Системы радиосвязи DMR и TETRA Сравнительный …¡равнение-систем-DMR-и-TETRA.pdf · ENB26 - DMR vs TETRA comparison 1v2 RUS.doc 17/10/2014

Radio Activity S.r.l.

Headquarter: Via Ponte Nuovo, 8 - 20128 Milan – email: [email protected] - www.radioactivity-tlc.com Tel. 02.36514205 - FAX/Voicebox 1782242408 – Registr. CCIAA Milano N° 1728248 - P.I./C.F. 04135130963

Системы радиосвязи DMR и TETRA Сравнительный анализ

Версия 1v2

Перевод ООО «МПТ-Сервис проект» г. Москва 2011 г.

mailto:[email protected]

http://www.radioactivity-tlc.com/

ENB26 - DMR vs TETRA comparison 1v2 RUS.doc 17/10/2014 2 / 25 Перевод ООО «МПТ-Сервис проект» г. Москва www.mptsrv.ru

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................... ОШИБКА! ЗАКЛАДКА НЕ ОПРЕДЕЛЕНА. ОПИСАНИЕ СИСТЕМ ПРОФЕССИОЛЬНАЛЬНОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ............... ОШИБКА! ЗАКЛАДКА НЕ ОПРЕДЕЛЕНА.

Задачи систем профессиональной мобильной радиосвязи ............................ Ошибка! Закладка не определена. Миграция от аналоговой радиосвязи к цифровой ................................................................................................. 4 Краткое описание стандарта TETRA ................................................................... Ошибка! Закладка не определена. Краткое описание стандарта DMR ..................................................................... Ошибка! Закладка не определена.

СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ DMR И TETRA СРАВНИТЕЛЬНЫЙАНАЛИЗ ................. ОШИБКА! ЗАКЛАДКА НЕ ОПРЕДЕЛЕНА.

Методы использования радиочастотного спектра ........................................... Ошибка! Закладка не определена. Радиопокрытие ................................................................................................... Ошибка! Закладка не определена. Эффективность использования радиочастотного спектра .............................. Ошибка! Закладка не определена. Устойчивость к задержкам распространения излучения ................................ Ошибка! Закладка не определена. Наращивание зоны радиопокрытия. Обеспечение радиосвязи в туннелях .. Ошибка! Закладка не определена. Экология .............................................................................................................. Ошибка! Закладка не определена.

Решения по построению систем ........................................................................ Ошибка! Закладка не определена. Особенности ........................................................................................................ Ошибка! Закладка не определена. Гибкость и простота ............................................................................................ Ошибка! Закладка не определена. Доступность ......................................................................................................... Ошибка! Закладка не определена. Миграция от аналоговых систем и совместное функционирование с аналоговыми системами ............. Ошибка! Закладка не определена. Открытость стандарта ......................................................................................... Ошибка! Закладка не определена. Надежность.......................................................................................................... Ошибка! Закладка не определена.

Затраты и цены ................................................................................................... Ошибка! Закладка не определена. Терминалы ........................................................................................................... Ошибка! Закладка не определена. Базовые станции и узлы коммутации ............................................................... Ошибка! Закладка не определена. Наращивание систем в части добавления базовых станций. Частотный ресурс ................. Ошибка! Закладка не определена. Затраты при планировании миграции от аналоговых систем к цифровым ... Ошибка! Закладка не определена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................. ОШИБКА! ЗАКЛАДКА НЕ ОПРЕДЕЛЕНА.


ВВЕДЕНИЕ

Люди часто употребляют слово «цифровое» как синоним «более современное и лучшее, чем аналоговое», как технологическое решение которое предоставляет целый ряд существенных преимуществ для пользователей. Это действительно так, однако, вопрос какая из технологий наилучшая остается открытым. Данный документ представляет обзор наиболее популярных цифровых технологических решений в области профессиональной мобильной радиосвязи (далее ПМР): TETRA, DMR, P25, dPMR и TETRAPOL. Подробно рассмотрены вопросы сравнения систем TETRA и DMR, как наиболее значимых Европейских цифровых стандартов (что справедливо и для всего мира). Целью данного документа не является предоставление исчерпывающего и детального сравнения технических характеристик рассматриваемых цифровых стандартов ПМР. Предполагается рассмотрение ключевых характеристик стандартов, анализ которых позволит производить выбор в соответствии с потребностями пользователя. Некоторые технические детали могут быть неоднозначно трактуемыми и спорными. Кто-то может предложить их рассмотрение с другой точки зрения и с другими оценками (любые аргументированные предположения и оценки важны для авторов данной статьи). Несмотря на вышеизложенное, мы полагаем, что представленные в статье аргументы позволят пользователям квалифицированно производить оценку предлагаемых на рынке продуктов. С точки зрения пользователя, немаловажной характеристикой системы является цена. Зона радиопокрытия базовой станции (далее – БС) TETRA в сравнении с аналоговыми системами или системами DMR составляет от половины до 1/3, таким образом, для обеспечения радиопокрытия участка территории системам TETRA требуется значительно большее количество БС. Система TETRA среднего масштаба может стоить в 3 – 5 раз дороже аналогичной системы DMR. Характеристики рассматриваемых систем близки (цифровое засекречивание, позиционирование, передача сообщений…). Более «молодая» технология DMR быстро развивается, в части предоставления сервисов недоступных на настоящий момент. Должны существовать очень серьезные причины, чтобы оправдать существенную (зачастую скрытую) дороговизну решений TETRA в сравнении с DMR. Декларируемая спектральная эффективность TETRA должна быть внимательно рассмотрена. В действительности, низкий бюджет радиотракта TETRA приводит к затруднению повторного использования номиналов радиочастот, имеет место низкая избирательность приема по соседнему каналу, часть спектра постоянно используется для работы контрольного канала. DMR обеспечивает спектральную эффективность 6,25 КГц/канал, без каких-либо оговорок. Функция передачи данных в сетях TETRA часто представляется как «система готова к передаче видеосигналов». Кто, на самом деле, может использовать ресурс целой несущей частоты TETRA для передачи только одного канала видео реального времени, да еще и на скорости 22 Кб/с? Очевидно, что существует множество других решений по передаче видео, с более широкой полосой пропускания и с незначительными затратами на создание канала передачи (UMTS, GPRS, WiFi…). Другой аспект нуждающийся в рассмотрении это процесс миграции от существующих аналоговых систем: с этой точки зрения, внедрение TETRA это «революция», а внедрение DMR – «эволюция». TETRA это система транкинговой связи оптимизированная для работы в многосайтовой конфигурации, для условий предусматривающих высокую интенсивность радиообмена. Как и в сетях телефонной связи, сотни пользователей на небольшой территории, используя целый набор базовых станций обеспечиваются услугами связи. DMR предоставляет услуги выделенного канала или ограниченный набор услуг транкинга для обеспечения, в первую очередь, надежного радиопокрытия, но не высокой пропускной способности. В действительности, TETRA в состоянии предоставить некоторые преимущества относительно DMR в применении к сетям радиосвязи средней и большой емкости, например в больших городах или крупных поселках. Если запросы пользователя не относятся к названным примерам, при выборе цифрового стандарта ПМР, следует внимательно изучать альтернативные предложения на основе DMR.


ОПИСАНИЕ СИСТЕМ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Задачи систем профессиональной мобильной радиосвязи

Как правило, сети сотовой связи (GSM) не могут обеспечивать связь в условиях чрезвычайных ситуаций. Это объясняется тем, что их ресурс рассчитан на среднюю интенсивность трафика и при значительном росте нагрузки данный дефицит ресурса делает установление соединений невозможным. Выделенные сети радиосвязи уверенно справляются со своими задачами, даже в условиях перегрузки. В чрезвычайной ситуации, персонал вовлеченный в работу по ее ликвидации должен работать в режиме групповой связи (точка – много точек). Данный режим является предпочтительным потому, что весь персонал одновременно обладает всей полнотой сведений об обстановке. Важно обеспечить очень короткое время установления соединения – менее 0,5 секунд, что недостижимо для сетей GSM (как правило, 5 – 10 секунд). Радиопокрытие сетей сотовой связи оптимизировано для максимального количества абонентов и не рассчитывается на потенциально опасные зоны, такие как горы, туннели, удаленные объекты. В соответствии с вышеприведенными соображениями, подразделения экстренного реагирования на чрезвычайные ситуации нуждаются в экономически доступной, гибкой, высоконадежной выделенной сети радиосвязи.

