Исследование особенностей построения и эксплуатации транкинговых сетей стандарта TETRA для транспорта и общественной безопасности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Абатуров, Петр Сергеевич

• Абатуров, Петр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абатуров, Петр Сергеевич

Введение.

1. Основные характеристики систем стандарта TETRA.

1.1. Сетевая архитектура стандарта TETRA.

1.1.1. Обобщенные схемы сетей связи.

1.1.2. Состав оборудования сетей связи.

1.1.3. Топология сетей связи.

1.2. Режимы функционирования системы и виды информационного обмена.

1.3. Сведения о радиоинтерфейсе.

1.4. Сетевые службы стандарта TETRA (основные услуги).

1.5. Дополнительные услуги.

1.5.1. Специализированные услуги.

1.5.2. Стандартные услуги.

1.5.3. Дополнительные услуги и службы речевой связи.

1.6. Краткая характеристика аппаратуры TETRA основных фирм-производителей.

1.7. Основные задачи исследований.

2. Особенности планирования транкинговых сетей.

2.1. Цели и этапы планирования.

2.2. Определение размеров одной соты.

2.3. Влияние различных факторов на размеры соты и уровень со-канальных помех.

2.4. Вывод основных формул, определяющих емкость сети связи.

2.5. Определение реальной емкости сети.

2.6. Эффективность использования спектра.

2.6.1. Характеристики эффективности.

2.6.2. Число каналов в полосе 1 МГц, отнесенное к площади покрытия.

2.6.3. Удельная спектральная нагрузка.

3. Применение сигналов с двойной ортогональной поляризацией для увеличения емкости сетей связи.

3.1. Постановка задачи. Принцип обеспечения ортогональности сигналов разных поляризаций.

3.2. Физическая и математическая модели канала.

3.3. Вероятность битовой ошибки.

3.4. Процедура вычисления вероятности битовой ошибки.

3.5. Анализ результатов расчета величины ВЕЯ.

3.5.1. Влияние задержек распространения.

3.5.2. Зависимость величины ошибки от коэффициента кросс-по ляризации./?.

3.5.3. Зависимость величины ВЕЯ от коэффициента скругления.

3.5.4. Анализ зависимости величины ВЕЯ от ширины защитной полосы.

3.5.5. Зависимость ВЕЯ от отношения сигнал/шум.

3.5.6. Влияние уровня мощности по второму лучу.

3.6. Выводы.

4. Передача видеоизображений в транкинговых сетях с небольшими скоростями передачи данных.

4.1. Особенности передачи видеоизображений.

4.2. Аналоговое и цифровое представление видеосигналов.

4.2.1. Аналоговое представление видеосигналов.

4.2.2. Цифровое представление видеосигналов.

4.2.3. Избыточность видеоданных.

4.3. Краткое описание алгоритма видеокодирования МРЕО-4/8кпр1е.

4.3.1. Режим 1-УОР.

4.3.2. Предсказание БС и АС коэффициентов.

4.3.3. Предсказание БС коэффициентов.

4.3.4. Предсказание АС коэффициентов.

4.3.5. УЬС кодирование.

4.3.6. Декодер Р-УОР.

4.3.7. Декодер VOP.

4.3.8. Структура информационного потока на выходе кодера.

4.3.9. Результаты воздействия ошибок на кодированное видеоизображение при передаче по каналу связи.

4.4. Оценка возможностей стандарта TETRA для передачи изображений.

4.5. Моделирование передачи изображения в мобильных системах.

4.5.1. Пропускная способность канала и внутриканальные помехи.

4.5.2. Параметры модели канала.

4.5.3. Передача видео через мобильный радиоканал.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование особенностей построения и эксплуатации транкинговых сетей стандарта TETRA для транспорта и общественной безопасности»

Стандарт цифровой транкинговой связи TETRA разработан Европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI (European Telecommunication Standard Institute) как единый общеевропейский цифровой стандарт, поэтому до апреля 1997г. аббревиатура TETRA означала Трансъевропейское транкинговое радио (TransEuropean Trunked Radio). В настоящее время в связи с расширением применения систем стандарта Tetra в мире аббревиатура расшифровывается как Наземное транкинговое радио (Terrestrial Trunked Radio).

Разработка стандарта была начата в 1994 году; первые версии спецификаций стандарта TETRA были представлены в 1996 г.

Стандарт TETRA состоит из двух частей: TETRA V+D (TETRA Voice + Data) - стандарта на интегрированную систему передачи речи и данных и TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарта, описывающего вариант транкинговой системы, ориентированный только на передачу данных.

Стандарт TETRA, разработанный на основе технических решений и рекомендаций стандарта GSM, является открытым, т. е. предполагается, что оборудование различных производителей будет совместимо.

В табл. 1 приведены данные по европейским проектам развертывания сетей на основе стандарта TETRA. Фирмы-производители оборудования приведены в табл. 2.

По прогнозу фирмы MOTOROLA к 2005 г. в мире будет произведено 980000 абонентских устройств стандарта TETRA. Мировой рынок TETRA оценивается компанией Nokia в 8-13 млн. пользователей к 2010 году, из них 3-6 млн. - сектор общественной безопасности, а 8 -10 млн. - гражданские абоненты.

В 2001 г. абоненты TETRA распределились примерно следующим образом:

45% - общественная безопасность,

18% - транспорт,

Таблица 1

Страна Наименование проекта Статус сети Основные потребители Оператор, участники проекта Зона охвата Предполагаемое количество абонентов

Великобритания Сеть полиции о. Нью-Джерси Государственная сеть регионального масштаба Полиция, пожарные, аварийно-спасательные службы МВД, службы безопасности, Департамент электроники, MOTOROLA 85% территории острова 1500

Великобритания PSRCP Государственная сеть национального масштаба Полиция, пожарные аварийно-спасательные службы Консорциум QUADRANT 96% территории В еликобритании

Великобритания Лондонский метрополитен Ведомственная сеть технологической связи Службы метрополитена и аварийные службы CONNECT COMMUNICATIONS Станции метрополитена

Великобритания Сеть компании DOLPHIN Коммерческая сеть национального масштаба Коммерческие пользователи DOLPHIN С 08.99г. охватывается 80% территории страны с 08.99г. 49% населения

Финляндия VIRVE Государственная сеть национального масштаба Армия, пограничная служба, полиция, железные дороги, муниципальные службы TELECOM FINLAND Территория страны 60000

Финляндия HELEN NET Корпоративная сеть энергетической компании Сотрудники компании Телекоммуникационное подразделение компании Район Хельсинки

Норвегия ElTeleOst Корпоративная сеть энергетической компании Сотрудники компании, возможно, муниципальной полиции OsloEnergiTele Район Осло os

Страна Наименование проекта Статус сети Основные потребители Оператор, участники проекта Зона охвата Предполагаемое количество абонентов

Швеция Project Gotland Государственная сеть национального масштаба Армия, полиция, органы госбезопасности, аварийно-спасательные службы Tetra Mobile Территория страны 150000

Нидерланды С2000 Государственная сеть национального масштаба Службы госбезопасности, скорая медицинская помощь, пожарные, аварийно-спасательные службы ITO (Телекоммуникационное агентство МВД Нидерландов) Территория страны 40000

Германия Сеть МВД Государственная сеть национального масштаба Полиция, пожарные TETRACON Район Берлина 14000

Бельгия ASTRID Государственная сеть национального масштаба Жандармерия, полиция, пожарные, органы государственной безопасности, таможня, аварийно-спасательные службы ASTRID (61% - у государства) Территория страны 40000

Россия СПб Метрополитен Ведомственная сеть технологической связи Службы метрополитена, аварийные службы, пассажиры НИИ Точной механики (СПб) Станции метрополитена

Таблица 2

Производитель Инфраструктура Абонентские станции Диспетчерские пульты Тестовое оборудование

Cleartone - + - +

DeTeWe - + +

ETELM + - -

GEC-Marconi Communications + + +

ICOM - + -

Kenwood - + -

Marconi Instruments - - + +

Maxon - + -

Motorola + + +

Nokia + + +

OTE + + +

Rhode & Schwarz + - + +

Simoco/Frequntis + + +

Tait + + +

Teltronic - + -

Uniden America + + -

16% - прикладные применения,

6% - промышленность,

6% - сервис,

8% - прочие применения.

