Do dubna 1997 byla zkratka TETRA čtena jako Trans-Eupopean Trunked RAdio Standard TETRA byl vytvořen Evropským institutem pro telekomunikační standardy (ETSI) jako jednotný celoevropský standard pro digitální trunkovou rádiovou komunikaci. Následně, když se zájem o standard TETRA rozšířil i mimo Evropu, význam zkratky TETRA se změnil a začal znamenat terestrické svazkové rádio.

Standard TETRA je primární otevřený standard pro profesionální svazkové radiotelefonní systémy. Především se jedná o moderní digitální standard, vyvinutý na bázi technologie GSM a zaměřený na vytváření komunikačních systémů, které efektivně a ekonomicky řeší problém flexibilní komunikace mezi různými skupinami uživatelů. Standard zajišťuje víceúrovňovou prioritizaci hovorů a zabezpečení informací. Hlavními uživateli standardních systémů TETRA jsou sektor dopravy, vládní agentury, orgány činné v trestním řízení, letiště a výrobní sektor.

Otevřenost

TETRA je otevřený standard, v jehož rámci musí být kompatibilní zařízení od různých výrobců. Chcete-li získat přístup ke specifikacím TETRA, musíte se připojit k Memorandu o porozumění a podpoře standardu TETRA (MoU TETRA). Asociace sdružuje vývojáře, výrobce, zkušební laboratoře a uživatele zařízení z různých zemí. Infrastrukturní prvky od různých výrobců jsou přitom navzájem zcela nekompatibilní, a to kvůli zcela odlišným ideologiím budování sítí. Kromě toho se kvalitativní a kvantitativní složení vybavení infrastruktury od různých výrobců pro implementaci stejných funkcí může řádově lišit. Všichni výrobci standardních zařízení TETRA implementují jedno rádiové rozhraní, které umožňuje použití účastnických terminálů (rozhlasových stanic) od různých výrobců ve stejné síti.

Hlavním požadavkem na uzly TETRA je interoperabilita, tj. standardní sada funkcí v uživatelských terminálech TETRA od různých výrobců musí být plně implementována na jakémkoli zařízení infrastruktury.

I takové doplňkové funkce jako WAP, GPS určování polohy, přenos dat, vzdálený přístup k databázím a aplikacím jsou implementovány mezi účastnickými terminály různých výrobců.

Složení systému TETRA

Hlavní prvky trunkového komunikačního systému TETRA jsou:

  • Infrastruktura správy a přepínání (SwMI, infrastruktura přepínání a správy)
    Infrastruktura TETRA zahrnuje zařízení, které poskytuje rádiové pokrytí a nezbytné síťové funkce, včetně zónových kontrolérů, spojovacích/směrovacích center; základnové stanice; Expediční konzoly; řídicí centrum systému; brány do jiných sítí; aplikační servery atd.
  • Uživatelské terminály nebo TETRA vysílačky v přenosné (nositelné), mobilní (přenosné) nebo stacionární verzi. Součástí uživatelských terminálů jsou i specializované modemy s funkcí ovládání připojených periferních zařízení.
ČTĚTE VÍCE
Kde se schovává sumec?

VLASTNOSTI STANDARDU TETRA

Provozní režimy zařízení

Norma popisuje dva režimy provozu účastnických zařízení (rozhlasových stanic):

  • Provoz v trunkovém režimu (TMO)
    Režim TMO je možný, když se účastník nachází v oblasti pokrytí základnové stanice. Režim TMO může poskytnout předplatiteli plné schopnosti TETRA a je optimalizován pro: simultánní hlas a data (V+D) nebo optimalizovaná paketová data.
  • Provoz v přímém režimu (DMO)
    Režim DMO je určen pro skupinovou interakci mezi účastníky mimo oblast pokrytí základnových stanic TETRA. Komunikace mezi účastníky probíhá v poloduplexním režimu, ale možnost individuálního nebo skupinového hovoru je zachována.

Rádiové rozhraní TETRA

Standard TETRA využívá technologii Time Division Multiple Access (TDMA) ve spojení s technologií Frequency Division Duplex (FDD). Typ modulace rádiového kanálu je relativní diferenciální klíčování fázovým posuvem s násobkem posuvu π/4 (π/4 DQPSK).

Standard TETRA implementuje nejvyšší možnou frekvenční účinnost v mobilních radiokomunikačních systémech – 4 logické kanály zabírají 25 kHz.

Na Obr. Obrázek 1 ukazuje strukturu rádiového rozhraní TETRA v režimu TMO.

Obr. 1. Rádiové rozhraní TETRA v režimu TMO.

Jedním z logických kanálů rádiové základnové stanice TETRA je řídicí kanál. Obvykle se jedná o první slot na prvním nosiči. Řídicí informace jsou také přenášeny každých 18 rámců na každém logickém kanálu. V tomto případě se rámec s celkovou délkou trvání 56,67 ms skládá ze čtyř časových intervalů (slotů).

Hlavní aspekty přepínání v rámci standardu TETRA:

  1. Hlasové hovory zabírají pouze jeden logický kanál.
  2. Hlas a data lze přenášet současně.
  3. Datová volání mohou obsazovat až čtyři logické kanály současně.

V režimu DMO je obraz poněkud odlišný (viz obr. 2). Synchronizace v logickém kanálu se provádí přes hlavní terminál (terminál, na kterém je aktuálně stisknuto tlačítko PTT). První fáze standardu TETRA zahrnuje použití pouze jednoho logického kanálu ze 4 dostupných v režimu DMO. V tomto případě ostatní skupiny přiřazené ke stejné frekvenci obdrží zprávu, že kanál je obsazený. Druhá fáze předpokládá schopnost provádět 2 skupinové hovory současně v režimu DMO.

Obr. 2. Struktura kanálu TETRA v režimu DMO.

Detekce a oprava chyb kanálu

K detekci chyb při přenosu v rádiovém komunikačním kanálu a jejich opravě v kódování kanálu se používají technologie Forward Error Correction (FEC) a Cyclic Redundancy Check (CRC) ve formě čtyř procedur: blokové kódování, konvoluční kódování, prokládání a šifrování, po kterých se tvoří informační kanály. Výstupní přenosová rychlost je 36 kbit/s (viz obr. 3). Funkce šifrování budou dále diskutovány níže.

ČTĚTE VÍCE
Jak voní motýl?

Obr. 3. Vytvoření celkové kapacity jednoho fyzického kanálu.

Kódování řeči

Standard TETRA používá kodek řeči ACELP (Algebraic Codebook Excited Linear Prediction) rychlostí 4,8 kbit/s. Porovnáme-li kvalitu řeči na stupnici MOS (Mean Opinion Score) v sítích TETRA s kvalitou hlasu v běžných sítích GSM, vyjde kvalita GSM kodeku o něco lépe (viz obr. 4). Neměli bychom ale zapomínat, že standard TETRA je z hlediska využití frekvenčního spektra čtyřikrát efektivnější než GSM.

Obr. 4. Porovnání kvality hlasu v sítích TETRA a GSM.

Pro srovnání, hodnocení MOS 4 znamená „vyšší kvalitu, žádné znatelné zhoršení“; MOS 3 “dobrá kvalita, rozpoznatelná, ale ne otravná degradace.”

Energie a kvalita pokrytí sítí TETRA

Důležitým důsledkem organizace rádiového rozhraní je otázka energie rádiového kanálu TETRA. Pokud jde o oblasti pokrytí rádiové základnové stanice, je třeba zmínit, že poloměr oblasti služby závisí nejen na typu modulace a kódování, ale také na přítomnosti přírodních překážek a okolního elektromagnetického prostředí. V podmínkách správně implementovaného zařízení anténa-napáječ bylo dosaženo působivých výsledků – komunikace na vzdálenost až 50 km od základnové stanice pro přenosné účastnické terminály.

Na rozdíl od analogových radiokomunikačních systémů, kde se kvalita přenosu hlasu snižuje, když se účastník vzdaluje od základnové stanice, v digitálních systémech lze kvalitu řeči považovat za trvale vysokou a nezávislou na vzdálenosti. Je zřejmé, že existuje práh vzdálenosti, při kterém chybovost překračuje schopnost kódu korigovat a komunikace je nemožná. Digitální systémy poskytují významné výhody v pokrytí a kvalitě řeči. Na Obr. Obrázek 5 ukazuje srovnávací graf zhoršení kvality hlasu pro analogové systémy a systémy TETRA.

Obr. 5. Graf degradace kvality řeči v analogových a digitálních komunikačních systémech.

Významnou výhodou sítí standardu TETRA ve srovnání s jinými sítěmi a analogovými a profesionálními radiokomunikacemi (DMR, MPT 1327, APCO25, NEXEDGE, dPMR atd.) je funkce automatického řízení vyzařovaného výkonu mobilních terminálů. Automatické řízení výkonu vysílaného signálu umožňuje výrazně šetřit zdroje baterií přenosných terminálů a také snížit úroveň záření až na 15 dBm nebo 32 mW.

FUNKČNÍ SADA

Hlasové hovory

V rámci standardu TETRA můžete definovat následující funkce pro hlasové hovory:

  • Vysoká kvalita hlasu díky použití digitálního zpracování, které umožňuje pracovat v podmínkách zvýšeného akustického hluku.
  • Rychlé sestavení hovoru (až 150 ms).
  • Individuální hovor (rozhlasová stanice – radiostanice). Víceúrovňové priority. Plně duplexní a poloduplexní hovory.
  • Telefonní hovor (radiostanice – externí telefonní sítě).
  • Skupinová připojení (rozhlasová stanice – skupina rádiových stanic):
    — skupinová volání (účastník – skupina účastníků);
    — všesměrové hovory (předplatitel — všichni předplatitelé);
    — skenovací skupiny;
    — dynamické přeskupování (spojování účastníků do skupin bez programování účastnických terminálů);
    — ovládání zóny volání (zahájení skupinového volání pouze v určitých zónách);
    — pozdní připojení (umožňuje účastníkovi připojit se k již existující skupině).
  • Přímý režim (DMO)
  • Tísňová volání (volání s nejvyšší prioritou)
ČTĚTE VÍCE
Mají skleněný sumec šupiny?

V rámci této publikace nemá smysl uvádět úplný seznam doplňkových služeb souvisejících s hlasovým voláním a podporovaných v rámci standardu TETRA. Můžeme se zabývat pouze několika z nich, těmi nejdůležitějšími:

  • selektivní poslech Ambient Listening (umožňuje dispečerovi poslouchat okolí účastníka nepozorovaně účastníkem)
  • vzdálený poslech Diskrétní poslech (umožňuje dispečerovi poslouchat skupinové a jednotlivé hovory v systému)
  • volání na zkrácené číslo
  • hovor přidržený
  • čekání hovoru
  • navázání spojení, když je volaný účastník volný
  • navázání spojení, jakmile je přijata odpověď účastníka
  • volajícího ID
  • zákaz identifikace čísla volanému účastníkovi
  • prioritní přístup s odpojením účastníků s nižší prioritou
  • prioritu přístupu pro odchozí hovory
  • prioritu přístupu pro příchozí hovory
  • zákaz identifikace telefonního čísla
  • upozornění obsazeného účastníka na příchozí hovor
  • bezpodmínečné přesměrování hovorů
  • přesměrování hovorů, když je volaný účastník obsazen
  • přesměrování hovoru, pokud volaný neodpoví do stanovené doby
  • přesměrování hovorů, když je volaný účastník nedostupný
  • omezení odchozích hovorů
  • omezení příchozích hovorů

Přenos dat

V rámci standardu TETRA lze rozlišit následující služby přenosu dat:

  • Přenos dat s přepínáním okruhů, s rychlostí rozhraní 2.4 – 28.8 kbit/s
  • Přenos dat s přepínáním paketů, rychlost 2.4 – 28.8 kbit/s (1. fáze)
  • Přenos krátkých informací a stavových zpráv (až 256 znaků ASCII v rámci jedné zprávy).

Existuje několik režimů přenosu dat: bez ochrany (až 7.2 kbit/s na kanál), s nízkou úrovní ochrany až 4.8 kbit/s na kanál) s vysokou úrovní ochrany (až 2.4 kbit/s na kanál ). Při použití nezabezpečeného přenosu dat musí být funkce ověření doručení dat provedena aplikacemi nejvyšší vrstvy referenčního modelu OSI.

Identifikace a oslovování

Při vývoji identifikačních a adresovacích mechanismů v TETRA byly vzaty v úvahu následující předpoklady:

  • jedinečná identifikace jakéhokoli účastníka jakékoli sítě;
  • schopnost používat zkrácené identifikátory;
  • interakce více sítí (a síťových operátorů), z nichž každá má velký počet účastníků;
  • podpora roamingu a migrace předplatitelů.

Číselník TETRA splňuje doporučení ITU E.212.

Pro domácí síť TETRA jsou přidělena tato plná čísla TSI (identity TETRA Subscriber Identity):

  • ITSI – individuální identifikátor účastníka TETRA;
  • GTSI – skupinový identifikátor účastníka TETRA;
  • ATSI – TETRA Subscriber Identifier.
ČTĚTE VÍCE
Kolik bílků se osolí?

Pro roamingovou síť TETRA:

  • (V)ATSI – osobní identifikátor TETRA roamingového účastníka;
  • (V)GTSI – identifikátor roamingové skupiny TETRA.

Každé rádio TETRA má alespoň jednu rodinu TSI, která zahrnuje následující prvky:

  • jeden individuální identifikátor (ITSI);
  • jeden nebo více skupinových identifikátorů (GTSI);
  • jedno telefonní číslo (podle E.164);
  • jeden aliasový identifikátor (ATSI).

Migrující předplatitelé mohou uložit stávající ITSI v navštěvujících sítích nebo získat nové pseudonymní identifikátory od operátora navštěvující sítě. V druhém případě se nazývají (V)ATSI. Migrujícím účastníkům mohou být také přiřazeny identifikátory návštěvnické skupiny (V)GSSI.

Adresování TSI má ve struktuře identifikátoru (číslo TETRA) dvě pole:

  • síťový identifikátor sestávající z kombinace kódů zemí MCC (mobilní kód země) – 3(4) číslic a síťový MNC (kód mobilní sítě) – 4(5) číslic;
  • krátký identifikátor účastníka – až 7(8) číslic. Za zmínku stojí, že identifikátory s čísly vyššími než 16777215 jsou standardem rezervovány pro brány do jiných sítí.

Pokud účastník TETRA vytočí neexistující ID, hovor je systémem odmítnut.

Je třeba říci několik slov o číslech TEI (TETRA Equipment Identities). Uvedená čísla jsou jedinečná pro každý uživatelský terminál TETRA – žádné dvě rádia nemají stejné ID. Číslo TEI se skládá z 15 číslic a zahrnuje FAC (Kód konečné montáže), TAC (Kód typového schválení) a také číslo ESN (Elektronické sériové číslo) a SPR (Náhradní). Dvoumístný kód montáže označuje výrobce a místo montáže.

TEDS (TETRA Enhanced Data Services)

Již několik let různí výrobci zařízení TETRA hovoří o brzké dodávce zařízení pracujících v režimu TEDS, který je součástí druhé verze standardu TETRA (Release 2).

Především je třeba poznamenat, že výhody TEDS jsou dostupné pouze při použití většího frekvenčního kanálu. Spolu se standardní šířkou kanálu 25 kHz se plánuje použití kanálů o šířkách 50, 100 a 150 kHz. V tomto případě se kromě standardního pi /4 DQPSK předpokládají další typy modulace: pi /8 D 8 PSK, 4 QAM, 16 QAM, 64 QAM.

Je logické předpokládat, že použití kanálů s typy modulace vyššího řádu zhorší parametry odolnosti komunikačních kanálů vůči rušení a následně zúží obslužnou oblast základnové stanice. Je také jasné, že přechod na komunikační kanály s širší šířkou pásma povede ke konfliktu s regulačními orgány, protože nikdo neposoudil elektromagnetickou kompatibilitu v moderních podmínkách.

ČTĚTE VÍCE
Jak rozdělit linku?

Zabezpečení v sítích TETRA

Standard TETRA poskytuje bezpečnostní opatření zaměřená na vyloučení neoprávněného použití systémových prostředků a zajištění důvěrnosti přenášených informací v síti.

Tyto činnosti jsou zajišťovány následujícími mechanismy:

  • autentizace účastníků i infrastruktury;
  • šifrování rádiového kanálu;
  • zajištění utajení parametrů radiostanice.

Autentizace účastníka se provádí na základě 128bitového ověřovacího klíče a jedinečného čísla TEI (viz výše). Účastnický terminál s nesprávným ID nemá povolen přístup ke zdrojům systému TETRA.

Infrastruktura TetraFlex DAMM poskytuje svým uživatelům autentizaci předplatitelů v databázi, ale pouze jeden výrobce, společnost SEPURA, aktivuje možnost autentizace zdarma. Při výběru výrobce účastnických terminálů věnujte pozornost přítomnosti možnosti autentizace, pokud nechcete do své sítě povolit duplicitní účastníky.

Šifrování informací je volitelnou funkcí každého specifického systému TETRA. Rádiové rozhraní TETRA je a priori zabezpečené. Jsou však možné i další možnosti šifrování:

  • E2E (End-to-End) – šifrování jednotlivých hovorů radiostanice k radiostanici (délka šifrovacího klíče může být 128 bitů);
  • šifrování rádiového rozhraní pomocí algoritmů TEA1, TEA2, TEA3, TEA 4 (TETRA Encryption Algorithm).

Utajení parametrů účastníka je zajištěno kódovou ochranou konfigurace účastnického terminálu a přidělením pseudonymních identifikátorů.

CO ZÍSKÁME Z TETRA?

Na závěr bych se chtěl ještě jednou zastavit u hlavních výhod řešení založených na standardu TETRA:

  • frekvenční účinnost (je zapotřebí méně frekvenčních kanálů);
  • vysoká účinnost řízení technologického radiokomunikačního systému;
  • nízké provozní náklady;
  • vysoká propustnost systému;
  • vysoká srozumitelnost řeči v podmínkách silného rušení;
  • ochrana konverzací účastníků

Standard TETRA se neustále vyvíjí a přidává nové funkční vlastnosti. Řešení TETRA poskytují jistotu, že vaše investice do rádiové komunikace je skutečně efektivní.