ENG
Поиск
Искать
SAGA Inc.
http://www.sagatelecom.ru/encyclopedia/protocol/detail.php?SECTION_ID=28&ID=95

1. Модель системного протокола

1.1. Основные уровни системного протокола

Описание радиоинтерфейса в стандарте TETRA построено на основе модели, в которой различные функции и процессы отождествляются с различными уровнями системного протокола, представляющего собой иерархическую систему протоколов взаимодействия мобильных и базовых станций и диспетчерских пультов. Архитектура системного протокола (совокупность протоколов взаимодействия) показана на рис. 1.

 

Рис. 1. Модель архитектуры системного протокола TETRA.

Системный протокол TETRA является трехуровневым, т. е. всю совокупность протоколов взаимодействия в системе по характеру обработки сигнала можно разделить на 3 уровня:

  • 1-й уровень - физический;
  • 2-й уровень - канальный;
  • 3-й уровень - сетевой.

Начиная со 2-го уровня по виду обслуживаемых данных системный протокол делится на 2 части (области): область пользователя (U-plane) и область управления (C-plane). U-plane предназначена для транспортирования информационных данных и не имеет средств адресации. C-plane обеспечивает обмен управляющими сообщениями с возможностью их адресации с помощью управляющего программного модуля LLME.

1.2. 1-й уровень

Физический уровень является нижним уровнем системного протокола и описывает интерфейс, который обслуживает физические пакеты, состоящие из битов и символов (дибитов), подлежащих передаче и приему. Физический уровень реализует следующие группы функций:

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

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.

1.3. 2-й уровень

Канальный уровень управляет логическими соединениями и является границей раздела между физической средой (радиоресурсами) и сетевыми процедурами. Он подразделяется на 2 субуровня:

  • MAC (Medium Access Control) - управление доступом к среде;
  • LLC (Logical Link Control) - управление логическим звеном.

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.

1.4. 3-й уровень

Сетевой уровень предназначен для управления сетевыми процедурами. Он 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).

2. Основные принципы организации физических и логических каналов

Рассмотренная выше модель системы описывает иерархическое построение протоколов системы связи. Продуктом работы сетевых процедур 3-го уровня являются командные, сигнальные и информационные сообщения. Группы таких сообщений объединены по функциональному назначению и передаются на нижние уровни по так называемым логическим каналам. На нижних уровнях логические каналы в соответствии с алгоритмом работы системы трансформируются в физические каналы, которые осуществляют перенос информации через физическую среду.

Как отмечалось ранее, стандарт TETRA использует частотно-временное представление физических каналов. В частотной области выделенный диапазон частот разделен на ка-нальные полосы шириной 25 или 12,5 кГц. Таким образом, частотный план системы TETRA хорошо согласуется с существующими узкополосными ЧМ-системами связи.

Во временной области на каждом частотном канале располагаются 4 временных интервала, которые являются физическими каналами связи. Таким образом, система связи TETRA по эффективности использования радиочастотного спектра в 4 раза превосходит узкополосные системы с частотным разделением каналов.

В данном разделе рассматриваются основные особенности временной структуры физических каналов связи и проецирование на них логических каналов.

Структура физического канала

Стандарт TETRA разрабатывался как перспективное предложение для применения в международном масштабе, поэтому он вобрал в себя новейшие достижения в областях системотехники, радиотехники, теории кодирования и других областях. Стремление разработчиков стандарта повысить спектральную эффективность системы связи при сохранении надежности передачи информации в условиях действия различного рода помех потребовало включения в физический канал определенного вида вспомогательных сигналов, а в алгоритмы работы радиосредств дополнительные элементы адаптации параметров в реальном масштабе времени. Такой подход значительно усложнил структуру сигнала. В разделе кратко рассмотрены особенности структуры физического канала связи.

Временная структура физического канала

Рис. 2 поясняет временную структуру сигнала. Основным элементом временной структуры является TDMA кадр, который содержит 4 временных интервала (пакета). Пакет в кадре соответствует независимому каналу передачи информации. Каждый пакет в зависимости от его назначения имеет свою внутреннюю структуру. Пакет содержит 510 бит цифровой информации, что соответствует 255 символам модуляции.

Восемнадцать TDMA кадров объединены в мультикадры, которые в свою очередь образуют гиперкадр длиной 60 мультикадров.

