Что такое транковая радиосистема?

Транковая связь

 

В современном деловом мире всё больше внимание уделяется средствам мобильной связи: пейджерам, аппаратам сотовой и спутниковой связи, персональным коммуникаторам и тому подобным устройствам. В самом деле, для того чтобы быть конкурентоспособными, современным компаниям требуется постоянно поддерживать связь со своими клиентами, и, что не менее важно, между сотрудниками своей организации. В последнее время некоторые операторы мобильной связи предлагают так называемые "корпоративные" тарифы (например, корпоративная программа МТС), которые как раз предназначены для создания "виртуальной телефонной сети" для сотрудников компании. Однако подобные программы - это не самое дешёвое решение проблемы коммуникации, но, к счастью, не единственно возможное.

Для компании, решившей "соединить" своих мобильных сотрудников, существует альтернативное решение - использование транковой связи. Возможно, многие читатели словосочетание "транковая связь" видят впервые. Действительно, системам транковой связи сейчас уделяется меньшее внимание, чем даже пейджинговым системам. В какой-то мере это связано с тем, что системы транковой связи предназначены прежде всего для использования крупными организациями, а не массовыми пользователями. Несмотря на это, данная технология имеет свои достоинства и заслуживает того, чтобы быть рассмотренной в рамках данной статьи.

Итак, что же скрывается за термином "транковая система"? Как ни парадоксально, но мы пользуемся ею каждый день, даже не задумываясь об этом. Именно на принципе транкинга основано действие современных АТС. Давайте проследим, что же происходит, когда вы пытаетесь позвонить с домашнего телефона, допустим, своему другу. Вы снимаете трубку, дожидаетесь сигнала "линия свободна", затем набираете номер и ждёте ответа. Все остальные действия выполняет АТС: она выбирает один из свободных каналов связи и коммутирует (связывает) ваш телефонный аппарат с телефонным аппаратом друга. По окончании разговора линия, которая была использована, освобождается и становится доступной для использования уже другими людьми. Как вы догадываетесь, число линий связи ограничено и заведомо меньше необходимого для соединения всех телефонных аппаратов в городе. Таким образом, АТС контролирует распределение ограниченного числа линий между большим количеством абонентов. Предполагается, что ситуация, когда все абоненты вдруг решат одновременно связаться друг с другом, не возникнет. Следовательно, необходимо правильно рассчитать минимально необходимое число каналов связи, чтобы в процессе работы не возникали проблемы, связанные с их нехваткой. Этот вопрос эффективно решается с использованием математической теории систем массового обслуживания.

Рис. 1. В транковой телефонии абонент просто набирает номер, и АТС выделяет свободную линию, по которой можно вести разговор.

Виды транковой радиосвязи.

Настало время разобраться в видах транковой связи. Различными компаниями и организациями было разработано огромное число форматов транковой связи, многие из которых несовместимы друг с другом. В США наиболее популярными форматами являются Privacy Plus, разработанный компанией Motorola, Logic Trunked Radio - LTR, производитель - компания E.F. Johnson, а также SmarTrunk II от SmarTrunk Systems, ранее известная как Selectone. Также надо отметить проект iDEN компании Моторола, который предлагает цифровой формат транковой связи. В Европе широкое распространение получил стандарт MPT1327, разработанный в Англии для радиосетей общего пользования. Сейчас этот стандарт стал популярен в Азии, Австралии, странах Латинской Америки. В настоящее время в Европе ведутся работы по созданию нового европейского протокола цифровых транковых систем - TETRA (Trans European Trunked Radio).

В России наиболее известными протоколами являются SmarTrunk II, MPT1327, LTR.

Если классифицировать транковые системы по числу абонентов, то можно выделить три группы:

• малые, в которых число абонентов не превышает 300 человек. При построении таких систем используется протокол SmarTrunk II;
• средние, число абонентов которых не превышает 3000 человек. Чаще всего при создании таких систем применяется стандарт LTR;
• большие, с числом абонентов, превышающим 3000 человек. В этом случае чаще всего используется протокол MPT 1327.

