Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Ostrava 2007 Ivo Hána
Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva Od analogových radiostanic k digitálnímu systému Pegas u HZS kraje Vysočina Student: Ivo Hána Vedoucí bakalářské práce: doc. Dr. Ing. Aleš Dudáček Studijní obor: 3908R006-00 Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu Datum zadání bakalářské práce: 6. listopadu 2006 Termín odevzdání bakalářské práce: 30. dubna 2007
Prohlášení Místopřísežně prohlašuji, že jsem celou bakalářskou práci vypracoval samostatně. V Ostravě dne 27. dubna 2007...... Ivo Hána
Poděkování Děkuji vedoucímu práce doc. Dr. Ing. Aleši Dudáčkovi za odborné vedení při zpracování bakalářské práce.
Anotace HÁNA, I. Od analogových radiostanic k digitálnímu systému Pegas u HZS kraje Vysočina. Bakalářská práce, Ostrava, VŠB-TU, FBI, 2007, 57 s. Bakalářská práce se zabývá digitálním radiokomunikačním systémem Pegas u Hasičského záchranného sboru kraje Vysočina. V první části práce je nastíněna geneze komunikace hasičských jednotek u zásahu. Ve druhé části je vysvětlen základní rozdíl mezi analogovými a digitálními radiostanicemi a jsou zde porovnány výhody a nevýhody obou typů. Ve třetí části práce je nastíněn vznik a vývoj radiokomunikačního systému Pegas, včetně popisu služeb systému, používaných terminálů a příslušenství. V této části je dále uvedena analýza současného stavu systému Pegas v kraji Vysočina a navržena opatření k jeho lepšímu využití. Závěrečná část práce obsahuje shrnutí a zamyšlení nad možnou budoucností komunikací u zásahu. Klíčová slova: radiostanice, terminál, vysílač, přijímač, signál, komunikace, kmitočet, digitální systém, Tetrapol, Pegas.
Anotation HÁNA, I. From Analog Radio Stations to the Digital System Pegas operated by Fire and Rescue Service in Vysočina region. The Bachelor work, Ostrava, VŠB-TU, FBI, 2007, 57 p. Bachelor work deals with the digital radio-communications station system Pegas operated by Fire and Rescue Service in Vysočina region. In the first part of the work the genesis of fire departments communication during the interference is foreshadowed. In the second part the basic difference between analog and digital radio station is explained. Moreover, the advantages and disadvantages of both types are compared. In the third part of the work the genesis and development of Pegas radio communications station system is foreshadowed, including the description of system services, used data terminals and accessories. In this part the analysis of Pegas contemporary state system in Vysočina region is also mentioned. There are also suggestions of measures to be taken for its better use. Final part of the work includes the summary and reflection on future (possible) communication during the intervention. Keywords: transceiver, data terminal, transmitter, receiver, signal, communications, frequency, digital system.
Obsah 1. Úvod... 8 2. Rešerše... 9 3. Historie komunikace jednotek PO u zásahu... 10 3.1. Slovní signály... 10 3.2. Zvukové signály... 10 3.3. Optické signály... 10 3.4. Komunikace pomocí telefonu... 11 3.5. Komunikace pomocí radiostanic... 11 4. Rádiové komunikace... 12 4.1. Počátky vzniku rádiové komunikace... 12 4.2. Bezdrátový přenos informací... 12 4.3. Rozdělení elektromagnetických vln... 13 4.4. Základní druhy modulace... 14 4.5. Popis vývoje rádiových zařízení, která využívají hasiči při zásazích... 15 4.6. Základní pravidla radioprovozu... 17 5. Srovnání analogových a digitálních radiostanic... 19 5.1. Princip činnosti analogové a digitální radiostanice... 19 5.2. Základní rozdíl mezi analogovými a digitálními radiostanicemi... 19 5.3. Porovnání výhod a nevýhod analogových a digitálních radiostanic... 21 6. Digitální systém Pegas... 24 6.1. Vznik a vývoj digitálního systému Pegas... 24 6.2. Základní popis systému Pegas... 25 6.3. Rádiový přenos... 26 6.4. Zabezpečení systému... 27 6.5. Organizace... 28 6.6. Služby systému Pegas... 28 6.6.1. Skupinové komunikace na otevřených kanálech... 29 6.6.2. Komunikace v přímém režimu na kanálech DIR a IDR... 30 6.6.3. Individuální hovory... 30
