Описание транкинговой системы стандарта TETRA

Федеральное агентство связи

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Кафедра СРС

Курсовая работа

Описание транкинговой системы стандарта TETRA

Выполнил студент Валяева О.М.

Факультет РРТ Группа Р-11

Проверил руководитель Носов В.И

Новосибирск

2005 г.

Содержание

1.Введение

2 Краткая характеристика стандарта

2.1 Сравнительная характеристика стандартов TETRA и GSM

3 Основные характеристики протокола

3.1 Структура радиоинтерфейса

3.2 Выбор модуляции

3.3 Кодирование/декодирование речевого сигнала

3.4 Шифрование и защита информации

4 Интерфейсы и передача данных стандарта TETRA

4.1 Интерфейсы TETRA

4.2 Приложения на базе технологии передачи данных

5 Заключение

Библиография

1 Введение

TETRA (Terrestrial TRunked Radio – наземная система подвижной связи с автоматическим выделением каналов) – это открытый стандарт цифровых ведомственных сетей подвижной связи, т.е. предполагается, что оборудование различных производителей будет совместимо между собой. Стандарт TETRA разработан Европейским институтом стандартов связи (ETSI) в расчете на удовлетворение потребностей наиболее требовательных пользователей, динамично развивающихся ведомственных сетей PMR, представляет собой новейший пример разработок стандартов ETSI и соответствует тенденциям развития, установленным стандартом GSM (общий стандарт подвижной связи) – стандартом, разработанным в Европе, но получившим распространение во всем мире.

Деятельность правоохранительных органов и служб общественной безопасности сегодня невозможно представить без использования систем подвижной радиосвязи, среди которых в последнее время наибольшую популярность приобретают транкинговые системы. Эти системы позволяют строить разветвленные ведомственные сети связи с высоким уровнем предоставляемых услуг на больших территориях, сохраняя при этом возможности организации группового соединения абонентов, которое является основным режимом связи подразделений правоохранительных органов.

Повышенные требования служб общественной безопасности и правоохранительных органов к оперативности, надежности и безопасности связи, наличию специальных услуг заставляют их обращать особое внимание на системы цифровой транкинговой радиосвязи, имеющие существенные преимущества перед аналоговыми.

Доступ к спецификациям TETRA свободен для всех заинтересованных сторон, вступивших в ассоциацию “Меморандум о взаимопонимании и содействии стандарту TETRA” (MoU TETRA) [3]. Ассоциация объединяет разработчиков, производителей, испытательные лаборатории и пользователей различных стран.

В данной курсовой работе будет раскрыт основной принцип работы системы:

-частоты, с которыми работает стандарт;

-стандартные интерфейсы, основные характеристики протокола (а также структура) радиоинтерфейса стандарта TETRA;

- передача данных, способ используемой модуляции, шифрование и защита информации.

2 Краткая характеристика стандарта

Система стандарта TETRA может функционировать в следующих режимах [2]:

·                     транкинговой связи;

·                     с открытым каналом;

·                     непосредственной связи.

В режиме транкинговой связи обслуживаемая территория перекрывается зонами действия базовых приемопередающих станций. Стандарт TETRA позволяет строить как системы с выделенным частотным каналом управления, так и с распределенным. При работе сети связи с выделенным каналом управления приемопередающие станции предоставляют абонентам несколько частотных каналов, один из которых — канал управления, специально предназначается для обмена служебной информацией. При работе сети с распределенным каналом управления служебная информация передается либо в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте), либо в контрольном кадре мультикадра (одном из 18).

В режиме с открытым каналом группа пользователей имеет возможность устанавливать соединение “один пункт — несколько пунктов” без какой-либо установочной процедуры. Любой абонент, присоединившись к группе, может в любой момент использовать этот канал. В режиме с открытым каналом радиостанции работают в двухчастотном симплексе.

В режиме непосредственной (прямой) связи между терминалами устанавливаются двух- и многоточечные соединения по радиоканалам, не связанным с каналом управления сетью, без передачи сигналов через базовые приемопередающие станции.

К основным сетевым процедурам относятся:

- регистрация мобильных абонентов и роуминг (процедура закрепления абонента за одной или несколькими базовыми станциями и обеспечение возможности перемещаться из зоны в зону без потери связи);

- повторное установление связи (обеспечение возможности замены сетью базовой станции, используемой абонентом, в случае ухудшения условий связи);

- аутентификация абонентов (установление подлинности абонентов);

-отключение/подключение абонента (процедура отключения (подключения) абонента от сети по его инициативе);

-отключение абонента оператором сети (процедура блокирования работы абонентского терминала оператором сети);

- управление потоком данных (обеспечение возможности сети переключать на себя поток данных, направленный к определенному абоненту).

