Radio troncalizada terrestre

Radio troncalizado terrestre (TETRA; anteriormente conocido como Radio troncalizado transeuropeo), un estándar europeo para un sistema de radio troncalizado, es una radio móvil profesional y una especificación de transceptor bidireccional. TETRA fue diseñado específicamente para ser utilizado por agencias gubernamentales, servicios de emergencia (fuerzas policiales, departamentos de bomberos, ambulancias) para redes de seguridad pública, personal de transporte ferroviario para radios de trenes, servicios de transporte y militares. TETRA es la versión europea de la radio troncalizada, similar al Proyecto 25.

TETRA es un estándar del Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI), primera versión publicada en 1995; es mencionado por el Comité Europeo de Radiocomunicaciones (ERC).

Descripción

TETRA utiliza acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) con cuatro canales de usuario en una portadora de radio y un espacio de 25 kHz entre portadoras. Se pueden utilizar transferencias punto a punto y punto a multipunto. La transmisión de datos digitales también está incluida en el estándar, aunque a una velocidad de datos baja.

Las estaciones móviles TETRA (MS) pueden comunicarse en modo directo (DMO) o en modo troncalizado (TMO) utilizando una infraestructura de gestión y conmutación (SwMI) hecha de estaciones base TETRA (TBS). Además de permitir comunicaciones directas en situaciones donde la cobertura de la red no está disponible, DMO también incluye la posibilidad de utilizar una secuencia de uno o más terminales TETRA como relés. Esta funcionalidad se denomina puerta de enlace DMO (de DMO a TMO) o repetidor DMO (de DMO a DMO). En situaciones de emergencia esta característica permite comunicaciones directas subterráneas o en áreas de mala cobertura.

Además de los servicios de voz y despacho, el sistema TETRA admite varios tipos de comunicación de datos. Los mensajes de estado y los servicios de datos breves (SDS) se proporcionan a través del canal de control principal del sistema, mientras que la comunicación de datos con conmutación de paquetes o de datos con conmutación de circuitos utiliza canales asignados específicamente.

TETRA permite la autenticación de terminales hacia la infraestructura y viceversa. Para la protección contra escuchas ilegales, está disponible el cifrado de interfaz aérea y el cifrado de extremo a extremo.

El modo común de operación es un modo de llamada de grupo en el que presionar un solo botón conectará al usuario con los usuarios en un grupo de llamada seleccionado y/o un despachador. También es posible que el terminal actúe como un walkie talkie uno a uno pero sin la limitación de alcance normal ya que la llamada sigue utilizando la red. Los terminales TETRA pueden actuar como teléfonos móviles (celulares), con conexión directa full-duplex a otros Usuarios TETRA oa la PSTN. Los botones de emergencia, provistos en las terminales, permiten a los usuarios transmitir señales de emergencia al despachador, anulando cualquier otra actividad que tenga lugar al mismo tiempo.

Vulnerabilidades de seguridad

Una revisión en profundidad realizada por un equipo de investigación de seguridad cibernética de Midnight Blue del estándar TETRA y los algoritmos de encriptación, la primera que se hace pública en los últimos 20 años, ha encontrado múltiples fallas de seguridad, denominadas colectivamente como TETRA:BURST. Específicamente, de acuerdo con el aviso de divulgación del equipo, el cifrado TEA1 contiene un paso de reducción secreto que reduce efectivamente la potencia criptográfica de 80 a 32 bits, lo que permite que cualquiera rompa el cifrado y luego descifre la señal en tan solo un minuto usando un consumidor. computadora portátil. "No hay otra forma en que esto pueda funcionar que no sea una puerta trasera intencional," "Esto constituye una ruptura total del cifrado, lo que permite la interceptación o manipulación del tráfico de radio", según el informe de noticias publicado en ComputerWeekly. La falla TEA1 deliberadamente debilitada parece ser conocida en los círculos de inteligencia y se menciona en el famoso vertedero de Wikileaks de 2006 de comunicaciones diplomáticas de EE. UU.