Миграция от аналоговой радиосвязи к цифровой

Самые разные технологии, аналоговые и цифровые, конвенциональные и транкинговые, их сочетания представлены на мировом рынке ПМР. Рынок использует термин «цифровой» как синоним «более современного решения» и «лучшего чем аналоговый». Как решения предоставляющего набор ключевых улучшений для пользователей, операторов связи, в том числе в части использования радиочастотного спектра. Несмотря на то, что аналоговые технологии ПМР будут оставаться актуальными в течение еще целого ряда лет, цифровые технологические решения действительно имеют целый ряд преимуществ:

∞ Улучшенное качество передачи голоса на периферии зоны радиопокрытия

∞ Выше эффективность использования радиочастотного спектра (ниже цена выделения и обслуживания частотного ресурса в пересчете на один информационный канал

∞ Возможность обеспечить передачу и голоса и данных с использованием одного оборудования

∞ Развитые сервисные возможности, такие как: o Индивидуальный вызов, групповой вызов, вещательный вызов; o Аварийный вызов; o Засекречивание без деградации качества передачи голоса; o Идентификация терминала ведущего передачу; o Подключение в открытому сеансу связи; o Сигнализация о входящем индивидуальном вызове во время сеанса связи; o Доступ к каналу связи с ожиданием или с прерыванием текущего сеанса связи; o Передача данных с использованием протоколов IP сетей; o Передача текстовых сообщений; o Передача сообщений о местоположении; o Удаленный контроль терминала – прослушивание/отключение от сервиса/проверка

состояния.

∞ Наличие нескольких независимых производителей

∞ Низкая стоимость инфраструктуры первичных сетей связи обусловленная использованием технологий IP сетей.

В то же время, применение цифровых терминалов может иметь и негативные последствия:


∞ На периферии зоны радиопокрытия связь может непредсказуемо обрываться и восстанавливаться, без постепенного снижения качества характерного для аналогового режима. В этих условиях абонент аналоговой сети может продолжать сеанс связи (с некоторыми неудобствами) в условиях повышенного уровня шума. Данная ситуация не относится к случаю использования базовых станций с разнесенным приемом, применение которого значительно повышает характеристики тракта приема.

∞ Качество речи обработанной вокодером не настолько хорошее, как в аналоговых системах. В условиях достаточного уровня принимаемого сигнала, речь передаваемая в аналоговой радиосети отличается от кодированной вокодером как HI-FI от речи передаваемой по телефону.

В настоящее время имеет место тенденция перевода систем радиосвязи служб общественной безопасности из аналоговых стандартов в цифровые. Такой процесс миграции может производиться с использованием большого количества технологических решений:

∞ TErrestrial Trunked RAdio (TETRA)

∞ Digital Mobile Radio (DMR)

∞ Digital Private Mobile Radio (dPMR)

∞ Project 25 (P-25 or APCO-25)

∞ TETRAPOL Системы стандарта TETRA обеспечивают 4 информационных канала для каждой из несущих частот, с шагом сетки частот 25 КГц. Стандарт оптимизирован для транкинговых систем со средней и высокой интенсивностью

трафика. Стандартом предусмотрено использование четырехпозиционной дифференциальной квадратичной фазовой модуляции, что требует применения усилителей мощности с высокой линейностью. Линии связи между базовыми станциями требуют значительной ширины полосы пропускания (как правило, около 2 Мбит/с). Сети строятся по «сотовому» принципу, с использованием своего набора радиочастот для каждого ретранслятора. Размер каждой из ячеек соты значительно меньше, чем в случае аналоговых систем. Ряд европейских стран использует

оборудование TETRA для нужд полиции. Стандарт DMR (ETSI TS 102 361) позволяет использовать несущие частоты с шагом сетки 12,5 КГц для организации одновременно двух независимых информационных каналов. Спектральная эффективность одной базовой станции аналогична случаю стандарта TETRA (1Канал/6,25 КГц), но может быть значительно улучшена в случае использования технологии “Simulcast” (технология синхронного вещания нескольких базовых станций на одной частоте, с использованием автоматического выбора оптимального канала приема). В отличие от TETRA, радиочастотный сигнал имеет постоянную огибающую. Эта особенность позволяет уменьшить мощность потребляемую от источника питания т.к. не требует применения усилителей с высокой линейностью. Размер зоны радиопокрытия практически аналогичен случаю использования аналоговых радиостанций. Системы данного стандарта оптимизированы для сетей с низкой и средней интенсивностью трафика или для случаев одновременной передачи голоса и данных (например, голос и навигационные данные). Кроме того, терминалы DMR являются двухрежимными, что позволяет использовать их в существующих аналоговых сетях. Данная особенность позволяет производить «мягкую миграцию» от аналоговых систем к цифровым.


TX CH1

TX CH2+

TX CH1+CH2

2 conventional channels

2 DMR channels

Group 1

Group 2

Group 2Group 1

freq 2

freq 1

TS 1 TS 2

Same

frequency

Рис. 1: Мягкая миграция к DMR.

Стандарт dPMR обеспечивает организацию одного информационного канала на несущей частоте, с шагом сетки частот 6,25 КГц. Используется многостанционный доступ с частотным разделением (Frequency Division Multiple Access). Данное решение пригодно для сетей с низкой интенсивностью трафика, когда ресурс одного информационного канала является достаточным для обеспечения потребностей пользователя. Если необходимо более одного информационного канала в системе, то требуется использовать дорогостоящие решения по созданию комбайнерных устройств, с соответствующими потерями мощности при сложении сигналов. Не обеспечивается совместимость с существующими сетями радиосвязи использующими шаг сетки радиочастот 12,5 КГц. Используемый вид модуляции может приводить к появлению помех на соседнем канале.

frequency

Analog dPMR Analog

12.5KHz12.5KHz

45-50dB

Рис. 2: Возникновение помехи от радиостанции dPMR для соседнего канала

использующего аналоговую модуляцию. В соответствии с рассмотренным ограничением, рассмотрение данного стандарта применительно к Европейскому рынку не представляет интереса.

Стандарт APCO25 (Project 25) открытый стандарт разработанный ассоциацией пользователей специально для нужд служб общественной безопасности Северной Америки. Радиостанции могут работать совместно с существующим парком аналоговых радиостанций, а так же в цифровом или аналоговом режиме с другими радиостанциями P25. Ввод в действие систем радиосвязи данного стандарта позволит обеспечить высокий уровень взаимодействия и совместимости. Данные системы одобрены к использованию в Северной Америке, Австралии, Сингапуре и России.

Системы первого этапа работают с шагом сетки частот 12,5 КГц в аналоговом, цифровом или смешанном режиме. Используется непрерывная четырехпозиционная частотная модуляция (C4FM) на скорости 9.600 бит/с. Используется вокодер IMBE (Improved Multiband Excitation) со скоростью сформированного цифрового потока 7,2 Кбит/с (включая информацию защиты от ошибок FEC – forward error correction). Спецификации второго этапа стандарта находятся в стадии разработки, с целью определить целесообразность использования FDMA и/или TDMA (множественный доступ и использованием частотного или временного разделения) для достижения значения эффективности использования радиочастотного спектра не хуже, чем «передача одного канала речи или данных со скоростью не менее 4800 бит/с в полосе частот 6,25 КГц»). Перспективный вид модуляции – непрерывная квадратичная фазовая модуляция, с одновременной модуляцией фазы и амплитуды сигнала для обеспечения минимальной ширины занимаемой полосы частот. Такой вид модуляции потребует использования усилителей с высокой линейностью.


Спецификации стандарта будут предусматривать использование вокодера с более высокой степень сжатия голоса, таким образом, чтобы передача одного канала речи требовала скорости цифрового потока не более 4800 бит/с. С точки зрения построения сети радиосвязи, стандарт P25 предлагает полный комплекс решений, транкинговые сети, сети Simulcast, конвенциональные сети и т.п. Сети радиосвязи стандарта APCO-25 не нашли широкого использования на территории Европы и поэтому не будут рассматриваться в остальной части настоящего документа. Стандарт TETRAPOL был разработан во Франции в 90-х и одобрен ITU-R (Рабочая группа 8А). Используется модуляция GMSK со спектральной эффективностью ниже, чем предоставляется стандартами TETRA или DMR. В полосе частот 10 КГц организуется только один информационный канал. В сетях TETRAPOL используется многостанционный доступ с частотным разделением (FDMA) с шагом сетки частот 12,5 КГц. Скорость модуляции составляет 8 Кбит/с. Модуляция – бинарная с постоянной огибающей – Гауссовская модуляция с минимальным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying -GMSK). Системы используются в ряде Европейских стран и в других странах мира. Компания EADS является единственным производителем оборудования данного стандарта. Система использует частные протоколы, является наиболее давно разработанной, поэтому исключена из дальнейшего рассмотрения. Существуют и другие цифровые системы ПМР, однако на сегодняшний день, они не являются широко распространенными.

Краткое описание стандарта TETRA

TETRA – открытый стандарт разработанный Европейским Телекоммуникационным Институтом Стандартизации (European Telecommunications Standards Institute –ETSI) - Standard EN 300 392. Целью разработки стандарта было определить и специфицировать набор интерфейсов, которые позволили бы независимым производителям создавать оборудование инфраструктуры и терминалы полностью совместимые между собой. Используемый вид модуляции – четырехпозиционная дифференциальная фазовая модуляция (π/4 DQPSK). Данный вид модуляции не обеспечивает постоянство формы огибающей и, как следствие, требует применения усилителей с высокой линейностью. Применение усилителей с недостаточно высокими характеристиками приводит к существенному расширению полосы излучения и может создавать помехи на соседних каналах приема. Суммарная скорость передачи цифрового потока составляет 36 Кбит/с. Цифровой поток разделен на 4 временных интервала (timeslots). Использование схемы с временным разделением накладывает ограничения на дальность обеспечения радиосвязи, обусловленные временем распространения сигнала. Данное ограничение предусматривает максимальную теоретически достижимую дальность передачи сигнала 58 километров. Речевой сигнал кодируется с использованием вокодера ACELP разработанного компанией SGS Thomson. Скорость сформированного цифрового потока составляет 4,567 Кбит/с. После добавления битов коррекции ошибок скорость информационного потока составляет 7,2 Кбит/с. Речевая информация отдельного сеанса связи размещается в одном временном интервале. Поток данных организуется в суперкадр состоящий из 18 кадров. 17 кадров являются информационными. 1 кадр предназначается для передачи служебной информации. Скорость передачи данных может быть различной. Для случая применения высокого уровня защиты от ошибок и использования одного временного интервала скорость передачи данных составляет 2,4 Кбит/с. В случае отключения механизмов защиты информации и использования 4-х временных интервалов скорость передачи данных составит 28,8 Кбит/с. Радиостанции могут использовать режим дуплекса с использованием как временного, так и частотного разделения направлений передачи. Системы TETRA предусматривают использование режима транкинга. Основное преимущество транкинговых систем это возможность предоставления услуг радиосвязи значительно большему количеству пользователей, чем в случае использования конвенционального режима, при использовании эквивалентного частотного ресурса. Данное преимущество обусловлено использованием процедур автоматического динамического выделения ресурса по запросу пользователей. Основой любой транкинговой системы является центр управления (транкинговый контроллер) который выделяет ресурс сети (назначает канал передачи трафика) с


использованием процедур служебного обмена по контрольному каналу (одному или нескольким контрольным каналам). Контрольный канал обеспечивает передачу сигнализации между транкинговым контроллером и радиостанциями пользователей сети. Контрольный канал функционирует постоянно, независимо от степени загрузки сети радиосвязи. Как правило, базовая станция ведет передачу постоянно. При отсутствии нагрузки, по временным интервалам предназначенным для передачи трафика транслируются пустые пакеты. Процесс «хендовера» (переключения терминала от одной базовой станции к другой) предусмотренный транкинговым режимом работы, требует существенного взаимного перекрытия зон радиопокрытия соседних базовых станций. Первичная сеть связи, используемая TETRA должна предоставлять достаточную скорость обмена для передачи сигналов речи, данных и сигнализации. Коммутационные устройства первичной сети должны иметь достаточное быстродействие. Стандарт TETRA будет развиваться. Так, стандарт во второй версии будет предоставлять следующую дополнительную функциональность:

дальность связи до 83 км

кодек с увеличенной степенью сжатия голоса

использование нескольких видов модуляции с различной шириной полосы излучения

передача данных со скоростью до 500 Кбит/с, при ширине спектра излучаемого сигнала 150 КГц

Краткое описание стандарта DMR

Стандарт DMR (Спецификации ETSI TS 102 361) является открытым стандартом разработанным рабочей группой ETSI организованной из представителей наиболее значимых компаний – мировых производителей телекоммуникационного оборудования. Стандарт создавался на основе требований рынка ПМР по созданию цифровых систем с высокими характеристиками, имеющими превосходство перед аналоговыми системами и, в то же время, обеспечивающими эволюционную миграцию от аналоговых систем к цифровым. Эволюционная или «мягкая» миграция позволяет защитить инвестиции пользователей вложенные в существующие аналоговые радиосети. С аналогичной целью, ретрансляторы DMR компании Radio Activity разработаны с учетом возможности использования в двух режимах, аналоговом и цифровом. Ретрансляторы совместимы с аналоговыми терминалами сетей ПМР и терминалами стандарта DMR. Ретрансляторы обеспечивают:

∞ передача речи с аналоговой частотной модуляцией и передача сигналов селективного вызова

традиционных протоколов;

∞ Передача речи и данных с использованием модуляции 4FSK, в соответствии со спецификациями

стандарта DMR, с суммарной скоростью передачи данных в радиоканале 9600 Кбит/с.

Кроме того, выбор рабочего режима полностью автоматизирован. Ретранслятор автоматически идентифицирует тип входного радиосигнала (цифровой или аналоговый) и использует соответствующую конфигурацию. Стандарт DMR предусматривает передачу и голоса и данных. Речевой сигнал конвертируется в цифровой формат, сжимается, пакетизируется, снабжается соответствующей меткой, которая позволяет определить тип передаваемого сигнала (голос или данные).


A/D

data

audio

Vocoder

Sync

protocol

Digital

TXC

H

1

C

H

2

C

H

1

C

H

2

C

H

1

C

H

2

C

H

1

C

H

2

Tempo

I/O data

Compressed

audio

Рис. 3: Обработка и передача информации речи и данных в оборудовании DMR.

Передача речи и данных обеспечивается по двум временным интервалам (с использованием процедуры многостанционного доступа с временным разделением - TDMA) на одном радиочастотном канале с шириной полосы излучения 12,5 КГц. Два канала передачи речи/данных полностью разделены и независимы друг от друга, аналогично случаю использования двух несущих частот в аналоговых системах радиосвязи. Передатчик абонентской радиостанции активен только в течение одного временного интервала, соответствующего конкретному рабочему каналу.

CH1

CH2

CH1

CH2

CH1

CH2

CH1

CH2

Group 1 Group 2

Time

CH2

Frequency

CH1

7.5KHz

CH4

CH3

7.5KHz

12.5KHz

Two contemporary and indipendent communications on the same frequency carrier

30ms

Рис. 4: Каналы передачи речи/данных и временные интервалы TDMA.

Системы DMR могут использовать номиналы радиочастот совместно с аналоговыми системами радиосвязи без ущерба для функциональности какой-либо из систем. Системы DMR характеризуются спектральной эффективностью 1 канал/6,25 КГц, аналогично системам TETRA и вдвое большей, чем системы аналоговой радиосвязи. Один комплект радиочастотного оборудования обеспечивает работу двух информационных каналов, что исключает необходимость использования комбайнерного оборудования, обеспечивает снижение затрат и исключает потери мощности в цепях сложения радиочастотных сигналов. Кроме того, стандарт DMR предусматривает возможность прямой связи между терминалами. В режиме прямой связи терминалов доступен только один информационный канал. Это обусловлено тем, что для передачи сигналов двух информационных каналов требуется синхронизация устройств сети, которая обеспечивается только ретранслятором.


Time

RF signal

Рис.5: Совместная работа аналогового оборудования и оборудования DMR. Используется вид модуляции 4FSK (четырехпозиционная частотная модуляция) оптимальный для использования в сетях ПМР. Информационные биты передаются парами, каждая пара соответствует соответствующему частотному сдвигу. Модуляция характеризуется постоянной формой огибающей. Данное обстоятельство является решающим при рассмотрении вопросов энергосбережения. Передатчик очень похож по конструкции на традиционный аналоговый. Не требуется использование дорогих решений по линеаризации усилительного тракта. Усилитель может работать в режиме с насыщением (класс С и выше) с экономичным режимом потребления энергии, совместимым, в том числе, с источниками питания на основе солнечных батарей. Рис. 6: Модуляция в режиме DMR.

Модулятор должен иметь плоскую частотную характеристику в полосе от 0 до 5 КГц. Выходная мощность передатчика в оборудовании DMR аналогична значениям

Рис. 7: Частотная модуляция с постоянной огибающей. характерным для традиционных аналоговых систем (постоянная огибающая спектра). Терминалы DMR могут работать в режиме «открытого канала», как традиционные системы радиосвязи экстренных служб, однако доступны и групповой и индивидуальный вызовы. Селективные вызовы, групповой и индивидуальный, доступны только в цифровом режиме, между терминалами DMR. Кроме того, доступ терминалов DMR к ресурсам сети ограничивается «цветовым кодом». Использование «цветового кода» аналогично использованию сигналов «подтональных частот» (сигнализация на частотах ниже 300 Гц – CTCSS, PL, DPL).

Frequency

Central frequency

(not transmitted)

00 01

+1,944 kHz

+0,648 kHz

1011

-1,944 kHz

4FSK

7K60FXE

CH2

Frequenza

CH1

7.5KHz

CH3

7.5KHz

12.5KHz


RF field / distance

Quality

AnalogDMR

20dB SINAD

Area of greater

benefit of DMR

12dB SINAD

Рис. 8: Изменение качества сигнала в зависимости от уровня сигнала/дальности

для аналоговых систем и систем DMR. Для систем DMR доступно использование технологии Simulcast. Сети Simulcast работают как один ретранслятор с очень большой зоной радиопокрытия. В таких сетях все передатчики передают на одной частоте одновременно. Основные преимущества:

∞ Постоянный автоматический роуминг абонентов => простота пользования

∞ Работает как «один большой ретранслятор» => автоматическая и простая в организации конференцсвязь

∞ Все станции подключаются к сети напрямую => Интегрированная телекоммуникационная сеть

∞ Один и тот же информационный канал для всей радиосети => не требуется смена канала на всей территории радиопокрытия, один разговор на одном инфомационном канале.

Каждый из двух информационных каналов системы DMR независим. Передаваемая информация может быть транслирована на другой информационный канал посредством коммутации в центре управления системой или при добавлении транкингового контроллера к оборудованию «Мастер-станции». Зона радиопокрытия каждого отдельного канала системы Simulcast может быть расширена простым добавлением еще одной или нескольких базовых станций. Дополнительные базовые станции могут быть интегрированы в систему посредством нескольких операций производимых на базовом оборудовании и не требуют изменений на уровне терминалов пользователей (в отличие от случая добавления базовых станций в сетях транкинговой связи).

fcfc

S

MS

S

S

Backbone links

between base stations

Single site cell

coverage

Overlap area

Simulcast

“big cell”

f1

f1

f1f1

f1

M Master

base station

S Slave

base station


Сети Simulcast исключают необходимость использования режима сканирования, обеспечивают роуминг и хендовер без перерывов в обмене и снижают затраты на оплату частотных присвоений. Последующие параграфы настоящего документа посвящены обсуждению систем TETRA в сравнении с системами Simulcast DMR.


Рис. 9: TETRA характеристики радиотракта БС – терминал UHF 420MHz – 10W –сельская местность.

СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ DMR И TETRA СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Методы использования радиочастотного спектра

Радиопокрытие Размер зоны радиопокрытия зависит от множества факторов. Если условно зафиксировать выходную мощность передатчика, коэффициент шума приемника и рельеф местности, то размер зоны радиопокрытия будет зависеть от чувствительности приемника и частотного диапазона. Чувствительность приемника связана со скоростью передачи модулирующего сигнала и шириной полосы

пропускания. Увеличение скорости передачи, при фиксированной полоcе пропускания ухудшает характеристики радиотракта в части чувствительности тракта приема, увеличения уровня шумов передачи и мощности таких шумов. В результате вышеперечисленных причин динамическая чувствительность приемников DMR составляет около -110 dBm, а для приемников TETRA -105 dBm. TETRA является транкинговой системой с постоянно излучающим передатчиком контрольного канала. Терминалы системы начинают выбор «лучшей» базовой станции когда уровень принимаемого сигнала контрольного канала снижается относительно запрограммированного. Этот уровень может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, таких как требуемый уровень качества передачи,

тип рельефа местности, ожидаемая скорость транспортного средства и т.п. Типовое значение данного уровня устанавливается на 18 дБ выше, чем уровень динамической чувствительности приемника (типовое значение – 87 дБ). При планировании сети, необходимо обеспечить наличие данного уровня принимаемого сигнала на всей обслуживаемой территории. Упрощенные графические изображения поясняющие приведенные соображения представлены на рис. 9 и 10. Радиус зоны радиопокрытия базовой станции TETRA может быть около 20 км, что, значительно меньше, чем дистанция оптической видимости или дистанция ограниченная динамической чувствительностью. Системы DMR могут функционировать в режиме Simulcast. В сетях Simulcast все передатчики включаются одновременно, на одной частоте. Режим Simulcast исключает необходимость сканирования и обеспечивает роуминг и хендовер в течение в течение сеанса связи. Терминалы в системе не производят поиск оптимальной базовой станции. Система сама обеспечивает оптимальный режим работы. Лучший канал приема выбирается системой вотирования, а передача производится одновременно и синхронно всеми передатчиками системы. В системах Simulcast зона обслуживания определяется уровнем сигнала только на несколько децибел превышающим уровень динамической чувствительности. В результате, радиус зоны радиопокрытия составляет около 40 км.

0 10 20 30 40 50 60 70 80120

100

80

60

Km

dB

m

87

81

p 420 10 i ( )

p_a 420 10 40 i ( )

105

horizon

ri

hrx 1.5 m RX height htx 150 m TX height horizon 55.546 Km

Starting cell

re-selection

Suggested overlap RF f ield -87dBm

RX threshold -105dBm

Suggested service RF f ield -81dBm

Base station to mobile pathUHF 420MHz - 10W – rural- TETRA


Рис. 10: DMR характеристики радиотракта БС – терминал UHF 420MHz – 10W –сельская местность.

В сетях Simulcast DMR, в том же частотном диапазоне, радиус зоны радиопокрытия может вдвое превышать достижимый в сетях TETRA! Величина зоны радиопокрытия зависит, в том числе и от частотного диапазона. Системы TETRA используют полосы частот 300 – 400 Мгц для систем общественной безопасности и 410 – 430 МГц для частных сетей (технологических или операторских). Используется дуплексный разнос 10 Мгц. Отдельные реализации стандарта TETRA используют полосу частот 806-870 MHz. Пользователи эксплуатирующие аналоговые сети радиосвязи в полосах частот диапазона VHF должны полностью сменить частотные присвоения сетей при миграции к системам TETRA. Рисунок 11 иллюстрирует ситуацию с изменением радиуса зоны радиопокрытия в случае замены аналогового базового оборудования диапазона VHF (или оборудования DMR) на базовое оборудование диапазона UHF стандарта TETRA. Рассмотрен вариант применительно к направлению связи от абонентской станции к базовой или прямой связи между терминалами.

