Технические средства усовершенствования конвенциональных систем ПМР

Е.В. Андропов, специалист предприятия "КОМИНФОРМ"


Авторский вариант статьи. Несколько
сокращенный вариант был опубликован в журнале
"Технологии и средства связи",2005, № 1.


На сегодняшний день в области профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР) наблюдается бурное развитие наиболее высокотехнологичных систем - систем транкинговой, в том числе цифровой транкинговой радиосвязи. Для профессиональной связи все чаще используются сети сотовых операторов. Тем не менее обычные системы с фиксированными каналами (конвенциональные) сохраняют свою нишу. Основной режим конвенциональных систем радиосвязи - конференц-связь ("нажмите - говорите"), когда каждый абонент слышит всех остальных членов своей группы без набора номера,- по-прежнему наиболее предпочтителен для оперативно-диспетчерских служб охраны, такси, строительно-монтажных подразделений и т.п. В связи с этим усовершенствование конвенциональных систем ПМР и сегодня остается актуальной задачей.

Основные направления

Целью усовершенствования конвенциональных систем связи должно быть преодоление специфических недостатков, таких, как ограниченная зона связи и ограниченный набор услуг, предоставляемых сетью. Поскольку абонентами конвенциональных сетей являются не технические устройства, а живые потребители, улучшение характеристик сети должно идти в направлении повышения комфортности работы абонентов, повышения субъективно воспринимаемого качества связи.

Основными направлениями совершенствования можно назвать следующие: Многие задачи эффективнее решаются при переходе к цифровым форматам связи [1]. Правда, предложение цифровых абонентских и базовых станций сегодня на рынке невелико, цифровые станции заметно дороже аналоговых [2]. Кроме того, у потребителей как правило уже имеется большое количество аналоговых станций, ресурс которых далеко не исчерпан. Большинство современных аналоговых радиостанций являются надежными и высококачественными изделиями с характеристиками, близкими к технологическому пределу. Таким образом, основное внимание будет уделено усовершенствованиям в рамках аналогового формата. При этом следует стремиться к минимальной доработке абонентских станций и, следовательно, к реализации максимума функций на базовых станциях (ретрансляторах).

Следует отметить, что характеристики приемопередатчиков профессиональных ретрансляторов на сегодняшний день, по-видимому, также близки к технологическому пределу. Таким образом, наибольший интерес с точки зрения усовершенствования систем связи представляют устройства управления ретрансляторами (контроллеры) и предназначенные для базовых станций устройства обработки сигнала.

Предоставление дополнительных сервисов

Основным и зачастую единственным сервисом конвенциональных сетей является голосовая связь. Предоставление дополнительных сервисов возможно с помощью различных систем сигнализации и встраиваемых аналоговых и цифровых модулей.

Профессиональные радиостанции всегда имеют набор встроенных функций сигнализации, который может быть расширен с помощью дополнительных модулей. Обработка сигнализации является основной функцией контроллеров.

Субтональная сигнализация

Субтональная сигнализация основана на непрерывной передаче управляющего сигнала в неслышимом диапазоне 0…300 Гц частот модулирующего сигнала совместно с речевым сигналом в диапазоне 300…3400 Гц. Применяют сигнализацию с кодированием непрерывным тоном (CTCSS) или цифровым кодом (DCS). Система CTCSS более помехоустойчива, чем DCS, но имеет меньший набор субтонов (кодов). Применение данного типа сигнализации является наиболее распростаненным способом шумоподавления и доступа к базовой станции (ретранслятору).

Субтональная сигнализация может быть успешно использована для организации выделенных групп абонентов на одном частотном канале, что позволяет в случае невысокой загрузки экономить частотный ресурс. При этом слышат друг друга только абоненты своей группы.

Высококачественные декодеры CTCSS и DCS реализованы во встроенных контроллерах ретрансляторов KENWOOD TKR720/820/750/850. Декодеры обеспечивают малое время и высокую надежность декодирования, применение различных кодов на прием и передачу, а также нестандартных кодов.

Контроллеры ретрансляторов 38А и 38MAX производства ZETRON позволяют гибко организовывать группы абонентов, и использовать различные настройки для групп. Предоставляются возможности: Настраиваемый алгоритм декодирования CTCSS и DCS позволяет в реальных условиях эффективно декодировать субтоны даже из слабого сигнала, когда речь находится на грани разборчивости. Это весьма важно при обеспечении максимальной дальности радиосвязи, поскольку в данном случае сигнализация не ограничивает зону действия радиосистемы.

Тональная сигнализация

Более широкую номенклатуру сервисов представляет использование тональной сигнализации. Это в первую очередь DTMF (телефонная тональная сигнализация), а также 2- или 5/6-тоновая последовательная сигнализация. Сигнальные посылки передаются в слышимом (300…3400 Гц) диапазоне частот в промежутках между речевыми сообщениями.

Возможности тональной сигнализации: Режим соединения абонента с телефонной линией лучше оставить лишь для э кстренных случаев, поскольку в течение всего соединения базовая станция занята непрерывно и не доступна для абонентов других групп. Кроме того, услуга предоставления доступа абонентов сети к телефонной сети общего пользования подлежит лицензированию.

Тональная сигнализация по сравнению с субтональной менее помехоустойчива, поэтому использование ее для доступа к базовой станции и селективных вызовов может заметно сократить дальность радиосвязи. Тем не менее посредством тональной сигнализации успешно решается задача персональной идентификации абонента. Для этой цели применима функция PTT ID, предусмотренная во многих профессиональных радиостанциях. При нажатии или отпускании кнопки передачи радиостанция автоматически передает идентифицирующую посылку в выбранном формате (чаще всего DTMF). Диспетчерская радиостанция оснащается декодером, что позволяет в реальном времени отслеживать выход каждого абонента в эфир, а при подключении к компьютеру фиксировать такие выходы и отслеживать их статистику.

Многофункциональные аналого-цифровые модули

Существенное расширение номенклатуры предоставляемых сервисов возможно за счет применения встраиваемых в базовые и абонентские станции многофункциональных аналого-цифровых модулей. Так, на базе сигнальных модулей DAXON разработки компании "Информационная индустрия" может быть построена диспетчерская система радиосвязи DAXON-DS. Система позволяет решать задачи по: Система включает в себя ретранслятор с контроллером DAXON600R, радиостанции подвижных и удаленных абонентов со встроенными абонентскими модулями DAXON, GPS-приемниками и различными датчиками.

Скремблеры

Иногда в работе различных предприятий, особенно служб безопасности и охраны возникает необходимость в защите передаваемой в эфире информации от несанкционированного прослушивания. Для этого в абонентские и базовые радиостанции устанавливают устройства шифрования речи - скремблеры. На рынке представлено большое количество скремблеров Selectone, Midian, DAXON от простейших аналоговых частотных инверторов до цифровых шифраторов с повышенной криптостойкостью и широким набором функций. Например, скремблеры Transcrypt 410-460, DES кроме различных алгоритмов шифрования предлагают возможность автоматического распознавания открытого и закрытого режимов, дистанционной динамической смены ключей, блокировки утерянных или украденных радиостанций. Многие производители радиосредств изготавливают скремблеры для своих радиостанций в виде встраиваемых модулей.

Отметим ряд недостатков использования таких устойств. Таким образом, во многих случаях скремблерам целесообразно предпочесть использование в эфире кодовых фраз, обозначение объектов номерами, а абонентов - позывными.

Улучшение субъективного качества речи

Улучшение субъективного качества речи и повышение комфортности ее восприятия весьма важно для пользователей сети связи, поскольку конвенциональные системы в первую очередь рассчитаны на живых абонентов.

Цифровая обработка речи

В последние годы производители радиостанций предусматривают в своих изделиях средства цифровой обработки речи. Целью такой обработки является повышение естественности звучания и разборчивости речи, автоматическая регулировка усиления, компенсация искажений и т.п. Например, обработка речи на цифровых сигнальных процессорах предусмотрена в радиостанциях KENWOOD версии G. Весьма совершенные алгоритмы обработки предусмотрены в новых носимых станциях TK-2160/3160.

Перспективным способом улучшения качества речевого сигнала является цифровая шумоочистка на базовой станции. ООО "Центр Речевых Технологий" разработана миниатюрная двухканальная встраиваемая плтата шумоочистки речи STC-H209 "Тишина". Плата обеспечивает подавление шумов улицы, механизмов и других широкополосных, гармонических и импульсных помех в одном или двух каналах. Плата может быть настроена на подавление помех, специфических для конкретной сети связи. С помощью набора аппаратных и программных средств "Denoiser Kit" могут быть подобраны наиболее эффективные алгоритмы фильтрации, степень подавления помехи и полоса пропускания устройства. При настройке предусмотрена возможность использования заранее подготовленных фонограмм с типовыми шумами.

Нелинейная фильтрация

Эффективным способом улучшения субъективного качества речи может быть и нелинейная фильтрация в канале звука. Использование различных коэффициентов передачи для сигналов разных амплитуд позволяет организовать автоматическую регулировку усиления, компрессирование сигнала, шумопонижение в паузах. Это даст возможность нивелирования различий в манере работы разных операторов и в настройке абонентских станций. На сегодня данный сегмент рынка фактически не занят, устройства требуют разработки.

Задержка речевого сигнала

Применение систем субтональной сигнализации приводит к задержке отклика ретранслятора и радиостанций вызываемых абонентов на радиосигнал, составляющей несколько сотен миллисекунд. Чтобы избежать пропадания начала реплики, приходится выдерживать паузу между нажатием на кнопку передачи и началом фразы, о чем нередко забывают даже опытные операторы. Решением проблемы может служить включение в звуковой тракт базовой станции устройства задержки речевого сигнала, при этом ретранслятор управляется незадержанным субтоном. Эти устройства также еще требуют разработки.

Расширение зоны действия системы

Поскольку в конвенциональных системах крайне редко удается применить более одного ретранслятора для обслуживания одной группы абонентов, расширение зоны действия системы и улучшение радиопокрытия внутри зоны является весьма актуальной задачей.

Совершенствование антенно-фидерного оборудования

Классическим способом решения данной задачи является улучшение энергетики радиолиний за счет применения высококачественного антенно-фидерного оборудования. На рынке представлено большое разнообразие такого оборудования: коаксиальные кабели с низкими потерями CELLFLEX производства RFS, антенны и высокоизбирательные фильтры производства ООО "Фирма "Радиал", фильтры, развязывающие циркуляторы, малошумящие усилители TELEWAVE, PROCOM и т.д.

Дистанционное управление радиосредствами

Решением проблемы может быть дистанционное управление базовыми и стационарными абонентскими станциями, размещенных вблизи антенны с целью сокращения длины высокочастотных фидеров. На рынке представлено немало устройств дистанционного управления [2]. Устройства фирмы CPI серий DR, TR выполнены в виде телефонного аппарата и управляют радиостанцией по выделенной линии, обеспечивают двустороннюю передачу звука, команды передачи, функцию монитора. Модель 250 производства ZETRON дополнительно обеспечивает переключение каналов удаленной станции и тональное управление дополнительной коммутацией, а модель 284 способна управлять четырьмя базовыми станциями.

Системы разнесенного приема

Как показывает практика, дальность связи в конвенциональной системе в наибольшей степени ограничена возможностью базовой станции (ретранслятора) принять сигнал от маломощной абонентской станции. Приемник ретранслятора вследствие высоко поднятой антенны в большей степени подвержен воздействию внешних радиопомех. Эффективно повысить энергетику радиолинии абонентская станция - ретранслятор позволяет применение разнесенного приема.

