نظام الراديو الأرضي TETRA

يرمز اسم (TETRA) إلى (Terrestrial Trunked Radio)، وهي تستهدف مجموعة متنوعة من مستخدمي الاتصالات اللاسلكية المتنقلة بما في ذلك الشرطة والإسعاف وخدمات الإطفاء، وهي قابلة للتطبيق بنفس القدر للمرافق والوصول العام وإدارة الأسطول وخدمات النقل، والعديد من المستخدمين الآخرين، حيث إنّه يوفر مزايا الراديو الرقمي مع الحفاظ على مزايا نظام (PMR).

بدايات راديو TETRA:

بدأ العمل في تحديث معايير (TETRA) في عام 1990م، واعتمد على دعم المفوضية الأوروبية وأعضاء (ETSI)، كما تم استخدام الخبرة المكتسبة في تطوير معيار (GSM) الخلوي الراديوي الناجح للغاية، فضلاً عن الخبرة المكتسبة من تطوير واستخدام الأنظمة الراديوية الجذعية لتصميم معيار (TETRA)، بالإضافة إلى ذلك اكتسبت العملية من تعاون المصنعين والمستخدمين والمشغلين وخبراء الصناعة، كما كانت المعايير الأولى لنظام الاتصالات الراديوية المتنقلة الخاصة الجديدة جاهزة في عام 1995م؛ لتمكين المصنعين من تصميم معدات الاتصالات اللاسلكية الخاصة بهم للعمل بنجاح.

المنظمة الصناعية لراديو TETRA: هي جمعية (TETRA – www.tetramou.org)، حيث كانت الجمعية تُعرف في الأصل باسم مذكرة تفاهم تترا، وتم تشكيلها في عام 1994م، وكان الهدف من مذكرة تفاهم تترا هو إنشاء منتدى يعمل نيابة عن جميع الأطراف المعنية أي المستخدمين والمصنعين ومقدمي التطبيقات والمتكاملين والمشغلين وبيوت الاختبار ووكالات الاتصالات، وتمثل أكثر من (150 منظمة) وهي تنمو باستمرار مع تطور معيار (TETRA) وزيادة الإقبال.

تبقى الأهداف الأساسية لجمعية تترا كما هي من مذكرة تفاهم تترا الأصلية، حيث توفير منتدى لجميع المهتمين بتترا؛ لتشجيع اعتماد المعيار ودعم المبادرات للحصول على مستويات مناسبة من الطيف لمواجهة النمو في استخدام راديو تترا، كما تعمل جمعية (TETRA) بشكل وثيق مع المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI) للحفاظ على المعايير وتطويرها.

ميزات راديو TETRA:

يوفر راديو (TETRA) العديد من الميزات الجديدة والقيمة، وبهذه الطريقة يُعد خطوة رئيسية إلى الأمام على أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتنقلة الخاصة السابقة، حيث يتضمن ذلك وقت إعداد المكالمة السريع، وهو مطلب مهم بشكل خاص لخدمات الطوارئ، كما أنّ لديها دعم اتصال جماعي ممتاز وتشغيل الوضع المباشر بين أجهزة الراديو الفردية وحزم البيانات وخدمات نقل بيانات الدائرة، وكما توفر اقتصاد أفضل في استخدام الطيف الترددي مقارنة بأنظمة راديو (PMR)، بالإضافة إلى أنّها توفر ميزات أمان متقدمة.

يدعم النظام أيضًا عدداً من الميزات الأخرى بما في ذلك تعليق المكالمات وحظر المكالمات وتحويل المكالمات والاستماع إلى الأجواء، كما خضع معيار راديو (TETRA) إلى تطور مناسب لضمان قدرته على مواكبة احتياجات المستخدمين، كان هناك إصداران من معيار راديو (TETRA):

• الإصدار 1 من TETRA: يُعد هذا الإصدار هو الإصدار الأول لمعيار راديو (TETRA) الذي حدث عام 1990م.

• الإصدار 2 من TETRA: ظهر هذا الإصدار من معيار راديو (TETRA) في عام 2005م، كنتيجة للإصدار الذي يعود تاريخه إلى عام 1999م، وقد وفّر عدداً من الميزات الجديدة في معيار راديو “TETRA”:

1- خدمة البيانات المحسنة لـ (TEDS).

2- بطانة التنبيه المختلطة التنبؤية والترميز الصوتي المحسن (MELPe).

3- معدل تعدد التكيف (AMR) ترميز الصوت.

4- تمديد نطاق تشغيل وضع (TMO).

من بين هذه التحسينات، كانت (TETRA TEDS) هي التي احتلت العناوين الرئيسية باعتبارها الميزة المحسّنة الرئيسية، على الرغم من أنّ الآخرين جميعاً يضيفون إلى الحزمة الشاملة.

نظام راديو TETRA 1:

يُقدم نظام راديو (TETRA) العديد من الميزات التي تمكنه من التمتع بمرونة أكبر من العديد من الأنظمة الأخرى، حيث توفر الأنظمة الراديوية (TETRA 1) الميزات الرئيسية، كما قام التطوير التالي لـ (TETRA 2) و(TEDS) على تمكين إضافة المزيد من الفوائد، إلّا أنّها لا تزال تحتفظ بقدرات (TETRA 1) ومتوافقة مع الإصدارات السابقة، وبهذه الطريقة تُشكل (TETRA 1) الأساس لجميع أنظمة (TETRA) الراديوية.

أوضاع تشغيل أنظمة راديو تترا:

• الصوت بالإضافة إلى البيانات (Voice + Data).

• تشغيل الوضع المباشر (Direct Mode Operation).

• حزم البيانات الأمثل (Packet Data Optimized).

الوضع الأكثر استخداماً هو (V + D)، حيث يقوم هذا الوضع بالتبديل بين نقل الكلام والبيانات، ويمكنه أيضاً حمل كليهما باستخدام فتحات مختلفة في نفس القناة، كما يتم توفير دعم للإرسال المزدوج الكامل من خلال المحطة الأساسية وترددات وحدات الراديو المتنقلة التي يتم تعويضها عادةً بنحو (10 ميجاهرتز)، وذلك لتمكين خفض مستويات التداخل بين المرسل والمستقبل في المحطة إلى مستوى مقبول.

يُستعمل تشغيل الاتصال المباشر (DMO) بين وحدتين متحركتين، ويوفر دعم لكل من الصوت والبيانات، ولكن لا يتم دعم الازدواج الكامل في هذا الوضع، حيث يتم استخدام (simplex) فقط، كما أنّه مفيد بشكل خاص لأنّه يسمح للمحطات المتنقلة بالاتصال ببعضها البعض حتى عندما تكون خارج نطاق المحطة الأساسية، أمّا بالنسبة إلى وضع حزم البيانات الأمثل (PDO)، يُعد بأنّه الأمثل لنقل البيانات فقط، كما قد تم ابتكاره مع فكرة أنّه ستكون هناك حاجة إلى كميات أكبر من البيانات في المُستقبل، ومن المتوقع أن يتم بناء المزيد من التطورات على أساس معيار الاتصالات اللاسلكية المتنقلة (TETRA).

هياكل البيانات في راديو TETRA:

يقوم راديو تترا على استخدام تقنيات (TDMA)، حيث يوفر ذلك كفاءة طيف أكبر بكثير ممّا كان ممكناً مع أنظمة (PMR) السابقة لأنّه يسمح للعديد من المستخدمين بمشاركة تردد واحد، ونظراً لرقمنة الكلام يتم إرسال كل من الصوت والبيانات رقمياً ومضاعفته في الفتحات الأربع على كل قناة، كما يقوم بتوفير الرقمنة للكلام باستخدام نظام يتيح إرسال البيانات بمعدل (4.567 كيلو بت / ثانية فقط)، كما يمكن تحقيق معدل البيانات المنخفض هذا؛ لأنّ العملية المستخدمة تأخذ في الاعتبار حقيقة أنّ شكل الموجة هو كلام بشري وليس أي شكل متغير للموجة.

تتميز عملية الرقمنة أيضاً بأنّها تجعل الإرسال آمناً من المستمعين العاديين، وللحصول على مستويات أعلى من الأمان التي قد تطلبها الشرطة أو غيرها من المنظمات المماثلة، من الممكن تشفير البيانات كما يمكن تحقيق ذلك باستخدام وحدة أمان أو تشفير إضافية، حيث يجب أن تتوفر البيانات المنقولة بواسطة المحطة الأساسية مساحة لبيانات التحكم، كما يتم تمكين ذلك عن طريق تقسيم ما يسمى بالإطار المتعدد الذي يستمر (1.02 ثانية) إلى (18 إطاراً)، والسماح بنقل بيانات التحكم كل (18 إطار).

