О радиосвязи

О Радиосвязи

 

 

 

СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ И ИХ ОРГАНИЗАЦИЯ

Системы радиосвязи условно можно разделить на конвенциальные и транкинговые.

К конвенциальным системам можно отнести организацию сетей радиосвязи в симплексном или полудуплексном режимах, построенных по принципу "точка-точка", "звезда" (с базовой радиостанцией) без выхода в телефонные сети общего пользования и с выходом в них.
Конвенциальные системы могут быть построены в нескольких частотных диапазонах. Каждый из них характеризуется определенными условиями распространения радиосигнала.

Для организации сетей сухопутной подвижной радиосвязи на территории Украины выделены следующие частотные диапазоны:

Диапазон, МГц Обозначение 
30-50 LB (LOW BAND)
136-174 VHF
400-512  UHF
300-345 300 МГц

Диапазон LB (Low Band) используется только для симплексной связи и диспетчерских систем без дуплексных ретрансляторов. Сигналы в диапазоне в наибольшей степени подвержены влиянию промышленных помех, помех от бытовых электроприборов, радиовещательных и телевизионных передатчиков. Применение оборудования данного диапазона оптимально в сельской местности, где уровень помех значительно ниже, чем в условиях плотной городской застройки. Диапазон характеризуется хорошим огибанием неровностей ландшафта и распространением радиоволн за пределы прямой видимости.
Хорошие результаты по дальности связи получаются между стационарными объектами и автомобилями, однако, портативные станции имеют меньшую дальность связи из-за малой эффективности спиральных антенн, так как длина волны много больше длины антенны.

Диапазон VHF (Very High Frequency) - универсальный диапазон. Оборудование этого диапазона прекрасно работает как в сельской местности, так и в условиях городской застройки. По сравнению с диапазоном Low Band он имеет недостаточное загоризонтное распространение и поэтому для увеличения дальности радиосвязи требуется гораздо большая высота установки антенны базовой станции. Портативные станции работают достаточно успешно на открытой местности, но в условиях плотной городской застройки качество связи существенно снижается, поскольку отсутствует отражение от зданий и сооружений. Эффективность спиральных антенн достаточно высока, но все же не максимальна из-за разницы длины волн и геометрических размеров антенн.

Диапазон UHF (Ultra High Frequency ) - считается "городским" и проявляет свои лучшие качества в условиях плотной городской застройки. Выбор этого диапазона оптимален при необходимости получения устойчивой связи на небольших расстояниях, например, в черте города. Даже при использовании портативных радиостанций обеспечивается устойчивая связь с минимальным количеством мертвых зон. На открытой местности UHF не очень удобен, так как радиоволны этого диапазона плохо огибают неровности рельефа и имеют сильное затухание в лесистой местности. Для получения большой дальности связи требуются очень высокие точки установки антенн базовых станций.

Усредненные ориентировочные значения дальности радиосвязи приведены на рис. 1.

В диапазоне UHF предусмотрены поддиапазоны для коммерческого и частного использования в полосе частот 433МГц (LPD рации) и 446МГц (PMR рации) на безлицензионной основе (стандарты LPD и PMR).

 

Частотные каналы и режимы работы радиостанций

Подавляющее большинство современных радиостанций работает в симплексном или полудуплексном режиме. При этом, прием и передача одновременно невозможны. Включение передачи осуществляется нажатием на клавишу РТТ (режим – «передача»). При отпускании клавиши РТТ радиостанция переходит в режим приема. Частоты передачи и приема образуют частотный канал и в общем случае могут быть различными.
Если частоты передачи и приема совпадают, то канал называется симплексным. Если частоты передачи и приема различны, то канал является дуплексным, а режим работы радиостанции полудуплексным. В режиме полного дуплекса передача и прием осуществляются одновременно и нажимать на клавишу РТТ не нужно. На дуплексном канале могут работать только полнодуплексные радиостанции, которые мало распространены из-за их высокой стоимости.
В радиостанции могут быть запрограммированы параметры различных каналов. В зависимости от модели радиостанции число каналов может варьироваться от 1 до 250 и более.

 

Типы оборудования

Радиостанции, входящие в состав системы сухопутной подвижной радиосвязи, можно разделить на группы по следующим категориям:

Портативные (носимые) радиостанции:
Выходная мощность 0.5-6 Вт, емкость аккумулятора 800-2000 мАч. Стандартный комплект поставки: приемопередатчик (радиостанция), антенна, аккумулятор, зарядное устройство.

Автомобильные радиостанции:
Выходная мощность 10-60 Вт, питание от бортовой сети (13.8 В). Стандартный комплект поставки: приемопередатчик ,монтажный комплект, кабель питания, автомобильная тангента с креплением. Автомобильная антенна, как правило, поставляется отдельно.

Стационарные радиостанции:
В большинстве своем, автомобильные радиостанции имеют возможность стационарной установки. Необходимое дополнительное оборудование: блок питания от сети 220 В, стационарная антенна, антенный кабель, устройство грозозащиты. Для удобства работы может использоваться настольный диспетчерский микрофон.

 

Условия эксплуатации

Профессиональные радиостанции (HARRIS, KENWOOD, MOTOROLA, SIMOCO, TAIT, ICOM) -
Как, правило, соответствуют требованиям военного стандарта по ударопрочности, воздействию вибрации, пыле- и влагозащищенности, имеют минимум органов управления, с жестко программируемыми настройками, недоступными для изменения пользователем. Рассчитаны на длительный срок службы в жестких условиях эксплуатации.

Коммерческие и любительские радиостанции (VERTEX, YAESU, ALNICO)-
имеют "дружественный" функционал и не рассчитаны на работу в экстремальных и жестких условиях. Параметры могут устанавливаться пользователем. Радиолюбительские станции имеют расширенный набор пользовательских функций.

  • Необходимо отметить, что некоторые модели радиостанций занимают промежуточное положение и не могут быть однозначно отнесены к определенному классу.

Профессиональные, коммерческие и любительские радиостанции, как правило, не отличаются по общим техническим характеристикам (частотные диапазоны, выходная мощность, чувствительность). Выбор того или иного типа оборудования определяется условиями эксплуатации и необходимым набором функций.

 

Конвенциональные системы радиосвязи (от англ. conventional - обычный)

Выбор типа радиосети определяется имеющимся частотным ресурсом, количеством пользователей и спецификой их работы. В традиционных конвенциальных системах радиосвязи за каждой группой закрепляется выделенный частотный канал.
Такой способ организации радиосвязи оказывается достаточно эффективным в тех случаях, когда общее число абонентов системы невелико, а необходимая зона радиопокрытия ограничена. Основным достоинством системы радиосвязи является простота и невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести неэффективное использование частотного спектра и небольшой набор сервисных функций. Конвенциональные радиосети чаще всего используются для организации технологической или служебной радиосвязи.

Симплексные радиосети
В простейшем случае радиосеть представляет собой две или группу радиостанций, работающих на одной частоте (на одном симплексном канале). Схем организации простой симплексной радиосвязи не много:

1. Схема организации с использование только

портативных радиостанций (схема "точка-точка")

2 
 2. Схема организации (схема "точка-многоточка")
Все пользователи радиостанций слышат друг друга и
вызывают необходимого абонента голосом. При таком
способе организации связи число радиостанций, как
правило, невелико (от 2 до 20). В радиосети могут
использоваться портативные, автомобильные и
стационарные радиостанции.
Все они равнозначны. Разумеется, дальность связи между
автомобильными (стационарными) станциями выше.
Такие системы используются для обеспечения локальной
связи на небольшой территории. Как правило, это связь
в зданиях на расстоянии 1-2 км или вне зданий на
расстоянии 5-10 км.
3
   
