SYSTEMY INFORMATYCZNE W TRANSPORCIE

PRZEZNACZENIE I WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU GPS

Zadanie określania położenia obiektu często występuje we współczesnym świecie. Można je rozwiązać wieloma metodami. Jedne z tych metod umożliwiają określenie położenia z wysoką precyzją inne w sposób przybliżony - ale wszystkie sprowadzają się do jednego - do wyznaczenia współrzędnych obiektu
w określonym układzie współrzędnych. Jednym ze sposobów określenia położenia obiektu jest wykorzystanie satelitarnego systemu nawigacyjnego GPS (Global Positioning System - Globalny System Pozycjonujący, System Światowej Lokalizacji). System GPS służy do wyznaczania współrzędnych dowolnego punktu na powierzchni globu, na podstawie odebranej drogą radiową pozycji kilku satelitów.

Aktualna konstelacja satelitów GPS zawiera 27 satelitów (w tym 3 rezerwowe) bloku II/IIA okrążających Ziemię dwukrotnie w ciągu doby. Pierwszy pracujący satelita bloku II został umieszczony na orbicie w lutym 1989 roku. [3]. Satelity krążą na 6 orbitach, położonych ok. 20 200 km nad powierzchnią ziemi (4 satelity na każdej orbicie). Rozmieszczone są one w taki sposób, że w każdej chwili z każdego punktu na powierzchni ziemi widoczne jest ponad horyzontem od 6 do 10 satelitów (co najmniej 5
z prawdopodobieństwem 0.9996). Satelity okrążają ziemie dwukrotnie w ciągu doby [3]

Do wyznaczenia pozycji w tym systemie wystarczy jeden odbiornik GPS. Stosując urządzenia do bezpośredniego odbioru sygnałów z satelitów wspomnianych konstelacji mamy bezpośredni dostęp do metod ciągłego i precyzyjnego wyznaczania położenia oraz czasu. Otwiera to możliwości zastosowań
w każdej niemal dziedzinie techniki.

System GPS został zaprojektowany dla wyznaczania trójwymiarowych współrzędnych punktu w czasie rzeczywistym, przede wszystkim dla potrzeb nawigacji. Systemy nawigacji satelitarnej znajdują coraz większe zastosowanie w wielu dziedzinach życia. Techniki oparte o systemy GPS oraz coraz częściej GLONASS, dają duże możliwości prowadzenia bezpiecznej nawigacji morskiej, powietrznej i lądowej.

Od 1988 roku możliwe jest korzystanie z systemu lokalizacji o światowym zasięgu. W Stanach Zjednoczonych uruchomiono, dla celów wojskowych, system NAVSTAR-GPS (Navigation System with Timing and Rading-Global Positioning System). System ten stworzony został jednak z możliwością wykorzystania przez cywilnych użytkowników. Podstawą jego projektowania było założenie, że system umożliwia lokalizację:

• w dowolnym miejscu na kuli ziemskiej

• w dowolnym czasie,

• przy dowolnych warunkach pogodowych.

Podstawowymi zaletami systemu jest to, że może z niego korzystać dowolna liczba użytkowników,
a także fakt, że niemożliwe jest ustalenie pozycji użytkownika z zewnątrz.

Dla wyznaczenia punktu w przestrzeni dwuwymiarowej wystarczające są trzy satelity, cztery zaś pozwalają wyznaczyć położenie punktu w przestrzeni trójwymiarowej, przy czym im większa jest liczba tych satelitów, tym dokładność wyznaczania położenia punktu jest większa Ponieważ sygnał satelitarny rozchodzi się prostoliniowo, wysokie przeszkody terenowe mogą ograniczyć jego odbiór. Jest to jedyne występujące w praktyce ograniczenie możliwości odbioru sygnału. Warunki atmosferyczne, pora dnia nie maja większego znaczenia dla funkcjonowania systemu. Odbiorniki korzystają zazwyczaj z miniaturowych anten płaskich o charakterystyce umożliwiającej jednoczesny odbiór z całego obszaru sfery niebieskiej.

Jednak dokładność wyznaczania nawigacyjnego GPS, określanego często jako metoda pojedynczego punktu, jest ograniczona do kilkudziesięciu metrów. Przybliżone wyznaczanie współrzędnych w czasie rzeczywistym za pomocą metody pojedynczego punktu GPS jest spowodowane wprowadzeniem przez właściciela systemu GPS tzw. Selektywnej Dostępnośei (SA - Selective Availability).

W zastosowaniach lądowych GPS jest wykorzystywany głównie w systemach lokalizacji pojazdów.
W komunikacji lotniczej GPS jest na razie stosowany jako system uzupełniający do niezawodnego określania położenia samolotu.

1. Dokładność pomiaru w systemie GPS

GPS zapewnia dwa poziomy dokładności: Dokładny Serwis Pozycyjny (PPS - Precise Positioning Service) oraz Standardowy Serwis Pozycyjny (SPS - Standard Positioning Service). PPS zapewnia dane
o pozycji i czasie o wysokiej dokładności, dostępne tylko dla autoryzowanych użytkowników. SPS jest mniej dokładny, lecz dostępny dla wszystkich użytkowników.

PPS dostarcza informacji o pozycji z dokładnością nie gorszą niż 16 metrów (50%,3D)
i informacji o czasie z dokładnością nie gorszą niż 100 nanosekund (1 sigma) w stosunku do czasu UTC(USNO) (Universal Coordinated Time US Naval Observatory. PPS dostępny jest jedynie dla autoryzowanych użytkowników i przeznaczony głównie dla celów wojskowych. Do autoryzowanych użytkowników należą: Siły Zbrojne USA i NATO. O autoryzacji użytkownika decyduje Departament Obrony USA.

Dostęp do PPS kontrolowany jest dwiema metodami:

• Ograniczony Dostęp (SA - Selective Availability) pozwala na zmniejszenie dokładności pozycji
  i czasu dostępnych dla nieautoryzowanych użytkowników. SA działa poprzez wprowadzanie kontrolowanych błędów do sygnałów satelity i depeszy satelitarnej. Departament Obrony zadeklarował, iż w czasie pokoju SA zmniejszy dokładność pozycji dla użytkowników SPS do 100 metrów (95%, 2D).

• Anti-spoofing (A-S) jest włączany bez ostrzeżenia by uniemożliwić imitowanie sygnałów PPS przez nieprzyjaciela. Technika ta zmienia kod szyfrując go, w kod oznaczony jako kod Y. Nie ma to wpływu na odbiór kodu C/A. Klucz do szyfru dostępny jest wyłącznie autoryzowanym użytkownikom umożliwiając im usunięcie wpływu SA i A-S. W ten sposób uzyskują maksymalną dostępna dokładność.

Odbiorniki PPS mogą używać kodu P(Y), kodu C/A lub obydwu. Największa dokładność uzyskiwana jest przy użyciu kodu P(Y) sygnałów o częstotliwościach L1 i L2. Różnica w czasie propagacji sygnałów
o różnych częstotliwościach używana jest do wyznaczenia poprawki jonosferycznej.

Zazwyczaj odbiorniki PPS używają kodu C/A w celu inicjacji śledzenia sygnałów satelitów
i wyznaczenia przybliżonej fazy kodu P(Y).

Standardowy serwis pozycyjny dostarcza informacji o pozycji z dokładnością nie gorszą niż 100 metrów (95%, 2D) w rozwiązaniach dwuwymiarowych i 156 metrów (95%, 3D) w rozwiązaniach trójwymiarowych. Dokładność informacji o czasie określona jest na nie gorszą niż 337 nanosekund (95%) w stosunku do skali UTC (USNO). SPS przeznaczony jest głównie dla użytkowników cywilnych.

Wymieniona dokładność zawiera wpływ SA, który jest głównym źródłem błędów SPS. Rozkład błędów wyznaczenia pozycji przypomina rozkład normalny z długookresową średnią równą zeru.

SA-uniemożliwia użytkownikom SPS dostęp do kodu Y. Tak więc użytkownicy SPS nie mogą opierać się na bezpośrednim pomiarze kodu P, by zmierzyć dokładnie różnice w propagacji częstotliwości L1 i L2, a zatem określić wielkość poprawki jonosferycznej - kod C/A nadawany jest tylko na częstotliwości L1. Typowy odbiornik SPS do wyznaczenia poprawek jonosferycznych używa modelu jonosfery transmitowanego w depeszy satelitarnej, jest to procedura znacznie mniej dokładna niż pomiar na dwóch częstotliwościach. Dokładność pozycji przy użyciu SPS podana na początku tego punktu uwzględnia też błąd modelowania jonosfery. Odbiorniki geodezyjne używają rozmaitych wyrafinowanych metod do określenia różnicy czasów propagacji, bez jawnej znajomości transformacji kodu P do Y.

Sztucznie wprowadzone i niektóre naturalne ograniczenia dokładności mogą być w dużym stopniu wyeliminowane przy użyciu technik różnicowych. Techniki te polegają na wykorzystaniu poprawek wyznaczanych przez precyzyjne zlokalizowane odbiorniki, zwane stacjami referencyjnymi. Poprawki różnicowe mogą być wprowadzane po pomiarze, lub w czasie rzeczywistym, w tym ostatnim wypadku do ich transmisji wykorzystuje się łącza radiowe. W najbliższym czasie przewiduje się upowszechnienie systemów dystrybucji poprawek różnicowych z pokładu satelitów komunikacyjnych.

W zastosowaniach geodezyjnych stosowane są rozmaite metody wykonywania pomiarów. Metoda statyczna umożliwia uzyskanie dokładności milimetrowych w trakcie sesji pomiarowych trwających od 10 do 20 min. W metodzie pseudokinematycznej wykonuje się dwie 5-cio minutowe sesje przedzielone przerwą ok 1 godz. Umożliwia uzyskanie dokładności rzędu 20 cm. Metoda kinematyczna ("stop-and-go") wymaga zainicjowania pomiaru polegającym na ustawieniu dwóch anten nad znanym punktem
(z dokładnością do 2-3 cm) lub wykonaniu pomiaru w dwóch punktach metodą statyczną. Następnie wykonuje się pomiary statyczne (2-4 min) w różnych punktach za pomocą jednego z odbiorników. Uzyskuje się dokładność rzędu 1-5 cm.

Wyznaczanie pozycji w czasie rzeczywistym (RTK - Real Time Kinematic) przy wykorzystaniu programu PNAV (Precise Navigation - nawigacja precyzyjna) firmy Ashtech. W zależności od mierzonej długości (1000 - 2500 m) i liczby satelitów (>6) wyniki z dokładnością ok 1 cm uzyskuje się po ok. 7 - 25 min obserwacji.

Wraz z powszechnym udostępnienia systemu GPS została zmmiejszona dokładność określania pozycji poprzez wprowadzenie systemu Selektywnej Dostępności (SA - Selective Availability). Jednak nawet bez wprowadzenia SA dokładność uzyskiwana za pomocą odbiornika jedno kodowego nie spełniałaby wszystkich wymagań dokładności w ogólnej nawigacji. Jest to istotne zwłaszcza na podejściach do portów oraz w akwenach cieśninowych, nie mówiąc już o wymaganiach w zakresie dokładności prowadzenia nawigacji podczas realizacji wielu zadań i prac specjalnych (pomiary hydrograficzne, badania geofizyczne
i geologiczne, eksploatacja zasobów, potrzeby wojskowe itp.).

Selektywna Dostępność (SA) jest stosowana w celu uniemożliwienia ogółowi użytkowników systemu GPS dokładnej nawigacji, wyznaczania współrzędnych w czasie rzeczywistym za pomocą metody pojedynczego odbiornika GPS. SA jest realizowana poprzez wprowadzenie dwóch rodzajów błędów: orbitalnego oraz zaburzeń zegara satelitarnego (clock dithering). Współrzędne wyznaczane metodą pojedynczego punktu są obarczane blisko 10 razy większymi błędami w przypadku występowania SA niż
w przypadku gdy to zakłócenie nie funkcjonuje.

Z analizy wyników pomiarów przeprowadzanych metodą pojedynczego punktu przy użyciu różnych typów odbiorników nawigacyjnych wynika, że są one obarczone wpływem Selektywnej Dostępności (SA), której charakterystyczną cechą jest występowanie quasi-oscylacji, spowodowanych zaburzeniami zegara satelitarnego.

W oparciu o odpowiednio zaplanowane, a następnie przeprowadzone wielokrotnie pomiary w różnych porach doby, różnych miejscach i różnymi odbiornikami można przyjąć hipotezę, że półokres quasi-oscylacji wynosi około 5 minut.

Zgodnie z oficjalnym stanowiskiem rządu USA, błędy SA są i będą utrzymywane na takim poziomie, aby błąd współrzędnych poziomych, wyznaczanych za pomocą metody pojedynczego punktu GPS, nie przekroczył l00 m, na poziomie istotności 95 % i w ciągu 95 % czasu eksploatacji systemu GPS. SA była uaktywniona tylko z niewielkimi przerwami od listopada 91 do chwili obecnej [6].

Występowanie SA można stwierdzić monitorując wartości współrzędnych wyznaczonych za pomocą metody pojedynczego punktu. Innym sposobem stwierdzenia SA jest monitorowanie prędkości zmian wielkości nawigacyjnych na obiekcie stacjonarnym. Gdy SA nie występuje, te prędkości zmiany są na zerowym poziomie z powodu długookresowych charakterystyki błędów orbity, troposfery i jonosfery. Natomiast podczas działania SA prędkości te wynoszą do 0.05 m/s ze względu na szybko zmieniający się błąd zegara satelitarnego.

Wyniki pomiarów przeprowadzonych metodą pojedynczego punktu obarczone są wpływem Selektywnej Dostępności, którego charakterystyczną cechą jest występowanie quasi-oscylacji, spowodowanych zaburzeniami zegara satelitarnego.

Na podstawie przeprowadzonych wielokrotnie pomiarów w różnych porach doby, różnych miesiącach, różnych miejscach i z różnymi odbiornikami można przyjąć hipotezę, że półokres quasi-oscylacji wynosi około 5 minut [6 ].

2. Sygnał GPS

Sygnał emitowany przez satelity GPS ma postać fali nośnej, kodowanej fazowo sygnałami:

• informacyjnym, o prędkości 50 bitów na sekundę,

• pseudolosowym kodem C/A, taktowanym częstotliwością 1,023 MHz,

• pseudolosowym kodem P, taktowanym częstotliwością 10,23 MHz,

• pseudolosowym kodem Y, taktowanym częstotliwością około 0.5 Hz.

Wszystkie sygnały taktujące i fala nośna tworzone są w oparciu o ten sam sygnał częstotliwości wzorcowej. Częstotliwości fal nośnych oznaczanych symbolami L1 i L2 wynoszą odpowiednio 1575,42
i 1227,60 MHz. Sygnał nadawany na częstotliwości L2 nie jest modulowany kodem C/A. Kod Y jest nadawany przy włączonym systemie zapobiegania intencjonalnym próbom zakłócenia pracy urządzeń GPS, określanym terminem "Anti-spoofing". Wydzielając sygnał związany z kodem C/A możemy zaniedbać składniki związane z modulacją kodami P i Y.

Wielkościami pomiarowymi uzyskiwanymi z sygnału satelitów GPS są:

• pseudodległość, wielkość różniąca się o stałą od czasu propagacji sygnału pomnożonego przez prędkość światła. Pseudoodległość może być wyznaczana w oparciu o pomiary składowych sygnału związanych z modulacją kodem C/A lub P. Pomiar pseudoodległości przy użyciu składowej związanej z kodem P charakteryzuje się większą precyzją. Typowa dokładność pomiaru z użyciem kodu C/A wynosi: 3-30 m, z użyciem kodu P: 0.3-3 m. Nieoznaczoność związana z pomiarem przy użyciu kodu C/A jest rzędu 300 metrów, kodu P 30 metrów. Nieoznaczoności te są proste do usunięcia. Współczesne odbiorniki korygują pomiar pseudoodległości w oparciu o pomiar scałkowanej fazy fali nośnej.

