ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАДИОСВЯЗИ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ

Статья посвящена вопросам организации радиосвязи. Представлено описание современного технического решения, не имеющего аналогов.

Введение
Для сетей радиосвязи, создаваемых в интересах линейных объектов, типичными являются следующие показатели: большая территория покрытия и низкая абонентская ёмкость.
В настоящей статье представлен обзор организационно-технических решений для построения сетей радиосвязи линейных объектов. Кроме того, представлены информационные материалы о новом поколении оборудования радиосвязи.

Организационно-технические решения
Вариант 1. Радиосеть с последовательной ретрансляцией
Вдоль линейного объекта строятся ретрансляторы на расстоянии 10–50 км один от другого. На промежуточных пунктах устанавливается 2 ретранслятора, соединяемые по НЧ (низкой частоте). Каждый из ретрансляторов используется для обработки сигналов, как абонентских радиостанций (далее по тексту – Терминалов), так и сигналов соседних ретрансляторов (рис. 1).

Вариант 2. Радиосеть радиопроводной связи

Ретрансляторы подключаются к каналу связи стационарной сети (рис. 2, 3). Сигнал направляется ко всем ретрансляторам системы по каналам стационарной сети связи. Все ретрансляторы повторяют исходный сигнал. Частным случаем радиосети радиопроводной связи являются системы IP Site connect, разработанные компанией Motorola (вариант 3).

Вариант 4. Радиосеть транкинговой связи

Базовые станции состоят из нескольких ретрансляторов. Ресурс ретрансляторов занимается «по запросу». Средства управления сетью назначают радиоканал (радиоканалы) на период сеанса связи (рис. 4). Сигнал терминала ретранслируется в зоне действия каждой базовой станции. Ретрансляторы, назначенные для обслуживания сеанса связи, включаются при приёме сигнала от терминала.

Вариант 5. Радиосеть синхронной связи

Все ретрансляторы используют одну дуплексную пару радиочастот. Принимаемый сигнал направляется по каналам стационарной сети связи в центр управления. В составе центра управления имеется устройство выбора лучшего канала приёма. Выбранный сигнал приёма (лучший по качеству), направляется к передатчикам всех ретрансляторов (рис. 5).

Анализ достоинств и недостатков технологических решений представлен в таблице 1.

Опыт применения различных технологических решений, возможность использования современных технологий цифровой обработки сигналов позволили разработать специализированное технологическое решение. Такое решение является оптимальным для построения радиосетей с большой территорией покрытия и небольшим объёмом передаваемой информации, в частности – радиосетей линейных объектов.

Комплекс оборудования аналогово-цифровой связи «АМГА-DMR-БС-160 (450)»

Общие сведения

Стандарт Digital Mobile Radio (ETSI TS 102 361/2/3) разработан в соответствии с нормами и правилами ETSI рабочей группой, организованной из числа специалистов ведущих мировых производителей оборудования ПМР.

Digital Mobile Radio (далее – DMR) создаёт предпосылки для эволюционного перехода от аналоговых методов передачи к цифровым. Системы DMR способны сосуществовать с действующими аналоговыми сетями на тех же радиочастотных каналах.

Базовые станции «АМГА-DMR-БС» являются «двухрежимными» аналог/цифра (рис. 6). В одной радиосети могут функционировать аналоговые и цифровые терминалы. Замена абонентского оборудования может быть организована планомерно, по мере амортизации аналоговых терминалов.

Многосайтовые системы DMR – синхронное вещание (Simulcast)

Решение, которое снимает ограничения по созданию единой зоны радиопокрытия – это использование одинаковых частотных присвоений на всех ретрансляторах системы (рис. 7).

Режим Simulcast обеспечивает переход из зоны действия одного ретранслятора к зоне соседнего (роуминг) без переключения.

Решение Simulcast является наилучшим для линейных объектов с минимальным объёмом трафика. Используется простой механизм работы на «открытом канале». Весь персонал слышит все переговоры, таким образом полностью информирован об оперативной обстановке.

В общем виде, сеть Simulcast может быть изображена следующим образом (рис. 8).

Одна из базовых станций сети назначается «Мастер-станцией». Мастер-станция выполняет функцию «Вотирования». Вотирование – непрерывная процедура выбора лучшего по качеству сигнала приёма из всей совокупности сигналов, приходящих от базовых станций сети.

В аналоговом режиме Мастер-станция способна «отобрать лучшее» по критерию соотношения сигнал/шум. В режиме DMR отбираются пакеты, свободные от ошибок. Режим вотирования эквивалентен созданию системы разнесённого приёма с «очень большим территориальным разнесением».