 3. Схема с использованием базовых, автомобильных
и портативных радиостанций (схема - "звезда").
Это достаточно распространенный вариант, когда одна из
радиостанций является диспетчерской. Как правило,
стационарная станция имеет антенну с большим
коэффициентом усиления и достаточно высоко расположена.
Дальность связи с диспетчерской станцией большая, и
абоненты, не имеющие возможность связаться напрямую,
могут передать сообщение через диспетчера
4 

 

Эти системы состоят из: центральной диспетчерской базовой радиостанции с антенно-фидерным комплексом, где антенну желательно разместить как можно выше, а также портативных и автомобильных радиостанций. Эти системы обеспечивают возможность радиосвязи мобильных станций с диспетчером во всей зоне действия (до 50 км) и при удачном расположеsнии базовой антенны от 10-15 км с носимой радиостанцией. Для работы системы достаточна одна частота.

 

Практически все современные радиостанции обладают функциями тональных сигналов (СTCSS, DTMF, QT, DQT, 2-Tone, 5-Tone) и\или цифровых сигналингов управления (MDC-1200, FLEETSYNС). Используя систему тонального или цифрового сигналинга можно разделить абонентов на группы пользователей, работающих на одной частоте. Каждой группе присваивается свой тональный сигнал, и пользователи радиостанций будут слышать только членов своей группы.
Данные функции кодирования/декодирования сигнала (цифровых сигналингов) могут применяться для индивидуальных вызовов в группе абонентов, они служат для идентификации радиостанции абонента.

 

Группы абонентов в симплексной радиосети

Системы тонального вызова.

Достаточно часто в системе радиосвязи требуется разделить абонентов на группы. Самый простой вариант решения этой задачи - выделить каждой группе свою частоту, что в большинстве случаев невозможно из-за ограниченного частотного ресурса. Наиболее приемлемым решением тогда является разделение групп по тональным сигналам.  5 

Это, однако, не означает, что группы смогут вести переговоры одновременно на одной частоте. При подобном разделении на группы, активизация радиостанций происходит при наличии в эфире "своего" тонального-сигнала. В случае появления в эфире «чужого» тонального-сигнала, радиостанция будет сигнализировать о занятости канала связи. Одна и та же радиостанция может быть членом различных групп. При этом, на различных каналах устанавливаются соответствующие тональные-сигналы. Номинал частоты при этом на всех каналах может быть одним и тем же.
В зависимости от типа применяемых радиостанций, возможна организация следующих типов радиосетей:

  • схема радиосвязи общего вызова, работающая по принципу "один говорит - все слышат";
  • схема радиосвязи с групповыми вызовами "один говорит - слышит только его группа";
  • схема радиосвязи с определенным абонентом "один говорит - один слышит".

В этих сетях возможна работа нескольких групп пользователей на одной частоте без взаимных помех, вызов одного определенного абонента, группы абонентов или общий вызов, используется для организации локальных сетей на предприятиях, банках, складах, супермаркетах, а также для работы служб безопасности и охраны.


Системы цифрового сигнального избирательного (селективного) вызова

Использование пилот - сигналов не позволяет реализовать функции индивидуального и группового вызова, а также ряд дополнительных функций, таких как: сигнал тревоги, проверка наличия/отсутствия радиосвязи, передача идентификационных номеров радиостанций. Это возможно реализовать при наличии в радиостанциях функций цифровых сигналингов (сигнальных систем).
Необходимо отметить, что использование сигнальных систем позволяет реализовать указанные функции на уровне абонентских радиостанций, без использования сложного и дорогостоящего оборудования.
Использование сигнальных систем ориентировано, в первую очередь, на решение профессиональных задач. В большинстве случаев, возможность использования селективного вызова имеют только профессиональные радиостанции (исключение составляют такие системы как DTMF и однотональный вызов, часто используемые в коммерческих и любительских радиостанциях).
В зависимости от типа применяемых радиостанций, возможна организация следующих типов радиосетей:

 
  • с индивидуальными вызовами;
  • с групповыми вызовами;
  • с аварийными вызовами;
  • с экстренными вызовами;
  • обмен короткими статусными сообщениями (пейджинг);
  • передача длинных сообщений (до 1024 символов);
  • передача GPS-данных;
  • использование специальных служебных команд дистанционного управления радиостанциями.
 6


 

Радиосети с ретрансляторами

Системы с использованием ретрансляторов применяются для обеспечения большей зоны покрытия. В отличие от систем с диспетчером, все радиостанции во всей зоне действия могут связываться между собой через ретранслятор. Диспетчерской радиостанцией может быть любая радиостанция из числа абонентских. Ретранслятор не требует ежедневного обслуживания, и его можно расположить на телевизионных и радиорелейных вышках и т.п, что позволяет значительно увеличить дальность радиосвязи. Для работы системы необходимо две частоты (одна для приема, другая для передачи) с разносом между частотами приема и передачи от 600 кГц (оптимально 4-5МГц для VHF и 8-10МГц для UHF диапазонов).

7

 

Функции ретранслятора

Ретранслятор принимает сигнал на частоте F1, усиливает его и передает на частоту F2. Время, затрачиваемое на обработку сигнала, считается крайне малым. Ретранслятор является дуплексным устройством, то есть прием и передача осуществляются одновременно.
Частота передач всех абонентских станций, работающих через ретранслятор равна F1, частота приема - F2. Абонентские радиостанции работают при этом в режиме двухчастотного симплекса (полудуплекса). 
 8

 

Дуплексный интервал и дуплексный фильтр

Для работы ретранслятора могут использоваться две отдельные антенны для приема и передачи или одна, но с использованием дуплексного фильтра.
Дуплексным интервалом называется разнос между частотой приема и частотой передачи. Для исключения взаимного влияния приемная и передающая антенны должны быть установлены на определенном расстоянии друг от друга. Величина пространственного разноса имеет обратную зависимость от величины дуплексного интервала. Далеко не всегда удается установить антенны таким образом, чтобы избежать взаимного влияния.
В большинстве случаев используется одна приемопередающая антенна и дуплексный фильтр - устройство, разделяющие полосы приема и передачи. Нормальным дуплексным интервалом для работы в полудуплексном режиме является интервал 4-5 МГц. При этом удается сделать дуплексный фильтр достаточно недорогим и компактным. В случае меньшего или большего дуплексного интервала, конструкция дуплексного фильтра усложняется, а цена значительно возрастает.

 

При такой схеме организации связи диспетчеру не обязательно быть рядом с диспетчерской радиостанцией, он может находиться в любом месте в зоне действия ретранслятора и в качестве диспетчерской станции использовать обычную абонентскую радиостанцию. Данное решение наиболее распространено и обладает существенной гибкостью. Используется практически всеми основными пользователями, большими структурами, например МВД, МЧС, ОблЭнерго, коммунальные службы и др.

  • Существенное расширение функциональных возможностей таких радиосетей возможно с использованием радиостанций с функциями цифровых сигналингов.

 

Удаленное управление ретранслятором (базовой радиостанцией)

Схемы построения удаленного управления ретрансляторами или базовыми радиостанциями принципиальных отличий не имеют, данные решения используются для увеличения зоны радиопокрытия сети и удаленного (как правило временного) переключения каналов ретранслятора или базовой радиостанции. Наиболее распространенным решением является использование пультов дистанционного управления. Это может быть:

  • - локальное управление, используемое, когда управляемая станция удалена от диспетчерского пульта на расстояние до 300 м.; управление осуществляется тональными сигналами по выделенной двухпроводной линии с использованием схемы «точка-точка»;

9

  • - глобальное управление, через IP сети, используемое, когда управляемая станция удалена от диспетчерского пульта на значительные расстояния; может использоваться схема «точка-многоточка».

