APCO-25. Общие сведения

Содержание:
Общая информация
Технические аспекты
Фазы проекта Р25
Принцип работы Р25 радиостанции
Архитектура радиостанции Р25
Функции
Модель системы связи
Общий радиоинтерфейс
Преобразование голосового сигнала
Механизмы коррекции ошибок
Шифрование и аутентификация
Вызовы и управление ими
Литература
Ссылки

Общая информация

APCO P25 (Project 25) представляет собой набор стандартов, разработанных совместыми усилиями ассоциации средств связи и общественной безопасности (Association of Public Safety Communications Officials International, APCO), национальной телекоммуникационной ассоциации (National Association of State Telecommunications Directors, NASTD), федерального агентства национальных систем связи (Federal Agencies and the National Communications System, NCS) и ассоциации телекоммуникационной индустрии (Telecommunications Industry Association, TIA). P25 — это система связи с открытой архитектурой, направленная на удовлетворение потребности государственных, правительственных и прочих организаций в оперативной связи для целей обеспечения безопасности. Р25 стандарт определяет интерфейсы, взаимодействие и возможности любой системы, совместимой с стандартом Р25. Р25 радиостанция может работать как в аналоговом режиме для совместимости с существующими аналоговыми FM радиостанциями, так и в аналоговом или цифровом режиме с другими Р25 радиостанциями. Р25 стандарт не является закрытым, поэтому любой производитель может создавать свои цифровые Р25 радиостанции.

Основные цели проекта Р25:

• Основываясь на принципах открытой архитектуры, обеспечить дополнительную конкуренцию между различными системами связи.
• Обеспечить эффективной, надежной и дешевой связью правительственные и прочие организации.
• Предоставить улучшенную функциональность и дополнительные возможности с упором на потребности общественной безопасности.
• Повысить эффективность использования радиочастотного спектра.

Технические аспекты

Системы цифровой радиосвязи преобразуют человеческий голос в цифровой формат, а затем обрабатывают и передают модулированные данные в виде последовательности дискретных цифровых сигналов. Если информация поступает с цифрового периферийного устройства или из компьютерной сети, то никакого преобразования не требуется, поскольку такие данные можно сразу обрабатывать и модулировать для посылки в эфир. Чтобы избежать искажения речевых сообщений, в обоих случаях используются разнообразные алгоритмы коррекции ошибок.

Главными преимуществами цифровых систем связи перед аналоговыми являются:

• более высокое качество передачи голоса, отсутствие фоновых помех (хотя цифровая обработка голоса придает его звучанию некоторую "механистичность");
• увеличение зоны покрытия. Для последней характерно одинаковое качество связи внутри зоны и более резкое, чем в аналоговых системах, снижение качества связи на границах;
• более современные способы и более высокие скорости передачи данных, поддержка пакетного режима и интерфейсов с информационными базами данных;
• расширенные возможности шифрования без потерь качества и уменьшения зоны покрытия;
• сокращение времени установления связи.

Современные цифровые системы мобильной радиосвязи используют для организации связи различные протоколы — как корпоративные, так и открытые (табл. 1). Поскольку на дальнейшее развитие мобильной связи, несомненно, влияет конкуренция фирм, поставляющих элементы оборудования систем (в первую очередь, абонентского), то будущее, столь же несомненно, принадлежит открытым стандартам. К сожалению, таковыми являются только два из упомянутых в таблице.

Таблица 1.

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ И СТАНДАРТЫ
Показатель	АРСО-25	TETRA	ASTRO	EDACS	IDEN	TETRAPOL
Стандарт системы	Открытый	Открытый	Фирменный (Motorola)	Фирменный (Ericsson)	Фирменный (Motorola)	Фирменный (Matra Marconi)
Поддержка стандарта системы разными производителями	+	+

Стандарт TETRA, применяющий технологию множественного доступа с временным разделением (TDMA), лучше всего подходит для связи в городских районах с высокой плотностью населения, характерной для стран северо-западной Европы. Он предусматривает работу только в режиме транкинговой связи, использование ограниченных уровней мощности и узких частотных диапазонов. В общем случае системы стандарта TDMA несовместимы с аналоговым абонентским оборудованием.

