Terrestrial Trunked Radio

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
TETRA basisstation

TETRA is een afkorting die staat voor Terrestrial Trunked Radio. TETRA is een digitale standaard voor radiocommunicatie die vooral gebruikt wordt door professionele gebruikers zoals politie en veiligheidsdiensten, transportbedrijven, grote industriële complexen of het leger. TETRA is een officiële standaard opgesteld door het Europees Telecommunicatie en Standaardisatie Instituut (ETSI).

De ontstaansreden van de TETRA standaard ligt bij de specifieke eisen met betrekking tot de radiocommunicatie voor professionele gebruikers zoals Politie, Brandweer en Ambulance. Hun specifieke eisen kunnen niet of niet voldoende door andere digitale systemen (GSM, GSM-R, GSM-Pro, DECT, ... ) benut worden. Enkele van de specifieke eisen voor de professionele gebruiker zijn:

  1. Snelle opzettijd van de oproep. Bij TETRA is de tijd om een oproep op te zetten (= de tijd dat de infrastructuur nodig heeft om een oproep door te schakelen) kleiner dan 500 milliseconden. Bij andere technologieën duurt dit enkele seconden.
  2. Gebruiksvriendelijk opzetten van groepsoproepen,
  3. Het kunnen instellen van prioriteiten voor de oproepen,
  4. Het gebruik van dispatchers, dit zijn operatoren die de individuele en groepscommunicatie kunnen zenden/ontvangen en vanuit deze positie de coördinatie kan uitvoeren.
  5. Betrouwbaarheid, andere technologieën (voor het grote publiek) hebben tijdens noodsituaties de neiging om te blokkeren (verzadigen) wegens de massale oproepen op één plaats.
  6. Beveiliging tegen het ontcijferen en afluisteren van de communicatie wordt verkregen door authenticatie- en encryptieprocedures. Er bestaan verschillende beveiligingsniveaus.
  7. Geluidskwaliteit, een digitaal systeem heeft van nature een betere geluidskwaliteit. De TETRA-technologie is ook digitaal maar heeft als extra dat het coderingsalgoritme alle storende achtergrondgeluiden wegfiltert waardoor de spraak perfect hoorbaar is voor de ontvanger. Zelfs wanneer iemand spreekt nabij een helikopter, trein, autosnelweg, vliegtuig, ....

De Amerikaanse tegenhanger van TETRA is APCO-255 (hoewel APCO-25 meer een norm voor digitale communicatie is dan een technologie. Zo kent APCO25 standaard geen trunkin- mogelijkheden). Er bestaat ook Tetrapol doch deze technologie is gebaseerd op een gesloten standaard (hoewel te downloaden van internet). De rechten van Tetrapol zijn in handen van Cassidian (EADS).

Techniek[bewerken]

Beschrijving

TETRA gebruikt Time Division Multiple Access (TDMA) met vier gebruikerskanalen op een radio- draaggolf met 25 kHz tussenruimte tussen de dragers. Zowel point-to-point en point-to-multipoint overdracht kan worden toegepast. Ondanks de lage datasnelheid is digitale data-overdracht toch ook opgenomen in de standaard.

TETRA mobiele stations (MS) kunnen directe-mode gebruiken (DMO) of communiceren in  trunked-mode (TMO) middels schakelende infrastructuur (SwMI) van TETRA basisstations (TBS). Wanneer netwerkdekking niet beschikbaar is, is directie communicatiet hierdoor toch mogelijk. DMO kan ook gebruikt worden om TETRA terminals als relais te gebruiken; deze functionaliteit heet DMO gateway (van DMO naar TMO) of DMO repeater (van DMO naar DMO). In noodsituaties is het met deze functie mogelijk om in gebieden met een slechte dekking of onder de grond directe communicatie toch mogelijk te maken.

In aanvulling op de spraak en dispatch diensten, ondersteunt het TETRA-systeem ook verschillende soorten datacommunicatie. Statusberichten en korte datadiensten (SDS) worden overgebracht over hoofdbesturingskanaal van het systeem, terwijl pakketgeschakelde data en circuitgeschakelde datacommunicatie gebruik maakt specifiek toegewezen kanalen.