Ventajas

Las principales ventajas de TETRA frente a otras tecnologías (como GSM) son:

• La frecuencia mucho menor utilizada da mayor rango, que a su vez permite niveles muy altos de geográfica cobertura con un menor número de transmisores, reduciendo así los costes de infraestructura.
• Durante una llamada de voz, las comunicaciones no se interrumpen cuando se mueven a otro sitio de red. Esta es una característica única, que las redes dPMR suelen proporcionar, que permite una serie de modos de retroceso como la capacidad de una estación base para procesar llamadas locales. Así se pueden construir redes de 'misión crítica' con TETRA donde todos los aspectos son seguros/multiple-redundant.
• En ausencia de una red, los móviles/portables pueden utilizar 'modo directo' por lo que comparten canales directamente (modo walkie-talkie).
• modo Gateway - donde un solo móvil con conexión a la red puede actuar como relé para otros móviles cercanos que están fuera de rango de la infraestructura. No se requiere un sistema de transpondedores dedicado para lograr esta funcionalidad, a diferencia de los sistemas de radio analógicos.
• TETRA también proporciona una función puntual que los sistemas de radio de servicios analógicos tradicionales no proporcionaron. Esto permite a los usuarios tener un enlace "radio" de uno a uno entre conjuntos sin la necesidad de la participación directa de un operador de sala de control/dispatcher.
• A diferencia de las tecnologías celulares, que conectan un suscriptor a otro suscriptor (uno a uno), TETRA se construye para hacer uno a uno, uno a muchos y muchos a muchos. Estos modos operativos son directamente relevantes para la seguridad pública y los usuarios profesionales.
• Seguridad TETRA admite registro de terminales, autenticación, encriptación de interfaz de aire y encriptación de extremo a extremo.
• Existen soluciones de red de despliegue rápido (transportables) para el socorro en casos de desastre y el suministro de capacidad temporal.
• Las soluciones de red están disponibles tanto en arquitecturas de circuito confiable (teléfono como) como en arquitecturas planas IP con interruptores suaves (software).

Hay más información disponible en TETRA Association (anteriormente TETRA MoU) y los estándares se pueden descargar de forma gratuita desde ETSI.

Desventajas

Sus principales desventajas son:

• Se han determinado cuestiones graves de seguridad, incluido un debilitamiento intencional del cifrado TEA1, que constituye una ruptura total en un minuto sobre el equipo de consumo. (Ver descripción)
• Requiere un amplificador lineal para satisfacer las estrictas especificaciones RF que le permiten existir junto con otros servicios de radio.
• La transferencia de datos es lenta por los estándares modernos.

Hasta 7,2 kbit/s por franja horaria, en el caso de conexiones punto a punto, y 3,5 kbit/s por franja horaria, en el caso de encapsulación IP. Ambas opciones permiten el uso de entre uno y cuatro intervalos de tiempo. Las diferentes implementaciones incluyen una de las capacidades de conectividad anteriores, ambas o ninguna, y un intervalo de tiempo o más. Estas tasas son aparentemente más rápidas que las tecnologías de la competencia DMR, dPMR y P25. La última versión del estándar admite 115,2 kbit/s en 25 kHz o hasta 691,2 kbit/s en un canal ampliado de 150 kHz. Para superar las limitaciones, muchos proveedores de software han comenzado a considerar soluciones híbridas en las que TETRA se utiliza para la señalización crítica, mientras que la sincronización de grandes datos y la transferencia de imágenes y video se realizan a través de 3G/LTE.

Detalles técnicos

Aspectos de radio

Para su modulación TETRA, utiliza modulación por desplazamiento de fase en cuadratura diferencial de π⁄4. La velocidad de símbolo (baudios) es de 18 000 símbolos por segundo y cada símbolo se asigna a 2 bits, lo que da como resultado 36 000 bit/s brutos.

Como se utiliza una forma de modulación por desplazamiento de fase para transmitir datos durante cada ráfaga, parece razonable esperar que la potencia de transmisión sea constante. Sin embargo, no lo es. Esto se debe a que las bandas laterales, que son esencialmente una repetición de los datos en la modulación de la portadora principal, se filtran con un filtro nítido para que no se consuma espectro innecesario. Esto da como resultado una modulación de amplitud y es por eso que TETRA requiere amplificadores lineales. La relación resultante entre la potencia máxima y la media (RMS) es de 3,65 dB. Si se utilizan amplificadores no lineales (o no lo suficientemente lineales), las bandas laterales vuelven a aparecer y provocan interferencias en los canales adyacentes. Las técnicas comúnmente utilizadas para lograr la linealidad necesaria incluyen bucles cartesianos y predistorsión adaptativa.

