Построение крупных межрегиональных систем.

Можно объединить через межрегиональный процессор до 16 систем MPT-1327, осуществляя коммуникацию разговорных каналов через дополнительный коммутатор. Стандарт MPT-1327 удовлетворяет всем основным требованием, предъявленным к стандартам подобного рода: он обеспечивает вам возможность широкого выбора аппаратного обеспечения различных производителей и объединение разразненых сетей в единую. Кроме того, системы, основанные на данном стандарте, не просто эффективны, но и выгодны экономически. Во многих системах предусмотрена проверка каждой радиостанций на право пользование связью при каждом вызове, что обеспечивает достаточно эффективную защиту информации.

 

Контрольные вопросы

 

1.В чем состоят основные архитектурные принципы построения транкинговых систем и перечислите её составляющие и что такое «транкинг»?

2.Приведите обобщенную структурную схему однозоновой транкинговой системы и поясните назначение её составляющих.

3. Как осуществляется в транкинговых системах связи поиск свободного канала?

4. Приведите структурную схему транкинговой системы с распределенной и централизованной межзональной коммутацией;

5.Приведите структурную схему сети Multi - Net LTR с фиксированным распределением каналов и поясните её работу.


Лекция 3

Стандарты в системах транкинговой радиосвязи. Цифровые стандарты транкинговой связи.

 

Стандарты в системах транкинговой радиосвязи.

 

Для совмещения различных систем транкинговой радиосвязи необходимо, как известно, использовать единый стандарт. В качестве такого большинство операторов и производителей выбрали как открытый, стандарт, разработанный в Великобритании министерством почт и телекоммуникаций MPT 1327 (Ministry of Post and Telecommunication), который в основном нормирует протокол сигнализации. Он может быть применен в сетях PMR и PAMR различной конфигурации и для различных частотных диапазонов. Радиоинтерфейс подвижной станции использует протокол MPT 1343, а базовый - протокол MPT 1347. В цифровых системах PMR и PAMR формат кода синхронизации определяется протоколом 1317. Структура протокола MPT 1317, включающая протокол МРТ 1327 представлена на рис.14.

 

 

Рис.14 Структура протокола MPT 1317.

 

Стандарт MPT 1327 регламентирует формат на сигнализацию при условии, что информационные сообщения передаются по аналоговому радиоканалу. Базовая структура формата сигнализации приведена на рис. 15 и представляет собой цифровую бинарную последовательность, передаваемую со скоростью 1200 Бит/с с использованием частотной манипуляцией типа FFSK (Fast Erequency Shift Keying).

Формат сигнализации начинается с интервала LET длительностью 5 мс, что соответствует 5 бита. За это время передатчик должен развить 90 % максимальной мощности и быть готовым к осуществлению процесса модуляции. Далее следует преамбула, состоящая из 16 бит и представляет собой меандровую последовательность "1 " и "0", оканчивающуюся "0", которая служит для обеспечения тактовой синхронизации канала связи.

Затем передается (Message), состоящее из совокупности синхропоследовательностей, кода адреса, одного или более кодовых слов данных. Заканчивается формат сигнализации битом согласования (H), который представляет собой "1" и "0" в зависимости от последнего звонка, содержащегося в сообщении кодового слова.

Синхропоследовательность формата "Message" служит для обеспечения цикловой синхронизации и состоит из 16 бит. Форма синхропоследовательности для канала управления и канала связи различна и является инверсной относительно друг друга, как показано на рис. 2.6. За синхропоследовательностью следует кодовое слово, состоящее из 64 бит.

 

 

Рис.15 Базовая структура формата сигнализации.

 

Кодовое слово может быть двух типов: несущее адрес и данные. Для их отличия служит первый Бит. Если передается "1", то это адресное кодовое слово, передача "0" соответствует кодовому слову данных. Информационное поле начинается со второго Бита и кончается 48. Следующие 16 Бит, начиная с 49, являются проверочными и служат для контроля ошибок.

Радиоинтерфейс и контролер базовой станции транкинговой системы связи соответствуют стандарту 1347, а требования к абонентскому радиооборудованию определяется стандартом MPT1343.