• faza odtworzonej fali nośnej. Typowa dokładność tego pomiaru jest rzędu 1 mm. Pomiar fazy charakteryzuje się nieoznaczonością o wielkości równej długości fali nośnej - około 19cm. Gdy zastosowane rozwiązanie techniczne nie pozwala na bezpośrednie wyodrębnienie fali nośnej z uwagi na system "Anti - Spoofing", pomiar fazy na częstotliwości L1 charakteryzować się może nieoznaczonością 1/2 długości fali i zazwyczaj obarczony jest dodatkowymi błędami. Usuwanie nieoznaczoności w pomiarach fazowych jest złożonym procesem obliczeniowym, o komplikacji wzrastającej z odległością pomiędzy współpracującymi odbiornikami.

• zintegrowana faza odtworzonej fali nośnej. Jest to wielkość analogiczna do pseudoodległości, mierzona jednak ze znacznie większą dokładnością. Ciągłe śledzenie fali nośnej ogranicza ilość wielkości nieoznaczonych do jednej, związanej z wartością fazy w momencie rozpoczęcia pomiaru.

Poza wymienionymi wcześniej, sztucznie wprowadzanymi zniekształceniami sygnału i informacji satelitarnej, najpoważniejszymi źródłami błędu są:

• zmienne opóźnienie jonosferyczne,

• zmienne opóźnienie troposferyczne.

• odbiór sygnałów odbitych.

Zmienność opóźnienia jonosferycznego jest najpoważniejszym obiektywnym źródłem błędów wyznaczania pozycji. Opóźnienie jonosferyczne zależne jest od gęstości swobodnych elektronów na drodze sygnału a jego wartość mieści się zazwyczaj w granicach 10-50 m. Duża zmienność warunków jonosferycznych, zarówno dobowa jak i długookresowa, powoduje iż model opóźnienia jonosferycznego transmitowany przez satelitę pozwala na redukcję odpowiedniego błędu co najwyżej w 50 procentach. Dokładniejszą wartość opóźnienia jonosferycznego obliczyć można w oparciu o rezultaty pomiarów wykonywanych jednocześnie na częstotliwościach L1 i L2. Wymaga to użycia odbiornika dwu-częstotliwościowego.

Wartość opóźnienia troposferycznego zmienia się zazwyczaj w granicach 2-3 metrów. Modelowanie opóźnienia troposferycznego w oparciu o aktualne pomiary parametrów meteorologicznych stosuje się głównie przy pomiarach geodezyjnych wykonywanych w terenie o zróżnicowanej wysokości, jak również w pomiarach o zasięgu globalnym.

Odbiór sygnałów odbitych od powierzchni, konstrukcji otaczających antenę, może być źródłem błędu pseudoodległości dochodzącego do 10m. Odpowiedni błąd fazy nośnej może mieć wartość rzędu kilku cm. Jedynymi znanymi sposobami uniknięcia tych błędów są: stosowanie anten o specjalnej konstrukcji, odpowiedni dobór miejsca obserwacji.

3. Sposoby eliminowania wpływu SA

Wobec celowego zmniejszenia dokładności wyznaczania pozycji za pomocą GPS, już od 1980 roku są prowadzone badania nad możliwościami znacznego zwiększenia dokładności określenia pozycji za pomocą systemu GPS.

Wśród metod eliminacji wpływu SA można rozróżnić metody dokładne i przybliżone. Do metod dokładnych zalicza się metodę różnicową DGPS (Differential GPS). Metody przybliżone oparte są na efektach statystycznego opracowania wyników pomiarów przeprowadzonych według zaplanowanego modelu.

Metoda różnicowa DGPS umożliwia kompensację pewnych błędów GPS, mających wpływ na wyznaczanie współrzędnych za pomocą pojedynczego punktu. Kompensacja błędów może być osiągnięta w różny sposób. Jeden ze sposobów polega na wyznaczeniu na znanym punkcie błędu metody pojedynczego punktu GPS i zastosowaniu go w formie poprawki do innych wyznaczonych punktów. Warunkiem zastosowania tego sposobu jest użycie w obliczeniach, na punktach znanych i nieznacznych tych samych satelitów. Ten warunek nie jest łatwy do zrealizowania podczas pracy w czasie rzeczywistym. Dlatego ten sposób jest rzadko stosowany w praktyce. Inne sposoby DGPS polegają na różnicowaniu
w sposób pośredni lub bezpośredni pseudoodleglości.

Pierwszy sposób poprawek pseudoodleglościowych polega na wyznaczaniu błędów pseudoodległości na znanym punkcie i ich zastosowań jako poprawek do pomierzonych pseudoodległości na drugim wyznaczonym punkcie. Drugi sposób jest oparty na bezpośrednim różnicowaniu jednoczesnych wyników pomiarów psudoodległości na punktach znanych i wyznaczanym.

Większe, tzn. metrowe dokładności wyznaczania pozycji punktów w czasie rzeczywistym są możliwe za pomocą metody, różnicowej DGPS (Differential GPS).

Pozycjonowanie za pomocą metody różnicowej wymaga minimum dwóch odbiorników GPS oraz łączą do transmisji danych. Zwykle jeden odbiornik jest umieszczony na punkcie o znanych współrzędnych
a drugi na punkcie o wyznaczanych współrzędnych. Łącze służy do przekazywania naprawek obliczanych na punkcie znanym i przesyłanych do punktu wyznaczanego.

Uwzględnienie poprawek na punkcie wyznaczenia umożliwia zmniejszenie błędów GPS
a w konsekwencji do dokładnego wyznaczenia współrzędnych.

Metoda różnicowa DGPS jest atrakcyjna dla wielu zastosowań gdzie konieczne jest wyznaczanie pozycji w czasie rzeczywistym z dokładnością 2-5 m. Nie jest przy tym wymagana widzialność pomiędzy punktem znanym a wyznaczanym.

Metoda DGPS jest stosowana w hydrografii, do nawigacji w morskich strefach przybrzeżnych i wąskich kanałach żeglugowych, do morskich i lądowych pomiarów geofizycznych. Są prowadzone prace eksperymentalne nad zastosowaniem precyzyjnych wyznaczeń metodą DGPS w fotogrametrii i teledetekcji, kolejnictwie, do naprowadzania samolotów i promów kosmicznych do lądowania

Metoda DGPS w obszarze jej stosowania wymaga utworzenia systemu wyznaczania i przesyłania poprawek. W przypadku kiedy taki system nie istnieje lub nie można z niego skorzystać, istnieje możliwość zwiększenia dokładności wyznaczeń pozycji poprzez zastosowanie odpowiedniego sposobu pomiaru
i opracowania wyników pomiaru.

Różnicowy GPS jest więc uzupełnieniem systemu GPS, gdyż nie służy samodzielnie do jakichkolwiek celów nawigacyjnych, a wyłącznie umożliwia poprawienie zmierzonych odległości i w efekcie wzrost dokładności określania pozycji za pomocą GPS. Po stronie nadawczej połączenia komunikacyjnego służącego do przesyłania poprawek może wystąpić dowolna, radiostacja nadawcza - przenośna lub stacjonarna, a nawet satelita radiokomunikacyjny.

W istocie wszystkie te warianty są obecnie stosowane. Idea wprowadzenia powszechnie dostępnych usług DGPS wymagała więc przede wszystkim międzynarodowych ustaleń co do sposobu przekazywania poprawek. Te ustalenia zostały dokonane na forum RTCM w postaci standardu nazywanego RTCM SC-104. W rozwiązaniu rekomendowanym w nawigacji morskiej poprawki przekazywane są drogą radiową do użytkowników w paśmie fal długich (283,5 - 315 kHz) z wykorzystaniem modulacji fazowej MSK. Powszechnie stosuje się jedną z dwu prędkości transmisji 100 lub 200 bodów przekazując użytkownikom systemu informacje w postaci szczegółowo zdefiniowanych depesz.

Wprowadzenie systemu DGPS opartego o omawiany standard, poza spełnianiem określonych wymogów wzrostu dokładności pozycji powinien umożliwiać niezakłóconą pracę radiolatarni dla radionamierzania.
W praktyce oznacza to emisję sygnału do radionamierzania (AlA) oraz transmisji poprawek na podnośnej przesuniętej o 500 Hz z modulacją G1D i prędkością transmisji 100 lub 200 bodów.

Z analizy metody różnicowej DGPS wiadomo, że poprawki orbitalne, jonosferyczne i troposferyczne są funkcją względnego położenia satelity i wyznaczanego punktu. Poprawki te zmieniają się stosunkowo wolno w czasie. Wartości poprawek są uzależnione od systemu odbiorczego danego rodzaju odbiornika. Natomiast poprawka zegara satelitarnego spowodowana wpływem selektywnej dostępności SA, zmienia się szybko w czasie. Wpływ poprawki zależny jest od satelity, natomiast niezależny od odbiornika.

Wykorzystując oscylacyjny charakter spowodowany zaburzeniami zegara satelitarnego i wyznaczając empirycznie amplitudę i okres oscylacji w oparciu o odpowiednio zaprogramowany model pomiaru można wyznaczać wartości poprawek, a następnie uwzględnić je na punkcie wyznaczenia w celu zmniejszenia błędów spowodowanych wpływem SA, a w konsekwencji dokładnego wyznaczenia współrzędnych [2].

Przyjęcie modelu pomiaru i opracowania wyników jest uwarunkowane wieloma czynnikami natury technicznej, użytkowej, możliwościami wykorzystania wyników innymi niezależnymi systemami itp. Najprostsze modele mogą być tworzone w przypadku nawigacji lądowej, bardziej skomplikowane
w nawigacji morskiej a najbardziej skomplikowane w nawigacji lotniczej.

Zastosowanie w metodach przybliżonych opartych na efektach statystycznego opracowania wyników prostego uśredniania osłabia wpływ SA tylko o kilka metrów. Zastosowanie funkcji aproksymującej drugiego stopnia umożliwia osłabiać wpływ SA nawet do kilka metrów, a przy niesprzyjających warunkach tylko o połowę.

Efekty SA są praktycznie eliminowane za pomocą metody różnicowej. Włączenie czy wyłączenie SA nie ma znaczącego wpływu na dokładność metody różnicowej przy obecnym natężeniu SA. Świadczy to
o niewystępowaniu lub występowaniu w niewielkiego błędu orbitalnego SA. Znacznie zwiększony błąd wyznaczenia współrzędnych pojedynczego punktu po uruchomieniu SA jest spowodowany przede wszystkim zaburzeniami zegara satelitarnego. Z kolei wpływ tych zaburzeń jest redukowany - eliminowany za pomocą metody różnicowej. Wielkość redukcji jest zależna od opóźnienia transmitowanych poprawek pseudoodległościowych. W przypadku gdy opóźnienie transmitowanych poprawek jest w granicach do
5 sekund można się liczyć z błędem około 1 m przy wyznaczaniu pozycji.

Podstawowym obszarem zastosowań GPS jest nawigacja zarówno morska jak i lądowa. W nawigacji morskiej system umożliwia uzyskanie dokładności określenia pozycji rzędu kilkudziesięciu metrów.
W obszarach przybrzeżnych dokładności może być poprawiona na podstawie odbieranych drogą radiową poprawek różnicowych ze stacji wzorcowych. W Polsce działają dwie takie stacje w Rozewiu
i Dziwnówku. Podobne stacje wzorcowe powstają obecnie na obszarze lądowym Polski. Lokalnie powstają w poszczególnych miastach, gdzie wykorzystuje się GPS w sterowaniu ruchem miejskim. Stacje referencyjne pracujące w sposób ciągły pracują w Katowicach, Poznaniu, Warszawie i Wrocławiu.

Współrzędne geograficzne w systemie GPS są podawane w układzie WGS 84 (World Geodetic System 84), a współrzędne geograficzne w Polsce są podawane w układzie 42 albo 65. Przeliczanie współrzędnych jest konieczne przy ustalaniu lokalizacji punktu [4]. Dla potrzeb pomiarów względnych dokonano przeliczenia odległości w stopniach na metry. Wykorzystano mapę topograficzną (w układzie 42) dla obszaru, na których odbył się eksperyment [5].

Tabela 1. Przeliczenie współrzędnych geograficznych na metryczne

	Szerokość geograficzna N	Dlugość geograficzna E
odległość [°]	|52°10'00"-52°07'30" |= 2'30" = 2.5'	|21°00'00"-21°03'45" |= 3'45" = 3.75'
odległość [m]	4638.19	4281.41
1° =	4638.19*60/2.5 = 111316.60 [m]	4281.41*60/3.75 = 68502.56 [m]

GALILEO

W dniu 26.03.2002 roku Komisja Europejska podjęła decyzję o budowie odrębnego, europejskiego systemu nawigacji satelitarnej o nazwie Galileo. System ten będzie budowany przez Komisję Europejską wspólnie z Europejską Agencją Kosmiczną ESA (European Space Agency) jako system cywilny, oprócz wyznaczania pozycji oferujący także inne usługi związane z wykorzystaniem technologii satelitarnych.

Oczywistą przesłanką budowy nowego systemu jest zachowanie niezależności od jednego operatora systemu nawigacji satelitarnej. Przedsięwzięcie to ma zapewnić rozwój głównie europejskiego przemysłu zaawansowanych technologii, nie tylko związanego z astronautyką. Trzeci system nawigacji satelitarnej (po GPS i GLONASS) zapewni też „nadmiarowość" informacji nawigacyjnych i poprawi bezpieczeństwo oraz niezawodność korzystania z nawigacji satelitarnej. Planowane fazy projektu obejmują: prace rozwojowe w latach 2002-2005, wdrażanie systemu w latach 2005-2007 i pełną zdolność operacyjną od 2008 roku. Pierwszy satelita Galileo na być umieszczony na orbicie w 2004 roku.

System Galileo budowany jest od podstaw jako system cywilny, który będzie obsługiwany przez operatora „prywatnego" na zasadach komercyjnych. Dlatego niektóre serwisy (usługi, ang. services) będą płatne i dostępne po uzyskaniu odpowiednich licencji. Na niektóre usługi udzielana będzie gwarancja, czego nie ma w systemach GPS i GLONASS. Zmieni to podstawy prawne korzystania z systemu przez użytkownika i nałoży bardzo wysokie wymagania na niezawodność działania.

Przewidywane są następujące serwisy (usługi) systemu Galileo:

Otwarty (OS - Open Service\ podstawowy (ang. basie) - dostępny dla wszystkich, porównywalny z GPS;

Komercyjny (CS - Commercial Service) - dla zastosowań profesjonalnych, zapewniający wyższą jakość działania w porównaniu z usługą podstawową, z gwarancją;

Bezpieczeństwa życia (SoL - Safety ofLife) - zapewniający wysoką jakość i niezawodność wyznaczania pozycji, przeznaczony do zastosowań, w których istotne jest bezpieczeństwo (żegluga i lotnictwo);

Ograniczonego dostępu publicznego (PRS - Public Regulated Service) - szyfrowany i odporny na celowe zakłócanie, o zapewnionym ciągłym działaniu, przeznaczony dla służb bezpieczeństwa publicznego (policja, straż graniczna, siły pokojowe, EUROPOL, itp.);

Poszukiwania i ratownictwa (SAR/Galileo - Search And Rescue) - zapewniający odbiór sygnałów niebezpieczeństwa i lokalizację nadajnika, przekazanie informacji dla służb poszukiwawczo-ratunkowych.

Serwis otwarty, ogólnie dostępny (OS - Open Service), zapewniony będzie bezpłatny, nieograniczony dostęp do sygnałów satelitów dla wszystkich użytkowników. Będzie możliwe wyznaczanie pozycji, czasu i prędkości na tym samym poziomie co w innych systemach GNSS (GPS dla użytkowników cywilnych). Sygnały satelitów nadawane będą na jednej lub dwu częstotliwościach, co pozwoli na efektywną korekcję błędów jonosferycznych. Depesza nawigacyjna nadawana będzie tylko w jednym kanale częstotliwości; na drugim będzie nadawany tylko kodowany sygnał satelity dla dokładnych pomiarów nawigacyjnych.

Oczekuje się, że serwis ten zapewni pokrycie 95% powierzchni w miastach (w porównaniu z 50% jakie zapewnia obecnie GPS). Potencjalni użytkownicy tego serwisu to nawigacja nieprofesjonalna, transfer czasu, telefony komórkowe.

Serwis bezpieczeństwa życia (SoL - Safety of Life Service) przeznaczony będzie dla tych użytkowników, dla których istotne jest unikanie niebezpieczeństwa zagrożenia życia (pociągi, statki, samoloty). Przewiduje się spełnienie szczegółowych wymagań ICAO, FAA, IMO z uwzględnieniem dwu poziomów warunków pracy: krytycznych dla bezpieczeństwa (np. prowadzenie pionowe w lotnictwie) i niekrytycznych (np. nawigacja pełnomorska).

Zapewnione będzie przekazywanie na dwu kanałach częstotliwości informacji o pogorszeniu jakości sygnału i ostrzeganie użytkownika, że sygnał nie spełnia założonych tolerancji dokładności dla danego rejonu działania. Zapewniona będzie gwarancja działania systemu.

Przewiduje się nadawanie sygnałów tego serwisu na trzech częstotliwościach E5a, E5b i LI, co pozwoli na efektywną korekcję błędów jonosferycznych.

Serwis komercyjny (CS - Commerciul Service) będzie przeznaczony dla użytkowników posiadających licencje. Sygnał będzie szyfrowany. Użytkownik otrzyma gwarancję. W serwisie będą wykorzystane dwie częstotliwości, różne od OS. Pozwoli to na zwiększenie dokładności wyznaczania pozycji. Dodatkowo możliwe będzie przekazywanie informacji z centrów serwisu do użytkownika z szybkością 500 bit/s.

Serwis o ograniczonym dostępie publicznym (PRS - Puhlic Regulated Service) będzie dostępny dla wybranych użytkowników związanych z utrzymywa­niem bezpieczeństwa publicznego i przestrzeganiem prawa (policja, straż graniczna, Europol, siły pokojowe, itp.). Na dwu dodatkowych częstotliwościach nadawane będą dwa sygnały nawigacyjne z szyfrowanymi kodami i danymi. Zapewniona będzie ciągłość działania systemu i zastosowane zostaną zabezpieczenia przed interferencją sygnałów, a także nieuprawnionym użyciem lub zakłóceniami. Przewidywana jest rejestracja wyprodukowanych odbiorników dla tego serwisu.

Serwis poszukiwania i ratownictwa (SAR/Galileo - Search And Rescue service) będzie wykorzystywany do odbioru sygnałów o zagrożeniu na powierzchni całej Ziemi, lokalizacji nadajnika i przekazania informacji do centrum ratownictwa. Do transmisji sygnałów niebezpieczeństwa na częstotliwości 406...406,l MHz wykorzystane zostaną cztery satelity umieszczone na niskich orbitach (w tym trzy geostacjoname). System zapewni lokalizację radioboi morskich lub lotniczych nadajników awaryjnych (ELT - Emergency Location Transmiter) i przekazywanie informacji o pozycji nadajnika do centrum ratownictwa w czasie do 10 min.

Segment naziemny systemu Galileo składać się będzie z dwu głównych centrów nadzoru (GCC - Galileo Control Centres), w których monitorowane będzie działanie systemu, tworzona depesza nawigacyjna, synchronizowany czas wzorca naziemnego i zegarów satelitów. Pracę systemu nadzorować będzie dwadzieścia stacji nadzoru (GSS - Galileo Sensor Stations), przesyłających dane do głównych centrów sterujących GCC. Przewidywane są stacje transmisji danych do satelitów na częstotliwościach w zakresach S i C.

Segment kosmiczny stanowić ma konstelacja 30 satelitów (27 + 3) umieszczonych na orbitach 24000 km. Przewidywane jest umieszczenie na satelitach zegarów rubidowych o częstotliwości 6 GHz i maserów wodorowych o częstotliwości 1,4 GHz. Planuje się zachowanie dokładności czasu do 30 ns.

Zakresy częstotliwości, w których przewiduje się transmisje sygnałów systemu Galileo pokazano na rys. 13.1. Planowane jest stosowanie 4 sygnałów w zakresie 1164... 1215 MHz (E5a - E5b), 3 sygnałów w zakresie 1260...1300 MHz (E6) i 3 sygnałów w zakresie 1559...1591 MHz (LI). Parametry serwisów podano w tabeli 13.1.

Tabela 13.1. Planowane parametry systemu Galileo

		OS			SoL		PRS
Odbiornik	Częstotliwości	jedna	dwie		trzy		dwie
		Ocena poprawności działania	nie ma			Tak		Tak
		Poprawki jonosferyczne	Model uproszczo-ny		Pomiar na podst. dwu częstotliwości	Pomiar na podstawie dwu częstotliwości		Pomiar na podst. dwu częstotliwości
Pokrycie		globalne
					Poziom krytyczny	Poziom niekrytyczny
Dokładność 95%	Pionowa	15 m		4 m	4 m	220 m	6,5 m
		Pozioma	35 m		8m	8m		12 m
	Ocena poprawnoś­ci działania	Kryterium alarmu				H = 12 m, V =20 m	H = 556 m	H =20 m V= 12 m
		Czas alarmu							6s	10 s	10 s
		Ryzyko							3,5•10-^7/ /150s	10-^7/h	3,5-10-^7/ /150s
Dostępność dokładność		99,8%			99,8%		99,5%
Ryzyko ciągłości działania					IG-^15 s	10-^4... ...10-^8/h	lO-^5/15 s
Dostępność poprawności działania								99,5%
Gwarancja								tak

ŁĄCZNOŚĆ RADIOWA

Model systemu transmisji sygnałów cyfrowych

Rozważmy model systemu transmisji sygnałów cyfrowych przedstawiony na rys. 1.1.

Źródło generuje wiadomości w postaci ciągłych funkcji czasu lub w postaci dyskretnych symboli. Przykładem wiadomości ciągłych jest mowa ludzka. W tym przypadku, aby była możliwa transmisja wiadomości za pomocą cyfrowego systemu telekomunikacyjnego, ciągły sygnał mowy musi zostać zdyskretyzowany w czasie oraz w poziomie. W tym celu przetwornik analogowo-cyfrowy próbkuje sygnał z częstot­liwością próbkowania/, a następnie każdej próbce zostaje przypisana sekwencja binarna. Przykładem takiego działania jest stosowany w standardowej telefonii cyfrowej koder PCM, który próbkuje sygnał analogowy uzyskany z mikrofonu z częstotliwością / = 8 kHz a następnie próbkom przyporządkowuje sekwencje ośmiobitowe zgodnie ze znormalizowaną nieliniową charakterystyką. W wyniku dyskretyzacji w poziomie, realizowanej z określoną dokładnością zatraca się pewna część informacji zawarta w próbkowanej ciągłej funkcji czasu charakteryzującej np. sygnał mowy. Uwidacznia się to w postaci szumu kwantyzacji. Dla źródła sygnałów mowy nieliniowy układ przyporządkowania sekwencji binarnych może być rozumiany jako koder źródła. Dzięki charakterystyce nieliniowej (kompresji) zastosowanej w tym przetwarzaniu, uwzględ­niającej własności dynamiczne ucha ludzkiego, potrzeba 8 bitów do reprezentacji jednej próbki. Gdyby przetwarzanie to było liniowe, długość słowa reprezentującego próbkę i zapewniającego porównywalną jakość skwantowanego sygnału wynosiłaby 12--13 bitów. Innym przykładem kodera źródła sygnału mowy jest koder DPCM, w którym, wykorzystując silną korelację kolejnych próbek sygnału, koduje się jedynie różnice pomiędzy nimi. Istnieją również bardziej zaawansowane metody kodowania sygnału mowy, które będą omawiane w paragrafie 1.3 oraz w rozdziałach dotyczących systemu GSM i telefonii bezprzewodowej.

Przykładem źródła wiadomości dyskretnych jest terminal komputera. Jako symbole wyjściowe źródła można rozumieć znaki numeryczne lub alfanumeryczne wysyłane przez terminal w postaci ciągów binarnych, np. w powszechnie stosowanym alfabecie ASCII. Nie jest to efektywny sposób reprezentacji znaków alfanumerycznych, niektóre z nich bowiem występują bardzo często, prawdopodobieństwo pojawienia się innych jest zaś niewielkie. Koder źródła dopasowuje ciągi binarne do własności statystycznych źródła. Coraz częściej stosuje się więc układy kompresji danych pozwalające na reprezentację wiadomości generowanych przez źródło w sposób efektywny, tj. za pomocą możliwie małej średniej liczby bitów przypadającej na wiadomość.

Rys. 1.1. Model cyfrowego systemu telekomunikacyjnego 18

Wiele kanałów transmisyjnych w wyniku zjawisk fizycznych w nich za­chodzących jest przyczyną powstawania błędów w odbiorniku. Objawiają się one tym, że binarne ciągi nadane i odtworzone w odbiorniku na podstawie odebranego sygnału różnią się między sobą. Aby poprawić lub co najmniej stwierdzić istnienie błędów w sekwencji binarnej, stosuje się koder (i odpowiednio w odbiorniku) dekoder kanałowy. Bity informacyjne uzupełnia się o pewną ilość odpowiednio dobranych bitów


dodatkowych. Bity te są sumą modulo 2 wybranych bitów informacyjnych. Stwarza się w ten sposób zależności algebraiczne pomiędzy bitami w sekwencji w taki sposób, aby przekłamanie niektórych z nich pozwalało na odtworzenie oryginalnej sekwencji nadanej (kodowanie z korekcją błędów) lub też wykrycie, że sekwencja ta została przez błędy zakłócona (kodowanie z detekcją błędów), co w ostatnim przypadku wskazuje na konieczność jej powtórnego nadania. Oba rodzaje kodowania wykorzystuje się w systemach radiokomunikacji ruchomej.

Modulator jest układem generującym sygnał sinusoidalny, którego parametry takie jak częstotliwość, amplituda lub faza są funkcją podawanego na jego wejście ciągu binarnego. Dzięki temu układowi sygnał niosący informację binarną jest umieszczony we właściwym paśmie częstotliwości i ma odpowiednio ukształtowane widmo. Jest to szczególnie istotna cecha dla systemów radiokomunikacyjnych, które powinny wykorzystywać przydzielone im zasoby widma elektromagnetycznego w sposób efektywny tak, aby nie zakłócać działania innym użytkownikom i aby dopuszczalna liczba użytkowników w przydzielonym im paśmie była możliwie duża. Widmo elektromagnetyczne jest bowiem zasobem deficytowym. Ze względu na mnogość systemów i potrzeb projektuje się urządzenia wykorzystujące coraz wyższe zakresy częstotliwości, co wymaga coraz bardziej wysublimowanej techniki. Rozdział widma elektromagnetycznego jest przedmiotem międzynarodowych uzgodnień.

Ściśle powiązanym z procesem modulacji zagadnieniem jest zasada wielodostępu do kanału transmisyjnego zapewniającego możliwość wykorzystania pasma przez wielu użytkowników. Proces ten można realizować na kilka sposobów. Pierwszy z nich to podział dostępnego pasma na podpasma, z których korzystają poszczególni użytkownicy (zasada wielodostępu z podziałem częstotliwości FDMA (Frec/uency Division Multiple Access)). Według drugiej metody użytkownicy stosują dostępne pasmo z podziałem czasu pomiędzy siebie (wielodostęp z podziałem czasowym TDMA (Time Division Multiple Access)). Można również korzystać z pasma w całej jego rozciągłości i w całym dostępnym czasie stosując jednak charakterystyczne dla każdego użytkownika sekwencje kodowe, dzięki którym sygnały poszczególnych użytkowników dają się w odbiorniku wyodrębnić z ich sumy (wielodostęp z podziałem kodowym CDMA (Code Division Multiple Access)).

Układ wysokiej częstotliwości działa w zakresie częstotliwości radiowych i wzmacnia sygnał radiowy do wymaganego poziomu. Jego szerokość pasma zależy od szybkości modulacji oraz przyjętej zasady wielodostępu. Częstym ograniczeniem układu wzmacniającego w systemach radiokomunikacji ruchomej jest jego energochłonność. Na przykład wzmacniacz radiowy telefonu komórkowego powinien konsumować możliwie małą energię, aby wydłużyć maksymalnie czas pomiędzy kolejnymi ładowaniami baterii. Z tej przyczyny wzmacniacz radiowy działa w dużym zakresie dynamiki również w nieliniowej części jego charakterystyki. Fakt ten ma poważne konsekwencje dla doboru modulacji stosowanych w radiokomunikacji. Dotychczas stosuje się modulacje mające stałą lub stosunkowo nieznacznie zmieniającą się obwiednię, aby zminimalizować wpływ nieliniowości charakterystyki wzmacniacza na powstawanie zniekształceń sygnału.

W przypadku systemu radiowego nadajnik emituje sygnał w przestrzeń za pomocą anteny. Od jej własności oraz od własności anteny odbiorczej zależą w dużej mierze własności kanału transmisyjnego. Szczególne znaczenie ma kierunkowość anteny oraz jej zysk. Zależy od nich zasięg systemu radiowego a zatem i jakość działania całego systemu. Chociaż ważna z punktu widzenia praktyki radiokomunikacyjnej, teoria anten pozostaje poza tematyką niniejszej książki. Tematyka ta jest z pewnością warta osobnego obszernego opracowania.

W odbiorniku zachodzą procesy odwrotne do tych realizowanych w nadajniku. Po wzmocnieniu w układzie odbiorczym wysokiej częstotliwości sygnał jest demodulowany. Proces ten zależy w dużej mierze od rodzaju zastosowanej modulacji i konkretnych własności kanału transmisyjnego. Dopuszczalny koszt odbiornika ma również wpływ na zastosowane rozwiązanie. W ogólności demodulator wydziela ze zmodulowanego sygnału sinusoidalnego sygnał o charakterze ciągów impulsów, na podstawie których detektor dokonuje decyzji dotyczących wartości symboli danych i zamienia je na sekwencję binarną.

Dekoder kanału, na podstawie wprowadzonych w nadajniku bitów nadmiarowych, a czasem również opierając się na dodatkowej informacji uzyskanej z detektora (towarzyszącej odebranej sekwencji binarnej), stara się znaleźć sekwencję kodową, a na jej podstawie informacyjną sekwencję binarną. Sekwencja ta jest z kolei przedmiotem dekodowania źródła. Przykładem dekodera źródła dla źródła wiadomości dyskretnych jest układ dekompresji danych odtwarzający oryginalny ciąg wiadomości lub w przypadku źródła sygnałów mowy układ syntezy próbek mowy, które po przetworzeniu cyfrowo--analogowym zostają podane do ujścia wiadomości — w tym przypadku do wzmacniacza akustycznego i głośnika.

1.3. Kodery i dekodery sygnału mowy

Rozpoczniemy od dokładniejszego opisu koderów źródła dla sygnałów analogowych, szczególnie dla sygnałów mowy. Jak wiemy, transmisja sygnałów mowy jest podstawową usługą telekomunikacyjną. W systemach analogowych sygnał odwzorowujący bezpośrednio falę głosową moduluje parametr sygnału sinusoidalnego — amplitudę w różnych systemach z modulacją amplitudy AM lub częstotliwość w przypadku zastosowania modulacji częstotliwości FM. Nowoczesne systemy telekomunikacyjne, w tym również systemy radiokomunikacji ruchomej przesyłają sygnały mowy metodami cyfrowymi,

1.7. Metody wielodostępu stosowane w radiokomunikacji ruchomej

Wielodostęp jest ważnym problemem w systemach telekomunikacyjnych, gdy więcej niż dwóch użytkowników dzieli się wspólnym zasobem, jakim jest pasmo kanału radiowego lub wspólny kanał kablowy (miedziany lub światłowodowy). Krótko wspomnieliśmy o tym problemie opisując model typowego cyfrowego systemu telekomunikacyjnego. Obecnie rozważymy go nieco dokładniej. Skoncentrujemy się na specyfice wielodostępu w systemach radiokomunikacji ruchomej.