MPT1327 и TETRA относят к классу открытых протоколов, в то время как LTR, SmartNet и т.п. - к классу закрытых, "фирменных", однако и те и другие работают по двум основным принципам, которые мы и рассмотрим в следующей части статьи.

Мобильные сети

 

 

Хотя плавный процесс эволюции мобильного интернета растянулся на десятилетия (и продолжается по сей день), мобильный доступ к данным стал стремительно менять нашу жизнь уже в начале и середине 2000-х годов, когда распространялись сети третьего поколения.
Пока телефоны становились всё меньше и производительнее, интернет адаптировался к мобильным платформам, росла скорость передачи данных (сети 4G улучшили пропускную способность примерно в десять раз по сравнению с 3G), мобильная связь становилась вездесущей.

Сегодня мы расскажем историю легендарного технологического рывка в телекоме: переход технологии от лабораторных стендов к массовому распространению по всему миру.

G: EDGE

Позднее на базе GPRS появилась «надстройка» Enhanced Data Rate for GSM Evolution (EDGE) для более скоростной передачи данных, так что протокол доступа не изменился. Данные собираются в пакеты и передаются через виртуальный канал, который предоставляется абоненту на время GPRS-сеанса. Концепции, обеспечивающие передачу пакетных данных в сотовых радиосетях, сохранялись и развивались дальше от GPRS / EDGE к 3G и 4G.

EDGE в сети GSM был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке. Благодаря внедрению сложных методов кодирования и передачи данных, EDGE обеспечивает более высокие скорости передачи битов на каждый радиоканал. EDGE может иметь полосу пропускания данных до 236 Кбит/сек (с полной задержкой менее 150 мс) с теоретическим максимумом в 473,6 Кбит/сек.

Время загрузки реальных файлов в зависимости от технологии.

В конце 2000-х годов были предприняты попытки улучшить пропускную способность 2.5G с помощью стандарта Evolved EDGE, также известного как EDGE Evolution. В этом стандарте уменьшены задержки, а скорость увеличена до 1 Мбит/сек.

Многие операторы связи стремились модернизировать существующую инфраструктуру, а не инвестировать в новую. Благодаря обновлению программного обеспечения и новым устройствам, совместимым с Evolved EDGE, многие поставщики услуг хотели избежать инвестиций в 3G. Однако этот стандарт так и не был введен в коммерческое использование.

История спутниковой связи.

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи.

Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.

Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

Уже первый искусственный спутник Земли (ИСЗ), выведенный на орбиту Советским Союзом в 1957 году, имел на борту радиопередатчик. Вполне логичным в этом свете выглядело желание строить на основе спутников системы связи.

Первые опыты по связи через специальные ИСЗ начали в 1960 году американцы. 13 мая 1960 года они вывели в космос для пассивной ретрансляции надувной ИСЗ «Эхо-1» диаметром 30 метров. Металлизированная поверхность служила отражателем радиосигналов, посылаемых с одного наземного пункта на другой.

Спутник, СССР, 1957 г. echo-1        

 Орбита спутника «Эхо-1» имела высоту немногим более 1500 км. Исследования, проведенные с помощью пассивного спутника, позволили углубить знания в области распространения радиоволн в околоземном космосе. Первыми американскими спутниками с активными ретрансляторами были «Телстар», запущенный 10 июля 1962 года, и «Реле», запущенный 13 декабря 1962 года. Оба спутника выводились на низкие околоземные орбиты и стабилизировались вращением вокруг своей продольной оси.

Спутник "Эхо-1" (Echo-1), США, 1960 г.          

Их передатчики имели мощность всего два ватта. Для приема на Земле требовались антенны большого диаметра. Низкие орбиты не позволяли иметь длительные сеансы связи, а быстрое перемещение по небосводу требовало непрерывного автослежения. В 1963 году американцы впервые попытались вывести спутники «Синком» на геостационарную орбиту с помощью трехступенчатой ракеты-носителя «Тор-Дельта». В околоземном космосе возможна только одна стационарная орбита. Угловая скорость движения спутника по такой орбите равна угловой скорости вращения планеты. Плоскость геостационарной орбиты совпадает с плоскостью земного экватора. Угловая скорость движения спутника по такой орбите равна угловой скорости вращения планеты. Плоскость геостационарной орбиты совпадает с плоскостью земного экватора.