Рис. 11: Характеристики радиотракта - DMR VHF в сравнении с TETRA UHF.

portable to base station path

-

DMR VHF versus TETRA UHF

treshold_DMR 110 treshold_T ETRA 105

hrx 150 m RX height htx 1.5 m TX height

20 40 60 80 100120

110

100

90

80

70

DMR

TETRA

Km

dB

m

treshold_TETRA

treshold_DMR

p 160 5 i ( )

p 420 1 i ( )

horizont

ri

TETRA UHF

DMR VHF

More than doubling the distance

0 10 20 30 40 50 60 70 80120

100

80

60

Km

dB

m

100

90

p 420 10 i ( )

p_a 420 10 78 i ( )

110

horizon

ri


overlap




Base station to mobile pathUHF 420MHz - 10W – rural – simulcast DMR


В связи с тем, что в системах TETRA требуется использование усилителей с высокой линейностью, мощность излучения терминала TETRA, как правило, меньше чем терминала DMR или аналогового. Типовым значением выходной мощности носимого терминала DMR является уровень 5 Вт, а терминала TETRA – 1 Вт (разница более 6 дБ). Общий бюджет радиолинии (в аналогичном частотном диапазоне) для DMR оказывается на уровне + 5 дБ в части характеристик тракта приема и + 6/7 дБ в отношении выходной мощности терминала по отношению к расчетному бюджету радиолинии TETRA. Эти 10 -12 дБ и невозможность использования оборудования TETRA в полосе частот VHF могут приводить к уменьшению радиуса зоны радиопокрытия систем TETRA в сравнении с DMR вдвое. Радиопокрытие аналогичного участка территории системами TETRA может потребовать использования в четыре раза большего количества базовых станций в сравнении с DMR. Напротив, DMR может функционировать в тех же полосах частот, что и существующие аналоговые системы и не требует использования усилителей с высокой линейностью. Энергетические характеристики радиолинии DMR

аналогичны существующим аналоговым системам. Чувствительность приемного тракта в DMR практически аналогична работающим в аналоговом режиме системам, это значит, что при замене аналогового оборудования на оборудование DMR характеристики радиопокрытия ухудшаются незначительно или вовсе не ухудшаются. Следует отметить, что существенное снижение бюджета радиолинии в TETRA приводит к сокращению дистанции при режиме прямой связи между терминалами (около 3 км для TETRA, В отличие от более чем 9 км для DMR или аналогового сигнала).

Рис. 12: Характеристики радиотракта в режиме прямого канала DMR VHF в сравнении с TETRA UHF.

Системы TETRA характеризуются меньшим уровнем чувствительности приемников и мощности передатчиков. Режим Simulcast в сетях TETRA не реализуется. Для обеспечения аналогичного DMR радиопокрытия территории, системам TETRA требуется как минимум вдвое большее количество базовых станций. Эффективность использования радиочастотного спектра Эффективность использования радиочастотного спектра это комбинация нескольких факторов, таких как ширина полосы частот коммуникационного канала, метод повторного использования радиочастот определяемый допустимым соотношением несущая/интерферирующий сигнал в дБ, размер одиночной соты и технология доступа к ресурсам сети. Технология доступа к ресурсам (в части использования радиочастотного спектра) в сетях DMR представлена на рисунке.

Direct mode portable to portable path

-

DMR VHF versus TETRA UHF

treshold_DMR 110 treshold_T ETRA 105

hrx 1.5 m RX height htx 1.5 m TX height

1 3 5 7 9 11 13 15120

110

100

90

80

70

DMR

TETRA

Km

dB

m

treshold_TETRA

treshold_DMR

p 160 5 i ( )

p 420 1 i ( )

horizont

ri

TETRA UHF

DMR VHF

About triple the distance


CH1+CH2

2 DMR channels

Group 2Group 1

TS 1 TS 2

Same 12.5KHz

frequency

6.25KHz/CH

Рис. 13: Технология доступа к ресурсам радиочастотного спектра в сетях DMR.

Две группы пользователей могут вести обмен независимо, с использованием двух независимых каналов. Аналогичная схема, применительно к сетям TETRA представлена на Рис. 14.

CH1+CH2+

CH3+CHCont.

3+1 TETRA channelsGroup 2Group 1

TS 1 TS 2

Same 25KHz

frequency

Group 3

TS 2

Signaling

channel

8.3KHz/CH

Рис. 14: Технология доступа к ресурсам радиочастотного спектра в сетях TETRA.

DMR характеризуется высокой спектральной эффективностью. Базовые станции TETRA обеспечивают передачу 4 временных интервалов в полосе 25 КГц. Один из временных интервалов всегда используется для передачи сигнализации, таким образом, остается только 3 временных интервала – 3 информационных канала, соответственно. В DMR 2 временных интервала доступны при использовании полосы частот шириной 12,5 КГц. Выделение временного интервала для передачи сигнализации не производится. Спектральная эффективность DMR 4 канала/25 КГц, в сетях TETRA – только 3 канала/25 КГц.

Для TERA справочная величина отношения уровня несущей к уровню интерферирующего сигнала составляет «не менее 19 дБ», тогда как в DMR эта величина составляет только 12 дБ (аналогично аналоговым системам). Это значит, что номинал частоты в TETRA не может быть повторно использован до тех пор, пока уровень мешающей базовой станции не будет ниже порогового уровня приема на 19 дБ. Мешающий уровень сигнала TETRA величиной 7 дБ может сохраняться на километры от границы зоны радиопокрытия конкретной базовой станции. Замирание уровня радиочастотного

Рис. 15: DMR – TETRA сравнение по устойчивости к интерференции. сигнала на краях зон радиопокрытия происходит достаточно медленно – 6-9 дБ, при удвоении дистанции. Внимательное частотное планирование помогает минимизировать такие проблемы, но часто не позволяет их полностью исключить.

Not re-usable

areasDesired system

coverage area

S

MS

S

S

Backbone links

between base stations

Single site cell

nominal coverage

Overlap area

Desired system

coverage area

f1

f2

f3f4

f5

High C/I protection

e.g. 19dB TETRA

Low C/I protection

e.g. 12dB DMR

S

MS

S

S

f1

f2

f3f4

f5

S

MS

S

S

f1

f2

f3f4

f5

Not re-usable

areas


В сетях DMR может быть использован режим Simulcast, что существенно повышает эффективность использования радиочастотного спектра с точки зрения возможного повтора номиналов радиочастот.

Другой важнейший параметр это избирательность приемника. Тестирование избирательности приемника позволяет определить насколько приемный тракт способен нейтрализовать вредное воздействие мешающего сигнала на соседнем канале приема. Эта характеристика называется «избирательность по соседнему каналу приема». Она зависит от вида модуляции. Для DMR данная величина аналогична характерной для аналоговых систем и составляет не менее 60 дБ при расстройке на 12,5 КГц. Системы TETRA способны обеспечить величину около -40dB при расстройке на 25 КГц! Этот фактор не позволяет планировать соседние частотные каналы TETRAT не только на одной базовой станции, но и на перекрывающихся по зоне обслуживания базовых станциях. Проблемы систем TETRA связанные с назначением соседних номиналов радиочастот серьезно снижают общий показатель спектральной

Рис. 16: Характеристики распространения для базовых станций TETRA, при использовании соседнего канала диапазон UHF 420MHz – 10W –сельская местность. эффективности. Эти проблемы являются особенно острыми на территориях с высокой плотностью абонентов и интенсивностью трафика. Пример на рис. 16 поясняет ситуацию для случая использования соседнего радиочастотного канала на ближайшей базовой станции – дистанция между базовыми станциями составляет 25 км. Данная дистанция - 25 км является минимально необходимой для нормального функционирования соседних базовых станций. Как правило, частоты TETRA назначаются государственным регулятором. Зачастую регулятор производит назначение радиочастот без учета возможных помех по соседнему каналу приема. Даже если отдельная сеть TETRA спланирована корректно, при последующем планировании других сетей TETRA, на данной территории, проблемы помех по соседнему каналу приема могут возникнуть вновь. В заключение отметим, что минимальный ресурс предоставляемый сетью TETRA составляет 3+1 каналов (каналов трафика + канал сигнализации) в полосе 25 КГц. Часть пользователей аналоговых сетей используют только один информационный канал шириной 12,5 КГц и не нуждаются в дополнительном ресурсе сети. В случае миграции в DMR, без необходимости оформления дополнительных радиочастотных присвоений, возможно обеспечить наличие аналогичного информационного ресурса. Кроме того, становятся доступны сервисные функции цифровых сетей, таких как позиционирование с использованием GPS, засекречивание переговоров, передача сообщений, удаленное управление.