W systemach radiokomunikacji ruchomej wspólne zasoby, jakimi jest pasmo elektromagnetyczne są zarządzane przez ciała administracyjne takie jak: Federalna Komisja Telekomunikacyjna (FCC — Federal Communications Commission) w USA, CEPT (Conference Europeene des Postes et Telecommunications) w Unii Europejskiej, czy też Urząd Regulacji Telekomunikacji i Poczty w Polsce.

Najstarszym rodzajem wielodostępu jest wielodostęp z podziałem częstotliwości (FDMA — Frequency Division Multiple Access). W metodzie tej pasmo całkowite przypisane systemowi jest podzielone na pewną liczbę przedziałów częstotliwości, które mogą być używane w indywidualnej transmisji pomiędzy dwoma użytkownikami systemu. Mogą też być stosowane w trybie rozsiewczym. Przedziały częstotliwościowe są zwykle na tyle wąskie, aby maksymalizować liczbę stworzonych kanałów i w konsekwencji liczbę użytkowników mogących równocześnie korzystać z systemu. Z drugiej strony, kanały powinny być wystarczająco szerokie, aby zapewnić wymaganą jakość transmisji. Jeśli transmisja ma charakter analogowy, wtedy metoda FDMA jest jedyną możliwą metodą wielodostępu, ponieważ gwarantuje ona ciągły w czasie dostęp do medium transmisyjnego wymagany w transmisji sygnałów analogowych. Na rys. 1.44 zilustrowano tę metodę. Jej charakterystyczną cechą jest istnienie pasm ochronnych pomiędzy sąsiadującymi kanałami, co przyczynia się do zmniejszenia liczby możliwych kanałów i efektywności widmowej systemu. Nadajniki i odbiorniki muszą być wyposażone w wysokiej jakości filtry kanałowe. Po stronie nadawczej filtry te kształtują widmo nadawanego sygnału tak, aby mieściło się ono w paśmie kanału. Po stronie odbiorczej filtry te wydzielają widmo sygnału z pożądanego kanału ograniczając tym samym zakłócenia od innych kanałów i szumów spoza pasma. Pewien problem powstaje wtedy, gdy moce dwóch sąsiadujących ze sobą kanałów różnią się zbytnio pomiędzy sobą. Stłumione listki boczne kanału odbieranego z dużą mocą mogą mieć porównywalny poziom z poziomem listka głównego kanału odbieranego z małą mocą w tym samym paśmie, przyczyniając się do poważnego spadku jakości odbioru sygnału słabego. Tak więc wymagana jest regulacja mocy transmitowanych sygnałów, aby uniknąć tego zjawiska.

Rys. 1.44. Ilustracja wielodostępu częstotliwościowego (FDMA)

Rys. 1.45. Ilustracja metody wielodostępu czasowego TDMA

Rys. 1.46. Ilustracja zasady wielodostępu kodowego (CDMA)

Wielodostęp z podziałem czasowym (TDMA — Time Division Multiple Access) jest kolejną metodą wielodostępu (rys. 1.45). Zamiast dostępu do fragmentu pasma przydzielonego systemowi, użytkownicy mogą transmitować swoje sygnały w całym paśmie, ale jedynie przez przydzielany im okresowo ułamek czasu (rys. 1.45). Podstawową jednostką czasu jest ramka. Jest ona podzielona na pewną liczbę szczelin czasowych. Maksymalna liczba użytkowników, którzy mogą być równocześnie obsługiwani, jest równa liczbie szczelin w ramce. Zazwyczaj jednak liczba użytkowników jest nieco mniejsza, ponieważ niektóre szczeliny czasowe są stosowane w celach sterowania, synchronizacji i utrzymania systemu. Z tego powodu ramki są często organizowane w struktury wyższego rzędu takie jak wieloramki, superramki itp. Charakterystyczną cechą metody TDMA jest konieczność kompresji danych użytkownika w krótkie bloki, które mieszczą się w przypisanych szczelinach czasowych. Jeśli ramka składa się z M szczelin, wtedy szybkość transmisji wewnątrz szczeliny czasowej musi być co najmniej M razy wyższa, niż szybkość danych pojedynczego użytkownika. W konsekwencji widmo sygnału TDMA jest co najmniej M-krotnie szersze w porównaniu z widmem ciągłego sygnału danych o tej samej szybkości. Z tego więc powodu widma na rys. 1.45 są znacznie szersze niż widma charakterystyczne dla metody FDMA pokazane na rys. 1.44. Podobnie jak dla metody FDMA, w której przedziały ochronne pomiędzy kanałami są zastosowane na osi częstotliwości, metoda TDMA stosowana w systemach radiowych wymaga czasowych przedziałów ochronnych pomiędzy blokami zajmującymi sąsiadujące szczeliny czasowe. Konieczność zastosowania przedziałów ochronnych wynika ze skończonego czasu włączania i wyłączania wzmacniaczy mocy, a także z możliwości różnych czasów propagacji sygnałów płynących od użytkowników komunikujących się z tą samą stacją bazową. Podobnie jak przedziały ochronne na osi częstotliwości w metodzie FDMA, również czasowe przedziały ochronne w metodzie TDMA zmniejszają efektywność pasmową w trybie TDMA.

W praktyce często stosuje się metodę hybrydową TDMA/FDMA, w której pewna liczba kanałów częstotliwościowych zajmuje pasmo przydzielone danemu systemowi, a z kolei oś czasu każdego z tych kanałów jest podzielona na szczeliny czasowe. Takie podejście zostało zastosowane zarówno w systemach komórkowych GSMjak i amerykańskim IS-54/136 oraz japońskim PDC.

Trzecią metodą wielodostępu jest metoda wielodostępu kodowego (CDMA — Code Division Multiple Access). Wspomnieliśmy już o jej istnieniu wyjaśniając zasadę działania systemów szerokopasmowych (z rozproszonym widmem). Zauważyliśmy już wtedy, że jeśli ciągi rozpraszające są tak wybrane, że ich korelacja wzajemna jest zerowa, sygnał wybranego użytkownika może być odzyskany z mieszaniny sygnałów generowanych przez innych użytkowników przez korelację otrzymanego sygnału z wybranym sygnałem odniesienia. Wszyscy użytkownicy zajmują to samo pasmo i transmitują w sposób ciągły swoje ciągi binarne w formie pseudolosowych sekwencji modulowanych przez ich dane informacyjne. Na rys. 1.46 przedstawiono symbolicznie zasadę wielodostępu CDMA. Podkreślmy, że metoda CDMA pozwala na idealne wyodrębnienie danych transmitowanych przez poszczególnych użytkowników wtedy, gdy zastosowane ciągi rozpraszające są idealnie ortogonalne. Niestety większość kanałów radiokomunikacyjnych charakteryzuje się zjawiskiem wielodrogowości (patrz rozdział 3), które powoduje utratę ortogonalności sygnałów na wejściu odbiornika. Znalezienie dużej liczby ciągów rozpraszających, które są równocześnie wzajemnie ortogonalne oraz ortogonalne względem swoich własnych przesunięć jest niezwykle trudnym zadaniem. W konsekwencji ortogonalność ciągów rozpraszających, w szczególności po przejściu przez kanał, nie jest idealna i ma negatywny wpływ na stosunek mocy sygnału do szumu w odbiorniku oraz na uzyskiwaną stopę błędów.

CDMA, podobnie jak poprzednie metody wielodostępu, jest często używana w kombinacji z innymi metodami takimi jak FDMA i TDMA. W przypadku zastosowania CDMA/FDMA pasmo całkowite przypisane systemowi jest podzielone na pewną liczbę pasm częstotliwościowych, z których w każdym stosuje się metodę CDMA. W przypadku zastosowania CDMA/TDMA rozpraszanie oraz wielodostęp kodowy mają miejsce w wydzielonych szczelinach czasowych pozostawiając tym samym pozostałe szczeliny innym użytkownikom działającym również w trybie CDMA/TDMA.

W ostatnich latach wprowadzono kolejną metodę wielodostępu wspierającą inne powyżej przedstawione metody. Jest to wielodostęp z podziałem przestrzennym (SDMA — Space Division Multiple Access). Działanie metody SDMA opiera się na zastosowaniu matryc antenowych, które dzięki sterowaniu elektronicznemu są w stanie syntetyzować silnie kierunkowe charakterystyki antenowe. Tak więc, jeśli użytkownicy są wystarczająco odseparowani od siebie kątowo, mogą używać te same kanały częstotliwościowe, szczeliny czasowe, ciągi rozpraszające albo kombinacje powyższych w zależności od tego, jaka jest główna metoda wielodostępu stosowana w systemie. Zastosowanie metody SDMA wywiera poważny wpływ na łączną jakość działania i pojemność systemu. Będzie ona szerzej przedyskutowana w rozdziale XVIII.

SYSTEMY TRANKINGOWE

Już od lat 60-tych istniała techniczna możliwość zapewnienia łączności radiowej poprzez wprowadzenie tzw. systemów dyspozytorskich.

Systemy trankingowe działają na świecie od początku lat 80-tych. Według stanu na koniec lat 90-tych większość systemów trankingowych działających w Europie i wielu krajach Azji działa wykorzystując standard MPT. Oprócz systemów trankingowy opartych na standardach MPT, znane są systemy oparte na standardzie Tetra, czy też opracowane bezpośrednio przez producentów.
Do tej ostatniej grupy możemy zaliczyć: StarSite, SmartNet II, SmartZone oraz Edacs. I tak np. system trankingowy SmartZone opracowany został przez firmę Motorola, a Edacs przez Ericssona.

Systemy trankingowe są rozwiązaniem technicznym problemu zapewnienia łączności radiowej dla grup użytkowników rozproszonych w terenie, a będących pracownikami jednego przedsiębiorstwa, np. służby energetyczne, gazownicze, wodociągowe, policja, pogotowie ratunkowe, czy też kolej. Trzeba w tym miejscu zaznaczyć, że połączenia nie muszą spełniać wygórowanych wymagań jakościowych, ale wymaga się od nich dużej niezawodności i szybkiego dostępu do usługi.

Grupy użytkowników, które zostały wymienione powyżej muszą liczyć się w każdej chwili z możliwością wystąpienia awarii, które wymagają bardzo szybkiej reakcji i usunięcia.

Zastosowanie systemów trankingowych jest dobrym rozwiązaniem, gdy teren dla rozwoju łączności przewodowej jest niedogodny. Z takimi sytuacjami mamy do czynienia w przypadku służb obsługi portów, lotnisk, czy też służb ochrony.

Dla wszystkich wymienionych wyżej grup pracowników możemy znaleźć cechy wspólne. Abonenci systemu są pracownikami tej samej firmy, która jest operatorem systemu i pokrywa koszty jego działania. W systemie pracuje pewna, zależna od potrzeb, liczba stacji ruchomych oraz jeden lub kilka terminali stałych, które obsługiwane są przez dystrybutorów. Większość rozmów odbywa się między dyspozytorem a abonentami obsługującymi stacje ruchome. Istnieje jednak możliwość uzyskania połączenia z abonentem publicznej sieci telefonicznej.

Co to jest tranking

Tranking od dawna jest używany w publicznej sieci telefonicznej. Jeżeli dzwonimy do innego miasta lub dzielnicy, nasza rozmowa jest przekazywana przez dowolną linię, ale jako abonenci nie wybieramy jej. Wszystko, co musimy zrobić, to tylko wybrać odpowiedni numer, a centrala telekomunikacyjna sama przydzieli nam wolną linię. Kiedy zakończymy rozmowę, linia jest przyznawana innemu dzwoniącemu. Innymi słowy, system automatycznie rozdziela ograniczona liczbę linii pomiędzy dużą liczbę abonentów.
Powyższe zasady stosują się również do trankingu radiowego. Po prostu wywołujemy rozmowę do innego użytkownika lub grupy użytkowników, a system przydziela wolny kanał do rozmowy. Kiedy skończymy rozmowę, kanał może być przydzielony innemu użytkownikowi.
Tranking w systemie radiowym stał się możliwy dzięki zastosowaniu mikroprocesorów zarówno w przenośnych, jak i samochodowych radiotelefonach oraz w centralnym kontrolerze. centralny kontroler jest sercem systemu trankingowego, utrzymującym całe jego działanie. On otrzymuje zgłoszenie chęci rozmowy, przetwarza je i ustala kontakt.
Przyjęta z telefonii koncepcja trankingu bazuje na teorii prawdopodobieństwa- jest mała szansa, że wszyscy użytkownicy w tym samym momencie będą chcieli korzystać z systemu. Dlatego wielu użytkowników może używać pewnej liczby kanałów bardziej efektywnie i sprawnie, niż gdyby każdy z nich był na stałe przydzielony do konkretnego kanału.
W dwukierunkowej łączności radiowej tranking jest zdefiniowany jako automatyczny i dynamiczny rozdział ograniczonej liczby kanałów pomiędzy dużą liczbę użytkowników radiotelefonów.

Porównanie radiowych systemów trankingowych i konwencjonalnych

Podstawowym założeniem trankingu jest efektywne wykorzystanie środków przesyłania informacji (kanałów) poprzez odpowiednie zarządzanie ruchem panującym w tym systemie.

Głównym celem systemu trankingowego jest optymalizacja liczby użytkowników na kanał, co prowadzi do lepszego wykorzystania spektrum częstotliwości. Pozwala to na wykorzystanie jednego kanału przez około 100 użytkowników na kanał, a czasami nawet więcej.. Ponadto radiowy system trankingowy oferuje użytkownikom 90% prawdopodobieństwo dostępu do kanału w czasie 1 sekundy lub mniejszym.

Wzrost możliwości natychmiastowego uzyskania kanału w porównaniu z konwencjonalnymi systemami radiowymi jest najbardziej atrakcyjną korzyścią trankingu.

W przeciwieństwie do konwencjonalnej łączności radiowej użytkownicy nie muszą monitorować kanałów, co umożliwia zachowanie prywatności rozmów. Użytkownik inicjuje rozmowę do konkretnego radiotelefonu bądź grupy radiotelefonów. radiotelefon wywołujący i wywoływany lub wywoływana grupa są automatycznie przez centralny kontroler przydzielani do pierwszego wolnego kanału.

Grupy użytkowników, które potrzebują łączności, mogą rozmawiać całkowicie prywatnie, ponieważ mają przydzielony kanał tylko do własnej dyspozycji, aż do zakończenia rozmowy. Jednocześnie nie muszą ubiegać się o przydział częstotliwości i ponosić kosztów związanych z ich dzierżawą, jak to ma miejsce w przypadku konwencjonalnej łączności radiowej.

W przypadku uszkodzenia jednego z kanałów, rozmowy są automatycznie kierowane do pozostałych, a kanał uszkodzony zostaje wyłączony z użycia do czasu jego naprawy. Ponieważ żaden radiotelefon nie jest na stałe przypisany do konkretnego kanału, tylko są one rozdzielane według potrzeb, sytuacja taka nie jest zauważalna dla użytkownika.

Koncepcja systemów trankingowych

Technika trankingu pozwala na zwiększenie efektywności wykorzystania ograniczonej liczby kanałów radiowych. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu automatycznego i dynamicznego przydzielania wspólnego zbioru kanałów radiowych znacznie większej liczbie użytkowników, niż liczba dostępnych kanałów. Przykładowo weźmy N grup użytkowników, z których każda dysponuje jednym kanałem częstotliwościowym. W klasycznych systemach dyspozytorskich jeśli w pewnym momencie w niektórych grupach użytkowników jest więcej niż jeden chętny do uzyskania dostępu do kanału, a w innych grupach pozostają w tej chwili niewykorzystane kanały, to i tak niektóre żądania dostępu do kanału nie zostaną obsłużone, ponieważ nie ma w tych systemach dynamicznego przydziału kanałów z pewnej ich dostępnej grupy. Natomiast w systemach trankingowych mamy wspólną kolejkę dla wszystkich kanałów i jeśli abonent żąda dostępu do kanału, to zostanie obsłużony, gdy tylko jest wolny jakikolwiek kanał. Gdy łączna liczba żądań obsługi w danej chwili nie przekroczy ilości dostępnych kanałów, to wszystkie żądania zostaną obsłużone. Za dostęp do kanałów odpowiada pewna procedura sterująca procesem kolejkowania abonentów żądających obsługi. W systemach trankingowych właścicielem i operatorem systemu może być sam użytkownik lub wyspecjalizowana firma operatorska świadcząca usługi na rynku publicznym. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z prywatnym systemem trankingowym, a w drugim z publicznym systemem trankingowym

Klasyfikacja

Jeden z podziałów systemów trankingowych dotyczy administrowania i pod tym względem wyróżniamy sieci publiczne oraz sieci prywatne.

