TETRA радио комуникация

Характеристики на TETRA радио комуникация

TETRA комуникацията предлага много нови и ценни функции в т.ч.  и тези от  предишните частни мобилни системи. Към тези характеристики  спадат  кратко време за установяване на връзка, изключително важно изискване при обслужването при извънредни ситуации. Има отлично поддържане на групови комуникации, директен режим на работа между отделните потребители, услуги по пренос на пакетни данни и комплексни данни, по-ефективно използване на честотния спектър в сравнение с предишните PMR радио системи  и освен това осигурява разширени защитни функции. Системата поддържа също и поредица от други функции, включително задържане на повикване, забрана на повикване, отклоняване на повикване и прослушване на околни шумове.

Радио стандарта  TETRA премина еволюционно развитие в отговор на  изискванията на потребителите.Има две версии на радио стандарта TETRA.

• Версия 1 на TETRA: това е първият излязъл стандарт
• Версия 2 TETRA : това е версията на стандарта TETRA , която излиза през 2005, в резултата на работата извършена от 1999 до тогава. Този стандарт въвежда нови функции към предишната версия, а именно :
  • Разширени услуги по пренос на данни -(TETRA Enhanced Data Service -TEDS)
  • Разширен речеви декодер със смесена възбудителна линеарна предикация (Mixed Excitation Liner Predictive, – MELPe)
  • Речеви декодер с адаптивна множествена скорост (Adaptive Multiple Rate (AMR)
  • Разширение на обхвата посредством трънк режим на работа (Trunked Mode Operation (TMO)

От всички подобрения към TETRA, TEDS  се явява една от главните функции, но  наличието на другите  функции също допринася към цялостния  пакет.

Радио система TETRA 1

• подробности по конфигурацията и операционните характеристики на радио система TETRA 1

Радио система  TETRA предлага много функции, които я правят по-гъвкава в сравнение с  много други системи.

Радио системите TETRA 1 осигуряват главни функции, а версия TETRA 2 и TEDS позволяват допълнителни улеснения . Възможностите на TETRA 1 се запазват , като стандартите са  съвместими един с друг. По този начин TETRA 1 сформира основата за всички радио системи TETRA.

Три са режимите, в които радио системите TETRA оперират:

1. Пренос на звук и данни -Voice plus Data (V+D)
2. Работа в директен режим -Direct Mode Operation (DMO)
3. Оптимизирани пакетни данни- Packet Data Optimised (PDO)

Най-често използвания режим е V+D. Този режим позволява превключването между преноса на реч и данни, като е възможен и пренос и на двата потока , с  използването на  различни слотове на един и същ канал. Поддържа се пълен дуплекс посредством честотите на базовите и мобилните радио станции с нормално  отклонение от около 10 MHz и осигурява интерференционни нива между приемника и предавателя на станцията , така че да бъде намален до приемливи нива.

 DMO се използва за директни комуникации между две мобилни устройства и поддържа  пренос и на звук , и на данни, но при този режим не се поддържа пълен дуплекс. Използва се само симплексен режим. Това е особено полезно , тъй като позволява на мобилните станции да се свързват една с друга, дори когато се намират извън обхвата на базовата станция.

Третият режим, PDO е оптимизиран само за пренос на данни . Режимът е разработен  с идеята ,че в бъдеще ще е необходим по-висок обем данни  и това ще се  отрази .в разработките на стандарта TETRA в идните години.

Структура на данните

Радио потребителите на TETRA използват  TDMA технологии. Това позволява значително по-висока ефективност на честотния спектър в сравнение с предишните PMR системи, защото позволява на николко потребители да използват заедно една и  съща честота.

Речта е дигитализирана , по този начин  звук  и данни се пренасят дигитално, в мултиплексен режим,  по четири слота към всеки канал. Цифровизирането на речта се постига с използване на  система позволяваща на данните да бъдат пренасяни единствено при скорост от 4.567 kbits/сек. Тази ниска скорост за пренос на данни може да се постигне защото използвания процес отчита факта, че формата на вълната е човешка реч а не променяща се вълнова форма. Процеса на дигитализация предлага  предимството  от  защита срещу   случайни нарушители. Когато това фигурира като  изискване, за постигане на по-високи нива на сигурност е възможно да се извърши засекретяване на данни, на места  като например в  полицията или други подобни организации. Това се постига с  използване на  допълнителен модул за защита или криптиращ модул.

Данните предавани от базовите станции, трябва да осигуряват пространство и за данните за управление. Това се постига като се разделя, т.н мулти кадър от 1.02 сек на 18 кадъра и позволява на данните за управление да се предават на всеки 18-ти кадър. Всеки кадър се разделя тогава на четири времеви слота. Кадърът трае 56.667 м. сек. Всеки времеви слот заема 14.167 м. сек. От тези 14.167 м. сек. само 14 м. сек.  се използват. Оставащото време се разпределя за  за приемо предавателя да повишава или снижава възможността за пропуск. Структурата на данните е с дължина от 255 символа или 510 модулационни бита. Състои се от стартиращ цикъл,  следван  от 216 бита скрамблирани данни, цикъл от 52 бита от т.н. пробен цикъл. Следват още 216 бита скрамблирани данни, след което потока се завършва от цикъл за спиране. Пробният цикъл в средата на данните се изисква за да даде възможност на приемника да настрои еквилайзера си за оптимално приемане на целия блок данни.

Данните се модулират в носеща вълна, използваща диференциална четирикратна фазова манипулация. Тази метод на модулация премества фазата на  RF носещата на стъпки от  ± π /4 или ± 3 π /4 , в зависимост от данните, които трябва да се предават. След като е генериран RF сигнала, той  се филтрира за да се отстранят съседни честоти, простиращи се  извън определения диапазон . Генерира се с рязък преход в дигиталните данни. Използва се косинусоиден сигнал като вид филтър с плавен спад от 0.35. По подобен начин се филтрира и входящия сигнал, за да подпомогне възстановяването на данни

Радио потребителите на TETRA използват също и модулация, устойчива на отказ и формат за кодиране . Данните се подготвят посредством  дистанционна информация, използвана за откриване  и коригиране на грешки. Приемника на всяка мобилна станция е активен само по време на времевия слот, който системата е разпределила за опериране. В резултат на това, данните се предават на пакети. Когато  приемника е активен само за  част от времето, батерията на мобилната станция се изхабява много по-бавно , отколкото , ако предавателя излъчва сигнал постоянно.  Базовата станция обикновено излъчва постоянно, тъй като има за обслужване много мобилни станции.

Важна функция на TETRA е  краткото време за установяване на повикване . То е в рамките 300- 150 мс.. При работа в DMO това време е  150 м. сек . В сравнение със стандартното  време за свързване при клетъчните системи, това време е много по-кратко  Това се явява важна функция зa аварийно спасителните служби, там къде всяко забавяне може да е фатално.

Бъдещи радио разработки на TETRA

С оглед на високите възможности за пренос на данни, предлагани от клетъчните услуги, радио стандарта TETRA се актуализира за да е конкурентно способен спрямо другите технологии. По този начин мобилните комуникации на TETRA  ще могат да  предлагат на потребителите предимствата на PMR услугите и заедно с това възможностите на клетъчната мрежа за пренос на данни.

Радио интерфейс и радио честоти на TETRA

При службите за обществена безопасност  в Европа ,честотния банд е 380-383 MHz и са разпределени  390-393 MHz. Ако е необходимо този диапазон може да се разшири, за да покрие целия или част от спектъра от 383-395 MHz. За граждански системи в Европа е разпределен честотен  диапазон –  410-430 MHz, 870-876 MHz / 915-921 MHz, 450-470 MHz, 385-390 MHz / 395-399,9 MHz..

Трънкинг TETRA радио средствата осигуряват запас от радио канали, който се разпределя към отделни потребители при поискване, с режим за пренос и на данни и на звук . При  национални и многонационални мрежи, може да се поддържа национален и многонационален роуминг , като потребителите са в постоянна връзка. TETRA поддържа директни комуникации и  комуникации от едно устройство до множество устройства посредством  TETRA инфраструктурата, а също и с директния режим на работа без използване на инфраструктурата.

В допълнение е възможно TETRA комуникацията да оперира в защитен формат . Цифровите данни преди предаване могат да бъдат засекретени, и така по своята същност системата е защитена. Това би могло да послужи при някои дискретни тайни операции или полицейските служби.

Радио система  TETRA използва технологията  множествен достъп с времево разделение на  каналите (Time Division Multiple Access -TDMA) с  4 потребителски канала на една носеща радио честота с  отстояние от 25 kHz между носещите. По начина по който се използва честотния спектър , системата е значително по- ефективна от предшестващите  системи. Данните могат да се предават при  скорост   7.2 kbits за секунда на  един канал . Когато се използват много-слотни операции , скоростта може да се увеличи четирикратно и достига до  28.8 kbits за секунда.
 

TETRA 2 TEDS – Разширени услуги за пренос на данни

TETRA 2 осигурява основни разширения за   възможностите на радио система  TETRA. По-важно  допълнение към TETRA 2 е TETRA TEDS или разширени TETRA услуги по пренос на данни, които осигуряват по-голяма гъвкавост и по-голямо ниво на възможности относно  преноса на данни за радио системата TETRA.

TETRA издание 2 с TETRA TEDS значително увеличава капацитета и посреща нуждите на растящия брой на потребители.

TETRA, издание  2

Въпреки че оригиналното първо издание TETRA 1 осигуряваше много от функциите необходими на потребителите, второто издание TETRA 2 предоставя допълнителни функции и подобрения и дава възможност на системата да поддържа ниво при  растящите изисквания  осигурявайки  едно високо технологично  предимство.

По-долу е дадено кратко описание на главните области с подобрения към  второто издание на TETRA  2:

• Трънкинг режим на работа, TMO: При клетъчните GSM системи използването на технологията TDMA означава наличие на толериран максимален брой забавяния.Това обуславя ограничения в обхвата. Причината за този факт е че ъплинк и даунлинк трансмисиите са разпределили времеви слот, с разпределен защитен интервал, отговарящ за времето на излъчване. Ако предаването пристигне след изтичане на защитното време, ще липсват данни от трансмисията и пакета няма да се приеме .
  За първо издание  TETRA 1, максималният обхват беше 58km. Но за определен брой приложения се изисква по-голямо разстояние , като например  комуникациите въздух – земя и земя-въздух. Да се  постигне това , пакетите предавани по ъплинк и даунлинк и защитното време са модифицирани във второ издание TETRA 2. Тези промени дават възможност да се разшири  обхвата  при  второто издание  TETRA 2  на  83 км. за приложенията  AGA.
  Забележка: DMO няма  TDMA ограничение в обхвата на структурата , тъй като има синхронизация при започване на всяка трансмисия  в DMO.

• Разширени услуги за пренос на данни към TETRA, TEDS: Въвежда се TEDS – новият високо скоростен пренос на данни на TETRA, HSD. За постигане по-висока скорост на пренос на данни TETRA TEDS използва различен честотен диапазон на каналите и схеми за модулация.

  TEDS притежава пълна съвместимост с предишното издание на TETRA 1 и благодарение на това улеснява мигрирането от издание TETRA 1 към издание TETRA 2. По-подробно за технологията е дадено по-долу.

• Речеви декодер за адаптивна множествена скорост (Adaptive Multiple Rate, AMR, Voice Codec): AMR декодер например успешно е използван с GSM и UMTS. Доказано е, че предоставя значителни предимства при някои радио приложения към TETRA. За бъдещи приложения е избран AMR декодер работещ в режим 4.75 kbits/s .Завършването на стандарта по радио интерфейс за поемане на АМR декодер се забавя, докато достатъчно добре се определят търсенията на пазара.
• Разширен речеви декодер със смесена възбудителна линеарна предикация (Mixed Excitation Liner Predictive, – MELPe) Mixed Excitation Liner Predictive, enhanced, MELPe: Това е друга област с подобрения към системата на декодера . Един от използваните речеви декодери е MELPe. Той е съвместим с военния стандарт STANAG 4591 (MELPe codec ) Стандартизиран е от NATO, има високото приложение и ниска битова скорост – 2400 bps – защитеност към високи шумове на средата и добро качество на звука. Този избор осигурява много предимства, там където се изисква TETRA радио комуникации за свързване към военни мрежи посредством интерфейс.

TETRA TEDS във второто  издание

С разширените услуги за пренос на данни към  TETRA, TEDS постига много по-висока скорост за пренос на данни в сравнение със скоростта  фигурираща в   първото издание на TETRA. Това се постига с прилагане на  по-широк честотен диапазон и адаптивни модулационни схеми.

Четири са различните честотни диапазона на TETRA TEDS:

• 25 kHz
• 50 kHz
• 100 kHz
• 150 kHz

При Адаптивната модулация се позволява избор на формат за оптимална модулация за преобладаващите условия и изисквания . Поддържаните от TEDS модулационни схеми са:

• π/8 D8PSK – за по-отдавнашни миграции, изискващи неголямо увеличение на скоростта
• 4QAM – използва се за ефективни връзки на границата на покритието
• 16QAM – използва се за среден по скорост пренос на данни
• 64QAM – за висока скорост на пренос на данни

Постигат се различни скорости за пренос на данни при различни комбинации от модулации и диапазони на канали.

С движение напред все по богати услуги се предлагат към медията като видео, TEDS , също позволявадо 8 мултимедийни приложения и  QoS съгласува функции с приложенията на данни в реално време , като пренос на реч и видео изображения и телеметрия . Така системата осигурява оптимални услуги за осигурения  честотен диапазон , приоритети за  потребителите и готовност за работа на каналите.

TDMA – технология, разделяща един 25kHz стандартен канал на 4 времеви слота	Архитектура на Dimetra система състояща се от една зона