TETRA

TETRA är ett sambandsradiosystem som är populärt bland "blåljusmyndigheter" i stora delar av världen. Det kan förses med militär styrka på kryptering vilket innebär att det är avlyssningssäkert. Systemet påminner mycket om klassisk landmobil kommunikationsradio eller PMR som den även kallas. TETRA-systemet är frekvenseffektivt och digitalt och är trunkat samt har lånat mycket teknik från GSM-systemet.

Radiointerface

TETRA är ett FDMA/TDMA-system med 25 kHz kanalraster och 4 tidluckor på varje kanal. Kanalnummer beräknas genom att man utgår från den närmast liggande hela 100-talet MHz och därefter helt enkelt räknar antal 25 kHz steg. Den exakta frekvensen kan dock vara förskjuten med 12,5 kHz vilket den ofta är i de flesta system. Se mer om ARFCN i ett annat avsnitt.

Duplexavståndet är normalt 10 MHz i TETRA där upplänken definieras som signalen mobilen sänder till basens mottagare 10 MHz under den frekvens basen använder för att sända till mobilen. Detta gäller i så kallat TMO-läke (Trunked Mode Operation). I DMO (Direct Mode Operation) använder man antingen samma frekvens i båda riktningarna (ingen duplex) eller ett frekvenspar med halv duplex.

Modulationen är PI/4 QPSK med sidbandsfilter för att förhindra störningar i angränsande kanaler. Detta innebär att det också uppstår en peak-to-RMS på 3,64 dB vilket innebär att man måste ha väldigt linjära förstärkare. Förekommer olinjäritet uppstår sidbanden igen i angränsande kanaler.

Modulationstakten är brutto 18 000 symboler per sekund med 2 bitar per symbol vilket ger 36 kbit/s i bruttodatatakt på radiointerfacet. En symbols längd i tid blir då 1/18000 = 55,56 µs lång. I längd blir en symbol därmed 16,67 km i fri rymd och 11,11 km på glasfiber.

Maximal multiudbredning för en TETRA-signal där en mottagare ser två lika starka signaler med en fördröjning i tid mellan båda är lite drygt 20% av en sybol vilket då innebär ungefär 12 µs. Multipath på mer än detta ger kraftig BER (Bit Error Rate) vilket innebär att man inte kan avkoda signalen särskilt väl. Detta måste särskilt beaktas när man använder t.ex. repeatrar för att förbättra täckningen.

Frekvensplaneringen i TETRA bygger på att man på samma basstation måste separera sändarkanalerna med minst 6 kanalsteg (150 kHz). Detta bör man också försöka göra på omgivande basar som är direkta grannar men man kan gå ner till 3 kanalsteg (75 kHz) om frekvensplaneringen kräver detta, man måste dock räkna med en höjning av interferens om man gör detta och det fungerar inte på baser som är co-siteade med varandra eller till och med delar antenner.

ARFCN i TETRA

RAKEL är ett TETRA-nät som används av blåljusmyndigheterna i Sverige och använder det standardiserade frekvensbandet på 390-395 MHz och en duplex på 10 MHz för upplänken (som då hamnar på 380-385 MHz). Beräkningen av kanalnummer på RAKEL görs enligt basfrekvensen 300 MHz och en offset på 12,5 kHz.

ARFCN betyder "Absolute Radio Frequency Channel Number" och är ett sätt att numrera radiokanalerna som ursprungligen togs fram för GSM 900. Där blev detta en soppa eftersom när man utökade bandet så fick man hitta på kanalnummer som ej var negativa under basfrekvensen. I TETRA däremot är det relativt enkelt.

Frekvens till ARFCN $ARFCN={\frac {f-12,5-300}{0,025}}$

ARFCN till frekvens $f=ARFCN\cdot 0,025+12,5+300$

Första frekvensen blir då

Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFC) i TETRA för blåljusmyndigheter

Frekvens (MHz)	ARFCN (Kanalnummer)
390,0125	3600
390,0375	3601
390,0625	3602
390,0875	3603
390,1125	3604
390,1375	3605
...	...
394,9875	3799

Privata nät som används på 400 MHz-bandet använder i stället 400 MHz som sin basfrekvens när man beräknar ARFCN. Därför kan man fråga sig om ARFCN är så "absolut" som namnet antyder då det är relativt en viss basfrekvens som man måste veta och exempelvis kanalerna i frekvensområdet 490-495 MHz numreras likadant som kanalerna i 390-395 MHz.

Ett nät som har 425-430 MHz utan offset får följande ARFCN:

Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFC) i TETRA för blåljusmyndigheter

Frekvens (MHz)	ARFCN (Kanalnummer)
425,0000	1000
425,0250	1001
425,0500	1002
425,0750	1003
425,1000	1004
425,1250	1005
...	...
430,9750	1239

Logisk struktur

Tidsmässigt sker inte sändning och mottagning samtidigt i en radiostation. Radiobasstationer klarar detta men handburna eller fordonsmonterade apparater nyttjar vanligen endast en tidlucka i taget. Sändning sker då i tidluckan som kommer 2 steg efter den tidlucka man mottog i.

En tidlucka består av 255 symboler, varje symbol är 2 bitar. En frame består av 4 tidluckor och en multiframe består av 18 frames. I nedlänk används endast 17 ramar per sekund för trafikdata, den sista är reserverad för information om nätet, basstationen och för att skicka SDS-meddelanden.

Framtida varianter

TEDS är en variant på TETRA där man tillåter variabel storlek på kanalbandbredden mellan 25, 50, 75 och 150 kHz. Det är tänkt att det skall fungera i existerande spektrum men frekvensplaneringen är svår eftersom den i regel är gjort för existerande 25 kHz kanalraster.

Andra varianter med att köra 200 kHz och GMSK precis som på GSM har föreslagits men inte vunnit särskilt mycket mark eftersom det är en relativt sett spektrumineffektiv väg i jämförelse med att ha bättre kodning som exempelvis 8-QAM eller 16-QAM

Med större bandbredd kan man tillåta adaptiva modulationstekniker och exempelvis begagna QAM som modulationsform i stället för PI/4 QPSK som dagens TETRA använder sig av vilket är egentligen en sorts fasskiftsnyckling (phase shift keying).

Det är också en fråga om vad radioapparaterna klarar och dagens system når några hundra kbit/s vilket näppeligen kan jämföras med mobila bredbandssystem. TETRA är och förblir ett smalbandigt system med vissa datatjänster.

Kryptering

Det finns flera olika typer av kryptering i TETRA. Det starkaste innebär att alla telefoner som kommunicerar med varandra måste ha en förinstallerad kryptonyckel, hela transporten från sändare till mottagare är krypterad och kalls därför end-to-end krypto.

Det finns enklare krypteringar också där nyckeln tilldelas användaren vid behov och därmed kan skickas över nätverket, så kallad OTAR over the air re-keying ungefär att man får en ny nyckel vid behov över nätverket. Detta krypto transporterar inte ljudströmmen krypterad hela vägen men gör det svårt att avlyssna kommunikationen på radiointerfacet.

Standard används TEA TETRA Encryption Algorithm på luftinterfacet och skyddar både signallering och mot avlyssning. TEA är en relativt stark algoritm med militära mått mätt men fungerar bra i de flesta fall. TEA är ett streamande chiffer med 80 bitars nyckel och delas upp i TEA1 och TEA4 som används för kommersiell kryptering medan TEA2 är skyddat endast för användning av poliser och andra public safety-organisationer i Europa. TEA3 används för situationer när man inte vill ha TEA1/TEA4 och TEA2 ej är tillgängligt.

TMO & DMO

TMO betyder trunked mode operation och är det normala sättet att kommunicera inom ett nätverk baserat på TETRA. Signalerna från mobilen skickas till basen, trunkas och sänds sedan till mottagaren eller mottagarna oavsett om de befinner sig i samma cell eller någon annan cell.

DMO är direktmode direct mode operation och fungerar ungefär som vanlig 2-vägsradio. Användarna sänder direkt till varandra utan inblandning av en radiobasstation eller ett nätverk och fungerar bara om mottagaren/mottagarna befinner sig så att de kan ta mot sändningen.

Effektklasser

Normal effektklass på radiobasstation i TETRA är 43 dBm per carrier, dvs 20 W. För en handhållen apparat är det vanligt med 1-2 W uteffekt (30-33 dBm) och för fordonsmonterade apparater är det inte ovanligt med upp till ca 15 W uteffekt. Olika effektklasser finns och i TMO kan restriktioner sättas med max tillåten uteffekt inom en viss cell något som ofta används för att förbättra dynamiksituationen för repeatrar mm.

SDS-meddelanden

SDS står för Short Data Service och motsvaras i GSM av SMS. Det är ett sätt att skicka små textmeddelanden till en terminal. Det används också ibland för att föra över begränsade mängder datatrafik, exempelvis som GPS-positioneringar hos terminaler eller för att styra vissa funktioner i nätet eller bakom.

Den maximala längden hos ett SDS är 140 oktetter men det är inte begränsade till vissa typer av tecken som dess motsvarighet SMS i GSM (som förvisso klarar 160 tecken).

SDS kan skickas ut till en enskild mottagare men det kan också skickas på en talgrupp. Alla som är inloggade på den talgruppen när SDS-meddelandet skickas kommer då att då det i sin radio. Detta är ett mycket effektivt sätt att skicka ut adress, koordinater eller ett kortfattat signalement eller liknande.

Man använder även SDS för att styra saker i TETRA-nätet eller apparater anslutna till nätet likväl som att ställa frågor mot databaser eller liknande. Det är också vanligt att exempelvis väktare och andra använder SDS för att tala om var de är, när de "går på" eller "går av" sitt pass eller anlänt till en byggnad. De flesta radioapparater kan förprogrammeras med SDS plus radions ID-nummer så att de med enkelhet kan skickas genom att man håller nere en siffertangent fem sekunder.

Larmstatus kan också flaggas med SDS i vissa nät även om det också finns en separat flagga för detta i ett TETRA-samtal.

Talkodning

Tal samplas med 8 kHz och kodas sedan med ACELP (Adaptive Code Excited Linear Prediction) och den resulterande dataströmmen är 4,567 kbit/s per talkanal som sänds i systemet. Kodningen har kritiserats för att snabbt ge burkigt och dåligt ljud när exempelvis buller förekommer och olika preprocessorer har implementerats för att filtrera bort buller innan man talkodar. Resultatet har i vissa fall varit en klar förbättring men kommer fortfarande långt från det ljud många är vana vid från analog radio där ett visst brus sällan är något problem.

Därefter så transportkodas talströmmen med felrättningsinformation som medger att man trots bitfel kan avkoda talet korrekt. Detta ökar motståndet mot att tappa information när mottagningen är svag eller av anant skäl störd. Den totala dataströmmen blir därmed 7,2 kbit/s per talkanal och ryms i en tidlucka.