Рис. 17: DMR – TETRA использование соседних радиочастотных каналов.

В отрасли ПМР назначение радиочастот часто производится без учета возможных помех по соседнему каналу. В результате возможно возникновение проблем при работе систем.

frequency

Analog/DMR DMR

12.5KHz12.5KHz

frequency25KHz

40-45dB

60dB

Analog/DMR

TETRA

25KHz

TETRA ADJ+TETRA ADJ-

0 10 20 30 40 50 60 70 80120

100

80

60

Km

dB

m

87

81p 420 10 i ( )

p_a 420 10 40 i ( )

p_a 420 0.001 25 i ( )

105

horizon

ri


Starting cell

re-selection




Base station to mobile path – adj CH interferenceUHF 420MHz - 10W – rural- TETRA

Adjacent

channel


Устойчивость к задержкам распространения излучения Радиус зоны радиопокрытия для обоих рассматриваемых стандартов ограничен, в том числе, и задержками при распространении сигнала. Такое ограничение обусловлено использованием технологии временного разделения информационных каналов. Абонентское оборудование должно синхронизироваться с базовым, с целью исключения наложения сигналов соседних временных интервалов TDMA. Защитный интервал между временными интервалами в DMR составляет 2,5 мс. Защитный интервал предназначен для защиты от задержки при передаче сигнала и для того, чтобы усилитель мощности успевал войти в установившийся режим при переходе на передачу. Величина погрешности синхронизации в 1 мс учтена при определении структуры пакетов с целью противодействия задержкам среды распространения и дрейфу частоты опорного генератора. Теоретически, погрешность 1мс позволяет обеспечить дальность передачи сигнала до 150 км без наступления межсимвольной интерференции. В системах TETRA защитный интервал составляет около 0,4 мс, что обеспечивает теоретически достижимую дальность связи до 58 км без наступления межсимвольной интерференции. Такая величина может быть неприемлема для систем, в состав которых входят аэромобильные объекты (самолеты, вертолеты). Наращивание зоны радиопокрытия. Обеспечение радиосвязи в туннелях Обеспечение связи в туннелях может быть наиболее эффективно реализовано путем использования некоторого количества базовых станций подключенных к системе обеспечивающей связь вне туннеля. Такое решение наиболее устойчиво к техническим отказам. Система внутри туннеля будет функционировать, даже если наружная система недоступна или неисправна. Конечно, такое решение, вследствие его дороговизны используется не во всех случаях. В большинстве случаев системный интегратор использует оборудование расширения зоны радиопокрытия (cell enhancer). Радиоигнал внешней системы нормируется по уровню и передается по туннелю с использованием излучающего кабеля и набора промежуточных усилителей. Часто, для передачи радиочастотного сигнала по длинным туннелям используются оптические линии передачи. В данном случае, необходимо контролировать величину задержки времени распространения сигнала между усилителями. Такая задержка может привести к возникновению межсимвольной интерференции. Устойчивость к вариации времени задержки должна соответствовать условию «не более одной восьмой от скорости передачи символов. TETRA более чувствительна к такого рода задержкам вследствие более высокой скорости передачи. На практике, для TETRA допустима задержка 7 – 10 мс, в то время, как для DMR это значение составляет 30 - 40 мс. Экология

DMR позволяет более эффективно использовать энергию источника электропитания, в сравнении с TETRA. Вследствие использования линейных усилителей и постоянной работы контрольного канала, базовая станция TETRA потребляет энергии больше чем базовая станция DMR в 8 – 15 раз. Высокое значение потребляемой мощности в TETRA, в свою очередь, требует использования дополнительных ресурсов системы охлаждения и кондиционирования. Базовая станция DMR может использоваться при питании от солнечных батарей. Базовая станция TETRA включая систему охлаждения и коммутационные устройства может

потреблять 10 – 15 КВт/ч/день, в то время, как базовая станция DMR потребляет 0,8 – 1,2 КВт/ч/день. Для систем среднего масштаба с одной несущей частотой на сайт и количеством сайтов 5 инфраструктура TETRA потребует столько условного топлива, количество которого соответствует величине выбросов углекислого газа порядка 12 тонн в год. Для систем DMR, при прочих равных условиях, справедливо значение до 1 тонны в год. Снижение требований по потребляемой мощности приводит к тому, что носимые терминалы способны работать без зарядки батарей значительно дольше. Системы TETRA среднего масштаба (например 5 сайтов, по одной несущей частоте на сайт) требуют наличия около 1000 деревьев, для того, чтобы поглотить то количество углекислого газа которое образуется при выработке энергии необходимой для функционирования системы.


Решения по построению систем

Особенности Обе системы обеспечивают практически одинаковый набор функций присущих цифровым системам, таких как индивидуальный вызов/групповой вызов/вещательный вызов и аварийный вызов, автоматическая отправка данных позиционирования, присоединение к текущему сеансу связи, идентификация терминала ведущего передачу, передача данных с использованием протокола IP и т.д. На сегодня, оборудование TETRA предлагает более совершенные алгоритмы шифрования и позволяет вести переговоры в режиме дуплекса с использованием временного разделения. В целом, стандарт TETRA является более зрелым. Протокол шифрования речи в DMR пока не стандартизован ETSI, каждый из вендоров может использовать собственные решения. В оборудовании производства Motorola использовано двухуровневое шифрование. Первый уровень предполагает использование упрощенного алгоритма (255 вариантов ключей). Второй уровень шифрования использует более высокий уровень защиты. Режим дуплекса с временным разделением в сетях DMR специфицирован ETSI, однако терминалов поддерживающих данную функциональность на рынке пока не предлагается. Стандарты ETSI находятся в открытом доступе. Большое количество приложений может быть разработано с использованием данной информации. Сравнивая спецификации протоколов (2005 – 2007 гг. DMR и 1990-1995 гг. TETRA) можно ожидать, что функциональность оборудования DMR может быть существенно улучшена и развита в сравнении с TETRA в самом ближайшем будущем. Гибкость и Простота TETRA является революционным решением в развитии ПМР. TETRA это система транкинговой связи масштабируемая от размеров одного сайта до региональной сети с тысячами пользователей. В сравнении с традиционными конвенциональными сетями радиосвязи, TETRA функционирует как сеть сотовой связи. Система требует высокопроизводительного центрального коммутационного оборудования, первичной сети с достаточной пропускной способностью, качественного проектирования и частотного планирования. Система является сложным комплексом и не столь проста в администрировании и понятна пользователям! Комплексный характер системы часто требует привлечения специалистов – сетевых администраторов для ее эксплуатационного обслуживания (в том числе для конфигурирования терминального оборудования). TETRA не позволяет использовать некоторые высокоэффективные организационно-технические решения, такие как Simulcast или система связанных ретрансляторов. TETRA должна использоваться «в том виде как она поставлена».

Цель стандарта DMR – обеспечить простую и плавную миграцию от существующих аналоговых систем радиосвязи к эре цифрового радио. DMR допускает различные реализации в части построения инфраструктуры от простого одиночного ретранслятора до нескольких связанных базовых станций. В случае DMR возможно использовать решения характерные для аналоговых систем: взаимосвязанные ретрансляторы, многостанционное вещание (с соединением репитеров по IP) Simulcast (c соединением по IP, UHF, по физическим линиям) системы с множественным доступом, в том числе транкинговые. Подходы к проектированию систем во многом аналогичны случаю проектирования аналоговых конвенциональных систем. Расчет зон радиопокрытия очень похож на аналогичные процедуры используемые при проектировании аналоговых систем. Возможна прямая замена существующего аналогового оборудования. Благодаря использованию сетей IP в качестве первичной сети, DMR предоставляет


