Проверил руководитель Носов В.И

Кафедра СРС

 

Курсовая работа

Описание транкинговой системы стандарта TETRA

 

 

Выполнил студент Валяева О.М.

Факультет РРТ Группа Р-11

Проверил руководитель Носов В.И

 

Новосибирск

Г.

Содержание

 

1.Введение

2 Краткая характеристика стандарта

2.1 Сравнительная характеристика стандартов TETRA и GSM

3 Основные характеристики протокола

3.1 Структура радиоинтерфейса

3.2 Выбор модуляции

3.3 Кодирование/декодирование речевого сигнала

3.4 Шифрование и защита информации

4 Интерфейсы и передача данных стандарта TETRA

4.1 Интерфейсы TETRA

4.2 Приложения на базе технологии передачи данных

5 Заключение

Библиография

Введение

 

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

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

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

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

В данной курсовой работе будет раскрыт основной принцип работы системы:

-частоты, с которыми работает стандарт;

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

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

Структура радиоинтерфейса

 

5

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

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

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

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

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

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

Для обнаружения ошибок при передаче в канале радиосвязи, их исправления в канальном кодировании применяются технологии Forward Error Correction (FEC) и Cyclic Redundancy Check (CRC) в виде четырех процедур: блочного кодирования (block-encoding), сверточного кодирования (convolutional encoding), перемежения (interleaving) и шифрования (scrambling), после чего формируются информационные каналы. Скорость выходного потока равна 36 кбит/с.

Перечисленные свойства кодека обеспечиваются такими его функциями, как:

- оценка важности элементов речи SIF(Speech Importance Factor);

- установление комфортного уровня шума CNF (Comfort Noise Function);

- заимствование кадров FSF (Frame Stealing Function).

Функция SIF анализирует каждый речевой кадр, чтобы определить, насколько ухудшается качество передаваемой речи. В соответствии с результатами анализа этому кадру присваивается необходимый уровень защиты (низкий, средний или высокий). Функция CNF генерирует специальный кадр, который используется для замены недоброкачественных кадров речи.

На приемной стороне декодер производит аналогичные действия, но в обратном порядке.

Модуляционный поток подается на модулятор через специальный фильтр с импульсной характеристикой "приподнятый косинус" (raised cosine) для минимизации межсимвольных искажений.

	6

 

Рисунок 3.1 – Структура кадра в системах TETRA

 

3.2 Выбор модуляции

Изменение фазы может иметь и более двух значений, например четыре (0, 90, 180 и 270°). В этом случае говорят о так называемой квадратурной фазовой модуляции (Quadrature Phase Shift Key, QPSK) [3].

Радиоканал стандарта TETRA использует относительную фазовую модуляцию типа П/4-DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). При этом каждому символу модуляции соответствует передача двух бит информации. Это снижает скорость передачи информационного цифрового потока с 36 кбит/с до 18 кбит/с. Модулирующая последовательность бит разбивается на пары (дебиты), комбинация которой определяет относительный сдвиг (+ ¶/4, - ¶/4, + 3¶/4, - 3¶/4), то есть за один такт передается два бита. Это позволяет в два раза снизить скорость модуляции (18 кбод), используя полосу радиоканала только 25 кГц.     

Модуляционный поток подается на модулятор через специальный фильтр с импульсной характеристикой "приподнятый косинус" (raised cosine) для минимизации межсимвольных искажений.

	7

Таблица 3.1 - Соответствия между входными дебитами и фазами модулированного сигнала

Фаза сигнала	di	dq	Входной дибит
0°	+1	+1	00
90°	+1	-1	01
180°	-1	-1	11
270°	-1	+1	10

 

Рисунок 3.2 - Квадратурная фазовая модуляция QPSK

 

Один из недостатков связан с тем, что в случае квадратурной фазовой модуляции при одновременной смене символов в обоих каналах модулятора (с +1, -1 на -1, +1 или с +1, +1 на -1, -1) в сигнале QPSK происходит скачок фазы на 180°. Такие скачки фазы, имеющие место и при обыкновенной двухфазной модуляции, вызывают паразитную амплитудную модуляцию огибающей сигнала. В результате этого при прохождении сигнала через узкополосный фильтр возникают провалы огибающей до нуля. Такие изменения сигнала нежелательны, поскольку приводят к увеличению энергии боковых полос и помех в канале связи.

8

Для того чтобы избежать этого нежелательного явления, прибегают к так называемой квадратурной фазовой модуляции со сдвигом. При таком типе модуляции формирование сигнала в квадратурной схеме происходит так же, как и в модуляторе QPSK, за исключением того, что кодирующие биты в Q-канале имеют временную задержку на длительность одного элемента Т. Изменение фазы, при таком смещении кодирующих потоков, определяется лишь одним элементом последовательности, а не двумя. В результате скачки фазы на 180° отсутствуют, поскольку каждый элемент последовательности, поступающий на вход модулятора синфазного или квадратурного канала, может вызвать изменение фазы на 0, 90 или 270° (-90°).

В стандарте TETRA используется относительная (дифференциальная) фазовая манипуляцию со сдвигом кратным ¶/4 (¶/4 DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying). При этом огибающая несущей имеет переменное значение, что накладывает повышенные требования к обеспечению линейности передающего тракта для достижения требуемых уровней подавления в соседнем канале. Этот факт определяет невысокую (по сравнению с радиотерминалами FDMA) выходную мощность и кпд выходного каскада абонентских терминалов стандарта TETRA.

 

Интерфейсы TETRA

 

Для корректного взаимодействия всех элементов транкинговой сети стандарта TETRA определены девять интерфейсов:

· Air Interface (AI) - радиоинтерфейс между базовой станцией и абонентской радиостанцией

· Direct Mode Operation (DMO) - интерфейс прямого соединения между двумя абонентскими радиостанциями

· Terminal Equipment Interface (TEI) - интерфейс между абонентской радиостанцией и терминалом передачи данных

· Inter System Interface (ISI) - межсистемный интерфейс для объединения нескольких TETRA систем (возможно, от разных фирм-изготовителей) в единую сеть

· Line-connected Station Interface (LSI) - интерфейс для подключения фиксированных абонентов к инфраструктуре

· Network Management Centre Interface (NMCI) - интерфейс центра управления системой

· Gateways to PABX, PSTN, ISDN, PDN - интерфейс для подключения к внешним сетям.

· Remote Line Connected Terminal Interface - интерфейс связи между удаленным диспетчером и инфраструктурой (SwMI)

· Man - Mashine Interface (MMI) - интерфейс человек - устройство, определяющий стандартные функции взаимодействия оператора с терминалами.

Абонентские радиостанции (MS – Mobile Station) осуществляют взаимодействие с SwMI через стандартный радиоинтерфейс AI. В сети TETRA поддерживаются индивидуальные и групповые вызовы. Помимо соединений между абонентскими радиостанциями, через SwMI, может обеспечиваться обмен с фиксированными абонентами (диспетчерами, абонентами ТФОП (телефонная сеть общего пользования) и других сетей). Данные абоненты подключаются к SwMI непосредственно или через транзитную сеть.

Главной особенностью режима прямой связи (Direct Mode Operation – DMO) является неиспользование инфраструктуры SwMI для проведения связи между абонентскими радиостанциями. Абонентские радиостанции, используя протокол согласно ETS 300 396-3, осуществляют двухстороннюю радиосвязь на специально выделенных и запрограммированных для режима DMO частотах. Причем также возможен управляемый режим прямой связи MDMO, при котором доступ к каналу определяется авторизованным терминалом DMO.

Увеличение дальности связи достигается за счёт использования ретрансляторов сигналов как для транкинговых - TMO REP, так и для режима прямой связи DMO - DM REP.

Взаимодействие абонентской станции в режиме DMO с сетью TMO может поддерживаться через специальные шлюзы (DMO GATE) или ретранслятор/шлюз DMO - DM REP/GATE(рисунок 4.1).[3]

 

Рисунок 4.1 – Взаимодействие абонентской станции в режиме DMO с сетью TMO

 

Абонентская радиостанция может также работать в режиме "двойного наблюдения" (DW-MS): в режиме TMO и, одновременно, в режиме DMO.

Базовая станция (BS) является элементом инфраструктуры SwMI и обеспечивает поддержку одного или более радиоканалов, используемых абонентскими радиостанциями в пределах одной зоны обслуживания.

 

TETRA

 

Основным фактором, определяющим возрастающую потребность в использовании беспроводной передачи данных, является желание пользователей повысить эффективность своей деятельности за счет увеличения скорости и точности передаваемой информации. Другой важный фактор, способствующий применению беспроводной передачи данных - желание повысить эффективности использования спектра и/или увеличить емкость сетей.

Учитывая вышесказанное, при определении функций, которые должны поддерживаться системами стандарта ТЕТRА, были заложены следующие сервисы для передачи данных:

· статусные сообщения (Status Messaging);

· служба коротких сообщений (Short Data Service – SDS);

· передача данных с коммутацией каналов (Circuit Mode Data);

· пакетная передача данных (Packet Data Service).

Помимо сервисов передачи данных, стандарт ТЕТРА определяет интерфейс периферийных устройств (PEI), который позволяет внешним устройствам и программам использовать возможности абонентских терминалов ТЕТRА по передаче данных. Наличие стандартного интерфейса PEI, а также растущий рынок систем ТЕТRА вызвал существенный интерес ряда компаний к разработке приложений, использующих передачу данных в сетях ТЕТRА.

Эти приложения используются в следующих областях:

· управление парком автомобилей;

· системы контроля местоположения подвижных объектов (автомобилей, людей);

· электронная почта;

· формирование текстовых отчетов;

· передача текстовых сообщений;

· передача изображений;

· биометрические системы (контроль отпечатков пальцев);

· системы телеметрии и телеуправления подвижными объектами;

· системы работы с централизованными базами данных.

