Системы избирательного вызова в конвенциональных сетях радиосвязи

Несмотря на бурное развитие в настоящее время сотовых и транкинговых систем мобильной связи, традиционные сети УКВ-радиосвязи с фиксированным закреплением каналов, которые обычно называются конвенциональными (от англ. conventional - обычный, традиционный), прочно занимают свою нишу в сфере профессиональной радиосвязи.

При необходимости организации связи на ограниченной территории для небольшого количества абонентов такие сети радиосвязи являются выгодными как с точки зрения используемого частотного ресурса (для построения простейшей сети связи достаточно одной частоты), так и в части максимальной оперативности связи (соединение производится практически сразу после нажатия клавиши передачи). Привлекательность конвенциональных радиосредств объясняется также простотой их использования и экономичностью.

Средства конвенциональной радиосвязи выпускаются большинством крупных компаний, занимающихся производством оборудования подвижной связи. Ведущие производители средств подвижной радиосвязи постоянно работают над улучшением технических характеристик и расширением функциональных возможностей конвенциональных радиостанций. Это позволяет системам конвенциональной связи предоставлять своим абонентам достаточно высокий уровень услуг и в ряде случаев успешно конкурировать с транкинговыми сетями в секторе профессиональной радиосвязи.

Одной из важных функций современных конвенциональных радиостанций является избирательный (селективный) вызов.

Основные положения

Избирательный (селективный) вызов представляет собой способ адресации абонентов в сетях конвенциональной радиосвязи (присвоения абонентам идентификационных номеров) с помощью передачи и приема во время сеанса связи специальных сигналов, дополняющих речевую информацию.

Введение адресации абонентов позволяет реализовать в конвенциональных сетях не только групповой, но и индивидуальный вызов абонентов. Системы избирательного вызова (СИВ) также являются одним из наиболее перспективных способов повышения эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях с фиксированным закреплением каналов связи за счет разделения абонентов, работающих на одном частотном канале.

Системы избирательного вызова позволяют строить сети радиосвязи, в которых нескольким независимым группам абонентов может быть выделен один радиоканал. При этом для обеспечения их независимой работы каждой радиостанции или группе радиостанций присваивают один или несколько идентификационных номеров (ИН). Для передачи сообщения определенному абоненту или группе абонентов необходимо передать соответствующий ИН. Если за одной радиостанцией закреплено несколько ИН, то это позволяет ей работать в разных группах, т. е. количество направлений связи абонента совпадает с количеством ИН, присвоенных абоненту.

Избирательный вызов обеспечивается специальными модулями, формирующими специальный сигнал при передаче и декодирующими его на приемной стороне.

При ожидании вызова радиостанции принимают все сигналы на заданном радиоканале, но не выводят их на громкоговоритель. При приеме сигналов СИВ, соответствующих заданным ИН, приемник открывает звуковой тракт радиостанции, т. е. озвучивает сообщение. Таким образом, избирательный (селективный) вызов используется для активизации только тех приемных станций, которые входят в группу связи с данным ИН, и, наоборот, для исключения активизации всех станций, не входящих в эту группу.

При задействовании СИВ абоненты конкретной группы будут слушать переговоры только внутри группы, хотя канал на время переговоров других пользователей, работающих на том же частотном канале, будет занят. В тех случаях, когда один и тот же частотный канал используется несколькими различными группами, использование селективного вызова позволит абонентам не отвлекаться на посторонние вызовы.

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 избирательного вызова.

Селективный вызов может обеспечиваться как с помощью включения в состав радиостанции специального дополнительного модуля, так и путем программирования станции, если аппаратно кодер СИВ реализован в приемопередатчике радиостанции, а функция избирательного вызова включена в состав стандартных функций.

В данной статье рассматриваются наиболее распространенные системы избирательного вызова и некоторые варианты их использования в конвенциональных сетях профессиональной радиосвязи.

Классификация СИВ

В зависимости от занимаемой области частот выделяют два класса СИВ - тональные и подтональные (субтональные) системы сигнализации (см. рис. 1). В каждом классе различают аналоговые и цифровые системы.

 systems_izb_vyz_1.gif

Рис. 1.

В тональных системах сигнализации используются сигналы, которые занимают полосу частот, совпадающую с полосой передаваемого речевого сигнала (300-3400 Гц), и кратковременно передаются в начале каждого сеанса связи. 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.

В подтональных (субтональных) системах сигнализации разделение абонентов (адресация вызова) осуществляется путем непрерывного на время связи излучения (на передающей стороне) и детектирования (на приемной стороне) сигнала, передаваемого на т. н. подтональных (субтональных) частотах. Сигналы подтональных систем занимают полосу частот 50…250 Гц, то есть находятся ниже полосы 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. Однако при этом часть энергии сигнала расходуется на передачу сигнала сигнализации, а доля модуляции несущего колебания, приходящаяся на информационное сообщение, уменьшается. Из-за узкой полосы часто подтональные системы сигнализации имеют ограниченное адресное пространство.