возможность реконструкции сетей с минимальными затратами сил и средств. Не требуется специального (дорогостоящего) коммутационного оборудования. Наращивание количества базовых станций, для расширения зоны радиопокрытия может быть произведено быстро, просто и недорого. В результате строятся простые системы, состоящие из высоконадежных, стабильно работающих отдельных репитеров. DMR позволяет строить гибкие, строящиеся по принципу “plug and play” (включи – работай), простые для понимания системы. Доступность Сегодня системы стандарта TETRA распространены по всему миру, за исключением Северной Америки, вследствие политики основных поставщиков оборудования и частотных ограничений накладываемых регулятором. DMR системы находятся в начальной стадии своего развития, однако уже установлены во многих регионах мира. В Северной Америке выбор системного решения существенно ограничен аналоговыми системами и дорогостоящими решениями на базе протокола P25. DMR может открыть новую эру в области ПМР, с функциональностью оборудования присущей цифровым системам и стоимостью характерной для оборудования аналоговых сетей. Миграция от аналоговых систем и совместное функционирование с аналоговыми системами Организации которые успешно эксплуатируют аналоговые радиосети в течение целого ряда лет настороженно относятся к возможным изменениям в функционировании их систем. Отказ от отдельных сервисов и наличие возможных малознакомых проблем в период миграции могут отпугнуть часть пользователей от намерений по модернизации сети. DMR явился бы оптимальным решением для успешной миграции от аналоговых систем к цифровым. DMR использует радиосигнал с видом модуляции который имеет форму огибающей аналогичную случаю аналогового сигнала (постоянная огибающая, частотная модуляция, шаг сетки частот 12,5 КГц). Таким образом, терминалы DMR легко реализуются с учетом обеспечения работы в двух режимах аналоговом/цифровом. Пользователь может использовать инфраструктурное оборудования DMR «поверх» существующей аналоговой сети и может немедленно начать использование инфраструктуры, включив оборудование DMR в аналоговом режиме. Никаких проблем с использованием существующего аналогового терминального оборудования в новой сети, основанной на оборудовании DMR (оборудование поддерживает и цифровой, и аналоговый режимы), не возникает. При возникновении каких-либо проблем при включении цифрового режима, возможно немедленно переключиться в традиционный аналоговый режим, без перерыва в обслуживании. Следует заметить, что пользователи, традиционно эксплуатировавшие аналоговое оборудование, могут столкнуться с некоторыми проблемами при освоении нового цифрового оборудования. После тестирования новой системы в аналоговом режиме пользователь может поэтапно переводить абонентские терминалы в цифровой режим. При этом инфраструктурное оборудование будет поддерживать оба типа терминалов и обеспечивать связь между ними. Внедрение DMR немедленно привносит новые функциональные возможности, даже при смешанном парке терминалов, аналоговых и цифровых.

Миграция к TETRA предусматривает совсем другие сценарии. TETRA не предусматривает возможность взаимодействия цифровых и аналоговых терминалов и, зачастую, требует организации дополнительных сайтов для обеспечения зоны радиопокрытия характерной для существующих аналоговых систем. Миграция к TETRA это всегда революция, как в части базовой инфраструктуры, так и в части абонентского оборудования. Настройка новой системы может потребовать некоторого времени для разрешения малоизвестных и неожиданных проблем. Миграция в TETRA не обеспечивает непрерывности в обеспечении связи и требует

единовременных крупных инвестиций для одновременной замены всего радиооборудования. Несомненно, оптимальный процесс миграции предусматривает строительство новой цифровой системы с использованием существующих частотных присвоений, насколько это возможно, и с сохранением


используемой полосы радиочастот. Оборудование DMR выпускается для всех наиболее часто используемых частотных диапазонов. TETRA функционирует только в диапазоне UHF. Открытость стандарта Оборудование TETRA выпускается целым рядом производителей. Основные производители придерживаются спецификаций стандарта и, как следствие, пользователь может самостоятельно и объективно выбрать лучшего поставщика. DMR является очень молодой технологией. Сегодня (июль 2009 г.) терминалы производятся только Motorola (линейка оборудования MOTOTRBOTM) и SELEX (оборудование V/5x-PDMR data box). Многие компании объявили о своей заинтересованности в технологии DMR. Некоторые компании объявили о намерении выпускать собственное терминальное оборудование (Tait, Hit, и Simoco). ETSI приступил к стандартизации требований по совместимости; таким образом некоторые ключевые моменты должны быть специфицированы, чтобы сделать открытость стандарта наиболее эффективной:

ETSI не специфицирован вокодер и процедуры сигнализации связанные с передачей речи

протокол передачи текстовых сообщений и основных сервисов, таких как передача данных позиционирования не специфицированы

не специфицированы процедуры тестирования оборудования для подтверждения соответствия требованиям стандарта

Вокодер применяемый в оборудовании производства Motorola (MOTOTRBOTM) это вокодер AMBE II+TM (Advanced Multi-Band Excitation). Протокол работы данного вокодера является частным. Протокол разработан компанией Digital Voice Systems. Использование кодека AMBE требует лицензирования от Digital Voice Systems, таким образом, существенно нарушены принципы открытости стандарта. В действительности, данный факт не является серьезной проблемой. Аналогичный (очень похожий) вокодер используется в сетях dPMR, любительском оборудовании ICOM. Велика вероятность выбора такого вокодера для систем P25 второго этапа и для второго этапа сетей TETRA. Компания Motorola первой произвела разработку и запуск на рынок оборудования DMR. Таким образом оборудование Motorola стало стандартом «де факто». Вероятно, прочие производители будут стараться обеспечить совместимость с оборудованием Motorola в части протокола и используемого вокодера. С другой стороны, Motorola заинтересована в создании оборудования открытого стандарта, что позволит повысить его коммерческую привлекательность в условиях выпуска аналогичного оборудования несколькими производителями. Требования стандартизации не столь значимы для базовых станций потому, что базовое оборудование работает только с информацией транспортного уровня. Данный уровень полностью специфицирован ETSI. Надежность Сложность любой системы является первопричиной возможных сбоев в работе. Хорошо известная методика расчета надежности MTBF (Mean time between failures) говорит о сильной корреляции вероятности сбоев, количества компонентов системы и характеристик температурного режима. Обе упомянутые характеристики оборудования в TETRA значительно хуже, чем в DMR (при эквивалентном уровне качества применяемых комплектующих изделий). Как правило, оборудование TETRA и оборудование DMR предусматривают аварийные режимы работы, например автономная работа отдельной базовой станции. DMR предполагает наличие дополнительных преимуществ по надежности связанных с распределенной структурой системы управления и принципиальным отсутствием центрального узла коммутации. Важно отметить, что в режиме Simulcast (принципиально недоступном в TETRA) резервирование базовых станций присутствует «по умолчанию». Благодаря меньшим требованиям по потреблению электрической мощности, меньшим физическим размерам, облегчаются процедуры транспортирования оборудования, его установки, восстановления при сбоях, включения по временным схемам. Для TETRA, упомянутые процедуры не столь просты.


Затраты и цены

Пользователи планирующие реконструкцию устаревшей аналоговой сети радиосвязи, в большинстве случает обращают внимание на цифровые системы. Затраты на создание новой системы подразумевают анализ предложений на основе соотношения цена/качество. Функциональность систем TETRA и DMR практически одинакова. Таким образом, сравнение систем сводится к сравнению их стоимости. Терминалы Терминалы TETRA, вследствие использования линейного усилительного тракта должны быть дороже, чем аналогичные терминалы DMR. Однако, широкое распространение терминалов TETRA (производятся более 10 лет, в отличие от 2-х лет для терминалов DMR) и широкий круг производителей оборудования позволяют видеть ценовые решения практически идентичные по величине стоимости терминалов DMR. Motorola и ее дилеры придерживаются такой ценовой политики, при которой стоимость терминалов DMR существенно не отличается от стоимости аналоговых терминалов. Данная ценовая политика преследует цель способствовать выбору пользователей в пользу миграции к цифровым технологическим решениям. Вероятно, при появлении новых игроков на рынке терминального оборудования DMR, цены терминалов будут существенно ниже, чем цены терминалов TETRA. Базовые станции и узлы коммутации Сегодня Motorola предлагает ретрансляторы DMR по очень низкой цене, сравнимой с ценой аналоговых устройств. При этом, ретранслятор DMR предоставляет два полнодуплексных канала, таким образом стоимость оборудования в пересчете «на информационный канал» может быть конкурентной по отношению к аналоговому оборудованию. Одна базовая станция TETRA стоит как минимум в 10 раз дороже ретранслятора DMR. В отдельных случаях, требуется несколько сайтов для обеспечения радиопокрытия требуемого участка территории. В этом случае, DMR предлагает несколько альтернативных технологических решений с различным уровнем необходимых для строительства затрат: группа простых ретрансляторов соединенных между собой, многостанционная одновременная передача (multicast), сети Simulcast, транкинговые сети связи (на текущий момент простые системы Capacity+ TM от Motorola). Системы TETRA предполагают использование только технологии транкинга. Сравнительная оценка цены базовых станций (без учета центра коммутации TETRA) приведена в таблице. Оценка зависит от конфигурации сети, где N – количество сайтов (для упрощения предполагаем, что зоны радиопокрытия аналогичны).

