APCO-25 — СИСТЕМА транкинговой связи нового поколения
28 января 2005
Рубрика: Мобильная связь.
Автор: Алишер Абдукадыров.
pic

Как отмечалось в предыдущих статьях, современные цифровые системы профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР) используют для организации связи как общепринятые, так называемые «открытые», так и «фирменные» стандарты. По всей видимости, на дальнейшее развитие профессиональной радиосвязи будет значительно влиять конкуренция между поставщиками оборудования систем ПМР, и будущее, очевидно, будет принадлежать открытым стандартам, среди которых выделим системы TETRA и APCO-25. Очередная статья в нашей серии посвящается цифровому стандарту профессиональной мобильной радиосвязи АРСО-25, который так же, как система TETRA, получил широкое распространение в мире.

История и предпосылки к разработке стандарта APCO-25

Международная организация АРСО — Association of Public Safety Communication Officials (Ассоциация руководителей отделов связи служб общественной безопасности) объединяет представителей местных и центральных служб общественной безопасности почти 70 стран мира. Стандарт APCO-25 разрабатывался при поддержке американской Aссоциации телекоммуникационной промышленности (Telecommunications Industry Association — TIA) при контроле со стороны производителей оборудования. Еще в 1967 году TIA как один из наиболее активных пользователей радиосетей совместно с другими ассоциациями пользователей создала комитет по разработке спецификаций стандарта. Задачей комитета стало определение базовых технологий в современных системах профессиональной радиосвязи, которые наилучшим образом отражают требования служб общественной безопасности. Другими словами, комитет должен был создать своего рода пользовательский стандарт для специализированных радиосистем. Первые стандарты транкинговой радиосвязи были разработаны АРСО еще в конце 70-х годов — это известные спецификации АРСО-16, в рамках которых функционируют системы SmartNet (Motorola), EDACS (Ericsson), Clearchannel LTR (E.F. Johnson) и ряд других. Однако данные спецификации реализовались настолько по-разному, что о совместимости и взаимодействии таких систем не могло быть и речи. Это послужило причиной инициализации нового проекта, получившего официальный номер — 25. Основные разработки, связанные с проектом APCO-25, завершились в 1992 году, но впоследствии спецификации неоднократно дорабатывались. Базовое оборудование для систем стандарта APCO-25 производят компании Motorola (США), E. F. Johnson (США) и Westel Group Limited (Австралия), абонентские терминалы поставляются фирмами Motorola, Racal, Relm и Transcrypt (США), Kenwood (Япония) и другие.
По состоянию на 1998 год было опубликовано 30 из 32 спецификаций стандарта. В течение 1999 года комплект документов был дополнен, и в 2000 году была выпущена новая редакция стандарта, содержащая около 100 спецификаций.
В настоящее время в АРСО-25 входят 8 документов, содержащих основные определения системы радиосвязи, требования по разработке и тестированию общего радиоинтерфейса (CAI), спецификации протокола шифрования, рекомендации по созданию передатчиков с гарантированными эксплуатационными характеристиками и описание метода обработки сигнала, который следует использовать в вокодерах (кодировщиках речи) абонентских радиостанций.

pic

Все положения стандарта АРСО-25 были официально приняты федеральными органами США, а также приняты Международным союзом электросвязи (ITU-R M.2014).

Основные характеристики стандарта

Основополагающими принципами создания стандарта APCO-25, сформулированными его разработчиками, были требования:

• по обеспечению плавного перехода к средствам цифровой радиосвязи (то есть возможности совместной работы на начальном этапе базовых станций стандарта АРСО-25 с абонентскими аналоговыми радиостанциями, используемыми в настоящее время)
• по созданию открытой системной архитектуры для стимулирования конкуренции среди производителей оборудования
• по обеспечению возможности взаимодействия различных подразделений служб общественной безопасности при проведении совместных мероприятий.

Первоочередной задачей проекта стало создание спецификаций, поддерживающих возможность «гладкой» радиосвязи между организациями, в которых используются системы разных производителей. Самое пристальное внимание было уделено разработке требований открытости системной архитектуры и стандартизации шести базовых интерфейсов радиосистем:

• общего (Common Air Interface), обеспечивающего совместимость радиосистем в рамках АРСО-25
• межсистемного (Inter-System Interface)
• с телефонной сетью (Telephone Interconnect Interface)
• с портом данных (Data Port Interface)
• с сетью передачи данных и хост-компьютером (Host and Network Data Interface)
• с системой сетевого управления (Network Management Interface).