 

Рис. 2. Временная структура сигнала на одном частотном канале.

В цифровой системе связи TETRA, как, впрочем, и в аналоговых транкинговых системах, энергетический потенциал радиолинии сверху вниз, как правило, выше, чем в обратном направлении. Это связано прежде всего с тем, что условия размещения базовых станций и их параметры, как правило, лучше, чем у подвижных станций. Однако, если в аналоговых транкинговых системах этот фактор практически не учитывается, то в системе TETRA (как будет показано ниже) он используется для передачи дополнительной управляющей информации на подвижные станции.

Временная синхронизация дуплексных пар радиоканалов

В стандарте TETRA для организации связи между подвижным абонентом и базовой радиостанцией предусматривается выделение дуплексной пары радиочастот. Так как при этом используется временное уплотнение до четырех независимых каналов, то для снижения взаимных помех в системе применяется жесткая синхронизация пакетов подвижных станций относительно пакетов, передаваемых базовой станцией, при этом последовательность пакетов MS задержана на две позиции относительно пакетов BS. Рис. 3 показывает взаимное расположение пакетов в направлениях сверху вниз и обратно.

 

Рис. 3. Взаимное расположение пакетов в направлениях сверху вниз и обратно.

Например, при передаче мобильной станцией информации в пакете 1 для базовой станции прием будет осуществляться в пакете 3, и наоборот: передача с базовой станции в пакете 1 - прием мобильной станции в пакете 3. Таким образом, формируется пара каналов во временной области: пакет 1 - передача информации; пакет 3 - прием. Временной сдвиг между каналами дает возможность аппаратуре проводить необходимую обработку сообщений, исполнение полученных команд управления и выполнять ряд других функций перед ответом радиостанции, что очень важно для снижения непроизводительной загрузки каналов связи.

Временная структура пакета

На рис. 4 показаны основные типы пакетов. Один тип пакета используется для передачи управляющих сигналов снизу вверх, другой - для обмена информационными и управляющими сигналами между базовой и мобильной станциями в обоих направлениях. В каждом пакете можно выделить информационные поля, содержание и внутренняя структура которых зависят от назначения пакета, и вспомогательные поля, предназначенные для повышения помехоустойчивости сигнала и адаптирования радиотракта.

 

Рис. 4. Основные виды пакетов.

В системе используются следующие 6 типов пакетов:

  • в направлении снизу вверх:
    • управления;
    • стандартный;
  • в направлении сверху вниз:
    • стандартный одиночный;
    • синхронизирующий одиночный;
    • стандартный непрерывного канала;
    • синхронизирующий непрерывного канала.

Пакет управления снизу вверх предназначен для организации канала управления от подвижной станции к базовой. Данный пакет состоит их двух независимых полупакетов, размером по 255 бит каждый. Полупакеты содержат управляющую информацию верхних логических уровней подвижной станции, кроме того, первый полупакет может нести сигнал для регулировки мощности передатчика.

Стандартный пакет снизу вверх содержит информационные и управляющие сигналы.

Одиночные пакеты используются базовыми станциями для передачи сигналов при временном разделении каналов между зонами в многозоновой системе.

Стандартный одиночный пакет предназначен для передачи информационных и управляющих сигналов от базовой станции к подвижной.

Синхронизирующий пакет предназначен для синхронизации приемника и передатчика и передачи управляющих сигналов.

Пакеты непрерывного канала в направлении сверху вниз предназначены для передачи соответствующих сигналов в режиме непрерывного излучения на несущей частоте.

Логическая структура пакетов

Внутренняя структура пакетов представлена на рис. 8, где введены следующие обозначения:

  • вспомогательная некодированная информация, предназначенная для обработки на нижнем физическом уровне:
    A - поле управления мощностью;
    B - поле переходных бит;
    C - поле расширенной обучающей последовательности;
    D - поле стандартной обучающей последовательности;
    E - поле защитного интервала;
    F - поле бит регулировки фазы;
    H - поле бит коррекции частоты;
    I - поле синхронизирующей последовательности.
  • кодированная информация, предназначенная для обработки на верхних логических уровнях:
    K - поле командного канала управления;
    L - поле информационного канала.

