Лекция 1/1 Основы телекоммуникаций и компьютерных технологий

Вид материала

Содержание

В настоящее время все системы спутниковой связи по высоте орбиты можно подразделить на
Развитию систем спутниковой связи способствуют следующие достижения науки
Системы связи типа Trank, основные характеристики и возможности. Перспективы развития.
Аналоговый стандарт
Рассмотрим работу абонентов в некоторых режимах более подробно.
Соединение «телефон — мобильный абонент»
Соединение «мобильный абонент — мобильный абонент»
Групповые режимы связи
Аварийные вызовы

Подобный материал:

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 17

§ 4. Спутниковая связь.

На исходе XX века родилась еще одна чудо-технология — персональная радиосвязь с любым абонентом, находящимся в любой точке нашей планеты. Эта технология обеспечивается системами персональной спутниковой радиосвязи (СПСР), использующими комплексы космических ретрансляторов и абонентских радиотерминалов.

В последние годы все более актуальным становится вопрос о системах глобальной персональной радиосвязи на основе применения спутников Земли. Внедрение этих систем и их интеграция с наземными сетями подвижной связи обеспечивает досягаемость абонентов в любой точке земного шара путем простого набора телефонного номера. Спутниковые системы связи предоставляют следующие виды услуг:

• радиотелефонная и факсимильная связь;

• передача больших массивов данных;

• организация персонального радиовызова;

• определение местоположения (координат) абонента;

• международный роуминг.

Варианты систем персональной спутниковой связи

В общем случае любая спутниковая система связи состоит из трех сегментов: космического (группы космических спутников-ретрансляторов), наземного (наземные станции обслуживания, станции сопряжения) и пользовательского (терминалы, находящиеся у потребителя). И если для сотовой связи важным параметром является высота подъема антенны базовой станции, то для систем спутниковой связи то же значение имеет высота орбиты спутников-ретрансляторов (СР).

В настоящее время все системы спутниковой связи по высоте орбиты можно подразделить на:

геостационарные орбиты (GEO — Geostationary Earth Orbit, спутник-ретранслятор как бы висит над одной точкой поверхности Земли): высота орбиты 36 000 км; количество СР, необходимых для охвата всей территории земного шара — 3, один спутник-ретранслятор перекрывает 34% земной поверхности, временная задержка передачи сигнала составляет примерно 600 мс;
средневысокие круговые или эллиптические орбиты (МЕО — Mean Eath Orbit): высота орбиты в диапазоне от 5000 до 15 000 км, количество необходимых СР — 8-12, зона перекрытия одним спутником — 25-28%, временная задержка передачи сигнала — 250-400 мс;
низкие круговые или близкие к круговым орбиты (LEO — Low Earth Orbit): высота орбиты в диапазоне от 500 до 2000 км, количество необходимых СР — 48-66; зона перекрытия одним спутником — 3-7%; временная задержка передачи сигнала — 170-300 мс.

Первая широко известная система спутниковых телекоммуникаций с мобильными абонентами «Инмарсат» (Inmarsat) и ей подобные обеспечивали обслуживание по принципу «следование абонента за терминалом»: радиотерминал с приемо-передающей аппаратурой и мощной антенной устанавливался на подвижном объекте (автомобиле, поезде, корабле, самолете) и абонент был привязан к этому объекту, следовал за ним. Радиотерминал через спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите, получал связь с радиотерминалами других абонентов.

Более поздние системы (Inmarsat 3, EMSS, MSAT, «Марафон») позволили реализовать принцип «терминал следует за абонентом», поскольку при использовании более эффективных узконаправленных антенн мощность сигнала в локальных зонах обслуживания увеличилась и радиотерминал абонента стал более портативным (в виде небольшого чемоданчика, «кейса» и т. п.).