6.6.4. Nouzové volání... 31 6.6.5. SMS aplikace... 31 6.6.6. Datové přenosy... 31 6.7. Terminály, příslušenství a další prostředky ve vybavení HZS... 32 6.7.1. Pevný linkový terminál LCT... 32 6.7.2. Pevný rádiový terminál RCT... 33 6.7.3. Vozidlový terminál... 33 6.7.4. Přenosné terminály G2 2. generace... 34 6.7.5. Přenosné terminály G1 1. generace... 34 6.7.6. Převodníky AD/DA... 34 6.7.7. Příslušenství... 35 7. Digitální systém Pegas u HZS kraje Vysočina... 37 7.1. Postup implementace systému Pegas u HZS kraje Vysočina... 37 7.2. Analýza současného stavu využití radiostanic systému Pegas u HZS kraje Vysočina... 38 7.2.1. Použití přenosných terminálů v síti velitele zásahu... 39 7.2.2. Změna šifrovacích klíčů... 40 7.2.3. Servis terminálů... 41 7.2.4. Ergonomie terminálů... 42 7.2.5. Použití převodníků AD/DA... 42 7.2.6. Komunikace na otevřených kanálech... 43 7.2.7. Řád digitální rádiové sítě... 44 7.3. Taktické cvičení na leteckou nehodu v Jihlavě - Henčově... 45 7.4. Navrhovaný postup opatření pro využití systému Pegas u HZS kv... 46 8. Závěr... 49 8.1. Shrnutí... 49 8.2. Představa možné budoucnosti komunikace u zásahu... 50 9. Literatura... 53 10. Seznam zkratek... 55 11. Seznam příloh... 57
1. Úvod Od roku 1987 pracuji v požární ochraně jako technik spojové služby. Proto jsem si zvolil bakalářskou práci na téma rádiových komunikací Hasičského záchranného sboru (dále jen HZS ) kraje Vysočina. Tato tematika je v současné době hlavní náplní mojí práce. V době mého nástupu ke Správě a útvaru Sboru požární ochrany v Pelhřimově využívali hasiči ještě radiostanice v kmitočtovém pásmu 32 MHz. Tehdy již nikdo nepochyboval o výhodách rádiových komunikací u zásahu, radiostanice byla jedním ze základních technických prostředků výzbroje hasičů. Od té doby se několikrát změnily nejen typy používaných radiostanic, ale také celé komunikační prostředí. Rovněž se zásadním způsobem změnila spolehlivost rádiových komunikací jak na místě zásahu, tak i komunikace mezi jednotkami u zásahu a operačními středisky. Bez funkčních a spolehlivých komunikačních prostředků by se neobešla dnes tolik diskutovaná (v kraji Vysočina již provedená) integrace okresních operačních středisek do jediného krajského operačního a informačního střediska (dále jen KOPIS ). Cílem mojí práce je analyzovat historii a vývoj komunikace jednotek požární ochrany (dále jen jednotek PO ) u zásahu, zhodnotit výhody a nevýhody analogových a digitálních radiostanic a prostřednictvím geneze použití digitálních radiostanic systému Pegas u HZS kraje Vysočina navrhnout postup dalších opatření pro využívání tohoto systému. V závěru práce bych se chtěl zamyslet nad možnou budoucností komunikace jednotek PO u zásahu. - 8 -
2. Rešerše Při studiu problematiky rádiového spojení jsem se setkal zejména s touto literaturou: PETRÁNEK, J. Příručka pro radiotelefonní zkoušky pozemních radiooperatérů. Vydání I. Praha: Nakladatelství dopravy a spojů, 1987. 136 s. Příručka je určena pro přípravu uchazečů k radiotelefonní zkoušce pozemních operátorů. V první části seznamuje čtenáře s radiokomunikačními předpisy, ve druhé části následuje vysvětlení radiotelefonním provozu. Příručka je doplněna přílohami, zejména technicko-provozními údaji tehdejších radiostanic. SYROVÁTKA, B. Radiové vysílače a přijímače. 2. vyd. Praha: vydavatelství ČVUT, červen 2005. 200 s. ISBN 80-01-03236-1. Tato skripta jsou určena jako studijní pomůcka pro bakalářské studium oboru Radiotechnika. Ve skriptech je limitovanou formou zpracována problematika rádiových vysílačů a přijímačů. MATRA NORTEL COMMUNICATIONS. Provozní dokumentace PMR - Prezentace systému. Bois d Arcy: EADS Defence and Security Networks, 24. 4. 2002. Tento dokument poskytuje všeobecné informace o službách nabízených uživatelům systému Pegas, o zásadách řízení a údržby sítě i o její architektuře. DUDÁČEK, A. Komunikační systémy v PO. [online] Prozatímní učební text. VŠB-TU Ostrava, 2000 [cit. 2007-04-08]. Dostupné na internetu: <http://homen.vsb.cz/~www547/web/texty/ks/komsyst.htm#_toc477778597 >. Učební text poskytuje čtenáři základní informace o komunikačních systémech a sítích vhodných pro činnost hasičských jednotek. MILENOVSKÝ, E., STUDNIČKA, M., Přenosné a vozidlové VKV radiostanice. Vydání I. Praha: Naše vojsko, 1970. 360 s. Kniha seznamuje čtenáře s problematikou pozemních přenosných a vozidlových radiostanic. Je stručným přehledem poznatků, zkušeností a několikaleté práce autorů v oboru rádiových vysílačů a přijímačů. - 9 -
3. Historie komunikace jednotek PO u zásahu 3.1. Slovní signály Aby jednotka PO prováděla svoji činnost na místě zásahu účelně a rychle, je nutné aby velitel koordinoval její činnost. K tomuto účelu již odedávna sloužily a stále slouží slovní signály povely. Signály musí být hlasité, srozumitelné, stručné a výstižné. Tyto slovní signály však nelze používat na větší vzdálenosti, kdy se stávají nesrozumitelnými nebo nejsou slyšet vůbec. Proto byly v dřívějších dobách doplněny použitím zvukových signálů. 3.2. Zvukové signály Zvukové signály popisuje například Adolf L. Seidl v Metodice signálů z roku 1900 [9]. Signály sloužily k předávání zpráv do dálky a k předávání zpráv při hluku. K signalizování bylo využíváno dvojhlasých píšťalek, dvojhlasých povelek a harcovek 1. V metodice je popsán způsob jak skládat jednoduché signály signálová slova do celých vět. Signály měly obdobná pravidla jaká se uplatňovala i při ústním velení měly být hlasité, úsečné, s náležitými pomlkami za každým signálovým slovem. Příjemce signálu jej měl zopakovat, aby byl vysílající ujištěn, že mu bylo rozumět. Signály vyžadovaly dokonalé nacvičení. Pokud tato signalizace selhala, nezbývalo veliteli nic jiného, než vyslat pobočníka s ústním rozkazem. 3.3. Optické signály Komunikace hasičských jednotek pomocí optických signálů nahradila zvukové signály a je další možností, jak předávat zprávy na větší vzdálenosti. Tato komunikace je založena na mávání nebo určitém postavení paží vysílajícího hasiče. Komunikace pomocí paží se užívá dodnes například při dodávce vody, signalizaci nebezpečí v hlučném prostředí nebo v prostředí s nebezpečím výbuchu, když nejsou k dispozici radiostanice v nevýbušném provedení [13]. Je však třeba zajistit, aby příjemce zprávy sledoval vysílajícího. To ale nelze zajistit na příliš velké vzdálenosti nebo v členitém terénu či v zástavbě. Současně je takto omezována činnost zasahujících hasičů. 1 Harcovka hasičská trubka, součást osobní výstroje hasiče z konce 19. století - 10 -
3.4. Komunikace pomocí telefonu Přibližně od 50. let minulého století se u zásahů používaly polní telefony PT 25, telefonní ústředny TÚ 11 a cívky s dvouvodičem PK 2. Velitel byl ale nabádán uvážit nutnost a rentabilnost zřízení polního telefonu. Polní telefon se zřizoval pouze u déle trvajících zásahů. Velitel musel vyčlenit síly a prostředky pro jeho zřízení, které trvalo určitou dobu, závislou na vzdálenosti vedení a členitosti terénu. Používání telefonních přístrojů u zásahů bylo velmi problematické, náročné na síly a prostředky a především na čas zřízení telefonního vedení. Těžko se dá hovořit o účinném a kvalitním spojení. [16] 3.5. Komunikace pomocí radiostanic Úplně nová éra v komunikaci hasičů nastává v 50., 60., případně 70. letech minulého století, kdy začínají být hasičské sbory vybavovány radiostanicemi. Radiostanici lze využít jako velmi operativní prostředek ke komunikaci hasičů zejména na místě zásahu, ale také pro komunikaci základnové stanice s místem zásahu. Jak je uvedeno výše, hasiči si uvědomovali nedostatky dosavadních způsobů komunikace u zásahu. Přímo sdělované rozkazy vyžadují osobní kontakt hasičů nebo nasazení spojek, což je časově náročné. Zvukové signály jsou rušeny hlukem u zásahu a nelze je přenášet na větší vzdálenosti, optické signály vyžadují přímou viditelnost a především stálou pozornost. Spojení polními telefony zase vyžaduje určitý čas na zřízení telefonního vedení. Při pohybu velitelů nebo jednotek je nutné toto vedení zkracovat, prodlužovat nebo překládat. Všechny tyto nevýhody jsou eliminovány použitím radiostanic. Vytvoření rádiové sítě u zásahu je velmi rychlé. Lze komunikovat na poměrně velké vzdálenosti, které jsou ovlivněny zejména druhem terénu nebo členitostí budov, výkonem vysílače a citlivostí přijímače. [16] - 11 -
4. Rádiové komunikace 4.1. Počátky vzniku rádiové komunikace Radiostanice pracují na principu přenosu informací pomocí elektromagnetického vlnění. Vysílač radiostanice vysílá modulované elektromagnetické vlnění, které je zachyceno v přijímači a demodulováno. Základy radiotechniky položili M. Faraday, J. C. Maxwell a H. Hertz, kteří své objevy představili veřejnosti mezi lety 1831 1887. Díky zdokonalení jejich objevů A. S. Popovem a G. Marconim mezi lety 1895-1898 bylo možné uskutečnit radiové spojení na větší vzdálenost. 4.2. Bezdrátový přenos informací Přenos informace od jeho zdroje až k příjemci je možno obecně rozdělit na několik typických částí. Toto rozdělení nazýváme úplný rádiový sdělovací řetězec (obr. 1). Vysílací anténa Elektromagnetické vlny Přijímací anténa Zdroj informace Kodér Modulátor VF zesilovač Demodulátor NF zesilovač Dekodér Zdroj energie VF generátor Vysílací část Přijímací část Obr. 1. Úplný rádiový sdělovací řetězec Ze zdroje musíme nejprve informaci převést do tvaru, který je vhodný pro přenášení určitou přenosovou cestou. Toto převedení se nazývá kódování a probíhá v kodéru. Nositelem informace je na výstupu z kodéru signál. Tento signál však není možné přenášet na větší vzdálenosti. Vhodným nositelem na větší vzdálenosti je vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění. Toto vlnění se ze zdroje energie vytváří ve vysokofrekvenčním generátoru. Abychom mohli přenést zakódovanou informaci pomocí vysokofrekvenčního vlnění, musíme ji vhodným způsobem na toto vlnění nanést namodulovat. K tomu slouží modulátor. Energii vysokofrekvenční modulované nosné vlny pak musíme účinně vyzářit do prostoru vhodnou vysílací - 12 -
anténou. Na přijímací části řetězce je část vyzářené vysokofrekvenční energie zachycena anténou přijímače. V přijímači je nejprve ve vysokofrekvenčním zesilovači zesílena a v demodulátoru dojde k sejmutí nízkofrekvenčního signálu. Ten je dále zesílen a v dekodéru je získána vlastní informace. [1] 4.3. Rozdělení elektromagnetických vln Vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění (rádiové vlny) dělíme podle vlnové délky na několik druhů, které se liší svými vlastnostmi a způsobem šíření. Rozdělení uvádí tab. 1. Vztah mezi vlnovou délkou λ [m] a kmitočtem f [Hz] je λ = rychlost v m.s -1 (3,108 m.s -1 ). Tab. 1 Rozdělení elektromagnetických vln Název vln Vlnová délka λ Kmitočet f Zkratka Myriametrové 10 100 km 30 3 khz VDV Kilometrové 1 10 km 300 30 khz DV Hektometrové 100 1000 m 3 MHz 300 khz SV Dekametrové 10 100 m 30 3 MHz KV Metrové 1 10 m 300 30 MHz VKV Decimetrové 1 10 dm 3 GHz 300 MHz UKV Centimetrové 1 10 cm 30 3 GHz SKV Milimetrové 1 10 mm 300 30 GHz EKV c f ; přičemž c je Vlastnosti šíření rádiových vln jsou popsány v mnohé literatuře, mimo jiné např. v [1, 2, 10, 12, 17]. Protože hasiči využívají především VKV radiostanice, stručně uvádím některé jejich vlastnosti. Metrové vlny se šíří pouze přízemní vlnou. Nemohou se šířit tzv. prostorovou vlnou, tedy odrazem od ionosféry, jako je tomu u vln s větší vlnovou délkou. To znamená, že se šíří (podobně jako světlo) přímočaře; v závislosti na poměru vlnové délky a velikosti překážky se mohou ohýbat za terénními překážkami a odrážet se od nich. Dosah metrových vln se liší od typu použitých radiostanic. Mezi přenosnými radiostanicemi může být i kratší než jednotky kilometrů, při přenosech mezi vozidlovými a základnovými stanicemi to může být i několik desítek kilometrů. - 13 -
4.4. Základní druhy modulace Jak bylo uvedeno v kapitole 4.2 při přenosu zprávy pomocí elektromagnetického vlnění musíme signálem modulovat vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění. Tento proces probíhá v modulátoru. Základní dva druhy modulace jsou amplitudová (AM) a frekvenční (FM). Při amplitudové modulaci se vlivem přenášeného nízkofrekvenčního signálu mění amplituda původní vysokofrekvenční nosné vlny. Frekvence nosné vlny zůstává konstantní. U frekvenční modulace zůstává amplituda nosné vlny konstantní. Působením nízkofrekvenčního modulačního signálu se mění okamžitá hodnota frekvence nosné vlny (obr. 2). Při srovnání těchto dvou typů modulací vychází lépe modulace frekvenční. Výhody frekvenční modulace: jednodušší modulátor, vysílač je výkonově lépe využit, menší vzájemné rušení dvou vysílačů, které pracují na stejné nebo podobné frekvenci, lepší odstup užitečného signálu od šumu, lepší věrnost přenosu. Nevýhodou frekvenční modulace je o něco složitější demodulátor. Z důvodu větší potřebné šířky přenášeného pásma je tato modulace vhodná pro metrové vlny (VKV). Obr. 2 Amplitudová a frekvenční modulace - 14 -
4.5. Popis vývoje rádiových zařízení, která využívají hasiči při zásazích 50. a 60. léta minulého století zřejmě první radiostanice, které využívali hasiči byly TESLA FREMOS a TESLA ORLÍK [7, 16]. Radiostanice TESLA FREMOS (obr. 2, obr. 3) se používala jako základnová nebo jako vozidlová. Skládala se z několika částí: vysílač + přijímač, ovládací skříňka, měnič a reproduktor. Tato jedno kanálová radiostanice měla výkon 20 W, frekvenční modulaci, hmotnost asi 30 kg a spotřebu proudu z 12 V baterie 8,5 A při příjmu a 16 A při vysílání. Dosah radiostanice byl udáván mezi vozidlovými stanicemi 3 10 km, mezi základnovými 15 100 km. Obr. 2 Tesla Fremos v základnovém provedení Obr. 3 Tesla Fremos ve vozidle TESLA ORLÍK byla přenosná radiostanice (obr. 4). Skládala se ze 2 částí z vlastní radiostanice a zdroje proudu. Byla to také jedno kanálová stanice s výkonem 0,06 W, amplitudovou modulací a hmotností 5 kg. Obě radiostanice byly elektronkové a využívaly frekvenční pásmo 32 MHz. Díky rozdílné modulaci však spolu tyto dva typy radiostanic nemohly vzájemně komunikovat. Obr. 4 Tesla Orlík - 15 -
70. léta minulého století radiostanice se začaly používat u všech profesionálních požárních útvarů. Pro hasiče bylo tehdy určeno 5 kanálů v pásmu 32 MHz. Jednou z prvních radiostanic, kterou byli vybavování hasiči byla přenosná stanice TESLA VXW 100. Tato 5. kanálová radiostanice měla výkon 1 W, frekvenční modulaci a hmotnost 2,25 kg. O něco později začali hasiči používat další radiostanice, tehdy známého a prosperujícího státního podniku TESLA: základnové VXN 101 - částečně elektronková, 12 kanálů, výkon 10 W; vozidlové VXN 101, které od roku 1983 je nahrazují plně tranzistorové VR 20; přenosné VXW 010 1. kanálová radiostanice s výkonem 0,1 W a VXW 020-4. kanálová, výkon 0,2 W, od roku 1983 novější PR 11, PR 21 a PR 22, výkon 0,4 W. Tyto radiostanice byly ale často poruchové. [8] Rok 1984 je jedním z mezníků ve vývoji hasičských radiostanic. Tehdy bylo již značně přeplněno pásmo 32 MHz a docházelo k velkému rušení hasičských radiostanic, proto začal přechod do pásma 160 MHz. V tomto pásmu bylo pro hasiče vyhrazeno 11 kanálů. Kanály jsou rozděleny na 3 celostátní, které se používají přímo u zásahu a 8 krajských, po kterých se komunikuje z místa zásahu na ústředny požárních stanic. Rádiová síť v pásmu 32 MHz zůstala stále v provozu. Starší radiostanice v tomto pásmu byly často předávány nebo zapůjčovány sborům dobrovolných hasičů. Profesionální hasiči byli vybavováni opět radiostanicemi TESLA: základnové ZR 16 3 kanály, výkon 10 W; vozidlové VR 21 12 kanálů (1 neobsazen), výkon 10 W; přenosné PR 35 3 kanály, výkon 0,3 W a PR 41 4 kanály, výkon 0,5 W. [8] Rok 1992 přestávali se radiostanice dodávat centrálně. Nakupovaly se první programovatelné radiostanice firem MAXON, MOTOROLA, BENDIX KING, ASCOM, MIDLAND (AEL) a dalších. Začala se používat selektivní volba. Rok 1994 v pásmu 160 MHz byl hasičům odebrán jeden kmitočet, nastal přechod z krajských kmitočtů na okresní. Rok 1995 - skončilo využívání pásma 32 MHz. Profesionální hasiči i sbory dobrovolných hasičů využívají pro svůj rádiový provoz již pouze pásmo 160 MHz. - 16 -
Rok 2000 - Český telekomunikační úřad vydal, na základě zákona 151/2000 Sb., Plán využití kmitočtového spektra. Ten umožnil používat hasičům radiostanice v pásmu 160 MHz s kanálovou roztečí 25 khz nejdéle do roku 2005. Nadále je možné používat pouze kanálovou rozteč 12,5 khz. To znamená, že koncem roku 2005 bylo nutné vyřadit z provozu všechny radiostanice VR 21, PR 35 a také značnou část modernějších, programovatelných radiostanic. Rok 2001 první dodávky digitálních radiostanic systému PEGAS. Rok 2002 - profesionální hasiči byli vybaveni převážně radiostanicemi MOTOROLA. Starší typy GM 300, GP 300 a P110 byly nahrazovány postupně novějšími typy: základnové a vozidlové GM 380 a GM 360; přenosné GP 340 a GP 380. Rok 2003 byla dostavěna infrastruktura digitální rádiové sítě systému PEGAS. Profesionální hasiči začali používat digitální radiostanice, které umožňují snadnější komunikaci se základními složkami IZS. Digitální radiostanice dodávaly firmy MATRA 2 a EADS 3. Rok 2005 skončil provoz analogových radiostanic v pásmu 160 MHz, které měly kanálovou rozteč 25 khz. Nahrazování těchto radiostanic se týkalo značného počtu z těch, které používaly jednotky SDH. 4.6. Základní pravidla radioprovozu Aby komunikace pomocí radiostanic byla efektivní, případně vůbec možná, je nutné dodržovat jistá pravidla radioprovozu. Pravidla radioprovozu byla stanovena již od počátku nasazení radiostanic u hasičů. Rozdělení kanálů (kmitočtů) Při nasazení vícekanálových radiostanic muselo být stanoveno, k jakým činnostem se budou tyto kanály používat. Byly stanoveny kanály zásahové (hlavní a záložní), které se používají na místě zásahu. Další kanály byly určeny pro komunikaci jednotky u zásahu se základnovou radiostanicí, případně s operačním střediskem. S vývojem 2 Matra Nortel Communications 3 European Aeronautic Defence and Space - 17 -
radiostanic a rádiových komunikací byly stanoveny převáděčové kanály, datové, výcvikové a další. Volací značky Protože rádiovou komunikaci slyší všechny radiostanice v dosahu, které pracují na stejném kmitočtu (v rádiové síti), musí volaná radiostanice určit příjemce předávané zprávy. K tomuto účelu se používají volací značky (dříve volací znaky). Volací značky jsou stanoveny v povolení k radioprovozu, na místě zásahu používáme otevřené volací značky, pro zprávy určené více radiostanicím je určena oběžníková volací značka a někteří funkcionáři mají přiděleny stálé volací značky. Radiokomunikační zkratky Komunikace naprosté většiny radiostanic používaných u hasičů je simpexní jedna radiostanice vysílá a ostatní jsou na příjmu. Radiokomunikační zkratka Příjem vyjadřuje, že vysílající stanice již domluvila a očekává od volané radiostanice odpověď nebo potvrzení zprávy. Další zkratka Konec vyjadřuje, že předchozí komunikace již skončila a na příslušném kmitočtu spolu mohou komunikovat další stanice. Řídící a podřízené radiostanice V každé rádiové síti je vždy určena jedna radiostanice jako řídící, ostatní stanice jsou podřízené. Řídící radiostanice má právo vstupovat do rádiové komunikace při nedodržování pravidel, používat oběžníkovou volací značku, odpovídat na tísňové volání atd. Další pravidla Další pravidla stanovují povinnosti obsluh radiostanic, použití tísňových zpráv, dokumentaci vztahující se k rádiovým prostředkům, odpovědnost za rádiové prostředky a další; jsou uvedena v [15]. - 18 -
5. Srovnání analogových a digitálních radiostanic 5.1. Princip činnosti analogové a digitální radiostanice. Základní princip činnosti analogových i digitálních radiostanic je v zásadě stejný (obr. 5). Jak je uvedeno v kapitole 2.8 radiostanice vstupním signálem modulují nosný kmitočet, který je vysílán do volného prostředí. V přijímači je zachycen, zesílen a demodulován. Na výstupu přijímače je opět původní signál, který je však částečně zkreslen. Zkreslení je zapříčiněno především šumem a poruchami při přenosu. Podrobněji je tato problematika objasněna v [2]. Zdroj zpráv Vysílací zařízení Přenosová cesta Přijímací zařízení Příjemce zpráv Zdroj rušení Obr. 5 Obecné schéma sdělovací soustavy 5.2. Základní rozdíl mezi analogovými a digitálními radiostanicemi V čem je tedy rozdíl mezi analogovými a digitálními radiostanicemi? Základní rozdíl je v přenášeném signálu. Signály dělíme na spojité a diskrétní [5]. Spojité signály v amplitudě a čase jsou signály analogové (obr. 6 a). Diskrétní signály dělíme na: Signály diskrétní v čase jsou spojité v amplitudě (obr. 6 b). Periodickým způsobem se z daného signálu vybírají vzorky. Signály diskrétní v amplitudě tyto signály jsou z hlediska času spojité (obr. 6 c). V každém časovém okamžiku je definována amplituda přenášeného signálu. Signál nabývá v amplitudě konečného počtu stavů. Tento signál získáme kvantováním analogového signálu v amplitudě. Při kvantování se vytváří, podle počtu amplitudových úrovní, určitá nepřesnost. - 19 -
Signály diskrétní v amplitudě i v čase jsou charakterizovány časovou posloupností prvků z konečné množiny možných prvků (obr. 6 d). Získávají se z analogových signálů vzorkováním a kvantováním. Kódováním jsou převedeny do číselného tvaru, tedy na digitální signál, který je vhodný pro přenos v komunikačních sítích. Obr. 6 Časový průběh signálů Závěrem lze říct, že přenos digitálního signálu je výhodnější než přenos analogového spojitého signálu. Digitální signál nabývá pouze 2 stavů a i při jeho značném pozměnění v přenosové cestě mohou obvody v přijímači snadněji od sebe oba stavy odlišit a sestavit z nich původní spojitý signál. - 20 -
5.3. Porovnání výhod a nevýhod analogových a digitálních radiostanic. Výhodou analogových radiostanic je, že se již vyrábějí několik desítek let. Od prvních radiostanic, které nebyly příliš spolehlivé a které, kromě dalších nevýhod, měly i značnou hmotnost, vývoj pokročil k radiostanicím dnešním, které jsou téměř bezporuchové. Mají malé rozměry i hmotnost. Výrobci těchto radiostanic již v elektrické konstrukci nemohou mnoho zlepšovat. Proto se zaměřili především na ergonomii těchto zařízení. Současné analogové radiostanice jsou snadno ovladatelné, mají dobře čitelné displeje s velkými znaky a dobrým podsvícením. U přenosných radiostanic se prodlužuje provozní doba za současného snížení rozměrů a hmotností akumulátorů. K radiostanicím se vyrábí nepřeberné množství příslušenství, jako jsou externí mikrofony, náhlavní soupravy, nabíječe a analyzátory akumulátorů a další. Z důvodu velkého množství výrobců je v současné době příznivější cena analogových radiostanic oproti digitálním. Analogové radiostanice však mají i své nevýhody. Hlavní nevýhoda vyplývá z principu přenosu analogového signálu. Na přenos spojitého signálu má velký vliv rušení. Při přenosech signálu na velké vzdálenosti nebo v oblastech s velkou průmyslovou činností může být přenášený signál značně pozměněn. V těchto případech je signál, zpracovaný v přijímači, zkreslen a s užitečným signálem je zesíleno a zpracováváno velké množství šumu. Proto se snažíme dosáhnout velký odstup užitečného signálu od šumu. Zjednodušeně řečeno toho lze dosáhnout zkrácením vzdálenosti mezi přijímačem a vysílačem, zvýšením výkonu vysílače nebo použitím ziskové (rozměrnější) antény. Pokud se nám ale nepodaří dosáhnout dostatečného odstupu signál/šum, jsou přenášené zprávy nesrozumitelné. Další nevýhodou analogových systémů je možnost velmi snadného odposlouchávání zpráv. V dnešní době není žádný problém pořídit si přijímač na kterém je možné naladit jakoukoliv frekvenci, tzv. přehledový přijímač. Některé typy přehledových přijímačů jsou nabízeny například na internetu [14]. Jedna z hlavních výhod digitálních radiostanic pramení z principu přenosu digitálního signálu. Je jím značná odolnost vůči rušení. Odolnost vůči poruchám se docílí, jak - 21 -
bylo uvedeno v kapitole 5.2, přenosem binárního signálu. Současné moderní zařízení též disponují účinnými algoritmy, které jsou schopné obnovit původní signál i při jistém procentu ztráty jednotlivých paketů (popis průběhu signálu ve dvojkové soustavě). Další výhoda je, že není nutné dosahovat tak velký odstup mezi užitečným signálem a šumem jako u analogových radiostanic. Proto lze přenášet zprávy i když je méně kvalitní přenosová cesta. [12] Nezanedbatelnou výhodou je snadnější případné další zpracování digitálního signálu. Digitální signál může být například přímo bez dalších převodníků zaznamenáván záznamovým zařízením, která se dnes v převážné většině vyrábějí také digitální. Další výhodou je, že komunikace může být ve vysílači snadno zašifrována podle určitého klíče, který je v přijímači použit pro rozšifrování přenášených zpráv. V případě odposlechnutí komunikace je velmi složité a nákladné tyto zprávy rozšifrovat bez znalosti šifrovacího klíče. Z mnoha dalších výhod digitálních radiostanic lze jmenovat například automatickou identifikaci radiostanic, možnost výběru komunikace přímé, skupinové nebo individuální; možnost posílání krátkých textových zpráv a další. Tyto výhody jsou ale vykoupeny složitějším obvodovým řešením radiostanic. Z toho důvodu je současná cena digitálních radiostanic vyšší než je tomu u analogových zařízení. Toto se však může změnit. Na cenu nemá vliv pouze složitost zařízení, ale především konkurence výrobců a počty vyráběných, potažmo prodávaných zařízení. Příkladem může být třeba vývoj ceny u mobilních telefonů, které jsou ve srovnání s původně vyráběnými mobilními telefony obvodově stále složitější. Z původní ceny kolem 100 000 Kč klesla cena na méně než 2 000 Kč. Další nevýhodou digitálních radiostanic je nepříliš zdařilá ergonomie, především u starších generací. Bohužel to jsou například také vozidlové terminály systému Pegas, kterými je HZS ČR vybaven. Ve srovnání s analogovými radiostanicemi je u nich velmi špatně čitelný displej, nelogicky se ovládá hlasitost a mají nelogické přepínání pamětí. - 22 -