Функциональные возможности оборудования «АМГА-DMR-БС»

Оборудование, аналогичное или близкое по функциональности «АМГА-DMR-БС», выпускается компаниями Radio Activity и Selex (Италия). Аналогичного по функциональности оборудования, сертифицированного для использования в РФ, в настоящий момент не представлено. Оборудование использует ряд ключевых технологических решений, рассматриваемых в настоящей статье. Оборудование выпускается по лицензии компании Radio Activity.

Разнесённый приём

Приёмник обеспечивает использование технологии пространственно-разнесённого приёма. Обеспечиваются следующие возможности и преимущества:

• повышение чувствительности более чем на 3 дБ,
• снижение влияние замираний, вызванных многолучевостью распространения (рис. 9),
• устранение длительных перерывов связи в цифровом режиме,
• увеличение зоны уверенного приёма ретранслятора.

Метод разнесённого приёма функционирует как в цифровом, так и в аналоговом режимах. В случае использования цифровой передачи, использование разнесённого приёма становится важнейшим требованием.

Встроенные решения сетевого протокола IP

Основной интерфейс контроля и управления в базовых станциях – это IP Ethernet. Базовая станция представлена как устройство с одним сетевым адресом и несколькими номерами портов IP. Не требуется выделения постоянной пропускной способности первичной сети связи. При отсутствии переговоров в сети базовые станции используют для целей служебного обмена не более 1Кб/с. Базовая станция оснащается интерфейсом LAN Ethernet 10BT/100TX.

Развитые механизмы удалённого управления

Развитые механизмы удалённого управления обеспечивают полный контроль и управление работой, как отдельных базовых станций, так и всей инфраструктуры сети радиосвязи.

В дополнение к классическим функциям систем удалённого управления, таким как: смена параметров радиотракта; диагностика; установка шлейфов в радиотракте и в тракте низкочастотного сигнала; контроль температуры; влажности и т.д., обеспечивается возможность дистанционной актуализации программного обеспечения (для операционной системы, приложений LINUX, приложений DSP, приложений отдельных контроллеров, параметров сети IP, пользовательских установок). Программное обеспечение рабочего места администратора работает под управлением Windows.

Сопряжение с внешними системами диспетчерского управления

В состав комплекса оборудования «АМГА-DMR-БС» входит шлюз АМГА-ТИ. Устройство позволяет конвертировать речевой сигнал (аналоговый или DMR) в формат ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Порядок взаимодействия между программным обеспечением «АМГА-DMR-БС» и программным обеспечением других производителей представлен на рисунке (рис. 10). Примером диспетчерского комплекса, совместимого с оборудованием «АМГА-DMR-БС», является комплекс «Smart PTT» компании «Элком +» (г. Томск).

Телефонный интерфейс АМГА-ТИ подключается к единственному порту IP. Как правило, это адрес Мастер-станции. Телефонный интерфейс может выполнять три функции: интерфейс связи с сетью АТС, интерфейс для диспетчерской консоли с интерфейсом IP, интерфейс для аналоговой диспетчерской консоли (функционирование в режиме сопряжения с аналоговой диспетчерской консолью особенностей не имеет и далее не рассматривается).
Характеристики интерфейса с сетью АТС:

• Полнодуплексное соединение без использования VOX (голосовое уп-равление направлением передачи).
• Прямое соединение с ретранслятором по IP.
• Управление вызовами DMR (индивидуальные, групповые, вещательные).
• Набор номера пользователя в сети DMR посредством DTMF.
• Программируемый детектор отбоя телефонной линии.
• Приоритет в установлении соединений для сигнализации, принимаемой от радиотракта.
• Обработка аварийных вызовов.
Характеристики интерфейса диспетчерской консоли с интерфейсом IP:
• Передача следующих видов трафика:
• Речь в аналоговом или цифровом формате (DMR).
• Текстовые сообщения (DMR).
• Сигнализация селективных вызовов.
• Служебные сообщения управления сетью.
• Регистрация переговоров, запись речевых сообщений, формирование отчётов.
• Обработка текстовых сообщений, электронной почты и сообщений позиционирования.

Состав и назначение элементов сети диспетчерского управления показаны на рисунке (рис. 11).

Каждому диспетчеру назначается информационный канал в системе радиосвязи. В отдельных случаях диспетчерское место может быть реализовано через выделенную радиостанцию (радиостанции) сети радиосвязи (рис. 12).

Первичные сети связи

Оборудование «АМГА-DMR-БС» позволяет использовать два основных варианта построения первичных сетей связи:
• сети передачи данных использующие протокол IP;
• узкополосные УКВ линии связи.