Sieci publiczne przeznaczone są dla grup użytkowników nie powiązanych ze sobą i nie wymagających łączności między poszczególnymi grupami. Użytkownicy sieci publicznej stają się abonentami systemu po wykupieniu abonamentu na usługę u wyspecjalizowanego operatora. Użytkownikami sieci publicznych są najczęściej odbiorcy zbiorowi działający na ograniczonym obszarze, np. firmy transportowe, usługowe, służby miejskie. Dla takich użytkowników najważniejsza nie jest jakość połączenia, lecz nieduży koszt, prywatność połączeń oraz dostęp do publicznej sieci telefonicznej.

Sieci prywatne są przeznaczone wyłącznie dla określonego użytkownika, np. policja, straż pożarna. Użytkownicy są właścicielami danej częstotliwości oraz systemu trankingowego. Użytkownicy sami eksploatują i zabezpieczają swoją sieć. Najważniejszymi wymogami stawianymi w sieciach prywatnych są: szybki dostęp do kanału radiowego oraz niezawodność pracy systemu, nawet w bardzo trudnych warunkach.

Systemy trankingowe działają w oparciu o pewne standardy, przy czym najbardziej znanymi są MPT (ang. Ministry of Post and Telecommunications) oraz Tetra (ang. TransEuropean Trunked Radio).

Standard MPT zaproponowany został przez Brytyjskie Ministerstwo Przemysłu i Handlu pod koniec lat 80-tych. W ramach tego standardu powstało kilka powiązanych ze sobą norm. Są to: MPT 1327, MPT 1343, MPT 1352. Rosnące zapotrzebowanie na nowe usługi w systemach trankingowych oraz potrzeba efektywnego wykorzystania dostępnego pasma i wymóg współdziałania narodowych służb publicznych doprowadziły w roku 1990 do rozpoczęcia prac w ramach ETSI zmierzających do opracowania nowoczesnego standardu cyfrowego, któremu nadano nazwę Tetra. Należy również wspomnieć o systemach trankingowych opracowanych bezpośrednio przez producentów sieci trankingowych, czyli Star Site, SmartNet II, SmartZone, Edacs.

Zalety

Systemy trankingowe posiadają wiele zalet powodujących, że ich zastosowanie jest często bardzo dobrym rozwiązaniem dla wielu grup użytkowników. Zalety te możemy dostrzec bardzo wyraźnie, gdy dokonujemy porównania z systemami trankingowymi. Poniżej przedstawiono zalety systemów trankingowych, co nie oznacza, iż nie posiadają one żadnych wad.

Pierwszą zaletą jest duża pojemność systemu przy ustalonej liczbie kanałów, co pozwala uzyskać wysoką efektywność wykorzystania widma. Możemy zredukować liczbę kanałów wymaganych do obsługi grupy użytkowników i obniżyć koszty połączeń.

Druga zaleta związana jest z wysoką niezawodnością systemów trankingowych, ponieważ awaria pojedynczego kanału powoduje jedynie spadek jakości oferowanych usług, nie blokuje jednak połączeń w żadnej grupie użytkowników. Mówiąc o spadku jakości usługi mamy na myśli np. wydłużenie czasu oczekiwania na przydział kanału, niezbędny do uzyskania połączenia.

Kolejną zaletą jest możliwość dogodnej realizacji priorytetowania rozmów. W przypadku utworzenia wspólnej kolejki abonentów wymagających obsługi o kolejności może decydować kolejność zgłoszeń, a także priorytet żądania.

Ponadto w systemach trankingowych mamy prywatność prowadzonych rozmów. W trakcie trwania rozmowy żaden inny użytkownik systemu nie może przełączyć się na inny, zajęty wcześniej przez innych abonentów, kanał. W związku z tym nie ma możliwości zakłócania lub podsłuchiwania zestawionego wcześniej połączenia dla innej grupy użytkowników. Jest to często bardzo ważny czynnik wymagany przez poszczególne grupy użytkowników.

Usługi w systemach trankingowych dostępne są dla dużych grup użytkowników, którzy generują duży ruch, a także dla grup mniejszych, generujących odpowiednio mniejszy ruch. Wszyscy użytkownicy mogą korzystać z publicznych systemów trankingowych.

Do zalet należy zaliczyć również elastyczność systemu, tzn. że w przypadku powiększenia się liczby użytkowników nie ma żądnych kłopotów z zaspokojeniem ich potrzeb.

Charakterystyczna dla systemów trankingowych jest prosta obsługa związana z brakiem konieczności przeszukiwania kanałów częstotliwościowych. Konieczność taka występuje w systemach dyspozytorskich, które dysponują kilkoma kanałami częstotliwościowymi.

Perspektywy rozwoju systemów trankingowych

Systemy trankingowe działają w Polsce już od roku 1991, kiedy to powstała sieć Radio-Net, której operatorem jest spółka Uni-Net. Pracuje ona wykorzystując standardy MPT. Na dzień 1 stycznia 2000 roku system ten dysponował około 47 stacjami bazowymi zlokalizowanymi w większych miastach Polski. Oprócz sieci Radio-Net, powstały także dwie sieci o mniejszych zasięgach, czyli sieć Metrobip działająca w kilku miastach Polski, w której wykorzystano system firmowy Motoroli StartSite, oraz sieć Akselnet działająca na Śląsku, wykorzystująca standardy MPT. Wszystkie wymienione powyżej sieci mają nieciągłe pokrycie radiowe i oferują łączność w większych aglomeracjach miejskich i ich bezpośredniej okolicy. Poza wymienionymi już sieciami publicznymi, w Polsce działają także sieci prywatne. Należą do nich oparty na standardach MPT system AktionNet firmy Nokia używany przez Petrochemię w Płocku, czy system Digicom firmy Alcatel wykorzystywany przez energetykę, system Key firmy Key Radiosystems używany przez PLL LOT, a taką system trankingowy Edacs firmy Ericsson wykorzystywany przez policję.

Wadą wspomnianych wyżej publicznych systemów trankingowych w Polsce było przede wszystkim niedostateczna liczba abonentów. Optymistyczne prognozy dotyczące szybkiego wzrostu liczby abonentów w tych systemach nie zostały spełnione. Na taki stan rzeczy wpłynęło wiele czynników, w tym przede wszystkim brak dłuższej tradycji stosowania łączności przez średnie i małe firmy, a dla nich głównie przeznaczone są publiczne sieci trankingowe.

Problemy operatorów sieci prywatnych mają inny charakter. Operatorzy finansowani z budżetu państwa, tacy jak policja służby celne, czy też straż pożarna, nie dysponują dostatecznymi środkami co opóźnia wprowadzenie nowych generacji systemów łączności. Operatorzy prywatni, tacy jak energetyka mają niekiedy wrażenia, iż brak jest systemu w pełni odpowiadającym wymaganiom XXI wieku. Analogowe systemy pierwszej generacji stają się systemami już przestarzałymi, rozwiązania firmowe poszczególnych producentów nie są również bardzo perspektywiczne, a prawdziwy standard drugiej generacji (Tetra) nie jest jeszcze standardem stosowanym powszechnie w naszym kraju.

Opinie ekspertów dotyczące perspektywy rozwoju systemów trankingowych na świecie są bardzo rozbieżne. Głównym powodem tego jest szybkie rozprzestrzenianie się i poszerzanie wachlarza usług oferowanych przez systemy telefonii komórkowej. Z jednej strony, służby publiczne w każdym kraju mają specyficzne wymogi, dlatego trudno jest sobie wyobrazić, aby korzystały one z publicznych systemów komórkowych, nawet po uzupełnieniu ich o priorytetowanie rozmów, wywołania grupowe i rozbudowaną transmisję danych. Z drugiej strony, dla potencjalnych abonentów trankingowych systemów publicznych zmodyfikowane, masowe, a przez to bardzo tanie systemy komórkowe mogą stanowić w niedalekiej przyszłości bardzo atrakcyjną alternatywę dla systemów trankingowych. Odpowiada to tendencji do tworzenia telekomunikacyjnych systemów zintegrowanych, w których ta sama infrastruktura oferuje możliwie szeroki zakres usług. Wydaje się więc, że przyszłość standardu Tetra jest bezdyskusyjna przynajmniej w zakresie jego stosowania w policji, czy służbach ratowniczych. Należy w tym miejscu zaznaczyć, że większość państw EWG zadeklarowała już przejście w przyszłości policji w tych krajach na standard Tetra. Jednak na wyjaśnienie tematów dotyczących perspektyw rozwoju ”cywilnych” systemów trankingowych przyjdzie nam zapewne poczekać jeszcze przez pewien okres czasu.

Słownik skrótów

AC - Address Codeword
CCSC - Control Channel System Codeword
CT - Cordless Telephony
DAMPS - Digital Advaced Mobile Phone System
DCS 1800 - Digital Cellular System at 1800 MHz
DECT - Digital Enhanced Cordless Telecommunications
DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying
EDACS - Enhanced Digital Access Communication System
ERMES - European Radio Message System
ETSI - European Telecommunication Standard Institute
FDMA - Frequency Division Multiple Access
FFSK - Fast Frequency Shift Keying
GSM - Global System for Mobile Communications
HIPERLAN - HIgh PErformance Radio Local Area Network
INMARSAT - INternational MARitime SATelite organisation
ISDN - Integrated Services Digital Network
JDC - Japanese Digital Cellular
MPT - Ministry of Post and Telecommunications
NMT - Nordic Mobile Telephony
PAMR - Public Access Mobile Radio
PMR - Private Mobile Radio
POCSAG - Post Office Code Standarisation Advisory Group
SIM - Subscriber Identify Module
TACS - Total Access Communication System
TDMA - Time Division Multiple Access
TETRA - TransEuropean Trunked Radio
TETRA POD - TransEuropean Trunked Radio Packet Optimized Data01
TETRA VD - TransEuropean Trunked Radio Voice plus Data

System MPT

Wprowadzenie

W ramach standardu MPT powstało kilka norm:

MPT 1327 - standard sygnalizacyjny określający sposób komunikowania się przenośnych
terminali ze stacjami bazowymi

MPT 1343 - opis styku radiowego dla publicznych sieci trankingowych

MPT 1352 - propozycja procedury testów przeznaczonych do homologacji przenośnych
terminali używanych w sieciach trankingowych.

Spośród wymienionych wyżej standardów z rodziny MPT bardzo ważną rolę spełnia MPT 1327. Definiuje on protokół komunikacyjny pomiędzy sterownikiem systemu trankingowego ze stacjami ruchomymi. Standard ten umożliwia transmisję mowy oraz danych o przepływności 1200 bit/s z normalnym oraz podwyższonym priorytetem. Odbiorcą wiadomości nadawanej przez abonenta sieci trankingowej może być inny indywidualny użytkownik, grupa użytkowników, lub abonent publicznej sieci telefonicznej.

Parametry systemów trankingowych przy wykorzystaniu standardu MPT 1327:

szerokość kanałów radiowych 12,5 kHz

możliwość pracy dupleksowej z odstępem między kanałami 8 MHz
    ( Polska - 10 MHz )

zakres częstotliwości odbioru wiadomości przez terminale 193,5 - 199,4875 MHz
   ( Polska - 427-430 MHz i 468-469 MHz )

zakres częstotliwości nadawania wiadomości przez terminale 201,5 - 207,4875 MHz
   ( Polska - 417-420 MHz i 458-459 MHz )

analogowa modulacja fazy dla transmisji sygnału mowy

modulacja FFSK (Fast Frequency Shift Keying) dla danych

przepływność 1200 bit/s

W standardzie MPT 1327 zdefiniowano dwa typy kanałów logicznych: kanały rozmówne oraz sygnalizacyjne. Kanały rozmówne przeznaczone są przesyłania sygnałów mowy, natomiast kanał sygnalizacyjny wykorzystywany jest do transmisji informacji systemowych oraz do transmisji danych. W związku z tym jest on niezbędny do przesyłania sygnałów służących do zestawiania, nadzorowania i rozłączania połączeń. Kanał sygnalizacyjny może być zrealizowany z wykorzystaniem kanału fizycznego wydzielonego lub współdzielonego. System trankingowy z wydzielonym kanałem sygnalizacyjnym charakteryzuje się tym, że posiada jeden kanał stale dostępny wyłącznie dla sygnalizacji. W systemach ze współdzielonym kanałem sygnalizacyjnym układ sterowania sieci umożliwia użycie jednego kanału do celów sygnalizacyjnych oraz jako kanału rozmównego, jeśli wszystkie pozostałe kanały rozmówne są już zajęte.

Kanały sygnalizacyjne są podzielone na szczeliny o długości 106,7 ms. Każdej szczelinie odpowiada jeden 128-bitowy komunikat, który jest podzielony na dwa pola 64-bitowe. Pierwsze pole zawiera tzw. słowo systemowe kanału sygnalizacyjnego CCSC (ang. Control Channel System Codeword)., które umożliwia identyfikację systemu oraz synchronizację terminali. Drugie pole to tzw. słowo adresowe AC (ang. Address Codeword) zawierające treść komunikatu.

W standardzie MPT 1327 dostęp do kanału transmisyjnego oparty jest na algorytmie ALOHA

Działanie algorytmu wielodostępu w systemach trankingowych opartych na standardach MPT nie odbiega od procedury ALOHA. Na polecenie odpowiednich modułów sterujących pracą systemu trankingowego, poszczególne stacje bazowe wysyłają w kanale sygnalizacyjnym cyklicznie ponawiany komunikat ALOHA. Sygnał ten stanowi zachętę dla terminali do wysyłania zgłoszeń. Z sygnałem ALOHA skojarzony jest parametr określający liczbę następujących po nim wolnych szczelin. Po odbiorze sygnału ALOHA, terminal żądający dostępu do kanału rozmównego wybiera szczelinę. Wybór szczeliny następuje w sposób losowy. Następnie w wybraną szczelinę wysłane zostaje zgłoszenie danego terminala. W przypadku braku potwierdzenia otrzymania wiadomości przez sterownik systemu terminal po pewnym czasie ponawia swoją próbę wysłania zgłoszenia. Długość tego okresu ustalana jest w sposób losowy.

Moduł sterujący systemu na bieżąco optymalizuje działanie systemu przez zmianę liczby wysyłanych szczelin w zależności od panujących warunków ruchowych. Wraz ze zwiększeniem się ruchu w systemie zwiększa się liczba wysyłanych szczelin. W celu minimalizacji prawdopodobieństwa kolizji, system może w sygnale ALOHA zezwolić na transmisję zgłoszeń tylko o określonym priorytecie lub pochodzących od terminala o podanym numerze identyfikacyjnym.

W sieciach trankingowych opartych na protokole MPT 1327 można zrealizować następujące usługi:

transmisję sygnału mowy w trybie pół dupleksowym lub dupleksowym,

transmisję danych z przepływnością 1200 bit/s,

transmisję sygnałów alarmowych,

nadawanie połączeniom różnych priorytetów (normalny lub podwyższony),

zestawianie połączeń indywidualnych i grupowych,

połączenia z publiczną siecią telefoniczną,

przekazywanie rozmów na inny numer.

Każdy z terminali posiada 20-bitowy numer składający się z 7-bitowego prefiksu oraz 13-bitowego numeru lokalnego. Terminale używane przez jedną grupę użytkowników posiadają ten sam prefiks. Rozwiązanie takie pozwala realizować wywołania w ramach tej samej grupy użytkowników przy użyciu jedynie numerów skróconych.

W systemie MPT 1327 istnieje możliwość zestawienia połączenia indywidualnego z użytkownikiem należącym do tej samej grupy, indywidualnego z użytkownikiem należącym do innej grupy, połączenia grupowego oraz połączenia służącego transmisji danych.

Podczas zestawiania połączenia, abonent wywołujący musi podać swój numer identyfikacyjny oraz numer abonenta wywoływanego. W przypadku połączenia z użytkownikiem należącym do tej samej grupy, nadawca wysyła najpierw numer prefiksu będący taki sam dla całej grupy, następnie podaje numery lokalne: swój oraz abonenta wywoływanego. Numery mieszczą się w jednym słowie adresowym.

Zestawienie połączenia

Zasada zestawiania połączenia składa się z następujących kroków:

Stacja bazowa nadaje sygnał ALOHA.

Terminal losowo wybiera szczelinę i nadaje w niej sygnał REQUEST zawierający wspólny prefiks
oraz numery lokalne: abonenta wywołującego oraz wywoływanego.

Moduł sterujący systemu sprawdza osiągalność abonenta wywoływanego poprzez wysłanie do
niego sygnału AHOY. Sygnał ten stanowi także potwierdzenie odbioru sygnału REQUEST przez
moduł sterujący, jak również zabrania innym terminalom dostępu do systemu w następnej
szczelinie.

Terminal wywoływany odpowiada przy pomocy sygnału ACKNOWLEDGE na sygnał AHOY.

Sterownik wysyła do obu terminali (wywołującego i wywoływanego) sygnał GO TO CHANNEL n,
który jest poleceniem przejścia na kanał radiowy o numerze n. Sygnał zostaje wysłany dwa
razy w celu zwiększenia prawdopodobieństwa jego poprawnego odbioru.

Po przydzieleniu kanału rozmównego procedura sygnalizacyjna kończy się i rozpoczyna się
transmisja sygnałów pomiędzy użytkownikami.

Algorytm ALOHA

W standardzie MPT 1327 dostęp do kanału transmisyjnego oparty jest na algorytmie ALOHA. Do najczęściej wykorzystywanych komunikatów należą:

ALOHA - komunikat wysyłany w kanale “w dół” przez stację bazową, stanowi zachętę dla
wszystkich terminali do wysyłania zgłoszenia w kanale “w górę”. Komunikat ALOHA przesyłany
jest wraz z parametrem określającym liczbę wolnych szczelin

AHOY + adres - komunikat wysyłany w kanale “w dół” stanowiący zapytanie o gotowość do
przyjęcia zgłoszenia przez konkretny terminal

REQUEST - komunikat wysyłany w kanale “w górę” będący żądaniem zestawienia połączenia

ACKNOWLEDGE - komunikat wysyłany w kanale “w dół” oraz w kanale “w górę” stanowiący
potwierdzenie odbioru sygnału REQUEST lub AHOY

GO TO TRAFFIC CHANNEL n - komunikat wysyłany w kanale “w dół”, zawierający numer
kanału rozmównego, w którym będzie zestawione połączenie

System Edacs

Wprowadzenie

System Edacs (ang. Enhanced Digital Access Communication System) oferowany przez firmę Ericson jest systemem trankingowym umożliwiającym cyfrową transmisję danych oraz cyfrową lub analogową transmisję sygnałów mowy w kanale radiowym. System został zaprojektowany dla specyficznych zastosowań, w których szczególnie ważna jest m.in.:

niezawodność działania systemu podczas pracy w niesprzyjających warunkach, w tym także w czasie klęsk żywiołowych, w warunkach nie w pełni sprawnej infrastruktury, itp.

zapewnienie łączności na rozległym obszarze

hierarchiczna struktura łączności dająca się dopasować do struktury przedsiębiorstwa

poufność przekazywanych rozmów

System znalazł zastosowanie, jako prywatny system łączności radiowej, w takich służbach jak policja, straż pożarna, energetyka, gazownictwo, ochrona portów lotniczych, może być też wykorzystywany jako publiczny system łączności radiowej świadczący usługi dla mniejszych firm lub przedsiębiorstw.

 Architektura i działanie systemu EDACS

System Edacs został zaprojektowany dla konfiguracji, w której ze wspólnej sieci łączności korzysta pewna liczba instytucji, organizacji lub firm, z których każda posiada w sieci starannie określoną autonomię, ale także wzajemne połączenia. Kilka lub kilkanaście systemów Edacs można połączyć w jedną sieć Edacs.

W konfiguracji podstawowej system Edacs składa się z jednej stacji bazowej oraz przenośnych , przewoźnych lub stacjonarnych terminali użytkowników.

Stacja bazowa pełni zarówno funkcje związane z transmisją i odbiorem sygnałów radiowych, jak również funkcje sterujące związane np. z przydzielaniem kanałów radiowych. Stacja bazowa jest wyposażona w jeden kanał sygnalizacyjny oraz w kanały rozmówne, razem maksymalnie 20 kanałow. W przypadku awarii kanału sygnalizacyjnego, każdy kanał rozmówny jest w stanie przejąć jego funkcję- tę wymienność funkcji realizuje się dzięki wyposażeniu każdego kanału radiowego w specjalny sterownik. Takie działanie stacji bazowej istotnie zwiększa niezawodność systemu.

Opisana powyżej podstawowa konfiguracja systemu, utworzonego wokół pojedynczej stacji bazowej, może być modyfikowana w celu zwiększenia odporności systemu na uszkodzenia oraz liczby dostępnych usług. W systemie Edacs zdefiniowano cztery możliwości stopniowego wzbogacania możliwości systemu polegające na:

dołączeniu sterownika stacji bazowej i stanowiska zarządzania systemem

dołączeniu konsoli dyspozytora

dodaniu szyfrowania sygnałów w kanale radiowym

zwiększeniu zasięgu radiowego systemu.

Po dodaniu do podstawowej konfiguracji systemu sterownika stacji bazowej oraz stanowiska zarządzania systemem, funkcje zarządzania systemem są realizowane zarówno przez sterownik stacji bazowej, jak i sama stację bazową. W przypadku awarii sterownika systemu przechodzi do pracy w konfiguracji podstawowej. Konsola operatora pozwala dyspozytorowi na utrzymanie łączności z kilkoma grupami użytkowników równocześnie, a dodanie szyfrowania zwiększa bezpieczeństwo przesyłanych sygnałów.

Zwiększenie zasięgu radiowego systemu może odbywać się w następujący sposób:

przez zastosowanie techniki odbioru zbiorczego (ang. voting system)

przez równoczesny odbiór i nadawanie za pomocą kilku różnych stacji bazowych (ang. simulcast transmission)

Moc nadawanego sygnału przez stacje bazowe jest większa niż moc sygnałów wysyłanych przez terminale radiowe, może więc się zdarzyć, że terminal odbiera sygnał od stacji bazowej, natomiast stacja bazowa nie jest w stanie odebrać sygnału z terminala. W systemie Edacs, w takiej sytuacji, zasięg nadawczy terminali radiowych można zwiększyć stosując równoczesny odbiór sygnału radiowego przez kilka stacji bazowych. W strefie zasięgu stacji bazowej umieszcza się wówczas pewną liczbę pomocniczych stacji bazowych pełniących tylko funkcje odbiorcze. Poszczególne stacje bazowe połączone sa łączami stałymi z centrum dyspozytorskim. Pomocnicze stacje bazowe wysyłają odebrane sygnały, cyfrowe lub analogowe, do centrum dyspozytorskiego, gdzie na ich podstawie odtwarza się sygnał nadany przez terminal. Następnie sygnał ten jest przesyłany do właściwej stacji bazowej.

Drugie rozwiązanie pozwala zwiększyć zasięg systemu przez zwiększenie liczby stacji bazowych. Te same analogowe lub cyfrowe informacje nadawane są z kilku stacji bazowych równocześnie i na tej samej częstotliwości radiowej, bez podziału czasowego. Każda stacja bazowa podłączona jest łączami stałymi do centralnego sterownika. Ułatwia to uzyskanie pełnego pokrycia radiowego na większych obszarach w warunkach, w których stworzenie klasycznego planu częstotliwości, typowego dla systemów komórkowych, jest niemożliwe lub niecelowe. W kierunku odbiorczym system działa w ten sam sposób jak omówiony wcześniej system z odbiorem zbiorczym.

Przedstawione powyżej konfiguracje dotyczyły pojedynczego systemu, zbudowanego wokół jednej stacji bazowej. Jeśli zasięg jednej stacji bazowej nie wystarcza do pokrycia obszaru, na którym mają być dostępne usługi, tworzy się sieć. Sieć łączy ze sobą systemy pracujące w tych samych lub różnych konfiguracjach za pomocą dodatkowego sterownika sieci. W ramach sieci użytkownicy mogą przemieszczać się z jednego systemu do drugiego oraz generować połączenia międzysystemowe. Sterownik sieci jest odpowiedzialny za kierowanie połączeń między systemami oraz za śledzenie ruchu abonentów.

Organizacja łączności w systemie Edacs opiera się na hierarchicznej strukturze tzw. grup użytkowników. Przykładowo na najwyższym poziomie znajduje się system obejmujący swoim zasięgiem wszystkie służby miejskie, a dalej następuje trzypoziomowy podział hierarchiczny na kolejne, coraz mniejsze grupy użytkowników. Jak więc widzimy, system dzieli się na podzespoły pierwszego poziomu, w szczególności mogą to być policja, czy straż pożarna. Dalej następuje podział na podzespoły drugiego poziomu, np. w przypadku policji mogą to być poszczególne komendy policji w mieście, oraz podzespoły trzeciego poziomu, którym mogą odpowiadać wydziały w danej komendzie policji, np. wydział drogowy, wydział przestępstw gospodarczych, czy laboratorium kryminalistyki.

Na najniższym poziomie znajdują się terminale użytkowników. Pełen adres systemowy zawiera 14 bitów, tak więc przestrzeń adresowa zawiera ponad 16 tysięcy kombinacji. Aby zrealizować wywołanie grupowe, należy wybrać 11-bitowy adres grupy GID, który tworzą adres podzespołu pierwszego poziomu (maks. 5 bitów), adres podzespołu drugiego poziomu (min. 1 bit) oraz adres podzespołu trzeciego poziomu (min. 2 bity). W systemie Edacs struktura grup wpisana jest w system sygnalizacyjny. Innym rozwiązaniem mogłoby być dynamiczne łączenie odpowiednich podzespołów w przypadku wywołania grupowego. Do tego celu musiałaby jednak istnieć centralna baza danych przechowująca informacje o istniejących podzespołach. Jednak w przypadku krytycznym zerwanie łączności pomiędzy bazą danych a systemem uniemożliwiłoby zestawienie połączenia.

Transmisja w kanale radiowym

System Edacs dostępny jest w wersji szerokokanałowej oraz wąskokanałowej. W wersji szerokokanałowej odstęp pomiędzy sąsiednimi kanałami częstotliwościowymi wynosi 25 kHz lub 30 kHz, a w wersji wąskokanałowej kanały mają szerokość 12,5 kHz. System Edacs może pracować w wersji szerokokanałowej w kilku pasmach częstotliwości: 136-174 MHz, 403- 515 MHz, 806-870 MHz. Wersja wąskokanałowa dostępna jest tylko w paśmie 896-941 MHz.

System umożliwia trzy rodzaje transmisji:

transmisję analogowego sygnału mowy

transmisję cyfrowego sygnału mowy

cyfrową transmisję danych.

Analogowy sygnał mowy może być transmitowany zarówno w wersji szeroko- jak i wąskokanałowej, sygnalizację realizuje się wówczas cyfrowo z przepływnością 9600 bit/s. transmisja danych oraz cyfrowo zakodowanej mowy w wersji szerokokanałowej odbywa się także z prędkością 9600 bit/s. Kodowany cyfrowo sygnał mowy jest dodatkowo szyfrowany przy użyciu jednego z kilku algorytmów kryptograficznych. W wersji wąskokanałowej nie jest możliwa cyfrowa transmisja sygnału mowy, a dane przesyła się z prędkością 4800 bit/s.

Usługi oferowane przez system EDACS

W zależności od konfiguracji, system umożliwia zestawianie połączeń pomiędzy terminalami oraz połączeń dyspozytorskich pomiędzy terminalem lub terminalami radiowymi i konsolą dyspozytorską. Możliwe są cztery rodzaje połączeń:

połączenia grupowe,

połączenia grupowe alarmowe,

połączenia indywidualne,

połączenia systemowe.

Połączenia grupowe w systemie Edacs są usługą typową dla systemów trankingowych. W zależności od adresu grupy mogą być one zestawiane na trzech poziomach. Połączenia grupowe są dostępne we wszystkich trzech rodzajach transmisji: przy analogowej i cyfrowej transmisji mowy oraz przy cyfrowej transmisji danych.

Połączenia alarmowe generowane są po naciśnięciu odpowiedniego przycisku w terminalu. System po rozpoznaniu zgłoszenia alarmowego przydziela połączeniu wolny kanał lub w przypadku braku wolnych zasobów wstawia zgłoszenie alarmowe na początek kolejki zgłoszeń oczekujących na wolny kanał rozmówny. W przypadku zwykłych połączeń rozmównych stosuje się przydzielanie kanału rozmównego jedynie na czas rzeczywistej transmisji w danym kierunku. W przypadku połączeń alarmowych stosuje się przydział kanału radiowego na cały czas trwania połączenia. Połączenia alarmowe zestawiane są do dyspozytora oraz do innych członków grupy. Tylko dyspozytor lub terminal z odpowiednimi uprawnieniami mogą zakończyć grupowe połączenie alarmowe.

Połączenie indywidualne pozwala na prowadzenie rozmowy między dwoma terminalami, która nie jest słyszalna przez innych użytkowników systemu. Połączenie indywidualne może zostać zestawione przez dyspozytora lub przez odpowiednio wyposażony terminal. Połączenia takie dostępne są dla analogowej i cyfrowej transmisji mowy oraz dla cyfrowej transmisji danych.

Połączenia systemowe umożliwiają operatorowi systemu (ang. supervisor), wyposażonemu w terminal z zaprogramowanymi odpowiednimi uprawnieniami, nawiązać natychmiastową łączność ze wszystkimi użytkownikami w systemie. Wygenerowanie połączenia systemowego powoduje przerwanie wszystkich realizowanych połączeń i zestawienie pojedynczego kanału do wszystkich użytkowników w systemie. Połączenia systemowe mogą być wykonywane tylko dla analogowej transmisji mowy.

TETRA

Charakterystyka

Standard Tetra (ang. TransEuropean Trunked Radio) jest europejskim standardem cyfrowym i dotyczy łączności trankingowej. Opracowany został w roku 1992 przez ETSI (European Telecommunication Standard Institute). Głównym zadaniem twórców standardu Tetra było zdefiniowanie systemu, który mógłby być używany co najmniej w całej Europie. Zrealizowanie tego zadania wymagało znalezienia pasma częstotliwości dogodnego dla wszystkich krajów Europy, co w praktyce oznaczało dostęp choćby większości krajów Europy.
Standard ten został zaprojektowany w sposób, który umożliwia efektywne przesyłanie w kanale radiowym zarówno sygnałów mowy, jak i danych w trybie połączeniowym lub pakietowym. Należy zaznaczyć, iż tryb pakietowy dotyczy tylko transmisji danych. Istotnym wymaganiem stawianym projektantom tego systemu była możliwość współpracy systemów eksploatowanych przez różnych operatorów.

W strukturze przykładowego systemu Tetra możemy wyróżnić trzy części: część komutacyjno-sieciową, stacje bazowe oraz terminale.