Las estaciones base normalmente transmiten continuamente y (simultáneamente) reciben continuamente desde varios móviles en diferentes frecuencias portadoras; por lo tanto, el sistema TETRA es un sistema dúplex por división de frecuencia (FDD). TETRA también usa FDMA/TDMA (ver arriba) como GSM. Los móviles normalmente solo transmiten en 1 ranura/4 y reciben en 1 ranura/4 (en lugar de 1 ranura/8 para GSM).

Las señales de voz en TETRA se muestrean a 8 kHz y luego se comprimen con un codificador de voz usando predicción lineal excitada por código algebraico (ACELP). Esto crea un flujo de datos de 4,567 kbit/s. Este flujo de datos está codificado con protección contra errores antes de la transmisión para permitir una decodificación correcta incluso en canales ruidosos (erróneos). La velocidad de datos después de la codificación es de 7,2 kbit/s. La capacidad de una única ranura de tráfico cuando se utilizan 17/18 tramas.

Un solo espacio consta de 255 símbolos utilizables, el tiempo restante se utiliza con secuencias de sincronización y encendido/apagado, etc. Un solo marco consta de 4 espacios y un multimarco (cuya duración es de 1,02 segundos) consta de 18 fotogramas. También existen hipertramas, pero se utilizan principalmente para proporcionar sincronización con algoritmos de cifrado.

El enlace descendente (es decir, la salida de la estación base) normalmente es una transmisión continua que consta de comunicaciones específicas con dispositivos móviles, sincronización u otras transmisiones generales. Todos los espacios normalmente se llenan con una ráfaga incluso si están inactivos (modo continuo). Aunque el sistema usa 18 tramas por segundo, solo 17 de ellas se usan para canales de tráfico, con la trama 18 reservada para señalización, mensajes de servicio de datos cortos (como SMS en GSM) o sincronización. La estructura de trama en TETRA (17,65 tramas por segundo), consta de 18.000 símbolos/s; 255 símbolos/ranura; 4 ranuras/fotograma, y es la causa de la percepción de "modulación de amplitud" a 17 Hz y es especialmente evidente en móviles/portátiles que solo transmiten en una ranura/4. Usan las tres ranuras restantes para cambiar de frecuencia para recibir una ráfaga de la estación base dos ranuras más tarde y luego regresan a su frecuencia de transmisión (TDMA).

Frecuencias de radio

Cifrado de interfaz aérea

Para proporcionar confidencialidad, la interfaz aérea TETRA se cifra utilizando uno de los cifrados Algoritmo de cifrado TETRA (TEA). El cifrado proporciona confidencialidad (protección contra escuchas) así como protección de la señalización.

Actualmente se definen 4 cifrados diferentes, TEA1 hasta TEA4. Estos cifrados TEA no deben confundirse con el algoritmo de cifrado de bloque Tiny. Los cifrados TEA tienen una disponibilidad diferente debido a las restricciones de exportación y uso. Se publican pocos detalles sobre estos cifrados patentados. Riess menciona en los primeros documentos de diseño de TETRA que el cifrado debe realizarse con un cifrado de flujo, debido a la propiedad de no propagar errores de transmisión. Parkinson luego confirma esto y explica que TEA es un cifrado de flujo con claves de 80 bits. Los algoritmos se invirtieron más tarde y parecía que TEA1 reducía la fuerza de su clave a 32 bits. TEA1 y TEA4 brindan seguridad de nivel básico y están diseñados para uso comercial. El cifrado TEA2 está restringido a las organizaciones europeas de seguridad pública. El cifrado TEA3 es para situaciones en las que TEA2 es adecuado pero no está disponible.

Selección de celda

Cell reselection (or hand-over) in images

Esta primera representación demuestra dónde es más probable que se encuentren el umbral de reselección lenta (SRT), el umbral de reselección rápida (FRT) y el retardo de propagación que exceden los parámetros. Estos se representan en asociación con la portadora de radio en descomposición a medida que aumenta la distancia desde la estación base TETRA.