В стандарт введены следующие услуги:

·                     вызов, санкционированный диспетчером (режим, при котором вызовы поступают только с санкции диспетчера);

·                     приоритетный доступ (в случае перегруженности сети доступные ресурсы присваиваются в соответствии со схемой приоритетов);

·                     приоритетный вызов (присвоение вызовов в соответствии со схемой приоритетов);

·                     избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов);

·                     дистанционное прослушивание (дистанционное включение абонентской радиостанции на передачу для прослушивания обстановки у абонента);

·                     динамическая перегруппировка (динамическое создание, модификация и удаление групп пользователей).

	3

 

2.1 Сравнительная характеристика стандартов TETRA и GSM

По сравнению с сетями сотовой связи транкинговые системы TETRA гораздо более эффективны при создании однозоновых сетей связи или сетей с локальным покрытием территории.

Технология TETRA определяется как система с уплотнением каналов доступа с временным разделением ("Time Division Multiple Access") с четырьмя независимыми каналами передачи на каждой несущей частоте [3]. Расстояния между отдельными несущими составляет 25 кГц. Это позволяет повысить вдвое использование частот по сравнению с аналоговыми транкинговыми радиосистемами, работающими с частотным разносом 12,5 кГц (в соответствии со стандартом MPT 1327), и в то же время улучшить качество передачи голоса. По сравнению с сетями стандарта GSM, в которых предлагается 8 каналов связи с разносом частот 200 кГц, системы технологии TETRA вчетверо повышают эффективность использования частотного диапазона, и обеспечивающий эффективность эксплуатации сетей связи с небольшим радиусом зоны обслуживания, но интенсивным трафиком.

Другое различие заключается в схеме организации связи. В сотовых системах и системах беспроводного доступа осуществляются индивидуальные вызовы между абонентами. Средняя длительность разговора может достигать несколько минут. Типовой режим работы транкинговых систем основан на передаче коротких вызовов (менее 1 мин), которые могут организовываться как индивидуально, так и через диспетчера.

Стандарт TETRA предусматривает адаптивное дискретное изменение уровня выходной мощности в процессе сеанса связи абонентов в соответствии с требуемой напряженностью поля, что при высокой плотности радиосредств приводит к существенному уменьшению взаимных радиопомех. Общеизвестно, что при чрезвычайных ситуациях, например, крупных авариях, пожарах или терактах, многие виды связи оказываются неэффективными. В частности, сотовые системы при большой нагрузке из одной точки просто начинают давать сбои, и на совершение звонка по радиотелефону уходят многие минуты, хотя зачастую счет в таких ситуациях идет на секунды.

Преимущества TETRA объясняется наличием в этом стандарте целого ряда функциональных возможностей и режимов (возможность функционирования в режиме конвенциональной связи вне зоны действия базовой станции, режим "двойного" наблюдения, при котором обеспечивается прием сообщений от абонентов, работающих в режиме транкинговой связи, и от абонентов, работающих в режиме конвенциональной связи, режим работы мобильной радиостанции в качестве ретранслятора для расширения зоны радиопокрытия портативных радиостанций), которые не реализуются в сетях сотовой связи. При этом время установления связи не превышает 300 мс, что довольно существенно (для сравнения, в системах GSM связь устанавливается в течение нескольких секунд).

3 Основные характеристики протокола радиоинтерфейса TETRA

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц. Необходимый минимальный дуплексный разнос частот в радиоканалах составляет 40 МГц. Требуемый уровень излучения в соседнем канале 60 дБ. Решениями комитета ERC за системами TETRA закреплены следующие диапазоны частот:

- 380 – 400 МГц – для аварийно-спасательных служб и служб безопасности;

- 410 – 430 МГц, 450 – 470 МГц, 870 – 876 МГц и 915 – 921 МГц – для гражданского (коммерческого) использования.

В системах TETRA эффективно используется частотный ресурс. Функционирование систем стандарта TETRA, построенных на базе технологии TDMA (метод многостанционного доступа с временным разделением каналов связи— Time Division Multiple Access, на одной физической (рабочей) частоте может быть организовано до 4 независимых временных (информационных) каналов, что позволяет вести переговоры по радиоканалу одновременно с передачей данных). Это позволяет также упростить радиочастотную часть оборудования базовой станции (требуется только один ретранслятор, антенны, фидер и т. д. на четыре рабочих канала).