Спецификации АРСО-25 разделены на обязательные (то есть их требования должны выполняться любым производителем, утверждающим, что его продукция соответствует этому стандарту) и так называемые общереализуемые (обеспечивают более полную функциональную совместимость абонентских радиостанций разных производителей и описаны в спецификациях как дополнительные возможности — «опции»). Примерами общереализуемых функций, описанных в стандарте, могут служить такие функции, как присвоение постоянного индивидуального номера радиостанции, идентификация радиостанции, аварийный вызов, дистанционное выключение/включение радиостанции по эфиру, передача коротких и статусных сообщений, индивидуальный и групповой вызовы, запрос радиостанцией собственного статуса и тому подобное.

Обязательные функции, соответствующие стандарту АРСО-25

К обязательным функциям, соответствующим стандарту APCO-25, относятся следующие:

• общий радиоинтерфейс — устанавливает стандартные условия, при которых предоставляется связь между мобильными, портативными и базовыми радиостанциями
• код доступа к сети — обеспечивает простой способ адресации абонентских радиостанций или отдельных станций радиосети (в зависимости от системной конфигурации)
• безадресный речевой вызов — поддерживается открытая работа в конвенциональном режиме
• идентификация вызывающей стороны — идентификационный номер вызывающей радиостанции «вшит» в цифровой сигнал и передается при каждом вызове, позволяя определять вызывающего абонента.

Технология FDMA стала основой сетей на базе стандарта APCO-25. Сети транкинговой связи, ориентированные на предоставление услуг органам и службам безопасности, характеризуются небольшим уровнем трафика с редкими всплесками, поэтому для них выбор технологии FDMA вполне оправдан, так как она позволяет получить относительно большой радиус зоны обслуживания (30-40 км) и охватить обширные территории, используя «скромный» набор оборудования. Последнее обстоятельство особенно важно для пользователей, финансирование которых осуществляется из госбюджета.

pic

Стандарт APCO-25 регламентирует работу цифровых систем радиосвязи любого размера (от базирующейся на одиночном ретрансляторе до транкинговой сети государственного масштаба). Он предусматривает полную совместимость портативного и мобильного оборудования, базовых станций и сетевых устройств радиосистем различных поставщиков, позволяет поддерживать связь между десятками тысяч абонентов, принадлежащих к разным организациям.
Основные требования данного стандарта сводятся к необходимости обеспечения цифровой передачи речи или данных со скоростью 9,6 Кбит/с по частотному каналу шириной 12,5 кГц (с возможностью перехода в дальнейшем на канал шириной 6,25 кГц), а также поддержки режима шифрования без потери качества передачи голосового сигнала или сокращения зоны покрытия.

Системная архитектура стандарта поддерживает как транкинговые, так и конвенциональные системы радиосвязи, в которых абоненты взаимодействуют между собой либо в режиме непосредственной связи, либо через ретранслятор. Передача речи и данных может обеспечиваться с помощью индивидуальных, групповых или широковещательных вызовов.
Заложенная в стандарте APCO-25 система идентификации абонентов позволяет адресовать в одной сети не менее 2 миллионов радиостанций и до 65 тысяч групп. При этом задержка при установлении канала связи в подсистеме, в соответствии с функциональными и техническими требованиями к стандарту APCO-25, не должна превышать 500 мс (в режиме прямой связи — 250 мс, при связи через ретранслятор — 350 мс).

При построении транкинговых систем стандарта APCO-25 возможны конфигурации однозонового типа и многозоновые сети с количеством базовых станций до 30. Максимальное количество каналов базовой станции — 24.
В однозоновой конфигурации транкинговой системой поддерживаются режимы работы с основным контроллером и запасным, находящимся в «горячем» резерве, и аварийный режим работы управляющего канала. При многозоновой конфигурации в системе поддерживаются режим работы с «теплым» и «горячим» резервированием контроллеров и коммутаторов и аварийный режим работы управляющих каналов всех базовых станций системы. Каждый центр коммутации имеет базу данных, рассчитанную на 8000 абонентов.