В начале 2003 года проекты строительства систем стандарта TETRA реализовывались в 46 странах в объеме более 170 контрактов.

Первый звонок TETRA в России был произведен 11.10.2000 года в Санкт-Петербурге в рамках проекта «Демосистема TETRA» [1]; в настоящее время в стране действуют две опытные зоны:

• в интересах Минобороны в Москве, построенная в 2001-2002 годах,

• для МПС в Уральском регионе (участок Северка - Камышлов железной дороги), завершенный в 2002 г.

Предполагается ввести опытную зону для РАОЕЭС.

В Самаре фирмами «Комтех» и «Компас+Радио» проведены испытания базовой станции SIMOCO с целью определения зоны покрытия [2].

Приказом Министра РФ по связи и информатизации № 62 от 06.06.02 создана рабочая группа по написанию системного проекта "Федеральная сеть подвижной радиосвязи стандарта TETRA" (он же - проект "Тетрарус"), в которую вошли представители Минсвязи, Минобороны, МПС, ФСБ, МВД, РАОЕЭС и других потенциальных заказчиков.

Большая часть прогнозируемых абонентов систем стандарта TETRA обеспечивается (и, по всей видимости, будет обеспечиваться в перспективе) службами общественной безопасности и транспорта. По этой причине исследования, проведенные в данной работе, в основном были направлены на решение вопросов, связанных с особенностями применения стандарта TETRA службами общественной безопасности и на транспорте. Ряд полученных результатов представляет интерес и для других областей применения систем TETRA.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Абатуров, Петр Сергеевич

Заключение

На основании проведенных в работе исследований могут быть сделаны следующие выводы:

1. Наиболее перспективными европейскими системами транкинговой связи являются системы стандарта TETRA. Вобрав в себя лучшие технические решения цифрового стандарта сотовой связи GSM, системы стандарта TETRA обладают характерными чертами транкинговых систем, такими как коллективный вызов, дополнительные средства защиты, возможности создания мультимедийных услуг и др.

Эти преимущества стандарта обеспечили его широкое распространение более чем в 40 странах для создания систем как для корпоративных пользователей, так и для коммерческого применения. В настоящее время стандарт TETRA получает распространение в России. Создана рабочая межведомственная группа по разработке российской версии - системы Тетрарус, уже действует ряд опытных зон систем стандарта TETRA.

2. Системы на базе стандарта TETRA применяются (и продолжается их дальнейшее развертывание) для обеспечения надежной связи вдоль транспортных магистралей. В работе была показана возможность использования достаточно простой модели Окамура - Хата для определения зоны покрытия одной зоны и уровня соканальных помех. Полученные выражения и зависимости позволяют легко определить с достаточной для первоначального проектирования сети связи точностью размеры зоны покрытия базовой станции, уровень соканальных помех с учетом возможности расположения абонентов внутри здания или автомобиля.

3. Полученные инженерные выражения позволяют определить емкость системы (т.е. число обслуживаемых абонентов) в зависимости от числа используемых каналов связи. С целью определения эффективности работы системы связи вводятся показатели эффективности использования спектра. Вычисление этих показателей позволяет оптимизировать построение системы связи в целом.

4. Потребность в увеличении емкости систем стандарта TETRA при ограниченном числе частотных каналов потребовало рассмотрения путей ее увеличения и, в частности, возможности использования сигналов с двойной ортогональной поляризацией (вертикальной и горизонтальной). Было установлено, что кросс-поляризационная интерференция слабо влияет на работу системы из-за частотного разноса каналов, передаваемых в разных поляризациях. Полученные зависимости позволили выяснить, что величина ошибки значительно увеличивается с возрастанием мощности сигнала, распространяющегося по второму пути. Можно сделать вывод о приемлемости применения двойной поляризации для передачи как речевых сообщений, допускающих величину ошибки порядка 10"3, так и данных с ошибкой 10"6.

