کتاب طراحی گیرنده بی سیم برای ارتباطات دیجیتال

Wireless Receiver Design for Digital Communications

کتاب طراحی گیرنده بی سیم برای ارتباطات دیجیتال

 

TETRA ترانک دیجیتال

اگر چه پروژه‌ی 25 توانست تا حدود زیادی نیاز کاربران طیف امنیت عمومی و آژانس‌های دولتی خدمات شهری را پوشش دهد ولی در مدت زمان کوتاهی روش‌های پیشرفته‌ی دیگری ظهور یافتند.

یکی از استاندارد‌های برجسته‌ی این روش‌ها در اروپا به نام تترا و جایگزینی برای سیستم‌های قدیمی و آنالوگ می‌باشد. تترا به معنی "استاندارد اروپایی رادیو‌های ترانک" می‌باشد که جهت ارتباطات مختلف در کشور‌های اروپایی توسعه یافت و استاندارد تترا بوسیله‌ی موسسه‌ی استاندارد ارتباطات اروپا مورد تأیید قرار گرفته است که موسسه‌ای مانند موسسه‌ی ملی استاندارد آمریکا در ایالات متحده است. بعد از مدتی با توجه با تقاضای بازار‌های جهانی خارج از اروپا جهت استفاده از این سیستم نوین بار دیگر تعریف جدیدی از این سیستم به نام "رادیو‌های ترانک زمینی" از عبارت "Terrestrial Irunked Radio" ارائه شد.

 

 

" ارمغان استاندارد تترا برای شبکه‌های ترانک"

یکی از مهم‌ترین دستاورد‌های فناوری ترکیب چندین ویژگی مختلف در قالب یک وسیله‌ی سیار است . اصولا" انتقال صوت وداده نیازمند تجهیزات متفاوتی از یکدیگر می‌باشند‌، همچنین از سیگنال‌های رادیویی متفاوتی بهره می‌گیرند‌، این د‌ر حالی‌ست که یک رادیویی تترا شامل ترکیبی از یک رادیویی متحرک‌، یک تلفن سلولی‌، یک پایانه‌ی تبادل داده و یک پیجر در قالب دستگاهی کوچک است . برای مثال یک تماس رادیویی می‌تواند بوسیله‌ی یک رادیوی تترادر کمتر از یک ثانیه برقراری شود چه شخص به شخص به گروه، حتی در میان تماس‌ قادر به اتصال به شبکه‌های پایگاه داده از جمله اینترنت خواهد بود و نیز توانایی برقراری ارتباط با شبکه‌ی تلفن شهری بوسیله‌ی شماره‌گیری همنند یک تلفن همراه را خواهد داشت.

همچنین تترا فراهم آورنده‌ی حالتی به نام "روش مستقیم" (Direct mode) است که در این حالت رادیو‌های مشترکان می‌توانند بدون وساطت شبکه‌ی مرکزی و تجهیزات؟؟ کننده‌ از جمله تکرار کننده‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند، درست مانند یک "وا کی تا کی". این حالت زمانی کارآیی خواهد داشت که به دلایلی نتوانیم از طریق شبکه ارتباط اعضاء را برقرار نماییم، مثلاً خارج شدن از فضای تحت پوشش شبکه، قطع و اختلال در سیستم کنترل مرکزی و..... را در نظر بگیرید، اما گفتنی است که در این حالت تنها امکان برقراری ارتباط صوتی برای مشترکان فراهم است و دیگر خدمات سامانه که مبتنی بر وساطت شبکه و مرکز کنترل ایستگاه اصلی می‌باشد قابل ارائه نخواهد بود.

همچنین در حالت دیگری یک رادیویی می‌تواند به عنوان دروازه‌ای ما بین رادیو خارج از شبکه و ایستگاه کنترل عمل نماید، به طوری‌که در این حالت رادیو که بین ایستگاه و رادیو‌های خارج از شبکه واقع تحت پوشش شبکه نیز قرار دارد نقش تکرار کننده را بین این دو ایفا و اتباط را برقرار سازد.

