TETRA

TETRA — открытый стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, разработанный европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI(European Telecommunications Standards Institute) для замены устаревшего стандарта MPT 1327.

До апреля 1997 г. аббревиатура TETRA означала Трансевропейское транкинговое радио (Trans-Eupopean Trunked RAdio). Впоследствии, когда интерес к стандарту TETRA вышел за пределы Европы, смысл аббревиатуры TETRA изменился и стал расшифровываться как Наземное Транкинговое Радио (TErresstrial Trunked RAdio). В 1991 году были определены функциональные возможности, типы предоставляемых сервисов и услуг для конечных пользователей. В течение 1992-1993 были подготовлены технические требования. В январе 1994 опубликована первая версия Общих технических требований ETR 086. Основа стандарта (общая структура сети, радиоинтерфейс и др.) утверждена в 1995 г. В 1998 были утверждены все необходимые разделы стандарта.

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц и минимальным дуплексным разносом радиоканалов 10 МГц. Могут использоваться диапазоны частот от 150 до 900 МГц. В странах Европы за службами безопасности закреплены диапазоны 380-385/390-395 МГц, а для коммерческих организаций предусмотрены диапазоны 410-430/450-470 МГц и 870-876/915-921 МГц. Используется метод временно?го разделения каналов TDMA (Time Division Multiple Access) совместно с технологией частотного дуплекса (Frequency Division Duplex, FDD). Тип модуляции радиоканала — относительная дифференциальная фазовая манипуляция со сдвигом кратным pi/4 (pi/4 DQPSK).

Стандарт TETRA реализует повышенную частотную эффективность — 4 логических канала занимают 25 кГц. Для сравнения: в сотовой системе GSM – 8 каналов занимают 200 кГц. TETRA в четыре раза эффективнее GSM с точки зрения использования частотного спектра.

Режимы функционирования оборудования:

Режим транкинговой радиосвязи (Trunked Mode Operation, TMO)

Режим ТМО возможен, когда абонент находится в зоне действия базовой станции. Режим TMO может предоставлять абоненту все возможности TETRA.

Режим прямой передачи (Direct Mode Operation, DMO)

Режим DMO предназначен для группового взаимодействия между абонентами за пределами зоны действия базовых станций TETRA. Связь между абонентами осуществляется в полудуплексном режиме. При этом имеется возможность сделать индивидуальный или групповой голосовой вызов, передавать статусные и короткие текстовые сообщения.

Режим работы через DMO шлюз.

Этот режим позволяет абонентам в режимах TMO и DMO связываться между собой через DMO шлюз. Используется для расширения зоны покрытия TMO.

Режим работы через DMO ретранслятор.

Этот режим позволяет увеличить дальность связи в режиме DMO за счет использования DMO ретранслятора.

Один из логических каналов базовой радиостанции TETRA является управляющим. Обычно это первый слот на первой несущей. Управляющая информация также передается в каждом 18 кадре на каждом логическом канале. При этом кадр общей длительностью 56,67 мс состоит из 4 временных интервалов (слотов). Полезная информация передается в одном логическом канале со скоростью 7,2 кбит/с. Соответственно суммарная скорость в 4 логических каналах 28,8 кбит/с.

В режиме DMO из-за отсутствия базовой станции синхронизация между физическими каналами отсутствует. Синхронизацию в логическом канале осуществляет терминал-мастер (терминал, у которого нажата клавиша PTT). При этом абонентские терминалы не могут использовать все доступные слоты. В режиме DMO возможно использование только одного логического канала из 4 имеющихся. При этом другие группы, запрограммированные для работы на этой же частоте и находящиеся на одной территории, получат сообщение о занятости канала.

Одним из преимуществ стандарта TETRA является быстрое установление вызова (до 300 мс), что выгодно отличает этот стандарт от GSM, где соединение может устанавливаться несколько секунд (и даже десятков секунд).

Для кодирования речи используется речевой кодек ACELP (линейное предсказание с возбуждением от алгебраической кодовой книги) скоростью 4,8 кбит/с. После добавления избыточности один голосовой поток приобретает скорость 7,2 кбит/с. Скорость суммарного выходного потока в радиоканале равна 36 кбит/с.

Системы на базе TETRA обладают широкими возможностями по передаче защищенных (зашифрованных) данных. Могут шифроваться как голос, так и данные, причем средства защиты интегрированы в систему и не требуют дополнительного оборудования. От уровня шифрования значительно зависит скорость передачи:

Передача данных

Скорость (кбит/с) в зависимости от числа выделенных потоков

Возможное применение

1

2

3

4

Незащищенный режим

7,2

14,4

21,6

28,8

Графическая и видеоинформация, Интернет

Защищенные данные

4,8

9,6

14,4

19,2

Текст, картографические данные

Сильно защищенные данные

2,4

4,8

7,2

9,6

Конфиденциальная военная и служебная информация, криминалистические данные, банковская информация

Важным практическим аспектом для проектирования системы радиосвязи является вопрос энергетики радиолиний TETRA. «Расплатой» за повышенную спектральную эффективность является снижение по сравнению с аналоговыми системами энергетики радиолиний TETRA.