Возможность дальнейшего увеличения мощности радиосигнала и уменьшения размеров абонентских радиотерминалов обеспечивается путем приближения спутников-ретрансляторов к абонентам, то есть переводом их с геостационарных на более низкие орбиты LEO и МЕО, но при этом для охвата той же территории приходится использовать большее количество СР. Имеется определенная аналогия СПРС с системами сотовой телефонии — зоны обзора земной поверхности многолучевыми антеннами СР формируют сотовую (макросотовую) структуру покрытия зоны обслуживания.

Низкие орбиты уже давно рассматривались как основа для организации систем спутниковой связи, но их использование тормозилось определенной инерцией мышления, настроенного на то, что спутник-ретранслятор должен быть виден долго и непрерывно, а лучше всего быть неподвижным для наблюдателя (то есть находиться на геостационарной орбите).

И только в последние годы появился ряд систем спутниковой связи, использующих низкие орбиты и более портативные абонентские радиотерминалы, вплоть до карманных радиотелефонных трубок.

В настоящее время имеется уже несколько десятков различных СПРС, характеристики некоторых из них приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Основные характеристики некоторых СПРС

Тип СР	Класс СР	Число СР	Высота орбиты, км	Масса СР, кг	Диапазон Прием	частот, ГГц Передача	Скорость передачи, Кбит/с
«Орбита»	GEO	8	36000	2200	5,98-6,28	3,65-3,95	9,6
«Горизонт»		2		2500
«Экспресс»
«Горизонт»	GEO	2	36000	2200	5,88-6,38	3,55-4,05	9,6-64
«Ямал-100»	GEO	3	36000	1300	3,46-3,79	5,76-6,12	9,6
ICO	МЕО	10	10300
Odissey	МЕО	12	10400	2500
Iridium	LEO	66	780	700	1,616-1,625	1,616-1,625	9,6
Globalstar	LEO	48	1414	426	6-7	6-7	9,6
«Гонец»	LEO	45	1400	250	0,312-0,315	0,387-0,390	2,4-19,2
«Сигнал»	LEO	48	1500	310	0,3-0,4	1,5-1,6	9,6

Наиболее популярными российскими системами спутниковой связи являются "Глобалсат", "Гонец", "Каскон", "Курьер", "Паллада", "Сигнал", "Банкир", "Ямал", "Урал" и др.

Помимо развития отечественных спутниковых систем связи, предусматривается дальнейшая эксплуатация международной системы Inmarsat, так как Россия является полноправным ее членом.

Для растущего российского рынка телекоммуникационных услуг важной задачей является активное использование спутниковых систем с целью обеспечения жизнедеятельности в отдаленных районах страны с неразвитой инфраструктурой связи. Передача всех видов информации в спутниковых системах связи ведется с высокой скоростью в цифровом виде при помощи широкополосных сигналов.

Выделяются следующие основные этапы развития спутниковой связи:

• середина 1960-х гг. — запуск первых спутников связи; начало коммерческого использования спутников-ретрансляторов для многоканальной связи, передачи телепрограмм и т. п.;

• 1970-е гг. — создание систем подвижной спутниковой связи, спутникового телевещания коллективного пользования;

• 1980-е гг. — зарождение технологии VSAT (Very Small Aperture Terminal) — технологии малых спутниковых терминалов, устанавливаемых прямо у пользователей, а также непосредственного спутникового телевизионного вещания;

• конец 1990-х гг. — начало массовой эксплуатации глобальных спутниковых систем связи;

• начало XXI в. — внедрение малых спутниковых телефонных аппаратов, совместимых со стандартами сотовых сетей (что позволяет охватить бесперебойной связью всю планету).

Спутниковая связь не имеет ограничений по привязке к конкретной местности Земли. Это делает ее потенциально самым перспективным видом связи, который может качественно изменить всю мировую индустрию телекоммуникаций.

2. В зависимости от вида предоставляемых услуг системы спутниковой связи можно разделить на три основных класса:

• системы пакетной передачи данных (телексных и факсимильных сообщений, компьютерных данных, доставки циркулярных сообщений, автоматизированного сбора данных о состоянии различных объектов, в том числе транспортных средств, и т. д.);

• системы радиотелефонной связи (международные стандарты требуют непрерывности связи в режиме реального времени, осуществляемой в цифровом виде, с условием задержки сигнала не более чем на 0,3 сек.);

• системы для определения местоположения (координат) потребителей (чаще всего используется во всех видах навигации; одной из лучших спутниковых систем считается ГЛОНАСС/НАВСТАР).