5. Проведенные исследования показали, что при внедрении передачи с двойной поляризацией защитную полосу достаточно выбрать шириной f¿ — (0.0,1)/Т, где Т - битовый период, т.е. до 10% от битовой частоты.

Результаты моделирования показали, что увеличение ширины защитной полосы более, чем на 10. 12% несколько уменьшает величину ошибки лишь при использовании фильтров с малой прямоугольностью АЧХ. Уменьшение первоначального частотного сдвига каналов по сравнению с битовой частотой В (fá < 0) выигрыша не дает.

6. Результаты проделанного анализа позволяют сделать вывод, что предел увеличения емкости систем составляет 50-60%. Это эквивалентно, например, добавлению 8-10 радиоканалов на 16-канальную базовую станцию.

7. Среди различных мультимедийных услуг одной из наиболее перспективных и востребованных в системах мобильной связи является передача видеоизображений. Однако, для его передачи с высоким качеством необходимо иметь более высокие скорости передачи данных, чем существующие в действующих системах. Поэтому было целесообразно установить связь между скоростью передачи данных и качеством передаваемого видеоизображения, а также определить основные факторы, влияющие на качество передаваемого видеоизображения.

8. В работе были получены соотношения, позволяющие связать скорости передачи данных с числом кадров видеоизображения, передаваемых в секунду. Установлено влияние тракта обработки сигнала и радиоканала на качество передаваемого видеокадра. Показано, что даже при существующих скоростях передачи данных в стандарте TETRA возможна передача малокадрового изображения по каналам мобильной связи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абатуров, Петр Сергеевич, 2003 год

1. Дорожная интегрированная система связи (ДИСС) вдоль федеральной автомагистрали. RadioTel, СПб. 24.02.2001.

2. Старченко С.В., Матвиец А.Б. Система цифровой транкинговой связи Simoco TETRA over IP первые результаты практического использования в России //Мобильные системы, 2001. № 12. С. 25 - 27.

3. Овчинников A.M., Воробьев С.В., Сергеев С.И. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи. Серия изданий «Связь и бизнес», М.: 166 С. 2000.

4. TETRA Voice + Data. Designer's Guide. Part 1: Overview, Technical Description and Radio Aspects. Version 0.0.10.

5. Панюков A.B. TETRA: взгляд разработчика. Проектирование радиомодема //Технологии и средства связи, 2000. № 2. С. 54-58.

6. Нури М. Стандартные интерфейсы и шлюзы. TETRA. //Интернет-журнал «Сети», 2001. № 1. http:/www.osp.ru/nets/2001/01/024 htm.

7. Дремов А.Н. Решительный шаг к интеграции TETRA на пути к поколению 3G. //Технологии и средства связи, 2001. № 2. С. 46 52.

8. Мобильная связь для профи: Время выбора. Ведущая темы Н. Кий // ИнформКурьер-Связь, 2000. № 3. С. 22 32.

9. TETRA adds new dimensions to PMR in Europe //Wireless Communications, 1999. Vol. 2. № 1. P. 25.

10. Хорошилов В., Овчинников А. Возможные пути развития цифрового транкинга в России //Мир связи Connect, 2000. № 6. С. 98.

11. Trunked Radio TETRA Standard //Wireless Communications, 1999. Vol. 1. № 5. P 18-20.

12. Тадевосян К. TETRA от Simoco интегрированное решение //Мобильные телесистемы, 2001. № 4. С. 33 - 37.

13. Пиктер Р. TETRA: основные положения// Интернет журнал, 2000. № 2. - http:/www.osp.ru/nets/2000/02/036.htm.

14. Системы стандарта TETRA. // Интернет журнал, 2001. № 2.-http:/www.osp.ru/nets/200 l/02.htm.

