1. особенности и принципы построения транкинговых сетей



страница1/5
Дата11.04.2017
Размер1.8 Mb.
Просмотров647
Скачиваний1
ТипРеферат
  1   2   3   4   5

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……...………………………………………………………………...2

1. ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТРАНКИНГОВЫХ СЕТЕЙ……………………………………………………………………………..5

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИЁМНОГО МОДУЛЯ…….27

2.1 Структурная схема мобильной станции………..………..………………27

2.2 Выбор схемы главного тракта приема……...……….…………………...28

2.3 Выбор типа преселектора…………..………………………………….....31

2.4 Определение преобразований и выбор промежуточных частот………33

2.5 Выбор типа фильтра и тракта ПЧ……………........……………………..34

2.6 Составление структурной схемы приемного устройства………………37

3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ПРИЕМНОГО МОДУЛЯ………………...39

3.1 Выбор антенного развязывающего устройства…………………………39

3.2 Требования к синтезатору частот………………………………………..41

3.3 Выбор УРЧ………………………………………………………………...42

3.4 Выбор микросхемы для построения главного тракта приема…………44

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИЕМНОГО МОДУЛЯ…………………..46

4.1 Расчет преселектора………………………………………………………46

4.1.1 Технические данные разрабатываемого устройства……………...46

4.1.2 Расчет усилителя радиочастоты……………………………………47

4.1.3 Расчет фильтра преселектора………………………………………51

4.1.4 Согласование антенного устройства с фильтром преселектора…60

4.1.5 Согласование фильтра преселектора с входом УРЧ……………...61

4.2 Согласование выхода УРЧ с входом первого смесителя……………....64

4.3 Расчет фильтра первой ПЧ……………………………………………….67

4.3.1 Согласование фильтра основной селекции с выходом первого смесителя и входом УРЧ…………………………………………………74

4.3.2 Расчет цепи второго гетеродина…………………………………...76

4.4 Оценка избирательных свойств приемника……………………...……...77

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ...…………………………….79

5.1 Характеристика опасных и вредных факторов…………………………79

5.2 Требования к организации и оборудованию рабочего места…………..80

5.3 Микроклимат……………………………………………………………...81

5.4 Производственный шум…………………………………………………..82

5.5 Освещение…………………………………………………………………85

5.6 Ионизирующее излучение………………………………………………..85

5.7 Электробезопасность……………………………………………………..87

5.8 Пожарная безопасность…………………………………………………..88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………….…………………………………………89

ВВЕДЕНИЕ

Транкинговые системы связи прочно заняли свое место в общей структуре средств профессиональной связи. Развившись из систем объектной или профессиональной связи, эти системы функционально все больше уподобляются офисным АТС, обслуживающим любое количество удаленных перемещающихся абонентов. А экономичность, гибкая система вызова, малое время соединения позволили им, в ряде случаев, выдержать конкуренцию с сотовыми системами и сформировать свой сектор на рынке средств связи. Принципиально отличаясь от сотовых систем, ориентированных на предоставление услуг телефонной связи, транкинг - преимущественно диспетчерская радиосвязь для оперативного управления функциональными группами и макрогруппами мобильных абонентов, с дополнительной возможностью выхода в телефонные сети.

Транкинговые системы предназначены для организации оперативного управления взаимодействия абонентов и локальных групп. При этом основная доля трафика приходится на внутренние соединения и не более 10% на выход в телефонные сети.

Под термином «транкинг» понимается способ автоматического распределения ограниченного количества свободных каналов связи между большим количеством подвижных абонентов. Этот принцип давно и повсеместно используется в телефонных сетях, откуда в радиосвязь и пришло слово «trank»(пучок, т.е. пучок равнодоступных каналов).

Концепция транкинга основана на предположении, что каждый пользователь системы использует радиоканал в течение небольших периодов времени, и большинство пользователей не используют систему одновременно. В разных транкинговых системах могут использоваться различные методы автоматического распределения каналов: выделение канала на время одной передачи, на все время радиообмена; управляющий канал; совмещение функций управляющего и рабочего каналов. Транкинг - это одна из концепций разделения каналов в системах мобильной радиосвязи. Это метод управления распределением каналов обеспечивает автоматическое выделение пользователю свободного канала, что сокращает время ожидания и обеспечивает большую пропускную способность системы связи при том же количестве радиоканалов.

На рынке мобильной радиосвязи транкинговые системы занимают нишу между «обычными» радиостанциями и сотовыми телефонами. С технической точки зрения, современные транкинговые системы близки к сотовым, а основные отличия заключаются в их функциональных назначениях.