Сети передачи данных, использующие протокол IP

Важнейшее отличие архитектуры первичной сети на базе протокола IP от традиционной сети с коммутацией каналов - это отсутствие центрального узла коммутации – наиболее критичного к отказам элемента сети. Используется процедура передачи пакетов с гибкой маршрутизацией.

Процедуры синхронизации выполняются с использованием сигналов GPS/ГЛОНАСС. До сегодняшнего дня использование IP как протокола передачи в сетях Simulcast вызывало значительные затруднения, вследствие нестабильности времени доставки пакетов (рис. 13). С появлением цифровых процессоров обработки сигналов появилась техническая возможность использования сетей передачи данных для передачи трафика реального времени.

Целесообразность использования транспортных сетей на основе стека протоколов IP обусловлена следующими факторами:

• Стандартизация оборудования первичной сети.
• Многие специалисты хорошо знают оборудование сетей IP.
• Маршруты доставки пакетов резервируются.
• Сеть легко масштабируется.
• Все данные, передаются в цифровой форме без использования конвертации аналог – цифра.

Единственный порт Ethernet используется для соединения с несколькими базовыми станциями, что уменьшает трудоёмкость, стоимость кабельных соединений и вероятность технических сбоев.

Снижены требования к полосе пропускания по сравнению с вариантом использования первичных цифровых трактов.
Не требуется построение отдельной инфраструктуры. Многие организации–пользователи уже построили или строят сети IP в интересах систем АСУ, видеонаблюдения и т.п.

Узкополосные УКВ линии связи

В отдельных случаях использование стационарных сетей связи невозможно. Для таких условий предусмотрено использование в качестве каналов первичной сети связи УКВ радиолиний. Такие радиолинии обеспечивают уверенное соединение даже в случае отсутствия прямой видимости между объектами. Аналогов данному решению на рынке не представлено.

Решение по использованию узкополосных УКВ линий связи представлено на рисунке (рис. 14).

Для каждой радиолинии периферийная базовая станция – Мастер-станция требуется собственная радиочастота. Обратная передача от Мастер-станции к периферийным производится на одной и той же частоте для всех периферийных базовых станций (рис. 15).

Мастер-станция может обслуживать до 9 периферийных. В случае систем крупного масштаба допускается построение сети с использование Субмастер-станций (рис. 16):

Субмастер-станция функционирует аналогично Мастер-станции, но имеет дополнительный приёмопередатчик, который обеспечивает приём-передачу информации в направлении к Мастер-станции.

Субмастер-станция отправляет отобранный сигнал от своей группы периферийных станций к Мастер-станции и наоборот, принятый от Мастер-станции сигнал отправляет для ретрансляции к своей группе периферийных базовых станций.

Субмастер-станция регенерирует сигналы синхронизации и сигналы сигнализации для корректной работы режима Simulcast в масштабе всей сети.

Использование механизма иерархического построения сети снимает ограничения по количеству базовых станций в сети.

Первичные сети связи комбинированной структуры

Имеется возможность использовать комбинированный способ объединения базовых станций в сети Simulcast. Часть базовых станций соединяется с использованием IP сети, а часть базовых станций – посредством УКВ радиолиний (рис. 17).

Мастер-станция соединена с двумя периферийными по сети IP, кроме того, с тремя другими – посредством УКВ радиолиний. В примере показана структура с двумя уровнями иерархии. Используется Субмастер-станция и дополнительная периферийная станция, подключённая по УКВ радиолинии.

Заключение
Традиционно предприятия энергетики используют радиочастотные присвоения в полосе 136–174 МГц. Данный частотный диапазон перегружен. Технологии построения радиосетей с синхронным вещанием и цифровые методы передачи голосовой информации являются мощными инструментами, которые позволяют строить полнофункциональные радиосети в условиях дефицита радиочастотного ресурса. Использование УКВ радиолиний в качестве каналов связи первичной сети открывает возможность построения систем радиосвязи на территориях, где инфраструктура стационарных сетей связи отсутствует.

Технические решения, разработанные коллективом компании Radio Activity и реализованные при производстве оборудования «АМГА-DMR-БС», предоставляют эффективный инструмент для построения систем радиосвязи, в частности, для объектов транспорта. Отдельные характеристики оборудования не имеют аналогов.

Михаил Владимирович Яковлев, генеральный директор

ЗАО «МПТ-cервис»
127282 г. Москва,
ул. Полярная, 41
тел.: +7 (495) 660 9620
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
www.mptsrv.ru