Системы радиосвязи и сети телерадиовещания.-3

адресацию по 2 млн. номеров пейджеров и обеспечивает ресурс одной частоты СПРВ по количеству обслуживаемых абонентов в пределах 10 – 20 тыс.

Пейджинговый стандарт GSC был разработан компанией Motorola в 1983 г. на основе последовательного кода Голея - GSC (Golay Sequential Code). Код GSC может использоваться в сетях персонального радиовызова для передачи как исключительно сигналов вызова, так и вызова совместно с речевым сообщением в аналоговом или буквенно-цифровом виде. В зависимости от поставленной задачи формируются различные виды пакетов. В передаваемом пакете содержатся избыточные биты (паритетности), что позволяет при приеме осуществлять исправление двух ошибок в кодовом слове. Скорость передачи пакета составляет 600 бит/с.

Стандарт APOC, изобретённый компанией PHILIPS, является почти обычным стандартом POCSAG, в котором предусмотрена замена (при передаче) наиболее распространенных слов и фраз кодовым трёхбайтовым сообщением. Функцию кодировки автоматически выполняет кодировщик сигнала POCSAG (пейджинговый терминал), имеющий соответствующую опцию. При приёме сигнала и его декодировании, пейджер (также имеющий функцию работы с APOC) заменяет кодовое значение на соответствующее слово (фразу). Такая модернизация стандарта POCSAG, позволяет сжимать трафик не более чем на 20 – 25 %, что, безусловно, важно и полезно, особенно для случаев дефицита частотных ресурсов.

Однако, опыт компании PHILIPS не получил широкого распространения, возможно, возможно, потому что, во-первых, эту инициативу не поддержали основные производители пейджинговых систем, а во-вторых, появились новые высокоэффективные протоколы пейджинговой связи: FLEX (и сопровождающее его семейство ReFLEX, InFLEXion), разработанные компанией MOTOROLA, и ERMES, разработанный Международным союзом электросвязи. Новые протоколы более сложны и совершенны, обладают в 3 – 8 раз большей абонентской ёмкостью на один частотный канал, эффективны для роуминга и подключения сервисных подсистем, имеют ряд других преимуществ.

Следует упомянуть и о формате RDS. В таких системах передача сигналов персонального радиовызова ведётся вещательными радиостанциями за счёт уплотнения существующих радиовещательных каналов (на поднесущей).

Двусторонний пейджинг – вид пейджинговой связи в котором предусмотрена, в дополнение к обычной функции приёма сообщений, посылка (передача) сообщения самим пейджером на специальную сеть приёмных устройств (станций). Сначала такие системы появился в США (где была построена сеть двусторонней пейджинговой связи с использованием протокола ReFLEX), затем в Австралии и в ряде государств ближнего востока (где была реализована технология NEXUS).

Разработка технологии двусторонней пейджинговой связи ReFLEX компанией Motorola велась с начала 90-х годов. Первые опытные сети были не совсем эффективны (наблюдались потери сообщений, была очень высокая стоимость оборудования), однако после усовершенствования протокола, доработки и отладки оборудования сеть двусторонней пейджинговой связи стала работать стабильно и была расширена до национальной.

Технология NEXUS (Израиль) была применена в австралийском Сиднее для построения полностью автоматизированной (работающей без участия операторов пейджинга) сети пейджинговой связи. Существенными достоинствами технологии NEXUS являются, во-первых, простота конструкции сети обратной связи (количество передатчиков и станций приёма практически совпадают) и, во-вторых, направленность технологии на широкое применение в транспорте и промышленности (например, для контроля за движущимися объектами, для сбора телеметрической информации о состоянии объектов).