В 21 веке определились три типа систем мобильной радиосвязи

для разных сфер применения:


  1. системы типа Public Safety (полиция, пожарная охрана, скорая помощь и т.п.), частные, т.е. принадлежащие организациям и

  2. оперируемые Public Safety системы (PMR-Private Mobile Radio)

  3. коммерческие системы общего пользования (SMR-Shared Mobile Radio)

Все системы административного и производственно-технологического назначения строятся на базе транкинговых и конвенциональных систем. Практически все развитые страны полностью покрыты такими сетями.

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 с целью координации действий по устранению критических ситуаций. В таких случаях медлительность, обусловленная неправильной организацией взаимодействия из-за отсутствия оперативной связи, наносит огромный материальный и моральный ущерб обществу.

Транкинговые системы можно разделить на две категории в зависимости от назначения:

-специального применения (профессиональные)-PMR;

-коммерческие (общего пользования)-PAMR.

Современные транкинговые системы обеспечивают групповую, индивидуальную радиосвязь с различными приоритетами, аварийный и циркулярный вызов как для всей системы, так и для отдельных ее частей, преобразование голосовых сообщений и передачу данных. Время установления связи в транкинговых сетях связи составляет менее 0.3 с, что на порядок меньше, чем в сотовых. Это особенно важно для аварийных служб и силовых структур.

В развитых странах Европы, Азии и Америки накоплен опыт создания и эксплуатации транкинговых систем радиосвязи, в первую очередь для нужд скорой помощи, пожарных бригад, полиции. На их строительство и эксплуатацию выделяются средства из бюджета, а зона охвата системы может достигать административного района или области. В США широкое применение транкинговых систем на транспорте, в строительстве и на производстве объясняется их успешным использованием в производственной деятельности еще до появления сотовой телефонии. Цифровые стандарты транкинговой радиосвязи пока не получили такого широкого распространения в России, но уже сейчас можно говорить об их внедрении.

Существует прямая зависимость между уровнем экономического развития страны и объемом услуг профессиональной связи. Для стран Западной Европы и Америки использование радиосвязи дает прирост производительности труда на 10-20%. Значительно меньшее распространение этого вида связи в России объясняется более низким уровнем развития производства.

Из цифровых систем наиболее популярная система TETRA. Про которую и будет идти речь в данной курсовой работе. Мне предстоит выбрать схемы главного тракта, преселектора, тип фильтра и тип тракта преобразователя частоты, а так же составить структурную схему.


  1. ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТРАНКИНГОВЫХ СЕТЕЙ

Транкинговые системы занимают особое место в семействе систем подвижной радиосвязи. Первоначально они разрабатывались для применения в масштабе предприятия с ограниченным спектром возможностей, но сегодня превратились в универсальные системы, предоставляющие выбор телекоммуникационных услуг. Хотя их протоколы радиоинтерфейса и сетевая архитектура ориентированы в первую очередь на поддержание оперативной связи в «замкнутой» группе абонентов, пожалуй, главным достоинством транкинговых систем является возможность интеграции разных служб (видом услуг) в рамках одной сети с минимальным материальными затратами (по сравнению с другими радиосистемами). Именно это обеспечивает высокую популярность таких систем в корпоративном секторе рынка и позволяет им конкурировать со столь модными сегодня сотовыми сетями.

Системы подвижной транкинговой радиотелефонной связи разрабатывались специально для самых разнообразных групп пользователей. Практически все организации, имеющие транспорт или управляющие персоналом на большой территории, являются потенциальными абонентами транкинговых систем. В то время как абонентам сотовых сетей требуются, в основном, индивидуальные вызовы между двумя абонентами, профессиональные пользователи транкинговых систем работают, преимущественно, в режимах групповой и диспетчерской связи в своей организации или локальной группе. В то же время требования профессиональных пользователей к скорости доступа и надежности радиосвязи более высокие, чем у абонентов сотовых систем.

Деятельность правоохранительных органов и служб общественной безопасности сегодня невозможно представить без использования систем подвижной радиосвязи, среди которых в последнее время наибольшую популярность приобретают транкинговые системы. Эти системы позволяют строить разветвленные ведомственные сети связи с высоким уровнем предоставляемых услуг на больших территориях, сохраняя при этом возможности организации группового соединения абонентов, которое является основным режимом связи подразделений правоохранительных органов.

Цифровые транкинговые системы по сравнению с аналоговыми обеспечивают ряд преимуществ за счет реализации по повышенной оперативности и безопасности связи, предоставлению широких возможностей по передаче данных, более широкому спектру услуг связи включая специфические услуги связи для реализации специальных требований служб общественной безопасности, возможностям организации взаимодействия абонентов различных сетей.