DMR TETRA

Ретрансляторы соединенные по IP сети 1xN 10xN

Системы с одновременной передачей (multicast) 1xN 10xN

Транкинговые системы (Capacity+TM) 1,5xN 10xN

Simulcast 4xN 10xN (not simulcast)

Полнофункциональные транкинговые системы ?? 10xN

Таблица 1: DMR и TETRA индексы сравнения стоимости систем Для определения стоимости комплектной системы в случае TETRA необходимо учесть стоимость оборудования центрального коммутационного узла. Стоимость таких узлов коммутации сильно различается для оборудования различных производителей, что зависит от используемой технологии коммутации. Стоимость центрального узла коммутации может достигать суммы эквивалентной стоимости всех базовых станций системы. DMR не требует использования дорогостоящего выделенного узла коммутации для создания системы. Простое соединение по IP с достаточно низкими требованиями к скорости передачи (< 33 Кбит/с) между базовыми станциями системы делает возможным использование низкобюджетной сети передачи данных общего назначения в качестве транспортной среды.


Наращивание систем в части добавления базовых станций. Частотный ресурс Системы TETRA в отличие от DMR характеризуются низкой чувствительностью трактов приема, низкой излучаемой мощность передатчиков, доступностью исполнения только для диапазона UHF, невозможностью использования режима Simulcast. На практике, требуется использовать, как минимум, вдвое большее количество базовых станций TETRA для обеспечения радиопокрытия аналогичного DMR. Отдельные существующие базовые станции получают энергию от источников на основе солнечных батарей. Такие базовые станции не пригодны для использования оборудования TETRA. Стоимость установки дополнительной базовой станции может варьироваться в зависимости от множества факторов: наличие на сайте существующих РЭС (радиоэлектронных средств) телевидения или радиовещания, наличие места на башне для размещения антенн, наличие свободной мощности источников электропитания, доступность ресурсов первичной сети связи (TCP IP или ИКМ), стоимость лицензий и разрешений, электромагнитная совместимость с существующими РЭС, транспортная доступность и т.д. Очевидно, что инсталляция нового сайта (включая антенные системы, кабели, транспорт, монтаж и пусконаладка) может стоить несколько тысяч долларов. Кроме затрат на строительство, необходимо учесть затраты на обеспечение функционирования объекта, такие как: оплата готовности частотных присвоений, электроэнергии, аренды сооружений, аренды каналов первичной сети связи, технического обслуживания. Благодаря тому, что полоса частот, требуемая для работы систем DMR вдвое уже, чем для TETRA стоимость оформления радиочастотных присвоений и оплата платежей за готовность радиочастотного спектра стоят дешевле (данное соотношение может различаться в разных странах). Следует учитывать, что при миграции от аналоговой системе к TETRF потребуется увеличение количества базовых станций как минимум вдвое (в зависимости от частотного диапазона и рельефа местности). В случае миграции к DMR пользователь может использовать существующие частоты. Не требуется увеличение количества базовых станций.

Затраты при планировании миграции от аналоговых систем к цифровым Пользователи планирующие реконструкцию сети радиосвязи должны учитывать затраты связанные с самой процедурой миграции. Очень сложно оценить затраты связанные с перерывом связи в период переключения на новую инфраструктуру. Как правило, пользователь может допустить только несколько, а в ряде случаев не допускает вовсе коротких перерывов связи в период переключения. Данное обстоятельство требует серьезного объема дополнительных работ при переходе к TETRA. В то время, как в случае с переходом к DMR такие проблемы отсутствуют (см. предыдущий параграф). DMR предусматривает возможность дополнительного сокращения затрат, в отличие от TETRA, в связи с тем, что позволяет использовать отдельные элементы существующих аналоговых систем:

1. Существующие антенные системы, кабели и устройства сложения (радиопокрытие и частотные присвоения не изменяются).

2. Существующие устройства системы электропитания (потребляемая оборудованием DMR электрическая мощность практически не изменяется).

3. Существующие шкафы, стойки, элементы (оборудование DMR очень компактно, типовые размеры блока 19” x 3TU).

DMR обеспечивает простую процедуру миграции от аналоговых систем к цифровым. Возможность автоматического выбора режима ретрансляции аналог/DMR позволяет совместно эксплуатировать различные типы терминалов. Система может быть включена в эксплуатацию немедленно, а терминалы возможно заменять постепенно, по мере выработки их ресурса. Инвестиции могут быть распределены по времени, в соответствии с возможностями пользователя. TETRA требует полной и единовременной замены всего парка оборудования, что подразумевает большой объем необходимых единовременных затрат.


На многих объектах используются недорогие UHF трансиверы, с целью обеспечить привязку удаленной базовой станции к элементам инфраструктуры (в аналоговых системах). Ретранслятор DMR может быть привязан к сети с использованием другого аналогичного ретранслятора. Такая линия может обеспечить привязку на значительном удалении, в том числе в условиях отсутствия прямой видимости. Данное решение в TETRA не может быть реализовано, что делает невозможным использование мест установки оборудования недоступных для средств радиорелейной связи. Сложность системы определяет ее цену. DMR – очень простая для персонала система, построенная на основе опыта использования аналоговых систем. Оборудование очень похоже на аналоговое и является простым для освоения. Не требуется специальный набор приборов и инструментов. Инструментарий используемый для настройки и эксплуатации аналоговых систем позволяет добиваться оптимальных результатов. TETRA является гораздо более сложной системой, как для изучения, так и настройки. Требуется приобретение специализированного набора инструментов и приборов для эксплуатации систем TETRA.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Производители систем TETRA понесли значительные затраты для продвижения на рынок своего оборудования. Сопутствующие негативные эффекты использования TETRA, такие как цена, сложность, низкие характеристики радиочастотного тракта, высокая потребляемая мощность, малый размер зон радиопокрытия были проигнорированы, потому, что на тот момент, приемлемые альтернативные цифровые технологии просто отсутствовали. Появившийся новый цифровой стандарт DMR продемонстрировал, что практически при той же функциональности (цифровые услуги, передача сообщений, GPS позиционирование, криптозащита…) возможно обойтись только малой долей затрат необходимых в случае внедрения TETRA. Мобильные терминалы DMR стоят практически столько же сколько и терминалы TETRA, однако стоимость инфраструктуры сети связи демонстрирует существенно лучшее соотношение цена/качество. Зона радиопокрытия базовой станции TETRA (значительно более дорогой чем базовая станция DMR) может составлять от 1/2 до 1/3 площади зоны радиопокрытия аналоговой базовой станции или базовой станции DMR. Таким образом, в системе TETRA должно быть предусмотрено в 3 – 5 раз большее количество базовых станций, чем в DMR. Данные соображения должны тщательно учитываться при расчете общей стоимости системы TETRA (строительство, оформление радиочастот, аренда, оплата энергопотребления…). В отличие от DMR, сложность систем TETRA требует квалификации обслуживающего персонала пользователя значительно выше, чем необходима для эксплуатации аналоговых систем. Пользователь оказывается поставлен в зависимость от услуг внешней организации, что не всегда приемлемо для служб общественной безопасности. TETRA требует единовременной замены всей радиосистемы. Действительно ли полученные в результате преимущества стоят понесенных затрат? TETRA может быть признана соответствующим техническим решением для условий обеспечения малых зон радиопокрытия при большом количестве абонентов (промышленные площадки, аэропорты…). В прочих обстоятельствах рекомендуется внимательно изучить возможности систем DMR прежде чем принимать решение об инвестировании в строительство новой системы радиосвязи.

Documents

Системы радиосвязи DMR и TETRA Сравнительный …¡равнение-систем-DMR-и-TETRA.pdf · ENB26 - DMR vs TETRA comparison 1v2 RUS.doc 17/10/2014