Тональные системы сигнализации

Наиболее широко в сетях профессиональной конвенциональной радиосвязи используются две тональные системы избирательного вызова, относящиеся к аналоговым СИВ: двухтональная система сигнализации DTMF (Dual-Tone Multifrequeny) и система сигнализации Select V.

DTMF

Тональная система сигнализации DTMF первоначально была разработана для использования в проводных сетях телефонной связи и предназначена 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 группа - 697 Гц, 770 Гц, 852 Гц, 941 Гц;
  • верхняя группа - 1209 Гц, 1336 Гц, 1477 Гц, 1633 Гц.

Каждый символ DTMF кодируется суммой двух гармонических колебаний с частотами из нижней и верхней групп. Длительность двухчастотной посылки должна быть не менее 40 мс, паузы между символами - не менее 25 мс. Стабильность частот - не хуже ±1,5%. Таблица 1 показывает соответствие между символом и комбинацией частот.

Таблица 1.

Частота (Гц) 1209 1336 1477 1633
697 1 2 3 А
770 4 5 6 В
852 7 8 9 С
941 * 0 # D

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 V

Аналоговая тональная система сигнализации Select V была разработана специально для использования в сетях радиосвязи. Алфавит системы состоит из десятичных цифр от 0 до 9, а также символов B, C, D, F, G, R. Каждому элементу алфавита поставлена в соответствие одна частота.

Сигнал избирательного вызова типа Select V состоит из последовательности элементов алфавита определенной длины (обычно от 5 до 7 элементов). Каждая последовательность соответствует определенному ИН. Например, некоторые радиостанции фирмы Motorola позволяют присваивать одному каналу приема до 5 ИН.

Известны 6 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.

Таблица 2.

Алфавит Модификация
ZVEI STD
(Гц)
ZVEI MOD
(Гц)
ZVEI FRENCH
(Гц)
CCIR STD
(Гц)
CCIR 70мс
(Гц)
EEA
(Гц)
0 2400 2200 2400 1981 1981 1981
1 1060 970 1060 1124 1124 1124
2 1160 1060 1060 1197 1197 1197
3 1270 1160 1270 1275 1275 1275
4 1400 1270 1400 1358 1358 1358
5 1530 1400 1530 1446 1446 1446
6 1670 1530 1670 1540 1540 1540
7 1830 1670 1830 1640 1640 1640
8 2000 1830 2000 1747 1747 1747
9 2200 2000 2200 1860 1860 1860
G 2800 885 885 2400 2400 1055
B 810 810 810 930 930 930
C 970 2600 2600 2247 2247 2247
D 885 2800 2800 991 991 991
F 930 930 930 873 873 873
R 2600 2400 970 2110 2110 2110
Длительность
элемента (мс)
70 70 70 100 70 40

Элементы алфавита 0 и G часто используют для избирательного вызова групп, элемент R - для повторения предыдущего элемента. Примером использования системы Select V может служить процедура избирательного вызова, описанная в Рекомендации МККР 256.

Подтональные системы сигнализации

Наиболее известны две подтональные системы сигнализации:

  • аналоговая CTCSS (Continuous Tone Controlled Squelch System) и ее модификация Private Line® (PL) компании Motorola;
  • цифровая DCS (Digital Continuous Squelch) и ее модификация Digital Private Line® (DPL) компании Motorola.

CTCSS, PL

Система избирательного вызова CTCSS содержит набор из сорока подтональных частот, лежащих в диапазоне 67,0…250,3 Гц. 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.

Компания 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.

Группа А
Код Частота
XZ 67,0
XB 77,0
YB 88,5
1Z 100,0
1B 107,2
2A 114,8
3Z 123,0
3B 131,8
4A 141,3
5Z 151,4
5B 162,2
6A 173,8
7Z 186,2
M1 203,5
M3 218,1
M5 233,6
M7 250,3
Группа В
Код Частота
XA 71,9
YZ 82,5
ZA 94,8
1A 103,5
2Z 110,9
2B 118,8
3A 127,3
4Z 136,5
4B 146,2
5A 156,7
6Z 167,9
6B 179,9
7A 192,8
M2 210,7
M4 225,7
M6 241,8
  
Группа С
Код Частота
WZ 69,3
WA 74,4
WB 79,7
YA 85,4
ZZ 91,5
ZB 97,4
8Z 206,5
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

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)

Данная система предназначена специально 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. 2 представлен пример последовательности с номером 114.

 systems_izb_vyz_2.gif

Рис. 2.

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.

023

071

143

226

311

413

516

654

025

072

152

243

315

423

532

662

026

073

155

244

331

431

546

664

031

114

156

245

343

432

565

703

032

115

162

251

351

445

606

712

043

116

165

261

364

464

612

723

047

125

172

263

365

465

624

731

051

131

174

265

371

466

627

732

054

132

205

271

411

503

631

734

065

134

223

306

412

506

632

743

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 через генератор, управляемый напряжением синтезатора частоты (ГУН). Это вызвано перекрытием спектров сигнала избирательного вызова и сигнала управления ГУН, что приводит к искажению формы сигнала DCS (см. рис. 3). 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.

 systems_izb_vyz_3.gif

Рис. 3.