A partir de esta ilustración, estos puntos de activación de SRT y FRT están asociados con la intensidad de señal de radio decreciente de los respectivos portadores celulares. Los umbrales están situados de manera que los procedimientos de reselección de celda se produzcan a tiempo y aseguren la continuidad de la comunicación para las llamadas de comunicación en curso.

Selección de celda inicial

El siguiente diagrama ilustra la selección inicial de una celda de radio TETRA dada. La selección de celda inicial se realiza mediante procedimientos ubicados en el MLE y en el MAC. Cuando se realiza la selección de celda y se realiza el posible registro, se dice que la estación móvil (MS) está adjunta a la celda. El móvil puede seleccionar inicialmente cualquier celda adecuada que tenga un valor C1 positivo; es decir, el nivel de la señal recibida es mayor que el parámetro nivel mínimo de recepción para el acceso.

El procedimiento de selección de celda inicial garantizará que la MS seleccione una celda en la que pueda decodificar datos de enlace descendente de manera confiable (es decir, en un canal de control principal/MCCH) y que tenga una alta probabilidad de comunicación de enlace ascendente. Las condiciones mínimas que deberán cumplirse son que C1 > 0. El acceso a la red estará condicionado a la selección exitosa de una celda.

Al encender el móvil, el móvil hace su selección de celda inicial de una de las estaciones base, lo que indica los intercambios iniciales en la activación.

• Véase EN 300 392 2 16.3.1 Activación y control del servicio MLE subyacente
• Nota 18.5.12 Nivel mínimo de acceso RX

El elemento de información de nivel mínimo de acceso de recepción indicará el nivel mínimo de señal recibida requerido en el SwMI en una celda, ya sea la celda de servicio o una celda vecina como se define en la tabla 18.24.

Célula mejorable

El siguiente diagrama ilustra dónde una determinada celda de radio TETRA se vuelve mejorable. La celda de servicio se vuelve mejorable cuando ocurre lo siguiente: el C1 de la celda de servicio está por debajo del valor definido en los parámetros de reselección de celda del parámetro de red de radio, el umbral de reselección lenta durante un período de 5 segundos y el C1 o C2 de una celda vecina excede el C1 de la celda de servicio por el valor definido en los parámetros de reselección de celda de parámetros de red de radio, histéresis de reselección lenta durante un período de 5 segundos.

Celular utilizable

El siguiente diagrama ilustra dónde una determinada celda de radio TETRA se vuelve utilizable. Una celda vecina se vuelve utilizable por radio cuando la celda tiene una conexión de radio de enlace descendente de calidad suficiente.

Se deben cumplir las siguientes condiciones para declarar utilizable una radio de celda vecina: La celda vecina tiene un parámetro de pérdida de ruta C1 o C2 que es, durante un período de 5 segundos, mayor que el umbral de reselección rápida más la reselección rápida umbral, y el nivel de servicio proporcionado por la celda vecina es más alto que el de la celda de servicio. No habrá tenido lugar ninguna reselección de celda exitosa dentro de los 15 segundos anteriores a menos que MM solicite una reselección de celda. El MS-MLE verificará el criterio para dar servicio a la cesión de celdas tan a menudo como se escanea o monitorea una celda vecina.

Las siguientes condiciones harán que la MS califique la celda vecina para que tenga un nivel de servicio más alto que la celda de servicio actual:

• La clase de suscriptores MS es apoyada en la célula vecina pero no en la célula de servicio.
• La célula vecina es una célula prioritaria y la célula de servicio no lo es.
• La célula vecina apoya un servicio (es decir, el discurso estándar TETRA, los datos del paquete o el cifrado) que no es compatible con la célula de servicio y la MS requiere que ese servicio esté disponible.
• El nivel de servicio celular indica que la célula vecina está menos cargada que la célula de servicio.

Célula renunciable (abandonable)

El siguiente diagrama ilustra dónde una determinada celda de radio TETRA se vuelve renunciable (abandonable). La celda de servicio se vuelve renunciable cuando ocurre lo siguiente: el C1 de la celda de servicio está por debajo del valor definido en los parámetros de reselección de celda de parámetro de red de radio, umbral de reselección rápida, por un período de 5 segundos, y el C1 o C2 de una celda vecina excede el C1 de la celda de servicio por el valor definido en los parámetros de reselección de celda de parámetro de red de radio, histéresis de reselección rápida, por un período de 5 segundos.

No se debe haber realizado una reselección de celda exitosa dentro de los 15 segundos anteriores, a menos que Mobility Management (MM) solicite una reselección de celda. El MS-MLE verificará el criterio para dar servicio a la cesión de celdas tan a menudo como se escanea o monitorea una celda vecina.

Falla de enlace descendente de radio

Cuando se supera el umbral de FRT, el MS se encuentra en una situación en la que es esencial renunciar (o abandonar) la celda de servicio y obtener otra de calidad al menos utilizable. Es decir, la estación móvil es consciente de que la señal de radio está decayendo rápidamente, y debe volver a seleccionar rápidamente la celda, antes de que se terminen las comunicaciones debido a un fallo del enlace de radio. Cuando la señal de radio de la estación móvil supera el nivel mínimo de recepción, la radio ya no está en condiciones de mantener comunicaciones aceptables para el usuario y el enlace de radio se interrumpe.

Fallo del enlace de radio: (C1 < 0). Usando los valores sugeridos, esto estaría satisfecho con el nivel de celda de servicio por debajo de −105 dBm. A continuación, se activan los procedimientos de reselección de celda para encontrar una estación base de radio adecuada.

Interfaz hombre-máquina (MMI)

MMI virtual para terminales

Cualquier terminal de radio TETRA que utilice tecnología basada en Java (Java ME/CLDC), proporciona al usuario final los derechos de comunicación necesarios para cumplir con su función laboral en cualquier asignación de corta duración.

Por destreza, flexibilidad y capacidad de evolución, el departamento de ingeniería de radio de transporte público ha optado por utilizar fuentes abiertas, la especificación del lenguaje Java administrada por Sun y los grupos de trabajo asociados para producir un juego de herramientas de aplicación de transporte .

La adquisición del servicio admite diferentes agentes autorizados para establecer canales de comunicación entre diferentes servicios llamando a la identidad del servicio, y sin poseer el conocimiento completo del ISSI, GSSI, o cualquier otro plan de numeración de establecimiento de comunicación relacionado con TETRA. La adquisición de servicios se administra a través de un servicio centralizado de derechos de comunicación o un servidor de asignación de turnos, conectado a la red central TETRA.

En resumen, los objetivos de TETRA MMI son:

• Permitir a cualquier agente dado durante el ejercicio, explotar cualquier terminal de radio dado sin restricción de material.
• Proporcionar software específico para aplicaciones de transporte a los agentes de usuario final (comprensión de servicios, fraude y control de agresión).

Este juego de herramientas para aplicaciones de transporte se ha producido con éxito y con tecnología de comunicación TETRA y garantiza los requisitos de las aplicaciones de transporte público para el futuro que se mencionan a continuación.

El menú inicio (principal) presenta al usuario final tres posibilidades:

1. Adquisición de servicios
2. Status SDS,
3. Parámetros de usuario final.

Adquisición de servicios proporciona un medio de personalizar virtualmente al usuario final a cualquier terminal de radio dado ya la red TETRA durante el tiempo que el usuario final conserva el terminal bajo su posesión.

Status SDS proporciona al usuario final un mecanismo para generar un tono repetitivo de 440 Hz que señala un evento de fraude a los miembros dentro de la misma Identidad de Suscriptor Corto de Grupo (dinámico o estático) (GSSI) o a una Identidad de Suscriptor Corto Individual específica (ISSI) durante la duración de la asignación (una hora, una patrulla matutina o un período breve asignado a la asignación). La ventaja es que cada uno de los usuarios finales puede conectarse a cualquier terminal dado y agruparse durante periodos breves sin necesidad de una reconfiguración importante por medio de herramientas de programación de software de radio. Del mismo modo, la función de agresión funciona, pero con una frecuencia de tono más alta (880 Hz) y con una naturaleza repetitiva más rápida, para resaltar la urgencia de la alerta.

La pestaña parámetros proporciona un medio esencial para el usuario final del terminal que les permite preconfigurar el objetivo (ISSI o GSSI preprogramados) número de comunicación de destino. Con este número de destino preprogramado, el usuario final se conectará con el terminal de radio de destino o servidor de asignación de turnos, y podrá comunicarse, en el grupo, o en un servidor dedicado al que solicita la adquisición del servicio. se reciben, preprocesan y finalmente se envían a través de la red central TETRA. Esto simplifica el proceso de configuración de reconfiguración o reciclaje, lo que permite flexibilidad en asignaciones cortas.

La pestaña de parámetros también proporciona un medio para elegir entre tonos preseleccionados para que coincidan con los requisitos del grupo de trabajo a efectos de alertas de fraude y agresión. La posibilidad de seleccionar cualquier tecla disponible del teclado para que sirva como tecla rápida de agresión o fraude también es posible a través del kit de herramientas de software de la aplicación de transporte. Se recomienda utilizar las claves asterisco y hash para las claves rápidas de fraude y agresión respectivamente. Para los tonos de fraude y agresión, también se recomienda utilizar un tono repetido lento de 440 Hz (espacio en blanco 500 milisegundos) y un tono repetido rápido de 880 Hz (espacio en blanco 250 milisegundos) respectivamente. Las opciones de tono son las siguientes: 440 Hz, 620 Hz, 880 Hz y 1060 Hz.

La página de parámetros proporciona un menú de ayuda o ayuda y la última pestaña dentro de los parámetros describe brevemente el kit de herramientas, la versión y el historial de el kit de herramientas de la aplicación de transporte hasta la fecha.

Servicio de datos mejorado TETRA (TEDS)

La Asociación TETRA, en colaboración con ETSI, desarrolló el estándar TEDS, una solución de datos de banda ancha, que mejora TETRA con una capacidad y un rendimiento de datos mucho mayores. Además de los proporcionados por TETRA, TEDS utiliza una gama de esquemas de modulación adaptativa y varios tamaños de portadora diferentes de 25 kHz a 150 kHz. Las implementaciones iniciales de TEDS se realizarán en el espectro de radio TETRA existente y probablemente emplearán anchos de banda de canal de 50 kHz, ya que esto permite una huella de cobertura equivalente para los servicios de voz y TEDS. El rendimiento de TEDS está optimizado para velocidades de datos de banda ancha, cobertura de área amplia y eficiencia de espectro.

Los avances en la tecnología DSP han llevado a la introducción de estándares de transmisión multiportadora que emplean modulación QAM. Los estándares WiMAX, Wi-Fi y TEDS forman parte de esta familia.

Consulte también:

• JSR-118;
• Mobile Information Device Profile, JSR-37;
• API de mensajería inalámbrica, JSR120;
• Configuración limitada de dispositivos conectados, JSR-139; y
• Tecnología para la industria inalámbrica, JTWI-185.

Comparación con el Proyecto 25

El Proyecto 25 y TETRA se utilizan para la red de radio de seguridad pública y la red de radio del sector privado en todo el mundo; sin embargo, tiene algunas diferencias en características técnicas y capacidades.

• TETRA: Se optimiza para áreas de alta densidad de población, con eficiencia espectral (4 ranuras de tiempo en 25 kHz: cuatro canales de comunicación por canal 25 kHz, un uso eficiente del espectro). Es adecuado para zonas de alta densidad de población y soporta voz dúplex completa, datos y mensajería. pero, generalmente no está disponible para simulcast, banda VHF - sin embargo los proveedores particulares han introducido Simulcast y VHF en su plataforma TETRA..
• P25: se optimiza para una cobertura de área más amplia con baja densidad de población y soporte para simulcast. Sin embargo, se limita al soporte de datos. (Los sistemas de radio P25 funcionan en un modo análogo de 12,5 kHz, digital o mixto, y P25 Phase II utilizará una estructura TDMA de 2 tiempos en canales de 12,5 kHz.

Actualmente, P25 se implementó en más de 53 países y TETRA se implementó en más de 114 países.

Uso

A fines de 2009 había 114 países que usaban sistemas TETRA en Europa, Medio Oriente, África, Asia Pacífico, el Caribe y América Latina.

El sistema TETRA está siendo utilizado por el sector público en los siguientes países. Solo se enumeran las instalaciones de infraestructura de red TETRA. Al ser TETRA un estándar abierto, cada una de estas redes puede utilizar cualquier combinación de terminales móviles TETRA de una amplia gama de proveedores.