Стандарт АРСО-25, использующий технологию множественного доступа с частотным разделением (FDMA), ориентирован прежде всего на системы узкополосной радиосвязи для организаций, обеспечивающих общественную безопасность и помощь населению в экстренных ситуациях. Требованием к таким системам часто является прямая связь между абонентами без применения какой-либо дополнительной инфраструктуры и снижения качества речевого сигнала. Стандарт АРСО-25 предусматривает работу как в транкинговом, так и конвенциональном режимах. А его основа, технология FDMA, позволяет поддерживать обратную совместимость цифровых абонентских устройств с имеющимися у пользователей аналоговыми.

В течение многих лет во всех странах организации, на которые возложены обязанности по обеспечению общественной безопасности, испытывают нехватку в радиочастотных каналах связи. Ситуация еще более ухудшается по мере того, как правительственные органы, стремясь найти дополнительные источники финансирования, продают права на использование радиочастотного диапазона коммерческим операторам связи — это международная практика. Кроме того, на мировом рынке мобильной связи появилось множество продуктов, использующих корпоративные протоколы в наиболее "горячих" диапазонах частот. Недостаток радиочастотных каналов связи производители пытаются преодолеть, сужая ширину полосы канала c 25 кГц до 12,5 кГц и ниже.

APCO 25 регламентирует работу цифровых систем радиосвязи любого размера (от базирующейся на одиночном ретрансляторе до транкинговой государственного масштаба). Он предусматривает полную совместимость портативного и мобильного оборудования, базовых станций и сетевых устройств радиосистем различных поставщиков, позволяет поддерживать связь между десятками тысяч абонентов, принадлежащих к разным организациям.

Основные требования данного стандарта сводятся к необходимости обеспечения цифровой передачи голоса или данных со скоростью 9,6 кбит/с по частотному каналу шириной 12,5 кГц (с возможностью перехода на канал шириной 6,25 кГц), а также поддержки режима шифрования без потери качества передачи голосового сигнала или сокращения зоны покрытия.

Об ассоциации АРСО (Association of Public Safety Communications Officials) и ее Project-25 (Проект-25) уже рассказывалось на страницах журнала "Сети" (1998, № 11, с. 39). Главной задачей этого проекта стала разработка международного открытого стандарта, получившего в России название APCO-25. По замыслу APCO, данный стандарт позволит государственным структурам приобретать соответствующее оборудование у различных поставщиков, что оживит конкуренцию между производителями радиосистем и снизит риск попадания покупателей в зависимость от одного разработчика.

В настоящее время завершен первый этап создания APCO 25. Сетевое оборудование, поддерживающее этот стандарт, уже можно приобрести у таких известных производителей радиосистем, как компании ADI (Австралия) и Motorola (США). Абонентское оборудование (мобильные и портативные радиостанции) поставляется фирмами Motorola, Racal, Relm и Transcrypt (США).

Второй этап разработки стандарта предполагает создание спецификаций интерфейсов для диспетчерских (консольных и стационарных) радиостанций, а также спецификаций для каналов связи с шириной полосы 6,25 кГц. Сейчас APCO-25 содержит более 30 регламентирующих документов и спецификаций; о кратком содержании основных из них можно узнать из табл. 2.

Таблица 2.

ОСНОВНЫЕ СПЕЦИФИКАЦИИ APCO 25
Название документа	Содержание документа
Системная документация	Системные и стандартные определения APCO 25
Интерфейс радиосвязи	Общий радиоинтерфейс, описание работы, резервные параметры, проверка соответствия
Вокодер	Описание вокодера, тестирование по критерию средневзвешенной оценки (MOS), эталонный тест, процесс выбора сигнала
Шифрование	Обзор средств безопасности, протокол шифрования по стандарту DES, тест на соответствие стандартам шифрования, протокол OTAR, описание работы, проверка соответствия
Передача данных	Обзор типов передачи данных, спецификация пакетного режима передачи данных, спецификация непрерывного режима передачи данных
Канал связи и управления	Обзор типов связи, процедуры реализации вызовов, протокол канала управления в режиме транкинговой связи, передача сообщения в управляющих каналах, команды управления, управляющие сообщения в конвенциональном режиме
Эксплуатационные характеристики	Методики испытания трансиверов и необходимые измерения, рекомендации по повышению эксплуатационных характеристик
Управление сетью	Определение интерфейса управления сетью, проверка соответствия интерфейсу управления сетью
Интерфейс межсистем-ной связи (ISSI)	Обзор интерфейсов ISSI, определение сообщений ISSI, проверка на соответствие ISS
Интерфейс сопряжения с телефонной сетью	Интерфейс сопряжения с телефонной сетью (при передаче голоса) — требования и определения

Фазы проекта Р25

Системы связи стандарта Р25 делятся на несколько поколений (фаз) для поэтапного и плавного перехода от устаревших аналоговых систем к цифровым.

Фаза 1
Радиостанции Фазы 1 работают в полосе 12.5 кГц в аналоговом, смешанном и цифровом режимах. Для цифровой передачи радиостанции этого поколения используют C4FM (continuous 4 level FM, непрерывную 4-х уровневую ЧМ) нелинейную модуляцию и обратно совместимы с существующими FM радиостанциями. В дополнении к этому стандарт Р25 описывает открытый интерфейс к внешнему радиооборудованию для упрощения стыковки систем радиосвязи от разных производителей.

Фаза 2
Системы связи этого поколения в настоящий момент находятся в стадии разработки с целью найти способ передачи данных со скоростью 4800 бит/сек в полосе 6.25 кГц. Радиостанции Р25 Фазы 2 используют схемы модуляции с мультиплексированием по времени и частоте (TDMA и FDMA) с целью эффективной утилизации спектра. Кроме этого все еще решаются вопросы взаимодействия с существующим оборудованием, интерфейсов с базовыми станциями и повторителями, распределения радиочастот и пр.

Фаза 3
Целью оборудования Фазы 3 будут являться требования по обеспечению высокоскоростной передачи данных для целей общественной безопасности. Направления деятельности будут сфокусированы на воздушной и наземной широкополосной радиосвязи, с помощью которой можно будет передавать и принимать речь, видео и данные с высокой скоростью на большой территории. Европейский телекоммуникационный институт стандартизации (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)) и TIA совместно работают над фазой 3, известной как проект MESA (Mobility for Emergency and Safety Applications, Мобильность для приложений в области безопасности и чрезвычайных ситуаций).

Принцип работы Р25 радиостанции

Радиостанция Р25 работает почти также как и обычная аналоговая FM радиостанция. Согласно стандарту Р25, радиостанция должна работать в обычном аналоговом режиме, обеспечивая обратную совместимость с существующим радиооборудованием. Когда Р25 радиостанция работает в цифровом режиме, несущая частота сдвигается на одну из четырех возможных позиций, кодируя таким образом четыре возможные двухбитовые комбинации. Это есть модифицированная 4х уровневая частотная манипуляция (4FSK), используемая в аналоговых системах. В аналоговом режиме Р25 радиостанция работает точно также как и обычная FM радиостанция, с поддержкой сигнализации CTCSS, DCS, пред- и пост- исказителями, широко- и узкополосным режимом работы и так далее. В цифровом режиме Р25 передатчик преобразует аналоговую речь в последовательность пакетов используя IMBE вокодер (голосовой кодек), затем в приемнике декодирует цифровые данные обратно в аналоговую речь. Помимо этого, к кодированной речи добавляется сервисная информация (в первую очередь для для множественного доступа к радиоканалу) и применяются процедуры помехоустойчивого кодирование. Аналоговая сигнализация CTCSS и DCS заменяется их цифровыми эквивалентами — NAC (network access code) кодами. Для защиты от прослушивания может быть использовано шифрование голосового трафика. Также предусмотрен специальный канал для низкоскоростной передачи данных. Для взаимодействия друг с другом Р25 радиостанции используют Common Air Interface (CAI, общий радиоинтерфейс). Этот стандартный интерфейс описывает типы и содержание передаваемых по радио сигналов. Р25 радиостанция, использующая CAI, должна полностью совместима с другой Р25 радиостанцией, так же использующей CAI, независимо от производителя. Существующие Р25 радиостанции работают в полосе 12.5 кГц. Таким образом, в полосе 25 кГц можно разместить 2 канала, вместо одного как при традиционной аналоговой FM передаче. В Фазе-2 радиостанции Р25 будут работать в полосе 6.25 кГц, что позволит в той же полосе разместить 4 абонента. Р25 радиостанция должна работать в аналоговом режиме на каналах с полосами 25 кГц и 12.5 кГц, что позволяет пользователям постепенно переходить с аналоговых радиостанций к цифровым. Передача голоса и данных в Р25 радиостанции может быть защищено шифрованием. Р25 стандарты описывают использование AES и DES алгоритмов, а также некоторых других. Существует также отдельная спецификация на алгоритм обмена ключами шифрования OTAR (over the air rekeying). В Р25 канале связи голос или данные передаются со скоростью 9600 бит/сек, защищенные FEC (Forward Error Correction, код с прямой коррекцией ошибок) кодом. Это позволяет приемнику бороться с эфирными помехами и увеличить дальность связи. Р25 поддерживает низкоскоростную передачу данных, когда данные подмешиваются к передаваемому голосу, а также передачу на полной скорости 9600 бит/сек.

Архитектура радиостанции Р25

Упрощенная типичная схема Р25 трансивера показана на рисунке ниже.


На рисунке опущены каскады преобразования ПЧ и некоторые другие специфичные элементы, не влияющие на принципы работы Р25. Архитектру Р25 радиостанции можно разделить на три основных части.

Аналого-цифровое, цифро-аналоговое и речевое кодирование/декодирование

Р25 использует специфический метод оцифровки голоса с использованием IMBE вокодера (Improved Multi-Band Excitation). Вокодер анализирует голос на микрофонном входе и вместо передачи самих отсчетов передает некоторые характеристики, представляющие голос. Приемник использует эти характеристики и синтезирует синтетический эквивалент переданного голоса. IMBE вокодер сильно оптимизирован под человеческий голос и не очень хорошо передаёт другие типы сигналов, включая DTMF. IMBE вокодер дискретизирует сигнал с микрофонного входа, генерируя 88 бит каждые 20 мсек. Таким образом, вокодер передает речь со скоростью 4400 бит/сек.

Канальное кодирование-декодирование

Канальное кодирование — это метод, в котором системы передачи данных используют помехоустойчивое кодирование и другие методы защиты данных для обеспечения их корректного восстановления на приемной стороне. Помехоустойчивое кодирование и защита данных сделаны для улучшения характеристик всей системы, работающей в условиях канальных помех, таких как шум, замирания и интерференция. P25 стандарт включает целый спектр разнообразных типов кодирования: перемежение, линейное блочное кодирование, коды Хэмминга, коды Голуа, коды Рида-Соломона, БЧХ, укороченные циклические коды.