Возможные применения

Разделение групп абонентов

Наиболее распространенным применением СИВ является разделение групп абонентов, работающих на одном радиочастотном канале.

Дефицит ресурсов радиочастотного спектра знаком практически всем пользователям средств подвижной радиосвязи. Нередко для локальной сети радиосвязи, развернутой на ограниченной территории, выделяется всего одна частота, а существует необходимость организации в рамках этой сети работы нескольких независимых подвижных групп абонентов под управлением общего диспетчера. В качестве примера такой сети можно привести сеть радиосвязи промышленного объекта, где независимыми группами являются подразделения пожарной безопасности, охраны, контроля сигнализации и т. п.

Поскольку, как правило, средняя интенсивность работы абонента в подобной сети не велика (обычно не более 1…2 связей в минуту при средней длительности сообщения 5...7 с), то с помощью СИВ возможна организация независимой работы нескольких групп на общем частотном канале с раздельной доставкой сообщений. В этом случае разделение групп наиболее удобно осуществлять с помощью подтональных систем сигнализации, например, CTCSS. Все абоненты работают на одном радиоканале, но каждая группа использует свою подтональную частоту, за счет чего абоненты одной группы не слышат переговоры, ведущиеся другими пользователями. Приемлемый уровень вероятности блокировки канала связи при такой организации достигается, если суммарное количество абонентов на одном радиочастотном канале не превышает 20…50 человек. Диспетчер сети может прослушивать переговоры абонентов всех групп, организовав сканирование по каналам, представляющим совокупность рабочей и подтональной частот.

Применение CTCSS может оказаться очень полезным и в тех ситуациях, когда один радиочастотный канал выделен на вторичной основе нескольким организациям, зоны использования средств радиосвязи которых могут пересекаться. В этом случае использование своего индивидуального кода CTCSS позволит не отвлекаться на чужие вызовы.

Индивидуальный вызов

Само понятие избирательного вызова указывает на возможность адресации в сетях конвенциональной радиосвязи. Тем самым, с использованием СИВ становится возможным индивидуальный вызов, позволяющий реализовать более совершенные типы сетей по сравнению с сетями, работающими по принципу "один говорит - все слышат". И хотя возможности систем избирательного вызова не позволяют строить сети массового обслуживания, характерные для сотовых и транкинговых систем радиосвязи, они вполне достаточны для локальных сетей, обслуживающих несколько сотен абонентов.

Защита от несанкционированного доступа

Системы избирательного вызова могут использоваться для защиты от несанкционированного доступа к стационарным радиосредствам сети связи, в частности, к ретрансляторам. Встроенный в ретранслятор модуль СИВ обеспечит доступ к каналу ретрансляции только тем абонентам, радиостанции которых оснащены таким же модулем и используют аналогичный код избирательного вызова.

Использование простых подтональных систем сигнализации для дистанционной инициализации ретранслятора защитит от возможных помех по каналу приема ретранслятора (помеха не будет ретранслироваться и занимать канал связи).

При необходимости защиты от несанкционированного доступа более эффективно применение тональных систем сигнализации, которые позволяют обеспечить большее количество кодовых комбинаций. Так, злоумышленник легко определит одну из сорока частот CTCSS методом простого перебора. Подобный же перебор при использовании DTMF (PL) или Select V с 3-4 символами в стартовой посылке представляется гораздо более трудоемкой задачей.

Передача коротких сообщений

Использование тональных систем сигнализации позволяет обеспечить в конвенциальных сетях передачу коротких сообщений. В настоящее время существуют радиостанции, в которых реализована данная функция. С их помощью можно передать и принять короткое буквенно-цифровое сообщение.

Естественно, что такие радиостанции должны быть оснащены не только модулями DTMF или Select V, но и клавиатурой для набора сообщения и дисплеем для его просмотра.

Выход на телефонную сеть

При наличии в сетях конвенциональной связи дуплексной пары радиочастот с помощью тональной системы сигнализации DTMF можно организовать связь подвижных абонентов с абонентами телефонной сети. В этом случае к стационарной радиостанции (или ретранслятору) подключают телефонный интерфейс, а абонентские снабжают клавиатурой для набора номера и модулем DTMF. На абонентских радиостанциях выделяют отдельный канал выхода в телефонную сеть. На данном канале радиостанция должна работать в режиме двухчастотного симплекса с частотой передачи, соответствующей каналу приема стационарной станции, и частотой приема, соответствующей каналу передачи ретранслятора. Таким образом, для связи с абонентами телефонной сети используется общая с ретранслятором дуплексная пара радиочастот. Взаимодействие абонентов телефонной и радио сетей происходит обычным образом.

Автор: Воробьев С.В.


Хотите узнать больше о системах радиосвязи?

Хотите узнать, как построить или модернизировать
систему радиосвязи?