спецтехника

– блок сопряжения радиоканалов с телефонной сетью общего пользования. Количество частотных каналов, используемых в сети, равно числу ретрансляторов. Таким образом, каждому ретранслятору назначается один ча-

стотный канал.

Ретранслятор работает в режиме двухчастотного симплекса, т.е. радиопередатчик и радиоприемник настраиваются на частоты передачи fпер. и приема fпр. одного частотного канала, разнесенные на 4…8 МГц. Ретрансляторы и антенны располагаются компактно в непосредственной близости друг от друга на высотном сооружении.

мобильные

радиостанции

Рис. 2.27. Транкинговая сеть радиосвязи: Р1,…,Рn – ретрансляторы связи

Мобильные радиостанции корреспондентов сети в режиме двухчастотного симплекса могут настраиваться либо на все частотные каналы, используемые в сети, либо на часть из них. Каждому абоненту (мобильной радиостанции) присваивается свой идентификационный номер. Всего в сети может быть зарегистрировано до 48000 идентификационных номеров. Такое большое количество идентификаторов позволяет использовать одну группу частотных каналов нескольким независимым группам абонентов (например, группам МВД, МЧС, прокуратуры и т.д.). Всего может быть зарегистрировано до 4000 групп.

Блок сопряжения радиоканалов с телефонной сетью общего пользования рассчитан на подключение до 24 соединительных линий от АТС.

Централизованное управление в сети обеспечивается выделением одного из ретрансляторов для обслуживания канала управления.

81

Рассмотрим процесс установления связи. Мобильные станции абонентов проходят регистрацию, в результате чего им присваиваются идентификационные номера, которые вводятся в память микропроцессора на каждой радиостанции и в центральный контроллер на базовой станции. Все радиоприемники мобильных радиостанций в исходном состоянии настроены на частоту радиопередатчика ретранслятора управления fпер. у. На вызывающей станции набирают номер вызываемой станции и осуществляют вызов путем нажатия соответствующей кнопки. Радиопередатчик вызывающей станции настраивается микропроцессором на частоту радиоприемника ретранслятора управления fпр. у. и в эфир передаются идентификационный номер вызывающей станции, код доступа в сеть и идентификационный номер вызываемой станции. Принятая радиоприемником ретранслятора управления информация обрабатывается центральным контроллером, который регистрирует вызывающего и вызываемого абонентов, отыскивает свободный в данный момент ретранслятор и передает через передатчик ретранслятора управления на частоте fпер. у. обоим абонентам информацию о выделенном для них частотном канале. Радиостанции корреспондентов, приняв сообщение, перестраиваются на частоты выделенного ретранслятора связи: радиопередатчики – на частоту приемника выделенного ретранслятора, а радиоприемники – на частоту передатчика этого ретранслятора. Далее осуществляется обмен информацией между абонентами в режиме двухчастотного симплекса.

Вслучае занятости всех ретрансляторов, вызывающий абонент ставится

вочередь на обслуживание, причем ему присваивается один из восьми предусмотренных в сети уровней приоритета. Первый же освободившийся частотный канал предоставляется для связи находящемуся в очереди абоненту с более высоким уровнем приоритета.

Когда мобильная радиостанция вызывает абонента телефонной сети общего пользования, то вызов расшифровывается центральным контроллером, который через блок сопряжения (интерфейс к телефонной сети общего пользования) обеспечивает установление соединения. Аналогично устанавливается соединение в обратном направлении. Одновременно выход в телефонную сеть общего пользования могут осуществлять до 24 мобильных абонентов.

Большинство сетей стандарта МРТ 1327 работают в диапазонах 132-158, 146-174, 403-440, 435-475 и 800 МГц с разносом частот 12,5 кГц, 20 или 25 кГц.

Мощность передатчиков ретрансляторов в зависимости от условий работы может достигать 100 Вт. Автомобильные радиостанции имеют массу около 1,5 кг и мощность 1…25 Вт, а портативные, соответственно, около 0,6 кг и 1…5 Вт. Такие мощности позволяют обеспечивать устойчивую связь в радиусе 20…60 км вокруг базовой станции (в зависимости от условий распространения радиоволн). Общее количество абонентов в сети зависит от количества частотных каналов и при средней интенсивности работы каждого абонента определяется из расчета – около 30 абонентов на каждый частотный канал (ретранслятор).