Предельная чувствительность приемников стандарта TETRA составляет -103 дБм для движущихся объектов и -112 дБм для неподвижных объектов. Для сравнения чувствительность аналоговых FM приемников обычно составляет -117 дБм. Кроме того, мощность передатчика в мобильных терминалах TETRA также заметно ниже, чем у аналоговых FM передатчиков. Для сравнения мощность портативных терминалов TETRA составляет от 1 Вт (Motorola, Sepura, Selex) до 3 Вт (Teltronic, Unimo, HYT), тогда как портативные аналоговые радиостанции обычно имеют 4- 5 Вт выходной мощности. Мощность мобильных терминалов TETRA составляет от 3 Вт (Motorola) до 10 Вт (Teltronic, Sepura, Selex), тогда как мобильные аналоговые радиостанции обычно имеют 20-25 Вт выходной мощности.

При прочих равных условиях аналоговые системы связи обеспечивают большую зону обслуживания. В отличие от аналоговых систем, где можно наблюдать постепенную деградацию качества передачи голоса с увеличением расстояния, в системе TETRA качество речи остается высоким и не зависит от удаления от базовой станции.

Говоря о зонах покрытия базовой радиостанции, следует упомянуть, что радиус зоны обслуживания зависит не только от энергетики радиолинии, но и от наличия естественных преград и окружающей электромагнитной обстановки. Существует и ограничение дальности, обусловленное задержкой распространения сигнала (54 км). Тем не менее, на практике удается организовать связь на расстоянии до 70 км при наличии прямой видимости и использовании антенн с достаточным усилением.

Существенным преимуществом сетей стандарта TETRA, в сравнении с аналоговыми системами, является функция автоматического регулирования излучаемой мощности абонентских терминалов. Автоматическое управление мощностью излучаемого сигнала позволяет существенно экономить ресурсы аккумуляторных батарей переносных терминалов, а также исключить перегрузку приемников базовых станций.

Функциональные возможности стандарта ТЕТRА

1. Голосовые вызовы Телекоммуникационные услуги (Teleservice) – все типы услуг связанные с передачей речевой информации между абонентами.

 

  • Дуплексный индивидуальный вызов (терминал-терминал);
  • Полудуплексный индивидуальный вызов (терминал-терминал);
  • Телефонный вызов (терминал — внешние телефонные сети);
  • Групповые вызовы (терминал — группа терминалов) в которых дополнительно возможны:                                                                                                    — широковещательные вызовы (диспетчер — все абоненты);                                    — сканирование групп;                                                                                      — динамическое перегруппирование (объединение абонентов в группы без программирования абонентских терминалов);                                                      — позднее подключение (позволяет абоненту подключиться к уже действующей группе).
  • Экстренные вызовы (вызовы с максимальным приоритетом).Дополнительные функции:

    Функция

    Описание

    Вызов абонента диспетчером Перед осуществлением запроса диспетчер проверяет возможность вызова.
    Выбор области Определение области действия для пользователей (зона, регион).
    Динамический приоритет доступа Абонентские радиостанции могут иметь различный приоритет доступа в течение установленного периода времени или в зависимости от загрузки системы.
    Приоритет вызова Доступ к ресурсам сети может быть распределен по приоритетам.
    Поздний вход «Опоздавшие» абоненты могут присоединяться к протекающему сеансу связи.
    Приоритетный вызов с высвобождением Вызов имеет самый высокий приоритетный доступ к ресурсам сети. Если система занята, то вызов с самым низким приоритетом будет прерван, для обработки данного вызова. Эквивалентен аварийному вызову в системах МРТ 1327.
    Выборочное прослушивание Уполномоченный радиоабонент может прослушивать радиопереговоры конкретных абонентов без обнаружения себя.
    Прослушивание окружения Диспетчер может включить на передачу любую радиостанцию без всякой индикации данного режима на самой радиостанции (пользователь не обнаруживает работу радиостанции на передачу). Может использоваться, например, для прослушивания переговоров внутри захваченного автомобиля.
    Динамическое перегруппирование Позволяет диспетчеру организовывать новые группы абонентов по эфиру. Может применяться к радиостанциям находящимся в процессе сеанса связи.
    Идентификация вызывающей стороны Индикация номера вызывающего абонента.
    Идентификация вызываемой стороны Индикация номера вызываемого абонента.
    Запрет на идентификацию вызывающей/вызываемой стороны Любая сторона может запретить индикацию номера абонента.
    Сообщение о вызове Индицирует вызывающего абонента на радиостанции, находящейся в режиме связи («занято»).
    Идентификация собеседника Радиостанция автоматически посылает свой идентификационный код в режиме групповой связи.
    Безоговорочное перенаправление вызова Позволяет радиоабоненту перенаправлять все вызовы другому радиоабоненту.
    Перенаправление вызова если абонентская станция «занята» Позволяет перенаправлять запросы, если вызываемый радиоабонент находится в процессе связи.
    Перенаправление вызова если абонентская станция недоступна Позволяет перенаправлять запросы, если вызываемый радиоабонент вне зоны обслуживания или выключен.
    Перенаправление вызовов без ответа Позволяет перенаправлять все запросы, оставшиеся без ответа.
    Запрос из списка вызовов Входящие вызовы, оставшиеся без ответа, последовательно записываются в определенный список, из которого затем можно выбрать номер для вызова.
    Краткий набор номера Метод сокращенного клавиатурного набора номеров из памяти.
    Ожидание вызова Уведомление «занятого» радиоабонента о входящем вызове.
    Удержание вызова Позволяет пользователю прерывать протекающую беседу и восстановить когда потребуется (например, для разговора с находящимся поблизости собеседником).
    Ожидание ответа «занятого» абонента Входящий вызов будет ожидать до тех пор, пока абонент не освободится. После освобождения соединение произойдет автоматически.
    Ожидание соединения с не отвечающим абонентом Входящий вызов будет ждать, пока вызываемый абонент не сделает другой вызов. После освобождения соединение произойдет автоматически.
    Передача управления Инициатор группового вызова может передать инициативу по управлению вызовом (отбой) другому абоненту.
    Включение в вызов Способность включения радиоабонента в протекающий сеанс связи.
    Индикация платы Информация о плате за пользование телефоном в начале, в течение или в конце вызова.
    Запрет вызова Запрет на вызовы от пользователей согласно определенному списку.
    Запрет на прерывание Возможность запрета на прерывание сеанса связи абонентом с более высоким приоритетом.