Таблица 5.1 – Протоколы пейджинговой связи

			Требуемая
Наименование	Используемые	Скорость	полоса	Наличие		Возможность
		передачи,	частотного	нумерации
протокола	частоты, МГц					роуминга
		бод	канала,	сообщений
			кГц
POCSAG	Любые	512, 1200,	25	Есть*		Есть*
	пейджинговые	2400
	88 – 108, на
	поднесущей 57
RDS	МГц	1200	-	Есть*		Есть*
	вещательной
	радиостанции
	FM диапазона
ERMES	169, 425-169,	6250	25	Есть		Есть
	800
FLEX	Любые	1600, 3200,	25	Есть		Есть
	пейджинговые	6400
ReFLEX 25
- передача на	929-931, 940-	1600, 3200,
пейджеры	941		25 или 50	Есть		Есть
		6400
- приём с
пейджеров	901-902
ReFLEX 50
- передача на	929-931, 940-
пейджеры	941	до 25600	50	Есть		Есть
- приём с
пейджеров	901-902
InFLEXion
- передача на	929-931, 940-	Цифровая
пейджеры	941	компрессия	50	Есть		Есть
- приём с		звука
пейджеров	901-902
* Реализуется программным обеспечением пейджинг-центра.

Далее мы подробно рассмотрим наиболее известные протоколы систем персонального радиовызова POCSAG, FLEX, ERMES и RDS. Все эти протоколы являются аналогоцифровыми (т.е. вся информация в эфире передаётся в виде 0 и 1, представленных с помощью частотной манипуляции).

Протоколы пейджинговой связи

Протокол POCSAG

Одним из самых распространенных на сегодняшний день форматов пейджинговой передачи является протокол POCSAG, разработанный Британским почтовым ведомством. Он предусматривает скорость передачи информации 512, 1200 и 2400 бит/сек. Сообщения передаются в асинхронном режиме: пакет сообщения может стартовать в любой момент времени и длина его не определена. Общая структура сигнала в формате POCSAG приведена на рисунке 5.1:

Преамбула (576 бит)

Первый блок (17х32 бит)

Второй блок (17х32 бит)

Последовательность

чредующихся нулей и едениц

(101010 ...)

Слово синхронизации

1 кадр

Адресное

0

Биты адреса

Проверочные биты

кодовое слово

Информационное

1

Биты адреса

Проверочные биты

кодовое слово

1

21

32

Рис. 5.1. Общая структура сигнала в формате POCSAG.

Сигнал в формате POCSAG начинается с преамбулы, состоящей из 576 бит чередующихся 0 и 1. Преамбула служит для вывода приемного устройства (пейджера) из "спящего" состояния в режим "приема" и его тактовой синхронизации. После преамбулы следует поток блоков, содержащих физические адреса пейджеров и тексты сообщений. Длина кодовой последовательности в формате POCSAG не определена, блоки следуют один за другим каждый со своим кодовым словом синхронизации - для подстройки синхронизации приемников (при передаче длинных сообщений).

Каждый блок состоит из 17-ти 32-битных слов. Первое из них является словом синхронизации (фиксированная последовательность 32 бит), далее идет последовательность из восьми двойных слов или кадров (фреймов), нумеруемых с 0-го по 7-й. Каждое 32-разрядное слово содержит 21 информационный бит и 11 избыточных (контрольных) бит, которые служат для определения и корректировки ошибок. Протокол предусматривает коррекцию ошибок по алгоритму Бокгауза-Чоудхудри-Хоквингема, сокращенно БЧХ(32,12), при котором в одном 32-битном кодовом слове корректируется ошибка при приеме одного неверного бита (либо 2, если расстояние между ними не превышает 6 бит), а возникновение от 2 до 5 ошибок детектируется (т.е. это слово исключается и в большинстве моделей текстовых пейджеров эта часть обозначается скобками). В зависимости от функционального назначения блоки делятся на адресные, в которых передается физический адрес пейджера, и информационные, содержащие текст сообщения.

Основное отличие протокола POCSAG от других протоколов пейджинговой передачи заключается в способе приема содержащегося в начале каждого пейджингового сообщения физического адреса пейджера - кэпкода (CapCode), которому оно адресовано. Все возможные 2 млн. физических адресов разбиты на 8 групп, соответствующие 8 кадрам (frames) адресного блока. Адресный блок состоит из адресного кодового слова и предшествующих "пустых" слов (специальные фиксированные 32-битовые последовательности) и формируется следующим образом: физический адрес пейджера делится на 8. Остаток от деления дает номер фрейма в первое слово которого записывается частное от деления. Во все предыдущие фреймы записываются "пустые" слова (специальные фиксированные 32-битовые последовательности), а все оставшиеся до конца адресного блока слова пропускаются, т.е. сразу за адресным словом начинается следующий блок. Фактически остаток от деления является номером интервала времени (кадра frame), в котором данный пейджер будет вести прием и распознавание своего номера.