82

В рассмотренной сети информация в канале управления передается в цифровой, а в каналах связи – в аналоговой форме. Однако существуют стандарты, в которых вся информация передается цифровыми сигналами (TETRA, EDACS).

Транкинговая сеть стандарта АРСО-25

Рис. 2.28. Структура сети АРСО-25

Стандарт APCO-25 (рис. 2.28) разработан для сети радиосвязи с частотным разделением каналов (как и в рассмотренной выше транкинговой сети). Он предусматривает совместное использование в сети цифровых и аналоговых радиостанций. Основные требования данного стандарта сводятся к необходимости обеспечения цифровой передачи речи или данных со скоростью 9,6 Кбит/с по частотному каналу шириной 12,5 кГц (с возможностью перехода в дальнейшем на канал шириной 6,25 кГц), а также поддержки режима шифрования без потери качества передачи речи или сокращения зоны покрытия.

Системная архитектура стандарта поддерживает как транкинговые, так и традиционные сети радиосвязи, в которых связь между корреспондентами (абонентами) осуществляется либо без посредников (прямая связь), либо через ретранслятор. Передача речи и данных может осуществляться в группах из двух, нескольких абонентов или между всеми абонентами сети. Заложенная в стандарте APCO-25 система идентификации абонентов позволяет регистрировать в одной сети не менее 2 миллионов радиостанций и до 65 тысяч групп. При этом задержка в установлении канала связи в сети, в соответствии с функциональными и техническими требованиями к стандарту APCO-25, не

83

должна превышать 500 мс (в режиме прямой связи – 250 мс, при связи через ретранслятор – 350 мс).

При построении транкинговых систем стандарта APCO-25 возможно создание однозоновых и многозоновых сетей с количеством базовых станций до 30. Максимальное количество каналов (ретрансляторов) одной базовой станции может достигать 24 единиц. Для повышения надёжности функционирования в однозоновой сети предусмотрены режимы работы с основным и запасным контроллерами, (запасный находится в «горячем» резерве), а также аварийный режим работы управляющего канала. В многозоновой сети также поддерживаются режимы работы с резервированием контроллеров, коммутаторов и аварийный режим работы управляющих каналов всех базовых станций системы. Каждый центр коммутации имеет базу данных, рассчитанную на 8000 абонентов.

APCO-25 предусматривает возможность работы в любом из стандартных диапазонов частот, используемых системами подвижной радиосвязи: 136-174, 406-512 или 746-869 МГц. Основной метод доступа к каналам связи в сети – частотный. Вместе с тем в стандарт включена возможность использования технологии множественного доступа с временным разделением каналов.

Исходя из анализа рассмотренного материала, можно сделать вывод, что транкинговые сети радиосвязи могут создаваться или как сети общего пользования (на малонаселённых территориях), или как ведомственные сети. По своим характеристикам они в значительной мере отвечают потребностям ОВД. Так, в рассмотренных выше сетях время установления связи не превышает одной секунды. Абонент каждый выход на связь осуществляет на непредсказуемой заранее частоте, что способствует обеспечению скрытности. Следовательно, транкинговые сети являются шагом вперед по сравнению с традиционными сетями радиосвязи.

Сотовые сети связи

При всех достоинствах транкинговых сетей в условиях крупного города на ограниченной территории они не в состоянии удовлетворить потребности в радиотелефонной связи очень большого количества подвижных пользователей из-за относительно небольшого количества используемых частот.

Увеличение количества одновременно работающих пар корреспондентов при ограниченном числе используемых частот может быть достигнуто повторным назначением частот корреспондентам. Для этого необходимо:

–разделение всей обслуживаемой территории на небольшие ячейки (соты);

–назначение одинаковых групп частот корреспондентам, находящимся в несмежных ячейках;

–использование для связи маломощных радиопередатчиков, исключающих создание взаимных помех в ячейках с одинаковыми группами частот.

