Улучшение покрытия в цифровых сетях радиосвязи стандарта TETRA

Автор: Чивилев Сергей Владимирович, к.т.н.
Компания: «Интегра Про» 

Примечание: статья была модерирована в 2025 году чтобы сохранить свою актуальность. Предыдущая версия доступна здесь.

Сети профессиональной радиосвязи стандарта TETRA создаются как в рамках ведомственных программ модернизации существующих аналоговых радиосетей, так и в рамках создания новых инфраструктур для решения задач профессиональной радиосвязи.

Нередки случаи, когда в существующих сетях встречаются зоны с проблемным радиопокрытием. Иногда, это связано с экономией на инфраструктурном оборудовании на этапе проектирования или изменяемой в течение эксплуатации системы радиосвязи окружающей географии, например при строительстве зданий и сооружений. Таким образом, реализуемое решение может потерять свою экономическую целесообразность при необдуманном наращивании инфраструктурного оборудования для покрытия отдельных небольших областей или зданий. Стоимость базовых радиостанций TETRA, как системных инфраструктурных компонентов, у некоторых производителей существенно превышает решение с применением ретрансляторов TETRA. Оптимальным решением в данном случае является применение ретрансляторов TETRA.

Другой проблемой, с которой можно столкнуться на этапе разработки проектной документации и теоретического расчета зон обслуживания сетей стандарта TETRA, является непредсказуемость электромагнитной обстановки на этапе реализации проекта.

Сами производители именуют ретрансляторы TETRA как “cell enhancers” или “repeaters” (репитеры) и предлагают решения не только для цифровых сетей профессиональной связи TETRA и TETRAPOL, но и для сетей GSM и CDMA.

В отличие от рынка оборудования для сетей GSM/CDMA производителей оборудования для систем профессиональной радиосвязи стандарта TETRA не так много и различают следующих основных вендоров, чьё оборудование удовлетворяет стандарту TETRA, обеспечивая излучение с избирательностью по соседнему каналу не менее 60 дб:

- BHE, Bonn Hungary Electronics (Венгрия)

- Andrew-Amphenol (ранее Andrew LLC), 

- AxellWireless (ранее Cobham Wireless, Aerial Facilities, Avitec, Англия-Швеция), 

- Creowave Oy (Финляндия),

- Comlab AG (Швейцария).

Также на рынке представлены бренды, занимающиеся производством (а точнее перепродажей китайских вариаций) ретрансляторов не соответсвующих нормам стандарта TETRA:

- Hytera Corp (Китай);

Вид ретранслятора Hytera DS9200 изнутри:

Спектр сигнала на выходе ретранслятора  Hytera DS9300:

Отметим, что ретранслятор Hytera DS9300 не может использоваться и не продается по этой причине (изоляция не достигает 40 дБ) для систем стандарта TETRA в Европе.

- See Telecom (Бельгия), в России продается с наклейками RECOM и названием "РЕКОМ-АНГАРА",  от компании Реком ОоО / Новиком ОоО с маркировкой "Репитер ОРУ, ДТВП.464421.001" и "Ретранслятор ОМУ, ДТВП.468151.001".

Так выглядит спектр сигнала TETRA на выходе ретранслятора RECOM / РЕКОМ / SEE Telecom:

Обратим внимание, что такой деградирующий спектр сигнала получается при композитной мощности не достигающей 30 дБм.

Свои компоненты SEE Telecom заказываеет у китайского произволителя  FAST-PCB.

Интересен тот факт, что на рынке ретрансляторов, удовлетворяющих стандарту TETRA по сути нет китайских производителей, так как требования к линейности приемопередающего тракта ретрансляторов достаточно сложно реализовать в широком температурном диапазоне, а массовости производства достичь не удается.

Планирование участков сетей TETRA с применением ретрансляторов не является простой задачей, и эффективнее этот процесс начинать с анализа фактических зон покрытия сети.

Некоторые типы ретрансляторов способны усиливать сигнал в регулируемой полосе частот, что позволяет доставить сигнал в зону неуверенного приема не от одной базовой радиостанции, а от нескольких, производя индивидуальную настройку и увеличивая надежность связи.

Особые требования предъявляются к распределительной системе ретрансляторов TETRA, в качестве компонентов которой могут применяться делители (с различными коэффициентами деления), направленные или комнатные антенны, излучающие кабели. Планирование распределительной системы должно привести к равномерному, а не скачкообразному распределению радиосигнала без загрубления приемника базовой станции в зоне прямого (непосредственного) приема.

Одним из преимуществ систем стандарта TETRA является автоматическая регулировка мощности абонентского терминала, и равномерное радиопокрытие с помощью ретрансляторов позволяет реализовать бесшовное покрытие для абонентских терминалов с сохранением низкой излучаемой мощности (от 32 мВт). В свою очередь неравномерное скачкообразное покрытие внутри охватываемых зон вынудит абонентские терминалы работать с повышенным уровнем излучаемой мощности, что уменьшит время автономной работы портативных радиостанций. 

Общим для ретрансляторов TETRA является то, что они удовлетворяют регламенту ETSI EN 303 035 и TS 101789-1 по электромагнитной совместимости. С технической точки зрения они реализуются в диапазоне 380 – 470 МГц, а дуплексный разнос составляет 10 МГц, но существуют вариации исполнения для других диапазонов частот и с альтернативныи дуплексными разносами (6,5 МГц). Для удаленного управления ретрансляторы комплектуются интерфейсом RS232, Ethernet или модемом GSM. Кроме этого некоторые ретрансляторы рассчитаны на работу в сетях TETRA/TEDS с высшими типами модуляции (QAM).

Ретрансляторы TETRA можно разделить на следующие категории:

• полосовые или «band selective»;
• канальные или «channel selective»;
• гибридные «hybrid» с комбинированными полосами частот;
• оптические «fiber optic»;
• взрывобезопасные низкой мощности (до +24 дБм).

При этом ретрансляторы могут иметь как внутренне исполнение (для помещений) так и всепогодное исполнение (для размещения в тяжелых климатических условиях).

Стоит помнить, что при наличии радиовидимости между радиостанцией и базовой станцией расстояние между ними ограничивается временем задержки распространения радиосигнала. Фактически, максимальное удаление абонента от базовой станции возможно на расстояние около 53 км. Именно время задержки сигнала ограничивает применение ретрансляторов TETRA на границе зоны обслуживания базовой станции. По этой причине общее удаление от базовой станции TETRA с учетом ретранслятора не может превышать 20-25 км.

Полосовые ретрансляторы отличаются тем, что обеспечивают усиление сигнала в широкой полосе частот (обычно нерегулируемой), причем, чем уже полоса частот, тем больше задержка усиливаемого сигнала (от 2 до 36 мкс и выше в одну сторону). Такой уровень задержки не сказывается на качестве голоса, однако позволяет эффективно справляться с замираниями и интерференцией в зонах перехлеста сигналов. Полосовые ретрансляторы могут также усиливать паразитные сигналы сторонних операторов/пользователей.

Канальные ретрансляторы предназначены для усиления конкретных номиналов частот базовых станций и применяются когда необходимо избежать усиления сигнала от нежелательных соседних базовых станций. Канальные ретрансляторы имеют больший коэффициент усиления и как следствие необходимо обеспечить бóльшую (Ky +15 дБ) развязку между каналами uplink-downlink для избежания самовозбуждения усилителей. 

Гибридные модели могут программно переключаться из режима канального усиления в режим полосового ретранслятора, что стало возможным благодаря применению новейших цифровых технологий.

Ряд сетевых возможностей ретрансляторов позволяют их использовать в корпоративных системах мониторинга (Ethernet, SNMP v2 & v3), а функция "Mute" позволяет избежать непроизводственное использование ресурсов и увеличения уровня шумов при отсутсвии активности абонентских терминалов в периметре ретранслятора. Также отметим такую опцию как "спектр-анализатор" - позволяющую оператору в режиме реального времени оценить электромагнитную обстановку и поправить параметры настройки ретранслятора в конкретной локации (полосу фильтра, усиление, смещение, задержка сигнала). 

Несколько слов о взрывобезопасных ретрансляторах. До последнего момента лишь один производитель смог представить модели ретрансляторов TETRA во взрывобезопасном исполнении. Это модели BRTS40 (+18 dBm), BRTM40 (+22 dBm)  от компании BHE по классификации стандарта ATEX имеет категорию II 2G EEx d (ia) IIB T4 (Zone1 and Zone 2). Изготовление ретрансляторов включает две стадии: первая производство непосредственно ретрансляционной части и второе производство и сертификация во взрывобезопасном корпусе.

Функция Frequency Shifting разработана для обеспечения максимальной изоляции каналов uplink/downlink в местах, где невозможно добиться требуемых величин в 80 и более дБ. Смысл этой функции заключается в переносе спектра частот с первичного (Donor) устройства выше/ниже по полосе, а второе (Slave) устройство и осуществляет последующий перенос частоты в требуемый сегмент. Таким образом изоляция uplink/downlink может превысить 90/100 и более дБ. Такой функционал реализуется парой ретрансляторов BRTL35. 

Технические характеристики канальных и полосовых ретрансляторов TETRA off-air представлены в таблице 1.

Таблица 1. Портфолио ретрансляторов TETRA off-air