وبعد ذلك يتم تقسيم كل إطار إلى أربع فترات زمنية، حيث أنّ الإطار يدوم (56.667 مللي ثانية)، وكل فترة زمنية تستغرق بعد ذلك (14.167 مللي ثانية)، كما يتم استخدام (14 مللي ثانية) فقط من (14.167 مللي ثانية)، أمّا الوقت المتبقي مطلوب لجهاز الإرسال لأعلى ولأسفل، كما يكون طول هيكل البيانات (255 رمزاً) أو (510 بتات تشكيل)، حيث يتكون من تسلسل بدء يتبعه (216 بتاً) من البيانات المختلطة وهو تسلسل من (52 بتاً) ممّا يسمى تسلسل الوقف.

وبعد ذلك ترسل (216 بتاً) أخرى من البيانات الممزوجة، ثم يكتمل التدفق بتتابع توقف، تسلسل الوقف في منتصف البيانات مطلوب للسماح للمستقبل بضبط المعادل الخاص به، من أجل الاستقبال الأمثل للرسالة بأكملها، كما يتم تعديل البيانات على الناقل باستخدام مفتاح إزاحة الطور الرباعي التفاضلي، حيث تعمل طريقة التشكيل هذه على تغيير طور الموجة الحاملة للترددات الراديوية بخطوات (± π / 4) أو (± π×3/4) اعتماداً على البيانات المراد إرسالها.

بمجرد إنتاج إشارة التردد اللاسلكي، يتم ترشيحها لإزالة أي نطاقات جانبية تمتد خارج النطاق الترددي المخصص، كما يتم تصميمها بواسطة التحولات الحادة في البيانات الرقمية، حيث يتم استخدام أحد أشكال المرشح مع استجابة جذر جيب التمام المرتفع وعامل التراجع (0.35)، وبالمثل يتم ترشيح الإشارة الواردة بنفس الطريقة للمساعدة في استعادة البيانات، وبالإضافة إلى ذلك يستخدم راديو (TETRA) تنسيقات تعديل وتنسيقات التشفير.

يتم تجهيز البيانات بمعلومات زائدة عن الحاجة التي يمكن استخدامها؛ لتوفير اكتشاف الأخطاء وتصحيحها لا يكون مرسل كل محطة متنقلة نشطاً إلّا خلال الفترة الزمنية التي يخصصها النظام لاستخدامها، ونتيجةً لذلك، تنتقل البيانات على شكل دفعات، أمّا حقيقة أنّ جهاز الإرسال نشط فقط لجزء من الوقت له ميزة أنّ استنزاف بطارية المحطة المتنقلة ليس كبيراً كما لو كان المرسل يشع إشارة باستمرار، ومع ذلك عادةً ما تشع المحطة القاعدة بشكل مستمر؛ لأنّ لديها العديد من المحطات المتنقلة للخدمة.

إحدى الخصائص المهمة لـ (TETRA) هي أنّ وقت إعداد المكالمة قصير، كما يحدث في أقل من (300 مللي ثانية) ويمكن أن يصل إلى (150 مللي ثانية) عند التفعيل في (DMO)، وهذا أقصر بكثير من الوقت الذي يستغرقه نظام الاتصالات المتنقلة القياسي للاتصال، كما إنّه مهم جداً لخدمات الطوارئ حيث يمكن أن يكون التأخير الزمني حرجاً للغاية.

التطورات الراديوية في TETRA:

كما يُعد راديو (TETRA) تحديثاً كبيراً مقارنةً بأنظمة (PMR) السابقة التي تعد قيد التفعيل، إلّا أنّ سعة البيانات الإضافية مطلوبة دائماً، وذلك نظراً لقدرات البيانات الأعلى التي تقدمها الخدمات الخلوية الآن، حيث يتم تحديث معيار راديو (TETRA) لتمكينه من مواكبة التقنيات الأخرى المماثلة، وبهذه الطريقة تُعد الاتصالات الراديوية المتنقلة لـ (TETRA) قادرة على تزويد المستخدمين التجاريين بمزايا خدمة (PMR) جنباً إلى جنب مع قدرات البيانات للشبكة الخلوية.