Анализ структуры пакетов показывает, что практически в любом пакете сверху вниз имеются поля, предназначенные для передачи команд управления, и сигнализации. Таким образом, помимо канала управления в 18 кадре в сигнале базовой станции элементы управления присутствуют во всех информационных кадрах, что сближает эту систему с транкинговыми системами с распределенным каналом управления. Наличие такого канала управления позволяет оперативно реагировать на запросы системы, создать гибкую иерархию приоритетов вызовов, организовать подключение абонентов к разговору в реальном масштабе времени и ввести ряд других услуг. Рассматривая структуру стандартных пакетов NUB и NDB можно отметить, что в пакете для направления сверху вниз содержится 462 информационных бита, в то время как в пакете для связи в обратном направлении содержится 432 информационных бита. Тем самым обеспечивается использование дополнительного потенциала радиолинии сверху вниз для организации канала сигнализации в трафиковом канале.

Поля управления мощностью используются подвижными и базовыми станциями для управления мощностью передатчиков и представляют собой немодулированное колебание несущей частоты. Поле управления мощностью подвижной станции размещается в блоке SSN1 (см. рис. 4.), а базовой станции - в блоке BKN2 пакетов непрерывного канала.

Переходные биты введены в одиночные пакеты и предназначены для минимизации переходных процессов в цепях аппаратуры в начале и в конце цикла передачи сигнала.

Полное поле переходных бит имеет вид: b1…b4=1 1 0 0.

Обучающие последовательности предназначены для поддержания кадровой синхронизации пакетов и настройки эквалайзера. Имеются три стандартных обучающих последовательности. Две используются для информирования приемной стороны о наличии одного или двух логических каналов в стандартном пакете. Третья является связующим звеном соседних пакетов. Кроме того, стандарт предусматривает использование в отдельных случаях расширенной обучающей последовательности длиной 30 бит. Стандартные последовательности имеют длину 22 бита.

Стандартные обучающие последовательности:

  • первая: d11…d122=1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0;
  • вторая: d21…d222=0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0;
  • третья: d31…d322=1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1.

Полное поле расширенной обучающей последовательности:

c1…c30=1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1.

Для обеспечения эффективной кадровой синхронизации пакетов обучающие последовательности имеют специальный вид авто- и взаимнокорреляционных функций. Фрагменты их авто- и взаимнокорреляционных функции показаны на рис. 5, рис. 6. Из рисунков видно, что автокорреляционные функции последовательностей имеют один ярко выраженный основной пик шириной в один тактовый интервал и малый уровень боковых лепестков вблизи него. Эта особенность позволяет надежно определять начало последовательности на приемной стороне с точностью до тактового интервала на фоне помех и шумов. Пример взаимно корреляционной функции показан на рис.6, эта функция не содержит ярко выраженных импульсов, а напоминает скорее последовательность случайных импульсов с амплитудой, значительно меньше максимальной. Таким образом, при приеме обучающие последовательности надежно различимы.

  
  
 
 


Рис. 5. Фрагменты автокорреляционных функций обучающих последовательностей.

 
Рис. 6. Фрагмент взаимнокорреляционной функции первой и второй обучающей последовательности.

Защитный интервал введен в одиночные пакеты для снижения межканальных помех. Для пакетов подвижных станций он составляет 14 бит, для стационарных - 8 бит. На этом интервале несущая не излучается.

Биты регулировки фазы служат для восстановления начальной фазы несущего колебания.

Биты коррекции частоты предназначены для коррекции частоты несущего колебания. Длина поля 80 бит. Последовательность символов в этом поле подобрана таким образом, что на интервале следования поля последовательно формируются три радиоимпульса с заведомо известными частотами.

Значение поля коррекции частоты: h1…h8=1…1, h9…h72=0…0, h73…h80=1…1.

Синхронизирующая последовательность длиной 38 бит предназначена для кадровой синхронизации подвижных станций. Данная последовательность обладает хорошими корреляционными свойствами. Ее автокорреляционная функция, показанная на рис. 7, обладает узким пиком, что позволяет на приемной стороне надежно определять начало кадра.

Синхронизирующая последовательность имеет вид:

i1…i38=1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1.

Содержание полей кодированной информации зависит от назначения блока и рассматривается ниже.

 
Рис. 7. Фрагмент автокорреляционной функции синхронизирующей последовательности.

Полупакет сигнала управления мощностью для направления снизу вверх (LB). Размещается только в блоке SSN1.

Полупакет канала управления для направления снизу вверх (CB). Размещается в блоках SSN1 и SSN2.

