•  

 

 Для того щоб пейджер міг приймати повідомлення, необхідно передавати їх у певному форматі, що називається пейджинговим протоколом. Це своєрідна мова, набір правил, що дозволяє повідомленням не спотворюючись передаватися радіоканалом і надходити на пейджер. Він визначає швидкість передавання інформації, процедури синхронізації й адресації приймача, цілісність переданих даних і термін служби батарей пейджера.

Технічна реалізація посилань персональних повідомлень досить проста. Кожна передача базової станції має два посилання, тобто ЧМ-несуча модулюється двома низькочастотними сигналами фіксованої довжини. В залежності від комбінації частот цих посилань, повідомлення приймає лише один з пейджерів мережі. Реалізація персонального радіовиклику  була першим пейджинговим протоколом, що одержав назву TWOTONE. Очевидно, що перші системи зонального радіовиклику, які використовували TWOTONE, могли передавати в ефір адресу пейджера абонента, прийнявши котрий пейджер видавав звуковий (тональний) сигнал. Незручності як для оператора, так і для користувача очевидні. По-перше, після приймання тонального повідомлення абонент повинен був зв'язатися з диспетчером для одержання безпосередньо самої інформації, а по-друге, протокол TWOTONE має обмеження на число абонентів.

Більш досконалими протоколами є FIVETONE і 5/6 TONE, які також побудовані за принципом модуляції несучої тональними посилками. На відміну від попереднього ці протоколи дозволили системі підтримувати до 100 тисяч абонентів, тому що кожній цифрі адреси присвоюється комбінація з п'ятьох тональних посилок. Принципово новою стала і реалізація режиму роботи пейджера з низьким енергоспоживанням. Введення ще однієї тональної посилки дозволило пейджеру вмикати декодер сигналу лише на час приймання повідомлення, що різко збільшило термін служби джерела живлення пейджера. Проте на цьому ідея модуляції ЧМ-несучої тональними посилками себе вичерпала.

Подальший розвиток пейджингових протоколів пішов шляхом модуляції  ЧМ-несучої (FSK Frequency Shift Keying) двійковим сигналом. При цьому стали очевидні основні критерії вибору протоколу обміну: аналого-цифровий сигнал, що дозволяє передавати інформацію в цифровому та в текстовому вигляді; висока швидкість передавання по ефіру, що дозволяє фізично збільшити число абонентів, які обслуговуються однією базовою станцією; висока завадозахищеність та економічність.

Багато фірм-виробників пейджингового устаткування стали розробляти свої протоколи обміну. Це такі протоколи, як HSC, GSC, MULTITONE, NECD3, POCSAG. Велика розмаїтість протоколів призвела до несумісності різноманітних пейджингових систем. Зрештою з усієї цієї розмаїтості найбільше поширення одержав протокол (код) POCSAG (Post Office Code Standartisation Advisory Group), розроблений Британським поштовим відомством та розроблений фірмою MOTOROLA протокол GSC (Golay Sequental Code). У 1982 році протокол POCSAG був затверджений Міжнародним консультативним комітетом з радіозв'язку (CCIR) як Міжнародний стандарт (техрекомендація 584). Сьогодні цей протокол використовується в більшості існуючих в СНД пейджингових компаній.

Код POCSAG орієнтований на застосування частотної модуляції (FSK) і використання алгоритму прямої корекції помилок (FEC). Він підтримує до 2 млн. пейджерів, дозволяє передавати не тільки тональні, але цифрові і буквено-цифрові повідомлення, має стандартні швидкості передавання по ефіру 512, 1200 2000 біт/с та вмонтовані засоби корекції помилок. Особливості побудови самого протоколу дозволяють знизити енергоспоживання POCSAG-пейджерів у декілька разів, тобто будувати економічні абонентські приймачі.

При використанні протоколу POCSAG вся інформація в ефірі передається в двійковому вигляді. При цьому він має вмонтовані засоби корекції, що виправляють до двох помилок у кожному інформаційному пакеті. Загальна структура сигналу у форматі POCSAG наведена на  рис. 8.8.



Рисунок 8.8 - Структура сигналу у форматі POCSAG

 

Цей протокол є асинхронним, тобто, сигнал може прийматися пейджерами в будь-який момент часу. Тому передавання сигналу починається з передачі преамбули (preamble), яка переводить всі пейджери системи з "чергового режиму" у режим "приймання повідомлення". Причому на інтервалі приймання преамбули здійснюється тактова синхронізація прийнятого сигналу. Преамбула містить 576 біт з почерговою зміною “0” та “1”. Довжина преамбули не випадкова, вона дорівнює  32 біти, що достатньо для забезпечення тактової синхронізації пейджера в будь-який момент часу.

Після преамбули вся інформація передається у вигляді послідовних пакетів (batch), що містять фізичну адресу пейджера і призначене йому повідомлення, що може займати декілька послідовних пакетів. Кожне передане повідомлення обов'язково складається з цілого числа пакетів. В свою чергу кожний пакет містить кадри (frames) та кодове слово синхронізації (Synchronization Keyword), яке сигналізує пейджеру, що буде передаватися адреса або повідомлення. Пакет містить 8 кадрів, кожний з яких складається з двох кодових слів (codeword), що можуть бути адресними, інформаційними або “порожніми”. Таким чином, кожний пакет складається з сімнадцяти 32-бітових слів.

Для передавання адреси пейджера застосовується таке правило. Весь простір адреси ділиться на 8 груп, що нумеруються від 0 до 7. Кадри всередині блока також нумеруються від 0 до 7. Адреса пейджера ділиться на 8. Залишок від ділення дає номер кадру, у якому пейджер буде шукати свою адресу. В цьому кадрі або в першому, або в другому слові передається результат ділення. Всі попередні кадри цього блока заповнюються "порожніми" словами - спеціальними 32-бітовими послідовностями. Відразу ж після передавання адреси починається передача власне повідомлення. Наприклад, для передавання повідомлення пейджеру з фізичною адресою 1234565 необхідно поділити 1234565 на 8.  Отриманий результат 154320 із залишком 5 означає, що результат ділення буде переданий у п'ятому кадрі.

Пейджери реагують тільки на ті кадри, де містяться їхні індивідуальні адреси. Приймання іншої адреси або порожнього кодового слова означає кінець повідомлення та переведення пейджера у черговий режим. Отже, адресне слово, що містить адресу пейджера, може передаватися тільки у відповідному кадрі. Інформаційні слова можуть передаватися в будь-якому кадрі або пакеті, але послідовно і відразу ж за відповідним адресним словом. Кінець повідомлення позначається "порожнім" або наступним адресним словом.

На рис. 8.9 показано конкретний формат адресного й інформаційного слів. Біт прапорця (Е) використовується для розпізнавання адресного та інформаційних кодових слів: “0” - адресне слово, “1” - інформаційне слово. Поле повідомлення (F) має довжину 18 біт для адресного слова та 20 біт для інформаційного. Довжина цього поля для адресного слова та наявність 8 груп дає загальну довжину адреси пейджера в 21 біт. Відповідно максимальне число підтримуваних протоколом пейджерів - 2 мільйони.

Поле субадреси (G) існує тільки в адресному слові. Спочатку в протоколі POCSAG це поле використовувалося для позначення типу тонального сигналу, котрим пейджер вказує на приймання повідомлення. Зараз поле використовується для організації інформаційних каналів. Контрольна сума (Н) призначена для корекції помилок. Більшість пейджерів звичайно працюють в умовах великого рівня перешкод, а число помилок досить високе (приблизно одна помилка на 15-18 переданих бітів). Для виправлення помилок у протоколі POCSAG використовується циклічний блоковий код BCH 31,21 (що отримав назву за іменами розробників Боуз - Чхоудхури - Хоквінгем або просто БЧХ), де 31 - загальна довжина слова, 21 - число інформаційних бітів у слові. При прийманні повідомлення відбувається обчислення контрольної суми, що порівнюється з прийнятою. При виявленні розбіжності виконується корекція помилок.



Рисунок 8.9 - Формат адресного й інформаційного слова

 

Біт парності використовується для перевірки правильності корекції помилок. Він обчислюється на підставі бітів з 1 по 31 таким чином, щоб загальне число одиничних бітів стало парним.

Кожне повідомлення передається різноманітним числом кодових слів. Наприклад, простий тональний виклик потребує одного кодового слова. Цифровий виклик задіює три кодових слова, а текстове повідомлення може містити 20 кодових слів.

При побудові великих пейджингових мереж було виявлено, що максимальна швидкість протоколу POCSAG - 2400 біт/с  недостатня, тому що практична ємність одного радіоканалу при використанні буквено-цифрових пейджерів і трафіку середньої щільності на цій швидкості не перевищує 15 тисяч абонентів на частотний канал. При цьому виявилося, що швидкість передавання 2400 біт/с є практично граничною при використанні модуляції FSK двійковим сигналом.

Це потребувало розробки більш швидкісних протоколів. В результаті був створений протокол ERMES (European Radio Messaging System), затверджений у 1992 році Європейським інститутом стандартизації в області телекомунікацій (ETSI) як єдиний стандартний європейський протокол. У 1994 році Міжнародна спілка електрозв'язку рекомендувала використовувати ERMES як міжнародний стандарт. Важливе значення має можливість інтеграції цього протоколу зі стандартом POCSAG. У цьому протоколі використовується нове технічне рішення - чотирирівнева модуляція FSK, що дозволила без втрат якості досягти швидкості передачі інформації в ефірі до 6400 біт/с. Пейджингові системи ERMES роблять можливими:

• передавання цифрових повідомлень довжиною 20-1600 знаків;

• передавання буквено-цифрових повідомлень довжиною від 400 до 9000 символів;

• передавання довільного набору даних до 64 Кбіт;

• приймання виклику і повідомлень одним пейджером в усіх країнах, що входять у мережу ERMES.

Однією з умов, що дозволяє забезпечити останню послугу, є домовленість країн, що беруть участь у проекті ERMES, виділяти для цих систем єдиний частотний діапазон 169,4 - 169,8 МГц, що дозволяє організувати 16 каналів з рознесенням несучих частот у 25 кГц з використанням при прийманні сканувальних сигналів з частотою приймачів. Структура радіосигналу в системах ERMES обрана таким чином, що дозволяє підвищити ємність трафіка в 10-15 разів у порівнянні з існуючими аналоговими системами. Цікаво також відмітити дуже важливу (у першу чергу з погляду користувача) особливість протоколу ERMES - економічне використання джерела живлення. Наприклад, при довжині повідомлення 40 знаків співвідношення режимів роботи "черговий режим - приймання повідомлення" може  дорівнювати 200:1, а час безупинної роботи приймача - більше 40 тижнів.

Крім переваг, пов'язаних зі структурою протоколу, можна виділити ще розширений інтерфейс доступу різних систем зв'язку до пейджингової системи рис. 8.10. Ця особливість дозволяє одержати багатий набір сервісних послуг, серед яких можна назвати переадресацію пейджингового повідомлення або переадресацію дзвінка, що надходить на радіотелефон стандарту GSM у пейджингову мережу, абонентом якої є власник радіотелефону.

Крім того, система дозволяє здійснювати процедуру роумінгу, тобто абонент одержує можливість, використовувати свій пейджер у країнах, охоплених мережами ERMES. При цьому користувачу потрібно тільки повідомити оператору "рідної" мережі про плани своєї подорожі, а оператор подбає про те, щоб усі повідомлення, що надійшли для абонента, потрапляли у відповідну пейджингову мережу за місцем його перебування.



Рисунок 8.10 - Інтерфейс доступу систем до пейджингової мережі

 

У новому стандарті FLEX (Flexible wide-area protocol), розробленому фірмою MOTOROLA, вдалося об'єднати в одному пейджері системи FLEX усі світові досягнення в області персонального радіовиклику. FLEX - синхронний багатошвидкісний протокол передавання односторонніх повідомлень, який оптимізовано за критеріями ефективності, пропускної спроможності та гнучкості. Протокол FLEX може працювати на швидкостях 1600, 3200 і 6400 біт/с. В цій мережі на один канал може припадати 60 тисяч абонентів, які мають пейджери, що значно вище, чим у системі POCSAG. Крім того, число адрес (абонентів) у системі POCSAG обмежено двома мільйонами, а протокол FLEX може підтримувати більше 1 млрд. адрес (абонентів). В системах даного класу передбачено додатковий захист від завмирань сигналу, що викликані багатопроменевим поширенням радіохвиль в умовах міста. За цим показником система FLEX в 12 разів ефективніша, ніж POCSAG-1200 та в 24 рази, ніж POCSAG-2400.

Протокол POCSAG за своєю структурою є протоколом асинхронним, що потребує відправлення сигналу, який активізує всі пейджери для приймання можливого повідомлення. Це змушує всі пейджери мережі періодично вмикати режим приймання. На ці зайві операції витрачається цінна ємність батарей живлення. Протокол FLEX навпаки, є синхронним протоколом. Будь-яке повідомлення, призначене для конкретного абонента, посилається в ефір не випадковим способом, а в певний момент часу, тобто в певному часовому інтервалі. Це означає, що пейджеру достатньо вмикатися для перегляду одного або більше призначених саме для нього часових вікон один раз і у кожному FLEX-циклі. При цьому не потрібно витрачати енергію на декодування повідомлень, призначених для інших пейджерів. Це значно знижує кількість споживаної енергії, що у свою чергу дозволяє використовувати батарейки меншої ємності і зробити сам пейджер більш компактним.

 

Контрольні запитання

 

1.     Історія розвитку пейджингового зв’язку.

2.     Чим пояснюється стрімке зростання числа абонентів пейджингових мереж ?

3.     Навести структурну схему пейджерного приймача.

4.     Які особливості схемної реалізації пейджера ?

5.     Якими критеріями користуються при проектуванні антени   пейджера ?

6.     Пояснити особливості організації пейджингового зв’язку.

7.     Навести класифікацію пейджингових мереж.

8.     Обгрунтувати доцільність розгортання локальної пейджингової мережі.

9.     Які проблеми виникають при побудові регіональної пейджингової мережі і які методи подолання цих проблем ?

10.    Які служби входять до складу пейджингової мережі ?

11.  Пояснити в чому полягають особливості взаємодії між основними складовими пейджингової системи.

12.  Чим обмежується максимальне число абонентів в пейджингових мережах з аналоговим принципом оброблення сигналів ?

13.   В чому полягають особливості пейджингового протоколу      POCSAG ?

 14. Виконати порівняльний аналіз протоколів POCSAG та FLEX.