Sistema radio in standard TETRA

Vediamo sommariamente e in modo semplice cos’è e come funziona lo standard per comunicazioni radio digitali TETRA

Terrestrial Trunked Radio (TETRA)

Si tratta di uno standard radio digitale definito dall’ETSI (European Telecommunications Standardisation Institute) destinato alle esigenze comunicative professionali dei maggiori utenti dei sistemi radiomobili.

Utenti di riferimento del sistema TETRA:

• Servizi Governativi : difesa, servizi di emergenza, polizia, vigili del fuoco, protezione civile...
• Trasporti: ferrovie, terminal aeroportuali e marittimi, trasporto locale….
• Altre utilità : settori dei servizi energetici, industria

Lo standard TETRA definisce:

• le Interfacce di comunicazione tra l’infrastruttura di sistema e gli apparati terminali
• I Servizi disponibili per gli utenti
• le prestazioni che il sistema deve fornire
• Interoperabilità, in virtù della quale terminali prodotti da diverse società manifatturiere possono lavorare utilizzando l’infrastruttura sviluppata da un altra società.

Per assicurare un mercato aperto a più produttori, TETRA specifica le caratteristiche delle interfacce di servizio di tutto il sistema:

• Air Interface (AIR IF) è la più importante interfaccia definita, che assicura inter-operabilità dei terminali mobili sull’ interfaccia aria.
• Peripheral Equipment Interface (PEI) permette la programmazione dei terminali e di fare trasmissioni dati.
• Direct Mode Operation (DMO) garantisce la comunicazione tra terminali in assenza di copertura di rete.
• Inter-System Interface (ISI) permette l’ interconnessione di differenti reti TETRA.

Non viene invece definita dallo standard la modalità di collegamento tra le varie interfacce radio che compongono il sistema di una stessa sottorete

TETRA si avvale di tecnologia totalmente digitale, ovvero in grado di convertire i segnali analogici in un flusso di dati, rendendo il sistema maggiormente efficiente.

 Uno dei vantaggi associato ai sistemi digitali è quello di consentire il passaggio dei dati tra più sistemi senza degradazione.

Trasmissioni simultanee di più utenti possono avvenire in condivisione del medesimo supporto. Questo avviene per mezzo della multiplazione.

Esistono diversi modi per effettuare la multiplazione dei segnali, TETRA utilizza la multiplazione TDMA (Time Division Modulation Access), in un canale di 25 kHz possono coesistere quattro comunicazioni simultanee

L’unità fondamentale della struttura TDMA è il Timeslot, costituito da 510 bits di modulazione (trasmessi con una bit rate 36Kbit/s).

Il tipo di modulazione utilizzato per ogni slot è la π/4 DQPSK, 2 bit per simbolo. Il bit rate on air risulta quindi di 36 Kbps. Ogni slot può raggiungere un bit rate massimo di 9 Kbps. I dati da trasmettere possono essere raggruppati tra i 4 slot permettendo così il raggiungimento di 36 Kbps di traffico

• Bit rate lorda di un canale fisico = 9Kbit/s
• 510 bits ogni 14,167ms (durata di un timeslot).
• Bit rate di traffico utile = 7,62Kbit/s
• 432 bits di informazione utente in ogni timeslot.
• Bit rate netta del canale logico TCH/S = 7,2Kbit/s
• Il data-rate è anche funzione del grado del livello di protezione del trasporto dati

 Il data rate utile del sistema Tetra prima generazione raggiunge i 28.8 kbit/s

La codifica produce blocchi di 432 bit per 60 ms di voce, che corrisponde ad un bit rate lordo di 7.2 kbit/s. Tenendo conto degli header della trasmissione, ogni canale di traffico richiede quindi una capacità di 8 kbit/s. Per questo motivo, fino a 8 canali di traffico possono essere multiplexati su un singolo timeslot a 64 kbit/s.

Una rete TETRA è organizzata secondo una struttura cellulare simile a quella del GSM che consente l’espletamento di alcuni servizi.

Per fornire tali servizi la RETE richiede due differenti tipologie di risorse:

Fisiche, le unità Hardware che costituiscono il sistema
Logiche, la configurazione della rete che è definita dalle location area, dalle celle e dai servizi configurati

Gli elementi fisici della RETE sono:

• Base Station (BS)
• Switching Control Node (SCN)
• Network Management System (NMS)
• Control Room Server (CRS)
• WAN Dispatcher (WDS)
• LAN Dispatcher (LDS)
• Gateway (GW)
   

Base Station (BS)

E’ l’elemento della rete che gestiste l’interfaccia in aria e che fornisce la copertura radio in una zona di territorio chiamata CELLA, dove i terminali possono usufruire del servizio:

• Il Site Controller Unit (SC) gestisce un set di Trasmettitori (TRX) che connessi all’ Antenna Distribution System (ADS) provvedono alla generazione a al mantenimento delle portanti.
• Ciascun Trasmettitore (TRX) gestisce una coppia di frequenze, una utilizzata per il downlink e l’altra per la tratta in uplink.
• La ricezione avviene sfruttando due percorsi separati in modo da sfruttare la tecnica della diversità spaziale.
• Una BS è in grado di gestire fino a otto canali, ciascuno composto da due portanti RF.
• Le frequenza di uplink e downlink di una portante sono spaziate fra di loro di 10 MHz, dove la frequenza di downlink è la più elevata.

La banda di frequenza assegnata in Italia per i servizi TETRA è 450-470 MHz, suddivisa in:

• 450-460 MHz downlink
• 460-470 MHz uplink

Lo standard TETRA definisce un insieme di canali logici e una mappatura fra canali logici e canali fisici. I canali logici di alto livello sono i canali di traffico (TCH) che trasportano le informazioni di utente (voce e dati) e i canali di controllo (CCH) che trasportano i messaggi di segnalazione. Una BS può supportare una o più portanti, una delle quali è denominata Portante Principale (Main Carrier, MC). Il primo timeslot della Portante Principale è sempre il Canale di Controllo Principale (Main Control Channel, MCCH) e rappresenta il requisito minimo per una BS in termini di canale di segnalazione comune. Tutti i terminali radio mobili possono 'ascoltare' la trasmissione in downlink sul Canale di Controllo Principale (MCCH).

I rimanenti timeslots della Portante Principale e i timeslot delle altre portanti assegnati alla BS costituiscono i canali di traffico (TCH). Il sistema assegnerà i TCH agli utenti il più tardi possibile per ottimizzare l'allocazione delle risorse

Switching Control Node (SCN)

E’ l’elemento di rete dove risiedono le principali funzionalità di switching ed interfacciamento del sistema; fornisce interfacciamento verso:

• Base Stations, Dispatcher, altri SCN
• Reti esterne.

Network Management System (NMS)

Si tratta di un sistema di gestione remoto capace di controllare gli SCN ed avere visibilità completa di tutto il sistema:

• E’ un elemento di monitoraggio dove opera un amministratore di rete, tramite il quale posso svolgere operazioni di manutenzione e gestire utenti e sicurezza.
• NMS è basato su una architettura client\server che permette a diversi operatori di lavorare in maniera simultanea.

Control Room Server (CRS)

Si comporta come un’interfaccia tra il sistema TETRA e un numero di stazioni LDS connesse tramite LAN, capaci di codifica audio e di fornire servizi di encryption e verso network diversi mediante appositi gateway

Wan Dispatcher (WDS)

è una consolle di dispaccio connessa all’SCN tramite un link fisico nell’ambito di una rete (WAN).

Modi d’uso

DMO - Direct Mode Operation

è una modalità operativa di tipo simplex:

• la stessa frequenza è usata in trasmissione e ricezione.
• sono possibili solo chiamate half-duplex.
• Per questo motivo, in DMO è possibile 1 sola comunicazione per portante radio.
   

TMO – Trunked Mode Operation

modalità operativa duplex, full duplex:

• due frequenze usate in trasmissione e ricezione.
• accesso alla rete attraverso BS
• trasmissione dati

  
Servizi

• messaggistica breve tra terminali
• messaggistica da controllo operativo o database centrale
• trasmissione immagine (foto, videolento)
• telemetrie
• chiamate di gruppo

GW - Gateway

modalità operativa di un apparato in DMO con traslazione del segnale verso la rete TMO

• accesso alla rete attraverso BS
• estensione della copertura in casi particolari (galleria) 

RPT - Repeater

modalità operativa di un apparato in DMO con traslazione del segnale verso altro apparato DMO

• estensione della copertura in casi particolari (mancanza di copertura rete TMO)