15. Краткая информация о технических характеристиках системы радиосвязи TETRA. http:/www.soniir.samara.ru/emc/intro-emc.htm. 2002

16. Тамаркин В.М., Хорошилов В.П. Перспективы развития цифрового транкинга в России //Мобильные телесистемы, 2000. № 10. С. 3 6.

17. Тамаркин В.М., Бешев С.Г. Третье поколение профессиональной радиосвязи миф или будущее? //Мобильные телесистемы, 2000. № 10. С. 16-20.

18. Гришанков Б. TETRA технология цифровой транкинговой радиосвязи. «Электроника: Наука, Технология, Бизнес» , 1998. № 2. С. 15 - 18.

19. Тамаркин В.М. и др. Транкинговые системы радиосвязи. ЦНТИ «Информсвязь», М.: 95с. 1996.

20. Бабков В.Ю. и др. Транкинговые системы связи. СПб: «Судостроение». 46 с. 2000.

21. Zerbst H-U. Introduction to TETRA technology. Rohde & Schwarz Bick Mobilfimk GmbH Im Landerfeld 7, D-31848, Bad Muender, Germany.

22. Курильчик A.B., Зазуля A.A. Смена поколений транкинговых систем NOKIA //Мобильные телесистемы, 2000. № 10. С. 10 14.

23. Dimetra.System Overview Guide. Motorola 68P02400U01, 09/98;

24. ACCES SNETCD-T, Description of Services & Features. Rohde & Schwarz Bick Mobilfunk. GmbH.

25. Решения для федеральных и региональных сетей России. Комплексные решения компании Маркони для сетей PMR и PAMR, Mobile Radio Business OTES.p.A.

26. Системы связи TETRA производства фирмы SIMOCO. http:/www.compas-r.ru/tetra.html. 2001.

27. TETRA: сравнение с системами сотовой связи. http:/www.ra3paw. demos.su/tetra.html. 2002.

28. NOKIA TETRA приходит в Россию. Мир связи Connect, 2001. № 6. с. 27-30.

29. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной радиосвязи //Электросвязь, 1993. № 8. С. 25 28.

30. Абатуров П.С., Сивере М.А. Планирование транкинговых сетей (первое приближение) //Труды учебных заведений связи/ СПбГУТ. СПб, 2002. №168. С. 26-37.

31. Быховский М.А., Дудукин С.Н. Принципы, алгоритм и методика частотно-территориального планирования региональных сетей транкин-говой радиотелефонной связи в диапазоне 800 МГц //Мобильные системы, 1998. № 5. С. 31 38.

32. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи, частотно-территориальное планирование. СПб: СПбГУТ. 196 с. 2000.

33. Catedra M., Perez J. Cell Planning for Wireless Communications. N-Y, L.: Artech House Books. 216 p. 1999.

34. Blaunstein N. Radio Propagation in Cellullar Networks. N-Y, L.: Artech House Books. 405 p. 2000.

35. Okumura Y. Field Strengths and its Variability in WHF Land Mobile Radio Service //Review of the Electrical Communications Laboratory, 1968. Sept.

36. Hata M. Radiolink Design of Cellular Land Mobile Communication Systems //IEEE Trans, 1982. VT 31. №1. P. 25 - 31.

37. Абатуров П.С., Афанасьев А.И., Сивере М.А. Применение сигналов с двойной ортогональной поляризацией в системах подвижной связи //Труды учебных заведений связи/ СПбГУТ. СПб, 2002. № 168. С. 279286.

38. Аладин И.М., Дежурный И.И., Кубахов А.В. // Мобильные системы. 2001. № 12. С.13.

39. Chu T.S. Restoring the orthogonality of two polarizations in radio communication system // Bell Syst/. Tech. J. 1973. Vol. 52. № 3. P. 3063 3069.

40. The Communications Handbook/ Ed. Gibson J.D. N.-Y. CRS Press and IEEE Press, 1997.

41. Прокис Дж. Г. Цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000.

42. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации /Под ред. А.Г. Зюко. М.: Радио и связь, 1985.