Принцип организации системы разнесенного приема для одного ретранслятора (частотного канала) представлен на рисунке. Система включает в себя несколько приемников, работающих на одной частоте, соответствующих частоте приема ретранслятора fRx, и один передатчик на частоте передачи ретранслятора fTx. Приемники разнесены на местности на единицы-десятки километров таким образом, чтобы совокупная зона действия приемников примерно соответствовала зоне действия передатчика ретранслятора. Зоны действия приемников могут перекрываться. Одним из приемников, очевидно, может быть штатный приемник ретранслятора.



Удаленные приемники связаны с базовой станцией линиями связи, по которым передается демодулированный сигнал звука, субтон и сигнал наличия несущей на входе приемника COR. Выбранный сигнал выдается устройством автовыбора на вход контроллера ретранслятора как сигнал приемника.

Устройство автовыбора 4RV/2 производства Doug Hall Electronics рассчитано на подключение до четырех приемников и имеет полосу пропускания 40…4000 Гц, достаточную для передачи сигналов звука и субтона CTCSS. Критерий выбора приемника - максимум псевдоотношения сигнал/шум (без обратной связи). Автовыбор может производиться непрерывно либо с фиксацией выбранного на заданное время либо до пропадания выбранного сигнала. Устройство может комплектоваться интерфейсами линий связи.

Критерий выбора по максимуму псевдоотношения сигнал/шум оптимален при эфирных помехах типа белого шума. Для сложной электромагнитной обстановки крупных городов характерны помехи - внутриканальные, интермодуляционные, внеполосные, - спектр которых близок к спектру полезного сигнала. В таких условиях критерий максимума сигнал/шум часто не адекватен.

В связи с этим группой специалистов во главе с автором было разработано устройство автовыбора с обратной связью по решению. Результат распознавания субтона в сигнале выбранного приемника возвращается устройству автовыбора и служит критерием правильности выбора. Ошибочный выбор немедленно корректируется. Результаты распознавания служат для формирования статистик по каждому приемнику. Статистики наряду с результатами временного анализа сигналов COR используются при следующих выборах. Такой алгоритм хорошо зарекомендовал себя в реальных помехах. Устройство предусматривает подключение до трех приемников и имеет раздельные каналы субтона и звука. АЧХ и ФЧХ канала субтона оптимизированы для максимально полного использования субтональных систем CTCSS и DCS. С целью коррекции возможных искажений и повышения скорости и качества распознавания кодов DCS предусмотрена специальная цепь кондиционирования субтона.

Опыт эксплуатации систем связи с автовыбором и частично перекрывающимися зонами действия приемников показал, что: Такой результат достигается без доработки абонентских радиостанций и изменения режима их эксплуатаци, абоненты лишь отмечают повышение качества связи. Требуемый частотный ресурс не увеличивается по сравнению с классической ретрансляторной схемой.

Ограничением в использовании таких систем является необходимость организации дополнительных линий связи. Для их организации может быть использована свободная емкость любых существующих линий: проводных, эфирных, радиорелейных, лазерных атмосферных, - имеющих аналоговый интерфейс.

Схемы с автовыбором эффективны и в малоканальных транкинговых системах, особенно односайтовых, где важна экономия частотного ресурса.

Заключение

Конвенциональные системы радиосвязи занимают свою специфическую нишу на рынке профессиональной мобильной радиосвязи. Можно ожидать, что они будут востребованы и впредь. Существует немало эффективных технических решений, позволяющих повысить качество предоставляемых услуг и расширить их номенклатуру, что способствует повышению привлекательности таких систем связи для потребителя. При этом часть сегментов рынка технических средств на сегодняшний день далеко не насыщены и могут быть заняты отечественными производителями.

Литература

1. А.М. Овчинников. Направления развития конвенциональных систем ПМР// Технологии и средства связи. 2004. № 4.

2. В.П. Николаев. Рост конкуренции и спроса на рынке ПМР// Технологии и средства связи. 2004. № 3.



Оставить комментарий к статье в форуме

Связаться с автором


На главную страницу

Rambler's Top100