Системы сигнализации симплексных радиостанций..

Системы сигнализации симплексных радиостанций..

Воробьев Сергей Викторович

СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ СИМПЛЕКСНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ

В статье рассматриваются наиболее известные системы избирательного вызова, применяемые в современных симплексных радиостанциях. Приведены их основные характеристики. Показаны особенности использования в сетях радиосвязи.

В работе [1] (Воробьев С.В., Овчинников А.М. “Некоторые варианты организации оперативной радиосвязи служб безопасности и охраны”, Специальная техника. № 1-2, 1999 г.) описаны варианты построения простейших сетей симплексной радиосвязи с фиксированным закреплением каналов. Такие сети способны решать широкий круг задач по обмену информацией между подвижными абонентами. При малом трафике развертывание и эксплуатация подобных сетей во многих случаях проще и дешевле других видов радиосвязи.

Одним из способов повышения эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях с фиксированным закреплением каналов является выделение нескольким независимым группам абонентов одного радиоканала. Для обеспечения их независимой работы каждой радиостанции или группе радиостанций присваивают один или несколько идентификационных номеров (ИН). Несколько ИН, закрепленных за радиостанцией, позволяют ей работать в разных группах. Данный случай поясняет рис. 1. Радиостанции абонента 1 присвоены идентификационные номера ИД1, ИД2 и ИД3, абоненту 2 — ИД 1, группам 1 и 2 — ИД3, ИД2 и ИД4. Абонент 1 участвует в переговорах всех абонентов сети, абонент 2 может обмениваться сообщениями только с абонентом 1, а группы 1 и 2 — друг с другом без участия абонента 1. Таким образом, на рис. 1 представлено 4 направления связи. Количество направлений связи абонента совпадает с количеством ИД, присвоенных абоненту.

Рис. 1.

Для передачи сообщения определенному абоненту или группе абонентов необходимо передать соответствующий ИН. Передача ИН в сетях подвижной радиосвязи с фиксированным закреплением каналов осуществляют с помощью систем избирательного вызова (СИВ).

В данной статье рассмотренны наиболее известные СИВ, применяемые в современных сетях подвижной радиосвязи.

СИВ представляют собой наборы дополнительных сигналов, передаваемых во время сеанса связи. Каждому ИН ставят в соответствие сигнал или комбинацию сигналов СИВ. Данные сигналы формируются специальным блоком (кодером) в передатчике и дешифрируются на приемной стороне. При ожидании вызова радиостанции принимают все сигналы на заданном радиоканале, но при этом не выводят их на громкоговоритель, при приеме сигналов СИВ, соответствующих заданным ИН, приемник открывает звуковой тракт радиостанции, т.е. озвучивает сообщение.

Сигналы СИВ должны отвечать ряду специфических требований, в частности легко обнаруживаться и различаться в условиях большого уровня шумов и помех, не ухудшать качества приема речевых сообщений и др. Одной из основных характеристик СИВ является максимальное количество ИН, формируемых сигналами системы.

Специалисты выделяют два класса СИВ тональные и подтональные (субтональные) в зависимости от занимаемой области частот (см. рис. 2). В каждом классе различают аналоговые и цифровые системы.

Рис. 2

Сигналы тональных систем занимают полосу частот, совпадающую с полосой речевого сигнала (обычно 300…3400Гц), поэтому они передаются короткое время вначале сообщения. Преимуществом таких систем является возможность формирования большого адресного пространства. Вместе с тем, при неустойчивом канале связи момент передачи тонального избирательного вызова может совпасть с замиранием сигнала в приемнике, что приведет к пропуску всего сообщения. Таким образом, недостатком данного вида сигнализации является относительно невысокая надежность установления канала связи особенно в городских условиях работы сети.

Сигналы подтональных систем занимают полосу частот 50…250Гц, то есть находятся ниже полосы передаваемого речевого сигнала, и эффективно отфильтровываются фильтром в низкочастотном тракте приемника. Поэтому их непрерывно передают на протяжении всего сеанса связи, что позволяет более надежно устанавливать и контролировать канал, особенно при неустойчивой связи. Недостатком подтональных систем избирательного вызова является уменьшение доли модуляции несущего колебания, приходящейся на информационное сообщение, а также ограниченное адресное пространство, из-за узкой полосы частот.

Рассмотрим наиболее известные СИВ.

DTMF

DTMF (Dual-tone multifrequeny) относится к аналоговым тональным СИВ.

Данный сигнал был разработан для использования в проводных сетях телефонной связи, и предназначен для тонального набора номера при работе с электронными и квазиэлектронными АТС. Отличительной особенностью тонального набора является возможность донабора номера после проключения линии АТС, что позволяет производить вторичные соединения на уровне абонентского аппарата. Параметры данного сигнала стандартизированы ГОСТ 25554-82. Алфавит DTMF ограничен десятичными цифрами, и дополнительными символами A, B, C, D, *, #. Дополнительные символы позволяют вводить расширенный набор кодов. Каждому элементу алфавита поставлены в соответствие две из восьми частот. При этом частоты разбиты на две группы по четыре частоты:

• нижняя – 697Гц, 770Гц, 852Гц, 941Гц;
• верхняя – 1209Гц, 1336Гц, 1477Гц, 1633Гц.

Каждый символ DTMF кодируется суммой двух гармонических колебаний. Длительность двухчастотной посылки должна быть не менее 40мс, паузы – не менее 25мс. Стабильность частот – не хуже ± 1,5%. Таблица 1 показывает соответствие между символом и комбинацией частот.

Таблица 1

В сетях радиосвязи с фиксированным закреплением каналов DTMF используется для разделения независимых групп абонентов, избирательного вызова, дистанционной инициализации радиоустройств, например, радиоретрансляторов, набора номера АТС при связи с абонентами телефонной сети, и т.д. Обычно набор кода DTMF производится пользователем вручную с клавиатуры радиостанции в режиме передачи сигнала. Это создает определенные неудобства, в частности дополнительное занятие радиоканала на время набора номера, необходимость оснащения радиостанции клавиатурой и т.д. В настоящее время некоторые радиостанции позволяют предварительно запрограммировать несколько номеров в память и автоматически вызывать их нажатием одной клавиши.

Следует отметить, что поскольку изначально данный сигнал предназначался для использования в проводных телефонных сетях, то его параметры не в полной мере отвечают требованиям избирательного вызова для радиосетей. В частности, модуляция несущей одновременно двумя гармоническими колебаниями предъявляет повышенные требования к линейности тракта модуляции-демодуляции радиостанции. При этом также уменьшается ее мощность излучения, приходящаяся на каждое колебание, что приводит к снижению помехоустойчивости сигнала.

Преимуществом DTMF сигнала является совместимость с тональной системой сигнализации современных АТС и проводного абонентского оборудования, что позволяет достаточно просто организовывать взаимодействие телефонных сетей и сетей радиосвязи с фиксированным закреплением каналов.

Select 5

Select 5 – относится к аналоговым тональным СИВ.

Данная система была разработана специально для использования в сетях радиосвязи.

Алфавит системы состоит из десятичных цифр от 0 до 9, и символов G, B, C, D, F, R. Каждому элементу алфавита поставлена в соответствие одна частота.

Сигнал избирательного вызова типа Select 5 состоит из последовательности элементов алфавита определенной длинны (обычно от 5 до 7 элементов). Каждая последовательность соответствует определенному ИН. Например, некоторые радиостанции фирмы Моторола позволяют присваивать одному каналу приема до 5-и последовательностей длинной до 7-и элементов избирательного вызова.

Известны шесть модификаций данной системы, различающихся отдельными номиналами частот и длительностями посылок. В таблице 2 представлены элементы алфавита и соответствующие им частоты, а также длительности посылок для различных модификаций системы.

Элементы алфавита 0 и G часто используют для избирательного вызова групп, элемент R – для повторения предыдущего элемента.

Таблица 2

Примером использования системы Select 5 может служить процедура избирательного вызова, описанная в Рекомендации МККР 256.

CTCSS, PL

CTCSS (Continuous Tone Controlled Squelch System) аналоговая подтональная СИВ.

Система избирательного вызова CTCSS содержит набор из сорока подтональных частот, лежащих в диапазоне 67,0…250,3Гц. Частоты разделены на 3 группы. Группа А включает 17 частот, B – 16, и C 7. Распределение номиналов частот по группам показано в таблице 3. Для разделения абонентов, работающих на одной радиочастоте, рекомендуется использовать частоты в пределах одной группы. Избирательный вызов абонента обеспечивают передачей одной из частот совместно с сообщением в течение всего сеанса связи. Разделение информационного сигнала и избирательного вызова на приемной стороне осуществляется полосовыми фильтрами.

Фирма Motorola зарегистрировала эту систему сигналов под торговой маркой Private Line® (PL), введя соответствие между частотой и символическим кодом. Это соответствие показано в таблице 3.

Таблица 3

К недостаткам данной системы сигналов можно отнести ограниченность адресного пространства. Следует отметить, что частоты сигналов весьма плотно расположены в подтональной полосе поэтому, для обеспечения надежного разделения абонентов, предъявляются повышенные требования к их стабильности на передающей стороне и селективности декодера CTCSS сигнала на приемной стороне.

К достоинствам системы CTCSS относится отсутствие необходимости предварительного набора и передачи кода абонента, возможность надежного контроля качества канала в течение сеанса связи.

DCS (DPL) код

DCS (Digital Continuous Squelch) – относится к классу цифровых подтональных СИВ.

Данная система предназначена для применения в сетях радиосвязи.

Система содержит 80 двоичных последовательностей. Список последовательностей в восьмеричном формате представлен в таблице 4. При формировании сигнала последовательность кодируется помехоустойчивым кодом и циклически добавляется к речевому сигналу в течение всего сеанса связи. Один цикл содержит 23 бита. На рис. 3 представлен пример последовательности с номером 114.

Рис. 3

Скорость передачи последовательности выбрана таким образом, что ее спектр находится ниже спектра речевого сообщения. Поэтому их разделение в приемнике возможно с помощью фильтров. Цифровой сигнал, поступающий на модулятор, имеет форму “без возвращения к нулю (см. рис. 3).

Таблица 4

Фирма Motorola зарегистрировала эту систему сигналов под торговой маркой Digital Private Line® (DPL).

Данная система избирательного вызова содержит большее количество номеров, чем CTCSS, однако она требует применения более сложных аппаратных средств для ее реализации. Следует отметить, что применение цифрового сигнала с формой “без возвращения к нулю” создает определенные проблемы в большинстве современных радиостанций, в которых модуляция осуществляется в ГУН синтезатора частоты. Это вызвано попаданием части спектра сигнала избирательного вызова в полосу частот сигнала управления ГУН, что приводит к искажению формы сигнала DCS (см. рис. 4). По этой причине в данную систему включены последовательности, имеющие сбалансированную структуру, т.е. количество нулей в последовательности приблизительно равно количеству единиц, что позволяет минимизировать искажения сигнала.

Рис.4

Рассмотренные основные характеристики известных СИВ дают представление об их возможностях и позволяют оценить целесообразность применения того или иного вида в реальных условиях эксплуатации сети связи.