ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6361| Title: | Автоматизована система бездротового зв’язку з транспортними засобами |
| Authors: | Корпань, Ярослав Васильович Панченко, Владислав Станіславович |
| Issue Date: | Jun-2023 |
| Abstract: | Мета кваліфікаційної роботи - розробка структурної схеми автоматизованої системи бездротового зв’язку з транспортними засобами. Для досягнення поставленої мети було вирішено наступні задачі: проведено розширений аналіз технічного завдання, визначено основні властивості, які повинна мати розроблена система; проведено дослідження основних положень та визначень стосовно технології V2X (Vehicle-to-Everything), виділеного зв’язку малого радіусу дії (DSRC) та технології Cellular V2X; проведено аналіз існуючих зразків автоматизованих систем бездротового зв'язку з транспортними засобами, визначено використані технології, функціональність, продуктивність, безпечність, надійність та інші фактори; проведено порівняльний аналіз стандартів цифрового транкінгового радіозв'язку відповідно до експлуатаційно-технічних та організаційно-економічні критеріїв; розроблено структурну схему автоматизованої системи бездротового зв’язку з транспортними засобами; приведено функціональні можливості та розрахунок зони покриття базової станції. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6361 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_151_2023_Панченко.pdf Restricted Access | 941.33 kB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ
СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА БЕЗДРОТОВОГО
ЗВ’ЯЗКУ З ТРАНСПОРТНИМИ ЗАСОБАМИ
Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу,
групи АКІТС-2199
спеціальності 151 Автоматизація та
комп'ютерно-інтегровані технології
Владислав ПАНЧЕНКО
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)
Керівник Ярослав КОРПАНЬ
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)
Рецензент
(ім’я та ПРІЗВИЩЕ)
Черкаси 2023
ЗМIСТ
ВСТУП ............................................................................................................... 4
1. АНАЛIЗ ТЕХНIЧНОГО ЗАВДАННЯ ......................................................... 6
2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ......................................... 7
2.1 Технологія V2X (Vehicle-to-Everything) ................................................... 8
2.2 Виділений зв’язок малого радіусу дії (DSRC) ......................................... 18
2.3 Cellular V2X ................................................................................................. 23
3. 3 ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ СТАНДАРТІВ ЦИФРОВОГО
ТРАНКІНГОВОГО РАДІОЗВ'ЯЗКУ ............................................................... 29
3.1 Експлуатаційно-технічні критерії ............................................................. 30
3.2 Організаційно-економічні критерії ........................................................... 37
4 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ .......................................................... 40
4.1 Структурна схема ........................................................................................ 40
4.2 Функціональні можливості ........................................................................ 46
4.3 Розрахунок зони покриття базової станції ............................................... 47
ВИСНОВКИ ....................................................................................................... 57
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ......................................................... 56
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Панченко Автоматизована система Літ. Лист Листів
Перевір. Корпань бездротового зв’язку з 3 62
Реценз. транспортними засобами
Н. Контр. Пояснювальна записка ЧДТУ, АКІТС-2199
Затверд. Лукашенко
ВСТУП
Сучасний світ вже неможливо представити без того різноманіття
бездротових комунікацій. Електроніка сучасних автомобілів пройшла шлях
від електронних блоків управління двигуном до повноцінних бортових
комп’ютерів, які автоматично керують десятками процесів в автомобілях та
мають бездротовий зв’язок з сусідніми автомобілями та інфраструктурними
об’єктами, розташованими по ходу руху.
Наразі перед людством постала дуже серйозна проблема, пов’язана зі
зростанням кількості аварій на автомагістралях та дорогах загального
користування. Неуважність водіїв, нехтування правилами дорожнього руху,
вплив деяких лікарських засобів, що погіршують реакцію, лише збільшують
кількість аварійних ситуацій на дорогах. Використання безпровідних
технологій зв’язку між транспортними засобами та пішоходами дозволяє
значно знизити ризики дорожньо-транспортних пригод.
Актуальність даної тематики обумовлена широким потенціалом її
застосування. Автоматизована система бездротового зв'язку з транспортними
засобами може використовуватися для різних цілей, включаючи:
1. Адміністрування транспортних засобів: Автоматизована система
бездротового зв'язку дозволяє передавати дані про стан транспортних засобів
(наприклад, швидкість, положення, стан двигуна) до центральної системи
управління. Це дозволяє операторам в реальному часі контролювати рух
транспорту, виявляти проблеми та приймати відповідні заходи.
2. Безпека: За допомогою автоматизованої системи бездротового
зв'язку можна передавати дані про аварійні ситуації, включаючи зіткнення,
відхилення від траєкторії руху, розбиття чи крадіжку транспортних засобів.
Це дозволяє оперативній службі вживати заходів для попередження
небезпеки, швидкого реагування та координації дій рятувальних служб. За
статистикою Патрульної поліції України за 2022 рік було зареєстровано
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
4
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
18628 дорожньо-транспортних пригод, загинуло 2791 осіб, 23145 було
травмовано.
3. Комерційні послуги: Деякі автоматизовані системи бездротового
зв'язку можуть бути використані для надання комерційних послуг,
наприклад, системи платіжних проходжень на дорогах або автоматичного
збору плати за паркування.
4. Розваги та комфорт: Бездротовий зв'язок може бути
використаний для надання розважальних послуг пасажирам транспортних
засобів, таких як інтернет, телевізійні та аудіо-стрімінгові сервіси.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
5
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
1 АНАЛIЗ ТЕХНIЧНОГО ЗАВДАННЯ
Мета кваліфікаційної роботи - розробка структурної схеми
автоматизованої системи бездротового зв’язку з транспортними засобами
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішено наступні задачі:
1. Провести розширений аналіз технічного завдання та визначити
основні властивості, які повинна мати розроблена система.
2. Провести дослідження основних положень та визначень стосовно
технологій, які використовуються в розроблювальній системі. Провести
аналіз існуючих зразків автоматизованих систем бездротового зв'язку з
транспортними засобами, визначити використані технології,
функціональність, продуктивність, безпечність, надійність та інші фактори.
3. Провести порівняльний аналіз стандартів цифрового транкінгового
радіозв'язку відповідно до експлуатаційно-технічних та організаційно-
економічні критеріїв
4. Розробити структурну схему автоматизованої системи бездротового
зв’язку з транспортними засобами.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
6
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
2 ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ
Автоматизована система бездротового зв'язку з транспортними
засобами – це комплекс технологій і пристроїв, призначених для
бездротового обміну даними між різними елементами транспортної системи.
Автоматизована система бездротового зв'язку з транспортними
засобами може використовувати різні технології, такі як радіохвильові
зв'язок (Wi-Fi, Bluetooth, радіоканал), супутникова навігація (GPS), мобільні
мережі (4G, 5G) та інші. Вибір конкретних технологій залежить від вимог
системи, доступності інфраструктури та інших факторів.
Основні положення автоматизованих систем бездротового зв'язку з
транспортними засобами включають наступні аспекти:
1. Комунікація між транспортними засобами. Автоматизовані
системи бездротового зв'язку дозволяють транспортним засобам
обмінюватися даними бездротовим шляхом. Це може включати передачу
інформації про розташування, швидкість, напрямок руху, стан дороги та
іншу релевантну інформацію.
2. Комунікація між транспортними засобами та інфраструктурою.
Системи бездротового зв'язку дозволяють взаємодіяти транспортним засобам
з дорожньою інфраструктурою, такою як світлофори, дорожні знаки,
сигнальні системи тощо. Це дозволяє оптимізувати рух транспорту,
забезпечити безпеку та покращити ефективність дорожнього руху.
3. Безпека на дорозі. Автоматизовані системи бездротового зв'язку
можуть використовуватися для покращення безпеки на дорозі. Наприклад,
системи V2V дозволяють транспортним засобам обмінюватися даними про
потенційні загрози, такі як зіткнення, що допомагає водіям уникати
аварійних ситуацій або вчасно реагувати на них.
4. Покращення ефективності руху. За допомогою автоматизованих
систем бездротового зв'язку можна оптимізувати рух транспорту. Наприклад,
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
7
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
системи V2I дозволяють транспортним засобам отримувати інформацію про
поточний стан дороги, затори, розклади громадського транспорту та інші
фактори, що допомагають знаходити оптимальні маршрути та зменшувати
час утримання на дорозі.
5. Взаємодія з іншими учасниками дорожнього руху та
інфраструктурою, (V2X). Деякі системи бездротового зв'язку, такі як C-V2X,
підтримують взаємодію транспортних засобів з іншими "речами" в рамках
концепції Internet of Things (IoT). Це може включати взаємодію з іншими
автомобілями, пішоходами, інфраструктурою міста, електронними
пристроями та іншими об'єктами.
2.1 Технологія V2X (Vehicle-to-Everything)
Комунікації V2X забезпечують потужний інноваційний 360-градусний
датчик загроз і небезпек, що утворюються на дорозі. Технологія V2X
використовує діапазон 5,9 ГГц, часто транслюючи кожні 100 мс Базове
повідомлення про безпеку (Basic Safety Message, BSM) та інші дані додатків
між пристроями в транспортних засобах, на інфраструктурі проїжджої
частини та в портативних пристроях. Ці комунікації базуються на концепції
«один до багатьох» (або трансляції), яка не вимагає «кілька стрибків «точка-
точка» між джерелом і одержувачем, як це робить сьогоднішній
стільниковий або звичайний зв’язок Wi-Fi. Також технологія V2X не
стикається з затримками, які виникають при приєднанні до мережі. Оскільки
джерело та одержувач комунікацій V2X з’єднуються напряму,
конфіденційність може бути дотримана, якщо в передачу даних включити
доступний спосіб встановлення довіри та безпеки з’єднання між кожною
стороною. Наприклад, довірені облікові дані безпеки, які є частиною обміну
даними.
Використовуючи дані радіомовлення на короткій відстані та
однорангового обміну в межах приблизно 300 метрів, технологія дає змогу
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
8
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
аналізувати поведінку інших учасників дорожнього руху (інші транспортні
засоби, велосипедисти, пішоходи, інвалідні візки, мотоцикли, автобуси,
вантажівки та інші). Програмне забезпечення на основі технології V2X
надають можливість визначити, коли рухи оточуючих людей починають
створювати неминучі ситуації аварії, як показано на рисунку 2.1.
Рисунок 2.1 - Схематичне зображення роботи технології V2X.
V2X обмінюється інформацією через немережеві передавальні пристрої
щоб уникати затримки, пов’язаної зі створенням зв’язку з вежею
стільникового зв’язку або інфраструктурою Wi-Fi для зв’язку з приймальним
пристроєм. Ця функція особливо ефективна в сільській місцевості, де слабка
телекомунікаційна інфраструктура. Оскільки існуючі пристрої V2X сумісні,
усі марки та моделі пристроїв можуть обмінюватись даними, що дозволяє
постійно контролювати ситуацію навколо автомобіля або мобільного
пристрою на невеликій відстані. Таке поєднання дальності зв'язку і низької
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
9
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
затримки при обміні, дозволяє вчасно попередити учасників дорожнього
руху та вжити заходи до того, як може статися аварійна ситуація.
Принцип роботи технології V2X
Пристрої V2X мають 360 градусів покриття. Зв’язок за допомогою
радіосигналів дозволяє двом оснащеним транспортним засобам
обмінюватися важливою інформацією – незалежно від того, чи знаходяться
транспортні засоби в полі зору, за рогом, чи за будівлею. Для порівняння,
транспортний засіб, який покладається лише на датчики прямої видимості, не
в змозі виявити присутність іншого транспортного засобу, який
безпосередньо не видно, не кажучи вже про напрямок, швидкість,
інформацію, пов’язану з рухом, або його технічний стан.
На сигнали V2X значною мірою не впливають умови навколишнього
середовища, включаючи дощ, туман, сніг або темряву, порівняно з
існуючими бортовими датчиками. Таким чином, V2X унікально підходить
для сценаріїв ДТП, які характеризуються пізнім часом реагування – тобто
тими умовами, коли час реагування набагато менший за час виявлення
аварійної ситуації. На додаток до запобігання ДТП як основного джерела
інформації, V2X також може доповнювати інші датчики автомобіля, щоб
покращити можливості прогнозування ДТП у багатьох інших сценаріях, коли
видимість об’єктів, транспортних засобів або пішоходів недостатня через
навколишні та інші фактори.
Нарешті, комунікації V2X були розроблені, щоб забезпечити значну
безпеку та конфіденційність захисту. З міркувань безпеки кожне
повідомлення заслуговує довіри завдяки використанню облікових даних
безпеки, які дозволяють пристрою-одержувачу негайно підтвердити, що
повідомлення надійшло від надійного (а не зловмисного чи зловмисного)
відправника. Використання постійно випадкових облікових даних безпеки
ускладнює ідентифікацію пристроїв, що надсилають і приймають, що
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
10
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
забезпечує надійний захист конфіденційності. За допомогою цих елементів
можна створювати спеціальне транспортне середовище, в якому транспортні
засоби, пішоходи, велосипедисти та інші мандрівники, включно з тими, хто
знаходиться поза межами прямої видимості, переміщуються в надійні
обмінні пункти в динамічному та швидкозмінному середовищі.
Додатки V2X складаються з основних типів повідомлень, включаючи
Базового повідомлення про безпеку (BSM); повідомлення місцезнаходження
(поправки GPS, час повідомлення або цифрові карти перехресть);
завантаження даних; та сертифікати безпеки.
Безпека повідомлення та сертифікати безпеки є основою програм
безпеки V2V та V2I. Завдяки своїй доступності вони також забезпечують
ефективність системи, громадську безпеку та мобільність програм.
Повідомлення про місцезнаходження підтримують точність аналізу програм
безпеки в режимі реального часу. Завантаження даних дозволяє
транспортним операторам і менеджерам збирати локалізовані дані для
інтеграції в місцеві та регіональні системи підтримки прийняття рішень.
Обмін сертифікатами надає нові облікові дані для пристроїв, які запитують
оновлення, оскільки для захисту конфіденційності облікові дані
використовуються повторно лише кілька разів.
Повідомлення про безпеку передаються в стандартизованому форматі,
щоб повідомлення могли бути прочитані всіма іншими транспортними
засобами та пристроями з аналогічним обладнанням. BSM містить
інформацію про поведінку транспортного засобу, таку як положення
автомобіля за GPS, його передбачуваний шлях, його горизонтальне та
вертикальне прискорення та швидкість його повороту. Повідомлення мають
мітку часу, щоб автомобіль-одержувач знав, коли було надіслано
повідомлення. Додатки транспортних засобів поблизу та пристроїв
аналізують дані для вирішення різноманітних програм запобігання ДТП.
Коли BSM поєднується з іншими типами даних, наприклад, інформацією про
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
11
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
погоду на дорозі, або географічне розташування/карти робочої зони (або
положення працівників через пристрої, що носяться на захисних жилетах),
стає доступним ще більш широкий спектр програм V2I, V2P або інших
суспільно корисних програм V2X. В таблиці 2.1. представлено вимоги для
реалізації V2X програм.
Таблиця 2.1 - Вимоги для реалізації V2X програм
Вимога Характеристики
Низька затримка, швидка доставка повідомлень
Відносно малі вимоги до протоколу обміну
повідомленнями
Швидкість передачі
Затримки значно менше 100 мс
Пропускна здатність обміну даними понад
6 Мегабайт/с
Частотний спектр захищений від перешкод з боку
інших користувачів, що призводить до низького рівня
помилок при передачі пакетів V2X
Відповідні обмеження діапазону передачі,
визначені галузевими стандартами та правилами, які
унеможливлюють випромінювання за межі
передбаченого каналу та захищають користувачів
Перешкоди
суміжних каналів
Пристрої V2X включають відхилення інформації
від сусідніх каналів, що означає, що приймальна
частина радіо може прослуховувати повідомлення на
призначеному каналі та ігнорувати повідомлення на
сусідніх каналах
Усі пристрої-учасники співпрацюють у виборі та
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
12
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
використанні каналів, щоб зменшити перешкоди. Це
включає моніторинг поточного зв’язку та будь-які
інші заходи, необхідні для мінімізації перешкод.
Пристрої підтримують як широкомовний зв’язок,
так і зв’язок «точка-точка» на дуже короткі відстані
без потреби в мережі
Обмежена відстань для обміну даними дозволяє
Покриття повторно використовувати спектр і зменшує
перешкоди
Система має бути сумісною та адаптованою для
розширення на всі типи автомобільних систем,
мобільних пристроїв і програм
Продуктивність системи стійка до екстремальних
погодних умов
Пристрої розроблені таким чином, щоб бути
стійкими до передачі у середовищі типовому для
проїжджої частини, де сигнал може відбиватися від
самої дороги, а також від будівель та інших
придорожніх об’єктів, надходячи до приймача після
Надійність і проходження різними шляхами та потенційно
стабільність створюючи перешкоди для основної лінії передачі
Система повинна стабільно працювати в умовах
високошвидкісного транспортного засобу
Система забезпечує платформу, яку можна легко
змінювати та впроваджувати, одночасно
забезпечуючи зворотну сумісність, щоб забезпечити
міцну технічну основу для постійних інновацій і
підвищення безпеки та ефективності транспортування
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
13
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
протягом життєвого циклу пристроїв
Має адаптовану систему бездротової безпеки та
автентифікації повідомлень, яка працює на високій
швидкості та здатна надавати різні дозволи
(наприклад) поліції чи машинам швидкої допомоги
Операції здійснюються в ліцензованому діапазоні
частот
Доступність
Повідомлення безпеки щодо уникнення аварій
мають пріоритет над іншими повідомленнями
Вимоги наведені в таблиці 2.1 стосуються двох основних потреб,
обидві з яких наразі задовольняються існуючою технологією V2X:
1. Зв’язок V2X має працювати в ситуаціях, де аварія неминуча, і в
складних дорожніх умовах. Комунікації V2X розроблені для роботи в
швидкозмінному середовищі, де пристрої можуть рухатися назустріч
один одного зі швидкістю понад 160 км/год, або рухатися з різною
швидкістю в одному напрямі.
2. Виділений розподіл частот забезпечують можливість обміну
повідомленнями без шкідливих перешкод.
Поточний розподіл діапазону 5,9 ГГц ідеально підходить для технології
V2X (таблиця 2.2).
Згідно з цими правилами, комунікації, що стосуються безпеки життя та
майна, мають найвищий пріоритет
Комунікації з громадською безпекою мають другий пріоритет. У цьому
відношенні розроблено два окремі канали – один для запобігання ДТП V2X
(канал 172) і один для громадської безпеки V2X (канал 184).
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
14
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Таблиця 2.2 - Технологія V2X на прикладі частотного розподілу 75
МГц в Сполучених Штатах Америки
5.850 ГГц 5.925 ГГц
Пропонований
канал 183
Канал 175 Канал 181
Резерв Канал 172 Канал Канал Канал Канал Канал Канал
5 МГц 10 МГц 174 176 178 180 182 184
10 10 Контроль 10 10 10 МГц
МГц МГц 10 МГц МГц МГц
Буфер Виявлення Управління та Контроль Управління та Громад
проти та оцінка функціонуван ний канал функціонування ська
неліцен загроз ня запитів на транспортної безпека
зованих Попередж транспортної наявність системи та
Wi-Fi ення про системи вільних Захист/конфіден реагува
пристро зіткнення Захист/конфід каналів ційність ння на
їв енційність надзви
чайні
ситуа-
ції
Канал захисту від перешкод неліцензійних пристроїв Wi-Fi представляє
собою захисну резервну смугу в 5 МГц, яка поглинає сигнал від цих
неліцензійних пристроїв. Канал громадської безпеки має більшу потужність
у тих випадках, коли громадська безпека та реагування на надзвичайні
ситуації повинні вимкнути або придушити зв’язок поблизу, щоб забезпечити
пріоритет. Решта каналів призначені для додатків безпеки, ефективності
системи та мобільності, які можуть витримувати невеликі перешкоди або які
можуть чекати кілька сотень мілісекунд для передачі. Щоб використовувати
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
15
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
та повторно використовувати доступний спектр, канал керування допомагає
програмам переходити до вільних каналів.
Ці розподіли каналів використовувалися для підтримки базового
набору повідомлень V2X (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 Використання технології V2X
Ці технології лежать в основі широкого спектру суспільно корисних
програм і використовують усі існуючі 75 МГц у реальному використанні, які
включають:
• Основні повідомлення про безпеку (Basic Safety Messaging,
BSM).
• Фаза та час сигналу (Signal Phase and Timing, SPaT) і карта (опис
геометрії доріг, які описують складні перехрестя, сегменти доріг і контури
високошвидкісних кривих).
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
16
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
• Управління даними зонда (Probe Data Management, PDM) і дані
про транспортний засіб (Probe Vehicle Data, PVD).
• Повідомлення про особисту безпеку (Personal Safety Message,
PSM), яке включає в себе кінематичний стан різних типів вразливих
учасників дорожнього руху (VRU), таких як пішоходи, велосипедисти або
дорожні робітники.
• Дані інформації про дорожній рух, як-от попередження
громадської безпеки та першої служби реагування, попередження про
інциденти, сповіщення про будівельні зони, попередження про погоду та
стан доріг або попередження про швидкість на поворотах.
• Повідомлення про статус сигналу (Signal Status Message, SSM) і
повідомлення запиту сигналу (Signal Request Message, SRM) для служб
випередження.
• Сервіси системи керування обліковими даними безпеки (Security
Credential Management System, SCMS).
• Оновлення по повітрю (On-the-Air, OTA).
• Повідомлення бездротового доступу в транспортному середовищі
(Wireless Access in Vehicular Environment, WAVE), які є критично важливим
елементом в управлінні використанням і повторним використанням каналів –
вони визначають, які канали доступні для використання програмами.
• Оповіщення про дорожній сигнал (Roadside Signal Alert, RSA) та
інформаційне повідомлення для подорожуючих (Traveler Information
Message, TIM), щоб попередити мандрівників про небезпеки поблизу;
• Поправки GPS та інших радіонавігаційних сигналів.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
17
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
2.2 Виділений зв’язок малого радіусу дії (DSRC)
Виділений зв’язок малого радіусу дії (DSRC) (рис. 2.3) – це технологія
для прямого бездротового обміну даними між транспортними засобами та
іншими інтелектуальними транспортними системами між транспортними
засобами, іншими учасниками дорожнього руху (іншими транспортними
засобами, пішоходами, велосипедистами тощо) та інфраструктурою (сигнали
світлофора, електронні таблички тощо). Виділений зв’язок малого радіусу дії
можна використовувати як для одностороннього, так і для двостороннього
обміну даними, використовує канали в ліцензованому діапазоні 5,9 ГГц.
DSRC базується на IEEE 802.11p.
Рисунок 2.3 - Схематичне зображення технології виділеного зв’язку малого
радіусу дії (DSRC)
У жовтні 1999 року Федеральна комісія зі зв'язку США (FCC) виділила
75 МГц спектру в діапазоні 5,9 ГГц для використання ITS на основі DSRC.
До 2003 року DSRC використовувався в Європі та Японії для електронної
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
18
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
системи автоматичної оплати проїзду автодорогою. У серпні 2008 року
Європейський інститут телекомунікаційних стандартів (ETSI) виділив 30
МГц спектру в діапазоні 5,9 ГГц для інтелектуальних транспортних систем
(Intelligent transportation system, ITS).
У листопаді 2020 року Федеральна комісія зі зв'язку США (FCC)
перерозподілила нижні 45 МГц спектру 75 МГц на сусідній діапазон ISM
(industrial, scientific and medical) 5,8 ГГц для неліцензійного використання, не
пов’язаного з ITS, посилаючись на відсутність прийняття DSRC. З 30 МГц,
які залишилися для ліцензованого використання ITS, 10 МГц було збережено
для DSRC (канал 180, 5,895–5,905 ГГц), а 20 МГц було зарезервовано для
наступника DSRC, LTE-CV2X (канал 183, 5,905–5,925 ГГц).
Інші програми включають:
• Система аварійного оповіщення транспортних засобів
• Спільний адаптивний круїз-контроль
• Спільне попередження про лобове зіткнення
• Уникнення зіткнення на перехресті
• Попередження про наближення екстреного автомобіля
• Перевірка безпеки транспортних засобів
• Електронна оплата паркування
• Розмитнення та перевірка безпеки комерційних транспортних
засобів
• Автомобільний підпис
• Попередження про перекидання транспортних засобів
• Збір даних учасників руху
• Попередження про перехрестя шосе-залізниця
• Електронний збір плати за проїзд
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
19
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Стандартизація
Системи DSRC в Європі, Японії та США несумісні та мають значні
відмінності, включаючи спектр і канали (5,8 ГГц, 5,9 ГГц та інфрачервоний
спектри), швидкість передачі даних і протоколи.
Європейська організація стандартизації Європейський комітет
стандартизації (CEN), іноді у співпраці з Міжнародною організацією
стандартизації (ISO), розробила деякі стандарти DSRC:
1. EN 12253:2004 Dedicated Short-Range Communication – Physical layer
using microwave at 5.8 GHz
2. EN 12795:2002 Dedicated Short-Range Communication (DSRC) –
DSRC Data link layer: Medium Access and Logical Link Control
3. EN 12834:2002 Dedicated Short-Range Communication – Application
layer
4. EN 13372:2004 Dedicated Short-Range Communication (DSRC) –
DSRC profiles for RTTT applications
5. EN ISO 14906:2004 Electronic Fee Collection – Application interface
Кожен стандарт стосується різних рівнів комунікаційного стеку моделі
OSI.
Основною перевагою технології DSRC є швидке з’єднання між
пристроями та мала затримка передачі пакетів, що досягається завдяки
використанню протоколу WSMP (Wave Short Message Protocol) на
транспортному рівні моделі OSI. Ці особливості технології DSRC дозволяють
побудувати безпроводову систему попередження водіїв та пішоходів про
можливу небезпеку, що дозволить зменшити кількість дорожньо-
транспортних пригод.
Поправка IEEE 802.11p
IEEE 802.11p – це затверджена поправка до стандарту IEEE 802.11 для
додавання бездротового доступу в транспортних середовищах (WAVE),
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
20
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
автомобільної системи зв’язку. Він визначає вдосконалення 802.11
(маркетинг продуктів позначається як Wi-Fi), необхідні для підтримки
програм інтелектуальних транспортних систем (ITS). Це включає обмін
даними між високошвидкісними транспортними засобами та між
транспортними засобами та придорожньою інфраструктурою, так званий
зв’язок V2X, у ліцензованому діапазоні ITS 5,9 ГГц (5,85–5,925 ГГц). IEEE
1609 – це стандарт вищого рівня, заснований на IEEE 802.11p. Він також є
основою європейського стандарту для автомобільного зв’язку, відомого як
ETSI ITS-G5.
802.11p є основою виділеного зв’язку малого радіусу дії (DSRC),
проекту Міністерства транспорту США, заснованого на архітектурі
комунікаційного доступу для наземних мобільних пристроїв (Communications
access for land mobiles, CALM) Міжнародної організації зі стандартизації для
мереж зв’язку на базі транспортних засобів, зокрема для таких програм, як
стягнення плати за проїзд, послуги безпеки транспортних засобів та
комерційні операції за допомогою автомобілів. Основним баченням була
загальнонаціональна мережа, яка забезпечує зв’язок між транспортними
засобами та придорожніми точками доступу або іншими транспортними
засобами.
У Європі 802.11p використовується як основа для стандарту ITS-G5,
що підтримує протокол GeoNetworking для зв’язку між транспортними
засобами та між транспортними засобами та інфраструктурою. ITS-G5 і
GeoNetworking стандартизуються групою Європейського інституту
телекомунікаційних стандартів для інтелектуальних транспортних систем
(рис. 2.4).
Основна відмінність від стандарту IEEE 802.11 полягає в Управлінні
доступом до середовища (Meduim access control, MAC-рівень), шляхом
встановлення параметра dot11OCBActivated у значення true, що дозволяє
зв’язок поза контекстом базового набору послуг (BSS).
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
21
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.3 - Розподіл частот технології зв’язку ITC-G5
Оскільки канал зв’язку між транспортними засобами та придорожньою
інфраструктурою може існувати лише протягом короткого інтервалу часу,
процедури автентифікації та асоціації BSS видаляються, оскільки це
трудомісткий процес і в транспортному середовищі, де вузли дуже мобільні,
транзакції можуть не завершитися, доки вузли не вийдуть за межі радіусу дії
один одного. Поправка IEEE 802.11p визначає метод обміну даними через
цей канал без необхідності встановлення базового набору послуг (Basic
service set, BSS). З цією метою станції з підтримкою IEEE 802.11p
використовують символ підстановки BSSID (значення всіх 1) у заголовку
кадрів, якими вони обмінюються, і можуть почати надсилати та отримувати
кадри даних, щойно вони надходять на канал зв’язку.
Оскільки такі станції не асоційовані та не автентифіковані, механізми
автентифікації та конфіденційності даних, передбачені стандартом IEEE
802.11 (і його поправками), не можуть бути використані. Ці види
функціональності потім повинні забезпечуватися вищими мережевими
рівнями. Ця поправка додає нову рамку керування для синхронізації часу, що
дозволяє станціям із підтримкою IEEE 802.11p синхронізувати себе із
загальним опорним часом. Єдиним посиланням на час, визначеним у
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
22
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
поправці IEEE 802.11p, є всесвітній координований час (UTC).
Стандарт IEEE 802.11p зазвичай використовує канали із смугою
пропускання 10 МГц у діапазоні 5,9 ГГц (5,850–5,925 ГГц). Це половина
пропускної здатності по зрівнянню зі стандартом 802.11a. Це дозволяє
приймачу краще справлятися з характеристиками радіоканалу в середовищах
транспортного зв’язку, наприклад, коли сигнал відбивається від інших
машин або будинків.
Використання G5-CCH і G5-SCH1 до G5-SCH2 призначене в
основному для ITS безпеки дорожнього руху. G5-SCH3 до G5-SCH5
призначені для ITS ефективності дорожнього руху
2.3 Cellular V2X
Cellular V2X (C-V2X) – це стандарт 3GPP для додатків V2X, таких як
безпілотні автомобілі. Це альтернатива стандарту IEEE 802.11p, для V2V та
інших форм зв’язку V2X.
Cellular V2X використовує стандартизоване 3GPP мобільне стільникове
з’єднання 4G LTE або 5G для обміну повідомленнями між транспортними
засобами, пішоходами та пристроями контролю руху на узбіччі, такими як
світлофори. Він зазвичай використовує діапазон частот 5,9 ГГц, який є
офіційно визначеною частотою інтелектуальної транспортної системи (ITS) у
більшості країн. C-V2X може працювати без допомоги мережі та перевищує
діапазон DSRC приблизно на 25%.
C-V2X був розроблений у рамках Проекту партнерства третього
покоління (3GPP) для заміни DSRC у США та C-ITS у Європі.
У 2014 році 3GPP Release 13 стимулював дослідження, щоб перевірити
застосовність чинних на той час стандартів до V2X. Це призвело до появи
специфікацій 3GPP Release 14 для зв’язку C-V2X, завершених у 2017 році.
3GPP Release 15 представив 5G для випадків використання V2N, а 3GPP
Release 16 включає роботу над прямим зв’язком 5G New Radio для V2V/V2I.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
23
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
У Європі в липні 2019 року ЄС оголосив, що приймає технологічно
нейтральний підхід до C-ITS, залишаючи шлях для того, щоб 4G, 5G та інші
передові технології стали частиною програм і послуг V2X.
У Сполучених Штатах наприкінці 2019 року Федеральна комісія
зв’язку запропонувала виділити 20 МГц і, можливо, 30 МГц у діапазоні 5,9
ГГц для C-V2X. У листопаді 2020 року ця пропозиція була прийнята, і верхні
30 МГц (5,895–5,925 ГГц) були виділені для C-V2X.
C-V2X має такі режими:
Device-to-network: зв’язок за допомогою звичайних стільникових
каналів для додатків транспортного засобу до мережі (V2N).
Device-to-device: прямий зв’язок без використання мережевого
планування для додатків «транспортний засіб – транспортний засіб» (V2V),
транспортний засіб – інфраструктура (V2I) і транспортний засіб – пішохід
(V2P), наприклад для захисту вразливих учасників дорожнього руху та
стягнення плати за проїзд.
Високоточне позиціонування в системах C-V2X
Існують різні варіанти використання послуг V2X, наприклад,
попередження про екстрене гальмування, попередження про зіткнення,
попередження про небезпеку на дорозі, попередження про затори, керування
швидкістю, автономне водіння, дистанційне водіння тощо. Таким чином,
одним із фундаментальних елементів C-V2X є позиціонування, а саме
розпізнавання абсолютного та відносного положення автомобіля щодо інших
навколишніх об’єктів, таких як транспортні засоби, пішоходи, дорожні знаки
та інші будівлі. Зокрема, автономне водіння, найбільш захоплююче
застосування в C-V2X, висуває набагато суворіші вимоги до точності
позиціонування, ніж інші послуги, тому помилка може призвести до
фатальних наслідків.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
24
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Базуючись на ключових показниках системи позиціонування та
викликах позиціонування для V2X, пропонується дві системні архітектури
для високоточного позиціонування C-V2X з точки зору оператора зв’язку:
1. Архітектура позиціонування на основі терміналу: розрахунок
позиціонування завершується на стороні терміналу за допомогою
допоміжної інформації, наданої мережею, такої як кінематика
реального часу (RTK), картографічні дані тощо.
2. Архітектура позиціонування за допомогою терміналу: позиціонування
за допомогою терміналу полягає в тому, що обчислення
позиціонування завершується на стороні мережі шляхом збору всієї
інформації як з боку дороги, так і з боку терміналу.
З еволюцією послуг V2X від систем допомоги водію до автономного
водіння вимоги до варіантів використання також змінюють доступність
покриття мережі, рівень невизначеності, доступність функцій для одночасної
локалізації та відображення методів позиціонування, надійність, затримку,
швидкість, швидкість передачі даних, діапазон зв’язку, а також точність
позиціонування, яка варіюється від метрового до субметрового рівня. Нижче
наведено важливі для високоточного позиціонування показники:
• Точність позиції: описує близькість виміряного положення
терміналу до значення його справжнього положення. Точність може
описувати точність абсолютного або відносного положення. Далі це
може бути виведено в горизонтальну точність позиціонування –
посилаючись на похибку позиціонування в 2D опорній або
горизонтальній площині, і на вертикальну точність позиціонування
– посилаючись на похибку позиціонування на висоті вертикальної
осі.
• Доступність: відсоток часу, коли система позиціонування може
надати необхідні дані, пов’язані з позицією, у межах цільових
показників або вимог.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
25
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
• Частота оновлення: швидкість, з якою система позиціонування
генерує дані про позицію. Це обернена величина часу, що минув
між двома послідовними даними, пов’язаними з положенням.
• Надійність: міра здатності системи позиціонування надавати дані
про місцезнаходження за встановлених умов протягом визначеного
періоду.
• Затримка: час, що минув між подією, яка ініціює визначення даних,
пов’язаних з положенням, і доступністю даних, пов’язаних з
положенням, в інтерфейсі системи позиціонування. Під час
ініціалізації системи позиціонування затримка також визначається
як час до першого фіксування. Хоча він здатний досягти
сантиметрової точності та широко використовується для
картографування, його застосування для позиціонування в
реальному часі є проблематичним через затримку сканування та
обробки.
Вимоги до точності позиціонування терміналу в комерційному
використанні технології C-V2X:
• Плата за користування дорогами – 1-3 м
• Завантаження карти – ≤ 10 м
• Системи автоматичного оповіщення про ДТП – ≤ 10 м
• Допомога у паркуванні – ≤ 2 м
• Попередження перед зіткненням – ≤ 1,5 м
• Попередження про екстрене гальмування – ≤ 1,5 м
• Попередження про небезпеку на дорозі – ≤ 5 м
• Автоматизоване керування – ≤ 1 м
• Дистанційне керування – ≤ 1 м
• Попередження про перевантаження – ≤ 5 м
• Попередження про неправильне керування – ≤ 5 м
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
26
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
• Регулювання швидкості – ≤ 5 м
• Поступитися транспортним засобам високого пріоритету – ≤ 5 м
На даний момент вимоги до позиціонування в сценаріях C-V2X в
основному відповідають таким трьом проблемам: вимоги до позиціонування
в різних сценаріях застосування, малювання та оновлення карти високої
чіткості і вартість високоточного позиціонування:
• Відповідати вимогам позиціонування в різних сценаріях
застосування. На даний момент технологія позиціонування поза
приміщеннями в основному базується на кінематиці в реальному
часі (RTK), яка може досягати позиціонування на рівні сантиметра
у відкритому та безперешкодному сценарії. Однак, беручи до уваги
інтенсивну забудову в міському середовищі, а також сцени оклюзії,
такі як тунелі/підземний паркінг тощо, його потрібно поєднати з
інерційним блоком, щоб підтримувати точність протягом
безперервного часу за допомогою поєднаного алгоритму. Таким
чином, забезпечити довгострокове стабільне та високоточне
позиціонування транспортного засобу в усіх сценаріях, є великою
проблемою в сценаріях застосування C-V2X. Необхідно
забезпечити точність позиціонування транспортного засобу в будь-
який час і в будь-якому місці за допомогою об’єднання даних із
багатьох джерел, як-от поєднання позиціонування стільникової
мережі, інерціальної навігації, радара, камери тощо, наприклад,
планування шляху та моніторинг рівня смуги руху в C-V2X послуги
вимагають відповідної карти високої точності, підібраної для
забезпечення точності позиціонування.
• Дороге високоточне позиціонування. Щоб забезпечити вимоги
високої точності позиціонування транспортних засобів, необхідно
інтегрувати стільникові мережі, супутники, інерціальну навігацію,
камери та радіолокаційні дані. Однак створення HD-карт є дорогою
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
27
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
та складною роботою, яка вимагає регулярних оновлень для
забезпечення точного та надійного позиціонування та вимог до
обслуговування. Висока вартість і труднощі швидкої популяризації
обмежують бізнес-послуги високоточного позиціонування
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
28
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
3 ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ СТАНДАРТІВ ЦИФРОВОГО
ТРАНКІНГОВОГО РАДІОЗВ'ЯЗКУ
В даний час процес розгортання мереж транкінгового радіозв'язку у
всьому світі характеризується широким впровадженням цифрових систем.
Практично всі ведучі світові постачальники устаткування, системні
інтегратори і оператори, а також багато крупних споживачів послуг
транкінгового радіозв'язку оголосили про свій перехід до цифрових систем.
Основне суперництво на ринку стандартів, орієнтованих не тільки на
звичайних корпоративних користувачів, але і на представників
правоохоронних органів і служб суспільній безпеці, ведуть TETRA, APCO
25l.
Всі показники цифрових стандартів, які можна розглядати як критерії
для порівняння, з певною часткою умовності можна розбити на дві групи:
експлуатаційно-технічні і організаційно-економічні.
Під експлуатаційно-технічними критеріями розуміємо узагальнені
технічні показники, які визначаються параметрами систем зв'язку, такі, як
дальність і оперативність зв'язку, ступінь безпеки зв'язку, спектральна
ефективність, набір послуг зв'язку (як стандартних, так і спеціальних,
орієнтованих на використання правоохоронними органами і службами
суспільній безпеці). Кожен з цих критеріїв є комплексним, тобто, у свою
чергу, складається з декількох показників або залежить від певного набору
параметрів, які будуть розглянуті нижче.
Дати чітке визначення організаційно-економічним критеріям достатньо
складно, набагато простіше просто їх перерахувати. До їх числа можна
віднести вартісні показники систем зв'язку, можливості виділення ресурсів
радіочастотного спектру і перспективи розвитку і розповсюдження в світі
кожного із стандартів. В порівнянні з експлуатаційно-технічними
показниками, ці критерії мають велику неоднозначність і набагато вищий
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
29
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
ступінь суб'єктивізму при їх оцінці. При цьому організаційно-економічні
показники певною мірою залежать від технічних, наприклад, на вартісні
показники істотно впливають дальність зв'язку і спектральна ефективність.
3.1 Експлуатаційно-технічні критерії
Узагальнені відомості про системи стандартів TETRA, APCO 25 і їх
основні технічні характеристики представлені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 - Порівняльний аналіз систем стандартів TETRA, APCO 25
№ Характеристика TETRA APCO 25
стандарту зв'язку
1. Розробник ETSI APCO
стандарту
2. Статус стандарту відкритий відкритий
3. Основні виробники Nokia, Alcatel, Motorola, Motorola,
радіозасобів OTE E.F.Johnson Inc.,
Transcrypt,
ADI Limited
4. Можливий діапазон 150-900 138-174;
робочих частот, 406-512;
Мгц 746-869
5. Рознесення між 25 12,5; 6,25
частотними
каналами, кГц
6. Ефективна смуга 6,25 12,5; 6,25 (для фази II)
частот на один
мовний канал, кГц
7. Вид модуляції p /4-DQPSK C4FM (12,5 кГц)
CQPSK (6,25 кГц)
8. Метод мовного CELP IMBE
кодування і (4,8 Кбіт/с) (4,4 Кбіт/с)
швидкість мовного
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
30
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
перетворення
9. Швидкість передачі 7200 (28800 – при 9600
інформації в каналі, передачі 4-х
біт/с інформаційних каналів на
одній фізичній частоті)
10 Час встановлення 0,2 з - при индив. виклику 0,25 - в режимі
каналу зв'язку, з (min); 0,17 з - при прямого зв'язку; 0,35 -
груповому виклику (min) в режимі
ретрансляції; 0,5 - в
радіопідсистемі
11 Метод розділення БДТР БДЧР
каналів зв'язку
(з використанням
частотного
розділення в
багатозонових системах)
12 Вид каналу виділений або виділений
управління розподілений
13 Можливості 1) стандартні алгоритми; 4 рівні захисту
шифрування 2) наскрізне шифрування інформації
інформації
Розглядаючи технічні характеристики і функціональні можливості
представлених стандартів транкінгового зв'язку, можна відзначити, що всі
стандарти мають високі (щодо даного класу систем рухомого радіозв'язку)
технічні показники. Стандарти дозволяють використовувати в своїх системах
дуплексні радіостанції. У засобах радіозв'язку даних стандартів
використовуються ефективні методи мовногоперетворення і
перешкодостійкого кодування інформації. Всі стандарти забезпечують
високу оперативність зв'язку і достатню спектральну ефективність.
З технічної точки зору, основні відмінності між стандартами TETRA, з
APCO 25 – визначаються методом розділення каналів зв'язку. Для стандарту
TETRA це багатостанційний доступ з тимчасовим розділенням каналів
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
31
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
зв'язку (БДТР, англійська абревіатура – TDMA), а для APCO 25 –
багатостанційний доступ з частотним розділенням (БДЧР або FDMA).
Дальність зв'язку
Під дальністю зв'язку зазвичай розуміють максимальну відстань між
двома радіостанціями, на якій забезпечується стійкий зв'язок з необхідною
якістю. При цьому стійкою зв'язок вважається тоді, коли відношення
проведених сеансів зв'язку до загального числа спроб виходу на зв'язок
перевищує задане. Під необхідною якістю розуміють якість прийому мовного
сигналу, при якому зберігається задана розбірливість.
Дальність зв'язку залежить від великої кількості чинників, які можна
розділити на 3 основних групи:
• чинники, визначувані умовами застосування засобів зв'язку
(висота установки антен, рельєф місцевості, завадова обстановка і так далі);
• чинники, визначувані технічними параметрами, реалізованими в
апаратурі зв'язку (потужність передавачів, чутливість приймального тракту,
коефіцієнт посилення антени і так далі);
• чинники, визначувані безпосередньо закладеними в стандарті
принципами побудови каналів зв'язку (ширина смуги каналу зв'язку,
швидкість інформації в каналі, спосіб модуляції сигналу, алгоритм мовного
кодування, методи перешкодостійкого кодування).
Звісно, що потрібно порівнювати стандарти цифрового транкінгового
радіозв'язку можна тільки по останній групі чинників, оскільки інші групи
залежать або від умов експлуатації, або визначаються якістю виробництва
радіозасобів.
Слід розуміти, що принципово системи з FDMA забезпечують велику
дальність зв'язку (при інших рівних параметрах) в порівнянні з системами з
TDMA. Це пояснюється меншою енергією сигналу на один біт інформації.
Відомо, що енергія сигналу Ec визначається як:
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
32
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Ec = Pc·Tc, (3.1)
де Pc – потужність,
Tc – тривалість сигналу.
При зменшенні тривалості сигналу (часу передачі одного
інформаційного біта для цифрової системи) пропорційно зменшується
енергія. Наприклад, для систем TETRA, з чотирма інформаційними каналами
на одній фізичній частоті еквівалентна потужність на біт інформації в 4 рази
менше, ніж в системах з FDMA, що рівносильно зниженню дальності зв'язку
орієнтування на 40 %.
Іншим чинником, що впливає на зниження дальності зв'язку в системах
з TDMA по порівнянню FDMA-системами, є стійкість каналу зв'язку при
багатопроменевому розповсюдженні сигналу, що виникає в умовах щільної
міської забудови або горбистої місцевості із-за віддзеркалення сигналу від
будівель і інших перешкод і що приводить до появи радіолуни. Відбитий
сигнал надає тим більший вплив, чим більше його відношення до тривалості
сигналу. Тому зменшення тривалості інформаційного біта в системах з
TDMA погіршує якість прийому в умовах багатошляховості. (Принципово
можна добитися компенсації затримки сигналу, проте це вимагає
застосування різних типів приймачів для різних умов розповсюдження
сигналу.)
Оперативність зв'язку
Основним параметром, що характеризує оперативність зв'язку, є час
встановлення з'єднання (каналу зв'язку) між абонентами. Якщо розглядати
час встановлення каналу зв'язку в межах зони дії однієї базової станції, то всі
стандарти мають близькі показники, в межах від 0,2 до 0,5 с. Для абонентів
мереж стандарту TETRA, в середньому, вище вірогідність опинитися в
різних зонах обслуговування. При цьому виклик проходитиме через
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
33
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
комутатор, що неминуче збільшить час встановлення з'єднання. Окрім цього,
існує небезпека, що в зоні абонента, що викликається, зайняті всі канали
ретранслятора, і навіть у разі витісняючого виклику буде потрібно час на
розрив один з поточних з'єднань. Таким чином, в цілому, можна сказати, що
статистично час встановлення з'єднання для передачі мовних повідомлень в
мережах стандартy APCO 25 менше, ніж в стандарті TETRA.
Разом з тим, все велике значення в сучасних мережах рухомого
радіозв'язку набуває швидкості передачі даних, яка також є показником
оперативності зв'язку. Для стандарту TETRA вона може досягати 28,8 Кбіт/с
(при використанні всіх чотирьох тимчасових інтервалів для передачі масиву
даних). Для стандартів APCO 25 досягає лише – 9600 біт/с.
Безпека зв'язку
Поняття безпеки зв'язку включає вимоги по забезпеченню секретності
переговорів (виключення можливості витягання інформації з каналів зв'язку
кому-небудь окрім санкціонованого одержувача) і захисту від
несанкціонованого доступу до системи (виключення можливості захоплення
управління системою і спроб вивести її з ладу, захист від “двійників” і тому
подібне).
Якщо порівнювати самі стандарти, а не системи і комплекси технічних
засобів на їх основі, то можна сказати, що всі стандарти володіють
порівнянним ступенем як захисту інформації, так і захисту від
несанкціонованого доступу. Вони забезпечують можливість застосування
стандартних алгоритмів захисту інформації, а також можливість
використання оригінальних алгоритмів, розроблених користувачами мереж
радіозв'язку.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
34
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Спектральна ефективність
Основним показником спектральної ефективності системи зв'язку є
ефективна смуга частот на один мовний канал, що визначає яку кількість
каналів зв'язку можна розмістити у відведеному для розгортання мережі
зв'язку фіксованій смузі частот. З таблиці 4.1 видно, що по цьому показнику
TETRA має перевагу в порівнянні із стандартами з частотним розділенням
каналів. Стандарт APCO 25 також декларує ефективну смугу частот, рівну
6,25 кГц, проте це буде досягнуто тільки в другій фазі реалізації проекту.
Набір послуг зв'язку
Функціональні можливості, що надаються системами стандартів
цифрового транкінгового радіозв'язку, приведені в таблиці 3.2.
Таблиця 3.2 - Функціональні можлівості системи зв’язку
№ Функціональні можливості системи зв'язку TETRA APCO 25
1. Підтримка основних видів виклику + +
(індивідуальний, груповий, широкомовний)
2. Вихід на ТМЗК + +
3. Передача даних і доступ до централізованих БД + +
4. Режим прямого зв'язку + +
5. Автоматична реєстрація мобільних абонентів + +
6. Персональний виклик + +
7. Доступ до фіксованих мереж IP + +
8. Передача статусних повідомлень + +
9. Передача коротких повідомлень + +
10 Підтримка режиму передачі даних про + н/с
місцеположення від системи GPS
11 Факсимільний зв'язок + +
12 Можливість установки відкритого каналу + н/с
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
35
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
13 Множинний доступ з використанням списку + +
абонентів
14 Наявність стандартного режиму ретрансляції + +
сигналів
15 Наявність режиму “подвійного спостереження” + -
Розглядаючи функціональні можливості представлених стандартів
транкінгового зв'язку, можна сказати, що вони забезпечують порівнянний
рівень послуг зв'язку. Всі стандарти дозволяють будувати різні конфігурації
мереж зв'язку, забезпечують різноманітні режими передачі мови і даних,
зв'язок з телефонними мережами загального користування (ТМЗК) і
фіксованими мережами. Стандарти дозволяють використовувати в своїх
системах дуплексні радіостанції. Деяку перевагу має більш відпрацьований
стандарт TETRA, в якому реалізований режим “подвійного спостереження” і
відкритий канал, украй корисний для служб суспільній безпеці.
Інформація про наявність деяких специфічних послуг зв'язку,
орієнтованих на використання представниками служб суспільній безпеки,
представлена в таблиці 3.3. Тут також можна відзначити, що стандарти
TETRA, APCO 25 забезпечують порівнянний рівень спеціальних послуг.
Таблиця 3.3 - Специфічні послуги зв’язку
№ Спеціальні послуги зв'язку TETRA APCO 25
1. Пріоритет доступу + +
2. Система пріоритетних викликів + +
3. Динамічне перегрупування + +
4. Виборче прослуховування + +
5. Дистанційне прослуховування + н/с
6. Ідентифікація зухвалої сторони + +
7. Виклик, санкціонований диспетчером + +
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
36
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
8. Передача ключів по радіоканалу (OTAR) - +
9 Дистанційне відключення абонента + +
10 Аутентифікація абонентів + +
3.2 Організаційно-економічні критерії
Наявність ресурсів радіочастотного спектру (РЧС) для розгортання
системи радіозв'язку є найважливішим критерієм вибору тієї або іншої
системи. В даному випадку найбільш перспективні стандарти, які
забезпечують можливість побудови мереж зв'язку в найбільш широкому
діапазоні.
Системи TETRA теоретично забезпечують можливість роботи в дуже
широкому діапазоні (150-900 Мгц). Разом з тим, поки виробники пропонують
в основному устаткування, що функціонує тільки в діапазоні, виділеному в
Європі для побудови мереж TETRA, - 380-385/390-395 і 410-430/450-470
Мгц, хоча зараз вже є зведення про проекти систем в діапазоні 800 Мгц.
Системи APCO 25 відповідно до функціональних і технічних вимог
забезпечують можливість роботи в будь-якому з діапазонів, відведених для
рухомого радіозв'язку.
Важливим критерієм порівняння стандартів є частотний ресурс,
необхідний для розгортання мережі зв'язку з однаковою кількістю абонентів і
однаковою зоною радіопокриття. Тут не може бути однозначної відповіді. З
одного боку, стандарт TETRA має кращу спектральну ефективність, з іншої -
APCO 25 забезпечують більший радіус зони обслуговування базової станції.
Тому для систем TETRA менші ресурси радіочастотного спектру будуть
потрібні для мереж радіозв'язку з дуже інтенсивним трафіком, а переваги
APCO 25 виявлятимуться для мереж зв'язку з невисоким трафіком і широкою
зоною обхвату.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
37
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Економічна ефективність
На сьогоднішній день устаткування систем цифрового радіозв'язку
коштує значно дорожче в порівнянні з аналоговими системами. Як правило,
вартості укладених контрактів є комерційною таємницею, проте слід
розуміти, що при розгортанні системи будь-якого з представлених стандартів
цифрового радіозв'язку, обслуговуючого декілька сотень абонентів, мова йде
не про тисячі, а про мільйони доларів. Судячи по рекламній інформації
зарубіжних фірм, вартість абонентських радіостанцій, що працюють в
цифрових стандартах, може коливатися в межах від 800 до 4 тис. доларів,
причому істотна частка вартості може визначатися наявністю модулів або
програмних засобів захисту інформації.
Порівняння економічної ефективності систем різних стандартів не
можна розглядати у відриві від категорії системи рухомого радіозв'язку. Для
створення мереж зв'язку з невеликим навантаженням, широким
територіальним обхватом і числом каналів в межах 10 більш оптимальним є
використання систем БДЧР, до яких відносяться APCO 25 (Фаза I). Це
пояснюється великим радіусом зон обслуговування систем FDMA в
порівнянні з TDMA-системами.
Проте, для мереж зв'язку з інтенсивним трафіком і числом каналів в
одній зоні більше 15 переважне використання систем з тимчасовим
розділенням каналів, до яких відноситься TETRA.
Слід зазначити, що стандарт APCO 25 (Фаза II) володітиме
універсальністю, забезпечуючи можливість будувати системи як з частотним,
так і з тимчасовим розділенням каналів.
Перспективи розвитку систем даних стандартів в світі
По кількості існуючих проектів мереж зв'язку стандарт TETRA не
поступається APCO 25. Поки практично всі мережі зв'язку зосереджені в
Європі. Мабуть, стандарт TETRA підтриманий найбільшою кількістю
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
38
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
провідних виробників, причому не тільки європейських. Свої системи на базі
стандарту TETRA випустили такі провідні компанії, як Motorola (система
Dimetra), Nokia (Nokia TETRA), OTE Marconi (ELETTRA).
При виборі стандарту радіозв'язку обов'язково необхідно враховувати
інформацію про те, чи є стандарт відкритим або корпоративним (закритим).
Відкриті стандарти, до яких відносяться TETRA і APCO 25,
забезпечують створення конкурентного середовища, залучення великої
кількості виробників базового устаткування, абонентських радіостанцій,
тестової апаратури для випуску сумісних радіозасобів, що сприяє зниженню
їх вартості.
Доступ до специфікацій стандартів надається будь-яким організаціям і
фірмам, що вступили у відповідну асоціацію. Користувачі, що вибирають
відкритий стандарт радіозв'язку, не потрапляють в залежність від єдиного
виробника і можуть міняти постачальників устаткування. Відкриті стандарти
користуються підтримкою з боку державних і правоохоронних структур,
крупних компаній багатьох країн світу, а також підтримані провідними
світовими виробниками елементної і вузлової бази. Все це дозволяє говорити
про те, що відкриті стандарти з більшою вірогідністю в перспективі
завоюють ринок систем транкінгового радіозв'язку.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
39
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
4 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
Мережа, яка використовується в запропонованій системі використовує
технологію централізованого управління системою. У основі системи
центральний комутатор, що забезпечує управління і координацію роботи
всієї системи зв'язку. Застосування центрального комутатора дозволяє
мінімізувати час встановлення з'єднання між абонентами, незалежно від
місця знаходження, оптимізувати навантаження на сполучні лінії між
базовими станціями, надає користувачам розширені можливості по
контролю, діагностиці і управлінню всією системою.
4.1 Структурна схема
На рисунку 4.1 представлено розроблену структурну схему
автоматизована система бездротового зв’язку з транспортними засобами.
Як видно з рисунку до складу устаткування системи входять наступні
основні компоненти:
• комутаційне устаткування;
• базові станції;
• термінали управління системою;
• диспетчерські робочі місця.
Основою мережі є центральний комутатор, до функції якого входить
забезпечення абонентів всіма видами сервісу системи такими як:
– Індивідуальний виклик (абонент – абонент)
– Аварійний виклик (обслуговування поза чергою)
– Груповий виклик (абонент – група абонентів)
– Мультігруппової виклик (абонент – групи абонентів)
– Диспетчерський зв'язок
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
40
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рухома Рухома Рухома
станція станція станція
Базова Базова Базова
станція станція станція
E1 Інтерфейс
E1
Центральний E1 телефоної
Локальні комутатор мережі
диспетчерські ethernet ethernet
консолі E1
Інтерфейс
Віддалені ethernet
мережі передачі
диспетчерські даних TCP\IP
консолі
Рисунок 4.1 – Структурна схема автоматизованої системи бездротового
зв’язку з транспортними засобами
– Режим зв'язку DMO – робота без базового устаткування
– Установка пріоритетів певної категорії абонентів
– Організація черг в годинник найбільшого навантаження
– Визначення статусу абонента (вкл. / выкл. / зайнятий)
– Визначення номера того, що викликає
– Динамічне перегрупування (дистанційне об'єднання абонентів в
групи)
– Мовний кодек, стійкий до зовнішнього шуму
– Роумінг абонентів
– Шифрування E2E
– Інтеграція з конвенціональними системами радіозв'язку
– Дистанційне виключення абонентських терміналів
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
41
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
В таблиці 4.1 представлено параметри устаткування комутаційної
системи яка буде оптимальною для реалізації більшості з необхідних функцій
системи.
Таблиця 4.1 – Параметри устаткування комутаційної системи
Параметр Значення
Частотний діапазон, ГГц 10.5 / 26 / 28
Базовий протокол БС і АТ АТМ
Метод дуплексу каналів
FDD
прийому/передачі
Метод доступу в радіоканал TDMA
Підтримувані типи модуляції QPSK / QAM16 / QAM64 /
К-ть секторів вQідA 1M д2о5 64
Режим резервування устаткування БС і
1+1HSB
АТ
Пропускна спроможність сектора
7,5 / 175
min/max, Мб/с
К-ть потоків E1 на сектор залежно від E1 Спектр
доступного частотного ресурсу і без 2–28МГц
урахування механізмів оптимізації Abis 65 2–14МГц
22 2–7МГц
і/або Iub (к-ть E1/ширина доступного 11 2–3,5МГц
спектру) 5 2–1,75МГц
Максимально можлива швидкість на 2
абонентському терміналі (загальна \
175 / 140
корисна), Мб/с (для багатосекторної
БС)
Коефіцієнт використання частотного
6,25 (повний) / 5 («корисний»)
спектру
К-ть одночасно працюючих абонентів на
212
сектор
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
42
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Орієнтовний радіус сектора 26км для діапазону
10.5ГГц 8км для діапазонів
Інтерфейси базової станції системи і їх ATM155 (OC3c / STM-1) і
26 і 28ГГц.
комбінації Ethernet
Інтерфейси термінальних станцій і їх (1А0Т/1М00, B10a/s1e0T0)B –a фseіTкс, овано;
комбінації 10/1080–BEa1s e-T о пі ц(1и о/ н4а /л 8ь)н–о
Живлення БС -48VDC
E1
Живлення АТ -48VDC / 220VAC
Базові станції системи виконані з максимальною кількістю радіоканалів
2 (MTS2) і 4 (MTS 4) (табл. 4.2). Вони є новим поколінням БС для систем
TETRA і включають:
– контроллер сайту;
– приймачі;
– джерело мережевого живлення;
– блок інтерфейсів до центрального комутатора системи;
Таблиця 4.2 – Основні технічні характеристики базової станції Motorola
MTS2 і MTS4.
Характеристика Базова станція Базова станція
MTS2 MTS4
Розміри, мм 472 х 443 х 605 570 х 550 х 1430
Вага (макс.), кг 64 170
Виконання IP20 IP20
Напруга живлення, В 48 / 220 48 / 220
Діапазон робочих температур °С –30...+60 –30...+60
Потужність передавача, Вт 1...25, 25...40 1...25, 25...40
Чутливість статична, дБм (при BER = –120 –120
4 %)
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
43
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Чутливість динамічна, дБм (при BER –113,5 –113,5
= 4 %)
Споживана потужність (макс.), Вт 300 1200
Діапазон робочих частот, Мгц 350 – 430, 350 – 430,
450 – 470, 450 – 470,
805 – 870 805 – 870
Смуга перебудови частот, Мгц 5 5
Інтерфейси для підключення до вузла FE1, X21 FE1, X21
комутації
К-ть зовнішніх входів (підключення 15 15
датчиків, моніторинг), шт.
К-ть керованих виходів 2 2
У системі передбачена можливість організації до 3 терміналів
управління. Термінали можуть розташовуватися в районі комутатора
системи, або можуть бути віддалені, і з'єднуватися з інфраструктурою
системи по комп'ютерних мережах.
Диспетчерська консоль MCC 7500 призначена для спрощення роботи і
зниження навантаження на диспетчера системи.
Залежно від вирішуваних системою завдань до складу диспетчерського
робочого місця може входити від однієї до восьми консолей MCC 7500. На
рисунку 4.2 показане підключення консолей до системи Unis проводитися по
мережі LAN через маршрутизатор по фракційному каналу E1.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
44
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Диспетчерська
консоль MCC 7500
LAN
Маршрутизатор
Е1
Рисунок 4.2 – Діспетчерське робоче місце
На рисунку 4.3 розроблена архітектура мережі.
BS S1
BS S2
Транспортна
ІР мережа
BS S3
BS S4
Рисунок 4.3 – Архітектура мережі
BS – Базова станція;
S1 – сервер центру аутентифікації (AUC) - для аутентифікація
абонентів в системі;
S2 – сервер центру передачі коротких повідомлень (SDS) - для
реалізації сервісу передачі коротких повідомлень;
S3 – сервер телефонного шлюзу MTIG - для з'єднання з
телефонною мережею;
S4 – сервер шлюзу радіомережі (RNG);
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
45
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Подібна архітектура побудови системи забезпечує:
– скорочення часу встановлення виклику;
– легшу модернізацію і розширення системи;
– вищу ефективність і продуктивність.
Максимальні розміри системи Unis:
Кількість базових станцій – до 12;
Кількість радіоканалів – до 36;
Максимальна кількість абонентських терміналів – 10000;
Максимальна кількість груп – 500;
Максимальна кількість терміналів управління системою – 3;
Максимальна кількість диспетчерських робочих місць - 8;
4.2 Функціональні можливості
Система Unis забезпечує користувачам наступні види сервісу:
Передача голосу:
– індивідуальний виклик;
– груповий виклик;
– екстрений виклик;
Передача даних:
– статусні повідомлення;
– короткі текстові повідомлення до 140 символів;
– пакетна передача даних.
Загальний сервіс:
– динамічне призначення базової станції;
– роумінг і автоматичний вибір базової станції;
– зумовлені базові станції.
Додатковий сервіс:
– пізній вхід в груповий виклик;
– АОН;
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
46
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
– постановка виклику в чергу і пріоритетні виклику;
– запис переговорів всієї системи;
– взаємодія із звичайними (конвенціональними) мережами
радіозв'язку.
Короткі текстові повідомлення (SDS) можуть передаватися абонентом
як в індивідуальному режимі крапка-крапка, так і в множинному режимі
точка-многоточка. Довжина повідомлень може досягати 140 символів, що
дозволяє використовувати текстові повідомлення в різних застосуваннях,
таких як диспетчерські системи. Передача статусних і коротких текстових
повідомлень може проводитися одночасно з передачею голосового
повідомлення.
Пакетна передача інформації (PDS) дозволяє абонентам,
використовуючи Internet Protocol (IP), проводити передачу даних
необмеженого об'єму.
4.3 Розрахунок зони покриття базової станції
Проведення розрахунку дальності зв'язку між антенної базової станції і
абонентського блоку (MS) на стороні абонента.
Початкові дані для розрахунку:
- потужність передавача – 28 дБм;
- мінімальний поріг рівня на вході приймача – 68 дБм;
- середня частота прийому і передачі – 900 Мгц;
- загасання у фільтрах і антенних роздільниках – 15дБ;
- діаграма спрямованості антени – 60.;
- коефіцієнт посилення антени БС – 11 дБ;
- висота розташування антени – 40 м;
- діаграма спрямованості – 6,1;
- коефіцієнт посилення антени МС – 13,5 дБм.
Напруженість поля, при якій забезпечується достатня якість прийому,
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
47
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
рівна – 53 дБ.
Визначення зони покриття однієї БС. Методика розрахунку заснована
на даних про розповсюдження радіохвиль над середньо пересічною
місцевістю. На рисунку 4.4 приведені криві розповсюдження радіохвиль.
Е , д Б
100
80
60
40
20
0
-20
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 r, км
Рисунок 4.4 – Криві розповсюдження радіохвиль над поверхнею землі в
міській зоні
Дані криві побудовані при використанні передавача потужністю 1 кВт,
який створює в пунктах прийому на відстані r, напруженість поля E,
відповідні перетину вертикалі з кривої висоти, передавальної антени. Але
реальні характеристики передавачів відрізняються від прийнятих в кривих,
тому вводяться поправочні коефіцієнти, а загальна розрахункова формула
має вигляд:
E = EC + BP.H . + BФ + Bh2 + BРЕЛ − DRPU − DFAU + B , (4.1)
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
48
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
де EC – напруженість поля сигналу, необхідна для отримання заданих
показників. EC заданна з технічної документації до устаткування, EC
=45 дБ;
BP.H . – поправка враховує відмінність номінальної потужності передавача
від потужності 1 кВт, прийнятою для кривих, дБ;
BФ – загасання у фільтрах резонаторів, мостових і антенних роздільниках,
дБ. BФ =7 дБ;
Bh2 – поправка, що враховує висоту приймальної антени, дБ;
BРЕЛ – поправка, що враховує рельєф місцевості, дБ;
DAU – коефіцієнт посилення антени БС RPU. DRPU =11 дБ;
DSU – коефіцієнт посилення антени абонентського устаткування AU. DSU
=13,5 дБ;
B – поправка, що враховує зменшення сприйнятливості до перешкод в
порівнянні з чвертьхвильовим штирем, дБ.
Визначення поправки BP.H . подальшій формулі:
1000 1000
BP.H =10 lg =10 lg = 35дБ (4.2)
PH 0,316
де Рн – номінальна потужність передавача, Рн=316 мВт.
Визначення поправки Bh2 , що враховує висоту приймальної антени
відмінну від 1,5 м, по формулі:
1,5 1,5
Вh2 =10 lg 10 lg = −8,2дБ (4.3)
h2 10
де h2 – висота приймальної антени, h2=10 м.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
49
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Поправка, що враховує реальний рельєф місцевості Врел в зоні дії
системи радіодоступу, визначається таким чином. Графіки залежності
дальності зв'язку від напруженості поля при різних висотах передавальних
антен БС складені на підставі обробки статистичної інформації про зміни в
умовах середньо пересічної місцевості. Середньо пересічна вважається така
місцевість, на якій середнє коливання відміток висот на відстані 10 – 15 км
від БС не перевищує 50 м. Графік для визначення рельєфу місцевості,
приведений на рисунку 4.5. Для визначення коливання рівня місцевості Δh,
малюють рельєф місцевості і визначають коливання Δh. Коли Δh
відрізняється від 50 м в ту або іншу сторону, слід вносити поправки,
визначені на рисунку 3.5 для r<100 км. Антена БС системи Unis має секторну
конструкцію, один сектор має зону обхвату 60º, то для обхвату зони в 360º
використовується шість секторів. Дальність зв'язку на кожному секторі
визначається з рельєфу місцевості, наявності будов, або інших перешкод для
проходження сигналу в прямій видимості.
Виходячи з графіку на рисунку 4.5 є можливість визначити поправку
Врел з урахуванням рельєфу і будов для кожного сектора:
– перший сектор характеризується наявністю будов заввишки до 10 м.
Поправка Δh5=10 м. Поправка на рельєф Врел= – 10 дБ;
– другий сектор характеризується наявністю одно-двух поверховими
будинками і наявністю дерев заввишки до 10 м. Поправка Δh2=10 м.
Поправка на рельєф Врел= – 10 дБ;
– третій сектор характеризується наявністю одно-двух поверховими
будинками і наявністю дерев заввишки до 10 м. Поправка Δh3=10 м.
Поправка на рельєф Врел= – 10 дБ;
– четвертий сектор характеризується наявністю висотних будов,
заввишки до 28 м. Поправка Δh5=28 м. Поправка на рельєф Врел= – 3 дБ;
– п'ятий сектор характеризується висотою будов до 10 м. На відстані
п'яти кілометрів починається передгір'я, висота місцевості досягає 100 м,
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
50
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
щодо рівня розташування БС. Поправка Δh4=100 м. Поправка на рельєф
Врел=7 дБ;
– шостий сектор характеризується переважанням в зоні радіообхвату
п'яти поверхових будівель на відстані до 5 км. Всі споруди і дерева на більш
дальній відстані не перевищують 14 м. Поправка Δh1=15 м. Поправка на
рельєф Врел= – 6 дБ.
10%
Dh
90%
0 10 50 мк
Поправочный коэффициент Поправочный коэффициент
ослабления, дБ ослабления, дБ
20 20
r<100 км
r<100 км
10 10
200
200
0 0
-10 -10
10 20 50 100 200 h, м 10 20 50 100 200 h,
Рисунок 4.5 – Графіки для визначення поправки, враховуючи
рельєф місцевості
Розрахунок поправки ΔВθ, що враховує зменшення сприйнятливості до
перешкод в порівнянні з чвертьхвильовим штирем.
Е 6,1
В =10 lg =10 lg = −17,7дБ (4.4)
360 360
де θЕ – кут діаграми спрямованості приймаючої антени, θЕ=6,1º.
Визначення напруженість поля, створюване передавальною базовою
станцією (БС) в пункті прийому абонентською станцією, підставивши
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
51
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
значення у формулу (4.1).
Для першого сектора: E = 53+ 35+ 7 −8,2−10−11−13,5−17,7 = 34,6дБ.
Для другого сектора: E = 53+ 35+ 7 −8,2−10−11−13,5−17,7 = 34,6дБ.
Для третього сектора: E = 53+ 35+ 7 −8,2−10−11−13,5−17,7 = 34,6дБ.
Для четвертого сектора: E = 53+ 35+ 7 −8,2−3−11−13,5−17,7 = 41,6дБ.
Для п'ятого сектора: E = 53+ 35+ 7 −8,2+ 7 −11−13,5−17,7 = 51,6 дБ.
Для шостого сектора: E = 53+ 35+ 7 −8,2− 6−11−13,5−17,7 = 38,6дБ.
По набутих значень напруженості поля створюваного БС в пункті
прийому, визначимо дальність зв'язку для кожного сектора по графіку на
рисунку 4.6.
– Охоплена територія
– Неохоплена територія
Рисунок 4.6 – Зони покриття кожної базової станції
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
52
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Дальність зв'язку кожного сектора складає:
– на першому, другому і третьому – 20 км. при Е=34,6 дБ;
– на четвертому – 13 км. при Е=41,6 дБ;
– на п'ятому – 8 км. при Е=51,6 дБ;
– на шостому – 17 км. при Е=38,6 дБ.
На рисунку 4.6 зображена дальність зв'язку на кожному секторі.
Отримані результати можуть відрізнятися від реальних значень. Порівнюючи
отримані дані дальності зв'язку можна сказати що, середня дальність зв'язку
складає 16 км., що відповідає середній дальності зв'язку по технічній
документації.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
53
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
ВИСНОВКИ
Метою кваліфікаційної роботи була розробка структурної схеми
автоматизованої системи бездротового зв’язку з транспортними засобами
Для досягнення поставленої мети було вирішено наступні задачі:
1. Проведено розширений аналіз технічного завдання, визначено
основні властивості, які повинна мати розроблена система.
2. Проведено досліджено основні положення та визначення стосовно
технології V2X (Vehicle-to-Everything), виділеного зв’язку малого радіусу дії
(DSRC) та технології Cellular V2X. Проведено аналіз існуючих зразків
автоматизованих систем бездротового зв'язку з транспортними засобами,
визначено використані технології, функціональність, продуктивність,
безпечність, надійність та інші фактори.
Технології DSRC та C-V2X революційно змінюють екосистему
транспортних засобів та те, як водії взаємодіють зі світом, вони здатні
змінити саме визначення транспорту, забезпечуючи потоки інформації в
режимі реального часу, високонадійні та дієві, щоб забезпечити безпеку,
мобільність, економічність та екологічність. В порівнянні з 2021 роком
очікується десятикратний ріст ринку бездротових систем зв’язку з
автотранспортними засобами до 2030 року.
3. Проведено порівняльний аналіз стандартів цифрового транкінгового
радіозв'язку відповідно до експлуатаційно-технічних та організаційно-
економічні критеріїв
4. Розроблено структурну схему автоматизованої системи бездротового
зв’язку з транспортними засобами. Приведено функціональні можливості та
розрахунок зони покриття базової станції.
До складу запропонованої системи входять наступні вузли:
– базові станції;
– комутаційна система;
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
54
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
– диспетчерські консолі;
– абонентські портативні радіостанції.
Запропонована система може містити до 12 базових станцій, до 8
диспетчерських місць, максимальна кількість абонентів – 10000 та 3
термінала управління системою.
Був проведений розрахунок зони покриття базової станції. Антена
системи має секторну конструкцію, один сектор має зону обхвату 60º, то для
обхвату зони в 360º використовується шість секторів. Тому дальність зв'язку
кожного сектора складає:
– на першому, другому і третьому – 20 км. при Е=34,6 дБ;
– на четвертому – 13 км. при Е=41,6 дБ;
– на п'ятому – 8 км. при Е=51,6 дБ;
– на шостому – 17 км. при Е=38,6 дБ.
Порівнюючи отримані дані дальності зв'язку можна сказати що,
середня дальність зв'язку складає в середньому 16 км.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
55
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Dedicated short-range communications [Електронний ресурс]: 2023. –
Режим доступу: https://en.wikipedia.org/wiki/Dedicated_short-
range_communications. – Назва з екрану
2. Electronic toll collection [Електронний ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_toll_collection. – Назва з екрану
3. Intelligent transportation system [Електронний ресурс]: 2023. – Режим
доступу: https://en.wikipedia.org/wiki/Intelligent_transportation_system. –
Назва з екрану
4. Частотний діапазон ISM [Електронний ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/ISM. – Назва з екрану
5. IEEE 802.11p [Електронний ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11p. – Назва з екрану
6. Use of the 5.850-5.925 GHz Band [Електронний ресурс]: 2020. – Режим
доступу: https://ntia.gov/sites/default/files/publications/5.850-
5.925_ghz_band_et_dkt_no._19-138_0.pdf. – Назва з екрану
7. Владислав Павлюченко. Використання дорожніх станцій DSRC для
підвищення безпеки руху в умовах міської забудови [Електронний
ресурс]: Національний технічний університет України «Київський
політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» – 2022. – Режим
доступу: http://visnikkrnu.kdu.edu.ua/statti/2022_4_8.pdf. – Назва з
екрану
8. Статистика ДТП в Україні за період з 01.01.2022 по 31.12.2022
[Електронний ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://patrolpolice.gov.ua/statystyka/. – Назва з екрану
9. Vehicle-to-everything [Електронний ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://en.wikipedia.org/wiki/Vehicle-to-everything. – Назва з екрану
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
56
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
10. Intelligent Transport Systems (ITS); Access layer specification for
Intelligent Transport Systems operating in the 5 GHz frequency band
[Електронний ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302600_302699/302663/01.02.00_20/e
n_302663v010200a.pdf. – Назва з екрану
11. A Highly Accurate Positioning Solution for C-V2X Systems [Електронний
ресурс]: 2023. – Режим доступу:
https://www.researchgate.net/publication/349189692_A_Highly_Accurate_
Positioning_Solution_for_C-V2X_Systems. – Назва з екрану
12. IEEE Standard for Information technology-- Local and metropolitan area
networks-- Specific requirements-- Part 11: Wireless LAN Medium Access
Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 6:
Wireless Access in Vehicular Environments [Електронний ресурс]: 2023. –
Режим доступу: https://standards.ieee.org/ieee/802.11p/3953/. – Назва з
екрану
13. Dedicated short range communications (DSRC) message set dictionary.
SAE International – 2016
14. Adaptive data transfer for dedicated short range communications (DSRC)-
Based vehicle networks. Nwizege – 2014.
15. Proof of Concept (PoC) of the remote interrogation for the smart tachograph
based on CEN-Dedicated Short Range Communications (DSRC) description
of the CEN-DSRC prototype for remote interrogation. Baldini et al. -
Publications Office – 2016.
16. Adequacy of DSRC in 5.9 GHz band for GDOT's connected vehicle
infrastructure. Kim - Georgia Department of Transportation, Office of
Performance-Based Managament and Research – 2021.
17. Intelligent transportation system: a complete guide: practical tools for self-
assessment. The Art of Service – 2020.
Лист
ЧДТУ.232192.001 ПЗ
57
Змн. Лист № докум. Підпис Дата