1.Высокая оперативность связи. Прежде всего, это требование означает минимально время установления канала связи (время доступа) при различных видах соединений (индивидуальных, групповых, с абонентами телефонных сетей и пр.). В конвенциональных системах 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 того, 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.



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 протокола TCP/IP).



3. Безопасность связи. Включают 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 гораздо легче обеспечить безопасность связи по сравнению с аналоговыми. 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.[2]
Транкинговая радиосвязь имеет много преимуществ по сравнению с другими видами мобильной связи, особенно в системах производственно-технологической и корпоративной безопасности.[2]

Российские и западные специалисты называют более десятка преимуществ транкинговых систем перед другими видами подвижной связи:



  • надежность системы;

  • быстрота развертывания систем;

  • эффективное использование радиоспектра;

  • защита от прослушивания;

  • возможность организации группового или индивидуального вызова;

  • мгновенное соединение;

  • централизованное управление системой;

  • минимальная вероятность занятой линии(канала);

  • соответствие стандарту MIL-STD-810 «Military»;

  • администрирование с расстановкой приоритетов;

  • предоставление радиотелефонной связи с выходом в городскую телефонную сеть;

  • передача факсов и переадресация звонков;

  • непрерывная связь в режиме обычной радиостанции;

  • организация независимых выделенных сетей связи.

К основным недостаткам систем транкинговой связи следует отнести:



  • наличие мелких систем, не связанных друг с другом;

  • проблема выбора частотного диапазона;

  • проблема «двойников»;

  • проблема роуминга.

Транкинговые системы можно классифицировать по нескольким группам признаков. В общем, практически все существующие транкинговые системы связи можно разделить по следующим параметрам:

  • назначение;

  • количество абонентов;

  • способ организации радиоканала;

  • организация доступа к системе;

  • способ передачи голосовых сообщений;

  • способ предоставления (удержания) канала;

  • конфигурация радиосети;

  • применяемые протоколы.

По назначению системы транкинговой сети подразделяются на:



  • ведомственные(производственные);

  • общего пользования(городские, региональные, межрегиональные);

  • смешанные(часть ресурса предоставляется на коммерческой основе для общего пользования).

По количеству обслуживаемых абонентов подразделяются на:

  • малые (до 300 абонентов);

  • средние (до 3000 абонентов);

  • большие (более 3000 абонентов).

По способу организации доступа к системе транкинговые системы подразделяются:

  • без канала управления(SmarTrunk II, Al-Trunk);

  • с распределенным каналом управления(LTR, MultiNet);

  • с выделенным каналом управления(SmartNet, ASTRO, TETRA, EDACS).

По способу передачи голосовых сообщений системы транкинговой связи подразделяются на:

  • аналоговые;

  • цифровые.

По способу предоставления(удержания) канала:

  • с удержанием канала на весь сеанс переговоров;

  • с удержанием канала на время одной передачи.

По конфигурации радиосети транкинговые системы подразделяются на:

  • однозоновые (односайтовые)системы;

  • многозоновые (многосайтовые)системы.

По способу организации радиоканала:

  • симплексный;

  • полудуплексный;

  • дуплексный.

По применяемым протоколам подразделяются на:

  • открытые;

  • закрытые(корпоративные).[2]

Транкинговая связь способна в равной степени удовлетворить потребности как различного рода корпоративных, так и индивидуальных потребителей в процессе профессиональной деятельности в повседневной жизни.

В зоне действия транкинговой системы в действие вступает автоматика, сканирующая находящиеся в ее распоряжении частотные каналы и выбирающая свободный в это время канал, по которому и осуществляется связь между абонентами. В современных радиостанциях вмонтирована специальная микропроцессорная плата, которая позволяет ей сканировать запрограммированные частоты, передавать при каждом выходе в эфир собственный код станции, код входа в транкинговую систему и номер вызываемого абонента, а также обеспечивать необходимый сервис для пользователя. Транкинговые системы связи динамически распределяют радиоканалы между всеми абонентами системами, что позволяет равномерно и более плотно загружать каналы.

Если бы абонент был жестко закреплен за каким-то конкретным каналом, то вероятность отказа в немедленном доступе составила бы более 50%, в то время как при автоматическом доступе к любому свободному каналу в транкинговой системе вероятность отказа в доступе значительно меньше. В случае, если абонент оказался вне зоны действия транкинговой системы, он может вручную переключателем каналов радиостанции выбрать нужный частотный канал для связи с определенным абонентов.

Принципиальным фактором, определяющим значимость транкинговых сетей для потребителя, является размер рабочей зоны, который зависит от способа организации радиосети. Существуют два способа организации сети: однозоновый (радиальный) и многозоновый(сотовый).

Радиальный способ применяют, как правило, в ведомственных(локальных) или небольших городских сетях, в которых передача сообщений осуществляется одним передатчиком. В этом случае из-за особенностей распространения радиоволн, используемых для транкинговой связи, дальность действия определяется, в основном, высотой установки передающей антенны. Передатчики таких систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, потому что разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12.5кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал). Размеры рабочей зоны транкинговых сетей могут быть значительно увеличены путем применения сотовой организации связи – увеличением числа и рациональным размещением базовых станций. Этот способ связи применяется, как правило, в больших городах, а также при организации региональных и федеральных сетей.

Рассмотрим основные особенности построения и применения транкинговых сетей связи, организованных по радиальному и сотовому принципам.

Возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в транкинговых системах связи.

Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. При этом упрощается базовое оборудование и снижается его стоимость, но приходится переключать каналы радиостанции при перемещении в другую ячейку.

Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания ячеек могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн.

Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Пример расположения ячеек, использующих три частоты F1-F3, представлен на рисунке 1.2.



img_0003.jpg

Рисунок 1.2 - Расположение ячеек при трех частотах

Группа ячеек с различными наборами частот называется кластером. Его определяющий параметр – количество частот, используемых в соседних ячейках. На рисунке 1.3, например, размерность кластера равна семи (на практике это число может достигать пятнадцати).

Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстоянии D, называемое защитным интервалом.



img_0004.jpg

Рисунок 1.3 – Повторное использование частот в несмежных ячейках


Важным вопросом при развертывании транкинговой системы является правильный выбор числа ретрансляторов и числа радиоканалов в системе в зависимости от числа абонентов. При одном ретрансляторе с транкинговым контроллером, подключенным к абонентской телефонной линии, невозможно обслужить много радиостанций, т.к. телефонная линия будет почти всегда занята одним из абонентов. Организовывать же каждому абоненту транкинговой системы свой радиоканал с выходом в телефонную сеть (т.е. свою телефонную линию) крайне разорительно, в связи с дефицитом частотного ресурса. Да и необходимости в этом никакой нет, так как не бывает абонентов, загружающих канал круглосуточно. Поэтому в транкинговых системах применяется принцип динамического выделения радиоканала на каждый поступающий вызов. Такой же принцип используется при междугородных телефонных звонках, когда абоненту выделяется один из свободных каналов в междугородном телефонном кабеле, который освобождается по завершении разговора.

Расчет количества ретрансляторов в зависимости от числа абонентов выполняется методами математической статистики и дает примерно следующий результат:



  • 1 ретранслятор – до 5 абонентов;

  • 2 ретранслятора – до 16 абонентов;

  • 3 ретранслятора – до 45 абонентов;

  • 4 ретранслятора – до 100 абонентов;

  • 5 ретрансляторов – до 170 абонентов.

Такой расчет предполагает, что каждому абоненту выделяется на один вызов 3-5 минут, а вероятность успешного доступа в систему равна примерно 0.95. На практике внутрифирменные транкинговые системы чаще всего имеют 2 или 3 ретранслятора. Системы с большим числом ретрансляторов применяются в больших коммерческих проектах.


Количество радиоканалов определяется числом абонентов и допустимой вероятностью отказа в соединении из-за занятости всех каналов. Эти величины связаны формулой Эрланга. При типовом значении загрузки 0.025 Эрл (90 с занятия канала в час наибольшей загрузки) и вероятности отказа 5% на 4-х каналах может работать 60 абонентов, на 8-и каналах – 180, на 16-и – около 400. Загрузка канала имеет максимальные значения утром и вечером, также она чувствительна к тарифам. Для сглаживания перегрузок и предназначены тарифы, зависящие от времени суток. Для стационарных автоматических станций загрузка выше, порядка 0.1 Эрл, а загрузка автоматической станции, стоящей в офисе и подключенной к учрежденческой АТС, может доходить и до 0.8 Эрл. При тарифах, не учитывающих время разговора, такие абоненты могут парализовать систему. При малом количестве каналов может применяться ограничение времени разговора.

Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы каждого Fk, то общая ширина полосы, занимаемая системой транкинговой связи, составит Fc=Fk·m·C.

Таким образом, величина С определяет минимальное возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса зоны. Таким образом, при использовании зон меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот.

Применение шестиугольников позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами C и D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки.

Размеры ячейки определяют защитный интервал D (см. рис.1.3) между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала D, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, размер ячеек выбирается одинаковым. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств транкинговой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.

Эффективно снижать уровень помех помогают секторные антенны с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление ячеек на секторы позволяет чаще применять частоты в ячейках повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом ячейках основан на применении 3-хсекторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот (рис.1.4). В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120º.