APCO-25 предусматривает возможность работы в любом из стандартных диапазонов частот, используемых системами подвижной радиосвязи: 136-174, 406-512 или 746-869 МГц.
Основной метод доступа к каналам связи — частотный (FDMA), вместе с тем по заявке компании Еricsson в Фазу II стандарта включена возможность использования в системах APCO-25 технологии множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA).

pic

В Фазе I стандартный шаг сетки частот составляет 12,5 кГц, для Фазы II — 6,25 кГц. При этом при полосе 12,5 кГц осуществляется четырехпозиционная частотная модуляция по методу C4FM со скоростью 4800 символов в секунду, а при полосе 6,25 кГц — четырехпозиционная фазовая модуляция со сглаживанием фазы по методу CQPSK.
Для речевого кодирования в стандарте используется кодек IMBE (Improved MultiBand Excitation), который, к примеру, применяется также в системе спутниковой связи Inmarsat. Скорость кодирования — 4400 бит/с. После помехоустойчивого кодирования речевой информации скорость информационного потока увеличивается до 7200 бит/с, а после формирования речевых кадров путем добавления служебной информации — до 9600 бит/с. Передача данных в системах стандарта APCO-25 осуществляется в режимах коммутации каналов или коммутации пакетов. Максимально возможная скорость передачи данных — 9600 бит/с, в протоколе радиоинтерфейса предусмотрен низкоскоростной канал сигнализации, позволяющий одновременно с речью передавать данные со скоростью 88,69 бит/с.
Радиосистемы стандарта APCO-25 обеспечивают связь с сетями фиксированной связи с протоколами Х.25, SNA, TCP/IP. Следует отметить, что протокол IP поддерживается как специальная IР-служба, которая с помощью специального сетевого шлюза обеспечивает возможность связи мобильных терминалов и проводной инфраструктуры с приложениями, использующими IP.
В стандарте предусмотрены механизмы обеспечения безопасности связи, предусматривающие защиту от перехвата сообщений, повтора сообщений с задержкой и с искажением информации, создания преднамеренной помехи, анализа трафика абонентов, создания дубликатов абонентов и так далее. В основе всех механизмов обеспечения безопасности связи лежит криптографическое шифрование информации. Системы APCO-25, в соответствии с функциональными и техническими требованиями, должны быть рассчитаны на обеспечение как минимум двух из 4-х уровней криптозащиты в зависимости от типа системы связи.
В 2000 году Федеральная комиссия по связи США (FCC) выделила для использования службами общественной безопасности США полосу частот в 24 МГц в диапазоне 700 МГц. В качестве условия использования данных полос частот FCC определила открытый радиоинтерфейс Фазы I стандарта АРСО-25 как обязательный режим связи для обеспечения взаимодействия между ведомствами. В этом диапазоне должны использоваться каналы связи шириной 6.25 кГц, но они могут быть расширены до 25 кГц для интегрированной передачи речи и данных, если это требуется пользователям. Решение FCC также определяет возможность использования каналов шириной 50 кГц, которые могут быть расширены до 100 кГц и 150 кГц для обеспечения служб и приложений высокоскоростной передачи данных.

pic

Распространенность и перспективы развития стандарта

Система АРСО-25 получила статус открытого стандарта, но распространена в основном в США, в Латинской Америке и Юго-Восточной Азии. В СНГ сети стандарта АРСО-25 используются службами общественной безопасноcти России и Казахстана. В Узбекистане также находится в эксплуатации демонстрационная сеть АРСО-25 на базе оборудования компании Motorola.
Стандарт поддерживается достаточно большим числом производителей базового, абонентского и тестового оборудования (48 компаний), хотя основными производителями остаются компании E.F.Johnson и Motorola. Проводятся работы по построению систем APCO-25 с использованием технологии TDMA и развитию стандарта в сторону интеграции со стандартом TETRA (Проект MESA).
Дальнейшее развитие стандарта связано с расширением характеристик и функциональных возможностей технологии в первую очередь в направлении увеличения скорости беспроводного обмена большими объемами информации в масштабах крупных многозоновых сетей совместного пользования. Для этого системы 3-го поколения транкинговой связи будут обеспечивать скорости передачи данных не менее 1.544 Мбит/с., а в системах 4-го поколения эта цифра достигнет 155 Мбит/с. и выше.
Согласно прогнозам IMS, к 2005 году число пользователей систем стандарта APCO-25 во всем мире достигнет 2,7 млн., что составит 14% от общего числа пользователей цифровых систем ПМР.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте