Федеральне агентство зв'язку
Державна освітня установа вищої професійної освіти
«Сибірський державний університет телекомунікацій та інформатики»
Зміст
1.Вступ
2 Коротка характеристика стандарту
2.1 Порівняльна характеристика стандартів TETRA і GSM
3 Основні характеристики протоколу
3.1 Структура радіоінтерфейсу
3.2 Вибір модуляції
3.3 Кодування / декодування мовного сигналу
3.4 Шифрування та захист інформації
4 Інтерфейси і передача даних стандарту TETRA
4.1 Інтерфейси TETRA
4.2 Засоби на базі технології передачі даних
5 Висновок
Бібліографія
1 Введення
TETRA (Terrestrial TRunked Radio - наземна система рухомого зв'язку з автоматичним виділенням каналів) - це відкритий стандарт цифрових відомчих мереж рухомого зв'язку, тобто передбачається, що обладнання різних виробників буде сумісне між собою. Стандарт TETRA розроблений Європейським інститутом стандартів зв'язку (ETSI) в розрахунку на задоволення потреб найбільш вимогливих користувачів, динамічно розвиваються відомчих мереж PMR, являє собою новітній приклад розробок стандартів ETSI та відповідає тенденціям розвитку, встановленим стандартом GSM (загальний стандарт рухомого зв'язку) - стандартом, розробленим в Європі, але які мають поширення в усьому світі.
Діяльність правоохоронних органів і служб громадської безпеки сьогодні неможливо уявити без використання систем рухомого радіозв'язку, серед яких останнім часом найбільшої популярності набувають транкінгові системи. Ці системи дозволяють будувати розгалужені відомчі мережі зв'язку з високим рівнем послуг, що надаються на великих територіях, зберігаючи при цьому можливості організації групового з'єднання абонентів, що є основним режимом зв'язку підрозділів правоохоронних органів.
Підвищені вимоги служб громадської безпеки та правоохоронних органів до оперативності, надійності і безпеки зв'язку, наявності спеціальних послуг змушують їх звертати особливу увагу на системи цифрового транкінгового радіозв'язку, що мають істотні переваги перед аналоговими.
Доступ до специфікаціям TETRA вільний для всіх зацікавлених сторін, що вступили в асоціацію "Меморандум про взаєморозуміння та сприяння стандарту TETRA" (MoU TETRA) [3]. Асоціація об'єднує розробників, виробників, випробувальні лабораторії та користувачів різних країн.
У цій роботі буде розкрита основний принцип роботи системи:
-Частоти, з якими працює стандарт;
-Стандартні інтерфейси, основні характеристики протоколу (а також структура) радіоінтерфейсу стандарту TETRA;
- Передача даних, спосіб використовуваної модуляції, шифрування та захист інформації.
2 Коротка характеристика стандарту
Система стандарту TETRA може функціонувати у наступних режимах [2]:
· Транкінгового зв'язку;
· З відкритим каналом;
· Безпосереднього зв'язку.
У режимі транкінгового зв'язку обслуговується територія перекривається зонами дії базових приемопередающих станцій. Стандарт TETRA дозволяє будувати як системи з виділеним частотним каналом керування, так і з розподіленим. При роботі мережі зв'язку з виділеним каналом керування приемопередающие станції надають абонентам декілька частотних каналів, один з яких - канал управління, спеціально призначається для обміну службовою інформацією. При роботі мережі з розподіленим каналом керування службова інформація передається або в спеціально виділеному тимчасове каналі (одному з 4-х каналів, організованих на одній частоті), або в контрольному кадрі мультікадра (одному з 18).
У режимі з відкритим каналом група користувачів має можливість встановлювати з'єднання "один пункт - кілька пунктів" без будь-яких настановної процедури. Будь-який абонент, приєднавшись до групи, може в будь-який момент використовувати цей канал. У режимі з відкритим каналом радіостанції працюють в двохчастотному симплекс.
У режимі безпосередньої (прямої) зв'язку між терміналами встановлюються двох-і багатоточкові з'єднання по радіоканалах, не пов'язаних з каналом управління мережею, без передачі сигналів через базові приемопередающие станції.
До основних мережевим процедур відносяться:
- Реєстрація мобільних абонентів та роумінг (процедура закріплення абонента за однією або декількома базовими станціями і забезпечення можливості переміщатися із зони в зону без втрати зв'язку);
- Повторне встановлення зв'язку (забезпечення можливості заміни мережею базової станції, використовуваної абонентом, у разі погіршення умов зв'язку);
- Аутентифікація абонентів (встановлення автентичності абонентів);
-отключеніе/подключеніе абонента (процедура відключення (підключення) абонента від мережі за його ініціативою);
-Відключення абонента оператором мережі (процедура блокування роботи абонентського терміналу оператором мережі);
- Управління потоком даних (забезпечення можливості мережі перемикати на себе потік даних, спрямований до певного абонента).
У стандарт введені наступні послуги:
· Виклик, санкціонований диспетчером (режим, при якому виклики надходять тільки з санкції диспетчера);
· Пріоритетний доступ (у разі перевантаженості мережі доступні ресурси присвоюються відповідно до схеми пріоритетів);
· Пріоритетний виклик (привласнення викликів у відповідності зі схемою пріоритетів);
· Виборче прослуховування (перехоплення надходить дзвінок без впливу на роботу інших абонентів);
· Дистанційне прослуховування (дистанційне вмикання абонентської радіостанції на передачу для прослуховування обстановки в абонента);
· Динамічна перегрупування (динамічне створення, модифікація і видалення груп користувачів).
2.1 Порівняльна характеристика стандартів TETRA і GSM
У порівнянні з мережами стільникового зв'язку транкінгові системи TETRA набагато більш ефективні при створенні однозонової мереж зв'язку або мереж з локальним покриттям території.
Технологія TETRA визначається як система з ущільненням каналів доступу з тимчасовим поділом ("Time Division Multiple Access") з чотирма незалежними каналами передачі на кожній несучій частоті [3]. Відстані між окремими несучими становить 25 кГц. Це дозволяє підвищити удвічі використання частот у порівнянні з аналоговими транкінгових радіосистемами, що працюють з частотним 12,5 кГц (відповідно до стандарту MPT 1327), і в той же час поліпшити якість передачі голосу. У порівнянні з мережами стандарту GSM, в яких пропонується 8 каналів зв'язку з розносом частот 200 кГц, системи технології TETRA вчетверо підвищують ефективність використання частотного діапазону, і забезпечує ефективність експлуатації мереж зв'язку з невеликим радіусом зони обслуговування, але інтенсивним трафіком.
Інша відмінність полягає у схемі організації зв'язку. У стільникових системах і системах бездротового доступу є індивідуальні виклики між абонентами. Середня тривалість розмови може досягати кілька хвилин. Типовий режим роботи транкінгових систем заснований на передачі коротких викликів (менше 1 хв), які можуть організовуватися як індивідуально, так і через диспетчера.
Стандарт TETRA передбачає адаптивне дискретне зміна рівня вихідної потужності в процесі сеансу зв'язку абонентів відповідно до необхідної напруженістю поля, що при високій щільності радіозасобів призводить до суттєвого зменшення взаємних радіоперешкод. Загальновідомо, що при надзвичайних ситуаціях, наприклад, великі аварії, пожежі або теракти, багато видів зв'язку виявляються неефективними. Зокрема, стільникові системи при великому навантаженні з однієї точки просто починають давати збої, і на вчинення дзвінка по радіотелефону йдуть багато хвилини, хоча найчастіше рахунок у таких ситуаціях йде на секунди.
Переваги TETRA пояснюється наявністю в цьому стандарті цілого ряду функціональних можливостей та режимів (можливість функціонування в режимі конвенціональної зв'язку поза зоною дії базової станції, режим "подвійного" спостереження, при якому забезпечується прийом повідомлень від абонентів, що працюють в режимі транкінгового зв'язку, і від абонентів, працюють у режимі конвенціональної зв'язку, режим роботи мобільної радіостанції як ретранслятор для розширення зони радіопокриття портативних радіостанцій), які не реалізуються в мережах стільникового зв'язку. При цьому час встановлення зв'язку не перевищує 300 мс, що досить істотно (для порівняння, в системах GSM зв'язок встановлюється протягом декількох секунд).
3 Основні характеристики протоколу радіоінтерфейсу TETRA
Радіоінтерфейс стандарту TETRA передбачає роботу в стандартній сітці частот з кроком 25 кГц. Необхідний мінімальний дуплексний рознос частот у радіоканалах складає 40 МГц. Необхідний рівень випромінювання в сусідньому каналі 60 дБ. Рішеннями комітету ERC за системами TETRA закріплені наступні діапазони частот:
- 380 - 400 МГц - для аварійно-рятувальних служб і служб безпеки;
- 410 - 430 МГц, 450 - 470 МГц, 870 - 876 МГц та 915 - 921 МГц - для цивільного (комерційного) використання.
У системах TETRA ефективно використовується частотний ресурс. Функціонування систем стандарту TETRA, побудованих на базі технології TDMA (метод многостанционного доступу з тимчасовим поділом каналів зв'язку-Time Division Multiple Access, на одному фізичному (робочої) частоті може бути організовано до 4 незалежних тимчасових (інформаційних) каналів, що дозволяє вести переговори по радіоканалу одночасно з передачею даних). Це дозволяє також спростити радіочастотну частина обладнання базової станції (потрібно тільки один ретранслятор, антени, фідер і т. д. на чотири робочих каналу).
Розробка стандарту була почата в 1994 р. і вже в 1996 р. були представлені перші версії специфікацій стандарту TETRA.
Стандарт TETRA складається з двох частин [2]: TETRA V + D (TETRAVoice + Data) - стандарту на інтегровану систему передачі мови та даних, і TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарту, що описує спеціальний варіант транкінгового системи, орієнтованої тільки на передачу даних.
У режимі передачі даних для одного сеансу зв'язку (одному абоненту) може одночасно виділятися від одного до чотирьох потоків, цим забезпечується швидкість передачі даних до 28.8 кбіт / c (у стандарті GSM - тільки 9.6 кбіт / c).
Саме в цьому випадку стандарт TETRA забезпечує потрібну якість сервісу, оскільки на вимогу можна зарезервувати необхідну смугу пропускання. Якщо користувачеві необхідно підвищити пропускну здатність, можна об'єднати 2 - 4 тимчасових слота і встановити канал зв'язку наскрізним.
Передача чотирьох мовних каналів в смузі 25 кГц стала можливою завдяки використанню в стандарті TETRA низької кодера мови з алгоритмом CELP (Code Excited Linear Prediction), що відносяться до класу алгоритмів «аналізу і синтезу» промови. Принцип аналізу і синтезу полягає в перетворенні параметрів мови і в наданні їх у такій формі, щоб помилка на виході по відношенню до входу була мінімальною.
Для перетворення мови в стандарті використовується кодек з алгоритмом перетворення типу CELP. Швидкість цифрового потоку на виході кодека становить 4,8 кбіт / с. Цифрові дані з виходу мовного кодека піддаються блоковому і сверточних кодування, перемежению та шифрування, після чого формуються інформаційні канали. Пропускна здатність одного інформаційного каналу становить 7,2 кбіт / с (з яких для передачі оцифрованого і стислого мовного сигналу використовується 4.8 кбіт / с, а що залишилися 2.4 кбіт / с відводиться для передачі коду корекції помилок), а швидкість цифрового інформаційного потоку даних - 28 , 8 кбіт / с.
При цьому загальна швидкість передачі символів в радіоканалі за рахунок додаткової службової інформації і контрольного кадру в мультікадре відповідає швидкості модуляції і дорівнює 36 кбіт / с.
3.1 Структура радіоінтерфейсу
У системах стандарту TETRA V + D використовується метод TDMA. На одній несучій частоті організується чотири розмовних каналу.
Структура кадру, що передається, тривалістю 56.67 мс, (рисунок 3.1) являє собою чотири тимчасові інтервали на кадр TDMA [1]. Передача повідомлень здійснюється мультікадрамі. Вісімнадцять кадрів TDMA утворюють мультікадр, один з кадрів якого постійно використовують для передачі керуючого (контрольного) сигналу; 60 мультікадров утворюють гіперкадр.
Тривалість мультікадра становить 1.02 с. Кожен часовий інтервал (слот) дорівнює 14.67 мс, в якому містяться 510 інформаційних біт, 432 з них належать до інформаційного повідомлення (два блоки по 216 біт). У середині кожного часового інтервалу перебувати сінхропоследовательность SYNCH, яка застосовується для тимчасової синхронізації пакету і як тестирующая або (навчальна) послідовність для адаптивного канального еквалайзера в приймачі.
На початку тимчасового інтервалу передається пакет з 36 біт PA (Power Amplifier - управління випромінюваної потужністю). За ним слідує перший інформаційний блок (216 біт), далі - сінхропоследовательность SYNC (36 біт), другий інформаційний блок. Сусідні тимчасові інтервали поділяються захисними періодами тривалістю 0.167 мс, що відповідає 6 бітам.
Застосування схем стиску дозволяє транспортувати сигнал голосу і даних в 17 кадрах TDMA, залишаючи вісімнадцятого кадр для передачі сигналів управління. Даний керуючий кадр забезпечує одну з унікальних особливостей протоколу обміну TETRA - потік даних не переривається для передачі сигналізації. Остання постійно передається у фоновому режимі - навіть у так званому мінімальному режимі MM (Minimum Mode), коли всі канали зайняті абонентами.
Для досягнення високої частоти звукового сигналу, переданого по радіоканалу зі швидкістю 7.2 кбіт / с, застосовуються методи прямої корекції помилок FEC (Forward Error Correction) та циклічну надмірність кодування CRC (Cyclic Redundancy Check). До вступу мовного потоку на вхід модулятора до нього додається коригуючий код, після чого проводиться міжблочні перемеженіє. Якщо в процесі передачі втрачено пакет повідомлення, то при деперемеженіі в приймачі він трансформується в одиночні помилки, які виправляються методом FEC (Forward Error Correction).
Для виявлення помилок при передачі в каналі радіозв'язку, їх виправлення в канальному кодуванні застосовуються технології Forward Error Correction (FEC) і Cyclic Redundancy Check (CRC) у вигляді чотирьох процедур: блокового кодування (block-encoding), згортальної кодування (convolutional encoding), перемежения (interleaving) і шифрування (scrambling), після чого формуються інформаційні канали. Швидкість вихідного потоку дорівнює 36 кбіт / с.
Перераховані властивості кодека забезпечуються такими його функціями, як:
- Оцінка важливості елементів мовлення SIF (Speech Importance Factor);
- Встановлення комфортного рівня шуму CNF (Comfort Noise Function);
- Запозичення кадрів FSF (Frame Stealing Function).
Функція SIF аналізує кожен мовної кадр, щоб визначити, наскільки погіршується якість переданої мови. Відповідно до результатів аналізу цього кадру присвоюється необхідний рівень захисту (низький, середній або високий). Функція CNF генерує спеціальний кадр, який використовується для заміни недоброякісних кадрів мови.
Державна освітня установа вищої професійної освіти
«Сибірський державний університет телекомунікацій та інформатики»
Кафедра СРС
Курсова робота
Опис транкінгового системи стандарту TETRAВиконав студент Валяєва О.М.
Факультет РРТ Група Р-11
Перевірив керівник Носов В.І
Новосибірськ
2005
Зміст
1.Вступ
2 Коротка характеристика стандарту
2.1 Порівняльна характеристика стандартів TETRA і GSM
3 Основні характеристики протоколу
3.1 Структура радіоінтерфейсу
3.2 Вибір модуляції
3.3 Кодування / декодування мовного сигналу
3.4 Шифрування та захист інформації
4 Інтерфейси і передача даних стандарту TETRA
4.1 Інтерфейси TETRA
4.2 Засоби на базі технології передачі даних
5 Висновок
Бібліографія
1 Введення
TETRA (Terrestrial TRunked Radio - наземна система рухомого зв'язку з автоматичним виділенням каналів) - це відкритий стандарт цифрових відомчих мереж рухомого зв'язку, тобто передбачається, що обладнання різних виробників буде сумісне між собою. Стандарт TETRA розроблений Європейським інститутом стандартів зв'язку (ETSI) в розрахунку на задоволення потреб найбільш вимогливих користувачів, динамічно розвиваються відомчих мереж PMR, являє собою новітній приклад розробок стандартів ETSI та відповідає тенденціям розвитку, встановленим стандартом GSM (загальний стандарт рухомого зв'язку) - стандартом, розробленим в Європі, але які мають поширення в усьому світі.
Діяльність правоохоронних органів і служб громадської безпеки сьогодні неможливо уявити без використання систем рухомого радіозв'язку, серед яких останнім часом найбільшої популярності набувають транкінгові системи. Ці системи дозволяють будувати розгалужені відомчі мережі зв'язку з високим рівнем послуг, що надаються на великих територіях, зберігаючи при цьому можливості організації групового з'єднання абонентів, що є основним режимом зв'язку підрозділів правоохоронних органів.
Підвищені вимоги служб громадської безпеки та правоохоронних органів до оперативності, надійності і безпеки зв'язку, наявності спеціальних послуг змушують їх звертати особливу увагу на системи цифрового транкінгового радіозв'язку, що мають істотні переваги перед аналоговими.
Доступ до специфікаціям TETRA вільний для всіх зацікавлених сторін, що вступили в асоціацію "Меморандум про взаєморозуміння та сприяння стандарту TETRA" (MoU TETRA) [3]. Асоціація об'єднує розробників, виробників, випробувальні лабораторії та користувачів різних країн.
У цій роботі буде розкрита основний принцип роботи системи:
-Частоти, з якими працює стандарт;
-Стандартні інтерфейси, основні характеристики протоколу (а також структура) радіоінтерфейсу стандарту TETRA;
- Передача даних, спосіб використовуваної модуляції, шифрування та захист інформації.
2 Коротка характеристика стандарту
Система стандарту TETRA може функціонувати у наступних режимах [2]:
· Транкінгового зв'язку;
· З відкритим каналом;
· Безпосереднього зв'язку.
У режимі транкінгового зв'язку обслуговується територія перекривається зонами дії базових приемопередающих станцій. Стандарт TETRA дозволяє будувати як системи з виділеним частотним каналом керування, так і з розподіленим. При роботі мережі зв'язку з виділеним каналом керування приемопередающие станції надають абонентам декілька частотних каналів, один з яких - канал управління, спеціально призначається для обміну службовою інформацією. При роботі мережі з розподіленим каналом керування службова інформація передається або в спеціально виділеному тимчасове каналі (одному з 4-х каналів, організованих на одній частоті), або в контрольному кадрі мультікадра (одному з 18).
У режимі з відкритим каналом група користувачів має можливість встановлювати з'єднання "один пункт - кілька пунктів" без будь-яких настановної процедури. Будь-який абонент, приєднавшись до групи, може в будь-який момент використовувати цей канал. У режимі з відкритим каналом радіостанції працюють в двохчастотному симплекс.
У режимі безпосередньої (прямої) зв'язку між терміналами встановлюються двох-і багатоточкові з'єднання по радіоканалах, не пов'язаних з каналом управління мережею, без передачі сигналів через базові приемопередающие станції.
До основних мережевим процедур відносяться:
- Реєстрація мобільних абонентів та роумінг (процедура закріплення абонента за однією або декількома базовими станціями і забезпечення можливості переміщатися із зони в зону без втрати зв'язку);
- Повторне встановлення зв'язку (забезпечення можливості заміни мережею базової станції, використовуваної абонентом, у разі погіршення умов зв'язку);
- Аутентифікація абонентів (встановлення автентичності абонентів);
-отключеніе/подключеніе абонента (процедура відключення (підключення) абонента від мережі за його ініціативою);
-Відключення абонента оператором мережі (процедура блокування роботи абонентського терміналу оператором мережі);
- Управління потоком даних (забезпечення можливості мережі перемикати на себе потік даних, спрямований до певного абонента).
У стандарт введені наступні послуги:
· Виклик, санкціонований диспетчером (режим, при якому виклики надходять тільки з санкції диспетчера);
· Пріоритетний доступ (у разі перевантаженості мережі доступні ресурси присвоюються відповідно до схеми пріоритетів);
· Пріоритетний виклик (привласнення викликів у відповідності зі схемою пріоритетів);
· Виборче прослуховування (перехоплення надходить дзвінок без впливу на роботу інших абонентів);
· Дистанційне прослуховування (дистанційне вмикання абонентської радіостанції на передачу для прослуховування обстановки в абонента);
· Динамічна перегрупування (динамічне створення, модифікація і видалення груп користувачів).
|
2.1 Порівняльна характеристика стандартів TETRA і GSM
У порівнянні з мережами стільникового зв'язку транкінгові системи TETRA набагато більш ефективні при створенні однозонової мереж зв'язку або мереж з локальним покриттям території.
Технологія TETRA визначається як система з ущільненням каналів доступу з тимчасовим поділом ("Time Division Multiple Access") з чотирма незалежними каналами передачі на кожній несучій частоті [3]. Відстані між окремими несучими становить 25 кГц. Це дозволяє підвищити удвічі використання частот у порівнянні з аналоговими транкінгових радіосистемами, що працюють з частотним 12,5 кГц (відповідно до стандарту MPT 1327), і в той же час поліпшити якість передачі голосу. У порівнянні з мережами стандарту GSM, в яких пропонується 8 каналів зв'язку з розносом частот 200 кГц, системи технології TETRA вчетверо підвищують ефективність використання частотного діапазону, і забезпечує ефективність експлуатації мереж зв'язку з невеликим радіусом зони обслуговування, але інтенсивним трафіком.
Інша відмінність полягає у схемі організації зв'язку. У стільникових системах і системах бездротового доступу є індивідуальні виклики між абонентами. Середня тривалість розмови може досягати кілька хвилин. Типовий режим роботи транкінгових систем заснований на передачі коротких викликів (менше 1 хв), які можуть організовуватися як індивідуально, так і через диспетчера.
Стандарт TETRA передбачає адаптивне дискретне зміна рівня вихідної потужності в процесі сеансу зв'язку абонентів відповідно до необхідної напруженістю поля, що при високій щільності радіозасобів призводить до суттєвого зменшення взаємних радіоперешкод. Загальновідомо, що при надзвичайних ситуаціях, наприклад, великі аварії, пожежі або теракти, багато видів зв'язку виявляються неефективними. Зокрема, стільникові системи при великому навантаженні з однієї точки просто починають давати збої, і на вчинення дзвінка по радіотелефону йдуть багато хвилини, хоча найчастіше рахунок у таких ситуаціях йде на секунди.
Переваги TETRA пояснюється наявністю в цьому стандарті цілого ряду функціональних можливостей та режимів (можливість функціонування в режимі конвенціональної зв'язку поза зоною дії базової станції, режим "подвійного" спостереження, при якому забезпечується прийом повідомлень від абонентів, що працюють в режимі транкінгового зв'язку, і від абонентів, працюють у режимі конвенціональної зв'язку, режим роботи мобільної радіостанції як ретранслятор для розширення зони радіопокриття портативних радіостанцій), які не реалізуються в мережах стільникового зв'язку. При цьому час встановлення зв'язку не перевищує 300 мс, що досить істотно (для порівняння, в системах GSM зв'язок встановлюється протягом декількох секунд).
3 Основні характеристики протоколу радіоінтерфейсу TETRA
Радіоінтерфейс стандарту TETRA передбачає роботу в стандартній сітці частот з кроком 25 кГц. Необхідний мінімальний дуплексний рознос частот у радіоканалах складає 40 МГц. Необхідний рівень випромінювання в сусідньому каналі 60 дБ. Рішеннями комітету ERC за системами TETRA закріплені наступні діапазони частот:
- 380 - 400 МГц - для аварійно-рятувальних служб і служб безпеки;
- 410 - 430 МГц, 450 - 470 МГц, 870 - 876 МГц та 915 - 921 МГц - для цивільного (комерційного) використання.
У системах TETRA ефективно використовується частотний ресурс. Функціонування систем стандарту TETRA, побудованих на базі технології TDMA (метод многостанционного доступу з тимчасовим поділом каналів зв'язку-Time Division Multiple Access, на одному фізичному (робочої) частоті може бути організовано до 4 незалежних тимчасових (інформаційних) каналів, що дозволяє вести переговори по радіоканалу одночасно з передачею даних). Це дозволяє також спростити радіочастотну частина обладнання базової станції (потрібно тільки один ретранслятор, антени, фідер і т. д. на чотири робочих каналу).
Розробка стандарту була почата в 1994 р. і вже в 1996 р. були представлені перші версії специфікацій стандарту TETRA.
Стандарт TETRA складається з двох частин [2]: TETRA V + D (TETRAVoice + Data) - стандарту на інтегровану систему передачі мови та даних, і TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарту, що описує спеціальний варіант транкінгового системи, орієнтованої тільки на передачу даних.
У режимі передачі даних для одного сеансу зв'язку (одному абоненту) може одночасно виділятися від одного до чотирьох потоків, цим забезпечується швидкість передачі даних до 28.8 кбіт / c (у стандарті GSM - тільки 9.6 кбіт / c).
Саме в цьому випадку стандарт TETRA забезпечує потрібну якість сервісу, оскільки на вимогу можна зарезервувати необхідну смугу пропускання. Якщо користувачеві необхідно підвищити пропускну здатність, можна об'єднати 2 - 4 тимчасових слота і встановити канал зв'язку наскрізним.
Передача чотирьох мовних каналів в смузі 25 кГц стала можливою завдяки використанню в стандарті TETRA низької кодера мови з алгоритмом CELP (Code Excited Linear Prediction), що відносяться до класу алгоритмів «аналізу і синтезу» промови. Принцип аналізу і синтезу полягає в перетворенні параметрів мови і в наданні їх у такій формі, щоб помилка на виході по відношенню до входу була мінімальною.
Для перетворення мови в стандарті використовується кодек з алгоритмом перетворення типу CELP. Швидкість цифрового потоку на виході кодека становить 4,8 кбіт / с. Цифрові дані з виходу мовного кодека піддаються блоковому і сверточних кодування, перемежению та шифрування, після чого формуються інформаційні канали. Пропускна здатність одного інформаційного каналу становить 7,2 кбіт / с (з яких для передачі оцифрованого і стислого мовного сигналу використовується 4.8 кбіт / с, а що залишилися 2.4 кбіт / с відводиться для передачі коду корекції помилок), а швидкість цифрового інформаційного потоку даних - 28 , 8 кбіт / с.
При цьому загальна швидкість передачі символів в радіоканалі за рахунок додаткової службової інформації і контрольного кадру в мультікадре відповідає швидкості модуляції і дорівнює 36 кбіт / с.
3.1 Структура радіоінтерфейсу
|
Структура кадру, що передається, тривалістю 56.67 мс, (рисунок 3.1) являє собою чотири тимчасові інтервали на кадр TDMA [1]. Передача повідомлень здійснюється мультікадрамі. Вісімнадцять кадрів TDMA утворюють мультікадр, один з кадрів якого постійно використовують для передачі керуючого (контрольного) сигналу; 60 мультікадров утворюють гіперкадр.
Тривалість мультікадра становить 1.02 с. Кожен часовий інтервал (слот) дорівнює 14.67 мс, в якому містяться 510 інформаційних біт, 432 з них належать до інформаційного повідомлення (два блоки по 216 біт). У середині кожного часового інтервалу перебувати сінхропоследовательность SYNCH, яка застосовується для тимчасової синхронізації пакету і як тестирующая або (навчальна) послідовність для адаптивного канального еквалайзера в приймачі.
На початку тимчасового інтервалу передається пакет з 36 біт PA (Power Amplifier - управління випромінюваної потужністю). За ним слідує перший інформаційний блок (216 біт), далі - сінхропоследовательность SYNC (36 біт), другий інформаційний блок. Сусідні тимчасові інтервали поділяються захисними періодами тривалістю 0.167 мс, що відповідає 6 бітам.
Застосування схем стиску дозволяє транспортувати сигнал голосу і даних в 17 кадрах TDMA, залишаючи вісімнадцятого кадр для передачі сигналів управління. Даний керуючий кадр забезпечує одну з унікальних особливостей протоколу обміну TETRA - потік даних не переривається для передачі сигналізації. Остання постійно передається у фоновому режимі - навіть у так званому мінімальному режимі MM (Minimum Mode), коли всі канали зайняті абонентами.
Для досягнення високої частоти звукового сигналу, переданого по радіоканалу зі швидкістю 7.2 кбіт / с, застосовуються методи прямої корекції помилок FEC (Forward Error Correction) та циклічну надмірність кодування CRC (Cyclic Redundancy Check). До вступу мовного потоку на вхід модулятора до нього додається коригуючий код, після чого проводиться міжблочні перемеженіє. Якщо в процесі передачі втрачено пакет повідомлення, то при деперемеженіі в приймачі він трансформується в одиночні помилки, які виправляються методом FEC (Forward Error Correction).
Для виявлення помилок при передачі в каналі радіозв'язку, їх виправлення в канальному кодуванні застосовуються технології Forward Error Correction (FEC) і Cyclic Redundancy Check (CRC) у вигляді чотирьох процедур: блокового кодування (block-encoding), згортальної кодування (convolutional encoding), перемежения (interleaving) і шифрування (scrambling), після чого формуються інформаційні канали. Швидкість вихідного потоку дорівнює 36 кбіт / с.
Перераховані властивості кодека забезпечуються такими його функціями, як:
- Оцінка важливості елементів мовлення SIF (Speech Importance Factor);
- Встановлення комфортного рівня шуму CNF (Comfort Noise Function);
- Запозичення кадрів FSF (Frame Stealing Function).
Функція SIF аналізує кожен мовної кадр, щоб визначити, наскільки погіршується якість переданої мови. Відповідно до результатів аналізу цього кадру присвоюється необхідний рівень захисту (низький, середній або високий). Функція CNF генерує спеціальний кадр, який використовується для заміни недоброякісних кадрів мови.
На приймальному боці декодер проводить аналогічні дії, але в зворотному порядку.
Модуляційний потік подається на модулятор через спеціальний фільтр з імпульсною характеристикою "піднятий косинус" (raised cosine) для мінімізації міжсимвольні спотворень.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Малюнок 3.1 - Структура кадру в системах TETRA
3.2 Вибір модуляції
Зміна фази може мати і більше двох значень, наприклад чотири (0, 90, 180 і 270 °). У цьому випадку говорять про так звану квадратурної фазової модуляції (Quadrature Phase Shift Key, QPSK) [3].
Радіоканал стандарту TETRA використовує відносну фазову модуляцію типу П/4-DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). При цьому кожному символу модуляції відповідає передача двох біт інформації. Це знижує швидкість передачі інформаційного цифрового потоку з 36 кбіт / с до 18 Кбіт / с. Модулюючий послідовність біт розбивається на пари (дебіти), комбінація якої визначає відносний зсув (+ ¶ / 4, - ¶ / 4, + 3 ¶ / 4, - 3 ¶ / 4), тобто за один такт передається два біти. Це дозволяє в два рази знизити швидкість модуляції (18 Кбод), використовуючи смугу радіоканалу тільки 25 кГц.
Модуляційний потік подається на модулятор через спеціальний фільтр з імпульсною характеристикою "піднятий косинус" (raised cosine) для мінімізації міжсимвольні спотворень.
Таблиця 3.1 - Відповідності між вхідними дебітами і фазами модульованого сигналу
Один з недоліків пов'язаний з тим, що у випадку квадратурної фазової модуляції при одночасній зміні символів в обох каналах модулятора (з +1, -1 на -1, +1 або з +1, +1 на -1, -1) у сигналі QPSK відбувається стрибок фази на 180 °. Такі стрибки фази, що мають місце і при звичайній двофазної модуляції, викликають паразитне амплітудну модуляцію огинаючої сигналу. У результаті цього при проходженні сигналу через вузькосмуговий фільтр виникають провали обвідної до нуля. Такі зміни сигналу небажані, оскільки призводять до збільшення енергії бічних смуг і перешкод в каналі зв'язку.
Для того щоб уникнути цього небажаного явища, вдаються до так званої квадратурної фазової модуляції із зсувом. При такому типі модуляції формування сигналу в квадратурної схемою відбувається так само, як і в модуляторі QPSK, за винятком того, що кодують біти в Q-каналі мають тимчасову затримку на тривалість одного елемента Т. Зміна фази, при такому зміщенні кодують потоків, визначається лише одним елементом послідовності, а не двома. У результаті скачки фази на 180 ° відсутні, оскільки кожен елемент послідовності, що надходить на вхід модулятора синфазного або квадратурного каналу, може викликати зміну фази на 0, 90 або 270 ° (-90 °).
У стандарті TETRA використовується відносна (диференційна) фазова маніпуляцію із зсувом кратним ¶ / 4 (¶ / 4 DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying). При цьому обвідна несучої має змінне значення, що накладає підвищені вимоги до забезпечення лінійності передавального тракту для досягнення необхідних рівнів придушення в сусідньому каналі. Цей факт визначає невисоку (в порівнянні з радіотерміналами FDMA) вихідну потужність і ккд вихідного каскаду абонентських терміналів стандарту TETRA.
3.3 Кодування / декодування мовного сигналу
Спілкування абонентів часто проходить в умовах високого рівня навколишнього шуму. На відміну від користувачів стільникового зв'язку, які зазвичай можуть вибирати підходяще місце для ведення переговорів, абоненти транкінгових систем з різних служб безпеки не мають у своєму розпорядженні такою можливістю: їм нерідко доводиться працювати на тлі завивання сирен, пострілів, переговорів по гучному зв'язку і т.п. При створенні обладнання TETRA ця особливість була врахована. Воно забезпечує необхідні в подібній обстановці велику потужність вихідного аудіосигналу, його малої спотворення і чіткість мови. Хороша якість переданої мови зумовлено використанням кодека TETRA.
Застосовуваний у стандарті TETRA алгоритм кодування / декодування базується на методі лінійного передбачення з багатоімпульсному кодовою збудженням (Code-Excited Linear Predictive, CELP), який доповнений спеціальними кодовими книгами алгебраїчної структури. Цей механізм кодування отримав назву Algebraic CELP (ACELP).
Кодек, що працює за алгоритмом ACELP, стискає сегмент мовного сигналу тривалістю 30 мс (16 вибірок * 8 кГц = 128 кбіт / с) у відповідності з набором правил кодової книги і формує набір закодованих мовних сигналів, які передаються зі швидкістю мовного кодека - 4,567 кбіт / с . Для досягнення необхідної чистоти мови при передачі сигналу по радіоканалу зі швидкістю 7,2 кбіт / с використовуються також методи прямої корекції помилок (Forward Error Correction, FEC) і циклічного надлишкового кодування (Cyclic Redundancy Code, CRC). На боці прийому декодер проводить аналогічні дії, але в зворотному порядку.
Перераховані властивості кодека забезпечуються такими його функціями:
· Оцінки важливості елементів мови (Speech Importance Factor, SIF);
· Встановлення комфортного рівня шуму (Comfort Noise Function, CNF);
· Запозичення кадрів (Frame Stealing Function, FSF).
SIF аналізує кожен мовної кадр, щоб визначити, наскільки погіршиться якість переданої мови в результаті його втрати. Відповідно до результатів аналізу цього кадру присвоюється необхідний рівень захисту (нульовий, тобто низький, середній або високий). Функція CNF генерує спеціальний кадр, який використовується для заміни неякісних кадрів мови або кадрів, що служать для передачі керуючих сигналів.
3.4 Шифрування та захист інформації
Стандарт ТЕТRА вирішує завдання забезпечення захисту інформації користувачів застосуванням механізмів:
· Аутентифікації абонентів;
· Шифрування переданої інформації;
·
забезпечення скритності номера абонента.
Стандарт TETRA має широкі можливості по розмежуванню доступу до переданої інформації, чим забезпечується висока ступінь її захисту від несанкціонованого доступу. Шифрування активізується тільки після успішного проведення процедури аутентифікації і призначене для захисту мови та даних, а також даних сигналізації. На теперішньому етапі розвитку цього стандарту, він включає чотири алгоритму шифрування. Їх застосування забезпечує різні ступені захисту групам користувачів у відповідності з різними вимогами за рівнем безпеки. Шифрування мови реалізується у вигляді цифрової обробки низької потоку даних, що дозволяє застосовувати складні алгоритми з високою криптостійкість, що не погіршують якість відновленої мови. Такі алгоритми реалізують майже повний захист радіопереговорів від прослуховування. Цифрові потоки інформації не можна розшифровувати за допомогою простих аналогових сканерів, що захищає їх від втручання несанкціонованих користувачів. При необхідності можна вибирати необхідний рівень захисту, правда, при цьому, як це видно з таблиці 3.2, швидкість передачі може значно змінитися. Необхідно відзначити, що швидкість передачі даних у мережах TETRA вище, ніж в існуючих мережах GSM.
Таблиця 3.2 - Залежність швидкості передачі даних (кбіт / с) від ступеня захищеності каналу
У стандарті TETRA використовується потоковий метод шифрування, при якому формована ключова псевдослучайная послідовність побітно складається з потоком даних. Знаючи ключ і початкове значення псевдовипадковою послідовності, одержувач інформації має можливість сформувати таку ж послідовність і розшифрувати закодоване повідомлення при збереженні синхронізації між передавальної і приймальної сторонами.
Потокове шифрування має певну перевагу перед іншими методами шифрування, яке полягає у відсутності розмноження помилок у каналі з перешкодами. Іншими словами, помилка прийому одного біта зашифрованого тексту дає також тільки один помилковий біт розшифрованого тексту і не призводить до виникнення кількох помилок.
· Air Interface (AI) - радіоінтерфейс між базовою станцією та абонентської радіостанцією
· Direct Mode Operation (DMO) - інтерфейс прямого з'єднання між двома абонентськими радіостанціями
· Terminal Equipment Interface (TEI) - інтерфейс між абонентської радіостанцією і терміналом передачі даних
· Inter System Interface (ISI) - міжсистемних інтерфейс для об'єднання декількох TETRA систем (можливо, від різних фірм-виробників) в єдину мережу
· Line-connected Station Interface (LSI) - інтерфейс для підключення фіксованих абонентів до інфраструктури
· Network Management Centre Interface (NMCI) - інтерфейс центру управління системою
· Gateways to PABX, PSTN, ISDN, PDN - інтерфейс для підключення до зовнішніх мереж.
· Remote Line Connected Terminal Interface - інтерфейс зв'язку між віддаленим диспетчером і інфраструктурою (SwMI)
· Man - Mashine Interface (MMI) - інтерфейс людина - пристрій, що визначає стандартні функції взаємодії оператора з терміналами.
Абонентські радіостанції (MS - Mobile Station) здійснюють взаємодію з SwMI через стандартний радіоінтерфейс AI. У мережі TETRA підтримуються індивідуальні та групові виклики. Крім з'єднань між абонентськими радіостанціями, через SwMI, може забезпечуватися обмін з фіксованими абонентами (диспетчерами, абонентами ТФОП (телефонна мережа загального користування) і інших мереж). Дані абоненти підключаються до SwMI безпосередньо або через транзитну мережу.
Головною особливістю режиму прямого зв'язку (Direct Mode Operation - DMO) є невикористання інфраструктури SwMI для проведення зв'язку між абонентськими радіостанціями. Абонентські радіостанції, використовуючи протокол згідно ETS 300 396-3, здійснюють двосторонню радіозв'язок на спеціально виділених і запрограмованих для режиму DMO частотах. Причому також можливий керований режим прямого зв'язку MDMO, при якому доступ до каналу визначається авторизованим терміналом DMO.
Збільшення дальності зв'язку досягається за рахунок використання ретрансляторів сигналів як для транкінгових - TMO REP, так і для режиму прямого зв'язку DMO - DM REP.
Взаємодія абонентської станції в режимі DMO з мережею TMO може підтримуватися через спеціальні шлюзи (DMO GATE) або ретранслятор / шлюз DMO - DM REP / GATE (рисунок 4.1). [3]
Малюнок 4.1 - Взаємодія абонентської станції в режимі DMO з мережею TMO
Абонентська радіостанція може також працювати в режимі "подвійного спостереження" (DW-MS): у режимі TMO і, одночасно, в режимі DMO.
Базова станція (BS) є елементом інфраструктури SwMI і забезпечує підтримку одного або більше радіоканалів, використовуваних абонентськими радіостанціями в межах однієї зони обслуговування.
4.2 Засоби на базі технології передачі даних стандарту
TETRA
Основним чинником, що визначає зростаючу потребу у використанні бездротової передачі даних, є бажання користувачів підвищити ефективність своєї діяльності за рахунок збільшення швидкості і точності переданої інформації. Інший важливий фактор, що сприяє застосуванню бездротової передачі даних - бажання підвищити ефективність використання спектру та / або збільшити ємність мереж.
Враховуючи вищесказане, при визначенні функцій, які повинні підтримуватися системами стандарту ТЕТRА, були закладені наступні сервіси для передачі даних:
· Статусні повідомлення (Status Messaging);
· Служба коротких повідомлень (Short Data Service - SDS);
· Передача даних з комутацією каналів (Circuit Mode Data);
· Пакетна передача даних (Packet Data Service).
Крім сервісів передачі даних, стандарт ТЕТРА визначає інтерфейс периферійних пристроїв (PEI), який дозволяє зовнішнім пристроям і програмам використовувати можливості абонентських терміналів ТЕТRА з передачі даних. Наявність стандартного інтерфейсу PEI, а також зростаючий ринок систем ТЕТRА викликав значну зацікавленість ряду компаній до розробки додатків, що використовують передачу даних у мережах ТЕТRА.
Ці програми використовуються в наступних областях:
· Управління парком автомобілів;
· Системи контролю місця розташування рухливих об'єктів (автомобілів, людей);
· Електронна пошта;
· Формування текстових звітів;
· Передача текстових повідомлень;
· Передача зображень;
· Біометричні системи (контроль відбитків пальців);
· Системи телеметрії і телекерування рухомими об'єктами;
· Системи роботи з централізованими базами даних.
Використання статусних повідомлень у поєднанні з ідентифікацією передавального абонента і фіксацією часу передачі повідомлення дозволяє організувати ефективні автоматизовані системи управління парком абонентів, а також підвищити навантажувальну здатність системи.
· Передача текстових повідомлень;
· Системи контролю місця розташування рухомих об'єктів;
· Автоматизовані диспетчерські системи;
· Запити до централізованих баз даних;
· Системи телеметрії і телекерування.
Стандартом TETRA передбачено кілька типів коротких повідомлень:
· Type 1 - 1 байт;
· Type 2 - 2 байти;
· Type 3 - 3 байти;
· Type 4 - 140 байт.
Незважаючи на те, що величина коротких повідомлень обмежена 140 байтами, сервіс коротких повідомлень є найбільш широко використовуваним способом передачі даних у системах стандарту TETRA. На базі сервісу коротких повідомлень розроблено велику кількість додатків для організації автоматизованих диспетчерських служб, систем контролю за місцем розташування рухомих об'єктів і систем телеметрії і телекерування.
Передача даних з комутацією каналів (Circuit Mode Data).
При передачі даних з комутацією каналів встановлюється з'єднання між абонентами мережі, аналогічне dial-up з'єднанню між модемами в телефонній мережі. Залежно від рівня захисту від помилок, забезпечуваного інфраструктурою мережі, в одному тайм-слоті можлива організація каналу передачі даних з пропускною здатністю 2.4, 4.8 або 7.2 кбіт / с.
Переваги передачі даних з комутацією каналів:
· Можливість вибору швидкості передачі залежно від необхідного рівня захисту від помилок;
· Потенційно більш висока швидкість, ніж при пакетної передачі даних.
Недоліки передачі даних з комутацією каналів:
· Кожне з'єднання займає 1 тайм-слот;
·
канал зайнятий, незалежно від того, передаються в даний момент дані чи ні;
· Додатки, що використовують даний режим передачі даних, повинні забезпечувати відновлення втрачених / пошкоджених повідомлень (мережевий рівень моделі OSI);
· Відсутня процедура тестування на сумісність (Interoperability testing);
· Обмежена підтримка з боку виробників інфраструктури, обмежений вибір абонентського обладнання, як наслідок, відсутність процедури тестування на сумісність.
Пакетна передача даних (Packet Data Service)
Сервіс PDS (TETRA PDO) передбачає можливість передачі даних в мережах ТЕТРА з використанням протоколу IP. При цьому кожному абонентському терміналу в мережі присвоюється IP адреса, що дозволяє організувати обмін даними між ними, а також із зовнішніми вузлами через відповідний шлюз.
Сервіс пакетної передачі даних має ряд переваг в порівнянні з режимом комутації каналів:
· Канал займається тільки в момент передачі даних;
· Більш ефективно використовується пропускна здатність системи у випадку нерівномірного трафіку;
· Для організації мережного рівня з'єднання і корекції помилок використовуються вбудовані механізми протоколу IP;
· Існує процедура тестування на сумісність;
· Підтримка з боку виробників інфраструктури та абонентського обладнання.
Основною перевагою сервісу пакетної передачі даних є можливість використання великої кількості стандартного програмного забезпечення, розробленого для IP мереж (електронна пошта, доступ до баз даних і т. п.)
У разі використання неподільні каналу, один тайм-слот може обслуговувати один сеанс зв'язку. При використанні поділюваних каналів тайм-слот використовується декількома абонентами, пропускна здатність каналу розподіляється між абонентами.
Описано процес шифрування і захисту інформації. Потокове шифрування має певну перевагу перед іншими методами шифрування, яке полягає у відсутності розмноження помилок у каналі з перешкодами.
Засоби на базі технології передачі даних можуть бути відносно невеликих обсягів, які передаються за допомогою сервісу коротких повідомлень, часто виникає необхідність передачі великих обсягів даних. Для цього в стандарті ТЕТРА передбачені дві можливості: передача даних з комутацією каналів і пакетна передача даних.
Хороша якість переданої мови зумовлено використанням кодека TETRA. У стандарті TETRA є низкоскоростной кодер мови з алгоритмом CELP (Code Excited Linear Prediction), що відносяться до класу алгоритмів «аналізу і синтезу» промови. Принцип аналізу і синтезу полягає в перетворенні параметрів мови і в наданні їх у такій формі, щоб помилка на виході по відношенню до входу була мінімальною.
Для досягнення необхідної чистоти мови при передачі сигналу по радіоканалу зі швидкістю 7,2 кбіт / с використовуються методи прямої корекції помилок (Forward Error Correction, FEC) і циклічного надлишкового кодування (Cyclic Redundancy Code, CRC).
Серед безлічі існуючих типів транкінгових мереж найбільш перспективною є цифрова система стандарту TETRA.
Бібліографія
Модуляційний потік подається на модулятор через спеціальний фільтр з імпульсною характеристикою "піднятий косинус" (raised cosine) для мінімізації міжсимвольні спотворень.
|
SHAPE \ * MERGEFORMAT
1 2 3 4 5 |
1 гіперкадр = 60 мультікадрам (61.2 с) |
60 |
1 2 3 4 5 |
17 18 |
1 2 3 4 |
1 мультікадр = 18 кадрів TDMA (1.02 с) |
Керуючий кадр у мультікадре |
1 кадр TDMA = 4 тимчасовим інтервалам (56.67 мс) |
1 2 3 4 |
509 510 |
1 часовий інтервал = 510 модулюючим бітам (14.67 мс) |
36 біт 216 біт 36 біт 216 біт 6 біт |
PA SYNCH GP |
1 мс 6 мс 1 мс 6 мс 0.167 мс |
Малюнок 3.1 - Структура кадру в системах TETRA
3.2 Вибір модуляції
Зміна фази може мати і більше двох значень, наприклад чотири (0, 90, 180 і 270 °). У цьому випадку говорять про так звану квадратурної фазової модуляції (Quadrature Phase Shift Key, QPSK) [3].
Радіоканал стандарту TETRA використовує відносну фазову модуляцію типу П/4-DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). При цьому кожному символу модуляції відповідає передача двох біт інформації. Це знижує швидкість передачі інформаційного цифрового потоку з 36 кбіт / с до 18 Кбіт / с. Модулюючий послідовність біт розбивається на пари (дебіти), комбінація якої визначає відносний зсув (+ ¶ / 4, - ¶ / 4, + 3 ¶ / 4, - 3 ¶ / 4), тобто за один такт передається два біти. Це дозволяє в два рази знизити швидкість модуляції (18 Кбод), використовуючи смугу радіоканалу тільки 25 кГц.
Модуляційний потік подається на модулятор через спеціальний фільтр з імпульсною характеристикою "піднятий косинус" (raised cosine) для мінімізації міжсимвольні спотворень.
|
Таблиця 3.1 - Відповідності між вхідними дебітами і фазами модульованого сигналу
| Фаза сигналу | di | dq | Вхідний дібіт |
| 0 ° | +1 | +1 | 00 |
| 90 ° | +1 | -1 | 01 |
| 180 ° | -1 | -1 | 11 |
| 270 ° | -1 | +1 | 10 |
| Рисунок 3.2 - квадратурної фазової модуляції QPSK |
|
У стандарті TETRA використовується відносна (диференційна) фазова маніпуляцію із зсувом кратним ¶ / 4 (¶ / 4 DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying). При цьому обвідна несучої має змінне значення, що накладає підвищені вимоги до забезпечення лінійності передавального тракту для досягнення необхідних рівнів придушення в сусідньому каналі. Цей факт визначає невисоку (в порівнянні з радіотерміналами FDMA) вихідну потужність і ккд вихідного каскаду абонентських терміналів стандарту TETRA.
3.3 Кодування / декодування мовного сигналу
Спілкування абонентів часто проходить в умовах високого рівня навколишнього шуму. На відміну від користувачів стільникового зв'язку, які зазвичай можуть вибирати підходяще місце для ведення переговорів, абоненти транкінгових систем з різних служб безпеки не мають у своєму розпорядженні такою можливістю: їм нерідко доводиться працювати на тлі завивання сирен, пострілів, переговорів по гучному зв'язку і т.п. При створенні обладнання TETRA ця особливість була врахована. Воно забезпечує необхідні в подібній обстановці велику потужність вихідного аудіосигналу, його малої спотворення і чіткість мови. Хороша якість переданої мови зумовлено використанням кодека TETRA.
Застосовуваний у стандарті TETRA алгоритм кодування / декодування базується на методі лінійного передбачення з багатоімпульсному кодовою збудженням (Code-Excited Linear Predictive, CELP), який доповнений спеціальними кодовими книгами алгебраїчної структури. Цей механізм кодування отримав назву Algebraic CELP (ACELP).
Кодек, що працює за алгоритмом ACELP, стискає сегмент мовного сигналу тривалістю 30 мс (16 вибірок * 8 кГц = 128 кбіт / с) у відповідності з набором правил кодової книги і формує набір закодованих мовних сигналів, які передаються зі швидкістю мовного кодека - 4,567 кбіт / с . Для досягнення необхідної чистоти мови при передачі сигналу по радіоканалу зі швидкістю 7,2 кбіт / с використовуються також методи прямої корекції помилок (Forward Error Correction, FEC) і циклічного надлишкового кодування (Cyclic Redundancy Code, CRC). На боці прийому декодер проводить аналогічні дії, але в зворотному порядку.
Перераховані властивості кодека забезпечуються такими його функціями:
· Оцінки важливості елементів мови (Speech Importance Factor, SIF);
· Встановлення комфортного рівня шуму (Comfort Noise Function, CNF);
· Запозичення кадрів (Frame Stealing Function, FSF).
SIF аналізує кожен мовної кадр, щоб визначити, наскільки погіршиться якість переданої мови в результаті його втрати. Відповідно до результатів аналізу цього кадру присвоюється необхідний рівень захисту (нульовий, тобто низький, середній або високий). Функція CNF генерує спеціальний кадр, який використовується для заміни неякісних кадрів мови або кадрів, що служать для передачі керуючих сигналів.
3.4 Шифрування та захист інформації
Стандарт ТЕТRА вирішує завдання забезпечення захисту інформації користувачів застосуванням механізмів:
· Аутентифікації абонентів;
· Шифрування переданої інформації;
·
|
Стандарт TETRA має широкі можливості по розмежуванню доступу до переданої інформації, чим забезпечується висока ступінь її захисту від несанкціонованого доступу. Шифрування активізується тільки після успішного проведення процедури аутентифікації і призначене для захисту мови та даних, а також даних сигналізації. На теперішньому етапі розвитку цього стандарту, він включає чотири алгоритму шифрування. Їх застосування забезпечує різні ступені захисту групам користувачів у відповідності з різними вимогами за рівнем безпеки. Шифрування мови реалізується у вигляді цифрової обробки низької потоку даних, що дозволяє застосовувати складні алгоритми з високою криптостійкість, що не погіршують якість відновленої мови. Такі алгоритми реалізують майже повний захист радіопереговорів від прослуховування. Цифрові потоки інформації не можна розшифровувати за допомогою простих аналогових сканерів, що захищає їх від втручання несанкціонованих користувачів. При необхідності можна вибирати необхідний рівень захисту, правда, при цьому, як це видно з таблиці 3.2, швидкість передачі може значно змінитися. Необхідно відзначити, що швидкість передачі даних у мережах TETRA вище, ніж в існуючих мережах GSM.
Таблиця 3.2 - Залежність швидкості передачі даних (кбіт / с) від ступеня захищеності каналу
| Рівень захисту | Число використовуваних тайм-слотів | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Без захисту | 7,2 | 14,4 | 21,6 | 28,8 |
| Низький | 4,8 | 9,6 | 14,4 | 19,2 |
| Високий | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 |
Потокове шифрування має певну перевагу перед іншими методами шифрування, яке полягає у відсутності розмноження помилок у каналі з перешкодами. Іншими словами, помилка прийому одного біта зашифрованого тексту дає також тільки один помилковий біт розшифрованого тексту і не призводить до виникнення кількох помилок.
4 Інтерфейси і передача даних стандарту TETRA
4.1 Інтерфейси TETRA
Для коректної взаємодії всіх елементів транкінгового мережі стандарту TETRA визначені дев'ять інтерфейсів:· Air Interface (AI) - радіоінтерфейс між базовою станцією та абонентської радіостанцією
· Direct Mode Operation (DMO) - інтерфейс прямого з'єднання між двома абонентськими радіостанціями
· Terminal Equipment Interface (TEI) - інтерфейс між абонентської радіостанцією і терміналом передачі даних
· Inter System Interface (ISI) - міжсистемних інтерфейс для об'єднання декількох TETRA систем (можливо, від різних фірм-виробників) в єдину мережу
· Line-connected Station Interface (LSI) - інтерфейс для підключення фіксованих абонентів до інфраструктури
· Network Management Centre Interface (NMCI) - інтерфейс центру управління системою
· Gateways to PABX, PSTN, ISDN, PDN - інтерфейс для підключення до зовнішніх мереж.
· Remote Line Connected Terminal Interface - інтерфейс зв'язку між віддаленим диспетчером і інфраструктурою (SwMI)
· Man - Mashine Interface (MMI) - інтерфейс людина - пристрій, що визначає стандартні функції взаємодії оператора з терміналами.
Абонентські радіостанції (MS - Mobile Station) здійснюють взаємодію з SwMI через стандартний радіоінтерфейс AI. У мережі TETRA підтримуються індивідуальні та групові виклики. Крім з'єднань між абонентськими радіостанціями, через SwMI, може забезпечуватися обмін з фіксованими абонентами (диспетчерами, абонентами ТФОП (телефонна мережа загального користування) і інших мереж). Дані абоненти підключаються до SwMI безпосередньо або через транзитну мережу.
Головною особливістю режиму прямого зв'язку (Direct Mode Operation - DMO) є невикористання інфраструктури SwMI для проведення зв'язку між абонентськими радіостанціями. Абонентські радіостанції, використовуючи протокол згідно ETS 300 396-3, здійснюють двосторонню радіозв'язок на спеціально виділених і запрограмованих для режиму DMO частотах. Причому також можливий керований режим прямого зв'язку MDMO, при якому доступ до каналу визначається авторизованим терміналом DMO.
Збільшення дальності зв'язку досягається за рахунок використання ретрансляторів сигналів як для транкінгових - TMO REP, так і для режиму прямого зв'язку DMO - DM REP.
Взаємодія абонентської станції в режимі DMO з мережею TMO може підтримуватися через спеціальні шлюзи (DMO GATE) або ретранслятор / шлюз DMO - DM REP / GATE (рисунок 4.1). [3]
Малюнок 4.1 - Взаємодія абонентської станції в режимі DMO з мережею TMO
Абонентська радіостанція може також працювати в режимі "подвійного спостереження" (DW-MS): у режимі TMO і, одночасно, в режимі DMO.
Базова станція (BS) є елементом інфраструктури SwMI і забезпечує підтримку одного або більше радіоканалів, використовуваних абонентськими радіостанціями в межах однієї зони обслуговування.
4.2 Засоби на базі технології передачі даних стандарту
TETRA
Основним чинником, що визначає зростаючу потребу у використанні бездротової передачі даних, є бажання користувачів підвищити ефективність своєї діяльності за рахунок збільшення швидкості і точності переданої інформації. Інший важливий фактор, що сприяє застосуванню бездротової передачі даних - бажання підвищити ефективність використання спектру та / або збільшити ємність мереж.
Враховуючи вищесказане, при визначенні функцій, які повинні підтримуватися системами стандарту ТЕТRА, були закладені наступні сервіси для передачі даних:
· Статусні повідомлення (Status Messaging);
· Служба коротких повідомлень (Short Data Service - SDS);
· Передача даних з комутацією каналів (Circuit Mode Data);
· Пакетна передача даних (Packet Data Service).
Крім сервісів передачі даних, стандарт ТЕТРА визначає інтерфейс периферійних пристроїв (PEI), який дозволяє зовнішнім пристроям і програмам використовувати можливості абонентських терміналів ТЕТRА з передачі даних. Наявність стандартного інтерфейсу PEI, а також зростаючий ринок систем ТЕТRА викликав значну зацікавленість ряду компаній до розробки додатків, що використовують передачу даних у мережах ТЕТRА.
Ці програми використовуються в наступних областях:
· Управління парком автомобілів;
· Системи контролю місця розташування рухливих об'єктів (автомобілів, людей);
· Електронна пошта;
· Формування текстових звітів;
· Передача текстових повідомлень;
· Передача зображень;
· Біометричні системи (контроль відбитків пальців);
· Системи телеметрії і телекерування рухомими об'єктами;
· Системи роботи з централізованими базами даних.
Статусні повідомлення
Статусні повідомлення є найбільш старою формою неголосових комунікацій. Статусні повідомлення призначені для заміни часто повторюваних голосових повідомлень, які використовуються користувачами таких систем для інформування диспетчера про свій поточний статус. Для передачі статусних повідомлень використовуються цифрові коди, у свою чергу абонентські термінали та диспетчерські робочі станції містять таблиці відповідності переданих цифрових кодів стандартним текстовим повідомленням.
|
Сервіс коротких повідомлень
Сервіс коротких повідомлень дозволяє абонентам мережі здійснювати доступ до інформації, а також зв'язуватися між собою та обмінюватися повідомленнями. Типовими додатками, що використовують сервіс коротких повідомлень, є:· Передача текстових повідомлень;
· Системи контролю місця розташування рухомих об'єктів;
· Автоматизовані диспетчерські системи;
· Запити до централізованих баз даних;
· Системи телеметрії і телекерування.
Стандартом TETRA передбачено кілька типів коротких повідомлень:
· Type 1 - 1 байт;
· Type 2 - 2 байти;
· Type 3 - 3 байти;
· Type 4 - 140 байт.
Незважаючи на те, що величина коротких повідомлень обмежена 140 байтами, сервіс коротких повідомлень є найбільш широко використовуваним способом передачі даних у системах стандарту TETRA. На базі сервісу коротких повідомлень розроблено велику кількість додатків для організації автоматизованих диспетчерських служб, систем контролю за місцем розташування рухомих об'єктів і систем телеметрії і телекерування.
Сервіси передачі великих обсягів даних
Поряд із завданням передачі відносно невеликих обсягів даних, яка може бути вирішена за допомогою сервісу коротких повідомлень, часто виникає необхідність передачі великих обсягів даних, наприклад, для організації мобільного офісу, передачі зображень і для роботи з централізованими базами даних. Для цього в стандарті ТЕТРА передбачені дві можливості: передача даних з комутацією каналів і пакетна передача даних.Передача даних з комутацією каналів (Circuit Mode Data).
При передачі даних з комутацією каналів встановлюється з'єднання між абонентами мережі, аналогічне dial-up з'єднанню між модемами в телефонній мережі. Залежно від рівня захисту від помилок, забезпечуваного інфраструктурою мережі, в одному тайм-слоті можлива організація каналу передачі даних з пропускною здатністю 2.4, 4.8 або 7.2 кбіт / с.
Переваги передачі даних з комутацією каналів:
· Можливість вибору швидкості передачі залежно від необхідного рівня захисту від помилок;
· Потенційно більш висока швидкість, ніж при пакетної передачі даних.
Недоліки передачі даних з комутацією каналів:
· Кожне з'єднання займає 1 тайм-слот;
·
|
· Додатки, що використовують даний режим передачі даних, повинні забезпечувати відновлення втрачених / пошкоджених повідомлень (мережевий рівень моделі OSI);
· Відсутня процедура тестування на сумісність (Interoperability testing);
· Обмежена підтримка з боку виробників інфраструктури, обмежений вибір абонентського обладнання, як наслідок, відсутність процедури тестування на сумісність.
Пакетна передача даних (Packet Data Service)
Сервіс PDS (TETRA PDO) передбачає можливість передачі даних в мережах ТЕТРА з використанням протоколу IP. При цьому кожному абонентському терміналу в мережі присвоюється IP адреса, що дозволяє організувати обмін даними між ними, а також із зовнішніми вузлами через відповідний шлюз.
Сервіс пакетної передачі даних має ряд переваг в порівнянні з режимом комутації каналів:
· Канал займається тільки в момент передачі даних;
· Більш ефективно використовується пропускна здатність системи у випадку нерівномірного трафіку;
· Для організації мережного рівня з'єднання і корекції помилок використовуються вбудовані механізми протоколу IP;
· Існує процедура тестування на сумісність;
· Підтримка з боку виробників інфраструктури та абонентського обладнання.
Основною перевагою сервісу пакетної передачі даних є можливість використання великої кількості стандартного програмного забезпечення, розробленого для IP мереж (електронна пошта, доступ до баз даних і т. п.)
Сервіс пакетної передачі даних може використовувати або виділені, або поєднані канали. У першому випадку один або кілька тайм-слотів в базовій станції виділяються виключно для передачі даних. Даний режим забезпечує гарантоване виділення ресурсів для здійснення передачі даних.
У разі використання суміщених каналів виділення їх для передачі даних здійснюється аналогічно виділенню каналів для голосового зв'язку. В одному тайм-слоті можуть по черзі передаватися голос і дані, голосовий зв'язок є пріоритетною. Крім виділених і суміщених каналів, сервіс пакетної передачі може використовувати розділяються і неподільні канали.У разі використання неподільні каналу, один тайм-слот може обслуговувати один сеанс зв'язку. При використанні поділюваних каналів тайм-слот використовується декількома абонентами, пропускна здатність каналу розподіляється між абонентами.
5. Висновок
Основний напрямок даної роботи є опис системи цифрового стандарту TETRA. У процесі роботи були розглянуті основні її технічні характеристики: робочий діапазон частот, в якому працює дана система; вибір використовуваного способу модуляції, а також детально розглянуто радіоінтерфейс TETRA і його структура. У стандарті TETRA використовується відносна (диференційна) фазова маніпуляцію із зсувом кратним ¶ / 4 (¶ / 4 DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying).Описано процес шифрування і захисту інформації. Потокове шифрування має певну перевагу перед іншими методами шифрування, яке полягає у відсутності розмноження помилок у каналі з перешкодами.
Засоби на базі технології передачі даних можуть бути відносно невеликих обсягів, які передаються за допомогою сервісу коротких повідомлень, часто виникає необхідність передачі великих обсягів даних. Для цього в стандарті ТЕТРА передбачені дві можливості: передача даних з комутацією каналів і пакетна передача даних.
Хороша якість переданої мови зумовлено використанням кодека TETRA. У стандарті TETRA є низкоскоростной кодер мови з алгоритмом CELP (Code Excited Linear Prediction), що відносяться до класу алгоритмів «аналізу і синтезу» промови. Принцип аналізу і синтезу полягає в перетворенні параметрів мови і в наданні їх у такій формі, щоб помилка на виході по відношенню до входу була мінімальною.
Для досягнення необхідної чистоти мови при передачі сигналу по радіоканалу зі швидкістю 7,2 кбіт / с використовуються методи прямої корекції помилок (Forward Error Correction, FEC) і циклічного надлишкового кодування (Cyclic Redundancy Code, CRC).
Серед безлічі існуючих типів транкінгових мереж найбільш перспективною є цифрова система стандарту TETRA.
Бібліографія