Пейджер принимает только кадры, соответствующие его адресу. Это позволяет в восемь

раз увеличить адресную емкость системы и значительно повысить срок службы элементов питания.

Информационный блок служит для передачи цифровой и алфавитно-цифровой информации на пейджер, заданный адресным блоком. Он содержит слово синхронизации, информационные слова, и, если сообщение закончилось, "пустые" слова до конца блока.

В протоколе POCSAG не оговаривается какие физические значения сигнала принимаются за 0, а какие за 1. Поэтому различные пейджеры (или режимы приема пейджера) воспринимают эту кодировку с точностью до наоборот. Отсюда появилось понятие инверсной кодировки POCSAG. Инверсная кодировка POCSAG полностью совпадает с описанной выше, за исключением того, что нулевые биты заменяются единичными, а единичные биты - нулевыми.

Увеличение скорости передачи сообщений ведет к увеличению пропускной способности системы, однако при этом снижается устойчивость к помехам, а главное - снижается чувствительность радиоприема, т.е. фактически - радиус рабочей зоны приема сообщений. Для подавляющего большинства пейджеров чувствительность в зависимости от скорости передачи равна следующим значениям: 512 бит/сек - 5 мкВ/м; 1200 бит/сек - 7 мкВ/м; 2400 бит/сек - 9 мкВ/м.

Протокол FLEX

Протокол пейджинговой связи FLEX разработан формой Motorola. Основным достоинством этого протокола является высокая скорость передачи данных - 1600, 3200и 6400 бит/сек, а, следовательно, высокая пропускная способность. Так, если в стандарте POCSAG ресурс частоты составляет 10-15 тысяч абонентов, то во FLEX-системах ресурс частотного канала лежит в пределах 20-80 тысяч абонентов. В отличие от протокола POCSAG протокол FLEX использует синхронную передачу данных, т.е. синхронизация передатчика и приемника производится по абсолютному значению

времени. Структура формата FLEX приведена на рисунке 5.2.

Рис. 5.2. Структура формата FLEX

При скорости 1600 бит/сек используется 2-уровневая частотная модуляция. При скорости 3200 бит/сек может использоваться как 2-уровневая, так и 4-уровневая частотная модуляция. При скорости 6400 бит/сек используется 4-уровневая частотная модуляция. Значения девиации для различных двоичных данных при 2-уровневой и 4-уровневой частотной модуляции приведены на диаграмме рис. 5.3.

Рис. 5.3. Значения девиации при частотной модуляции

Данные в протоколе FLEX формируются в кадры, которые передаются последовательно со скоростью 32 кадра в минуту (1,875 сек на кадр). Полный цикл протокола FLEX состоит из 128 кадров, которые нумеруются от 0 до 127 и передаются ровно 4 минуты. Каждый час делится на 15 циклов, пронумерованных от 0 до 14.

Так как протокол FLEX является синхронным, для его синхронизации используются сигналы точного времени, передаваемые в начале каждого часа в кадре 0 цикла 0. При передаче этого кадра осуществляется синхронизация приемников.

Каждый кадр протокола FLEX передается 1,875 сек и состоит из блока синхронизации (115 мсек) и 11 информационных блоков (по 160 мсек на блок).

Блок синхронизации обеспечивает синхронизацию кадра и настройку пейджеров (фрагменты "Синхрон. 1" и "Синхрон.2"), а также несет информацию о номере цикла и кадра (фрагмент "Кадр инфо").

Информационные блоки содержат служебную информацию, адресное поле, задающее адреса пейджеров, которым адресованы сообщения, векторное поле, указывающее, где расположены сообщения в поле сообщений и их длину и непосредственно поле сообщений, содержащее сами сообщения.

Последовательность расположения полей в кадре показана на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Последовательность расположения полей в кадре

Поля не привязаны к границам блока. Порядок расположения адресов пейджеров в адресном поле должен соответствовать порядку расположения векторов в векторном поле. Адреса пейджеров могут задаваться одним кодовым словом (короткий адрес),

поддерживая при этом до 2 миллионов адресов, или двумя кодовыми словами (длинный адрес), поддерживая до 5 миллиардов адресов.