2012-03-16 16-35-09_0022

Рисунок 1.4 – Повторное использование частот в 3-х секторных ячейках


При создании любой транкинговой сети возникает ряд важных проблем, без решения которых невозможно успешно эксплуатировать ее. Некоторые из них:

  • возможность использования одной и той же частоты в различных ячейках сот без возникновения интерференционных помех;

  • размеры области, перекрываемой одной ячейкой, и зона обслуживания всей сети;

  • пропускная способность и загруженность каждой отдельной ячейки;

  • проникающая способность передаваемых сигналов, определяющая качество передачи сообщений пользователем, находящимся в шахте лифта, в подвальном помещении, в движущимся автомобиле и т.д.

Основными элементами системы являются:

  • одна или несколько базовых станций с антенно-фидерным устройством, обеспечивающих радиоканал связи с абонентскими станциями;

  • коммутатор (реже несколько), обеспечивающий: радиопротокол обмена с абонентскими станциями, протоколы обмена с телефонной сетью общего пользования (ТфОП), установление соединений радиоабонентов между собой и с телефонной сетью, дополнительные виды обслуживания, управление системой, тарификацию и т.д.

  • линии связи коммутаторов между собой и с базовыми станциями;

  • абонентские станции.

Каждая из ячеек зоны обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между радиостанцией и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 4 или 8, например, 8, 16, 32. Один из каналов является управляющим. В некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова. На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент частотный канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента.



Любой из каналов транкинговой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т.е. частоты базовой и подвижной радиостанции разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (рис.1.5). Данный центр осуществляет постоянное слежение за подвижными радиостанциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из ячейки в ячейку и переключение рабочих каналов при появлении помех или неисправностей, производит соединение с обычной телефонной городской сетью и др.

Базовые станции обычно выпускаются на 4 или 8 каналов. В каждом канале имеется передатчик и приемник, которые часто называются репитером. Состав остальных блоков базовой станции зависит от типа антенно-фидерного устройства (АФУ). Если имеется возможность поставить только одну антенну, то необходимо дополнительно поставить дуплексный фильтр, малошумящий усилитель (МШУ), антенный разветвитель, сумматор мощности и циркуляторы. При использовании сумматора излучаемая мощность сигнала падает в несколько раз. Для обычных сумматоров в 4-канальной базовой станции излучаемая мощность передатчика уменьшается примерно в 5 раз, например с 50 до 10 Вт. Если есть возможность установить АФУ из нескольких антенн, некоторые требования к базовой станции упрощаются. В базовой станции можно использовать несколько репитеров с двумя антеннами на каждый канал, удаленными друг от друга на несколько метров. Задача выбора базовой станции и АФУ должна решаться, исходя из необходимой дальности связи и помеховой обстановки. Для работы некоторых радиопротоколов важно, чтобы зона связи всех каналов базовой станции была одинаковой. [3]

img_0006.jpg

Рисунок 1.5 – Основные составляющие систем транкинговой связи

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 диапазоны частот от 150 до 900 МГц, однако реально в странах Европы за службами безопасности закреплены диапазоны 380-385/390-395 МГц, а для коммерческих организаций предусмотрены диапазоны 410-430/450-470 МГц и 870-876/915-921 МГц.

Среди указанных стандартов TETRA единственный, в котором используется метод многостанционного доступа с временным разделением (МДВР) каналов связи (TDMA- Time Division Multiple Access).На одной физической частоте может быть организовано до 4 независимых временных (информационных) каналов, что позволяет вести переговоры по радиоканалу одновременно с передачей данных.

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). Четыре слота (временных физических канала) составляют кадр (рисунок 1.6), который имеет длительность 56.67 мс.

Последовательность из 18 кадров образует мультикадр длительностью 1.02 (один кадр в мультикадре является контрольным). 60 мультикадров образуют гиперкадр.

Каждый временной интервал в составе кадра содержит 510 бит, 432 из которых являются информационными (два блока по 216 бит). В начале временного интервала передается пакет РА управления излучаемой мощностью (36 бит), за ним следует первый информационный блок (216 бит), далее – синхропоследовательностью SYNC (36 бит) и второй информационный блок. Соседние временные интервалы разделяются защитными интервала GP длительностью 0.167 мс, что соответствуют 6 битам.[2]
radiointerfeis_tetra_2

Рисунок 1.6 – Временная структура сигнала на одном частотном канале [2]


При этом обеспечивается высокоскоростная передача данных, включая передачу видеоизображений, со скоростью до 7 и 28 кбит/с в одном и четырех временных слотах. Стандарт TETRA обеспечивает автоматическую (по командам БС) регулировку выходной мощности абонентских станций в соответствии с требуемой напряженностью поля. Это приводит к существенному уменьшению взаимных радиопомех при высокой плотности радиосредств.