Спутник "Телстар" (Telstar), США, 1962 г.

 На этой орбите спутник постоянно находится над определенной точкой на высоте 35 880 км. Период обращения такого спутника равен звездным суткам — 23 часа 56 минут и 4 секунды. Такой стационарный спутник непрерывно, круглые сутки, находится в условиях «прямой видимости» из района земной поверхности, площадь которого составляет одну треть поверхности Земли. Наличие на спутнике активного ретранслятора позволяет осуществлять радиосвязь между любыми пунктами, лежащими в этом районе. Первым спутником, занявшим место на стационарной орбите, 19 августа 1964 года стал «Синком-3» (после двух первых неудачных попыток: «Синком-1» 14 февраля 1963 года и «Синком-2» 26 июля 1963 года). 

В СССР начало развития спутниковой связи было сложным. В начале шестидесятых годов большинство ученых космической отрасли еще недооценивали перспектив систем спутниковой связи. Как во многих других проектах, так и в этом инициатором был С. П. Королев. Он был первым, кто открыто в печати и «закрыто» в виде писем в ЦК КПСС и правительство (тогда, при Хрущеве, это было почти одно и то же) поставил вопрос о создании системы спутниковой связи.

Спутник связи "Молния-1", СССР, 1965 г.        

31 декабря 1961 года «Правда» опубликовала статью «Советская земля стала берегом Вселенной».

Как обычно, Королев был закрыт псевдонимом «проф. К. Сергеев».Подводя итоги столь богатому космическими свершениями 1961 году, он, отдав должное полетам Гагарина и Титова, писал:

«Еще мало изученные пространства космоса, несомненно, представляют большой практический интерес для решения целого ряда прикладных задач народного, хозяйственного и научного значения.

Можно ожидать в ближайший период времени создания системы спутников-станций для целей связи и ретрансляции радио — и телевизионных передач, для навигации судов и самолетов, для систематического наблюдения за погодой, а в будущем, быть может, и для некоторого активного воздействия на формирование погоды...»

«Проф. К. Сергеев» не имел права разглашать сведения о начале работ по спутникам связи и о том, что ЦК КПСС и Совет Министров по инициативе автора этой самой статьи уже приняли постановление от 30 октября 1961 года о создании опытного ИСЗ для связи.

Проектные проработки начались в том же 1961 году. Сегодня привычна ситуация, когда спутник связи находится на геостационарной орбите. Впрочем, эта ситуация настолько привычна, что в связи с теснотой в космосе были приняты строгие международные правила, согласно которым разрешение, дающее право пребывания на стационарной орбите, выдается после длительных дорогостоящих хлопот Международным союзом электросвязи, постоянно пребывающим в Женеве. Для проектируемых спутников "Молния-1" была выбрана другая орбита. Правда, причина была в том, что имеющиеся на тот момент ракеты-носители и географическое положение советских космодромов не позволяли вывести на стационарную орбиту спутник достаточной массы.

Эскизная проработка проекта была закончена в 1962 году, а первый запуск "Молнии" состоялся 4 июня 1964 года. Запуск был неудачным. Второй спутник серии "Молния-1" был запущен 22 августа 1964 года. Он вышел на расчётную орбиту, но не раскрылись антенны. Первый удачный запуск третьего по счёту спутника состоялся 23 апреля 1965 года. Уже 1 Мая демонстрация в Москве и парад по случаю 20-летия Великой Победы 9 мая транслировалась во Владивосток, а в Москве был показан морской парад Тихоокеанского флота во Владивостоке. Сразу же начались эксперименты по передаче цветного телевидения. И также удачные.

Следующая "Молния" стартовала 14 октября 1965 года. 27 ноября начались эксперименты с передачей цветного изображения во Францию. Французские специалисты дали высокую оценку качеству изображения и предложили готовить прием цветной программы из Парижа.