Стандартный пакет для направления снизу вверх (NUB).

a) Стандартный пакет непрерывного канала для направления сверху вниз (NDB).
б) Синхронизирующий пакет непрерывного канала для направления сверху вниз (SB).

a) Стандартный одиночный пакет для направления сверху вниз (DNDB).
б) Синхронизирующий одиночный пакет для направления сверху вниз (DSB).

Рис. 8. Структура пакетов.

В отдельных случаях рассмотренная структура полей меняется. Такое происходит при управлении мощностью сигнала непрерывного канала базовой станции и передаче нескольких одиночных пакетов подряд без управления мощностью. В первом случае сигнал управления мощностью, который вклинивается между пакетами, дополняется недостающими битами третьей стандартной последовательности до ее полной структуры. При передаче нескольких одиночных пакетов подряд управление мощностью не требуется, в этом случае для стыковки пакетов также используется определенная последовательность бит.

Проекция логических каналов на физические

Краткий путеводитель по логическим каналам

Виды логических каналов тесно связаны с моделью архитектуры системного протокола, рассмотренной ранее. Часть логических каналов принадлежат области управления (С-plane) - это каналы управления и сигнализации, другая часть каналов принадлежит области пользователя (U-plane) - это каналы трафика.

Общие определения каналов

  • Logical Channel (LCH) - логический канал. Это общий термин для любого канала обмена служебной информацией между инфраструктурой сети и подвижными радиостанциями. Логические каналы рассматриваются как пути данных между конечными логическими точками в протоколе системы.
  • Assigned Channel (ACH) - выделенный канал. Канал, который был выделен определенным подвижным радиостанциям. Закрепленный канал используется для обмена вторичными командами управления и трафиком.

Общесетевые каналы

  • Broadcast Control Channel (BCCH) - общий информационный канал управления. Предназначен для передачи мобильным радиостанциям общей сетевой информации. Канал однонаправленный сверху вниз. Данный канал размещается в синхронизирующих пакетах SB и DSB. Общие информационные каналы, как правило, размещаются в 18 кадре, однако в отдельных случаях этот канал может размещаться в других не занятых пакетах. Различают два вида таких каналов:
  • Broadcast Synchronisation Channel (BSCH) - канал синхронизации. Предназначен для начальной синхронизации подвижных радиостанций при входе в систему и перестройке по каналам, а также для поддержания синхронизации в процессе работы.
  • Broadcast Network Channel (BNCH) - канал передачи общей сетевой информации. Информация данного канал может размещаться в логическом канале SCH/x более низкого уровня. При этом она передается в пакетах NDB.

Каналы сигнализации

  • Common Control Channel (CCCH) - общие каналы управления. Эти каналы формируются инфраструктурой сети для управления подвижными радиостанциями.
  • Main Control Channel (MCCH) - основной канал управления. Общий для всех подвижных радиостанций канал управления, формируемый инфраструктурой сети. MCCH каждой базовой станции обеспечивает управление всеми подвижными радиостанциями, находящимися в зоне ее обслуживания. Данный канал обязательно присутствует в системе связи независимо от ее структуры и конфигурации. Канал всегда размещается на первой несущей частоте ячейки в первом пакете всех 18 кадров.
  • Secondary Control Channel (SCCH) - дополнительный по отношению к MCCH канал управления. Выполняет те же функции, что и MCCH. Данный канал вводят в систему дополнительно к основному для улучшения обслуживания абонентов в больших сетях с высокой нагрузкой. Различают два типа дополнительных каналов:
  • Common Secondary Control Channel (CSCCH) - общий дополнительный канал управления. Выполняет те же функции, что и MCCH, и доступен для всех подвижных радиостанций, находящихся в зоне обслуживания данной базовой станции.
  • Assigned Secondary Control Channel (ASCCH) - выделенный дополнительный канал управления. Данный канал управления выделяется для работы конкретной группы подвижных станций после процедуры случайного доступа и назначения канала связи.
  • Extended Control Channel (ECCH) - расширенный канал управления. Данный канал управления является расширением MCCH и SCCH каналов для обслуживания ячеек с большой нагрузкой. Расширенный канал формируется из основного или дополнительного канала путем выделения им нескольких пакетов в одном кадре.
  • Associated Control Channel (ACCH) - совмещенный канал управления. Выделенный канал управления, прием которого может проводиться совместно с приемом информационных сообщений. Различают три вида совмещенных каналов управления:
    • Fast Associated Control Channel (FACCH) - быстрый совмещенный канал управления. Данный канал размещается в стандартных пакетах вместо трафика и может передаваться в последовательности пакетов с 1 по 17. Обычно он используется после перехода подвижной радиостанции на выделенный канал для организации обмена информационными сообщениями и по окончании связи.
    • Slow Associated Control Channel (SACCH) - медленный совмещенный канал управления. Данный канал формируется в 18 пакете выделенного канала. Таким образом, он доступен одновременно с FACCH или TCH каналами. Канал используется для обмена командами и сигнализацией между сетью и подвижной радиостанцией во время информационного обмена.
    • Stealing Channel (STCH) - заимствующий канал управления. Канал управления, который формируется в трафиковом канале путем замены небольшой части информационного сообщения на команды управления или сигнализации. Очевидно, что прерывание трафикового канала приводит к искажениям информационного сообщения, поэтому использование данного канала должно быть достаточно редким событием. Данный канал используется, главным образом, для передачи срочных сообщений, например, для передачи срочного вызова отдельному члену группы.

Условия использования того или иного вида совмещенного канала управления показаны в таблице 1
Активность на каналеПодвижные радиостанцииБазовая станция
ПередачаПрием
Прямой радиообмен STCH
SACCH
SACCHSTCH
Транкинг сообщений или транкинг квази-передач FACCH
SACCH
FACCH
SACCH
FACCH
SACCH
Транкинг передач MCCHMCCHMCCH

Логические каналы обеспечения физического уровня.

  • Access Assignment Channel (AACH) - канал назначения доступа. Данный канал предназначен для управления параметрами случайного доступа и назначения выделенного канала. Направление передачи канала - сверху вниз. Канал размещается в каждом стандартном и синхронизирующем пакете в блоке BBK.
  • Common Linearisation Channel (CLCH) - канал управления мощностью и линеаризации передатчиков радиостанций. Предназначен для настройки параметров передатчика на начальном этапе установления канала связи и в процессе ведения связи. В линии вверх канал размещается в полупакете LB. В отдельных случаях данный канал может использоваться базовыми радиостанциями для тех же целей.

Логические каналы нижнего уровня

  • Signalling Channel (SCH/x) - канал сигнализации. Предназначен для обмена управляющей информацией между инфраструктурой сети связи и подвижными радиостанциями. Канал в зависимости от вида размещается в полупакетах или полных стандартных пакетах. Различают три вида каналов сигнализации:
    • Signalling Channel / Full - полный канал сигнализации. Размещается в пакетах NUB, NDB DNDB и используется для обмена информацией в обоих направлениях.
    • Signalling Channel / Half Uplink - половинный канал сигнализации линии вверх. Размещается в полупакетах NUB.
    • Signalling Channel / Half Dowlink - половинный канал сигнализации линии вниз. Размещается в полупакетах NDB.

Каналы трафика

  • Traffic Channel (TCH/x) - каналы трафика, предназначенные для передачи информационных сообщений пользователей. Данные каналы размещаются в пакетах NUB, NDB и DNDB. Различают четыре типа трафиковых каналов:
  • Traffic Channel / Speech (TCH/S) - трафиковый канал передачи речевых сообщений;
  • Traffic Channel / 7.2 (TCH/7.2) - трафиковый канал передачи данных со скоростью 7,2 кбит/с;
  • Traffic Channel / 4.8 (TCH/4.8) - трафиковый канал передачи данных со скоростью 4,8 кбит/с;
  • Traffic Channel / 2.4 (TCH/2.4) - трафиковый канал передачи данных со скоростью 2,4 кбит/с.

Стандарт TETRA допускает увеличение скорости передачи данных по трафиковым каналам до значений 28,8 кбит/с, 19,2кбит/с и 14,4кбит/с путем объединения пакетов в кадре.

В общих чертах процесс использования логических каналов выглядит следующим образом.

При включении подвижной радиостанции она начинает поиск общесетевого канала BCCH, конкретно - BSCH, по которому осуществляет синхронизацию своих систем и получает доступ к другим каналам системы. После этого радиостанция переходит на частоту основного системного канала MCCH и остается на нем, получая необходимую системную информацию, в том числе исходную информацию для реализации процедуры случайного доступа. Данная информация постоянно передается по каналу назначения доступа AACH.