43. Wu J., Wu М.С. Dual-Polarization Frequency Reuse with Frequency Band Shifting Allocation // IEEE Trans, on Veh. Techn. 2000. V. 49. № 6. P. 2244.

44. Steel R., Hanzo L. Mobile Radio Communications. N. Y.: J. Willy and Sons. 2000.

45. Абатуров П.С., Афанасьев А.И., Сивере M.A. Применение сигналов с двойной ортогональной поляризацией в системах мобильной связи // Мобильные системы. 2003. № 4. С. 17-20.

46. Vaughan R.G. Dual polarized propagation channel: Theoretical models and experimental results // IEEE Trans, on Veh. Techn. 1990. V. 39. №. 3.1. P. 177-184.

47. Мудров A.E. Численные методы для ПЭВМ на языках БЕЙСИК, ФОРТРАН и ПАСКАЛЬ. Томск: МП "Раско". 1992. 270 с.

48. Афанасьев А.И., Рыжков А.Е., Полпуденко Д.И., Сивере М.А. Эквалай-зинг в системах мобильной связи в условиях многолучевого распространения сигнала в каналах с замираниями // Мобильные системы. 2001. № 11. С. 4.

49. Document ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N4312. MPEG-4 Video Verification

50. Model version 18.0. January 2001,Pisa, (http://www.telecomitalialab.com/ standarts/working documents).

51. Document ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N3312. MPEG-4 Video Verification

52. Model version 16.0. Noordwijkerhout, March 2000 (http://www.cselt.it/ mpeg).

53. Sikora T. Structure of the MPEG-4 Video Coding Algorithm. -Berlin: Heinrich Hertz Institute Image Processing Department (http://www.hhi.de).

54. Sikora Т. MPEG-1 and MPEG-2 Digital Video Coding Standards. -Berlin,

55. Heinrich Hertz Institute Image Processing Department (http://www.hhi.de).

56. MPEG Requirements Group. Document ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N2724.

57. MPEG-4 Applications. Seoul, March 1999 (http://www.cselt.it/mpeg).

58. Кузнецов M.A., Абатуров П.С., Никодимов И.Ю., Певцов Н.В., Рыжков А.Е., Сивере М.А. GPRS технология пакетной передачи данных в сетях GSM. СПб.: Судостроение. 2002. 125 с.

59. Джакония В.Е., Гоголь A.A., Друзин Я.В. и др. Телевидение //Под ред.

60. В.Е. Джаконии М.: Радио и связь. 1997.

61. Тимофеев Б.С. Цифровое телевидение. СПб.: Радио и связь. 1998.

62. Lee С.С. and Steele R. Signal-to-interference calculations for modern TDMA cellular communication systems /ЛЕЕ Proc. Communication. 1995. V. 142. Pp. 21-30.

63. Тамаркин B.M. Пути создания отечественных систем стандарта TETRA //Мобильные телекоммуникации. 2002. № 9. С.29.

64. Одинский A.JI. Проект Федеральной цифровой сети транкинговой радиосвязи стандарта TETRA Тетрарус. Материалы 4-ой Международной конференции "Мобильная связь в России. Тенденции и перспективы развития". М.: 26-27 марта 2003. С. 82.

65. Паршин A.A. Опыт строительства систем подвижной радиосвязи стандарта TETRA. 4-ая Международная конференция "Мобильная связь в России. Тенденции и перспективы развития". М.: 26-27 марта 2003. С. 87.

66. Дегтярев В.А. TETRA состоялась //Мобильные телекоммуникации. 2003. № 1.С.35.

67. Абатуров П.С., Афанасьев А.И., Сивере М.А. Межканальная интерференция при передаче сигналов с двойной ортогональной поляризацией в сетях мобильной связи. //55 НТК ГУТ: СПбГУТ. СПб, 2003. С. 45.

68. Абатуров П.С. Межканальная интерференция при передаче сигналов с двойной ортогонольной поляризацией в сетях мобильной связи. // Мобильные системы. 2003. 7 с. в печати.