Развитию систем спутниковой связи способствуют следующие достижения науки:

• микроминиатюризация функциональных узлов коммуникационного оборудования;

• создание мощных солнечных батарей небольших размеров (с помощью применения арсенида галлия и фосфида индия);

• уменьшение массы спутников (благодаря внедрению различных композиционных материалов);

• разработка бортовых компьютеров на специализированных БИС (больших интегральных схемах), что обеспечивает высокоскоростную коммутацию при ретрансляции информационных потоков;

• применение методов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), который основан на использовании широкополосных сложных сигналов.

Большинство существующих спутниковых систем связи имеют геостационарные спутниковые группировки, что легко объяснимо: небольшое количество спутников, охват всей поверхности Земли. Однако большая задержка сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания. Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению стоимости обслуживания.

Низкоорбитальные СПРС Iridium имеет 66 спутников-ретрансляторов (5 мая 1997 года запущены первые пять из них) на орбитах высотой 780 км, a Globstar — 48 на высоте 1400 км. Такое количество СР необходимо для поддержания непрерывного канала связи, предоставляемого любому абоненту на территории земного шара, поскольку каждый из низкоскоростных спутников-ретрансляторов находится в зоне видимости абонентского радиотелефона всего несколько минут за время каждого оборота спутника на орбите. Благодаря движению спутников друг за другом, их расположению в разных орбитальных плоскостях и автоматическому переключению связи с одного СР на другой, гарантируется полное перекрытие поверхности планеты зонами обзора и непрерывная связь с абонентом. Число обеспечиваемых системами каналов связи достигает 60 000-70 000.

Системы связи типа Trank, основные характеристики и возможности. Перспективы развития.

Транкинговая связь — наиболее оперативный вид двухсторонней мобильной связи, максимально эффективной для координации подвижных групп абонентов. Транкинговые системы связи менее интересны для индивидуальных пользователей (связь между ними остается прерогативой сотовых радиотелефонных систем); они более перспективны и эффективны для корпоративных организаций, для групповых пользователей — для мгновенной связи между группами пользователей, объединившимися по организационному признаку или просто по интересам. Часто трафик (передача информации) замыкается в основном внутри транкинговых систем, и выход абонентов в телефонные сети общего пользования хотя и возможен, но предполагается только в исключительных случаях.

Но в принципе работа транкинговых систем возможна и в локальном (однозоновом, корпоративном), и в сетевом (многозоновом, обслуживающем индивидуальных пользователей) вариантах.

Изначальные (на том этапе принципиальные) отличия транкинга от сотовой связи заключались в том, что сотовые системы в основе своей предназначены для предоставления услуг равноподчиненным, независимым абонентам с ориентацией на информационное взаимодействие по горизонтали при минимуме регламентации и ограничений на услуги связи. Транкинговая связь возникла на другой основе - она предназначена для предоставления коммуникационных услуг деятельностным группам пользователей с выраженной иерархией подчиненности, т. е. с информационным взаимодействие по вертикали подчиненности.

Набор базовых услуг в вертикали информационного взаимодействия специфичен и в достаточно полном перечислении включает:

категории абонентов по подчиненности;
приоритеты по предоставлению услуг, включая срочные;
широковещательные сообщения, в том числе в чрезвычайных обстоятельствах;
групповые соединения, включая селекторные, циркулярные (конференцсвязь);
участие диспетчера в организации информационного взаимодействия;
разделение трафика в личных целях и на выполнение работ;
регламентация связности абонентов по схеме информационного взаимодействия;
различного рода ограничения по занятию трафик-канала (ТК);
возможность выхода на прямую радиосвязь, минуя БС, и т. п.

Следствием категорирования, приоритетности, регламентации и ограничений является перераспределение трафика. Доминирующим является внутренний трафик системы, в том числе по укороченным абонентским номерам быстрым соединением абонентов. Только незначительная часть высококатегорийных абонентов имеет выход в телефонную сеть общего пользования. Остальные довольствуются внутренним (фактически служебным) трафиком. Вследствие этого расчетная величина нагрузки в нормальной транкинговой системе на одного абонента на порядок ниже, чем в сотовой. Так, на один канал в сотовых системах статистически приходится в среднем 20...25 абонентов, транкинговых — не менее 200...250.

Система транкинговой связи (trunk — ствол, магистраль) включает в себя базовую станцию (иногда несколько) с ретрансляторами и абонентские радиостанции (транковые радиотелефоны) с телескопическими антеннами. Базовая станция связана с телефонной линией и сопряжена с ретранслятором с большим радиусом действия — до 50-100 км. Транковые радиотелефоны исключительно надежны, компактны и выполняются в нескольких вариантах:

переносном — радиус действия 20-35 км, вес 300-500 г;
перевозимом — радиус действия 35-70 км, вес около 1 кг;
стационарном — радиус действия 50-120 км, вес обычно больше 1 кг.

Усредненные возможности транкинговой связи по охвату территории показаны на рис. 1.

Вообще говоря, для транкинговых систем характерно оборудование, выполненное с использованием высоких технологий, поддерживаемое хорошим сервисом как для абонента, так и для оператора сети, оборудование, обеспечивающее полноценную дуплексную или полудуплексную радиотелефонную связь с подвижными объектами, работу в аналоговом и цифровом режимах. При помощи транкинга малое число радиоканалов динамически распределяется между большим числом пользователей. На один канал приходится до 50 и более абонентов; поскольку абоненты не очень интенсивно используют телефон, а базовая станция работает в режиме концентратора (то есть распределяет все радиоканалы только между обратившимися к ней абонентами), вероятность ситуации «занято» не велика (существенно меньше, чем при жестком прикреплении даже нескольких абонентов к одному каналу).

Рис. 1. Возможности транкинговой связи по охвату территории

Радиотелефоны могут работать как в системе, находясь в зоне действия базовой (базовых) станции и через нее связываясь с любым абонентом телефонной сети (в том числе и с транкинговым абонентом), так и индивидуально друг с другом, находясь как внутри, так и вне зоны базовых радиостанций. В первом случае непосредственная связь абонентов обеспечит большую оперативность соединения (время соединения обычно не превышает 0,3-0,5 с). Возможность непосредственной связи абонентов без участия базовой станции — основное, глобальное отличие транкинговых систем от сотовых.

Стандарты транкинговой связи можно разделить на два поколения:

аналоговые транкинговые стандарты — Smart Trunk, MPT 1327, LTR, SmartNet и т. д.;
цифровые транкинговые стандарты — TETRA, APCO 25, EDACS, iDEN, Tetrapol и т. д.

В России в основном применяются аналоговые транкинговые системы, цифровые системы единичны и многие из них проходят лишь опытную эксплуатацию.

Аналоговый стандарт Smart Trunk II

Весьма популярная в России система Smart Trunk II, впервые представленная в 1992 году и являющаяся развитием известной во всем мире системы Smart Trunk, первоначально разрабатывалась как однозоновая (локальная) недорогая система для широкого применения. Сейчас системы Smart Trunk II используются и в локальном, и в сетевом режимах.

Сетевой вариант работы предусматривает наличие нескольких базовых станций и/или ретрансляторов, размещенных не обязательно близко для перекрытия компактной территории, а в соответствии с топологией обслуживаемых регионов. Возможным вариантом является, например, установка одного или нескольких ретрансляторов в районе города, где расположен центральный офис фирмы и где плотность абонентов высока, и отдельных ретрансляторов в зонах, где расположены филиалы фирмы, в районах зон отдыха и дачных участков сотрудников фирмы и т. п.

Распределенная сетевая транкинговая связь обеспечивает автоматическую перерегистрацию абонента при переходе из одной зоны базовой станции в другую (роуминг) и автоматическую переадресацию поступившего вызова к абоненту, перешедшему в другую зону (роутинг).

При организации связи может учитываться приоритетность абонентов, обеспечивается защищенность связи (абоненты не могут вмешиваться в другие разговоры и работать на уже занятых каналах). Каждый транковый радиотелефон имеет свой уникальный идентифицирующий его номер, благодаря которому исключается возможность несанкционированного доступа в сеть посторонних абонентов. Для Smart Trunk II характерны следующие параметры:

число каналов — до 16, каждый транковый канал может быть подключен к одной или двум телефонным линиям;
число абонентов — до 1100 (в новой версии контроллера ST-853 — до 4000 абонентов);
абонентские радиотелефоны — дуплексные и полудуплексные, каждому тран-ковому радиотелефону присваивается уникальный четырехзначный номер и код для групповой связи;
рабочие частоты — любые разрешенные в диапазонах 146-174, 453-467 и 824-960 МГц.

В сети обеспечиваются следующие основные варианты организации связи:

абонент (в том числе и мобильный) — телефонная сеть — мобильный абонент;
мобильный абонент — мобильный абонент (по прямому радиоканалу);
групповая связь;
аварийные вызовы.

Сервисные возможности системы:

организация 10 уровней приоритета доступа к радиотелефонным каналам, что позволяет при занятости всех каналов более приоритетным абонентам в экстренных случаях прерывать разговор менее приоритетных абонентов и срочно выходить на связь;
установление ограничений отдельным абонентам, в зависимости от уровня их приоритета, по времени доступа к системе, по доступу в городскую и междугородную телефонные линии;
разделение абонентов на группы и работа внутри и вне групп в режиме групповой связи на уровне руководителей групп или всех абонентов;
оперативное ограничение доступа отдельных абонентов к системе, например при утере радиотелефона его индивидуальный номер может блокироваться;
организация и использование приоритетного дежурного канала для передачи экстренных и особо важных сообщений;
защита от прослушивания разговоров посторонними посредством установки в транковые радиотелефоны включаемого при необходимости маскиратора (скремблера);
оперативный учет времени все» видов разговоров, что весьма удобно при расчетах оплаты разным абонентам и организациям за пользование транкинговой связью.

Рассмотрим работу абонентов в некоторых режимах более подробно.

Соединение «мобильный абонент — телефон»

Для выхода в телефонную сеть следует набрать на клавиатуре транкового радиотелефона номер телефона (до 14 цифр) и нажать кнопку режима 1* или 2* для доступа к АТС по 1-й или 2-й телефонной линии. Контроллер радиотелефона сканирует диапазон рабочих частот, находит свободный канал и подключает радиотелефон к базовой станции. После соединения возможен тональный донабор номера, например для доступа к добавочным номерам офисной АТС или управления автоответчиком вашего телефона.

Радиотелефон при этом передает в цифровом виде код подключения зарегистрированного пользователя; затем он обратится к телефонной линии 1 или 2 и передаст код номера вызываемого телефона. Если посылка содержала только код номера телефонной линии (1 или 2), то в транковом аппарате раздастся обычный телефонный гудок, и у абонента будет еще 8 секунд для того, чтобы начать набор номера вызываемого телефона, прежде чем произойдет автоматическое разъединение. Контроллер транкового радиотелефона может быть запрограммирован:

на импульсный или тональный набор кода номера телефона; цифры, набранные мобильным абонентом, преобразуются в импульсный или тональный набор в зависимости от настроек контроллера;
на ожидание гудка от телефонной линии перед набором номера, что нужно, например, при работе с офисными АТС, требующими донабора для выхода в городскую телефонную линию;
на блокировку набора определенных сочетаний цифр в телефонных номерах, что может обеспечить, например, запрет набора международных номеров.

Все варианты программирования контроллера транкового аппарата распространяются, естественно, только на один этот аппарат.

Окончание сеанса связи мобильного абонента с телефонной линией происходит при приеме кода разъединения от мобильного радиотелефона.