При инициализации процедуры вызова по MCCH происходит назначение (выделение) канала связи (ACCH) конкретным подвижным радиостанциям, после чего они переключаются на этот канал. После смены частоты происходит настройка передатчика по каналу CLCH. Затем продолжается процедура установления связи с использованием быстрого совмещенного канала управления FACCH. По окончании этой процедуры формируется трафиковый канал TCH/x. На фоне пропуска трафика поддерживается медленный выделенный совмещенный канал управления (SACCH), и при необходимости может формироваться STCH канал.

По окончании связи трафиковый канал вновь переходит в FACCH, по которому передаются команды, необходимые для отключения связи. По окончании этой процедуры подвижная радиостанция возвращается на основной канал управления MCCH. Ниже показана упрощенная схема иерархических связей каналов.

 

Отображение логических каналов в полях, пакетах и кадрах физического канала.

Сложная временная структура физического канала, разнообразие видов логических каналов и множество режимов работы системы в целом и отдельных ее элементов предполагают применение различных вариантов размещения логических каналов на физическом уровне и их динамическое изменение в процессе работы. Поэтому здесь кратко рассмотрены основные моменты данного вопроса.

Различают три основных состояния физического канала:

  • TP - физический канал выделен для трафика;
  • CP - физический канал выделен для управления;
  • UP - физический канал не выделен.

В зависимости от состояния физического канала в нем циркулируют различные виды пакетов и набор команд управления.

Таблица 2 показывает основные варианты отображения логических каналов в физические с учетом состояния канала.

Следует отметить, что стандарт задает определенную последовательность пакетов и кадров управления в зависимости от состояния канала, однако данный вопрос здесь не рассматривается.

3. Элементы процедуры установления связи

Процедуры запроса соединения

Таблица 2

Логический каналФизический каналРазмещение логического канала в пакете
TPCPUP
AACHNDB, SB (1…18)Постоянные командные поля
BLCHNDB, SB (18)NDB, SB (1…18)BKN2
BNCHNDB (18)NDB (1…18)SB(1…18)BKN2
BSCHSB (18)SB (1…18)BKN1
CLCHLB (18)LB (1…18)LB (1…18)SSN1
SCH/FNDB (18)NDB (1…18)-BKN1+ BKN2
SCH/HDNDB, SB (18)NDB, SB (1…18)BKN1, BKN2
SCH/HUCB (18)CB (1…18)-SSN1, SSN2
TCHNDB--BKN1, BKN2

Поскольку потребность в связи у абонентов возникает случайно, а структура физических каналов и обмен сигналами синхронны, то имеется проблема сопряжения этих факторов. Данный момент особенно важен на начальном этапе процесса соединения, когда канал связи не выделен, а вызовы разных абонентов могут сталкиваться друг с другом. Эта задача решается с помощью процедуры случайного доступа.

Протокол случайного доступа должен обеспечивать:

  • правильный прием команд доступа от мобильных станций;
  • минимальную задержку в обслуживании вызова;
  • минимальные потери вызовов;
  • минимальные потери пропускной способности системы по каналам трафика и управления;
  • стабильность обслуживания при изменении интенсивности потока вызовов;
  • предоставление приоритетов доступа;
  • одновременное обслуживание вызовов с разными приоритетами.

В аналоговой транкинговой системе стандарта MPT1327 используется протокол случайного доступа, основанный на процедуре синхронная Аloha. Эксплуатация систем связи стандарта MPT1327 при различных нагрузках подтвердила эффективность этого протокола, и он был принят за основу в стандарте TETRA.

В синхронной Аloha процесс доступа в систему производится по команде приглашения, которая передается базовой станцией по каналу управления. Эта команда содержит информацию о количестве последующих пакетов, через которые разрешен доступ в систему. Вызывающая мобильная радиостанция в одном из пакетов передает первичную информацию для начала установления канала связи. Если происходит столкновение вызовов или их искажение, то через некоторое время попытка повторяется в другом кадре. Описанную ситуацию поясняет рис. 9.

В стандарте TETRA предусмотрено два варианта выделения интервалов доступа. В первом варианте используется так называемый скользящий интервал. Длительность этого интервала корректируется в каждом пакете. В другом варианте длительность следующего интервала доступа устанавливается только по окончании предыдущего. Оба варианта поясняются рис. 10 и 11.

Переменная длительность интервала доступа позволяет поддерживать оптимальную пропускную способность канала, минимальную задержку обслуживания вызовов и минимальные потери вызовов при изменяющейся интенсивности их поступления.

 

Рис. 9. Процедура урегулирования конфликтов при запросе вызова.

 

Рис. 10. Вариант со скользящим интервалом доступа.

 

Рис. 11. Вариант с последовательным интервалом доступа.

Стандарт TETRA предусматривает присвоение каждой мобильной станции одного из четырех кодов доступа: A, B, C или D. Назначение кодов доступа конкретным подвижным станциям определяется приоритетом абонента данной станции и его статусом в системе. Присвоение кодов доступа происходит по радиоканалу. Коды доступа по мере необходимости динамически меняются.

В каждой команде приглашения к доступу присутствует код доступа, таким образом, приглашение относится только к тем подвижным станциям, которым присвоен этот код. Одновременное обслуживание вызовов с разными приоритетами достигается комбинированием последовательности кодов доступа, управлением частотой их повторения в команде приглашения и динамическим присвоением кодов подвижным станциям. На рис. 12 показан фрагмент структуры канала доступа с последовательным приглашением к связи подвижных станций с различными кодами доступа.

 

Рис. 12. Структура канала доступа.

Для показанной на рис. 12 последовательности кадров наибольшим приоритетом доступа к каналу связи будут обладать мобильные станции с кодом А, тогда как станции с кодами доступа В, С и D будут иметь равные приоритеты.

После окончания процедуры случайного доступа дальнейшее соединение происходит под управлением инфраструктуры управления сетью.

Процедуры соединения

Индивидуальный вызов

Пример последовательности команд при индивидуальном вызове показан на рис. 5.13. В этом примере предполагается, что мобильные станции, между которыми устанавливается соединение, находятся в зоне действия одной базовой станции. Последовательность команд начинается с передачи мобильной станции М1 запроса на соединение по процедуре случайного доступа (так называемая u-установка в терминах 3-го уровня интерфейса). При успешном приеме запроса базовая станция передает подтверждение о его приеме (d-продолжение) и одновременно запрашивает вызываемую мобильную станцию М2 (d-установка). После этого мобильная станция М2 автоматически (без участия абонента) подтверждает готовность к связи (u-соединение). В ответ базовая станция информирует станцию М1 об успешном контакте со станцией М2 (d-информация), подтверждает станции М2 прием информации (d-соединение) и назначает им свободный трафиковый канал. После этого мобильные станции переключаются на назначенный канал и проводят процедуру регулировки мощности передатчиков. Затем вызываемая станция М2 подтверждает свое присутствие на канале. Если мобильные станции находятся в зонах обслуживания разных базовых станций, то такое же подтверждение передает и вызывающая станция. В заключение базовая станция передает подвижной станции М1 разрешение на передачу сообщения (d-соединение). На рис. 13 представлен случай соединения без дополнительных задержек, при этом длительность соединения составляет более 200 мс. В действительности, в зависимости от качества радиоканала и загрузки системы связи длительность соединения может быть больше.

 

Рис. 13. Процедура индивидуального вызова.

Групповой вызов

Процедура группового вызова показана на рис. 14. На начальном этапе она весьма близка к процедуре индивидуального вызова, однако поскольку вызывается группа станций, получить подтверждение их готовности к связи в одном пакете физического канала невозможно, поэтому этот этап исключен, и базовая станция сразу назначает канал трафика. Затем производится настройка мощности мобильных станций, передача управляющей информации и передача сообщения. Минимальная длительность соединения в режиме группового вызова составляет около 170 мс.

 

Рис. 14. Процедура группового вызова.

Автор: Овчинников А.М.

Возврат в начало страницы


Вернуться к списку

Отправка ссылки коллеге

Ссылка на документ Описание радиоинтерфейса TETRA

*
*
*
*
*
*
Защита от автоматического заполнения
Введите символы с картинки
*


* - Поля, обязательные для заполнения

 
| Российские рации ЕРМАК |Цифровые радиостанции | Mototrbo |Терминал TETRA |Радиостанция TETRA |Системы стандарта Tetra|Транк (Транкинг) |Транкинговая связь|Dimetra IP Compact|Система DMR Linked Capacity Plus|Система DMR IP Site Connect |