Перечисленные условия реализованы в сотовых сетях радиосвязи.

84

Они созданы с целью обеспечения качественной телефонной связью большого количества подвижных пользователей, находящихся в зонах обслуживания. Сети обеспечивают:

–связь подвижных пользователей между собой;

–связь подвижного объекта с абонентами городских, междугородных и международных телефонных сетей, а также, наоборот, связь перечисленных абонентов с подвижным объектом.

Сети имеют структуру, основанную на сотовом построении и распределении частот. Территория, обслуживаемая сетью, делится на большое количество небольших ячеек (сот) радиусом 1,5…5 км, каждая из которых обслуживается одной или несколькими базовыми радиостанциями небольшой мощности, находящимися в ячейке (рис. 2.29). Для связи подвижных объектов с базовой станцией и базовой станции с подвижными объектами в ячейке используется небольшая группа частот, обеспечивающая возможность одновременного ведения переговоров несколькими абонентами. Каждая группа частот в зоне обслуживания используется многократно, повторяясь в несмежных ячейках в соответствии с определенными правилами.

		Зона обслуживания 2
		Центр
	АТС	коммутации
		2	Соты
	К абонентам
	телефонной
	сети общего		Базовые
	пользования
			станции
		Центр	Зона обслуживания 1
	АТС	коммутации

Рис. 2.29. Структурная схема сотовой сети NMT-450

Это позволяет обеспечить высококачественной связью большое количество абонентов в условиях наличия ограниченного частотного ресурса.

Число каналов базовой станции обычно кратно 8 (8, 16, 24, …). Один из каналов является управляющим (иногда его называют каналом вызова). На этом канале происходит вызов подвижного абонента базовой станцией.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару разнесенных частот для дуплексной связи подвижного абонента и базовой станции.

Территория, обслуживаемая сотовой сетью, делится на зоны. В каждой зоне все базовые станции соединены выделенными проводными и радиорелейными каналами связи с центром коммутации подвижной связи MSC (Mobil

85

Services Switching Center), который выполняет функции управления зоной и обеспечивает сопряжение сотовой сети с сетью телефонной связи общего пользования через АТС. Он осуществляет контроль перемещения подвижных станций сети, организует эстафетную передачу этих станций, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из одной соты в другую и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с абонентом телефонной сети общего пользования и др.

Вызов подвижного абонента осуществляется следующим образом. Если его радиотелефон находится в режиме ожидания, то приемное устройство этого радиотелефона постоянно сканирует либо все каналы сети, либо только управляющие каналы. При сканировании осуществляется перестройка по частотам каналов в определенном порядке. Для вызова определенного абонента все базовые станции сети на частоте управляющего канала передают сигнал вызова, включающий идентификатор абонента. Радиотелефон вызываемого абонента автоматически передает ответ базовой станции по управляющему каналу. Базовые станции, принявшие ответ подвижного абонента, передают сведения о параметре принятого сигнала в центр коммутации, который выделяет для связи радиоканал той базовой станции, где зафиксирован максимальный уровень сигнала от подвижного абонента. Так как вызывающим может быть другой подвижный абонент, находящийся в другой ячейке сети, или абонент телефонной сети общего пользования, то сигнал вызова проходит по составному радиопроводному каналу. Следовательно, сотовые сети являются комбинированными радиопроводными сетями.

Для вызова подвижным абонентом абонента телефонной сети общего пользования первый набирает нужный номер на панели радиотелефона. Радиотелефон автоматически находит один из пригодных для связи по уровню сигнала свободных разговорных каналов в той ячейке, в которой он находится и по нему передает сигнал «канал занят», адресованный базовой станции. Базовая станция транслирует принятый сигнал в центр коммутации, который через базовую станцию посылает подтверждение. Подвижный абонент, получив подтверждение из центра коммутации, в свою очередь, предает через базовую станцию свое подтверждение в центр коммутации. Только после установления связи в центр коммутации передается номер нужного абонента и центром устанавливается соединение проводного канала с радиоканалом.

По мере удаления абонента от базовой станции уровень сигнала уменьшается, что ведет к ухудшению качества связи. Восстановление качества достигается путем автоматического переключения абонента на другой канал связи. Для этого используется специальная процедура, называемая эстафетной передачей. Базовая станция снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала радиопередатчика подвижного абонента и сравнивающим этот уровень с допустимым пределом. Если сигнал становится

86

ниже предела, то информация об этом автоматически передается в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдает команду об измерении уровня сигнала радиопередатчика подвижного абонента ближайшим к нему базовым станциям. После получения информации от базовых станций центр коммутации переключает подвижного абонента на канал той из них, где уровень сигнала оказался наибольшим.

К первому поколению сотовых сетей принадлежат аналоговые сети, в которых речевая информация передается аналоговыми сигналами. В настоящее время более 40 стран мира используют сети сотовой связи стандартов NMT-450

и NMT-900 (NMT – Nordic Mobile Telephone), работающие в диапазонах частот

450 и 900 МГц соответственно. Основное различие между этими стандартами заключается в том, что с повышением номиналов используемых частот стало возможным уменьшение габаритов радиотелефона, а также расширение спектра услуг. Основные характеристики стандартов NMT представлены в табл. 2.7.

Другим аналоговым стандартом является AMPS (Advanced Mobil Phone Service). Сеть работает в диапазоне 825-890 МГц и имеет 666 дуплексных каналов. Мощность передатчика базовой станции составляет 45 Вт, подвижной автомобильной станции – 12 Вт, переносного аппарата – 1 Вт. Ячейки сети имеют форму шестиугольника, в трех углах которого устанавливаются базовые станции с антеннами, имеющими ширину диаграммы направленности 120о (рис. 2.30).

					Таблица 2.7
Основные характеристики стандартов NMT-450 и NMT-900
Параметры сети	NMT-450			NMT-900
Диапазон частот, используемых
подвижной станцией:	453,0-457,5			890-915
для передачи [МГц];
	463,0-467,5			935-960
для приема [МГц].
Количество частотных каналов [шт.]		180			999
Разнос частот между каналами [кГц]		25			25
Разнос частот приема и передачи
в дуплексном канале [МГц]		10			45
Мощность передатчика базовой		до 50			до 25
станции [Вт]
Мощность передатчика подвижной	15;	1,5;	0,15	6;	1;	0,1
станции [Вт]
Радиус ячейки [км]		15…40			2…20

87

		1			2		3				1
	4	7		5	8		6	9		4	7
	2			3			1		2			3
5	8		6	9		4	7	5	8		6	9
					2		3
				5	8		6	9

Рис. 2.30. Модель повторного использования частот с трёхсекторными сотами (AMPS)

Во втором поколении сотовых сетей широкое применение нашли цифровые стандарты. По сравнению с аналоговыми системами они предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи. Наиболее распространенным является стандарт GSM (Global System for Mobile Communications). В этом стандарте диапазон частот 890-915 МГц используется для передачи сообщений с подвижных станций на базовую станцию, а диапазон частот 935-960 МГц – для передачи сообщений с базовой станции на подвижные радиостанции. Разнос частот между соседними каналами составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещается 124 канала связи.

Для преобразования речевых сообщений в цифровые электрические сигналы используется аналогово-цифровой преобразователь – речевой кодек. Обработка речи осуществляется системой прерывистой передачи речи, которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. Информация в сети передается со скоростью 270 кбит/с.

В рамках стандарта GSM применяют пять классов подвижных станций: от модели 1-го класса с выходной мощностью до 20 Вт, устанавливаемой на транспортных средствах, до модели 5-го класса с максимальной выходной мощностью до 0,8 Вт. При передаче сообщений в станциях предусмотрена адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи.

Каждый подвижный абонент на время пользования сетью получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM-карту), который содержит международный идентификационный номер TMSI, свой индивидуальный ключ аутентификации Кi, алгоритм аутентификации А3. Эта информация используется при взаимном обмене данными между подвижным абонентом и системой управления сети, в процессе которого осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента в сеть.

88

Защита информации в радиоканале осуществляется путем автоматического шифрования. Алгоритм формирования ключей шифрования хранится в

SIM-карте.