W części komutacyjno-sieciowej znajdują się centrale główne oraz lokalne, przy czym centrale lokalne są podporządkowane centralom głównym. Centrale lokalne pełnią rolę pośrednią pomiędzy koncentratorami wyniesionymi nowoczesnych central elektronicznych w telefonii stałej , a sterownikami stacji bazowych w systemie GSM. Ponadto w części komutacyjno-sieciowej znajduje się moduł rejestracji użytkowników oraz centrum eksploatacji i utrzymania sieci. W tej części znajduje się zespół modułów pośredniczących, umożliwiających współpracę systemu z sieciami zewnętrznymi takimi jak: publiczna telefoniczna sieć stała, sieć ISDN, sieć pakietowa transmisji danych. Do central lokalnych dołączone są stacje bazowe.

W systemie Tetra Wyróżniamy dwa typy terminali:

terminale ruchome

terminale stałe

Analogicznie jak w systemach telefonii komórkowej, terminale ruchome mogą mięć tylko najprostsze funkcje pozwalające na transmisję sygnałów mowy, ale możliwe jest także połączenie z urządzeniami pozwalającymi na transmisję danych i inne usługi. Sieć Tetra poprzez sieci tranzytowe może być podłączona także z sieciami Tetra obsługiwanymi przez innych operatorów.

W architekturze systemu Tetra zdefiniowano liczne standardowe interfejsy. Jest wśród nich:

interfejs radiowy
- do pracy w kanale prywatnym (styk I1)
- do pracy w trybie bezpośrednim (styk I6)

styk z terminalami stałymi (styk I2)

styk terminala z jego wyposażeniem (styki I4 i I4')

styk pomiędzy sieciami Tetra obsługiwanymi przez różnych operatorów (styki I3 i I5)

Transmisja w kanale radiowym

Głównym zadaniem twórców standardu Tetra było zdefiniowanie systemu, który mógłby być używany co najmniej w całej Europie. Aby to zrealizować, konieczne było znalezienie pasma częstotliwości dogodnego dla wszystkich krajów Europy, a w praktyce dostępnego choćby w większości krajów Europy. Niestety, okazało się, że w Europie w zakresie poniżej 1 GHz nie istnieje pasmo częstotliwości o szerokości 220 MHz, które byłoby powszechnie dostępne. Kolejną możliwością był przydział częstotliwości w kilku mniejszych, nie przylegających do siebie pasmach. Rozważano m.in. pasma:

410 - 439 MHz

450 - 470 MHz

870 - 888 MHz

915 - 933 MHz

Nie było to jednak rozwiązanie na tyle zadowalające, aby uzyskało uznanie w oczach projektantów systemu, dlatego prowadzono negocjacje z NATO w wyniku których uzyskano zgodę na pracę przyszłościowych systemów Tetra w części pasma będącego dotąd w dyspozycji systemów łączności wojskowej: 380 - 400 MHz. Jest to nieduży fragment pasma 225 - 400 MHz , będącego w całości w dyspozycji systemów wojskowych NATO. Porozumienie dotyczące wykorzystania wspomnianej części pasma zezwala na pracę w nim jedynie systemów trankingowych będących w dyspozycji służb publicznych.

W standardzie Tetra zastosowano mieszany sposób wielodostępu, tj. połączenie wielodostępu częstotliwościowego FDMA i czasowego TDMA. Widzimy w tym miejscu analogię do systemu GSM. Przydzielone do użytkowania pasmo częstotliwości podzielone jest na kanały o szerokości 25 kHz każdy, a w każdym kanale zdefiniowana jest struktura ramkowa pozwalająca na utworzenie czterech kanałów rozmównych zwielokrotnionych czasowo. Tak więc efektywna szerokość pasma zajmowanego przez pojedynczy kanał rozmówny wynosi 6,25 kHz.

Sygnały mowy kodowane są z przepływnością 4.8 kbit/s, co zapewnia jakość transmisji niższą wprawdzie niż w telefonii publicznej, ale wystarczającą dla systemów prywatnych. Tak więc, sumaryczna przepływność danych w pojedynczym kanale częstotliwościowym wynosi 19,2 kbit/s, a po kodowaniu protekcyjnym 36 kbit/s. Dostęp do kanału radiowego realizowany jest przy pomocy algorytmu ALOHA.

Zdefiniowano trzy klasy terminali ruchomych, o mocach odpowiednio 1 W, 3 W i 10 W, co umożliwia realizację zasięgów nawet do 60 km od stacji bazowej.

Tryby pracy systemu TETRA

Standard Tetra definiuje dwa podstawowe tryby pracy systemu:

Tetra VD - służący do transmisji sygnału mowy oraz danych

Tetra POD - przeznaczony wyłącznie do transmisji danych.

W standardzie Tetra VD system pracuje w trybie połączeniowym. Transmisja sygnałów mowy realizowana jest w kanałach rozmównych zwielokrotnianych czasowo po cztery na każdej nośnej. Transmisja danych z kolei jest realizowana z przepływnością dopasowywaną. Takie dynamiczne przydzielanie przepływności jest bardzo korzystne, ponieważ pozwala na dopasowanie szybkości transmisji do aktualnych potrzeb użytkownika

Układ sterujący umożliwia korzystanie w części lub w całości z czterech szczelin czasowych znajdujących się w obrębie każdego kanału częstotliwościowego. Oznacza to możliwość transmisji danych z szybkościami od 4,8 kbit/s do 19,2 kbit/s. W trybie pracy Tetra VD możliwa jest także łączność bezpośrednia pomiędzy terminalami, czyli łączność z pominięciem stacji bazowej, zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz obszaru działania sieci trankingowej. Dla celów takiej transmisji zdefiniowano specjalny styk radiowy.

W trybie pracy Tetra POD omawiany standard został zoptymalizowany pod kątem transmisji danych i będzie wykorzystywany w aplikacjach, w których transmisja głosu nie jest wymagana. W tym wariancie system ten może przesłać dane zarówno w trybie połączeniowym jak i w trybie bezpołączeniowym. Transmisja danych może być wówczas realizowana z różnymi priorytetami, do odbiorców indywidualnych oraz grupowych. W tym przypadku możliwe jest realizowanie transmisji z przepływnościami do 19,2 kbit/s.

Usługi

Standard Tetra przewiduje realizację bardzo szerokiego wachlarza usług, począwszy od transmisji sygnałów mowy w różnych wariantach, poprzez różnorodne formy transmisji danych, do klasycznych usług dodatkowych typu przekazywanie rozmów, czy blokowanie określonych połączeń. Wiele z tych usług znanych jest z nowoczesnych systemów telefonii komórkowej. Omawiany standard oferuje także szereg usług niespotykanych w typowych systemach komórkowych, czyli monitorowanie rozmów, rozbudowane możliwości nadawania priorytetów, czy też dyskretne słuchanie.

Poniżej wymieniono ważniejsze usługi zdefiniowane w standardzie Tetra:


Transmisja sygnałów mowy (półdupleksowa lub dupleksowa) z szyfrowaniem lub bez
szyfrowania. Możliwość obsługi połączeń do abonentów indywidualnych lub grupowych.

Transmisja danych w trybie połączeniowym z szyfrowaniem lub bez szyfrowania. Możliwość
wykorzystania różnych poziomów zabezpieczenia przed błędami, oraz przepływności od 9,6
kbit/s przy wysokim zabezpieczeniu przed błędami do 28,8 kbit/s przy braku kodowania
protekcyjnego. Możliwość obsługi połączeń do abonentów indywidualnych lub grupowych.

Pakietowa transmisja danych z potwierdzeniem lub bez konieczności potwierdzenia.

Bezwarunkowe oraz warunkowe w przypadku zajętości wywoływanego terminala
przekazywanie rozmów. Możliwość przekazywania rozmów także w przypadku, gdy brak jest
odpowiedzi lub też w razie wyjścia terminala poza zasięg działania systemu.

Blokowanie przychodzących lub wychodzących rozmów od i do określonych grup odbiorców.

Abonent jest informowany o rozmowach przychodzących w trakcie trwania innego połączenia.

Definiowanie numerów skróconych.

Dynamiczne tworzenie grup abonentów oraz zestawianie połączeń konferencyjnych.

Priorytetowanie dostępu do zasobów systemu, w tym do kanałów radiowych.   - -

Priorytetowanie może być bezwarunkowe lub warunkowe w zależności od aktualnego natężenia ruchu.

Autoryzacja zestawianych połączeń przez centrum nadzoru, np. w sieciach używanych przez
policję, czy wojsko.

Dyskretne słuchanie charakteryzujące się tym, że użytkownik posiadający takie uprawnienia
może monitorować rozmowy prowadzone przez innych użytkowników.

Możliwość warunkowego zestawienia połączeń, np. w przypadku jeśli abonent wywoływany
znajduje się na wskazanym obszarze.

Przechowywanie przez system wiadomości użytkowników chwilowo nieobecnych w systemie
wskutek np. wyłączenia terminala oraz ich przekazywanie po wznowieniu przez nich pracy.

Warto wspomnieć również o tym, iż standard Tetra zaprojektowano pod kątem potrzeb związanych z działaniem i współdziałaniem krajowych służb publicznych. Szczególny nacisk położono na wysoką niezawodność systemu, jego bezpieczeństwo, dostępność specyficznego typu usług, możliwość współdziałania różnych systemów ze sobą. Na przykład, przewiduje się, że wysoka przepływność danych oferowana przez system umożliwi policji, po raz pierwszy, m.in. transmisję z centrum nadzoru do radiowozów zdjęć przedstwiających poszukiwane osoby, a w przeciwną stronę przekazywanie zdjęć z miejsca wypadku.

Parametry systemu TETRA

Modulacja - p/4 DQPSK
Odstęp między sąsiednimi nośnymi - 25 kHz
Liczba kanałów na jednej nośnej - 4
Zwielokrotnianie dostępu - FDMA/ TDMA
Przepływność danych na jednej nośnej - 19,2 kbit/s
Przepływność danych po kodowaniu protekcyjnym - 36 kbit/s
Szybkość modulacji - 18 kbodów
Algorytm dostępu do kanału transmisyjnego - ALOHA
Czas zestawiania połączenia - 300 ms
Czas przejścia terminala pomiędzy stacjami bazowymi - mniejszy od 1 s
Moce terminali ruchomych - 1, 3, 10 W
Wielkość komórek - do 60 km
Maksymalna prędkość terminala - do 200 km/h

Rozdział II

Przegląd i klasyfikacja systemów radiokomunikacj i z obiektami ruchomymi

2.1. Wstęp

Systemy radiokomunikacji z obiektami ruchomymi cechują się dużą różnorodnością, tzn. stopniem skomplikowania układowego i systemowego, poziomem oferowanych usług i ceną ich eksploatacji. Immanentną cechą wszystkich z nich jest możliwość poruszania się co najmniej jednego głównego użytkownika połączenia i brak przewodowego połączenia jego terminala z resztą systemu.

W rozdziale tym przedstawimy przegląd podstawowych typów systemów radiokomunikacji ruchomej i ich charakterystyczne cechy decydujące o określonym zastosowaniu.

Jednym ze sposobów podziału systemów radiokomunikacji ruchomej jest stopień ich komplikacji i możliwości realizacyjne usług. Według tej klasyfikacji możemy je podzielić na:

• systemy przywoławcze,

• systemy telefonii bezprzewodowej,

• systemy (rankingowe,

• systemy telefonii komórkowej,

• systemy telefonii satelitarnej.

• systemy dostępu bezprzewodowego do lokalnych sieci komputerowych.

2.2. Systemy przywoławcze

Systemy przywoławcze działają na zasadzie systemów rozsiewczych. Komunikacja w klasycznych systemach przywoławczych jest zatem jednostronna od stacji bazowej z centrum dyspozytorskim do wybranej stacji ruchomej (przy nasłuchiwaniu przez inne stacje ruchome). Stacja ruchoma może jedynie odbierać sygnał. Sygnał ten, w początkowym etapie rozwoju systemów przywoławczych bardzo prosty, uruchamiający np. brzęczyk, stał się coraz bardziej skomplikowany. Możliwa jest obecnie transmisja krótkiego komunikatu głosowego lub stosunkowo długiego ciągu znaków alfanumerycznych odpowiadającego listowi poczty elektronicznej. Określona stacja ruchoma, tzw. puder, jest wybierana przez wysłanie do niej jednoznacznie ją definiującego adresu. Ponieważ w systemie stosuje się modulację częstotliwości i stacja ruchoma jest bardzo prosta oraz nie może nadawać, wymaga ona niewielkiej mocy i charakteryzuje się niewielkimi wymiarami i prostotą układową. Jednostronne połączenie jakim jest możliwość transmisji od stacji stałej do ruchomej zostało zoptymalizowane dzięki swojej asymetrii. Stacja bazowa charakteryzuje się bowiem dużą mocą anteny (kilkaset watów do kilowatów), co pozwala na zastosowanie niewielkich i nieskomplikowanych układów odbiorczych. Moc generowanego przez stację bazową sygnału pozwala na penetrację ścian budynku przez falę elektromagnetyczną.

Typowy system składa się z centrum dyspozytorskiego, do którego można głosowo lub alfanumerycznie zgłaszać żądania wywołania określonego abonenta, nadajnika (najczęściej w paśmie kilkuset MHz lub w paśmie UKF) i zespołu stacji odbiorczych.

Systemy przywoławcze rozwijają się od charakteryzujących się pojedynczą anteną i zasięgiem z tego wynikającym, przez systemy regionalne z odpowiednio rozmieszczonymi antenami, do systemów o zasięgu krajowym. Wprowadzono również system o zasięgu europejskim — ERMES, który będzie przedmiotem krótkiego omówienia w jednym z dalszych rozdziałów.

Dalszy rozwój systemów przywoławczych doprowadził do wprowadzenia kanału zwrotnego pozwalającego na potwierdzanie otrzymanych wiadomości. W ostatnich latach postęp w rozwoju systemów przywoławczych jest niestety znacznie wolniejszy z powodu niebywałego sukcesu telefonii komórkowej. Wydaje się, że systemy przywoławcze mają szansę na przetrwanie w specjalistycznym segmencie rynku usług bezprzewodowych oferując nowe zastosowania, np. sterowanie na odległość.

2.3. Telefonia bezprzewodowa

Systemy telefonii bezprzewodowej pojawiły się w końcu lat siedemdziesiątych. Mogą być one scharakteryzowane jako środek łączności bezprzewodowej o niewielkiej mocy dla użytkownika poruszającego się powoli w bardzo ograniczonym zakresie wokół stacji bazowej. Celem telefonu bezprzewodowego miało być w większości zastąpienie telefonu przewodowego, zatem jakość połączenia oraz cena aparatu z założenia nie powinny znacznie odbiegać od tradycyjnego telefonu. Stacja bazowa to część systemu telefonii bezprzewodowej dołączona do publicznej sieci telefonicznej i widziana przez nią jako zwykły telefon. W olbrzymiej większości przypadków stacja bazowa współpracuje jedynie z jedną stacją ruchomą, której czas pomiędzy kolejnymi ładowaniami baterii powinien być maksymalny. W rezultacie tak przyjętych warunków, systemy telefonii bezprzewodowej cechują się małą liczbą użytkowników przypadającą na jednostkę przydzielonego dla tego typu systemów pasma, niewielką liczbą użytkowników ruchomych na każdą stację bazową (najczęściej jednym), możliwą dużą liczbą stacji bazowych na jednostkę powierzchni oraz krótkim zasięgiem stacji bazowej. Niniejsze cechy dotyczą tradycyjnej telefonii bezprzewodowej zrealizowanej w technice analogowej. Chcąc uniknąć kolizji polegających na połączeniu się stacji ruchomej z obcą stacją bazową i realizacji połączenia na nie swój rachunek, stosuje się różnorakie zabezpieczenia techniczne polegające na wymianie „hasła" — kodu cyfrowego pomiędzy stacją ruchomą i bazową, czy też poszukiwaniu wolnego kanału spośród tych, które są dostępne dla pary stacja bazowa — stacja ruchoma.