Разработка стандарта была начата в 1994 г. и уже в 1996 г. были представлены первые версии спецификаций стандарта TETRA.

Стандарт TETRA состоит из двух частей [2]: TETRA V+D (TETRAVoice+Data) - стандарта на интегрированную систему передачи речи и данных, и TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарта, описывающего специальный вариант транкинговой системы, ориентированной только на передачу данных.

В режиме передачи данных для одного сеанса связи (одному абоненту) может одновременно выделяться от одного до четырех потоков, этим обеспечивается скорость передачи данных до 28.8 кбит/c (в стандарте GSM – только 9.6 кбит/c).

Именно в этом случае стандарт TETRA обеспечивает нужное качество сервиса, так как по требованию можно зарезервировать необходимую полосу пропускания. Если пользователю необходимо повысить пропускную способность, можно объединить 2 – 4 временных слота и установить канал связи сквозным.

Передача четырех речевых каналов в полосе 25 кГц стала возможной благодаря использованию в стандарте TETRA низкоскоростного кодера речи с алгоритмом CELP(Code Excited Linear Prediction), относящихся к классу алгоритмов «анализа и синтеза» речи. Принцип анализа и синтеза состоит в преобразовании параметров речи и в предоставлении их в такой форме, чтобы ошибка на выходе по отношению к входу была минимальной.

Для преобразования речи в стандарте используется кодек с алгоритмом преобразования типа CELP. Скорость цифрового потока на выходе кодека составляет 4,8 кбит/с. Цифровые данные с выхода речевого кодека подвергаются блочному и сверточному кодированию, перемежению и шифрованию, после чего формируются информационные каналы. Пропускная способность одного информационного канала составляет 7,2 кбит/с (из которых для передачи оцифрованного и сжатого речевого сигнала используется 4.8 кбит/с, а оставшиеся 2.4 кбит/с отводится для передачи кода коррекции ошибок), а скорость цифрового информационного потока данных — 28,8 кбит/с.

При этом общая скорость передачи символов в радиоканале за счет дополнительной служебной информации и контрольного кадра в мультикадре соответствует скорости модуляции и равна 36 кбит/с.

3.1 Структура радиоинтерфейса

5

В системах стандарта TETRA V+D используется метод TDMA. На одной несущей частоте организуется четыре разговорных канала.

Структура передаваемого кадра, продолжительностью 56.67 мс, (рисунок 3.1) представляет собой четыре временных интервала на кадр TDMA [1]. Передача сообщений осуществляется мультикадрами. Восемнадцать кадров TDMA образуют мультикадр, один из кадров которого постоянно используют для передачи управляющего (контрольного) сигнала; 60 мультикадров образуют гиперкадр.

 Продолжительность мультикадра составляет 1.02 с. Каждый временной интервал (слот) равен 14.67 мс, в котором помещаются 510 информационных бит, 432 из них относятся к информационному сообщению (два блока по 216 бит). В середине каждого временного интервала находиться синхропоследовательность SYNCH, которая применяется для временной синхронизации пакета и как тестирующая или (обучающая) последовательность для адаптивного канального эквалайзера в приемнике.

В начале временного интервала передается пакет из 36 бит PA (Power Amplifier – управление излучаемой мощностью). За ним следует первый информационный блок (216 бит), далее – синхропоследовательность SYNC (36 бит), второй информационный блок. Соседние временные интервалы разделяются защитными периодами длительностью 0.167 мс, что соответствует 6 битам.

Применение схем сжатия позволяет транспортировать сигнал голоса и данных в 17 кадрах TDMA, оставляя 18-ый кадр для передачи сигналов управления. Данный управляющий кадр обеспечивает одну из уникальных особенностей протокола обмена TETRA – поток данных не прерывается для передачи сигнализации. Последняя постоянно передается в фоновом режиме – даже в так называемом минимальном режиме MM (Minimum Mode), когда все каналы заняты абонентами.

Для достижения высокой частоты звукового сигнала, передаваемого по радиоканалу со скоростью 7.2 кбит/с, применяются методы прямой коррекции ошибок FEC (Forward Error Correction) и циклическую избыточность кодирования CRC (Cyclic Redundancy Check). До поступления речевого потока на вход модулятора к нему добавляется корректирующий код, после чего производится межблочное перемежение. Если в процессе передачи потерян пакет сообщения, то при деперемежении в приемнике он трансформируется в одиночные ошибки, которые исправляются методом FEC (Forward Error Correction).

Страницы: 1, 2