Описание радиоинтерфейса в стандарте ТЕТRА

Цель практического занятия

Изучить системную модель стандарта TETRA

Задание

1. Изучить радиоинтерфейс стандарта TETRA

2. Изучить временную структуру сигнала

3. Изучить организацию логичеких каналов

4. Идентификация и адресация в рамках стандарта TETRA

5. Изучить организацию доступа к каналам связи и аутентификацию

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К ЗАНЯТИЮ

 Системная модель стандарта TETRA

Описание радиоинтерфейса в стандарте ТЕТRА

Модель стандарта TETRA построена на основе общей модели открытых сетей связи OSI-7.

 Всю совокупность протоколов взаимодействия в системе по характеру обработки сигнала разделяют на 3 уровня:

1-й уровень – физический;

2-й уровень – канальный;

3-й уровень – сетевой.

Первый уровень реализует функции, связанные с радиоканалом; с обработкой битов и символов и организацией пакетов. Физический уровень является нижним уровнем системного протокола и описывает интерфейс, который обслуживает физические пакеты, состоящие из битов и символов (дибитов), подлежащих передаче и приему.

При этом выполняются следующие функции:

• функции, связанные с радиоканалом;
• функции обработки битов и символов;
• функции организации пакетов.

Рисунок 1 – Системная модель стандарта ТЕТRА

Функции, связанные с радиоканалом, включают:

• модуляцию/демодуляцию;
• управление переключением режимов приема и передачи;
• управление радиочастотными параметрами:
• установка частоты канала;
• индикация уровня выходного радиосигнала;
• точную регулировку радиотехнических параметров:
• коррекция частоты (синхронизация опорной частоты мобильной станции с базовой станцией с помощью специальной корректирующей последовательности, размещенной в синхропакете);
• управление мощностью (управление уровнем мощности мобильной станции в соответствии с параметрами базовой станции, передаваемыми в вещательном канале, и измерениями уровня сигнала, выполняемыми на мобильной станции).

Функции обработки битов и символов осуществляют символьную (тактовую) синхронизацию и определяют границы (начало и конец) физического пакета. Для синхронизации в физические пакеты включаются специальные обучающие синхропоследовательности, которые обеспечивают точное определение принимаемых символов. Первоначальная синхронизация обеспечивается с помощью расширенной обучающей последовательности.

Функции организации пакетов включают:

• обмен данными с канальным уровнем (субуровнем MAC), т. е. при передаче - размещение информации 2-го уровня, а также специфической информации 1-го уровня в соответствующих местах физического пакета, при приеме - извлечение специфической информации 1-го уровня, восстановление информационных блоков и трансляция их на 2-й уровень;
• установку слотового флага кодирования/декодирования;
• шифрование/дешифрование.

В системе TETRA определены три типа физических каналов:

- физический канал управления. По этому каналу передаются исключительно управляющие сообщения. Один из физических каналов управления определен как основной канал управления, а остальные называются дополнительными каналами управления. Несущая, на которой передается основной канал управления, называется главной несущей. Канал всегда передается в первом временном интервале главной несущей;

- физический канал трафика. Предназначен для реализации логических каналов трафика;

- свободный физический канал. Предназначен для передачи вещательных или пустых сообщений.

Второй, канальный уровень (рис.1), выполняет логические соединения и разделяется на два подуровня:

– управление доступом к радиоканалу и ресурсам - среде (MAC);

– управление логическим звеном (LLC).

Субуровень MAC управляет доступом к радиоканалам и распределением радиоресурса. MAC реализует следующие группы функций:

• канальное кодирование;
• управление доступом к радиоканалам;
• администрирование радиоресурсов.

К канальному кодированию относятся следующие функции:

• перемежение/деперемежение, т. е. переупорядочивание битов в пределах одного или двух блоков с целью устранения групповых ошибок, возникающих в радиоканалах;
• сверточное кодирование со скоростью 2/3, используемое с целью защиты информации путем прямого исправления ошибок (FEC);
• циклическое кодирование (CRC) избыточным кодом, позволяющее обнаруживать определенное количество ошибок и принимать меры к их исправлению.

Управление доступом к радиоканалам включает следующие функции:

• синхронизацию кадров, т. е. отслеживание последовательности нумерации кадров в пределах мультикадра;
• управление процедурами случайного доступа;
• фрагментирование и сборка сообщений;
• мультиплексирование/демультиплексирование логических каналов для формирования всех составных частей пакета данных;
• формирование мультикадра, т. е. объединение кадров в мультикадр.

Администрирование радиоресурсов представляет собой группу функций, состав которой определяется персонально для каждой мобильной или базовой станции, и обеспечивает эффективное управление радиоресурсом в любой момент времени без обращения к сетевому уровню. Полный набор функций данной группы включает:

• измерение коэффициентов ошибок по битам (BER) и блокам (BLER);
• вычисление потерь на линии связи, мониторинг обслуживающей зоны, мониторинг и сканирование соседних зон;
• управление адресами персонального, группового и общего вызовов;
• выбор частоты и временного интервала;
• присвоение каналов связи;
• сохранение в буфере управляющей и речевой информации до окончания режима передачи.

Субуровень LLC управляет логическим звеном, т. е. организует логические каналы типа "точка-точка" между мобильной и базовой станциями. В LLC может быть реализовано обслуживание двух различных типов логических каналов:

• базового логического канала, не требующего этапа установления соединения;
• "предваряющего" логического канала, использующегося для улучшения условий обслуживания.

Субуровень LLC обеспечивает следующие основные функции:

• обмен данными с субуровнем MLE/BLE сетевого уровня;
• управление логическим каналом (базовым или предваряющим);
• планирование передачи данных;
• повторная передача;
• сегментация и восстановление (только в предваряющем канале);
• управление потоком (только в предваряющем канале);
• подтверждение приема данных (в обоих типах каналов);
• согласование присвоения логического канала (только предваряющего) с субуровнем MAC.

Все логические каналы можно разделить на две категории:

- каналы трафика, предназначенные для передачи двоичных последовательностей речевого сигнала или данных в режиме коммутации каналов;

- каналы управления, предназначенные для передачи сигнальных сообщений и пакетов информации.

Третий уровень – сетевой. Он предназначен для управления сетевыми процедурами и  подразделяется на два субуровня:

• MLE/BLE (Mobile/Base Link control Entity) - для управления связью между мобильной и базовой станциями;
• SNAF - для обеспечения доступа к субсети.

Субуровень MLE/BLE используется только в области управления C-plane и обеспечивает следующие функции:

• распознавание протокола;
• установление соединения в группе из базовой и мобильных станций;
• управление идентификацией;
• управление условиями предоставления услуг;
• прием и передача широковещательной информации.

Субуровень SNAF обеспечивает управление:

• мобильностью (MM - Mobile Management);
• режимом с коммутацией каналов (CMCE - Circuit Mode Control Entity);
• пакетами данных (Packet Data).

Режим управления мобильностью обеспечивает процедуры, связанные с перемещением мобильных станций: выбор сети, выбор зоны, регистрацию, аутентификацию, закрепление пользователя.

Комплекс задач управления режимом с коммутацией пакетов поддерживает три группы услуг:

• передачу коротких сообщений;
• управление вызовами;
• дополнительные услуги.

Режим управления пакетами данных поддерживает услугу передачи пакетов в соответствии с протоколами двух видов:

• сетевым протоколом, ориентированным на установление соединения (CONP);
• специальным сетевым протоколом без установления соединения (S-CLNP).

   На рис. 2 представлена структура радиоинтерфейса стандарта TETRA в режиме TMO (транкинговой радиосвязи).

   В стандарте TETRA используется частотно-временное представление физических каналов. По частоте выделенный диапазон частот разделен на полосы шириной 25кГц, а в каждом частотном канале включены 4 временных интервала, представляющие собой физические каналы связи. Отсюда следует вывод, что эффективность использования радиочастотного спектра в 4 раза увеличивается.

  Необходимый минимальный дуплексный разнос радиоканалов - 10 МГц.

   Рисунок 2 - Структура радиоинтерфейса стандарта TETRA

    Стандарт TETRA реализует максимально возможную в системах подвижной радиосвязи частотную эффективность – 4 логических канала занимают 25 кГц. Для сравнения: в системах APCO/ASTRO25 на одном частотном канале шириной 12,5 кГц реализуется только один логический канал.

   Один из логических каналов базовой радиостанции TETRA является управляющим. Обычно это первый слот на первой несущей. Управляющая информация также передается в каждом 18 кадре на каждом логическом канале. При этом кадр общей длительностью 56,67 мс состоит из 4 временных интервалов (слотов).

   В режиме DMO по сравнению с рис. 2 картина радиоинтерфейса иная.

В отсутствие базовой станции синхронизация между физическими каналами отсутствует. Синхронизацию в логическом канале осуществляет терминал-мастер (терминал, у которого нажата клавиша PTT). А кроме этого абонентские терминалы не могут использовать все доступные слоты.

Рисунок 3 - Структура каналов стандарта TETRA при работе в режиме DMO

Первая фаза стандарта TETRA подразумевает использование в режиме DMO только одного логического канала из 4 доступных. При этом другие группы, закрепленные на этой же частоте, получат сообщение о занятости канала. Вторая фаза предполагает возможность осуществления одновременно 2 групповых вызовов в режиме DMO.