В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Оценка существующих решений для технологической профессиональной радиосвязи

Сергей Чивилев
Генеральный директор
компании Integra Pro Ltd.

Рынок средств профессиональной радиосвязи, с одной стороны, является консервативным, с другой – динамично развивающимся.

В последнее время появился ряд решений различных цифровых стандартов и протоколов, и перед пользователем встает нелегкая задача по выбору правильного технического решения для нужд предприятия. В настоящей публикации мы пытаемся поднять вопрос о текущем положении дел на рынке существующих средств профессиональной радиосвязи.

Все-таки цифра

Консервативно мыслящие специалисты отстаивают идеи строительства новых сетей технологической профессиональной радиосвязи на базе аналоговых стандартов. Стоит отметить, что выбор в пользу цифровых стандартов очевиден. К числу определяющих факторов относятся:

Высокое качество голоса в условиях акустических помех, системы цифровой радиосвязи используют эффективные речевые кодеки, рассчитанные на передачу голоса и эффективно борющиеся с акустическими помехами.
Качество голоса равномерное при достаточности уровня сигнала, что позволяет эффективно планировать сеть и оценивать покрытие.
Возможность строительства программно-аппаратных диспетчерских комплексов с функциями, недоступными в системах аналоговой радиосвязи.
Возможность использовать приложения по передаче данных с подвижных объектов.

При строительстве технологических сетей радиосвязи распространение получили решения стандарта DMR, проприетарного протокола NXDN и открытого стандарта TETRA (ETSI).

Каждая из озвученных технологий служит для реализации своих конкретных задач. Несмотря на то что в последнее время появился ряд программных опций, позволяющих решениям стандартов и протоколов нижнего уровня (DMR, NXDN) приблизиться к системам открытого стандарта TETRA, разница между ними остается впечатляющей. Мы будем обсуждать разницу.

Решения стандарта DMR

Стандарт профессиональной радиосвязи, ориентированный на территориально распределенные сети с низкой разговорной нагрузкой. Принципы, реализованные в рамках решений стандарта DMR, не изменившегося, кстати, с 2007 г., возлагают основную вычислительную нагрузку на абонентские терминалы, что удобно для производителей, однако управляемость сети снижается. Стандарту DMR посвящено достаточное количество публикаций, в том числе в журнале ТСС № 6/2007. В настоящий момент на рынке в России уверенно присутствуют компании Motorola и Hytera. В ближайшее время будут доступны решения от компании Sepura, Vertex Standard, Kirisun и др. Преимущество стандарта DMR заключается в совместимости абонентских устройств, подтверждаемых сертификатами IOP. На настоящий момент тестирование абонентских радиостанций с инфраструктурой проводится по 10 основным параметрам, однако испытания на совместимость абонентских радиостанций разных производителей проводятся неформально интеграторами в лабораторных условиях и, надо сказать, весьма успешно.

К преимуществам стандарта DMR (по отношению к другим цифровым и аналоговым протоколам), относятся:

Более высокая эффективность частотного ресурса. Благодаря использованию технологии временного разделения (TDMA) в пределах полосы 12,5 кГц передаются 2 разговорных канала. К сожалению, совместимость оборудования стандарта DMR с существующими средствами радиосвязи других стандартов не всегда достигает ожидаемых результатов, в связи с чем в России наблюдаются сложности при замене средств радиосвязи в рамках существующих частотных присвоений. При изменении параметров излучения пользователь обязан внести изменения в действующее разрешение на использование частот.

Отсутствует фиксированный дуплексный разнос между частотами приема и передачи. Это обстоятельство позволяет гибко планировать частотно-территориальный план.
Наличие оборудования в диапазоне 150 МГц, что актуально не только в России.

Тип модуляции в DMR – 4FSK с полосой 12,5 кГц обуславливает невысокие требования к линейности выходных трактов абонентских устройств. Для достижения требуемых параметров по радиопокрытию производители вынуждены выпускать инфраструктурные устройства с высокой излучаемой мощностью (например, 100 Вт для ретранслятора Motorola MTR3000 или 110 Вт для Selex ECOS A2T), а портативные абонентские радиостанции – с мощностью 5 Вт. Понятно, что работа портативной радиостанции на уровне мощности 5 Вт противоречит действующим санитарным нормам и разрешениям регулятора. Несмотря на озвученные сложности, многие пользователи идут на риски и принимают решения стандарта DMR в качестве основных при строительстве новых технологических сетей с низкой разговорной нагрузкой.

Возможно, для некоторых будет открытием, что в рамках стандарта DMR предполагается режим peer-to-peer (TS 102 490) с шириной частотного канала 6,25 кГц и с мощностью абонентских устройств до 500 мВ, но это отдельная технология, не сравнимая по назначению с рассматриваемыми стандартами.

Несмотря на то что в последнее время появился ряд программных опций, позволяющих решениям стандартов и протоколов нижнего уровня (DMR, NXDN) приблизиться к системам открытого стандарта TETRA, разница между ними остается впечатляющей. Мы будем обсуждать разницу

В рамках стандарта DMR утверждена лишь 2-я часть стандарта – Tier II. До тех пор пока его транкинговая часть (Tier III) не будет утверждена, все существующие решения являются проприетарными и несовместимыми, возможно даже с более поздними реализациями той же продуктовой линейки одного производителя. Непрофессиональным и где-то обманчивым является употребление выражения "транкинговая система стандарта DMR". Это равнозначно переписке абонентов на иностранном языке русским буквами – сторонний читатель не поймет. Использование типа модуляции 4FSK и голосового кодека AMBE++ не является определяющим и дающим основание употреблять понятие "транкинговая система DMR".

Отметим следующие реализации в рамках стандарта DMR и около:

Конвенциональная связь. При использовании режима прямой связи без ретранслятора доступен один разговорный канал, а с ретранслятором – два. Это объясняется необходимостью синхронизации передачи разных абонентских устройств.
Многозонная конвенциональная связь. Доступно 2 разговорных канала на всю сеть. Компания Motorola предлагает решение IP site connect на 16 ретрансляторов с фиксированным закреплением каналов в каждом ретрансляторе под местный и общий вызовы. Hytera, в свою очередь, успешно реализует решение на 30 ретрансляторов в рамках единой сети, а разговорные каналы на каждом ретрансляторе могут динамически назначаться по требованию. Можно назначить 2 общесистемных канала или 2 местных канала для локальной связи.
Однозонное многоканальное решение. Motorola Capacity Plus имеет проприетарный протокол с возможностью объединения в одной зоне до 6 ретрансляторов (12 каналов) для передачи голоса и 12 ретрансляторов для передачи данных. Напомним, что Tier II не предусматривает стандартизации текстовых сообщений, что, в свою очередь, ведет производителей к разработке собственных протоколов передачи сообщений. Абонентская радиостанция по очереди сканирует все каналы в зоне. Чем больше каналов, тем выше время сканирования. В случае ошибок в эфире процесс сканирования может затянуться на неопределенное время. Контрольный канал отсутствует. Таким образом, отсутствует и фиксированное время переключения на разговорный канал. Компания Hytera предлагает пользователям также проприетарный интерфейс с возможностью миграции до Tier III в момент его утверждения. Однако, по сути, это является транкинговым решением с использованием существующих абонентских устройств.
Многозонное многоканальное решение. В эту нишу попадает решение Linked Capacity Plus компании Motorola емкостью до 15 сайтов с 12 разговорными каналами (6 радиоканалов) в зоне. Нетранкинговое решение для коммерческих приложений, нетребовательных к времени установления соединения и типам служб.
Многозонное транкинговое решение. Проприетарный протокол ввиду озвученных выше причин. Компания Motorola поставила в Европе и России только 1 транкинговую систему с похожим интерфейсом на DMR Connect Plus с возможностью расширения до 20 сайтов, каждый из которых поддерживает до 29 разговорных каналов (15 репитеров). Абонентские устройства должны оснащаться опциональной платой внутреннего монтажа. Компания Hytera имеет в своем портфолио транкинговое решение, схожее по параметрам с Connect Plus, но с возможностью расширения до 50 сайтов. В отличие от Motorola существующие абонентские устройства Hytera не требуют монтажа дополнительных плат для работы в новой сети. В пользу оборудования Hytera говорит наличие взрывозащищенных и скрыто носимых радиостанций стандарта DMR.

Реализации протокола NXDN

Проприетарный протокол профессиональной узкополосной радиосвязи с тем же голосовым кодеком, что и DMR, – AMBE++ (Advanced Multi-Band Excitation) компании Digital Voice Systems Inc.

Ширина одного частотного (разговорного) канала может составлять 6,25 кГц. С одной стороны, это условие может обеспечить лучшие параметры по покрытию, а с другой – для организации систем профессиональной радиосвязи с теми же параметрами, что и в стандарте DMR, потребуется большее число частотных присвоений и дополнительные работы по оценке электромагнитной совместимости с существующими средствами радиосвязи. Кроме того, в геометрической прогрессии усложняется антенно-фидерный тракт, и количество инфраструктурного оборудования удваивается. В настоящий момент доступны абонентские средства радиосвязи компаний Kenwood и Icom.

Доступны следующие реализации протокола:

Конвенциональный режим (в том числе с участием ретранслятора).
Территориально распределенная сеть связи из ретрансляторов с линиями связи на базе IP-протокола. В единую сеть можно будет объединить до 16 ретрансляторов (Uni-cast) или 48 репитеров (Multicast). На всю сеть ретрансляторов будет только один разговорный канал в отличие от DMR с двумя разговорными каналами на сеть.
Однозонный транкинговый режим – до 30 ретрансляторов в рамках одной зоны обслуживания.

Однако говорить об однозонной системе радиосвязи с 30 частотными каналами с одним антенно-фидерным трактом смешно при наличии других технологий. Все-таки рассуждать необходимо реальными цифрами, а не математическими формулами. Один из чувствительных параметров в системах цифровой радиосвязи – интермодуляционные искажения. Чем выше число частотных каналов, тем выше вероятность появления интермодуляционных искажений.

Кроме того, попытка построить антенно-фидерный тракт с одним передающим трактом для всех каналов обернется существенными потерями сигнала от сложения, а геометрические размеры будут впечатляющими. Если же строить АФУ с разделенными каналами, может получиться ситуация, когда в одной точке приема сигнал от передающей антенны комплекта из первых четырех частот базовой станции будет отличаться на 20 дБ от сигнала из следующего комплекта четырех частот. Добиться совпадения лепестков диаграмм направленности в плоскостях E и H физически разнесенных антенн невозможно.

Многозонный транкинговый режим. В отличие от предыдущего режима у пользователя появляется возможность объединить до 48 зон в единую сеть на 60 000 групповых и индивидуальных идентификаторов. Как и в DMR, в системах NXDN отсутствует бесшовный хендовер, то есть при перемещении между зонами происходит обрыв соединения.

Несмотря на то что существуют решения, аналогичные DMR по свойствам и характеристикам, cчитается, что решения протокола NXDN будут иметь ограниченное развитие. Это подтверждается вступлением выше озвученных участников NXDN-форума в ряды DMR-ассоциации в конце 2011 г.

Решения стандарта TETRA

В настоящей публикации не будет проводится анализ технических параметров стандарта TETRA, так как это сделано в различных более ранних публикациях.

В последнее время появились решения стандарта TETRA как для больших сетей, так и для небольших однозонных и многозонных систем. Сравнивать эти реализации с решениями DMR и NXDN нужно с учетом следующих предпосылок:

Стандарт TETRA использует технологию TDMA с передачей четырех разговорных каналов на одну дуплексную пару частот, в отличие от DMR (2/1) и NXDN (1/1).

Решения стандарта TETRA получают преимущества в части частотного обеспечения за счет обобщенного решения ГКРЧ, сокращающего вдвое время получения радиоканалов. При этом пользователю необходимо в кратное число раз меньшее число частотных присвоений при одинаковых параметрах сети.

Только существующие решения стандарта TETRA поддерживают дуплексные вызовы в телефонную сеть, позволяя пользователям легко интегрировать систему TETRA в ведомственную телефонную сеть и отказаться от использования публичных сотовых сетей.

В решениях DMR и NXDN есть различные реализации подключения к ведомственным телефонным сетям с помощью дополнительных приложений и оборудования. Однако такого типа разговор будет напоминать переговоры собеседников, находящихся на удалении в тысячи километров. Собеседники не смогут адаптироваться к задержкам и срабатыванию РТТ на абонентских радиостанциях.

Передача данных и голоса в рамках стандарта TETRA может осуществляться одновременно, в то время как решения стандарта DMR и протокола NXDN предполагают полное занятие одного канала. Отсюда пользователь попадает в неловкое положение, если забыл об учете числа каналов для передачи сообщений и данных.
Стандарт TETRA предусматривает жесткие параметры переключения радиостанции с управляющего на разговорный канал, составляющие миллисекунды, в отличие от не регламентирующих такой параметр DMR и NXDN.
Стандарт TETRA – стандарт транкинговой радиосвязи с возможностью установки до 15 приоритетов, в том числе трех вытесняющих и экстренного. При аварийной ситуации абоненту не придется ждать освобождения ресурсов сети, а руководитель сможет в любой момент прервать соединение интересующего лица.
Не существует решений стандартов DMR и NXDN во всепогодном исполнении, что, в свою очередь, ведет к дополнительным инвестициям либо на аренду помещений, либо на контейнер с арендой земли под него. При расчетах необходимо учесть период времени в 5 лет.

Право на выбор

Если бы не существовало стандарта TETRA, пользователю было бы легче определиться с выбором, отдавая предпочтение решениям с более низкой ценой и сравнительно низкими эксплуатационными параметрами, при этом довольствуясь скудным набором поддерживаемых услуг. Возможно, пользователи окончательно приняли бы решение в пользу сетей сотовой связи, избегая сложности в оформлении частотных присвоений. Приступая к сравнительному анализу технических решений, пользователю необходимо учесть следующие параметры:

Требования по помещениям для размещения оборудования могут быть столь высоки, что стоимость владения оборудованием превысит возможности предприятия.

Лишь несколько производителей поддерживают производство инфраструктурного оборудования во всепогодном исполнении (Outdoor). Наибольшее распространение получили DAMM TetraFlex с базовыми станциями BS421, Motorola Dimetra IP Micro/Compact с базовыми станциями MTS1, Teltronic Nebula с базовыми станциями MBS, однако у последних двух коммутационная часть сети требует размещения в специализированных, хорошо кондиционируемых помещениях. При этом первый из упомянутых производителей фактически доминирует на рынке средств радиосвязи TETRA во всепогодном исполнении.

Требования по электропитанию. Энергопотребление узла связи может оказаться внушительным. Например, эксплуатация узла связи TETRA во всепогодном исполнении, не требующем систем кондиционирования и вентиляции с энергопотреблением 170 Вт в режиме 24/7, может дать выигрыш по отношению к системам одинаковой канальной емкости стандартов DMR и NXDN (установочная мощность 2,8 кВт) в 480 тыс. рублей за 5 лет эксплуатации, а по отношению к системе аналоговой радиосвязи в 870 тыс. рублей и более. Расчетная стоимость киловатт-часа составляет 4,2 рубля.
Стоимость аренды помещений или земли. При расчетах необходимо учесть стоимость аренды помещения не менее чем на 5 лет.
Стоимость контейнера базовой станции (при необходимости).
Стоимость приемопередающего тракта узла связи. Учитывая большую частотную эффективность, стоимостные параметры антенно-фидерного тракта решений стандарта TETRA уменьшаются в разы по отношению к DMR и NXDN. А если пользователь выбирает оборудование TETRA во всепогодном исполнении, то вопрос стоимости комбайнеров, фильтров и распределительных панелей вообще отпадает.
Стоимость эксплуатации и периодичность регламентных работ на оборудовании. Оборудование во всепогодном исполнении не требует чистки вентиляторов и может не обслуживаться на протяжении 5 лет и более.
Возможность и стоимость расширения сети в будущем.
Степень и стоимость подготовки эксплуатирующего персонала. Некоторые технические решения стандарта TETRA требуют крайне высокой квалификации обслуживающего персонала.

При сравнительном анализе можно не обращать внимания в расчетах на стоимость абонентских радиостанций, так как она примерно одинакова для всех типов стандартов. Отметим, что антенны для DMR и NXDN на диапазон частот 150 МГц в 3 раза больше по размерам и весу антенн для систем TETRA на диапазон 430 МГц. И соответственно дороже.

Есть ряд факторов, требующих учета, но чью стоимость тяжело оценить, например стоимость устранения последствий аварий на оборудовании по окончании гарантийного срока и во время его действия. Какие могут быть потери от простоя или отсутствия связи в течение, скажем, 10 часов. А именно эти параметры вынуждают пользователей переходить на новые типы оборудования.

Надеемся, что публикация окажется полезной и освещение аспектов, которые ранее замалчивались, поможет пользователям при принятии правильных технических решений.

Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2012
Посещений: 12600

Статьи по теме

Автор

Сергей Чивилев

Технический директор компании "Интегра Про"

Всего статей: 8