Соединение «телефон — мобильный абонент»

Для вызова мобильного транкингового абонента с городского телефона необходимо набрать один из телефонных номеров системы Smart Trunk и после ответа контроллера базовой станции в виде двух коротких гудков набрать добавочный номер нужного мобильного абонента. Добавочный номер может быть введен как в импульсном, так и в тональном режимах с любого телефонного аппарата.

Инициатор разговора после ответа контроллера имеет 6 секунд до начала набора номера мобильного абонента. Если набран номер несуществующего абонента, то раздается сигнал «занято». При получении правильного номера контроллер базовой станции сканирует диапазон рабочих частот, находит свободный канал и по нему начинает вызов мобильного абонента. Транковые радиотелефоны постоянно находятся в дежурном режиме на приеме служебного сигнала вызова. После ответа вызываемого аппарата формируется код подключения, и обоим абонентам выдается сигнал, подтверждающий, что соединение состоялось. Окончание сеанса связи происходит при получении кода разъединения от мобильного абонента.

Соединение «мобильный абонент — мобильный абонент»

Для вызова мобильного абонента нужно набрать на клавиатуре транкового радиотелефона номер вызываемого абонента и нажать кнопку режима 3*. Если была нажата только кнопка режима, раздастся гудок, и вызывающему абоненту дается 6 секунд для начала набора номера вызываемого абонента. Вызов абонента производится по радиоканалу, без использования телефонных линий.

После набора правильного номера контроллер вызывающего аппарата начнет сканирование диапазона рабочих частот, найдет свободный канал, включит радиопередатчик и по этому радиоканалу пошлет сигнал вызываемому абоненту. После ответа последнего формируется код подключения, и оба абонента слышат звуковой сигнал, извещающий об установлении сеанса связи. Окончание сеанса связи происходит при приеме кода разъединения от любого абонента.

Групповые режимы связи

Некоторое число мобильных абонентов можно объединить в группу и присвоить им уникальный групповой номер. По этому номеру можно вызывать сразу всех абонентов сформированной группы. Правила вызова точно такие же, что и при вызове индивидуального абонента. Таким образом реализуется:

«конференц-связь» между многими абонентами сразу;
«циркулярная связь» одного абонента сразу со многими абонентами.

Аварийные вызовы

Срочный вызов оператора системы на базовой станции осуществляется нажатием кнопки режимов 9*. В случае бедствия или опасности можно автоматически передать заранее запрограммированный аварийный телефонный номер нажатием кнопки режимов 0*. Если при попытке набрать аварийный номер все каналы будут заняты, то контроллер прервет один из разговоров для прохождения аварийного звонка.

Транковый радиотелефон можно перевести в режим обычной радиостанции для работы вне зоны обслуживания транкинговой системы. Например, если два автомобиля, оборудованные транковыми радиотелефонами, отправлены в командировку, то при выезде из зоны обслуживания транкинговой системы радиотелефоны переключаются из транкового режима в обычный, и автомобили могут поддерживать между собой оперативную связь в пути.

Системы Smart Trunk II обычно создаются как корпоративные системы: они ориентированы на конкретного пользователя, рассчитываются и строятся специализированной фирмой (например АО «Т-Хелпер») под конкретную проблему. Такой подход позволяет максимально экономить средства — не приобретается ничего лишнего, и время — оперативно создается действующая система. В зависимости от текущих финансовых возможностей и потребностей в услугах связи, можно построить систему в сокращенной конфигурации, а затем развивать ее дальше. Примеры транковых радиотелефонов:

носимые: Alinco DJ-195 (40 подканалов, габариты 124x56x40 мм, вес 350 г), Icom IC-F4 (32 подканала, габариты 140x57x37 мм, вес 390 г);

возимые: Alinco DR-135 (100 подканалов, габариты 174x142x40 мм, вес 860 г), Icon IC-F410 (32 подканала, габариты 175x137x40 мм, вес 2100 г).

Blog

Лекция 1/1 Основы телекоммуникаций и компьютерных технологий

Содержание