     

2. Передача данных Услуги по передаче данных (Bearer Service) – возможности по передаче данных между абонентами сети, за исключением функции передачи голоса.

В рамках стандарта TETRA возможны следующие услуги по передаче данных:

    • Передача данных с коммутацией каналов;
    • Передача данных с пакетной коммутацией;
    • Передача коротких текстовых сообщений (до 140 символов в рамках одного сообщения);
    • Передача коротких статусных сообщений (примерно 32 000 различных сообщений).Существуют несколько режимов передачи данных: без защиты (до 7.2 кбит/с), с низким уровнем защиты до 4.8 кбит/с) с высоким уровнем защиты (до 2.4 кбит/c). В многослотовом режиме эти скорости могут быть увеличены до 4 раз. Максимальная скорость в симплексном режиме составляет 28,8 кбит/с. Статусные и короткие текстовые сообщения поддерживаются практически всеми производимыми типами оборудования. Поддержка передачи данных с коммутацией пакетов и коммутацией каналов поддерживается оборудованием разных производителей в разных сочетаниях.Для увеличения скорости передачи данных в 2005 году состоялось утверждение стандарта высокоскоростной передачи данных TEDS (TETRA Enhanced Data Service), обеспечивающего передачу данных со скоростью до 115/230 кбит/с.

Идентификация и адресация в рамках стандарта TETRA

  • Каждый терминал TETRA обладает семейством идентификаторов:
  • один индивидуальный идентификатор (ITSI);
  • один или несколько групповых идентификаторов (GTSI);
  • один или несколько телефонных номеров. Идентификатор состоит из следующих полей:
  • код страны MCC (mobile country code) — 3 цифры;
  • код сети MNC (mobile network code) — 4 цифры;
  • идентификатор абонента — до 8 цифр.Для каждого абонентского терминала TETRA выделен уникальный номер TEI (TETRA Equipment Identities). Эти номера программируются при производстве и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Не существуют двух терминалов с одним и тем же идентификатором. Номер TEI состоит из 15 цифр и включает в себя сборочный код FAC (Final Assembly Code), код подтверждения типа TAC (Type Approval Code), а также электронный серийный номер ESN (Electronic Serial Number) и резервный номер SPR (Spare). Двухзначный сборочный код указывает на производителя. Уникальность номеров TEI используется в процедуре аутентификации.

Безопасность в сетях TETRA

В рамках стандарта TETRA предусмотрены следующие меры по обеспечению безопасности информации:

  • аутентификация как абонентов, так и инфраструктуры. (исключается несанкционированный доступ к ресурсам сети, исключается создание «двойников»);
  • шифрование радиоинтерфейса (обеспечивается криптографическое шифрование на участке абонент — базовая станция);
  • абонентское шифрование E2E (End-to-End) (обеспечивается криптографическое шифрование на участке абонент — абонент).Аутентификация может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с различными видами шифрования.В настоящее время проект TETRA продолжает совершенствоваться и развиваться. В результате разработки специалистами ETSI следующей стадии стандарта предполагается значительное увеличение скорости передачи данных, совершенствование межсистемного взаимодействия и взаимодействия с IP-сетями, введение большого количества приложений и достижение сопряжения сетями связи 3-го поколения.