La radio troncal terrestre [1] ( TETRA ; anteriormente conocida como radio troncal transeuropea ), un estándar europeo para un sistema de radio troncalizado , es una especificación de transceptor bidireccional y radio móvil profesional [2] . TETRA fue diseñado específicamente para su uso 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 el ejército . [3] 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), cuya primera versión se publicó en 1995; es mencionado por el Comité Europeo de Radiocomunicaciones (ERC). [4]
TETRA utiliza acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) con cuatro canales de usuario en una portadora de radio y una separación de 25 kHz entre portadoras. Se puede utilizar tanto transferencia punto a punto como punto a multipunto . La transmisión de datos digitales también está incluida en el estándar, aunque a baja velocidad de datos.
Las Estaciones Móviles TETRA (MS) pueden comunicarse en modo directo (DMO) o en modo troncal (TMO) utilizando infraestructura de conmutación y gestión (SwMI) formada por estaciones base TETRA (TBS). Además de permitir comunicaciones directas en situaciones en las que no hay cobertura de red, DMO también incluye la posibilidad de utilizar una secuencia de uno o más terminales TETRA como relés. Esta funcionalidad se denomina gateway DMO (de DMO a TMO) o repetidor DMO (de DMO a DMO). En situaciones de emergencia esta característica permite comunicaciones directas bajo tierra o en zonas 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 conmutados por paquetes o por circuitos utiliza canales específicamente asignados.
TETRA permite la autenticación de terminales hacia la infraestructura y viceversa. Para protegerse contra escuchas no autorizadas, se encuentran disponibles el cifrado de interfaz aérea y el cifrado de extremo a extremo.
El modo de funcionamiento habitual es el de llamada de grupo, en el que con solo pulsar un botón se conectará al usuario con los usuarios de un grupo de llamada seleccionado o con un despachador . También es posible que el terminal actúe como un walkie talkie de 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 ( teléfonos celulares ), con una conexión directa full-duplex a otros usuarios TETRA o a la PSTN . Los botones de emergencia, que se encuentran en los terminales, permiten a los usuarios transmitir señales de emergencia al despachador , anulando cualquier otra actividad que se esté llevando a cabo al mismo tiempo.
Una revisión exhaustiva publicada en julio de 2023 por la empresa Midnight Blue sobre el estándar TETRA y los algoritmos de cifrado, la primera que se hizo pública en los últimos 20 años, ha encontrado múltiples fallos de seguridad, denominados colectivamente TETRA:BURST. Se registraron un total de 5 fallos en la base de datos CVE : [5]
Además, el equipo de Midnight Blue detecta una "peculiaridad en el S-box del TEA3 ", pero aún tiene que determinar si constituye una debilidad. [6]
Estas vulnerabilidades permanecieron públicamente desconocidas durante 28 años después de la publicación de TETRA porque TETRA no hace públicas las definiciones de sus algoritmos criptográficos, un ejemplo de seguridad a través de la oscuridad . El equipo de Midnight Blue obtuvo acceso al código criptográfico de TETRA atacando el entorno de ejecución confiable en una radio habilitada para TETRA. El equipo señala una lista de sistemas criptográficos previamente dañados que se basaban en la oscuridad y argumenta que se debería haber seguido el principio de Kerckhoff : el sistema habría sido más seguro cuando su estructura es de conocimiento público. [6]
Las principales ventajas de TETRA frente a otras tecnologías (como GSM ) son:
Hay más información disponible en la Asociación TETRA (anteriormente TETRA MoU) y los estándares se pueden descargar de forma gratuita desde ETSI .
Sus principales desventajas son:
Hasta 7,2 kbit/s por intervalo de tiempo, en el caso de conexiones punto a punto, y 3,5 kbit/s por intervalo de tiempo en el caso de encapsulación IP. Ambas opciones permiten el uso de entre uno y cuatro intervalos de tiempo. Diferentes implementaciones incluyen una de las capacidades de conectividad anteriores, ambas, o ninguna, y un intervalo de tiempo o más. Estas velocidades son ostensiblemente 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 expandido de 150 kHz. Para superar las limitaciones, muchos proveedores de software han comenzado a considerar soluciones híbridas donde se utiliza TETRA para señalización crítica mientras que la sincronización de datos de gran tamaño y la transferencia de imágenes y video se realiza a través de 3G / LTE . [8]
Para su modulación TETRA, utiliza modulación por desplazamiento de fase en cuadratura diferencial π ⁄ 4. La tasa de símbolos (baud) 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, parecería 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 utilice 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 de pico y la potencia media (RMS) es de 3,65 dB. Si se utilizan amplificadores no lineales (o no lo suficientemente lineales), las bandas laterales reaparecen y causan 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 de forma continua y (simultáneamente) reciben de forma continua desde varios móviles en diferentes frecuencias portadoras; por lo tanto, el sistema TETRA es un sistema dúplex por división de frecuencia (FDD). TETRA también utiliza 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 vocoder utilizando predicción lineal excitada por código algebraico (ACELP). Esto crea un flujo de datos de 4,567 kbit/s. Este flujo de datos se codifica 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 sola ranura de tráfico cuando se utiliza es de 17/18 tramas.
Un único slot consta de 255 símbolos utilizables, el tiempo restante se utiliza para sincronizar secuencias, encender y apagar, etc. Un único frame consta de 4 slots, y un multiframe (cuya duración es de 1,02 segundos) consta de 18 frames. También existen los hiperframes, pero se utilizan principalmente para proporcionar sincronización a los algoritmos de cifrado.
El enlace descendente (es decir, la salida de la estación base) es normalmente una transmisión continua que consiste en comunicaciones específicas con el móvil o los móviles, sincronización u otras transmisiones generales. Todos los intervalos se llenan normalmente con una ráfaga incluso si están inactivos (modo continuo). Aunque el sistema utiliza 18 tramas por segundo, solo 17 de ellas se utilizan para canales de tráfico, y la trama 18 se reserva 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/intervalo; 4 intervalos/trama, y es la causa de la "modulación de amplitud" percibida a 17 Hz y es especialmente evidente en móviles/portátiles que solo transmiten en un intervalo/4. Utilizan los tres intervalos restantes para cambiar de frecuencia para recibir una ráfaga de la estación base dos intervalos más tarde y luego volver a su frecuencia de transmisión ( TDMA ).
Para garantizar la confidencialidad, la interfaz aérea TETRA se cifra mediante uno de los algoritmos de cifrado TETRA (TEA) . El cifrado proporciona confidencialidad (protección contra escuchas no autorizadas) y protección de la señalización.
Actualmente se definen 4 cifrados diferentes, desde TEA1 hasta TEA4. Estos cifrados TEA no deben confundirse con el cifrado de bloque Tiny Encryption Algorithm . Los cifrados TEA tienen una disponibilidad diferente debido a restricciones de exportación y uso. Se han publicado pocos detalles sobre estos cifrados propietarios. Riess [12] 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 [13] confirma esto más tarde y explica que TEA es un cifrado de flujo con claves de 80 bits. Los algoritmos se invirtieron más tarde y pareció que TEA1 reduce la fuerza de su clave a 32 bits. [14] TEA1 y TEA4 proporcionan seguridad de nivel básico y están destinados al uso comercial. [15] El cifrado TEA2 está restringido a las organizaciones de seguridad pública europeas. El cifrado TEA3 es para situaciones en las que TEA2 es adecuado pero no está disponible. [16]
Esta primera representación muestra dónde es más probable que se encuentren los parámetros de umbral de reselección lenta (SRT), umbral de reselección rápida (FRT) y de exceso de retardo de propagación. Estos se representan en asociación con la portadora de radio que se desintegra 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 a la intensidad de la señal de radio decreciente de los respectivos operadores celulares. Los umbrales están situados de modo que los procedimientos de reselección de celda se realicen a tiempo y aseguren la continuidad de la comunicación para las llamadas de comunicación en curso.
El siguiente diagrama ilustra dónde se realiza la selección inicial de una determinada célula de radio TETRA. La selección inicial de la célula se realiza mediante procedimientos ubicados en la MLE y en la MAC. Cuando se realiza la selección de la célula y se realiza el posible registro, se dice que la estación móvil (MS) está conectada a la célula. El móvil puede seleccionar inicialmente cualquier célula adecuada que tenga un valor C1 positivo; es decir, el nivel de señal recibida es mayor que el nivel de recepción mínimo para el parámetro de acceso .
El procedimiento de selección de celda inicial debe garantizar que la MS seleccione una celda en la que pueda decodificar de manera confiable los datos de enlace descendente (es decir, en un canal de control principal/MCCH) y que tenga una alta probabilidad de comunicación de enlace ascendente. Las condiciones mínimas que deben cumplirse son que C1 > 0. El acceso a la red debe estar condicionado a la selección exitosa de una celda.
Al encender el móvil, éste realiza su selección de celda inicial de una de las estaciones base, lo que indica los intercambios iniciales en la activación.
El elemento de información de nivel mínimo de acceso de recepción indicará el nivel mínimo de señal recibida requerido en la SwMI en una celda, ya sea la celda de servicio o una celda vecina según se define en la tabla 18.24.
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 red de radio parámetros de reselección de celda, 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 red de radio parámetros de reselección de celda, histéresis de reselección lenta durante un período de 5 segundos.
El siguiente diagrama ilustra dónde se puede utilizar una determinada celda de radio TETRA . Una celda vecina se vuelve utilizable por radio cuando tiene una conexión de radio de enlace descendente de calidad suficiente.
Para declarar que una celda vecina es utilizable por radio, deben cumplirse las siguientes condiciones: la celda vecina tiene un parámetro de pérdida de trayectoria C1 o C2 que, durante un período de 5 segundos, es mayor que el umbral de reselección rápida más el umbral de reselección rápida, y el nivel de servicio proporcionado por la celda vecina es mayor que el de la celda que presta servicio. No debe haberse producido ninguna reselección de celda exitosa dentro de los 15 segundos anteriores a menos que MM solicite una reselección de celda. El MS-MLE debe verificar el criterio de renuncia de celda de servicio con la misma frecuencia con que se escanee o controle una celda vecina.
Las siguientes condiciones harán que el MS califique la celda vecina para que tenga un nivel de servicio más alto que la celda que presta servicio actualmente:
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 red de radio parámetros de reselección de celda, umbral de reselección rápida, 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 red de radio parámetros de reselección de celda, histéresis de reselección rápida, durante un período de 5 segundos.
No se podrá haber realizado ninguna reselección de celda con éxito en los 15 segundos anteriores a menos que el Sistema de Gestión de Movilidad (MM) solicite una reselección de celda. El MS-MLE deberá verificar el criterio para la entrega de celdas con la misma frecuencia con que se escanee o controle una celda vecina.
Cuando se supera el umbral de FRT, la estación móvil 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 se está desvaneciendo rápidamente y debe volver a seleccionar la celda rápidamente, antes de que se interrumpan las comunicaciones debido a una falla 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 se interrumpe el enlace de radio.
Fallo del enlace de radio: (C1 < 0). Si se utilizan los valores sugeridos, esto se cumpliría con un nivel de celda de servicio inferior a −105 dBm. A continuación, se activan los procedimientos de reselección de celda para encontrar una estación base de radio adecuada.
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 su destreza, flexibilidad y capacidad de evolución, el departamento de ingeniería de radio de transporte público ha optado por utilizar la especificación del lenguaje Java de código abierto administrada por Sun y los grupos de trabajo asociados para producir un kit de herramientas de aplicaciones de transporte .
La adquisición de servicios permite que distintos agentes autorizados establezcan canales de comunicación entre distintos 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 comunicaciones relacionado con TETRA. La adquisición de servicios se administra a través de un servicio centralizado de derechos de comunicación o servidor de asignación de roles , interconectado con la red central TETRA.
En resumen, los objetivos del TETRA MMI son:
Este kit de herramientas para aplicaciones de transporte se ha producido con éxito y con tecnología de comunicación TETRA y garantiza los requisitos de aplicaciones de transporte público para el futuro que se mencionan a continuación.
El menú de inicio ( principal ) presenta al usuario final tres posibilidades:
La adquisición de servicios proporciona un medio para personalizar virtualmente al usuario final para cualquier terminal de radio determinado y en la red TETRA durante el tiempo que el usuario final conserve el terminal bajo su posesión.
Status SDS proporciona al usuario final un mecanismo para generar un tono repetitivo de 440 Hz que señala la ocurrencia de un fraude a los miembros dentro de la misma Identidad de Suscriptor Corto de Grupo (GSSI) (dinámica o estática) o a una Identidad de Suscriptor Corto Individual ( ISSI ) específica durante la duración de la asignación (una hora, una patrulla matutina o un período corto determinado asignado a la asignación). La ventaja es que cada uno de los usuarios finales puede conectarse a cualquier terminal determinado y agruparse durante períodos cortos sin necesidad de ninguna reconfiguración importante mediante herramientas de programación de software de radio. De manera similar, 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 de parámetros proporciona un medio esencial para que el usuario final del terminal pueda preconfigurar el número de comunicación de destino ( ISSI o GSSI preprogramado ). Con este número de destino preprogramado, el usuario final se comunicará con el terminal de radio de destino o el servidor de asignación de roles y podrá comunicarse en grupo o con un servidor dedicado al que se reciben las solicitudes de adquisición de servicio, se procesan previamente y, en última instancia, se envían a través de la red central TETRA. Esto simplifica el proceso de reconfiguración o reciclaje de la configuración, 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 los efectos de las alertas de fraude y agresión. También es posible seleccionar cualquier tecla disponible en el teclado para que sirva como tecla rápida de agresión o fraude a través del kit de herramientas de software de aplicación de transporte. Se recomienda utilizar las teclas de asterisco y almohadilla para las teclas rápidas de fraude y agresión respectivamente. Para los tonos de fraude y agresión, también se recomienda utilizar un tono de repetición lenta de 440 Hz (espacio en blanco 500 milisegundos) y un tono de repetición rápida 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 y la última pestaña dentro de los parámetros describe brevemente el kit de herramientas , la versión y el historial del kit de herramientas de la aplicación de transporte hasta la fecha.
La Asociación TETRA, en colaboración con el 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 que ofrece TETRA, TEDS utiliza una gama de esquemas de modulación adaptativa y una serie de tamaños de portadora diferentes, desde 25 kHz hasta 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 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 extensa y eficiencia del espectro . [17]
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:
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, tienen algunas diferencias en características técnicas y capacidades. [18] [19] [20]
Actualmente, P25 está implementado en más de 53 países y TETRA en más de 114 países.
A finales de 2009 [update]había 114 países que utilizaban sistemas TETRA en Europa, Oriente Medio, África, Asia Pacífico, el Caribe y América Latina. [21]
El sistema TETRA se utiliza en 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.
En la última década, el uso de TETRA ha aumentado en la comunidad de radioaficionados. La calidad de audio percibida como superior en comparación con otros modos de voz digital, la capacidad para paquetes de datos, SDS, repetidores DMO de frecuencia única, la proximidad de la banda de radioaficionados UHF (430-440 MHz) y el audio full duplex en TMO son argumentos motivadores para experimentar contactos con esta tecnología.
Al utilizar TETRA para el servicio de radioaficionados se deben tener en cuenta varias restricciones:
Se han establecido múltiples redes DMO [65] y TMO [66] de aficionados en toda Europa.
Además, un proyecto de código abierto tiene como objetivo crear una pila TETRA completa basada en SDR, con una prueba de concepto de repetidor DMO funcional [67] .
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