Статусные сообщения

Статусные сообщения являются наиболее старой формой неголосовых коммуникаций. Статусные сообщения предназначены для замены часто повторяющихся голосовых сообщений, используемых пользователями таких систем для информирования диспетчера о своем текущем статусе. Для передачи статусных сообщений используются цифровые коды, в свою очередь абонентские терминалы и диспетчерские рабочие станции содержат таблицы соответствия передаваемых цифровых кодов стандартным текстовым сообщениям.

12

Использование статусных сообщений в сочетании с идентификацией передающего абонента и фиксацией времени передачи сообщения позволяет организовать эффективные автоматизированные системы управления парком абонентов, а также повысить нагрузочную способность системы.

Сервис коротких сообщений

Сервис коротких сообщений позволяет абонентам сети осуществлять доступ к информации, а также связываться между собой и обмениваться сообщениями. Типичными приложениями, использующими сервис коротких сообщений, являются:

· передача текстовых сообщений;

· системы контроля местоположения подвижных объектов;

· автоматизированные диспетчерские системы;

· запросы к централизованным базам данных;

· системы телеметрии и телеуправления.

Стандартом TETRA предусмотрено несколько типов коротких сообщений:

· Type 1 – 1 байт;

· Type 2 – 2 байта;

· Type 3 – 3 байта;

· Type 4 – 140 байт.

Несмотря на то, что величина коротких сообщений ограничена 140 байтами, сервис коротких сообщений является наиболее широко используемым способом передачи данных в системах стандарта TETRA. На базе сервиса коротких сообщений разработано большое количество приложений для организации автоматизированных диспетчерских служб, систем контроля за местоположением подвижных объектов и систем телеметрии и телеуправления.

Сервис пакетной передачи данных может использовать либо выделенные, либо совмещенные каналы. В первом случае один или несколько тайм-слотов в базовой станции выделяются исключительно для передачи данных. Данный режим обеспечивает гарантированное выделение ресурсов для осуществления передачи данных.

В случае использования совмещенных каналов выделение их для передачи данных осуществляется аналогично выделению каналов для голосовой связи. В одном тайм-слоте могут поочередно передаваться голос и данные, голосовая связь является приоритетной. Помимо выделенных и совмещенных каналов, сервис пакетной передачи может использовать разделяемые и неразделяемые каналы.

В случае использования неразделяемого канала, один тайм-слот может обслуживать один сеанс связи. При использовании разделяемых каналов тайм-слот используется несколькими абонентами, пропускная способность канала распределяется между абонентами.

Заключение

 

Основное направление данной работы является описание системы цифрового стандарта TETRA. В процессе работы были рассмотрены основные ее технические характеристики: рабочий диапазон частот, в котором работает данная система; выбор используемого способа модуляции, а также подробно рассмотрен радиоинтерфейс TETRA и его структура. В стандарте TETRA используется относительная (дифференциальная) фазовая манипуляцию со сдвигом кратным ¶/4 (¶/4 DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying).

Описан процесс шифрования и защиты информации. Поточное шифрование имеет определенное преимущество перед другими методами шифрования, которое заключается в отсутствии размножения ошибок в канале с помехами.

Приложения на базе технологии передачи данных могут быть относительно небольших объемов, которые передаются с помощью сервиса коротких сообщений, часто возникает необходимость передачи больших объемов данных. Для этого в стандарте ТЕТРА предусмотрены две возможности: передача данных с коммутацией каналов и пакетная передача данных.

Хорошее качество передаваемой речи обусловлено использованием кодека TETRA. В стандарте TETRA имеется низкоскоростной кодер речи с алгоритмом CELP(Code Excited Linear Prediction), относящихся к классу алгоритмов «анализа и синтеза» речи. Принцип анализа и синтеза состоит в преобразовании параметров речи и в предоставлении их в такой форме, чтобы ошибка на выходе по отношению к входу была минимальной.

Для достижения необходимой чистоты речи при передаче сигнала по радиоканалу со скоростью 7,2 кбит/с используются методы прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction, FEC) и циклического избыточного кодирования (Cyclic Redundancy Code, CRC).

Среди множества существующих типов транкинговых сетей наиболее перспективной является цифровая система стандарта TETRA.

Библиография

 

Кафедра СРС

 

Курсовая работа

Описание транкинговой системы стандарта TETRA

 

 

Выполнил студент Валяева О.М.

Факультет РРТ Группа Р-11

Проверил руководитель Носов В.И

 

Новосибирск

Г.

Содержание

 

1.Введение

2 Краткая характеристика стандарта

2.1 Сравнительная характеристика стандартов TETRA и GSM

3 Основные характеристики протокола

3.1 Структура радиоинтерфейса

3.2 Выбор модуляции

3.3 Кодирование/декодирование речевого сигнала

3.4 Шифрование и защита информации

4 Интерфейсы и передача данных стандарта TETRA

4.1 Интерфейсы TETRA

4.2 Приложения на базе технологии передачи данных

5 Заключение

Библиография

Введение

 

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

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

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

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

В данной курсовой работе будет раскрыт основной принцип работы системы:

-частоты, с которыми работает стандарт;

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

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