В системах стандарта TETRA используется относительная фазовая модуляция типа π/4- DQPSK (Differential Quadrature 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.

Спецификация стандарта TETRA не накладывает ограничений на архитектуру сети связи. Благодаря модульному принципу построения могут быть реализованы разнообразные конфигурации сетей связи с различной географической протяженностью. Сети стандарта TETRA предполагают распределенную инфраструктуру управления и коммутации, обеспечивающую быструю передачу вызовов и сохранение локальной работоспособности системы при отказе ее отдельных элементов. Для увеличения зон обслуживания в стандарте TETRA предусматривается возможность использования абонентских радиостанций в качества ретрансляторов.

Система стандарта TETRA может 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 строить как системы с выделенным частотным каналом управления, так и с распределенным. При работе сети связи с выделенным каналом управления приемопередающие станции предоставляют абонентам несколько частотных каналов, один из которых – канал управления – специально предназначается для обмена служебной информацией. При работе сети с распределенным каналом управления служебная информация передается либо в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте), либо в контрольном кадре мультикадра (одном из 18).

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 так называемом режиме ''двойного наблюдения'' (''Dual Watch''), при котором обеспечивается прием сообщений от абонентов, работающих как в режиме транкинговой, так и прямой связи.

Основные функции сетевого обслуживания или сетевые процедуры обеспечиваются стандартизированными службами TETRA. Набор используемых сетевых процедур для конкретной сети определяется оператором.



К основным сетевым процедурам относятся регистрация мобильных абонентов и роуминг (процедура закрепления абонента за одной или несколькими базовыми станциями и обеспечение возможности перемещаться из зоны в зону без потери связи), повторное установление связи (обеспечение возможности замены сетью базовой станции, используемой абонентом, в случае ухудшения условий связи), аутентификация абонентов (установление подлинности абонентов), отключение/подключение абонента (процедура отключения (подключения) абонента к сети по его инициативе), отключение абонента оператором сети (процедура блокирования работы абонентского терминала оператором сети), управление потоком данных (обеспечение возможности сети переключать на себя поток данных, направленных к определенному абоненту). TETRA предоставляет пользователем ряд дополнительных услуг. Наряду со стандартным для многих систем транкинговой радиосвязи услугами типа переадресации вызовов, идентификации номера абонента, удержания вызова и др., специально по заявке Ассоциации европейской полиции (Schengen Group),сотрудничающей с техническим комитетом ETSI, в стандарт введены следующие услуги:

  • 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);

  • избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов);

  • дистанционное прослушивание (дистанционное включение абонентской радиосвязи на передачу для прослушивания обстановки у абонента);

  • динамическая перегруппировка (динамическое создание, модификация и удаление групп пользователей).

А также ряд других дополнительных услуг, таких как – выбор зоны (задание пользователем зоны для маршрутизации вызова); идентификация номера вызывающего абонента (определение и отображение на терминале вызываемого пользователя идентификационного номера вызывающего абонента); ограничение идентификации вызывающего абонента (запрещение определения и отображения на терминале вызываемого абонента идентификатора вызывающего пользователя); идентификация вызываемого абонента; ограничение идентификации вызываемого абонента; сообщение о вызове (информирование пользователя о вызове его определенным абонентом); безусловная переадресация вызовов (перенаправление вызовов по определенному номеру); переадресация вызовов при занятости абонента (перенаправление вызовов при занятости абонента); переадресация вызовов в ответ (перенаправление вызовов, если абонент не отвечает); переадресация вызовов при нахождении абонента вне зоны связи; вызов с использованием списка абонентов (вызов направляется по первому доступному номеру из списка абонентов); адресация с использованием коротких номеров (использование предварительно определенных укороченных номеров); ожидание вызова (оповещение пользователя, ведущего переговоры, о поступлении другого вызова; вызов может быть принят, пропущен или отвергнут); удержание вызова (прерывание и последующий поиск вызова); завершение вызова для занятого абонента (задержка вызова абонента до момента освобождения его номера); передача данных управления (передача данных управления групповым вызовом другому пользователю); подключение вызова (включение режима, при котором один пользователь, взаимодействующим с другим, может сделать участником вызова третьего абонента); исключение поступающих вызовов (блокировка определенных категорий поступающих вызовов); исключение исходящих вызовов (запрет на использование абонентом определенных категорий исходящих вызовов); сохранение вызова (предотвращение приоритетного прерывания при ведении сеанса связи); информация об оплате (предоставление пользователю сведений о стоимости разговора).[3]

Важным фактором привлекательности стандарта TETRA для правоохранительных органов является тщательно разработанная система обеспечения безопасности связи. Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности передаваемой информации:

1)стандартный уровень, использующий шифрование радиоинтерфейса (обеспечивается уровень защиты информации, аналогичный системе сотовой связи GSM);

2)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.

