Конвенциональные радиосистемы Simulcast

Понятие радиосистема simulcast (simul - сокр. от англ. simultaneous - одновременный, cast - сокр. от broadcast - вещание) можно перевести как радиосистема синхронного вещания.

Для того чтобы объяснить что это такое, можно привести следующий пример. В 1964 г. в Советском Союзе была запущена система синхронного вещания радиостанции МАЯК в диапазоне СВ (средние волны) на частоте 549 кГц. Данная система, наверное, до сих пор не имеет аналогов в мире по территории охвата, а это, как раньше любили говорить, была 1/6 часть суши всей нашей планеты - именно столько по территории занимал Советский Союз. И на всей этой огромной территории обеспечивался уверенный прием сигнала радиостанции МАЯК на одной частоте.

Секрет заключался не только в том, что огромное количество передатчиков, разбросанных по всей территории СССР, передавали в эфир один и тот же сигнал, получаемый из Москвы по наземным каналам связи, но и в том, что опорные генераторы всех этих передатчиков были синхронизированы, что исключало появление "биений" сигналов от разных источников, если радиоприемник находился между двумя передающими центрами и соответственно принимал сигнал от них одновременно.

Все, кто использовали УКВ радиостанции, неоднократно слышали характерное тарахтение в динамике при одновременном выходе на передачу двух абонентов. Это и есть проявление "биения" частот от двух передатчиков, работающих на одной частоте. Пример, конечно, не совсем корректный (т.к. модулирующий сигнал разный), но показывающий явное проявление интерференции от двух не синхронизированных передатчиков.

Так как значение стабильности частоты для обычных опорных генераторов составляет примерно 10^-6, то фактическая разность частот между несущими частотами может достигать значений в сотни Герц. Для устранения этого необходимо чтобы несущие частоты передатчиков были синхронизированы по частоте (разность менее 10-15 Герц) и желательно по фазе. Этого можно достичь при использовании высокостабильных опорных генераторов со стабильностью частоты не хуже 10^-10, которые в свою очередь для получения синфазности могут быть синхронизированы от сигнала GPS. Кроме этого необходимо чтобы модулирующий сигнал, подаваемый на передатчики, также был синхронизирован по времени задержки, фазе и амплитуде.

Самым простым примером использования радиосистем Simulcast может быть обеспечение радиосвязи вдоль протяженных объектов (нефте- и газопроводов, автомагистралей, железных дорог и т.д.), когда количество абонентов в системе очень небольшое, а связь нужна на протяжении всего объекта. Причем переключение каналов по мере передвижения абонента вдоль объекта недопустимо, так как не гарантирует того, что данный абонент всегда будет оставаться на связи (из- за того, что абонент может просто забыть своевременно переключить канал). Использование транкинговой радиосистемы с поддержкой автоматического роуминга между сайтами при малом количестве абонентов может оказаться гораздо более дорогостоящим решением, так как потребует больших капиталовложений как в центральное оборудование, так и дополнительных расходов на значительно больший требуемый частотный ресурс. Кроме этого транкинговые радиостанции значительно дороже, чем обычные конвенциональные.

Радиосистемы Simulcast решают многие проблемы, например:

• Экономия частот - многократно используется одна дуплексная пара частот для одного канала связи по всей функционирующей радиосети.
• "Автоматизация" роуминга - работа на одной паре частот гарантирует незаметный переход из зоны действия одного ретранслятора в зону действия другого. Но, строго говоря, для радиосистем Simulcast нельзя говорить о роуминге в чистом виде, так он фактически отсутствует.