Таким образом, цифровые сотовые сети обеспечивают более высокое качество передачи информации и в большей степени отвечают требованиям ОВД по своевременности, достоверности и скрытности передачи сообщений.

Организация связи абонентов ОВД в сотовых сетях осуществляется на договорной основе.

Сети персональной спутниковой и пейджинговой связи

Одним из новых направлений развития спутниковой связи с начала 90-х годов прошлого века стали системы связи на базе низкоорбитальных космических аппаратов. К низкоорбитальным относятся спутники, высота орбит которых находится в пределах 700…1500 км. Для охвата связью всей или большей части территории Земли используются орбиты, лежащие в различных плоскостях. На каждой из орбит могут находиться несколько космических аппаратов, несущих ретрансляторы радиосигналов.

Повышенный интерес к низкоорбитальным системам спутниковой связи объясняется возможностью предоставления услуг персональной связи, включая радиотелефонный обмен, при использовании сравнительно дешевых малогабаритных спутниковых терминалов. Низкоорбитальные системы позволяют обеспечить бесперебойную связь между абонентами, размещенными в любой точке Земли. Они практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Эта особенность имеет существенное значение и для правоохранительных структур. Расследование происшествий и преступлений на газопроводах и нефтепроводах, на морском, воздушном, железнодорожном и автомобильном транспорте, обеспечение непрерывной связи с подразделениями, находящимися в отрыве от своего региона, и ряд других задач могут быть решены с использованием только таких систем связи.

Одним из главных преимуществ низкоорбитальных систем спутниковой связи, способствующих их развитию, является биологический фактор. Уровень мощности непрерывного излучения радиотелефона в соответствии с требованиями биологической защиты человека от излучений СВЧ не должен превышать 50 мВт. При низких орбитах спутников – ретрансляторов даже столь малая мощность позволяет обойтись без сложных больших антенн и точного их позиционирования. Спутниковый телефон представляет собой малогабаритную конструкцию со встроенной антенной, не требующей ориентации на спутник.

В настоящее эксплуатируются коммерческие системы персональной спутниковой связи Globalstar и Iridium, в создании которых участвовала и Российская Федерация (рис. 2.31).

Космический сегмент системы Globalstar содержит 48 спутников – по шесть космических аппаратов в восьми орбитальных плоскостях. Спутники

89

выводятся на круговые орбиты высотой 1400 км с периодом обращения на этих орбитах, равным 114 мин. Структура космического сегмента обеспечивает нахождение в поле зрения наблюдателя, находящегося в любой точке земной поверхности (за исключением приполярных областей севернее 70ос.ш. и южнее 70ою.ш.) одновременно двух спутников-ретрансляторов. Срок жизни ретранслятора на орбите составляет около 7,5 лет. На борту каждого космического аппарата устанавливается оборудование для определения его положения в пространстве и параметров движения – приемник сигналов спутниковой радионавигационной системы Navistar.

Космический	Космический
аппарат 1	аппарат 2
Абонент 1	Абонент 2

Космический	Космический
аппарат 1	аппарат 2
Абонент 1	Абонент 2

Рис. 2.31. Принцип обмена информацией в спутниковых системах

Globalstar (слева) и Iridium (справа)

Наземный сегмент системы Globalstar предполагает развертывание нескольких сотен узловых станций, которые сопрягают систему с телефонной сетью общего пользования. В наземный сегмент также входят центр управления узловыми станциями и центр управления космическими аппаратами (рис. 2.32).

Абонентские терминалы работают на передачу на частотах 1610-1626,5 МГц, а на прием – на частотах 2483,5 – 2500 МГц. Предполагается использование трех типов терминалов: стационарных, возимых и портативных (носимых). Возимые и носимые терминалы являются двухрежимными, т.е. они могут работать как в сотовых сетях стандартов AMPS, GSM, так и в спутниковой системе. Мощность передатчиков портативных терминалов составляет 0,6 Вт, а стационарных – 3 Вт.

Через один спутник – ретранслятор одновременно могут работать 13 000 пар абонентов, а во всей системе – 624 000 пар.

90