При кодировании информации используется код БЧХ, позволяющий восстанавливать единичные ошибки передачи данных. Кроме того, используемая в протоколе последовательность передачи сформированных бит информации позволяет восстанавливать принятые данные при пропадании сигнала на интервале до 10 мсек.

Каждый пейджер, работающий с протоколом FLEX, может принимать сообщения на любой из допустимых скоростей передачи данных (1600, 3200 или 6400 бит/с). Одним из важных следствий синхронного протокола является то, что сообщения для каждого конкретного пейджера можно помещать в кадр с определенным номером. Это позволяет пейджеру избирательно принимать один или несколько кадров из всего четырехминутного цикла протокола FLEX, в которые помещаются сообщения на его адрес. Если пейджер не обнаруживает своего адреса в своем кадре, он прекращает прием. Такая организация связи позволяет резко повысить срок службы батареек пейджера.

Еще одной важной отличительной особенностью протокола FLEX является возможность работы совместно с другими протоколами связи. Для этого в цикле выделяются определенные кадры для работы по протоколу FLEX, а промежутки между ними отдаются для работы по другим протоколам, например, POCSAG. Это позволяет компании оператору не создавая новой инфраструктуры, постепенно перейти от работы в протоколе POCSAG на работу в протоколе FLEX.

К достоинствам протокола FLEX следует отнести:

повышенную скорость передачи данных, а, следовательно, повышенную пропускную способность на один частотный канал;

возможность поддержания большого количества адресов (до 5 миллиардов);

улучшенные характеристики помехоустойчивости канала передачи;

обеспечение энерго-экономичного режима работы пейджеров;

возможность совместной работы с другими протоколами.

Протокол ERMES

Протокол ERMES был разработан как общеевропейский протокол пейджинговой связи. Он включает в себя, кроме собственно протокола передачи данных, ряд организационных положений и технических решений в рамках Меморандума о взаимопонимании, подписанного руководителями администраций 16 стран Европы в январе 1990 г. с целью координации усилии по созданию общеевропейской СПРВ. К достоинствам протокола ERMES следует отнести следующее:

повышенную скорость передачи данных, а, следовательно, повышенную пропускную способность на один канал;

обеспечение энерго-экономичного режима работы пейджеров;

возможность передачи произвольного набора данных объемом до 64 кбит;

возможность удобной организации роуминга во всех регионах, охваченных сетью

ERMES.

Для функционирования СПРВ по протоколу связи ERMES выделяется единый диапазон частот (или его часть) 169,4 - 169,8 МГц, в котором организуются 16 частотных каналов с разносом частот в 25 кГц. Для приема сигнала используются сканирующие по частоте абонентские приемники (пейджеры). Скорость передачи данных составляет 6,25 кбит/сек.

Системы персонального радиовызова на базе протокола ERMES обеспечивают следующие услуги:

передачу цифровых сообщений длиной до 1600 знаков;

передачу буквенно-цифровых сообщений длиной до 9000 символов;

передачу произвольного набора данных объемом до 64 кбит;

возможность приема вызова и сообщений одним унифицированным приемником (пейджером) во всех странах, входящих в объединенную СПРВ ERMES.

Структура протокола ERMES приведена на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Структура протокола ERMES

Каждый час передается 60 циклов по одной минуте каждый. Каждый минутный цикл содержит 5 последовательностей по 12 сек. Каждая из последовательностей включает в себя 16 типов групп, которые обозначаются буквами латинского алфавита от А до Р. Каждая группа имеет длину 0,75 сек и состоит из четырех блоков: синхронизации; служебной информации; адреса; информационного сообщения.

Порядок расположения групп внутри последовательности для каждого частотного канала свой и устроен так, что позволяет пейджеру в пределах последовательности просмотреть свою группу в режиме сканирования на всех 16 частотах. Порядок расположения групп для каждого частотного канала показан в табл. 5.1 (выделенные группы показывают порядок сканирования пейджера для группы А).