Основными механизмами обеспечения безопасности информации в стандарте TETRA являются:


  • аутентификация абонентов;

  • шифрование информации;

  • обеспечение секретности абонентов.

Под аутентификации абонента обычно понимают механизм удостоверения подлинности. Процедуры аутентификации используются для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи.

В стандарте TETRA применяется концепция аутентификации, использующая шифрование. Общий принцип реализации аутентификации через шифрование состоит в том, что в текст передаваемого сообщения включается пароль, представляющий собой фиксированный или зависящий от передаваемых данный код, который знают отправитель и получатель, или который они могут выделить в процессе передачи. Получатель расшифровывает сообщение и путем сравнения получает удостоверение, что принимаемые данные являются именно данными санкционированного отправителя.

Для выполнения процедуры аутентификации каждый абонент на время пользования системой связи получает стандартный электронный модуль подлинности абонента (SIM-карту), содержащий запоминающее устройство с прописанным в нем индивидуальным ключом аутентификации и контроллер, который обеспечивает выполнение алгоритма аутентификации. С помощью заложенной в SIM-карту информации в результате взаимного обмена данными между мобильной и базовой станциями осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.

Обобщенная процедура аутентификация в стандарте TETRA проиллюстрирована на рисунке 1.7

http://www.henriradio.am/images/stories/image10.gif

Рисунок 1.7 – Общая схема процедуры аутентификации

Процесс проверки подлинности абонента в сети стандарта TETRA осуществляется следующим образом: базовая станция посылает случайное число RAND на мобильную станцию. Мобильная станция проводит над этим числом некоторую операцию, определяемую стандартным криптографическим преобразованием ТА12 с использованием индивидуального ключа идентификации абонента К, и формирует значение отклика RES. Это значение мобильная станция отправляет на базовую. Базовая станция сравнивает полученное значение RES с вычисленным ею с помощью аналогичного преобразования ТА12 ожидаемым результатом ХRES. Если эти значения совпадают, процедура аутентификация завершается, и мобильная станция получает возможность передавать сообщения. В противном случае связь прерывается, и индикатор мобильной станции показывает сбой процедуры аутентификации.

Важно отметить, что в процессе аутентификации, наряду со значением RES, на основе случайного числа и индивидуального ключа идентификации абонента нормируется так называемый выделенный ключ шифра DCK (Derived Cipher Key), который может использоваться в дальнейшем при ведении связи в зашифрованном режиме.

Описанная процедура может применяться также и для аутентификации сети абонентом. Обычно процедура аутентификации сети абонентом используется при регистрации абонента в определенной зоне сети связи, хотя может вызваться и в любое другое время после регистрации. Соединение обеих процедур определяет взаимную аутентификацию абонента в сети.Обобщенная процедура аутентификации, описанная в предыдущем разделе, обладает недостатком, связанным с необходимостью хранения в базовой станции индивидуальных ключей аутентификации всех абонентов. При компрометации одной из базовых станций радиодезинформатор может получить доступ к системе связи.

Для устранения этого недостатка в системах стандарта TETRA используется иерархическая система ключей, в котором одни ключи защищаются другими. При том процесс аутентификации аналогичен изображенному на рисунке 1.7, однако вместо ключа аутентификации К используется так называемый сеансовый ключ аутентификации KS, который вычисляется по криптографическому алгоритму из К и некоторого случайного кода RS. Распределение сеансовых ключей аутентификации базовым станциям обеспечивается центром аутентификации, надежно защищенным от вероятных от вероятным радиодезинформаторов.

Процедура аутентификации мобильных абонентов с использованием сеансовых ключей показана на рисунке 1.8.

http://www.henriradio.am/images/stories/image11.gif

Рисунок 1.8 – Схема процедуры аутентификации с использованием сеансовых ключей

Генератор случайной последовательности, входящий в состав центра аутентификации, вырабатывает некоторый случайный код RS.Используя значение RS и индивидуальный ключ аутентификации К, с помощью криптографического алгоритма ТА11, центр аутентификации формирует и передает на базовую станцию сеансовый ключ KS вместе с кодом RS.