Данное технологически интересное решение по сравнению с традиционными радиосетями имеет один недостаток - относительно высокая стоимость реализации. Это связано с несколькими причинами:

• Для синхронизации передатчиков необходимо генерирование крайне стабильной частоты (10^-10), что требует приобретения для каждого сайта высокостабильных опорных генераторов.
• Необходимо приобретение оборудования для центрального сайта системы Simulcast, в функции которого входит выбор наилучшего сигнала, принятого ретрансляторами от абонента, и его ретрансляция передатчиками всех сайтов.
• Необходимо наличие каналов связи от каждого сайта к центральному сайту. Причем у разных производителей есть очень серьезные ограничения к типам каналов связи, которые могут быть использованы для их радиосистемы.

Архитектура сети и оборудование

Типовая сеть Simulcast состоит из одного центрального и нескольких удаленных сайтов. Количество удаленных сайтов зависит от требуемой территории охвата сети. Связь между ретрансляторами удаленных сайтов и абонентскими радиостанциями осуществляется на одной паре частот, одинаковой для всех ретрансляторов сети.

Основным управляющим элементом радиосети Simulcast является центральный сайт. В его состав, помимо средств управления и диагностики, в обязательном порядке входит так называемый компаратор - устройство, которое сравнивает между собой сигналы, принятые приемниками ретрансляторов разных удаленных сайтов от одной абонентской радиостанции, и, выбрав наилучший сигнал, направляет его на передатчики всех удаленных сайтов, входящих в состав радиосети.

Для обеспечения нормальной работы радиосети Simulcast, помимо наличия на каждом удаленном сайте высокостабильных опорных генераторов, необходимо обеспечить и синфазность сигналов, поступающих на модуляторы передатчиков. Для этого в состав каждого удаленного сайта обязательно включаются устройства с регулировкой времени задержки для компенсации задержек, возникающих в каналах связи между центральным и каждым удаленным сайтом.

Для связи центрального сайта с удаленными могут использоваться радиорелейные, волоконно-оптические, телефонные линии связи или выделенные радиоканалы в зависимости от требований, которые предъявляются производителем оборудования для радиосистемы Simulcast.

Квази-синхронная радиосистема TaitNet QS2 компании Tait

Интересным, с точки зрения архитектуры сети Simulcast, является решение TaitNet QS2 от новозеландской компании Tait. Так же как и в системах других производителей, каждый удаленный сайт оснащен высокостабильным рубидиевым опорным генератором с нестабильностью частоты 10-10. А основным техническим новшеством в этой системе является то, что инженерам компании Tait удалось решить проблему уменьшения интерференции по полезному сигналу. Это удалось достичь за счет использования дополнительных приемных сайтов, устанавливаемых примерно посредине между соседними передающими сайтами. Центральный контроллер, по заранее запрограммированному расписанию, производит ежедневную калибровку передающих сайтов. Это позволяет фактически устранить интерференционную картину, которая будет особенно хорошо заметна при связи в движении на обычных системах Simulcast, где эта настройка происходит один раз при вводе системы в эксплуатацию.

Однако введение дополнительных приемных сайтов фактически удваивает количество мест, где необходимо разместить оборудование, что вызывает дополнительные расходы на аренду помещений и каналов связи. А, учитывая ограничения к каналам связи, которые должны быть стандартными 4-х проводными каналами ТЧ (при этом недопустимо использовать каналы с ADPCM кодированием, спутниковые каналы или каналы, полученные с помощью транспортной среды Ethernet), то необходимо тщательно просчитывать эксплуатационные расходы при внедрении такой радиосистемы.

В качестве примера структурная схема 2-сайтовой радиосистемы TaitNet QS2 приведена на рисунке ниже:

Помимо аналоговых радиосетей технология Simulcast широко используется и в современных цифровых радиосистемах. Так, например стандарт APCO-25 предполагает использование технологии Simulcast как стандартного решения при построении конвенциональных или транкинговых радиосетей. Производители оборудования DMR тоже применяют технологию Simulcast для создания радиосетей с большим покрытием. Однако в радиосистемах стандарта TETRA решения Simulcast на сегодняшний день отсутствуют, и, скорее всего, вряд ли появятся из-за сложностей, связанных с их практической реализацией.