10

Ретрансляторы или базовые радиостанции в таком применении представляют собой многоканальные управляемые устройства и поддерживают режимы переключения каналов и приведенные ниже типы вызовов:

  • Диспетчер – радиоабонент (индивидуальный вызов);
  • Диспетчер – группа (групповой вызов);
  • Диспетчер – радиозона (общий вызов зоны);
  • Диспетчер – радиосеть (общий вызов всех зон).

 

Многозоновые радиосети с ретрансляторами

Применение ретрансляторов, установленных локально на одном и том же участке, не всегда позволяет решить проблему охвата больших территорий. В таких случаях создают многозоновые системы связи.
Подобную организацию можно рассматривать как совокупность однозоновых систем, объединенных в одну общую сеть. С помощью специальных контроллеров обеспечивается работа абонентов в разных зонах. Объединение нескольких зон в единую систему позволяет организовать покрытие большей площади. Возможно множество конфигураций и степени автоматизации подобного объединения. Одно из самых часто используемых решений основано на технологии RoIP для передачи и приема цифрового голосового аудио сигнала. RoIP - расшифровывается как "Радио через интернет-протокол", что означает передачу цифрового голосового сигнала по каналу цифровой сети. Цифровая сеть может быть как локальной (LAN), так и глобальной (WAN) или даже всемирной сетью интернет. Таким образом, с использованием технологии RoIP, появляется возможность осуществлять голосовые коммуникации как в пределах одной комнаты, так и по всему миру.

 

Преимущества:

  • Возможность сформировать гибкую коммуникационную радиосеть при минимальных затратах;
  • Уплотнение канала стандартной сети Ethernet для передачи аудио сигнала и цифровых данных;
  • Использование существующей сетевой инфраструктуры без необходимости аренды линий или монтажа радиорелейных станций;
  • Осуществление централизованного управления коммуникационной сетью с одного персонального компьютера.

 

Конфигурация многозоновых систем связи подразделяется на:

- радиальные многозоновые радиосети
Такие радиосети используются например, для организации связи в МВД, где необходимо обеспечить радиопокрытие целого мегаполиса несколькими ретрансляторами.

11

Для межзонального взаимодействия на диспетчерской радиостанции необходимо использовать роутер - устройство обеспечивающее преобразование радиосигнала по технологии RoIP, для дальнейшей передачи по проводным линиям.

12

- продольные многозоновые радиосети

13

Такие радиосети используются, например, для организации связи вдоль трубопровода, вдоль линий электропередач (где низкая плотность абонентов, редко расположенные центры управления) или для организации связи на железнодорожном транспорте, автострадах, где необходимо обеспечить покрытие вдоль магистрали. В данном случае, целесообразно использовать направленные антенны, ориентированные вдоль трассы. Таким образом, будет обеспечена устойчивая зона радио покрытия на протяжении всего маршрута движения.

14

- распределенные многозоновые радиосети

Такие радиосети используются, например, для организации связи для региональных таможенных управлений. Как правило, удаленно расположенные зоны радиосетей региональных таможень, могут быть объединены с помощью различных подсистем (c диспетчерской системой на базе симплексной радиостанции и/или диспетчерской системой на базе ретранслятора), которые и позволяют организовать взаимодействие абонентов между зонами с различной степенью автоматизации (в простейшем случае, коммутация может осуществляться вручную диспетчером).

15

Для межзонального взаимодействия между индивидуальными абонентами различных удаленных объектов необходимо использовать цифровые радиостанции в качестве диспетчерских или стационарных необслуживаемых радиостанцияй, работающих в смешанном режиме, обеспечивающим автоматическое распознавание аналогового или цифрового радиосигнала. Цифровые радиостанции должны быть у абонентов, которым необходимо обеспечить индивидуальные межзональные вызовы.


Цифровые радиостанции обеспечивают индивидуальный вызов, благодаря возможности определения индивидуального номера радиостанции (ID номера); для обеспечения работы цифровых радиостанций с аналоговым парком необходимо заблаговременно запрограммировать соответствующий (смешанный) режим и сканирование необходимых групп и каналов.

16