De TETRA data-codering bied bescherming tegen afluisteren tussen de terminals en het netwerk en andersom. Air-interface encryptie en end-to-end encryptie is beide beschikbaar.

De gebruikelijke werkwijze binnen een TETRA netwerk is het werken in een groep. Binnen deze groep zijn alle mensen ingedeeld waarmee de gebruiker regelmatig contact mee nodig heeft. vaak zit er ook een meldkamer/ dispatcher in deze groep. Het is ook mogelijk dat een terminal een een-op-een verbinding met een andere terminal opzet, maar zonder de normale beperking zoals bij directe verbindingen omdat de terminal nog steeds gebruik maakt van het netwerk. TETRA terminals kunnen ook als mobiele telefoons fungeren met een full-duplex verbinding met andere TETRA gebruiker.

Voor noodsituaties zijn veel terminals voorzien van noodknopen, welke de gebruiker in staat stelt snel een noodsignaal af te geven welke voorang heeft op al het lopende verbingdingsverkeer. Afhankelijk van de gebruikte terminal ziet hier ook plaatsbepaling bij en het uitluisteren van de microfooon door de meldkamer/ dispatcher.

Voordelen

De belangrijkste voordelen van TETRA boven andere technieken (zoals GSM ) zijn:

Door de veel lagere frequentie die gebruikt word heeft men een groter bereik, dat op zijn beurt een zeer hoge geografische dekking met een kleiner aantal zenders mogelijk maakt, en hiermee de kosten voor de infrastructuur lager maken..

Tijdens een gesprek worden de communicatie niet wordt onderbroken bij verplaatsing naar een andere netwerk-locatie. Dit is een unieke eigenschap die dPMR netwerken kenmerkt. Door diverse fall-back modes is er de mogelijkheid voor een basisstation de lokale gesprekken te verwerken. Zogenaamde 'mission critical' netwerken kunnen worden gebouwd met TETRA, waar alle aspecten fail-safe en multiple-redundant zijn.

Bij gebrek aan netwerkbereik kunnen mobiele / draagbare terminals via 'directe modus' (DMO) de zenders in een soort van portofoon modus blijven gebruiken.

Er is een gatewaymodus - waarbij een mobiel terminal met verbinding naar het netwerk kan fungeren als een relais voor andere nabijgelegen mobiele terminals die zich buiten het bereik van het netwerk bevinden.

TETRA voorziet ook in een point-to-point functie waarin de traditionele analoge hulpdienst radiosystemen niet in voorzag. Dit stelt gebruikers in staat om een ​​ one-to-one verbinding tussen twee terminals op te bouwen, zonder de tussenkomst van een meldkamer of dispatcher.

In tegenstelling tot de cellulaire technologieën, die één abonnee verbind met een andere abonnee (one-to-one), is TETRA gebouwd voor one-to-one, one-to-many en many-to-many. Deze operationele modi zijn direct relevant voor de openbare veiligheidsnetwerken en professionele gebruikers.

De beveiliging TETRA ondersteunt terminal registratie, authenticatie, air-interface-encryptie en end-to-end encryptie. TEA1, TEA2 TEA3 en TEA4

Snelle inzetbare (transporteerbare) netwerk oplossingen zijn beschikbaar voor de ramp, noodhulp en tijdelijke capaciteitsverhogingen.

Netwerkoplossingen zijn zowel mogelijk via de betrouwbare circuit-geschakelde netwerken (PTSN circuits) maar ook via IP over het internet middels software.

Nadere informatie is verkrijgbaar bij de TETRA Association (voorheen TETRA MoU) en de normen kunnen gratis worden gedownload bij de ETSI .

Nadelen

De belangrijkste nadelen zijn:

Er is een lineaire versterker nodig om aan de strenge RF specificaties te voldoen die het mogelijk maken om naast andere radiodiensten ongestoort te kunnen zenden.

De overdracht van gegevens is traag door moderne normen.

De data overdracht i maximaal 7,2 kbit / s per tijdslot, in het geval van point-to-point verbindingen, en 3,5 kbit / s per tijdslot in het geval van IP-inkapseling. Beide opties staan het gebruik van één tot vier tijdsloten toe. De verschillende implementaties bevatten een van de vorige verbindingsmogelijkheden, beide of geen en één tijdslot of meer. Deze datasnelheden zijn sneller dan de concurrerende technologieën DMR, dPMR, en P25 in staat zijn. Nieuwste versie van standaard ondersteunt 115.2 kbit / s in 25 kHz bandbreedte tot 691,2 kbit / s in 150 kHz bandbreedte. Om de beperkingen te trachten te elimineren hebben de verschillende softwareleveranciers een hybride oplossing bedacht waarbij TETRA wordt gebruikt voor kritische verbingdingen terwijl grote data synchronisatie en overdracht van foto's en video via 3G / LTE wordt gedaan.

Technische details

Radio aspecten

Voor de modulatie van TETRA word gebruikt gemaakt van: Quadrature phase-shift keying ofwel 4-PSK. De symboolsnelheid of baudrate bedraagt 18.000 symbolen per seconde waarbij elk symbool 2 bits heeft, hetgeen leidt tot 36.000 bit / s bruto. 

Door de vorm van phase-shift keying die wordt gebruikt om gegevens te verzenden gedurende data-burst, zou het redelijk te verwachten zijn dat het zendvermogen constant is. Dat is het echter niet. Dit komt omdat de zijbanden , die in wezen een herhaling zijn van de gegevens in modulatie van de hoofddrager's worden weg gefiltreerd met een scherp filter zodat onnodige bandbreedte niet wordt verbruikt. Dit resulteert in een amplitudemodulatie en is de reden waarom TETRA lineaire versterkers vereist. De resulterende ration tussen Piek en (RMS) hoofd vermogen is 3.65 dB. Indien niet-lineaire (of niet-lineair genoeg) versterkers worden gebruikt, zullen de zijbanden opnieuw verschijnen en interferentie veroorzaken op naburige kanalen. De gewoonlijk gebruikte technieken voor het bereiken van de vereiste lineariteit omvatten: Cartesian loops en adaptive predistortion.

In een normale situatie zenden en ontvangen de basisstations continu en onafhankelijk van elkaar alle verschillende mobiele terminals van alle verschillende dragerfrequenties; vandaar dat het TETRA systeem een ​​frequency-division duplex (FDD) systeem is. TETRA maakt ook gebruik van FDMA / TDMA zoals het GSM netwerk. De terminals zenden normaal enkel op 1 van de 4 tijdslot  en ontvangen op 1 van de 4 tijdslot  (in plaats van 1 van de 8 voor GSM).

Spraaksignalen in TETRA worden bemonsterd bij 8 KHz en vervolgens gecomprimeerd met een vocoder die gebruik maakt van algebraic code-excited linear prediction ofwel ACELP. Dit creëert een datastroom van 4.567 kbit / s. Deze datastroom word voor verzending voorzien codering met error-protection zodat deze zelfs op kanalen met veel verstoring nog juist gede-codeerd kunnen worden. De datasnelheid na de codering 7,2 kbit / s dit is de capaciteit van een enkel tijdslot bij gebruik van 17/18 frames.

Een enkel tijdslot bestaat uit 255 bruikbare symbolen,  de resterende tijd word benut met synchronisatiereeksen en in- / uitschakelen, etc. Een enkele frame opgedeeld in 4 tijdsloten en een multiframe (met een duur van 1,02 seconden) bestaat uit 18 frames. Hyperframes bestaan ook maar worden meestal gebruikt voor synchronisatie en de encryptie-algoritmen.

De downlink (bij voorbeeld, de uitgang van het basisstation) is gewoonlijk een continue transmissie bestaande uit hetzij specifieke communicatie met terminals, synchronisatie of andere algemene uitzendingen. Alle slots zijn meestal gevuld met een data burst zelfs als inactieve zijn (continue modus). Hoewel het systeem 18 frames per seconde gebruikt worden er slechts 17 gebruikt voor verkeerskanalen, de 18e is gereserveerd voor data-oproepen, Short Data Service boodschappen (SMS zoals in GSM) of synchroniseren. De frameconstructie van TETRA (17,65 frames per seconde), bestaat uit 18.000 symbolen per s; 255 symbolen per slot; 4 sloten per frame, en is de oorzaak van de waargenomen "amplitudemodulatie"  van 17 Hz en is vooral zichtbaar bij mobiele terminals die maar 1 van de 4 tijdsloten verzend. Ze gebruiken de overblijvende drie tijdsloten om van frequentie te wisselen voor het ontvangen van een data-burst vanuit het basisstation twee tijdsloten om dan terugkeren naar hun zendfrequentie ( TDMA ).

Radiofrequenties

TETRA frequenties in Zuid-Amerika

noodsystemen

Kanaal 1           380-383 Mhz en 390-393 Mhz

Kanaal 2           383-385 Mhz en 393-395 Mhz

Civiele systemen

Kanaal 1           410-420 Mhz en 420-430 Mhz

Kanaal 2           870-876 Mhz en 915-921 Mhz

Kanaal 3           450-460 Mhz en 460-470 Mhz

Kanaal 4           385-390 Mhz en 395-399,9 Mhz

TETRA-frequenties in andere landen

Frankrijk          Civiel / private                               410-430 Mhz

                          Hulpdiensten                                380-400 Mhz

België              Hulpdiensten / civiele                  380-385 Mhz en 390-395 Mhz

Duitsland        Hulpdiensten                                 380-385 Mhz en 390-395 Mhz en 406-410 Mhz voor DMO

Nederland      Civiel / private                                385-389,9 Mhz en 395-399,9 Mhz

                         Hulpdiensten                                  380-385 Mhz en 390-395 Mhz

Italië                Hulpdiensten / strijdkrachten       380-390 Mhz

                         Civiel / private                                462 Mhz

Noorwegen   Hulpdiensten                                  380-385 Mhz, 390-395 Mhz, 406,1-426 Mhz en 870-876 Mhz

Zuid-Afrika     -                                                         -

UK                   Airwave                                           390,0125-394,9875 Mhz en 380,0125-384,9875 Mhz

                        AirRadio                                          454 Mhz, 464 Mhz of 460 Mhz

Saoedi-Arabië                                                        350-370 Mhz, 380-395 Mhz, 385-399,99 Mhz, 410-430 Mhz,

                                                                                   450-470 Mhz en 870-921 Mhz

Air-interface encryptie

Ter beveiliging word de TETRA-air-interface worde deze gecodeerd met een van de TETRA Encryptie-algoritmes (TEA). De encryptie biedt beveiliging tegen afluisteren maar ook bescherming tegen ongewenste ontvangst van gebruikers buiten het netwerk.

Op dit moment zijn er 4 verschillende codecs die kunnen worden gebruikt. De TEA codecs moet niet worden verward met de block codecs; Tiny Encryptie-algoritme . De TEA codecs hebben zijn niet allemaal overal beschikbaar dit  te wijten aan exportbeperkingen en wettelijke gebruiksbeperkingen. Er zijn maar weinig details gepubliceerd met betrekking tot deze gepatenteerde codecs. Dhr Riess benoemde in het TETRA ontwerpdocumenten dat de codering moet worden uitgevoerd met een stroomcoder , vanwege de eigenschap van het niet voortduren van transmissiefouten. Dhr Parkinson bevestigt dit later wordt en legt uit dat TEA een stroomcoder is met een 80-bit sleutel. TEA1 en TEA4 bieden een basisniveau beveiliging, en zijn bedoeld voor commercieel gebruik. De Tea2 codec is beperkt tot Europese openbare veiligheidsdiensten. De TEA3 codec is voor situaties waar TEA2 gewenst is, maar niet beschikbaar. Verder informatie over de codering vind je op de website van de ETSI in de 'standaard' bladen van TETRA.

Cel selectie (hand-over)

Cell neighbours 01.svg

Deze eerste voorstelling laat zien waar de Slow Reselect Threshold (SRT), de Fast Reselect Threshold (FRT), en propagatie vertraging de parameters overschreiden en waar ze waarschijnlijk aanwezig zijn. Deze zijn weergegeven in samenhang met de afnemende radiodraaggolf naarmate de afstand toeneemt van het TETRA basisstation .

In deze weergave worden de SRT en FRT reactie punten geassocieerd met de afnemende signaalsterkte van de respectieve cel carries. De drempels zijn dermate ingedeeld zodat de overschakeling naar de volgende carrier op tijd gebeurd zodat men verzekerd is van continuiteit van communicatie van de aan de gang zijnde gesprekken. 

Initial cel selectie

Cell initial selection.JPG

Dit diagram laat de initial cel selection van een TETRA radio zien. De initiële celselectie wordt uitgevoerd met procedures welke zijn gelocaliseerd in het MLE en de MAC. Wanneer de celselectie gemaakt en eventuele registratie is uitgevoerd, zal het mobiele station (MS) worden gekoppeld aan de cel. De radio mag een keuze maken aan elke willekeurige geschikte cel die een positieve C1 waarde heeft; dat wil zeggen, het ontvangen signaal hoger is dan het minimale ontvangstniveau van de toegangsparameter.

De initiële celselectie moet zodanig zijn dat de MS een cel selecteert waarin hij een betrouwbare downlink kan decoderen (dat wil zeggen, aan een besturingskanaal / MCCH), en een die een betrouwbare uplink communicatie kan worden opgebouwd. De minimale voorwaarden waaraan zal moeten worden voldaan is dat C1 groter moet zijn als 0. De toegang tot het netwerk is afhankelijk van de succesvolle selectie van een cel.

Wanneer een MS word ingeschakeld maakt hij zijn initiële celselectie met één van de basisstations welke aangeeft dat deze de activering van het station heeft geregistreerd.

  • Raadpleeg EN 300 392 2 16.3.1 Activering en controle van de onderliggende MLE Dienst
  • Let op 18.5.12 Minimum RX toegangsniveau

Het minimale ontvangen toegangsniveau informatie-element dient het minimale ontvangen signaalniveau vereist op het SwMI in een cel aan te geven, ofwel het bedienende cel of een naburige cel volgens tabel 18.24.

Cel improvable

Cell improvable.JPG

Dit diagram laat zien waar een TETRA radio in het netwerk de status improvable krijgt.. De bedienende cel wordt improvable wanneer gebeurt het volgende: de C1 van de bedienende cel komt onder de parameter, in het radionetwerk celherselectie parameters; Slow Reselect Threshold gedurende 5 seconde en de C1 of C2 van een naburige cel overschrijdt de C1 van de bedienende cel met de in het radionetwerk parameter celherselectie parameters waarde Slow Reselect Hysterese gedurende 5 seconden. 

Cel bruikbaar

Cell usable.JPG

Dit diagram geeft weer wanneer een gedetecteerde TETRA cel bruikbaar wordt. Een naburige cel wordt bruikbaar wanneer de cel een downlink radioverbinding van voldoende kwaliteit heeft.

Aan de volgende voorwaarden moet worden voldaan om een naburige cel bruikbaar te maken: de naburige cel heeft  een Path-loss parameter C1 of C2 dat gedurende 5 seconden groter is dan de Fast Reselect Threshold en de Fast Reselect Threshold, en het serviceniveau van de naburige cel is hoger dan die van de bedienende cel. Geen succesvolle celherselectie zal hebben plaatsgevonden in de afgelopen 15 seconden, tenzij MM (Mobility Management) vraagt ​​om een ​​celomkoppeling. De MS-MLE zal de bediendende cel blijven controlleren op bruikbaarheid zolang er naburige cellen worden gescand of gevolgd.

In de volgende omstandigheden zal de MS de naburige cel waarderen tot een hogere service level dan de huidige dienende cel:

  • De abonnee klasse MS wordt ondersteund op de naburige cel maar niet op de bedienende cel.
  • De naburige cel is een prioriteit cel en de dienende cel niet.
  • De naburige cel ondersteunt een dienst (dat wil zeggen TETRA standaard spraak, pakketdata of codering) die niet wordt ondersteund door de bedienende cel en het MS dient deze dienst beschikbaar zijn.
  • De cel een serviceniveau aangeeft dat de naburige cel minder is belast dan de bedienende cel. 

Cel relinquishable (abandonable)

Cell relinquishable 01.JPG

Dit diagram geeft aan wanneer een TETRA radiocel de status relinquishable (abandonable) krijgt. De bedienende cel wordt relinquishable wanneer het volgende gebeurt: de C1 van de bedienende cel komt onder de parameter in het radionetwerk celherselectie Fast Reselect Threshold gedurende 5 seconden en de C1 of C2 van een naburige cel overschrijdt C1 van de dienende cel met de parameter in het radionetwerk celherselectie Fast Reselect Threshold Hysterese gedurende 5 seconden.

Geen succesvolle celherselectie zal hebben plaatsgevonden in de afgelopen 15 seconden, tenzij Mobility Management (MM) een cel herselectie verzoekt. De MS-MLE zal de bediendende cel blijven controlleren op bruikbaarheid zolang er naburige cellen worden gescand of gevolgd. 

Radio down-Link Failure

Wanneer de FRT drempel wordt overschreden, komt de MS in een situatie waarin het essentieel is om de cel te verlaten en het het verkrijgen van een minimaal bruikbare signaal te zoek bij een naburige cel; het mobiele station is zich ervan bewust dat het radiosignaal snel slecht word, en moet snel opnieuw een cel selecteren, voordat de communicatie worden beëindigd als gevolg van het falen van de radioverbinding. Wanneer het mobiele station geen radiosignaal met het minimale ontvangstniveau meer ontvangt, is de radio niet meer in staat om acceptabele communicatie voor de gebruiker te behouden en de radioverbinding zal verbroken worden.

Bij het falen van de radioverbinding is de C1 kleiner of gelijk aan 0. Als men kijkt naar de voorgestelde waarden zou men tot een niveau van -115 dBm een bruikbaar radiosignaal vanaf een cel moeten kunnen ontvangen. Hieronder worden de celherselectie procedures geactiveerd om een geschikt radiobasisstation vinden.

TETRA Enhanced Data Service (TEDS)

De TETRA Association, in samenwerking met de ETSI, ontwikkelde de TEDS standaard, een breedband-oplossing, die TETRA versterkt met een veel hogere capaciteit en doorgang voor gegevens. Naast die door TETRA worden gefaciliteerd TEDS gebruikt diverse adaptieve modulatie schema's en verschillende carrier groottes van 25 kHz tot 150 kHz. Initiële implementaties van TEDS zullen plaats vinden het bestaande TETRA radiospectrum, en waarschijnlijk zal gebruik gemaakt worden van een bandbreedte van 50 kHz dit zorgt voor een gelijke dekkings footprint voor spraak- en TEDS diensten. TEDS is geoptimaliseerd voor breedband datasnelheden, grote dekking en efficiëntie van het spectrum.

Bedrijven[bewerken]

In Nederland hebben de volgende bedrijven een TETRA-netwerk:

In België hebben de volgende bedrijven een TETRA-netwerk:

C2000 en A.S.T.R.I.D.[bewerken]

Het C2000-netwerk in Nederland is een nationaal radionetwerk dat werkt op basis van de TETRA-standaard en dat voor alle Nederlandse hulp- en veiligheidsdiensten wordt gebruikt. In België bestaat een gelijkaardig radiocommunicatienetwerk dat een nationale radiodekking voorziet voor alle Belgische hulp- en veiligheidsdiensten. Het Belgische systeem heeft als naam A.S.T.R.I.D., dat een afkorting is van All-round Semi-cellular Trunking Radio communication system with Integrated Dispatching. Het verschil tussen het Belgische en Nederlandse netwerk (buiten de leverancier van de radio-infrastructuur) is dat bij het A.S.T.R.I.D.-systeem een netwerk van digitale meldkamers geïntegreerd is in het TETRA-radionetwerk.

In de nacht van vrijdag 25 oktober 2005 op zaterdag 26 oktober 2005 is het Nederlandse C2000-communicatiesysteem voor de eerste maal gekoppeld aan het Belgische A.S.T.R.I.D.-communicatiesysteem tijdens een grensoverschrijdende controleactie door de Belgische en Nederlandse politiediensten.

De Finse tegenhanger van A.S.T.R.I.D. en C2000 is V.I.R.V.E. In Groot-Brittannië wordt het TETRA-netwerk uitgebaat door de commerciële operator O2 onder de naam O2 Airwave.

Externe links[bewerken]