В соответствии с стандартом MPT1347, передатчик базовой станции должен обеспечивать формирование радиосигналов с разносом частот 12,5 кГц. Причем, нумерация каналов начинается с 58 и заканчивается 560 в диапазоне частот от 201, 2125 МГц до 207, 4875 МГц.

Абсолютная нестабильность не должна превышать +- 1 кГц, а максимальная девиация частот +-2,5 кГц. Речевые сообщения передаются фазовой модуляцией, а при передаче цифровых сообщений используются тональные поднесущие и FFSK модуляция.

Согласно стандарту, при передаче цифровых сообщений, параметры модуляции должны соответствовать следующим требованиям:

1. В полосе канала уровень сигнала не должен превышать минус 35 дБ.

2. Скорость передачи равна 1200 бит/с.

3. Частоты поднесущих:

- передача "0" соответствует 1800 Гц,

- передача "1" соответствует 1200 Гц.

4. Неравномерность АЧХ модулятора должна быть менее 1,5 дБ.

5. Максимальная девиация частоты:

- нормальные условия 1,5 кГц +- 250 Гц,

- предельные значения 1,56 кГц +- 500 Гц.

Приемное устройство базовой станции при разносе частот 12,5 кГц принимает сигнал по одному из каналов от 58 до 560 в диапазоне частот 193, 2125 - 199,4875 МГц. Абсолютная нестабильность частот не должна превышать +- 1 кГц, а неравномерность АЧХ в полосе 300 Гц - 2,55 кГц, не более +- 3 дБ.

Стандарт MPT 1343, определяющий требования к радиоинтерфейсу абонентских станций, соответствует перечисленным требованиям к радиоинтерфейсу базовой станции, за исключением к нестабильности частоты, который допускает плюс-минус 1,5 кГц.

Для передачи данных по радиоканалам речевых сообщений транкинговых систем, используется протокол MAP 27 (Mobil Access Protocol) (рис.16), который позволяет подключать к радиостанциям терминалы данных, ЭВМ и другие цифровые системы, согласованные с протоколами МРТ.

Рис.16 Протокол MAP 27

 

 

Цифровые стандарты транкинговой связи.

 

Цифровая транкинговая связь сегодня стала реальностью. Переход от классических аналоговых систем конвенциональной и транкинговой радиосвязи к системам цифровой радиосвязи, есть естественный эволюционный этап развития. Цифровые технологии позволили реализовать давние потребности аналоговых систем радиосвязи и поднять профессиональную мобильную радиосвязь на новый качественный уровень.

Одним из первых цифровых стандартов является стандарт EDACS (Enhanced Digital Access Communication System), разработанный фирмой Ericsson. Первоначально он предназначался для аналоговой передачи речи, однако в последствии был модифицирован в цифровой.

Система на основе стандарта EDACS может быть однозоновой и многозоновой и состоит из базовой станции (BTS), удаленных пунктов разнесенного приема, многостанционного координатора (для многозоновой конфигурации) и абонентского оборудования. BTS помимо приемопередающего ретранслятора (PT) и распределенного устройства управления (УУ), может содержать компьютер централизованного управления, диспетчерские пульты (ДП) и интерфейс к ТФОП.

В системе осуществляется частотное разделение каналов с использованием высокоскоростного (96 Кбит/сек) выделенного канала управления (КУ), необходимы для обмена информаций между MS и УУ. Наличие такого КУ позволяет оперативно организовывать канал связи (например, в однозоновой системе это время не превышает

0,25 с). Следует отметить также, что скорость передачи информации в рабочем канале равна 9,6 кбит/сек.

Система EDACS позволяет организовывать транкинг передачи и сообщений.

1. Транкинг сообщений позволяет удерживать канал связи на протяжении всего разговора.

2. Транкинг передачи позволяет удерживать канал связи только на время произнесения абонентом фраз разговора.

Первый способ традиционен для систем связи и обязательно используется во всех случаях дуплексной связи или соединения с ТФОП.