Модуляция/демодуляция и фильтрация

В Фазе 1 работа ведется в полосе 12.5 кГц с использованием C4FM модуляции, которая представляет собой разновидность QPSK, в которой каждый символ сдвигается по фазе на 45 градусов относительно предыдущего символа. Несмотря на то что информация кодируется фазой C4FM сигнала, его амплитуда несущей остается постоянной, генерируя таким образом ЧМ модулированный сигнал с постоянной огибающей. Эта особенность позволяет использовать для Фазы 1 радиотракты ЧМ аналоговых радиостанций практически без изменений, что упрощает переход аналогового оборудования на цифровой стандарт. В Фазе 2 работа ведется в полосе 6.25 кГц с использованием CQPSK модуляции.

У модулируемого CQPSK сигнала одновременно модулируется фаза и частота таким образом, чтобы минимизировать ширину занимаемого спектра. В результате получается амплитудно-фазово модулированный сигнал. Передача ведется со скоростью 4800 бит/сек, в которой каждый символ передает 2 бита информации. Таблица соответствия между символами и битами для обоих видов модуляции показана ниже.

Таблица 3.

Информационные биты	Символ	C4FM модуляция (Фаза 1)	CQPSK модуляция (Фаза 2)
01	+3	+1.8 кГц	+135 градусов
00	+1	+0.6 кГц	+45 градусов
10	-1	-0.6 кГц	-45 градусов
11	-3	-1.8 кГц	-135 градусов

Модулятор C4FM сигнала включает фильтр Найквиста типа "приподнятый косинус", формирующий фильтр и FM модулятор. Модулятор C4FM строится на основе квадратурного модулятора, модулирующего одновременно две несущие. Фаза сигнала в квадратурном канале задержана относительно Фазы сигнала в синфазном канале на 90 градусов. Отфильрованный 5-ти уровневый сигнал, полученный с выхода таблицы преобразования используется как входной сигнал квадратурного модулятора. Структурные схемы C4FM и CQPSK модуляторов показаны на рисунках ниже.



CQPSK демодулятор способен принимать сигналы и с C4FM, и с CQPSK модуляцией. Детектор FM сигнала на входе демодулятора позволяет принимать аналоговый FM, C4FM и CQPSK сигналы. Это позволяет сохранить приемный тракт Р25 радиостанции неизменным при переходе от Фазы-1 к Фазе-2 с 6.25 кГц рабочей полосой. Переделка нужна только для передатчика. Кроме этого такой демодулятор одинаково хорошо будет принимать аналоговый FM и C4FM сигналы. Оборудование же для Фазы-2 требует линейности выходных усилителей для передачи CQPSK сигнала, чувствительного к нелинейным искажениям. Схема демодуляции показана на рисунке ниже.

Функции

Радиосистема в стандарте APCO-25 должна обеспечивать следующие базовые (обязательные) функции:

• связь, организованную на базе технологии FDMA по радиоканалу с шириной полосы 12,5 кГц;
• цифровое кодирование голоса с помощью вокодера IMBE (Improved Multiband Excitation);
• совместимость с аналоговым абонентским оборудованием (портативными и мобильными радиостанциями).

Стандарт регламентирует и типы вызовов в системе. Передача голоса и данных может обеспечиваться с помощью групповых, индивидуальных или безадресных (широковещательных) вызовов. Вызовы допускается переадресовывать от одного мобильного устройства к другому непосредственно (в режиме Direct Mode) либо через ретранслятор или базовую станцию (БС). В APCO-25 существует и набор дополнительных функций. Если таковые обеспечиваются устройством связи, необходимо, чтобы они удовлетворяли следующим требованиям:

• при транкинговой связи скорость передачи в цифровом канале управления должна быть не ниже 9,6 кбит/с;
• при передаче данных между радио- и компьютерными сетями в режимах пакетной передачи при непрерывной связи и передаче предварительно запрограммированных сообщений требуется пропускная способность канала не менее 9,6 кбит/с. Вложенные данные должны передаваться одновременно с речевым сигналом со скоростью не ниже 88 бит/с;
• дополнительные услуги радиосети могут включать в себя прерывание вызова, выборочное прослушивание, прямой аварийный вызов без регистрации в группе, мониторинг радиостанции, идентификацию радиостанции, находящейся на связи, а также передачу сигнала тревоги и вызовов с приоритетом;
• связь с абонентами ТфОП может обеспечиваться как через УПАТС, так и через коммутатор ТфОП;
• для защиты информации (в дополнение к аутентификации вызовов) могут использоваться несколько алгоритмов щифрования, реализованных с помощью встроенных систем кодирования и цифровой модуляции голосового сигнала;
• управление сетью должно базироваться на стандартных функциях централизованного управления, обеспечивающих управление как всей системой связи, так и ее элементами;
• нужно, чтобы в конвенциональном и транкинговом режимах многозоновые системы поддерживали такие сетевые функции, как регистрация в сети, роуминг и аутентификация абонентов.

Модель системы связи

Спецификации APCO-25 применяются ко всем элементам наземных мобильных систем конвенциональной и транкинговой радиосвязи, которые используют организации, обеспечивающие общественную безопасность. Это абонентские устройства (портативные и мобильные радиостанции), базовые станции и другое оборудование постоянного базирования (стационарные операторские консоли и устройства, реализующие связь в многозоновых сетях), а также компьютерное оборудование, служащее для передачи данных. Связь между всеми элементами осуществляется через открытые интерфейсы, которые должны поддерживать их полную совместимость независимо от того, кто является производителем того или иного элемента.


APCO-25 определяет восемь открытых интерфейсов связи: общий радиоинтерфейс (Um), интерфейсы операторской консоли (Ec), передачи данных (Ed), связи БС (Ef), управления сетью (En), связи с ТфОП (Et), межсистемной связи (G), связи с портом данных (A).
Согласно предлагаемой APCO-25 модели системы связи (рис. 1), подсистема радиосвязи является центральным элементом сети и включает в себя инфраструктуру радиосистемы. Для взаимодействия с остальными элементами подсистема радиосвязи использует упомянутые открытые интерфейсы; внутренние интерфейсы подсистемы могут не соответствовать стандарту, а определяться изготовителем оборудования.
Подсистема радиосвязи может объединять в себе любое оборудование БС без ограничений на территориальное размещение. Требования к ней ограничиваются следующими положениями

• оборудование БС должно поддерживать единый радиоинтерфейс;
  
• подсистема радиосвязи должна содержать все управляющее оборудование, необходимое для обработки вызовов и поддержки открытых интерфейсов.

Таким образом, концепция открытых радиоинтерфейсов делает их "строительными блоками", из которых можно создать многозоновую систему связи, поскольку (и это главное требование стандарта!) подсистема радиосвязи любой конфигурации должна обеспечивать связь с любым оборудованием или другой подсистемой независимо от их принадлежности к тому или иному изготовителю. Поддержка требований стандарта APCO-25 в полном объеме гарантирует эффективную и надежную цифровую передачу голоса и данных как между пользователями одной организации, так и между абонентами различных систем связи.

Общий радиоинтерфейс

Самой значительной спецификацией стандарта APCO-25 является Um — спецификация общего радиоинтерфейса. Именно она обеспечивает полную совместимость мобильного и портативного абонентского оборудования различных производителей в рамках одной сети и позволяет радиостанциям обмениваться цифровой информацией по радиочастотным каналам. APCO-25 определяет также минимальный набор функций этого интерфейса, который должна поддерживать радиостанция любого производителя.
Общий радиоинтерфейс устанавливает стандартные условия, при которых предоставляется связь между мобильными, портативными и базовыми радиостанциями . Передача данных должна осуществляться по радиоканалу шириной 12,5 кГц, чья полная пропускная способность составляет не менее 9,6 кбит/с. Интерфейс предусматривает также использование стандартного вокодера (устройства преобразования голосового сигнала в цифровой формат) — IMBE (Improved Multi-Band Excitation). Алгоритм коррекции ошибок обеспечивает дополнительную защиту при передаче оцифрованного голосового сигнала по радиоканалу.