Базовая станция формирует случайное число RAND1 и передает на мобильную станцию RAND1 и RS. В мобильной станции первоначально по алгоритму ТА11 вычисляется значение сеансового ключа KS, а затем по алгоритму ТА12 формируются значение отклика RES1и выделенный ключ шифра DCK1.Отклик RES1 передается на базовую станцию, где сравнивается с ожидаемым значением отклика XRES1, вычисленным базовой станцией. При совпадении полученного и ожидаемого откликов процедура аутентификации завершается, и мобильная станция получает возможность передачи сообщений.

Аналогично производится аутентификация сети абонентом. При этом формирование сеансового ключа KS производится по сертифицированному алгоритму ТА21, а вычисление отклика RES2(XRES2) и выделенного ключа шифра DCK2 – на основе алгоритма ТА22.

Для обеспечения секретности передаваемой по радиоканалу информации применяется ее шифрование. Все конфиденциальные сообщения должны передаваться в режиме с шифрованием информации. Шифрование активизируется только после успешного проведения процедуры аутентификации.

Шифрование радиоинтерфейса предназначено для защиты речи и данных, а также данных сигнализации.

В стандарте TETRA используется поточный метод шифрования, при котором формируемая ключевая псевдослучайная последовательность побитно складывается потоком данных. Зная ключ и начальное значение псевдослучайной последовательности, получатель информации имеет возможность сформировать эту же последовательность и расшифровать закодированное сообщение при сравнении синхронизации между передающей и приемной сторонами.

Поточное шифрование имеет определенное преимущество перед другими методами шифрования, заключающееся в отсутствии размножения ошибок в канале помехами, т.е. ошибка приема одного бита зашифрованного текста дает также только один ошибочный бит расшифрованного текста и не приводит к нескольким ошибкам.

Для шифрования радиоинтерфейса могут использоваться следующие ключи шифрования:



  • выделенные ключи. Описанные выше выделенные ключи шифра (DCK) применяются для организации связи типа ''точка-точка''. Использование выделенных ключей возможно только после успешного завершения процедуры аутентификации.

  • статические ключи (SCK-Static Cipher Key). Предоставляют собой одну или несколько (до 32) заданных величин, которые загружаются в базу данных мобильной станции, причем эти величины известны сети. Используются для ограниченной защиты сигналов сигнализации пользовательской информации в системах, которые функционируют без явной аутентификации.

  • групповые ключи (CCK – Common Cipher Key). Используются для шифрования информации при широковещательном вызове. Групповые ключи формируются в сети и распределяются подвижным абонентам по радиоканалам после процедуры аутентификации.

Правильная синхронизация потока ключей шифрования обеспечивается с помощью механизма нумерации кадров и дополнительного внутреннего счетчика. Так как в TETRA номера кадров повторяются приблизительно каждые 60 с, то в течение этого времени синхронизации ключей может осуществляться за счет номера кадра.

Для расширения этого временного интервала используется 16-разрядный внутренний счетчик. Конкатенация (сцепление) номера кадра и показаний внутреннего счетчика обеспечивает эффективную синхронизацию ключевого потока.

Для начальной синхронизации и ее восстановления текущее состояние счетчика передается с определенными интервалами базовыми станциями.

Для исключения определения (идентификации) абонентов путем перехвата сообщений, передаваемых по радиоканалу, в стандарте TETRA используются временные идентификационные номера абонентов.

После первого контакта (сеанса связи) сети с пользователем уникальный идентификационный номер абонента может быть заменен на временный псевдоним. При каждой новой регистрации пользователя псевдоним может быть изменен на новый. Кроме того, как индивидуальный, так и групповой идентификационный номер может быть защищен с помощью шифрования радиоинтерфейса.

Секретность абонента сохраняется также при выполнении процедуры корректировки местоположения абонента, т.е. при переходе абонента из зоны в зону мобильная станция и базовая обмениваются служебными сообщениями, содержащими временные идентификационные номера абонентов. При этом обеспечивается секретность переименования номеров и их принадлежность конкретным абонентам.[8]

В качестве основного недостатка стандарта TETRA обычно указывают меньшие по сравнению с системами других стандартов радиусы зон обслуживания базовых станций, что связано с использованием временного разделения каналов связи и меньшей мощностью абонентских радиостанций. Отсюда следует вывод, что системы TETRA будут неэффективны при малом трафике и больших территориях сетей связи. Однако, для систем с высокой интенсивностью связи и большим количеством абонентов, работающих на ограниченной территории, (что характерно, например, для различных правоохранительных органов в крупных городах) стандарт TETRA имеет весомые преимущества по сравнению с другими. В сочетании с преимуществами открытого стандарта TETRA, несомненно, найдет свое применение во многих сферах деятельности.[3]



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал