Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Воскресенье, 19 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Процессоры обработки данных как альтернатива RTL-ускорителям

В статье рассмотрены основные преимущества применения процессоров для обработки данных Tensilica. Приведены сравнительные результаты различных методов ускорения.

Высококачественная телефония — от мифа к реальности

Конвергенция систем передачи речи и данных в единую мультимедийную сеть стала популярным трендом. Необходимость перехода от существующих сетей осознана рынком, процесс этот начался и постепенно набирает обороты. В статье обсуждаются вопросы высококачественной передачи речи с помощью технологий IP-телефонии.

Серия интегральных микросхем видеопроцессоров для ЖК-телевизоров

В статье рассказывается о микросхемах ILA8890/91 — схемах видеопроцессоров для обработки телевизионного сигнала и формирования управляющих напряжений для схемы скалирования. Микросхемы предназначены для применения в бытовых ЖК-телевизионных приемниках цветного изображения, построенных на концепции LOCTOP.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

13 мая

Что такое Project 25

APCO P25 — современный и популярный во всем мире стандарт цифровой транкинговой связи, ориентированный на передачу голоса и пакетных данных по радиоканалу. В статье рассматриваются основные принципы работы радиостанции стандарта APCO P25, механизмы доступа к общему радиоинтерфейсу и передачи сигнализации, а также методы модуляции и демодуляции сигналов C4FM.



P

roject 25 (P25) представляет собой набор стандартов, разработанных совместными усилиями ассоциации средств связи и общественной безопасности (Association of Public Safety Communications Officials International, APCO), национальной телекоммуникационной ассоциации (National Association of State Telecommunications Directors, NASTD), федерального агентства национальных систем связи (Federal Agencies and the National Communications System, NCS) и ассоциации телекоммуникационной индустрии (Telecommunications Industry Association, TIA).
P25 — это система связи с открытой архитектурой, направленная на удовлетворение потребности государственных, правительственных и прочих организаций в оперативной связи для обеспечения безопасности.
Открытость стандарта и совместимость с существующим парком аналоговых FM-радиостанций обусловили его популярность во всем мире. В России стандарт Р25 также получил распространение и активно внедряется в государственные структуры.
Стандарт Р25 определяет интерфейсы, взаимодействие и возможности любой системы, совместимой с этим стандартом. Радиостанция Р25 может работать как в аналоговом режиме для совместимости с существующими аналоговыми FM-радиостанциями, так и в аналоговом или цифровом режиме с другими Р25-радиостанциями. Стандарт Р25 не является закрытым, поэтому любой производитель может создавать свои цифровые Р25-радиостанции.
Основные цели проекта Р25:
– основываясь на принципах открытой архитектуры, обеспечить дополнительную конкуренцию между различными системами связи;
– обеспечить правительственные и прочие организации эффективной, надежной и дешевой связью;
– предоставить улучшенную функциональность и дополнительные возможности с упором на потребности общественной безопасности;
– повысить эффективность использования радиочастотного спектра.

Фазы проекта Р25

Системы связи стандарта Р25 делятся на несколько поколений (фаз) для поэтапного и плавного перехода от устаревших аналоговых систем к цифровым.

Фаза 1

Радиостанции фазы 1 работают в полосе 12,5 кГц в аналоговом, смешанном и цифровом режимах. Для цифровой передачи радиостанции этого поколения используется нелинейная модуляция C4FM (Continuous 4 Level FM — непрерывная 4-уровневая ЧМ). Эти радиостанции обратно совместимы с существующими FM-радиостанциями. Кроме того, стандарт Р25 описывает открытый интерфейс к внешнему радиооборудованию для упрощения стыковки систем радиосвязи от разных производителей.

Фаза 2

Системы связи этого поколения в настоящий момент находятся в стадии разработки для определения способа передачи данных со скоростью 4800 бит/с в полосе 6,25 кГц. Радиостанции Р25 фазы 2 используют схемы модуляции с мультиплексированием по времени и частоте (TDMA и FDMA) для эффективной утилизации спектра. Кроме того, пока решаются вопросы взаимодействия с существующим оборудованием, интерфейсов с базовыми станциями и повторителями, распределения радиочастот и пр.

Фаза 3

На этом этапе реализуются требования по обеспечению высокоскоростной передачи данных. Направления деятельности сосредоточены на воздушной и наземной широкополосной радиосвязи, с помощью которой можно передавать и принимать речь, видео и данные с высокой скоростью на большой территории. Европейский телекоммуникационный институт стандартизации (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) и TIA совместно работают над фазой 3, известной как проект MESA (Mobility for Emergency and Safety Applications — мобильность для приложений в области безопасности и чрезвычайных ситуаций).

Как работает Р25-радиостанция?

Радиостанция Р25 работает почти так же, как обычная аналоговая FM-радиостанция. Согласно стандарту Р25, радиостанция должна функционировать в обычном аналоговом режиме, обеспечивая обратную совместимость с существующим радиооборудованием. Когда Р25-радиостанция работает в цифровом режиме, несущая частота сдвигается на одну из четырех возможных позиций, кодируя, таким образом, четыре возможные 2-битовые комбинации. Это есть модифицированная 4-уровневая частотная манипуляция (4FSK), используемая в аналоговых системах. В аналоговом режиме Р25-радиостанция работает, как и обычная FM-радиостанция, с поддержкой сигнализации CTCSS, DCS, пред- и постисказителями, с широко- и узкополосным режимом работы и т.д.
В цифровом режиме Р25 передатчик преобразует аналоговую речь в последовательность пакетов, используя IMBE-вокодер, затем в приемнике декодирует цифровые данные обратно в аналоговую речь. Помимо этого, к кодированной речи добавляется сервисная информация (в первую очередь, для множественного доступа к радиоканалу), и применяются процедуры помехоустойчивого кодирования. Аналоговая сигнализация CTCSS и DCS заменяется цифровыми эквивалентами — кодами NAC (Network Access Code).
Для взаимодействия друг с другом Р25-радиостанции используют CAI (Common Air Interface — общий радиоинтерфейс). Этот стандартный интерфейс описывает типы и содержание передаваемых по радио сигналов. Использующая CAI радиостанция Р25 должна работать с другой использующей CAI радиостанцией Р25 независимо от производителя.
Существующие Р25-радиостанции работают в полосе 12,5 кГц. Таким образом, в полосе 25 кГц можно разместить 2 канала вместо одного, как в традиционной аналоговой FM-передаче. В Фазе 2 радиостанции Р25 будут работать в полосе 6,25 кГц, что позволит в той же полосе разместить 4 абонента. Р25-радиостанция должна работать в аналоговом режиме на каналах с полосами 25 и 12,5 кГц, что позволяет постепенно переходить с аналоговых радиостанций к цифровым.
Передача голоса и данных в Р25-радиостанции может быть защищена шифрованием. Р25-стандарты описывают использование AES и DES, а также некоторых других алгоритмов. Существует также отдельная спецификация на алгоритм обмена ключами шифрования OTAR (Over the Air Rekeying).
В Р25 канале связи голос или данные передаются со скоростью 9600 бит/с, защищенные кодом FEC (Forward Error Correction — код с прямой коррекцией ошибок). Это позволяет приемнику бороться с эфирными помехами и увеличить дальность связи.
Р25 поддерживает низкоскоростную передачу данных, когда данные подмешиваются к передаваемому голосу, а также передачу на полной скорости 9600 бит/с.

Архитектура радиостанции Р25

Упрощенная типичная схема Р25 трансивера показана на рисунке 1.

Рис. 1. Упрощенная типичная схема трансивера Р25

На рисунке 1 опущены каскады преобразования ПЧ и некоторые другие специфичные элементы, не влияющие на принципы работы Р25.
Архитектуру радиостанции Р25 можно разделить на три основных части.


Аналого-цифровое, цифро-аналоговое и речевое кодирование/декодирование

Р25 использует специфический метод оцифровки голоса с использованием вокодера IMBE (Improved Multi-Band Excitation — улучшенное многополосное возбуждение). Вокодер анализирует голос на микрофонном входе и вместо передачи самих отсчетов передает некоторые характеристики, представляющие голос. Приемник использует эти характеристики и синтезирует синтетический эквивалент переданного голоса. IMBE-вокодер оптимизирован в значительной степени под человеческий голос и не очень хорошо передает другие типы сигналов, включая DTMF.
IMBE-вокодер дискретизирует сигнал с микрофонного входа, генерируя 88 бит каждые 20 мс. Таким образом, вокодер передает речь со скоростью 4400 бит/с.

Канальное кодирование-декодирование

Канальное кодирование — это метод, в котором системы передачи данных используют помехоустойчивое кодирование и другие методы защиты данных для обеспечения их корректного восстановления на приемной стороне. Помехоустойчивое кодирование и защита данных позволяют улучшить характеристики всей системы, работающей в условиях канальных помех, таких как шум, замирания и интерференция.
P25-стандарт включает целый спектр разнообразных типов кодирования: перемежение, линейное блочное кодирование, коды Хэмминга, коды Голуа, коды Рида-Соломона, БЧХ, укороченные циклические коды.

Модуляция/демодуляция и фильтрация

В фазе 1 работа ведется в полосе 12,5 кГц с использованием C4FM-модуляции, представляющей собой разновидность QPSK, в которой каждый символ сдвигается по фазе на 45° относительно предыдущего символа. Несмотря на то что информация кодируется фазой C4FM-сигнала, его амплитуда несущей остается постоянной, генерируя таким образом ЧМ-сигнал с постоянной огибающей. Эта особенность позволяет использовать для фазы 1 радиотракты ЧМ аналоговых радиостанций практически без изменений, что упрощает переход аналогового оборудования на цифровой стандарт.
В фазе 2 работа ведется в полосе 6,25 кГц с использованием CQPSK-модуляции. У модулируемого CQPSK-сигнала одновременно модулируется фаза и частота таким образом, чтобы минимизировать ширину занимаемого спектра. В результате получается амплитудно-фазовомодулированный сигнал.
Передача ведется со скоростью 4800 бит/с, в которой каждый символ передает 2 бита информации. В таблице 1 указано соответствие между символами и битами для обоих видов модуляции.

Таблица 1. Соответствие между символами и битами для обоих видов модуляции

Информационные биты

Символ

C4FM-модуляция (фаза 1), кГц

CQPSK-модуляция (фаза 2), °

01

+3

+1,8

+135

00

+1

+0,6

+45

10

–1

–0,6

–45

11

–3

–1,8

–135


Модулятор C4FM-сигнала включает фильтр Найквиста типа «приподнятый косинус», формирующий фильтр и FM-модулятор.
Модулятор C4FM строится на основе квадратурного модулятора, модулирующего одновременно две несущие. Фаза сигнала в квадратурном канале задержана относительно фазы сигнала в синфазном канале на 90°. Отфильрованный 5-уровневый сигнал, полученный с выхода таблицы преобразования, используется как входной сигнал квадратурного модулятора. Структурные схемы модуляторов C4FM и CQPSK показаны на рисунках 2 и 3.

Рис. 2. Структурная схема модулятора C4FM

Рис. 3. Структурная схема модулятора CQPSK

CQPSK-демодулятор способен принимать сигналы и с C4FM-, и с CQPSK-модуляцией. Детектор FM-сигнала на входе демодулятора позволяет принимать аналоговые FM-, C4FM- и CQPSK-сигналы. Это позволяет сохранить приемный тракт Р25-радиостанции неизменным при переходе от фазы 1 к фазе 2 с 6,25-кГц рабочей полосой. Переделка нужна только для передатчика. Кроме того, такой демодулятор одинаково хорошо принимает аналоговый FM- и C4FM-сигналы. В настоящий момент оборудование фазы 2 еще не производится. Оно требует линейности выходных усилителей для передачи CQPSK-сигнала, чувствительного к нелинейным искажениям. Схема демодуляции показана на рисунке 4.

Рис. 4. Схема демодуляции

Сигнализация в стандарте APCO P25

Поддержка сигнализации в стандарте APCO P25 включает в себя селективные вызовы (selective calls) по идентификаторам вызывающего и вызываемого абонентов, групповой вызов с использованием идентификатора группы (talk group ID TGID), кода доступа к сети (network access code, NAC) и флаги тревоги. Также Р25-сигнализация позволяет идентифицировать радиооборудование по идентификатору производителя (manufacturer ID, MID)
Идентификатор NAC представляет собой 12-битное слово и обычно используется для контроля доступа к сети, но также для правильной трансляции вызовов между сетями с разными NAC-кодами в повторителях. NAC-коды используются, как и аналоговые тоны CTCSS/DCS.
NAC-коды меняются в диапазоне $000–$FFF (в шестнадцатеричной системе исчисления) и содержат 4096 адресов (что много больше, чем стандартные CTCSS- и DCS-тоны). Некоторые значения кодов NAC имеют специфическое назначение, как показано в таблице 2:

Таблица 2. Назначение некоторых кодов NAC

Код

Назначение

$293

Используется как значение по умолчанию

$F7E

Приемник, у которого NAC-код установлен на $F7E, должен принимать вызовы от абонента с любым значением кода NAC

$F7F

Приемник повторителя, у которого NAC-код установлен на $F7F, направляет весь входящий трафик без изменения


Статусные символы

В структуре сигнала Р25 предусмотрены 2 статусных бита, которые вставляются в сигнал на каждые 70 информационных битов. Эти символы позволяют повторителю индицировать абонентам (канал передачи) статус входящего канала. Повторитель устанавливает статусные биты в проходящем через него трафике, индицируя активность на своем входе.
Абонент устанавливает значение статусного бита в значение «неизвестно» (Unknown) в своих исходящих сообщениях, поскольку у него нет возможности индицировать статус любого входного канала.
Всего возможны 4 значения статусного символа:
01 — занято;
11 — не занято;
00 — неизвестно, устанавливается портативной или мобильной станцией;
10 — неизвестно, устанавливается ли повторителем.
Повторители используют символы 01 (занято), 11 (незанято), а портативные станции — символы 00 и 10. Таким образом, для индикации «занято» и «незанято» используется один символ и 2 символа — для индикации статуса «неизвестно». При передаче абонентом сообщения по прямому каналу используется значение «неизвестно» для прямого режима работы (00). Когда абонент посылает сообщение на вход повторителя, используется статус «неизвестно» для работы с повторителем (10). Такой простой способ индикации позволяет повторителю и абоненту отличать сообщения, предназначенные ему, от всех остальных сообщений.
Другое применение статусных битов состоит в их использовании для подстройки частоты опорного генератора абонентской станции под более точную частоту базовой станции или повторителя. Усредняя во времени статусные символы, можно оценить частотную расстройку между двумя опорными генераторами и внести соответствующую коррекцию. Таким образом повышается надежность системы связи.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Дмитрий Парошин, директор, IntegrIT Ltd., http://www.integrit.com/ru



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 
 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2017 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты