Standard radiowy TETRA

Standard TETRA (ang. TErrestrial Trunked RAdio) jest europejskim cyfrowym standardem systemu łączności trankingowej, opracowywanym przez ETSI (ang. European Telecommunication Standard Institute) od 1992 roku.

Standard oferuje wiele możliwości dla trzech typów użytkowników: publicznych, prywatnych i służb bezpieczeństwa. Dla służb publicznych i organizacji cywilnych postanowiono zdefiniować odrębne pasma radiowe. Dla wszystkich trankingowych sieci ratowniczych zgodnych ze standardem TETRA przewidziano wspólny zakres częstotliwości 380¸385 MHz / 390¸395 MHz. Systemy pracujące w tym pasmie (2 x 5 MHz) określane są nazwą TETRAE. Dzięki temu uzyskuje się możliwość współpracy służb specjalistycznych na terenach przygranicznych. Na potrzeby sieci TETRAE rezerwuje się także pasmo 385 ÷ 390 MHz i 395 ÷ 400 MHz.

Pozostałe pasma przewidziane dla sieci zgodnych ze standardem TETRA przeznaczone są na potrzeby cywilnych zastosowań prywatnych PMR (ang. Private Mobile Radio) i publicznych PAMR (ang. Public Access Mobile Radio). Dla tych sieci przewidziano w Europie pasmo 410÷420 / 420÷430 MHz oraz 450÷460 / 460÷470 MHz. To ostatnie można także wykorzystać dla sieci lokalnych o ograniczonym zasięgu geograficznym. Należy tu zauważyć, iż w celu objęcia przez system TETRA swym zasięgiem terytorium całego kraju wystarczy przeznaczenie na jego potrzeby pasma o szerokości 2 x 4 MHz.

Architektura systemu i interfejs radiowy

Standard TETRA został zaprojektowany w sposób, który umożliwia efektywne przesyłanie w kanale radiowym zarówno sygnałów mowy, jak i danych, w trybie połączeniowym, a także w trybie pakietowym. Istotnym wymaganiem stawianym projektantom była także możliwość współpracy systemów eksploatowanych przez różnych operatorów.

Można w niej wyróżnić część komutacyjno-sieciową, stacje bazowe i terminale. W części komutacyjno-sieciowej znajdują się centrale główne i lokalne. Centrale lokalne są podporządkowane centralom głównym pełniąc rolę pośrednią pomiędzy koncentratorami wyniesionymi nowoczesnych central elektronicznych w telefonii stałej, a sterownikami stacji bazowych w systemie GSM (ang. Global System for Mobile communication). W części komutacyjno-sieciowej znajduje się jeszcze moduł rejestracji użytkowników oraz centrum eksploatacji i utrzymania sieci. W tej części znajduje się zespół modułów pośredniczących, umożliwiających współpracę systemu z sieciami zewnętrznymi takimi jak: publiczna telefoniczna sieć stała, sieci ISDN, sieć światłowodowa itp. Do central lokalnych dołączone są stacje bazowe.

W systemie TETRA wyróżniamy dwa typy terminali: terminale radiowe oraz terminale stałe, obsługiwane typowo przez dyspozytora systemu. Podobnie jak to ma miejsce w systemach telefonii komórkowej, terminale radiowe mogą spełniać nie tylko najprostsze funkcje pozwalające na transmisję sygnałów mowy, ale mogą także umożliwiać połączenie z urządzeniami transmisji danych oraz inne usługi. Sieć TETRA poprzez sieci tranzytowe może być połączona także z sieciami TETRA innych operatorów.

Transmisja w kanale radiowym

W standardzie TETRA zastosowano, podobnie jak w systemie GSM, mieszany sposób wielodostępu, tj. połączenie wielodostępu częstotliwościowego FDMA i czasowego TDMA. Przydzielone do użytkowania pasmo częstotliwości dzielone jest na kanały o szerokości 25 kHz każdy, a w każdym kanale zdefiniowana jest struktura ramkowa pozwalająca na utworzenie czterech kanałów rozmównych zwielokrotnionych czasowo. Tak więc, efektywna szerokość pasma zajmowanego przez pojedynczy kanał rozmówny wynosi 6,25 kHz. Transmisja w kanale radiowym odbywa się z wykorzystaniem modulacji /4 DQPSK, tj. różnicowej kwadraturowej modulacji fazy z przesunięciem o /4.

Intencją twórców standardu TETRA było zdefiniowanie systemu, który mógłby być używany co najmniej w całej Europie. Aby to zrealizować, konieczne było znalezienie pasma częstotliwości dogodnego dla wszystkich krajów Europy. Niestety, okazało się, że w Europie w zakresie poniżej 1 GHz nie istnieje pasmo częstotliwości o szerokości 2 × 20 MHz, które byłoby powszechnie dostępne.

Tryby pracy systemu

Standard TETRA definiuje dwa podstawowe tryby pracy systemu: Voice plus Data, służący do transmisji sygnału mowy oraz danych, Packet Optimized Data, przeznaczony wyłącznie do transmisji danych. W standardzie TETRA Voice plus Data system pracuje w trybie połączeniowym. Transmisja sygnałów mowy
realizowana jest w opisanych wcześniej kanałach rozmównych zwielokrotnianych czasowo po cztery na każdej nośnej. Transmisja danych przebiega z przepływnością dopasowywaną do aktualnych potrzeb użytkownika. Układ sterujący umożliwia korzystanie w części lub w całości z czterech szczelin czasowych znajdujących się w obrębie każdego kanału częstotliwościowego. W tym trybie pracy możliwa jest także łączność bezpośrednia pomiędzy terminalami, z pominięciem stacji bazowej, zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz obszaru działania sieci trankingowej. Standard TETRA w wariancie Packet Optimized Data został zoptymalizowany pod kątem transmisji danych i będzie wykorzystywany w aplikacjach, w których transmisja głosu nie jest wymagana. W wariancie tym, system może przesyłać dane zarówno w trybie połączeniowym jak i bezpołączeniowym. Transmisja danych może być wówczas realizowana z różnymi priorytetami, do odbiorców indywidualnych oraz grupowych.

Dużym walorem standardu TETRA jest możliwość transmisji danych. Dostęp do baz danych uzyskuje się bezpośrednio z terminali. Można przekazywać obrazy, schematy budynków, sprawdzać informacje, transmitować wolnozmienne obrazy wideo. Możliwa jest też integracja z sieciami telekomunikacyjnymi oraz dostęp Internetu czy intranetu. Inne usługi to lokalizowanie pojazdów, zarządzanie flotą pojazdów, przesyłanie wiadomości, telemetria czy dostęp do różnych aplikacji sieciowych

Procedury sieciowe w systemie

Każdy system łączności do swojego poprawnego działania potrzebuje szeregu procedur sieciowych. System TETRA definiuje wiele takich procedur, wśród nich m.in.: przełączanie kanałów pomiędzy stacjami bazowymi, zmiana obszaru lokalizacyjnego przez stację ruchomą, migracja terminala do innej sieci TETRA, identyfikacja terminali. Inne oferowane przez system procedury, to rozpoczęcie i kończenie pracy w systemie, rejestracja użytkownika do pracy z określonym terminalem. Procedury te w wielu aspektach są podobne to odpowiednich procedur obowiązujących w systemie GSM. Podobnie zresztą jak w systemie GSM, decyzja o zmianie komórki, w obrębie której działa terminal, jest podejmowana samodzielnie przez terminal przy wykorzystaniu cyklicznie wykonywanych pomiarów sygnałów pochodzących od okolicznych stacji bazowych. Jeśli terminal znajdzie się poza obszarem działania sieci, w której jest zarejestrowany, o ile operatorzy sieci TETRA zawarli odpowiednie porozumienie, abonent może korzystać z zasobów sieci TETRA eksploatowanej przez innego operatora.

Bardzo istotnym aspektem standardu TETRA, szczególnie wobec perspektywy wykorzystania go m.in. w takich służbach jak policja, wojsko itp., jest zabezpieczenie systemu przed niepowołanym dostępem do usług i informacji, a także przed używaniem skradzionych terminali. Procedura identyfikacji przeprowadzana jest przez system w zasadzie każdorazowo podczas rejestracji terminala w nowym obszarze lokalizacji. Sposób identyfikowania abonentów w standardzie TETRA jest zbliżony do metod wykorzystywanych w standardzie GSM, co pozwala m.in. na łatwą identyfikację terminali kradzionych.

Terminale w systemie TETRA umieszczane są na dwóch listach: terminali włączonych i terminali wyłączonych. Wiadomości przeznaczone dla terminali włączonych są im przekazywane natychmiast, a wiadomości przeznaczone dla terminali wyłączonych są przechowywane w pamięci systemu. Włączenie zasilania w terminalu powoduje, że terminal próbuje odczytać informacje z kanału sygnalizacyjnego stacji bazowej, w której był zarejestrowany przed wyłączeniem. Gdy odnalezienie tego kanału jest niemożliwe, wówczas terminal przeszukuje pozostałe kanały radiowe w celu znalezienia nowego kanału sygnalizacyjnego. Jeśli kanał taki zostanie znaleziony, wtedy terminal wykonuje procedurę inicjalizacji, która polega na wysłaniu żądania uaktualnienia swojego statusu w systemie. W odpowiedzi, system zmienia status terminala oraz sprawdza czy w pamięci systemu nie znajdują się przesłane do niego wcześniej wiadomości sygnalizacyjne lub wiadomości od innych użytkowników.

Wyłączenie zasilania w terminalu powoduje automatyczne wysłanie przez terminal żądania wyrejestrowania terminala z systemu, co w rejestrze systemowym powoduje zmianę statusu terminala na wyłączony. W przypadku, kiedy system, po określonej liczbie prób, nie może nawiązać łączności z terminalem zakłada się, że terminal jest poza jego zasięgiem i jego status automatycznie zmieniany jest na wyłączony.

Użytkownik przed przystąpieniem do pracy w systemie z określonym terminalem, musi przekazać do systemu dane umożliwiające identyfikację pary: użytkownik-terminal. Procedurę tę realizuje się przez wprowadzenie do terminala odpowiedniej karty identyfikacyjnej lub podanie hasła. Zastosowanie takiej procedury zwiększa bezpieczeństwo pracy w systemie, a także umożliwia pracę użytkownika na różnych terminalach. Dzięki temu wiadomości przeznaczone dla danego użytkownika są kierowane do terminala, na którym użytkownik aktualnie pracuje.

W sieci TETRA możliwe jest elastyczna zmiana jej pojemności w zależności od potrzeb grup użytkowników. Jeśli sieć radiowa jest w jednym z rejonów słabiej obciążona, część jej pojemności może być przekazana do wykorzystania innej grupie, potrzebującej zwiększonej liczby kanałów.

Radiotelefon może być tak zaprogramowany, by równocześnie z naciśnięciem przycisku wywołania alarmowego na ok. 10 s został uruchomiony mikrofon. Dzięki temu użytkownik może, bez wykonywania dodatkowych czynności, przekazać informację dyspozytorowi.

Standard TETRA jest bardzo obszerny i nie sposób wyczerpująco go tu omówić. Posiada on szereg cech ułatwiających pracę użytkowników i zwiększających jej efektywność. Na przykład, system pozwala na chwilowe zawieszenie transmisji, a następnie jej wznowienie, na zlecenie terminala. Do wysłania sygnału chwilowego zawieszenia transmisji dochodzi m.in. w sytuacji, gdy terminal jest przepełniony i nie nadąża z przetwarzaniem nadchodzących danych. Nadchodzące do terminala dane są wówczas przechowywane w pamięci systemu i przekazywane do terminala po otrzymaniu od niego zlecenia wznowienia transmisji.

Usługi w systemie TETRA

Standard TETRA przewiduje realizację bardzo szerokiego wachlarza usług, począwszy od transmisji sygnałów mowy w różnych wariantach, poprzez różnorodne formy transmisji danych, do klasycznych usług dodatkowych typu przekazywanie rozmów, blokowanie określonych połączeń itp. Do najważniejszych teleusług należy możliwość realizacji połączeń indywidualnych, połączeń grupowych, czy wywołań ogólnych. Wiele z tych usług znanych jest z systemów telefonii komórkowej. Standard oferuje także cały szereg usług niespotykanych w typowych systemach komórkowych: od monitorowania rozmów przez rozbudowane możliwości nadawania priorytetów po tzw. dyskretne nasłuchiwanie. Podsumowując: standard TETRA charakteryzuje się dobrą skalowalnością, łatwą możliwością dostosowania systemu do zmiennych potrzeb użytkowników, niezależnością i bezpieczeństwem pracy sieci radiokomunikacyjnej w sytuacjach szczególnego zagrożenia, możliwością współdziałania doraźnie tworzonych grup użytkowników w przypadkach katastrof, klęsk żywiołowych itp. Główną jego cechą jest jednak

MACIEJ SKORASZEWSKI
Biuro PTPiREE

Czytaj dalej