Второй способ используется только при дуплексной работе MS, в этом случае передатчик включается только во время произнесения абонентом фраз разговора. В паузах между окончанием фраз одного абонента и началом другого абонента, передатчик MS выключен, что позволяет высоко эффективно использовать трафик канала связи. Однако снижается комфортность разговора. Например, в состояние высокой нагрузки канал предоставляется с некоторой задержкой, что приводит к фрагментации и раздробленности разговора.

Для увеличения пропускной способности системы большинству абонентов, как правило, разрешается только транкинг передачи. При этом процесс представления каналов оптимизирован таким образом, что качества радио - переговоров сохраняется.

Для передачи данных используется протокол транспортного уровня RDI (Radio Data Interfase), позволяющий обнаруживать и корректировать ошибки, подтверждать прием и автоматически повторять передачу.

При многозоновом покрытии обслуживается большая территория путем использования топологической схемы "звезда", в центре которой находится многостанционный координатор (MSC), а на концах лучей-зональные BTS.Максимальное количество зон в сети составляет 32.

В многозоновой сети поддерживается единая сквозная нумерация, а многостанционный координатор отслеживает текущее положение абонентов в зонах. Для этой цели используется автоматическая регистрация абонентов. Критерием перерегистрации является потеря связи с каналом управления (КУ).

На BTS для каждой зоны может быть установлено до 20 РТ и любой из рабочих каналов может быть использован как управляющий. Такая замена возможна в связи с тем, что каждый РТ способен передавать как аналоговый речевой сигнал, так и цифровую информацию со скоростью 9600 бит/сек. Кроме того, каждый РТ оснащается интеллектуальным УУ, заменяющий ретранслятор КУ в случае выхода его из строя.

В зависимости от потребностей, BTS может быть укомплектован различным дополнительным оборудованием, что позволяет повысить уровень системы и набор предоставляемых возможностей.

Дальнейший модернизацией системы EDACS, стала выпущенная фирмой Ericsson в 1996 г. цифровая транкинговая система EDACS ProtoCall, которая может использовать также радиоинтерфейс ТDМА. В этом случае на одной несущей частоте передаются один, два или четыре разговорных канала. Шаг сетки частот, как и прежде, равен 25 кГЦ, но эффективная полоса частот, в зависимости от числа передаваемых каналов будет составлять 25 кГЦ (1 канал), 12,5 кГЦ (2 канала) и 6,25 кГЦ (4 канала).

Радиочастотное оборудование системы EDACS ProtoCall рассчитана для работы в диапазоне 800 МГц и 900 МГц. Передача речи возможна как в аналоговой, так и в цифровой форме. Вместе с тем не предусматривается выделение цифровых частотных каналов или каналов ПД.

Перевод системы EDACS на EDACS ProtoCall, возможен путем автоматизированного преобразования базы данных (БД), а использование TDMA может осуществляться по мере возрастания нагрузки, причем на каждом частотном канале в отдельности.

Транкинговая система связи стандарта APCO 25

 

Стандарт разработан Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности APCO, которая объединяет пользователей систем связи, работающих в службах общественной безопасности и объединяет пользователей правоохранительных органов около 70 стран.

Особенностью стандарта APCO 25 является открытость архитектуры, позволяющая обеспечить взаимодействие между различными подразделениями, которые характерны для служб обеспечения безопасности.

Стандарт предусматривает два этапа перехода к цифровой передачи речи. Сначала используется сетка частот с шагом 12,5 кГЦ, а затем уменьшается до 6,25 кГц. Разделение каналов в обоих случаях осуществляется только методом FDMA, а скорость ПД в разных каналах равна 9,6 кБит/с.

Речевой сигнал преобразуется в цифровой, с использованием IMBE (Improved MultiBand Excitation - модифицированный метод многополосного возбуждения), который позволяет получить цифровой поток со скоростью 4400 бит/с. Добавление символов, для помехоустойчивого кодирования, увеличивает скорость информационного потока до 7200 бит/сек, а после добавления служебной информации и формирования речевых кадров, скорость достигает 9,6 кбит/сек. В протоколе радиоинтерфейса предусматривается низкоскоростной канал сигнализации, позволяющий одновременно с речью, передавать данные со скоростью 88,89 бит/сек.