Для создания круглосуточно действующей системы вещания требовалось одновременная работа минимум трёх спутников. До конца 60-х годов количество запусков перевалило за десяток

В середине 60-х началась разработка проекта "Молния-2". Основным отличием новой серии была работа в сантиметровом диапазоне. Разумеется, охват территории телевизионным вещанием определялся и наличием наземных станций приёма. Они получили название "Орбита". До 1967 года было построено 20 таких станций, а к 1984 году этих сооружений с характерной двенадцатиметровой параболической антенной насчитывалось больше сотни. Всего же спутников типа "Молния" было запущено более полутора сотен.

 

 

 

 

Транковая связь

 

В современном деловом мире всё больше внимание уделяется средствам мобильной связи: пейджерам, аппаратам сотовой и спутниковой связи, персональным коммуникаторам и тому подобным устройствам. В самом деле, для того чтобы быть конкурентоспособными, современным компаниям требуется постоянно поддерживать связь со своими клиентами, и, что не менее важно, между сотрудниками своей организации. В последнее время некоторые операторы мобильной связи предлагают так называемые "корпоративные" тарифы (например, корпоративная программа МТС), которые как раз предназначены для создания "виртуальной телефонной сети" для сотрудников компании. Однако подобные программы - это не самое дешёвое решение проблемы коммуникации, но, к счастью, не единственно возможное.

Для компании, решившей "соединить" своих мобильных сотрудников, существует альтернативное решение - использование транковой связи. Возможно, многие читатели словосочетание "транковая связь" видят впервые. Действительно, системам транковой связи сейчас уделяется меньшее внимание, чем даже пейджинговым системам. В какой-то мере это связано с тем, что системы транковой связи предназначены прежде всего для использования крупными организациями, а не массовыми пользователями. Несмотря на это, данная технология имеет свои достоинства и заслуживает того, чтобы быть рассмотренной в рамках данной статьи.

Итак, что же скрывается за термином "транковая система"? Как ни парадоксально, но мы пользуемся ею каждый день, даже не задумываясь об этом. Именно на принципе транкинга основано действие современных АТС. Давайте проследим, что же происходит, когда вы пытаетесь позвонить с домашнего телефона, допустим, своему другу. Вы снимаете трубку, дожидаетесь сигнала "линия свободна", затем набираете номер и ждёте ответа. Все остальные действия выполняет АТС: она выбирает один из свободных каналов связи и коммутирует (связывает) ваш телефонный аппарат с телефонным аппаратом друга. По окончании разговора линия, которая была использована, освобождается и становится доступной для использования уже другими людьми. Как вы догадываетесь, число линий связи ограничено и заведомо меньше необходимого для соединения всех телефонных аппаратов в городе. Таким образом, АТС контролирует распределение ограниченного числа линий между большим количеством абонентов. Предполагается, что ситуация, когда все абоненты вдруг решат одновременно связаться друг с другом, не возникнет. Следовательно, необходимо правильно рассчитать минимально необходимое число каналов связи, чтобы в процессе работы не возникали проблемы, связанные с их нехваткой. Этот вопрос эффективно решается с использованием математической теории систем массового обслуживания.

Рис. 1. В транковой телефонии абонент просто набирает номер, и АТС выделяет свободную линию, по которой можно вести разговор.

Что такое транковая радиосистема?

Транковые радиосистемы - это системы подвижной радиосвязи, которые основаны на тех же принципах, что и обычные телефонные сети. Иными словами, в системе транковой радиосвязи имеется ограниченное число радиоканалов (как правило, от двух до двадцати), которые по мере надобности выделяются центральным контроллером для ведения переговоров.

Рис.2. В транковых радиосистемах абонент запрашивает разрешение на разговор, а центральный контроллер (состоящий из нескольких репитеров) выделяет канал, по которому можно вести разговор.

В обычных системах радиосвязи пользователю приходится вручную перенастраиваться на свободный радиоканал, в системах транковой связи эту работу берёт на себя центральный контроллер, который сам выделяет двум радиостанциям свободный канал. Таким образом, пользователю нужно просто набрать номер вызываемого абонента, остальное система сделает сама. Транковой системе можно дать следующее определение: Автоматическое и динамическое распределение небольшого числа каналов среди большого числа радиопользователей.

Рис.3. Диаграмма загрузки пятиканальной транковой системы. Нижний график показывает случаи блокировки вызова, когда все пять каналов системы заняты.