تترا از تکنولوژی به نام "دسترسی چند گانه‌ی زمانی" (TDMA) برای فشرده سازی 4 کاربر روی هر یک از کانال‌ها با پهنای 25KHz استفاده نموده و اجازه تماس پیوسته‌ی یک یا چند کاربر به طور همزمان را بر روی یک کانال می‌دهد. در این سامانه به هر یک از کاربران یک قسمت از تقسیم‌بندی زمانی 4 قسمتی هر کانال که برابر 14.167mls میلی‌ثانیه(هزارم ثانیه) می‌باشد اختصاص می‌یابد.

به‌طوری که اگر یک کانال را در حالت فعالیت در نظر بگیریم کاربر شماره‌ی ا در محدوده‌ی 1/4 زمان متعلق به خود عمل ارسال را انجام می‌دهد و سپس پس از پایان این 14 میلی‌ثانیه، عمل ارسال توسط رادیوی وی به صورت خورکار می‌شود، در این زمان کاربر 2 می‌تواند به اندازه‌ی 14 میلی‌ثانیه از زمان خود ارسال انجام دهد، کاربران سوم و چهارم نیز به همین ترتیب، که در پایان این چرخه، به میزان جمعاً 56.688mls میلی‌ثانیه ارسال انجام می‌شود و این چرخه دوباره آغاز می‌گردد. حال نکته این‌جاست که فرایند قطع و وصل نمودن مجدد و کنترل این چرخه با چنان سرعتی انجام می‌پذیرد و زمان به قدری کوتاه است که هیچ یک از کاربران قطع اتباطی را حس نخواهند کرد و ارتباط پیوسته برقرارمی‌ماند.

استاندارد تترا دو نوع اتصال تبادل داده را پشتیبانی می‌نماید که عبارتند از: مدار پیوسته(مانند یک مودم تلفنی) و پروتکل اینترنتی (IP). این‌ها روش‌هایی برای انتقال پیام‌های کوتاه، تصاویر و نقشه‌ها، تصاویر ویدویی فشرده و دیگر داده‌ها هستند در هر دوره نرخ سرعت انتقال داده برای هر کاربر بر چیزی در حدود 200 و 7 بیت در هر ثانیه است که به طور همزمان برای 4 کاربر 800 و 28 بیت بر ثانیه خواهد شد یعنی چیزی معادل سرعت اتصال به اینترنت بوسیله‌ی یک مودم دایل آپ معمولی. اگر در حالت بخصوصی یک کار بر نیاز به سرعت بیشتری جهت انتقال و تبادل داده داشته باشد و نیز 4/3 دیگر از محدوده‌ی زمانی تعیین 4 شده آزاد و بدون استفاده باشد مرکز کنترل قادر بود تا کل بخش‌های زمانی قسمتی را به یک کاربر اختصاص دهد تا وی به سرعت بتواند اطلاعات مورد نیاز را مورد تبادل قرار دهد.

در شرایطی که یک رادیو تنها قادر است از بازه‌ی زمانی 1/4 خود جهت ارسال استفاده نماید می‌تواند از بقیه‌ی 3/4 بخش باقیمانده (زمان ارسال توسط 3 کاربر دیگر) جهت عمل دریافت استفاده نماید. هر کانال در هر ثانیه 18 مرتبه به صورت سوییچ کردن به عقب و جلو بر روی ارسال و دریافت به صورت متناوب عمل می‌کند و توانایی عملکرد دو طرفه به صورت صحبت کردن و شنیدن همزمان مانند یک تلفن همراه را فراهم می‌آورد. این نوع ارتباط همزمان به نام "تمام دو طرفه" یا "Full duplex" شناخته می‌شود.

انواع پیام‌ها و سرویس‌های شبکه تترا به شرح زیر می‌باشد:

سرویس‌های ترانک تترا:

الف) سرویس‌های اساسی و استاندارد تترا:

1- مکالمه صحبت

ب- سرویس‌های جانبی تترا (Supplementary Services)

1- اولویت برای کانال ترافیک (Priority Call)

2- شنود محیطی که برای دیسپاچرهای خاصی تعریف می‌شود (Ambient Listening)

3- شنود مکالمه: برای دیسپاچرهای خاص تعریف می‌شود و می‌توان گفت یک نوع کنفرانس است (Discreet Listening)

4- وارد شدن به مکالمه جاری (Inclode Call)

5- انتظار مکالمه (call Waiting)

6- گوشی را نگهدار (Call Hold)

7- ارائه مجوزهای موردی از طرف دیسپاچر به واحد رادیویی (Call Authorized by Dispatcher)

8- رویت هویت مکالمه کننده در طی تماس گروهی برای دیگر اعضاء (Talking Party Identification)

9- آگاهی دادن جهت ورود با تاخیر افراد غایب (Late Entry)

10- دسترسی به شبکه در شرایط ترافیک بالا بر مبنای اولویت (اولویت برای دسترسی به کانال کنترل است) Access Priority

11- حذف تعریف و یا اضافه نمودن گروه توسط دیسپاچر به صورت موردی (Dynamic Group Number Assignment)

12- انتقال مالکیت گروه به جانشین (Transfer Control)

13- سرویسی است که واحد رادیویی از شبکه می‌خواهد وضعیت یک مشترک خاص را تعیین نماید (به من بگو کسی که پاسخ‌گوی من نیست شرایط آن چیست) (Call Completion to Busy Subscriber/on No Reply)

14- محدودیت برای تماس با داخل یا خارج شبکه (Call Barring Incoming / Outgoing)

15- گزارش مکالمه (این امکان را به کاربر می‌دهد که ID را برای کاربر ارسال کند تا بعدا با او تماس بگیرد. (می‌خواهد با او تماس بگیرد ولی مشغول است) (Call Report)

16- مکالمه را در صورتی که در دسترس نیستم یا مشغول یا خاموش هستم و یا به هر دلیلی نبودم به مشترک یا آدرس دیگر انتقال بده (Call for Warding)

17- محاسبه صورتحساب مشترکین (Advice of Charge)

 

- موبایل به موبایل به صورت انفرادی هاف دوبلکس

- موبایل به موبایل به صورت فول دوبلکس

- موبایل به‌‍ٍ(PSTN/PABX) به صورت انفرادی هاف دوبلکس

- موبایل به (PSTN/PABX) به صورت انفرادی فول دوبلکس

- (PSTN/PABX) به موبایل به صورت انفرادی هاف دوبلکس

- (PSTN/PABX) به موبایل به صورت انفرادی فول دوبلکس

2 - مکالمه گروهی:

- موبایل به موبایل به صورت گروهی

- موبایل به موبایل به صورت پخش عمومی

- (PSTN/PABX) به موبایل شبکه تترا به صورت گروهی

- (PSTN/PABX) به موبایل شبکه تترا به صورت پخش عمومی

3- ارسال دیتای مداری (بدون آدرس که REAL TIME هستند):

- موبایل به موبایل به صورت انفرادی با حداکثر سرعت 28.8 KBPS

- موبایل به گروهی از موبایل‌ها با حداکثر سرعت 28.8 KBPS

4- ارسال دیتای بسته‌ای (آدرس دار REAL TIME نیستند):

- موبایل به موبایل با استفاده از پروتکل (TCP/IP)

- موبایل به شبکه‌های کامپیوتری (موبایل به بانک‌های اطلاعاتی مختلف)

5- ارسال دیتای کوتاه (SDS):