В стандарте предусмотрены механизмы обеспечения безопасности связи, аутентификации абонентов и сообщений и системы управления ключевой информацией. В основе всех лежит криптографические шифрование информации.

Стандарт описывает систему связи APCO 25, как совокупность всех составных частей системы подвижной радиосвязи: MS (носимых и автомобильных), BTS, PПС и терминалов ПД и диспетчерские пульты, взаимодействующих между собой с помощью различных интерфейсов. Основным функциональным блоком системы является радио подсистема РПС (RFSS - RF Sub System), определяемая как сеть связи, построенная на основе одной или нескольких BTS и может включать любое количество мобильных и стационарных абонентских радиостанций. РПС должна обеспечивать обработку стандартных системных вызовов и поддерживать ряд интерфейсов. Обобщенная модель РПС стандарта APCO - 25 приведена на рис. 17.

В спецификациях открытых интерфейсов стандарта, указываются физические и электромагнитные параметры, протокол обмена информацией, пропускная способность, правила технического обслуживания, эксплуатационные характеристики и т.п, что обеспечивает совместимость оборудования различных производителей.

Радиоинтерфейс

Соблюдение всех требований к общему радиоинтерфейсу (CAI) стандарта APCO 25, обозначаемый как Um, позволяет обеспечить совместимость абонентного оборудования различных производителей. В семиуровневой модели цифровой передачи данных OSI, интерфейс Um работает на 1 -м (физическом) и 2-м (канальном) уровнях, причем канальный уровень подразделяется на субуровни LLC - управления логическими соединениями, и MAC - управления доступом к среде. На рис.18 приведена модель радиоинтерфейса Um.

 

 

Рис.17 Обобщенная модель РПС стандарта APCO — 25

 

 

Рис.18 Модель радиоинтерфейса Um

 

Общий радиоинтерфейс регламентирует:

- Частотный разнос между каналами;

- Скорость битового потока в канале;

- Вид и параметры модуляции;

- Процедуры канального доступа;

- Структуру передаваемой информации;

- Канальное кодирование;

- Речевое кодирование.

 

Структура речевого сообщения в стандарте APCO 25 приведена на рис. 19. Речевая преамбула предназначена для начальной синхронизации передающей и приемной MS, инициализации всех функций шифрования и передачи адресной информации. Преамбуле предшествует начальный синхропакет (FS) длиной 48 бит, затем передается идентификатор сети (NID), необходимый для предотвращения конфликтов между радиостанциями различных сетей, работающими на одной частоте (64 бита), далее следует сама преамбула и заканчивается 10 нулевыми битами.

 

Рис.19 Структура речевого сообщения в стандарте APCO 25

 

Преамбула в свою очередь представляет собой слово заголовка и содержит:

- Индикатор сообщения (MI), характеризующий начальные условия для алгоритма шифрования (72 бита);

- Идентификатор изготовителя (MFID), содержащий специальный код производителя оборудования, который используется в случае, когда в речевые сообщение включаются какие либо нестандартные особенности (8 бит);

- Идентификатор алгоритма (ALGID), используемый для определения типа алгоритма шифрования (8 бит);

- Идентификатор ключа шифрования (KID) (16 бит);

- Идентификатор разговорной группы (TGID) (16 бит);

 

Все кодовое слово длиной 120 бит подвергается помехоустойчивому кодированию и его размер увеличивается до 648 бит. Окончательно структура преамбулы формируется путем вставки 2 бит статусной информации после каждых 70 бит пакета данных преамбулы (770 бит), получившихся после добавления синхропакета, идентификатора сети и нулевых бит (всего добавляется 22 статусных бита). Результирующая длина преамбулы составляет 792 бита, которая по каналу со скоростью 9600 бит/сек передается за 82,5 мс.

За преамбулой следует цифровой речевой сигнал, передаваемый кадрами длительностью 180 мс. Два речевых кадра образуют суперкадр длительностью 360 мс, а передача заканчивается маркером конца сообщения (сигнал отбоя).

