединены с помощью физических выделенных линий связи (чаще всего используются малоканальные радиорелейные линии).

Использование распределенной межзональной коммутации 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 ЦК (Центром коммутации). Структура многозоновой ТСС с ЦК (Центром коммутации) изображена на рис.3.21.

Основной элемент этой схемы - межзональный коммутатор. Он обрабатывает все 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 (Диспетчерских пультов). Информация о местонахождении абонентов системы с ЦК (Центром коммутации) хранится в единственном месте, поэтому ее легче защитить. Кроме того, межзональный коммутатор осуществляет также функции централизованного интерфейса к ТФОП и СКП (Сети с коммутацией пакетов), что позволяет при необходимости полностью контролировать как речевой трафик ТС (Телефонной сети), так и трафик всех приложений ПД (Передачи данных), связанный с внешними СКП, например Интернет. Таким образом, система с ЦК обладает более высокой управляемостью.



Рис. 3.20 Структурная схема транкинговой сети с распределенной межзональной коммутацией



Рис. 3.21 Структурная схема транкинговой сети с централизованной межзональной коммутацией