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SISTEMAS TRONCALIZADOS TETRA
TETRA TRUNKED SYSTEMS
Willian Orlando Castro Plazas*, Mayerly Paola Medina Palacio**, Henry Montaña Quintero***
Resumen: Los sistemas de trunking digital también conocidos como sistemas
TETRA (Terrestrial Trunked Radio), es una tecnología de radiocomunicaciones
definida a través de un estándar de modulación digital, creado por la ETSI
(Instituto Europeo de Estandarización de las Telecomunicaciones), con el
propósito de estandarizar los sistemas de comunicación de formato digital para
sistemas de radio móvil privado. Este documento, define y describe las principales
características de los sistemas troncalizados TETRA, detalla sus rangos de
operación, quiénes lo regulan, sus aplicaciones, así como su importancia en la
actualidad.
_____________________________
*Tecnólogo en electrónica, Universidad Francisco José de Caldas, Colombia. [email protected]
**Tecnóloga en electrónica, Universidad Francisco José de Caldas, Colombia. [email protected]
*** Ingeniero Electrónico, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Colombia.
Docente Universidad Distrital Francisco José de Caldas. [email protected]
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Palabras clave: TETRA, TDMA, trunking.
Abstract: Systems digital trunking also known as TETRA systems (for its acronym
in english Terrestrial Trunked Radio) is a radio technology defined through a
standard digital modulation, created by the ETSI (European Institute of
Telecommunication Standardization) with the aim of standardize communication
systems for digital private mobile radio systems. This document defines and
describes the main characteristics of the TETRA trunked systems, detailing their
operating ranges, who regulate it, its applications, and its importance today.
Key Words: TETRA, TDMA, trunking.
1. Introducción
“Los sistemas troncalizados (trunking), son aquellos sistemas en los que la
asignación de frecuencias es dinámica, es decir de un conjunto de frecuencias,
éstas se asignan bajo demanda a quienes la necesitan”[1], la frecuencia ya no
pertenece a un grupo único de usuarios, por lo tanto se tiene un numero de
frecuencias portadoras que pueden ser utilizadas por otros usuarios. Este tipo de
redes ofrecen servicios a grupos de usuarios tales como policía, bomberos,
brigadas, entre otros; o de grupos de usuarios que necesitan un tipo de
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comunicación específica como taxistas, flotas de transportes, etc., donde se
requieren servicios de radiotelefonía móvil privada. En la actualidad se tiene a
disposición el sistema de comunicación trunking digital conocido como TETRA
(Terrestrial Trunked Radio) que permite el establecimiento de distintas formas de
comunicaciones ya sea individual, grupal, con un centro de control, llamadas de
emergencia, entre otros, el cual fue desarrollado a partir de las especificaciones de
la ETSI (Instituto Europeo de Estandarización de las Telecomunicaciones).
2. Sistemas Troncalizados “TETRA”
¿Que es TETRA?
TETRA (Terrestrial Trunked Radio)[2] es un estándar elaborado por el ETSI
(Instituto Europeo de Estandarización) que esta “orientada a soluciones
especializadas en el ámbito profesional, donde características como la seguridad,
la compatibilidad y disponibilidad, la calidad de la voz o la intimidad de las
comunicaciones son factores fundamentales”[3], además es el único sistema móvil
de comunicación que cuenta con estándares de interoperabilidad, eficiencia,
servicios de datos y voz simultáneos[4].
La tecnología TETRA, es un sistema de radio troncalizado, que utiliza una técnica
de comunicaciones de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), que utiliza
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un canal común para comunicaciones entre múltiples usuarios al asignarle a cada
uno de ellos una ranura de tiempo diferente [5].
2.1. Características De La Red TETRA
Trabaja en modo terminal a terminal sin hacer uso de la infraestructura,
aprovechando mejor el canal.
Protege al sistema de saturaciones de la red, debido que cuenta con su
propia infraestructura separada de las redes de telefonía móvil públicas.
Permite comunicaciones uno a muchos, debido a que utilizan un único
canal y se difunden en varios emplazamientos.
Uso de distintos niveles de prioridad para garantizar los recursos a ciertos
usuarios o tipos de llamada[3].
Sistema digital con cifrado, garantizando la seguridad que es una de las
características principales del sistema TETRA.
Cobertura nacional, local o regional.
Bandas de frecuencia 380-400 / 410-430 / 450-470 / 806-870 MHz
utilizando canales de 25 KHz divididos en 4 ranuras.
Capacidad de transmisión neta por canal desde 2.4 kbit/s hasta 28.8 kbit/s.
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Modulación π/4 DQPSK (Modulación por desplazamiento de fase) para Voz
+ Datos integrados de 7200 bps.
2.2. Jerarquía de la red TETRA
Imagen 1. Jerarquía de la red TETRA [6]
Se puede dividir la red en tres niveles básicos de jerarquización:
Nivel principal, se encuentra constituido por el centro de control principal,
que es el encargado de la conmutación de transito y control de todos los
terminales del sistema, además permite la interconexión de otros tipos de
servicios y redes de otros entes como redes gubernamentales.
Nivel secundario, esta constituido por centros de control secundarios o
regionales y son los encargados del trafico de sus propios abonados y el de
los centros de control locales que están conectados, además pueden
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direccionar el trafico emitido por sus usuarios a los centros de control
principales.
Nivel local, son los encargados de administrar el trafico de sus abonados,
dependiendo de centros de control secundarios, los cuales son
jerárquicamente superiores en algunas funciones. Pueden ser de tipo
unidad de conmutación remota, o también de tipo controlador de estaciones
radio.[6]
2.3. Infraestructura De Una Red Tetra
Imagen 2. Infraestructura de una red TETRA [1]
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2.3.1. Entidades
“Se puede definir varias entidades dentro de un sistema TETRA como:
1. Un sistema TETRA individual comprende estaciones base (BSs),
conmutadores, centros de administración y operaciones.
2. Las estaciones móviles (MS) que comprenden la Unidad de Terminación
Móvil (MTU) y el Equipo Terminal (TE)
3. Las estaciones de línea (LS) que comprenden la Unidad de Terminación de
Línea (LTU) y el Equipo Terminal (TE).
4. La unidad de administración central de red.
5. Estaciones móviles operando en una red DMO (TETRA en Modo Directo).
6. El estándar contempla la conexión de un sistema TETRA con otras redes
tales como la Red Telefónica Publica Conmutada (PSTN), Redes
Telefónicas Privadas (PTNs), Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) y
Redes de Datos Empaquetados (PDNs)” [1].
2.3.2 Interfaces
“El estándar TETRA ha definido interfaces para la comunicación entre algunas
entidades y la comunicación con otras redes TETRA.
1. I1 Interfaz aire, a través de la cual se comunica la SwMI con la unidad de
terminación móvil (MTU) de una MS.
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2. I2 Interfaz de Estación de Línea, a través de esta interfaz se comunica la
SwMI con la unidad de terminación de línea (LTU).
3. I3 Interfaz Inter-Sistema, a través de esta se comunican dos redes TETRA
distintas.
4. I4 Interfaz entre la estación móvil (MS) y el equipo terminal (TE).
5. I4' Interfaz entre la estación de línea LS y el equipo terminal TE.
6. I5 Interfaz de administración de red.
7. I6 Interfaz de Operación en modo directo (DMO), por medio de la cual se
comunican los Equipos Terminales que trabajan en una red DMO (2
terminales sin intervención de la infraestructura SwMI).
8. Una interfaz que no esta presente en la Imagen 2. es la Interfaz Hombre
Máquina (IMM), a través de la cual la máquina se comunica con el usuario y
viceversa (esencialmente pantalla y teclado del equipo terminal).
9. Para conectar la red TETRA a otras redes tales como la PSTN, ISDN, PDN’s
ó PTN’s lo hace a través de gateways ya definidos en estas redes” [1] .
2.4. Banda De Frecuencias
La mayoría de los sistemas TETRA en Europa operan con rangos de frecuencia
entre:
380-390/390-400 MHz. Bandas de servicios de seguridad y emergencia.
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410-420/420-430 y 450-460/460-470 MHz. Se destinan a las asignaciones
exclusivas a redes móviles troncales de autoprestación y servicio a
terceros.
870-888/915-933 MHz. Destinadas a sistemas móviles con asignación
dinámica de canales para voz y datos [7].
2.5. Eficiencia Espectral
TETRA es el estándar con mayor eficiencia espectral para los sistemas de
comunicaciones móviles ya se logra una eficiencia espectral 4 a 1 en comparación
con los sistemas analógicos, debido a la implementación de multiacceso al medio
TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo) de 4 ranuras de tiempo[8].
Imagen 3. Multiacceso al medio TETRA, TDMA [8]
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Imagen 4. Ancho de banda GSM - PMR – TETRA [9]
2.6. Tipos de terminales TETRA
Existen principalmente, dos tipos de equipos terminales TETRA: equipos móviles
de mano y los equipos móviles para uso vehicular, los cuales permiten la conexión
de un ordenador personal a la red TETRA a través de la interfaz del equipo
terminal[10].
2.6.1. Móviles
Instalados en los vehículos.
Se alimentan del sistema eléctrico del propio vehículo.
Sus potencias de transmisión son mayores (típicamente entre 10 –25w) que
la de los portátiles, logrando mayores alcances.
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2.6.2. Fijos o Bases
Transceptores del mismo tipo que los móviles.
Son ubicados en localizaciones fijas y que se alimentan de la red eléctrica.
Su antena se suele instalar a una altura considerable con lo que se
consiguen mayores alcances que con otros transceptores.
2.6.3. Portátiles
Equipos personales de mano.
“Su principal limitación es que funcionan con baterías, con lo que suelen
trabajar con menores potencias de emisión que los móviles, por lo que su
alcance es menor”[6].
2.7. Modulación π / 4 – DQPSK
La modulación usada por TETRA es π/4 – DQPSK, es una modulación de fase
diferencial con 8 símbolos posibles separados una distancia de π/4.
“La ventaja de π/4-DQPSK es que posee una fácil demodulación. La constelación
de este esquema puede tomarse como dos constelaciones QPSK rotadas π/4
entre ellas. Cada vez que un símbolo es transmitido éste es seleccionado de
forma alternada de la constelación opuesta, esto permite que las transiciones de la
señal no pasen por el punto de origen, lo que resulta tener una menor variación a
la salida de la señal logrando mejores características espectrales. Cada símbolo
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define el cambio entre la fase actual y la fase siguiente a la transición (modulación
diferencial), esta codificación permite al receptor analizar solo el ángulo del cambio
de fase y no todo el valor de ésta, simplificando de esta forma el diseño del
receptor. Para la transmisión se utiliza el Código Gray”[11].
Las ventajas de este tipo de modulación son:
Alta eficiencia espectral.
Transiciones no dan lugar a amplitudes nulas, con lo que se facilita el
diseño de amplificadores lineales de RF.
Ya que la información se transmite en las transiciones de fase, no se
necesita saber sobre el valor absoluto de la fase de la señal. Con esto se
consigue la utilización de demoduladores simples.
La principal desventaja de este tipo de modulación es que requiere del uso
de amplificadores lineales de potencia, esto significa que la capacidad
plena del amplificador no puede ser explorada [3].
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3. Estado del arte
3.1. Señal De Radio TETRA Para El Monitoreo Y Control De
Subestaciones
Hasta ahora, las compañías eléctricas han ido recurriendo a medios y
protocolos para la comunicación entre las estaciones remotas, sin embargo,
estas soluciones son hoy en día muy costosas y engorrosas de mantener. Por
lo tanto, se ha demostrado interés en protocolos abiertos de radio de
transmisión de datos como GSM para el mercado público y el mercado de
radio móvil privada (PMR).
En este mismo esquema las soluciones propietarias de comunicación
(especialmente adaptadas para aplicaciones SCADA) han sido utilizadas para
la comunicación entre el Centro de Control de Red (NCC) y Unidades
Terminales Remotas (RTU) de los sistemas de automatización de distribución.
En este trabajo se describe un sistema piloto utilizado para la transmisión de
datos entre un NCC de Helsinki y cuatro subestaciones secundarias de 0,4 kV
mediante TETRA para Servicios de Datos Cortos (SOS). El problema con esta
tecnología es que el sistema de automatización de la distribución debe
adaptarse a TETRA SDS una solución para esto, donde TETRA SDS se ha
utilizado como canal de comunicación entre el SCADA en una NCC y RTU
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situado en subestaciones secundarias de un sistema de energía. La solución
consiste en una puerta de enlace LONRETRA y una interfaz de comunicación,
llamado STG, entre el SCADA y bibliotecas de comunicación TETRA [12].
3.2. Análisis Comparativo De Los Modelos De Propagación Utilizados En
Hacer Predicciones De Cobertura Para Redes TETRA
Con el fin de evaluar las diferencias entre los valores de atenuación teóricos
ofrecidos por los modelos de aplicación, se realiza una comparación entre la
cobertura de una estación base TETRA utilizando programas ICS de Telecom,
así como las mediciones de intensidad de la señal disponibles sobre la base de
mediciones en tiempo real. Para eso, una estación base TETRA ha sido
elegida para realizar las mediciones de la intensidad de campo. Esta estación
de base se ha colocado en diferentes paisajes, con diversas formas de alivio, y
sus parámetros correspondientes. En este trabajo, se presenta una
comparación entre los diferentes modelos de propagación, la base, en un
primer momento, en la simulación Matlab y, a continuación, en una simulación
realizada en el ICS de Telecom, un software especializado en la planificación
de ondas de radio. Con base en los resultados de la simulación, se ha
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desarrollado una red TETRA y los resultados se compararon con las medidas
reales de la señal en un área determinada [13].
3.3. El optimización del crecimiento de buscadores de ZnO mediante
Tetra-Agujas en la atmósfera durante la Aplicación del campo de
Tubo-Emisión Digital
El desempeño del sistema T-ZnO ha mejorado en gran medida gracias a la
optimización de la temperatura de crecimiento mediante la implementación de
circuitos TETRA. La esencia era equilibrar los efectos del aumento de Ps y la
disminución de NO2 al aumentar la temperatura. En el experimento, los
“bigotes” T-ZnO crecieron hasta alcanzar los 1000 ° C mostrando la morfología
uniforme, con una baja participación en el campo eléctrico de 3,2 V / m, un
gran factor de mejora y una buena estabilidad de emisión de electrones,
beneficiosos para su uso como materia prima para emisores.
Controlado por el circuito de conducción, el tubo digital muestra de forma
dinámica los números 0-9 clara y completamente bajo un voltaje de excitación
bajo de 900 V entre el cátodo y el ánodo.
Este trabajo dio cuenta de la aplicación de los “bigotes” T-ZnO para
exhibiciones de segmento [14].
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3.4. Diseño De Una Banda De Frecuencia TETRA Para Antena
Reconfigurable En Aplicaciones Inalámbricas Portátiles
En este trabajo se presenta el diseño de frecuencia de banda de la antena
monopolo con ancho reconfigurable, utilizando como sustrato el componente FR4
con un espesor de 1,6 mm. El elemento radiante está impreso en un plano de
tierra metálico truncado. La antena funciona de dos modos de doble banda con
dos interruptores de banda única. El modo de banda única (WiMAX a 3.45GHz) se
obtiene cuando ambos interruptores (SW1 y SW2) están en estado OFF. La
primera de doble banda (Wi-Fi a 2,45 GHz y 5,45 GHz WLAN a) el modo se logra
cuando un interruptor particular de los dos interruptores se pone en ON. Cuando
ambos detectores están activados, la antena funciona en el segundo modo de
banda dual (GSM y WLAN a 1,8 GHz a 5.45GHz). Esta antena monopolo está
diseñada con tecnología de simulación por ordenador de 2011 (estudio de
microondas CST). El rendimiento de la antena diseñada se examina sobre la base
de la pérdida de retorno, diagrama de radiación, ganancia, eficiencia y VSWR [15].
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4. Ventajas Y Desventajas Sistema Troncalizado TETRA
4.1. Ventajas
La frecuencia utilizada es mucho más baja, por lo que permite un mayor
alcance, que a su vez niveles más altos de cobertura geográfica.
Alta eficiencia espectral 4 canales de 25 kHz en comparación con GSM con
8 canales de 200 kHz.
Infraestructura TETRA es generalmente independiente de el de las redes
de telefonía pública (móvil), lo que (normalmente) no hay cargos de llamada
para los propietarios de los sistemas, las comunicaciones son mucho más
diversas y resistentes, y es fácil de personalizar e integrar con los datos
aplicaciones (localización de vehículos, bases de datos SIG, sistemas de
despacho, etc.)
En ausencia de una red de móviles o portátiles se utilizar en modo directo,
en el cual comparten los canales de forma directa (modo walkie-talkie).
Los equipos están disponibles a los proveedores en todo el mundo, lo que
beneficia la competencia interoperables.
A diferencia de las tecnologías celulares, que conectan un abonado a otro
abonado (uno a uno), TETRA esta diseñado para hacer uno a uno, uno a
muchos y muchos a muchos.
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4.2. Desventajas
Frente a GSM son:
Soporta una menor densidad de usuarios que los servicios de GSM debido al
tipo de modulación que realiza.
Los terminales tienen un precio mucho mayor al estar dirigido a sectores
diferentes y no disponer de un mercado masivo de clientes.
Las transferencias de datos son más lentas con un máximo de 19 Kbps,
aunque se están realizando mejoras con las nuevas versiones.
Debido a la baja modulación de frecuencia, los terminales pueden interferir con
dispositivos electrónicos sensibles, como marcapasos o desfibriladores.
.
5. Conclusiones
Una de las grandes bondades del estándar tetra frente a otros protocolos
de comunicación, es la cantidad de canales disponibles con la mínima
potencia requerida, hablando puntualmente de 32 canales con 25KHz de
espectro de frecuencias, en comparación por ejemplo a GMS con 8
canales con una banda de frecuencia de 200kHz, por lo tanto se requiere
menos infraestructura.
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Teniendo en cuenta su modo de operación, es una ventaja el que trabaje
sobre ondas de radio pues se presta para que no exista interferencia
respecto a otro tipo de señales, más aun si se tiene en cuenta su continua
utilización en momentos de desastre o emergencia.
TETRA diferencia de las tecnologías celulares, que conectan un abonado a
otro abonado (uno a uno), TETRA se construye para hacer uno a uno, uno
a muchos y muchos a muchos. Este funcionamiento es directamente
relevantes para la seguridad pública y los usuarios profesionales.
El protocolo TETRA esta en constante evolución, debido a las adiciones y
mejoras propuestas por los fabricantes y los usuarios.
REFERENCIAS
[1] J. Girón, “ANÁLISIS DEL ESTÁNDAR DE RADIO TRONCALIZADO
DIGITAL TETRA (Terrestrial Trunked Radio) Y DE SU POSIBLE
APLICACIÓN EN EL ECUADOR,” vol. 1, p. 25, 2011.
[2] E. E. 100 392-2 V3.3.1, “Terrestrial Trunked Radio (TETRA); Voice Plus
Data (V + D); Part 2: Air Interface (AI),” 2008.
[3] M. J. Rodriguez and J. M. Molina, “Implementación Hardware de un Sistema
de Comunicaciones TETRA,” vol. 1, 2013.
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[4] R. Shan, B. Honary, H. Ahmed, D. Lund, and M. Darnell, “Performance
evaluation of Phase Modulation schemes for TETRA application,” Commun.
Syst. Networks Digit. Signal Process. (CSNDSP), 2010 7th Int. Symp., pp.
387–391, 2010.
[5] M. Carrasco, A. Luis, S. Ascanio, and D. Lopez, “TDMA : Time Division
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[6] K. Joves, “Plan especial de despliegue del sistema troncal ‘ TETRA ’ para
los órganos de prevención y seguridad ciudadana en el estado Miranda .,”
2012.
[7] S. Bakaric, M. Borzic, D. Bratkovic, and V. Grga, “TETRA (terrestrial trunked
radio) - technical features and application of professional communication
technologies in mobile digital radio networks for special purpose services,”
47th Int. Symp. ELMAR, 2005., no. June, pp. 307–310, 2005.
[8] N. Catalano, “OPERACIONAL TRONCALIZADO DIGITAL TETRA,” vol. 1,
2007.
[9] R. D. E. A. Celular, “Redes PMR. Sistema TETRA.”
[10] P. V. Gomez, “ANÁLISIS DE SISTEMAS DIGITALES RADIO APROPIADOS
A LAS NECESIDADES DE TELECOMUNICACIÓN EN ZONAS RURALES
AISLADAS DE LA AMAZONIA PERUANA,” 2003.
[11] A. Defilippi, “LANIFICACIÓN DE UN SISTEMA TRONCALIZADO DIGITAL
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EN ESTÁNDAR TETRA PARA APLICACIONES DE SEGURIDAD
CIUDADANA Y COMUNICACIONES EN CASO DE EMERGENCIA,” no.
505, pp. 10–12, 2012.
[12] M. Nordman, “TETRA radio in monitoring and control of secondary
substations,” 7th Int. Conf. Dev. Power Syst. Prot. (DPSP 2001), vol. 2001,
no. 479, pp. 283–286, 2001.
[13] V. Grecu, V. Bîndar, S. Halunga, and M. Popescu, “Comparative Analysis of
Propagation Models Used in Making Coverage Predictions for TETRA
Networks,” no. 6, pp. 1–4, 2015.
[14] Y. P. Chen and C. H. Zheng, “Optimized Growth of Tetra-Needlelike ZnO
Whiskers in the Atmosphere for Field-Emission Digital Tube Application,” vol.
37, no. 4, pp. 504–507, 2016.
[15] S. Hayat, I. A. Shah, I. Khan, I. Alam, S. Ullah, and A. Basir, “Design of
Tetra-Band Frequency Reconfigurable Antenna for Portable Wireless
Applications,” pp. 4–7, 2016.