Речевой кадр (логический блок данных) состоит из 9 речевых фреймов длиной 144 бита (один фрейм равен 16 битам). Их них 88 информационных бита несут информацию о 20мс отрезка речевого сигнала, полученного преобразованием с помощью кода IMBE. Оставшиеся 56 бита является корректирующим кодом контроля четкости. В состав LDI входят также служебные сообщения. В LDI-1 передается информация управления каналом связи (LC-Link Control), которая состоит из 72 битов информации и 168 бит корректирующего кода, а также информация низкоскоростного канала сигнализации (LSD-Low Speed Data), состоящая из 16 бит данных и 16 бит корректирующего кода. В LDI-2 также содержится информация LSD и кроме этого синхрослово шифрования (ES) состоящее из 96 информационных бит и 144 бит корректирующего кода.

Информация, передаваемая для управления каналом связи, отличается для групповых и индивидуальных вызовов. В первом случае она включает : идентификатор формата LCF (Link Control Forman) состоящий из 8 бит; идентификатор производителя MFID - 8 бит; признак экстренного вызова (аварийный бит) - 1 бит; резервное поле - 15 бит; идентификатор разговорной группы TGID - 16 бит; идентификатор источника сообщения (Source ID) - 24 бита.

Для индивидуального вызова идентификатор сообщения состоит также из 8 бит и отличается кодом, признак экстренного вызова отсутствует, резервное поле имеет размер -8 бит, а вместо идентификатора разговорной группы передается код получателя информации (Destination ID), состоящий из 24 бит.

Структура поле кода для группового и индивидуального вызова приведена на рис. 20. Информация, содержащаяся в поле кода управления каналом связи, кодируется с помощью кодов Рида - Соломона и Хемминга и формируется кодовое слово LC длиной 240 бит.

Слово для синхронизации алгоритма шифрования (FS) состоит из 96 бит и включает индикатор сообщения MI (72 бита), идентификатор типа используемого алгоритма шифрования ALGID (8 бит), идентификатор ключа шифрования KID (16 бит). Затем осуществляется кодирование синхрослова кодом Рида - Соломона, что увеличивает его до 144 бит, а применение кодирования Хемминга окончательно доводит размер синхрослова ES до 240 бит.

 

LCF MFID Аварийный Резерв TGID Source ID
8бит 8бит бит 15 бит 16 бит 24 бит
  а) групповой вызов  
LCF MFID Резерв Destination ID Source ID
8 бит 8 бит 8 бит 24 бита 24 бит

в) индивидуальный вызов

Рис.20

 

Низкоскоростные каналы данных сигнализации LSD используют 32 информационных бита, что соответствует скорости 88,89 бит/сек. Информационные бита далее кодируются с помощью кода Голея, что доводит посылки сигнализации до 64 бит. Следует также отметить, что назначение этого канала еще окончательно не определен, но можно предполагать, что канал может быть использован для передачи сигналов местоположения подвижных объектов.

Окончательная структура суперкадра представлена на рис. 21. Первый и второй речевые кадры состоят из последовательности 9 речевых фреймов длиной 144 бита, в которые вставляется дополнительная информация. Оба кадра начинаются с синхропакета FS (48 бит) и сетевого идентификатора NID (64 бита). В речевые фреймы с VC-3 по VC-8 включаются по 4 - 10 битовых слова, несущие информацию об синхрослове шифрования ES. Низкоскоростные два 16 - битовых кода, канала сигнализации, вставляются перед речевым фреймом VC-9 первого кадра и VC-18 второго кадра. В результате длина каждого речевого кадра становится равной 1680 бит. Затем в оба речевых блока, через каждые 70 бит, вставляются статусные символы и окончательная длина становится равной 1728бит с длительностью 180 мс при скорости передачи 9600 бит/сек.

Каждый сеанс заканчивается сигналом отбоя, который представляет собой маркер простой или сложной конструкции. Первый состоит из 140 бит и включает начальный синхропакет Fs (48 бит), идентификатор сети (рис. 22а) NID (64 бита), и дополняться 28 нулевыми битами. Второй состоит также из FS и NID, но добавляется еще 288 бит (рис. 22 б) информации управления каналом связи LC и все это дополняется 20 нулевыми битами. В результате длина составляет 420 бит