Протокол ERMES использует помехоустойчивое кодирование передаваемой информации с прямой коррекцией ошибок (FEC),циклический код (30,18), кодовое расстояние Хемминга - 6.

Приемники персонального вызова (пейджеры) в системе ERMES работают следующим образом. Находясь в зоне приема "своей" базовой станции пейджер принимает сообщения на ее частоте. При попадании в другой регион пейджер, не "слыша" сигнал на своей частоте, переходит в режим сканирования по каналам ERMES и, обнаружив сигнал, начинает принимать информацию на частоте базовой станции данного региона.

Таблица 5.1. Порядок расположения групп для каждого региона

Канал

Последовательность = 12 с

Следующая последовательность

A B C D E F

G H I

J

K L M N O P

A

B

C

D

E

F

G

H

01

P

A B C D E F

G H I

J

K L M N O P

A

B

C

D

E

F

G

02

O P

A B C D E F

G H I

J

K L M N O

P

A

B

C

D

E

F

03

N O P

A B C D E F

G H I

J

K L M N

O

P

A

B

C

D

E

04

M N O P A B C D E F G H I

J

K L M

N

O

P

A

B

C

D

05

L M N O P

A B C D E F

G H I

J

K L

M

N

O

P

A

B

C

06

K L M N O P A B C D E F G H I

J

K

L

M

N

O

P

A

B

07

J

K L M N O P

A B C D E F

G H I

J

K

L

M

N

O

P

A

08

I

J

K L M N O P

A B C D E F

G H I

J

K

L

M

N

O

P

09

10

H I

J

K L M N O P

A B C D E F

G H

I

J

K

L

M

N

O

G H I

J K L M N O P

A B C D E F

G

H

I

J

K

L

M

N

11

12

F

G H I J K L M N O P

A B C D E F

G

H

I

J

K

L

M

13

E F

G H I J K L M N O P A B C D E

F

G

H

I

J

K

L

14

D E F G H I J K L M N O P A B C D

E

F

G

H

I

J

K

C D E F G H I J K L M N O P A B C

D

E

F

G

H

I

J

15

16

B C D E F G H I J K L M N O P A B

C

D

E

F

G

H

I

Протокол RDS

Протокол RDS (Radio Data System) получил путёвку в жизнь в начале 90-х годов в качестве многофункционального формата передачи данных как на адресные, так и на безадресные приёмники. Принцип передачи данных основан на уплотнении сигнала вещательной станции, работающей в FM и УКВ диапазонах. Передача данных происходит путём замешивания в комплексный стереосигнал на поднесущей частоте 57 кГц с девиацией 2 кГц частотно-модулированного сигнала RDS. Спектр суммарного сигнала показан на рисунке 5.6 (где А и В – сигналы левого и правого каналов стереовещания).

Вклад в
общую
девиацию
100%			Моно
86%
43%			А+В			Стерео
50%
10%						А-В		RDS
0			15 19 23			38	53 57 F, кГц
			Рис. 5.6. Спектр суммарного сигнала
Помимо			пейджинговых сообщений, формат			RDS позволяет		передавать на

радиоприёмники с декодером сигнала RDS различную текстовую информацию в виде неподвижной или бегущей строки – это может быть название принимаемой радиостанции, темп музыки, рекламные тексты. Более того, радиоприёмник, при переезде из одного города или области в другие, может сам настраиваться на требуемую радиостанцию или выбранный тип передачи (классическая музыка, рок, известия и пр.) и, при передаче экстренных сообщений, переключаться из других режимов (проигрывание компактдисков и аудиокассет) на приём.

Протокол RDS рассчитан на работу с фиксированной скоростью 1187 бит/с и имеет структуру, показанную на рисунке 5.7.

Самый большой элемент в структуре формата называется «группой» и содержит 104 бита информации. Каждая группа включает в себя 4 блока по 26 битов каждый. Блок состоит из 16-разрядногоинформационного слова и 10-разрядного контрольного слова. Передача данных полностью синхронна и не имеет разрывов между группами или блоками. Информационное слово служит непосредственно для передачи данных. Контрольное слово – для синхронизации и исправления ошибок.

Информационные слова группы RDS содержат следующую информацию.