Совместимость оборудования на физическом и канальном уровнях поддерживается радиоинтерфейсом в полном соответствии со стандартной семиуровневой моделью передачи данных OSI (рис. 7). На физическом уровне выполняется модуляция сигналов. Канальный уровень состоит из двух подуровней — МАС (Media Access Control, управление доступом к среде передачи) и LLC (Logical Link Control, управление логической связью).
Процедура обработки голосового сигнала начинается с его преобразования в цифровой формат при помощи вокодера. После этого происходит шифрование сигнала и, наконец, его обработка, гарантирующая коррекцию ошибок при декодировании. Речевой сигнал может быть дополнен битами адресации и встроенной управляющей сигнализацией.


Что касается обработки данных, здесь возможно использование двух механизмов. Более простой состоит в непосредственной модуляции передаваемого сигнала без его дополнительной обработки. Другой механизм (рис. 8) предусматривает предварительное деление всего объема данных на информационные пакеты небольшого размера, которые обрабатываются с помощью алгоритма коррекции ошибок (это повышает их устойчивость к помехам и затуханию сигнала при передаче по радиоканалу), а затем шифруются.

Преобразование голосового сигнала

В соответствии со стандартом APCO-25 преобразование голосового сигнала в цифровой формат должно выполняться с помощью вокодера IMBE. Это устройство обеспечивает получение голосового сигнала высокого качества и позволяет отчетливо различать речь абонента на фоне помех.
Кадр, преобразуемый вокодером IMBE, имеет длительность 20 мс и содержит 88 бит речевой информации, что эквивалентно скорости передачи данных 4,4 кбит/с. Речевой кадр содержит также 56 дополнительных бит для проверки четности, которые добавляются к нему в результате обработки кадра по алгоритму коррекции ошибок. Полный объем кадра передачи голосового сигнала равен 144 бит, а скорость его передачи составляет 7,2 кбит/с.
Каждые девять кадров голосового сигнала объединяются в группу данных (LDU, Logical Link Data Unit). Время передачи одной группы по радиоканалу — 180 мс.


Две группы LDU формируют суперкадр (рис. 9), который помимо голосовой информации в цифровом виде (18 кадров голосового сигнала) содержит упакованные управляющие команды и адресную информацию. Скорость передачи суперкадров по радиоканалу составляет 9,6 кбит/с, а время его передачи — 360 мс.


Голосовая радиосвязь построена на непрерывной передаче последовательности суперкадров, которым предшествуют заголовки сообщений. Радиосвязь всегда начинается с передачи заголовка цифрового сообщения, затем посылаются группы LDU, после которых — признак конца сообщения (рис. 10).
Предшествующий передаче голосового сообщения заголовок, который служит указателем начала процедуры шифрования сигнала, состоит из одного большого шифрованного слова длиной 648 бит. Оно содержит 120 бит исходной информации, предназначенной для передачи. Кроме того, в течение всей передачи голосового сообщения в него периодически вставляются коды канала и алгоритма шифрования. В структуру голосового сообщения также могут быть "встроены" сигнальная информация управления связью и пакеты данных, передаваемые с невысокой скоростью вместе с голосовым сигналом (так называемые интегрированные в голосовой сигнал данные).
Заголовок содержит следующую информацию:

• индикатор сообщения — определяет тип алгоритма шифрования;
• идентификатор изготовителя аппаратуры — указывает на то, что при передаче голосового сообщения применяются нестандартные функции. Этот идентификатор имеет стандартное значение только в том случае, когда все остальные информационные поля удовлетворяют спецификациям общего радиоинтерфейса;
• идентификатор алгоритма шифрования — позволяет распознать использованный для данного сообщения алгоритм шифрования в системах с несколькими алгоритмами;
• идентификатор ключа шифрования — дает возможность определить конкретный ключ в системах, поддерживающих шифрование с несколькими ключами;
• идентификатор абонентской группы — указывает на абонентскую группу адресата сообщения.

Поле управления логической связью (рис. 11) содержит 72 бита информации об источнике и адресате передаваемого сообщения и состоит из идентификаторов абонентской группы, источника и адресата сообщения, а также из признака экстренного вызова и идентификатора изготовителя аппаратуры. Следует отметить, что в зависимости от типа передаваемой информации стандарт допускает использование различных форматов управляющих слов.

Механизмы коррекции ошибок

Общий радиоинтерфейс стандарта APCO-25 предусматривает применение разнообразных механизмов обнаружения и коррекции ошибок, обеспечивающих высокое качество приема сигналов. В зависимости от типа передаваемой информации могут использоваться различные алгоритмы коррекции ошибок и разные схемы вложения дополнительных данных.
Механизм коррекции ошибок служит в средствах радиосвязи для надежной передачи информации с помощью радиосигнала при уменьшении его мощности (замирании или затемнении), с которым часто приходится сталкиваться при эксплуатации мобильных радиосистем. Однако использование этого механизма приводит к увеличению объема передаваемой информации.
Так, в заголовке речевого сообщения содержатся 120 бит полезной (исходной) информации, которая при формировании заголовка подвергается двойному шифрованию: сначала по алгоритму Рида-Соломона (36, 20, 17), а затем — по упрощенному алгоритму Голея (18, 6, 8). В результате размер полей заголовка увеличивается до 648 бит. В каждый кадр голосового сигнала также добавляются 56 бит, служащих для проверки четности, что в определенной мере защищает передаваемый кадр от возникновения ошибок. Поэтому размер кадра, посылаемого по радиоканалу, увеличивается до 144 бит.
Информация, связанная с шифрованием, содержит 96 бит "полезных" данных и состоит из индикаторов алгоритма и ключа шифрования. Однако и эта информация подвергается двойному кодированию — сначала по алгоритму Рида-Соломона (24, 16, 9), а затем по упрощенному алгоритму Хэмминга (10, 6, 3). В итоге размер данных для шифрования/расшифровки становится равным 240 битам.
Исходная длина поля управления связью составляет 72 бит. После двойного шифрования по алгоритму Рида-Соломона (24, 12, 13) и упрощенному алгоритму Хэмминга (10, 6, 3) его размер, передаваемый по радиоканалу, увеличивается до 240 бит.
Сравнение величин исходных размеров полей и получающихся после обработки алгоритмами коррекции ошибок позволяет получить представление о "цене" качества сигнала.

Шифрование и аутентификация

Чаще всего схемы шифрования разрабатываются как ответные меры на те действия, которые может предпринять гипотетический злоумышленник, чтобы вмешаться в работу системы мобильной связи. Наиболее вероятные формы такого вмешательства — перехват сообщений, их повторное воспроизведение, создание радиопомех, переадресация сообщений, анализ трафика, создание абонентов-двойников и несанкционированное бесплатное использование услуг.


Шифрование, обеспечивающее конфиденциальность связи, выполняется при предоставлении любой из услуг передачи речевых сигналов и данных (рис. 12). В стандарте APCO-25 предусмотрены четыре различных типа шифрования сообщений в системах мобильной радиосвязи, которые могут применяться в самых различных сетях — от правительственной до радиосетей коммерческих операторов. Допускается одновременная поддержка нескольких схем шифрования в одной системе связи. Кроме того, абонентские радиостанции и консольные устройства способны одновременно работать с несколькими схемами шифрования.
Хотя шифрование и защищает от несанкционированного прослушивания, имеются и другие виды вмешательства в работу системы связи, против которых оно оказывается бессильным. Например, не зная точного содержания сообщения, злоумышленник может нарушить связь в незащищенной системе, записав передаваемое сообщение и затем воспроизведя его вновь через некоторое время. Избежать подобных ситуаций помогает аутентификация, которая обеспечивает целостность управляющей информации и данных о ключах шифр