Wprowadzenie techniki cyfrowej w dziedzinie telefonii bezprzewodowej spowodowało poważne wzbogacenie możliwości takich systemów. Przede wszystkim doszło do rozszerzenia ich działania poza lokalny zasięg bezpośrednio w miejscu pracy użytkownika lub w miejscu jego zamieszkania. Wprowadzony przede wszystkim w Wielkiej Brytanii system drugiej generacji, znany pod nazwą CT-2 (Cordless Telephony-2), oferuje dodatkową usługę zwaną telepoint. Stacje bazowe systemu CT-2 rozmieszczone są w centrach dużych skupisk ludzkich. Użytkownik z zarejestrowaną usługą telepoint jest w stanie inicjować połączenie z telefonu bezprzewodowego systemu CT-2. Nie może być jednak przez stację bazową znaleziony. Dzwonić do niego może jedynie jego własna stacja bazowa, jeśli w jej zasięgu się znajduje. Nie jest również możliwe przejmowanie rozmowy zainicjowanej połączeniem się z określoną stacją bazową przez inną stację bazową. System CT-2 oferowany początkowo w Wielkiej Brytanii nie przyjął się tam. Odniósł jednak sukces w dwóch centrach azjatyckich: Hongkongu i Singapurze. Był również stosowany w Paryżu. Niektóre z aparatów systemu CT-2 wyposażono dodatkowo w standardowe pagery, dając tym samym możliwość przekazania informacji od użytkownika zewnętrznego o pożądanym kontakcie z użytkownikiem systemu CT-2.

Prace unifikacyjne prowadzone w ramach Unii Europejskiej doprowadziły do ustanowienia europejskiego standardu cyfrowej telefonii bezprzewodowej DECT {Digital Enhanced Cordless Telephony). System ten został zoptymalizowany ze względu na zastosowanie wewnątrz budynków. Stacje bazowe systemu DECT są dołączone poprzez kontroler do wewnętrznych (zakładowych) central telefonicznych. Kontrolery — układy sterowania są w stanie sterować przejmowaniem połączeń przez kolejne stacje bazowe wraz ze zmianą miejsca położenia użytkownika ruchomego. Możliwe jest również wywoływanie pożądanego użytkownika znajdującego się w zasięgu określonej stacji bazowej. Cyfrowa telefonia bezprzewodowa znajduje zastosowanie nie tylko wewnątrz obiektów. Systemy takie instaluje się również w miejscach dużej potencjalnej koncentracji ruchu telekomunikacyjnego, takich jak porty lotnicze, centra miast, dworce itp. Technologia cyfrowej telefonii bezprzewodowej jest po pewnych modyfikacjach wykorzystywana w realizacji bezprzewodowych pętli abonenckich.

2.4. Systemy trankingowe

Systemy (rankingowe są to systemy radiokomunikacyjne z obiektami ruchomymi wyspecjalizowane w łączności niezbędnej w dużych przedsiębiorstwach typu transpor­towego i służbach specjalnych, np. pogotowiu gazowym, energetycznym, ratunkowym, policji itp. Cechą charakterystyczną łączności w tych zastosowaniach jest istnienie centrum dyspozytorskiego, zarządzającego zasobami i ruchem pojazdów z zainstalowa­nymi stacjami ruchomymi. Pożądane są więc pewne rodzaje specyficznych połączeń, które w zwykłej sieci telefonicznej są możliwe jedynie jako specjalne usługi. Są to rozmowa centrum z wszystkimi stacjami ruchomymi lub z ich wybraną grupą, jak również wspólne połączenie całej grupy.

Systemy (rankingowe ewoluowały od systemów z jedną stacją bazową i przy­dzielonym wspólnym kanałem, w którym poszczególne stacje ruchome mogły się nawzajem słyszeć, przez złożone systemy analogowe, zgodne z normą angielską MPT 1327, aż do w pełni cyfrowego systemu o standardzie europejskim TETRA mogącym transmitować zarówno głos jak i dane.

Zasadniczą ideą będącą podstawą działania takich systemów jest przydział jednego ze skończonej liczby działających w systemie kanałów jedynie na czas realizacji połączenia i jego zwrot do wspólnej puli kanałów po zakończeniu połączenia. Tym właśnie różni się system (rankingowy od klasycznych systemów dyspozytorskich, w których kanały były na stałe przydzielone określonym grupom użytkowników.

2.5. Telefonia komórkowa

Telefonia komórkowa jest kolejnym przykładem systemu radiokomunikacyjnego z obiektami ruchomymi. Systemy telefonii komórkowej można scharakteryzować jako systemy zapewniające dwustronną łączność bezprzewodową ze stacjami ruchomymi poruszającymi się nawet z dużą szybkością na dużym obszarze pokrywanym przez system stacji bazowych, który może sięgać nawet poza zakres danego państwa (jak to jest w przypadku Europy i systemu GSM).

Początkowym zadaniem systemu telefonii komórkowej było zapewnienie łączności z pojazdami poruszającymi się po ulicach w mieście lub na drogach i autostradach poza miastem. Moc używana przez stacje telefonii komórkowej jest wielokrotnie wyższa niż stosowana w telefonii bezprzewodowej i sięga w przypadku stacji ruchomej pojedynczych watów. W systemie dostosowanym do takich mocy stacji ruchomych terminale ręczne (ang. handheld) mają ograniczone możliwości ze względu na ich niewielką moc (< 0,5 W) a w związku z tym ograniczony zasięg.

Systemy telefonii komórkowej rozwinęły się niezwykle w ostatnich dwudziestu latach. Systemy pierwszej generacji są systemami analogowymi. Głos transmitowany jest za pomocą modulacji FM z wykorzystaniem wielodostępu metodą FDMA. Sterowanie nawiązywaniem połączenia, przejmowaniem połączenia przez nową stację bazową czy procedurami sterującymi takimi jak regulacja poziomu mocy nadawanej przez stację ruchomą odbywa się poprzez transmisję sygnałów cyfrowych. W latach osiemdziesiątych powstało wiele wzajemnie niekompatybilnych systemów analogowych takich jak np. amerykański AMPS, angielski TACS, skandynawski NMT, czy niemiecki C-Netz. Rozwój techniki cyfrowej oraz częste przypadki osiągnięcia maksimum pojemności przez istniejące systemy analogowe, szczególnie w centrach dużych miast, skłoniły do zaprojektowania i wprowadzenia do ruchu systemów telefonii komórkowej drugiej generacji opartej najczęściej na metodzie dostępu TDMA. Są to systemy IS-54 (w USA zwany popularnie Digital AMPS (ang. Advanced Mobile Phone System)), GSM w Europie (ang. Global System for Mobile Communications) oraz JDC (ang. Japanese Digital Cellular System). W USA z systemem IS-54 konkuruje równolegle wprowadzany system IS-95 oparty na zasadzie transmisji szerokopasmowej z wielodostępem kodowym (CDMA — ang. Code Division Multiple Access). System ten będzie obok systemu GSM tematem szczegółowych rozważań w dalszych rozdziałach.

W projektowaniu systemów cyfrowych drugiej generacji jako cel przyjęto maksymalizację pojemności systemu rozumianą jako liczbę użytkowników na jednostkę pasma oraz liczbę użytkowników w pojedynczej komórce. Z drugiej strony, zapewnienie możliwości łączności z pojazdami poruszającymi się wzdłuż autostrad na obszarach słabo zaludnionych powoduje konieczność zastosowania stacji bazowych o dużym zasięgu i dużej mocy nadawczej. Uwzględniając oba przeciwstawne czynniki, system telefonii komórkowej charakteryzuje się następującymi cechami:

• stosunkowo dużą mocą nadajników,

• dużą komplikacją telefonu komórkowego, w tym jego procedur przetwarzania sygnałów,

• relatywnie niską jakością połączenia,

• dużą komplikacją sieci związaną z funkcjami przejmowania połączenia przez kolejne stacje bazowe, wielością usług itp.

Systemy telefonii komórkowej drugiej generacji, pomimo ewidentnych różnic występujących między nimi, mają wiele cech wspólnych. Są to:

• mała szybkość sygnałów cyfrowych reprezentujących sygnały mowy;

Dzięki skomplikowanym algorytmom kodowania sygnałów mowy otrzymano strumień binarny charakteryzujący próbki głosu o szybkości nie większej niż 13 kbit/s. Przyczynia się to do zwiększenia pojemności systemu kosztem jakości reprezentacji sygnału mowy, co jest szczególnie dostrzegalne w przypadku transkodowania z jednego sposobu reprezentacji sygnału mowy na inny;

• stosunkowo duże opóźnienie transmisji około 200 ms łącznie w obu kierunkach wynikające z algorytmów kodowania i dekodowania mowy oraz skomplikowanych algorytmów odbioru i detekcji sygnałów cyfrowych;

• transmisja dupleksowa z wykorzystaniem metody podziału częstotliwości;

• sterowanie poziomem mocy stacji ruchomej w celu zapewnienia jednakowej jakości dostępu telefonom ruchomym różnie oddalonym od stacji bazowej.

Dalszy postęp w rozwoju systemów komórkowych drugiej generacji wprowadził wiele nowości. W szczególności rozszerzeniu uległa oferta usług transmisji danych. Początkowo systemy komórkowe drugiej generacji były zaprojektowane głównie do transmisji głosu. Szerokie stosowanie Internetu, rozwój sieci komputerowych i rosnąca popularność komputerów przenośnych (laptopów, palmtopów itp.) stworzyła popyt na dostęp do Intemetu za pomocą terminali ruchomych. Pociągnęło to za sobą konieczność znacznego wzrostu szybkości transmisji. Projektanci zaproponowali także uproszczony protokół dostępu do Intemetu, który przy odpowiednim zaprojektowaniu stron internetowych pozwala na poruszanie się w Internecie stosując jedynie telefony komórkowe. Takimi usługami jest WAP (Wireless Access Protocol — protokół dostępu bezprzewodowego) oraz iMode — odpowiednik WAPu w japońskim systemie drugiej generacji.

W ostatniej dekadzie zaprojektowano systemy komórkowe trzeciej generacji. Przewidywano, że transmisja danych oraz transmisja multimedialna będą stanowić coraz większą część transmitowanych sygnałów. W konsekwencji, w projekcie nowych systemów założono jego znacznie większą pojemność i różne rodzaje obsługiwanego ruchu. Ustalono, że szybkość transmisji powinna wynieść co najmniej 384 kbit/s i może osiągnąć 2 Mbit/s, co pozwalać będzie na transmisję wideo. Próbowano ustanowić światowy standard dla systemów trzeciej generacji, który pozwoliłby na korzystanie z terminali na całym świecie. Niestety nie odniesiono w tej dziedzinie pełnego sukcesu i osobne standardy zostały ustanowione dla Europy, Ameryki i kilku krajów azjatyckich dając w rezultacie rodzinę zaleceń ITU znaną pod nazwą IMT-2000 {International Mobile Telecommunications 2000). Podstawowym sposobem wielo-dostępu jest metoda CDMA. Bardziej szczegółowy opis systemów trzeciej generacji można znaleźć w rozdziale 17.

2.6. Systemy radiokomunikacji ruchomej wykorzystujące satelity

Systemy satelitarne do zastosowań radiokomunikacyjnych z obiektami ruchomymi istnieją już obecnie. Przykładem takiego systemu jest INMARSAT wyspecjalizowany w globalnej łączności ze statkami, chociaż mogący być wykorzystywany do łączności indywidualnej za pomocą specjalnego urządzenia nadawczo-odbiorczego wielkości niedużej walizki a nawet komputera przenośnego — laptopa.

Cechą charakterystyczną obecnie istniejących systemów satelitarnych jest zapewnienie jedno- lub dwustronnej łączności o ograniczonej jakości głosu i danych na bardzo dużych obszarach.

Ostatnio zaproponowano wiele nowych systemów łączności satelitarnej mającej stanowić uzupełnienie istniejącej lub przyszłej łączności naziemnej. Są to systemy Iridium, ICO (dawnej Inmarsat-P), Globalstar i inne. Zasadniczą zaletą systemów satelitarnych jest ich szeroki zasięg. Dostęp do systemu jest jednak utrudniony wewnątrz budynków. Pojemność systemu zależy od liczby zastosowanych satelitów, co pozwala na wielokrotne wykorzystanie tych samych częstotliwości. Duża liczba satelitów podnosi jednak znacznie koszt systemu.

Proponowane systemy satelitarne w zamierzeniu ich projektantów będą wykorzystywać różną liczbę satelitów. W przypadku stosowania satelitów na niskich orbitach

***************

Niniejszy rozdział został poświęcony ogólnemu scharakteryzowaniu i podziałowi różnych typów systemów radiokomunikacyjnych z obiektami ruchomymi. Tendencją przyszłości jest stworzenie uniwersalnego systemu radiokomunikacyjnego, opartego na kilku rodzajach podsystemów w zależności od aktualnej lokalizacji i szybkości poruszania się abonenta. W przeciwieństwie do tradycyjnego systemu telekomunikacyjnego, w którym numer przypisany jest umiejscowionemu aparatowi telefonicznemu, w przyszłym uniwersalnym systemie radiokomunikacyjnym numer przyporządkowany jest abonentowi, mogącemu znajdować się w dowolnym obszarze kuli ziemskiej dysponującemu osobistym radiotelefonem. Tego rodzaju łączność osobista będzie miała niewątpliwy wpływ na stosunki społeczne, co jest zagadnieniem samym w sobie istotnym i ciekawym.

PODSUMOWANIE

Przykłady systemów informatycznych w transporcie

transport	przykład
Kolejowy	ERTMS/ETCS
	Systemy sterowania i śledzenia przesyłek
Drogowy	Zintegrowane systemy zarządzania ruchem wielo-modalnym
	Sterowanie przepływem ładunków
	Integracja w kanałach głosu i danych
	Ruch miejski
	Nawigacja miejska
Wodny	Systemy informatyczne w żegludze śródlądowej
	Komputerowe wspomaganie portów morskich
	Integracja operacji na morzu
Lotniczy	Systemy monitoringu radarowego
	Infrastruktura logistyczna portów
	Komunikacja

Wnioski

1. Przedstawiono narzędzie do oceny przydatności systemu informatycznego wspierającego funkcjonowanie systemu transportowego, w zakresie: łączności, dostępności i przejrzystości. Na przykładzie realizowanych współcześnie systemów informatycznych w transporcie pokazano, że zastosowanie tych kryteriów ułatwiłoby zrealizowanie wytyczonych celów.

2. Przedstawiono własności systemu informatycznego wynikające z faktu oddzielenia środków transportu od infrastruktury. Dlatego przedmiotem analizy nie były systemy informatyczne związane z istnieniem systemu transportowego. Przykładowe zadania realizowane przez tego rodzaju systemy są następujące:

• ewidencja infrastruktury i środków transportu

• rejestrowanie i archiwowanie zdarzeń w systemie transportowym

• rozliczanie pracy środków transportu: ładunki, czas pracy, rodzaj pracy, zużycie paliwa.

3. Systemy transportowe tradycyjnie są postrzegane jako rozłączne systemy zależnie od rodzaju zastosowanego środka transportowego.

4. Systemy informatyczne dla poszczególnych rodzajów transportu dopasowuje się do tradycyjnie postrzeganych właściwości systemów transportowych.

5. Aktualnie postuluje się integrację różnych rodzajów transportu w tak zwane systemy wielomodalne.

6. Zastosowanie systemów informatycznych ułatwia ujęcie historycznie ukształtowanej różnorodności systemów transportowych w jedną całość.

7. Integracja może być zrealizowana na dwa sposoby.

Jeden to ustanowienie odpowiednich połączeń pomiędzy podsystemami (tzw. interfejsów). Do tego celu można np. wykorzystać standard EDI (Electronic Data Interchange) lub język XML (eXtensible Markup Language).

Drugi sposób integracji rozmaitych systemów transportowych dotyczy ujednolicania systemów sterowania transportem, w celu utworzenia jednolitego systemu sterowania transportem.

Praca pochodzi z serwisu www.e-sciagi.pl

D - transport drogowy

L - transport lotniczy

K - transport kolejowy

W - transport wodny

---