Группа начинается с 16-разрядного, так называемого PI-кода (Program Identification), индивидуального для каждой страны, который является признаком RDS передачи, и, соответственно, страны, в которой эта передача ведётся.

Следующие пять бит (начало второго блока) определяют тип передачи данных: радиотекст, передача времени и даты, радиопейджинг и пр.

Группа = 4 блока = 104 бит

Блок 1	Блок 2	Блок 3	Блок 4

26 бит

Информационное

Контрольное

слово (16 бит)

слово (10 бит)

m15

m14

m13

m12

m11

m10

m9

m8

m7

m6

m5

m4

m3

m2

m1

m0

c9

c8

c7

c6

c5

c4

c3

c2

c1

c0

Рис. 5.7. Структура протокола RDS

Один бит (бит TP – Traffic program) управляет переключением радиоприёмника из режима проигрывания аудиокассеты или CD-диска в режим приёма при передаче важных информационных сообщений. Следующие 5 бит формируют название программы, которое высвечивается на дисплее радиоприёмника при приёме вещательной станции. Это могут быть новости (News), спортивная информация (Sport), типы передаваемой музыки

(например, Rock, Jazz, Classic) и т. д.

Далее идёт (последние 5 бит второго информационного слова) 5-ти разрядный адресный код AC (Address Code), который определяет местоположение данных передаваемых сообщений и команд, в том числе и адрес пейджерного приёмника.

При передаче пейджерного сообщения тип передачи данных задаётся как 01110, а адрес пейджера и само сообщение передаются в нескольких последовательных группах и занимают в каждой группе два последних блока. Первоначально следует адрес пейджера,

азатем символы самого сообщения.

Ворганизации передачи пейджингового сообщения участвуют и другие RDS группы, предназначенные для передачи времени и даты, а также синхронизации RDS приёмников. Синхронизационная метка передаётся каждую секунду, а время и дата – каждую минуту.

Стандарт RDS рассчитан для одновременной поддержки 4 пейджинговых сетей. Поскольку формат RDS «не привязан» к конкретной частоте, а работает в диапазоне частот (FM/УКВ), пейджер для своей настройки производит сканирование всего диапазона. После настройки на одну частоту вещательной станции в течении 1с происходит синхронизация приёмника, в течении 2 с определяется код страны и признак сетей пейджинга. Если они не соответствуют кодам, хранящимся в памяти пейджера, то он настраивается на волну другой радиостанции. После нахождения своей сети пейджер в течении 15 с переходит в режим экономии батарее. Организация экономии расхода электроэнергии достигается за счёт активизации приёмника в отдельные интервалы времени, определяемые его индивидуальным номером, и аналогична подобной организации в стандарте POCSAG. Спецификация RDS-стандарта – уплотнение сигнала вещательной станции – позволяет операторам связи в большинстве случаев с меньшими капиталовложениями, чем для других систем, развернуть СПРВ. Экономия объясняется отсутствием расходов на частотное присвоение, антенно-фидерное устройство и передатчик, которые являются весьма дорогостоящим оборудованием.

Внастоящее время в связи с очень быстрым и успешным развитием сотовой связи, пейджер ушёл из широкого круга потребителей. Хорошо отлаженные помехозащищающие алгоритмы приема информации пейджинговой связи нашли своё место в системах автомобильной сигнализации и системах удалённого управления электронными устройствами. Протокол RDS уверенно занял своё место в сетях радиовещания и телевидения.

6.ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Внастоящее время спутниковая связь составляет относительно небольшой удельный вес в общем объёме телекоммуникационной индустрии, однако темпы развития спутниковой связи стремительно наращиваются в последние годы.

Спутниковая промышленность все активнее вовлекается в процессы консолидации и глобализации. Многочисленные промышленные альянсы, образовавшиеся в последние годы, ярко подтверждают эти тенденции: Hughes yчаствует в бизнесе PanAmSat, Loral - Orion, Boeing -Elipso, Alcatel - SkyВridge, Motorola, Boeing и Matra MarconiTeledesic,Lockheed Martin-Comsat. В Европе в настояшее время доминируют два npoмышленных альянса,определяющую техническую политику европейскоЙ спутниковой