- ارسال دیتای کوتاه SDS از پیش تعریف شده از موبایل به موبایل

- ارسال دیتای کوتاه تا 255 حرف از موبایل به موبایل

- ارسال دیتای کوتاه از پیش تعریف شده از موبایل به گروه

- ارسال دیتای کوتاه از پیش تعریف نشده از موبایل به گروه

6- سرویس‌های صوتی دیگر:

- مکالمه صوتی کانال باز (OPEN CHANNEL)

- ایجاد شبکه مجازی VPN

7- مدها و فانکشن‌های موبایل در تترا:

- مد ترانک Trunking Mode (TM)

- مد مستقیم Direct Mode (DMO)

- مد دوگانه بودن (DW) Dual Watch

8- امنیت و محرمانه بودن شبکه:

- شبکه سئوال می‌کند و اعلام هویت رااز موبایل می‌خواهد(اعلام هویت و تصدی از طرف شبکه)

- مشترک از شبکه سئوال می‌کند و شبکه اعلام هویت می‌کند(اعلام هویت و تصدیق از طرف شبکه)

-مشترک ازشبکه سئوال می‌کند و شبکه اعلام هویت می‌نماید(اعلام هویت و تصدیق ازطرف موبایل)

- رمز کدگذاری ذاتی سیستم تترا در فرمت ACELP و اینترفیس هوایی

- قابلیت اضافه کردن مدول رمز کننده (End-to-End)

- کدگذاری و رمزگذاری در حالت مد مستقیم

9- سرویس‌های دیگر:

- داشتن GATEWAY (یک موبایل خودرویی برای افزایش پوشش به عنوان GATEWAY ، بین شبکه تترا و تعدادی موبایل قرار می‌گیرد که موبایل در مد مستقیم با GATEWAY تماس و به شبکه وارد می‌شوند و بالعکس)

- داشتن Repeater (یک موبایل خودرویی یا دستی می‌تواند در مد مستقیم به عنوان تکرار کننده،تعریف وعمل نمایند)

توضیح اینکه معمولا قابلیت فوق همزمان به صورت (Gateway/Repeater)تعریف وعملیاتی

مزایای سیستم‌های رادیویی ترانک نسبت به سیستم‌های رادیویی مرسوم:

1- استفاده بیشتر و مؤثرتر از باند فرکانسی

2- بهره‌برداری مؤثر و کامل از کانال‌های رادیویی

3- ارتباط با شبکه تلفن سوئیچینگ شهری و مرکز تلفن داخلی

دارای تمام مشخصات اساسی یک سیستم رادیویی خصوصی،همراه با محرمانه ماندن پیام‌های هر مشترک

5- امکان گسترش منطقه پوشش، متناسب با نیاز مشترک

6- سرویس‌های متنوع قابل ارائه برای تعداد زیادی از مشترکین: پیام خصوصی ـ گروهی کنفرانس ـ گروهی پخش، امکان تغییر آدرس پیام، پیام اولویت دار، پیام اضطراری، پیام وضعیتی، پیام کوتاه عددی و حرفی، انتقال دیتای طولانی و...

7- برقراری سریع ارتباطات و امکان قرار گرفتن در صف پیام‌ها به علت اشغال کانال‌ها

8- امکان افزایش و تغییرات سرویس‌های عملیاتی به علت کنترل نرم‌افزار سیستم ترانک

9- امکان شناسایی کاربرهای غیرمجاز و ممانعت از دسترسی آنها به شبکه (ترانک تترا)

10- امکان طراحی و به کارگیری رمزکننده دیجیتالی با ضریب امنیت بالا و پیچیدگی رمز (تترا)

11-‌ امکان افزایش سطح پوشش رادیویی با استفاده از سرویس (Gateway/Repeater) (ترانک تترا)

12- امکان بکارگیری بی‌سیم‌ها در خارج فرکانس شبکه در مد مستقیم (ترانک تترا)

13- امکان ارسال صدا و دیتا به طور همزمان توسط یک بی‌سیم به دو نقطه (ترانک تترا)