Steinar Andresen og Gunnar Stette NTNU TETRA vs. TETRAPOL Steinar Andresen og Gunnar Stette NTNU TETRA-forum Norge 2005

Hva er likt? TETRA og TETRAPOL er systemer i hovedsak utviklet for samme anvendelse, lukket radionett for nødetater og andre som har behov som går utover det som offentlige systemer av typen GSM og UMTS er utviklet for Bak hvert system står solide industrier med høy kompetanse, og hvert system er resultat av omfattende utviklingsarbeider. Hvert system er dokumentert i tusentalls sider med spesifikasjoner, og for begge systemene er det et enormt antall tekniske og operative parametre som er forskjellig. TETRA-forum Norge 2005

Konsentrere meg om to forhold overføringskapasitet for data, og Hva er forskjellig? Status med hensyn til standardisering. MATRA forsøkte, uten å lykkes, å gjøre TETRAPOL til en europeisk standard. Egenskaper med hensyn til funksjonalitet og kapasitet Systemene er inkompatible alternativer, noe som skyldes en teknisk/kommersiell og regulatorisk utvikling som er forskjellig for disse to systemene. Tilgang på leverandører Forskjellige forhold i teknisk utforming, blant annet når det gjelder RADIOGRENSESNITTET Konsentrere meg om to forhold overføringskapasitet for data, og rekkevidde, eller dekningsområde. TETRA-forum Norge 2005

TETRA architecture (source TETRA MoU) TETRA-forum Norge 2005

TETRAPOL TETRA-forum Norge 2005

FYSISK LAG (Kilde: MESA DTR 70.0008 v1.2.3 (2003-09) TETRA TETRAPOL TETRA-2 Modulation p/4-DQPSK GMSK 4-16-64 QAM Gross channel rate 36 kbit/s 8 kbit/s 54-864 kbit/s Net channel rate 2.4-28.8 kbit/s 4.8-7.2 kbit/s User expectance: 400 kbit/s Multiple access TDMA FDMA Number of carriers/ and time slots 40 /4 Max power output BTS: 25 W; MS: 1-3-10 W MS: 1-2-10 W Channel spacing 25 kHz 10-12.5 kHz 25-50-100-150 kHz Coverage Direct-mode In dependence of the environment Cell 55-80 km 14 km (rural) 4.5 km (suburban) 20 km (rural) 6 km (suburban) TETRA-forum Norge 2005

FDMA TETRAPOL Tid Frekvens 4 x 6,25 kHz 4 x 8 kbit/s TETRA-forum Norge 2005

TETRA TDMA Tid Frekvens 25 kHz 36 kbit/s TETRA-forum Norge 2005

KANALDELING OG RAMMESTRUKTUR Tidsdelt aksess fire tidsluker per bærebølge TETRA-forum Norge 2005

FDMA vs TDMA TETRAPOL TETRA Tid 4 x 12,5 kHz á 8 kbit/s Frekvens Samme kapasitet (ca), samme datavolum per tidsenhet TETRAPOL 4 x 12,5 kHz á 8 kbit/s Frekvens TETRA 25 kHz 36 kbit/s Frekvens TETRA-forum Norge 2005

Konsekvenser av signalformat TETRAPOL, FDMA Brutto datarate 8 kbit/s Netto datarate 4.8-7.2 kbit/s TETRAPOL 2 Samarbeider med APCO Prosjekt 25 (som har mye de samme system-løsningene som TETRAPOL) om en felles løsning som skal gi høyere bitrater TETRA, TDMA Tildeling av én eller flere tidsluker per bruker Brutto datarate 36 kbit/s Datarate per tidsluke 7.2 kbit/s (TCH/7.2) 4.8 kbit/s (TCH/4.8) 2.4 kbit/s (TCH/2.4) Kombinasjon av tidsluker 14,4 kbit/s 19,2 kbit/s 28.8 kbit/s beskyttet n x 4.8 kbit/s (n = 1, 2, 3 eller 4) Høyt beskyttet n x 2.4 kbit/s (n = 1, 2, 3 eller 4) TETRA 2 vil ha datarater på 54-864 kbit/s TETRA-forum Norge 2005

Kontinuerlig vs pulset transmisjon Tid Samme kapasitet (ca), samme datavolum per tidsenhet Tid TETRA-forum Norge 2005

Hva med rekkevidde? Økning av datakapasitet uten økning av spisseffekt Det hevdes ofte at TETRAPOL har større rekkevidde enn TETRA. Dette sies å føre til billigere utbygging, da antallet basestasjoner for å dekke et bestemt område kan reduseres. Med lignende modulasjonsmetoder og samme datahastighet og sendeeffekt skulle rekkevidden være den samme! Det er den også, målt i gjennomsnittseffekt! FDMA P W DATA DATA TDMA 4P W Økning av datakapasitet uten økning av spisseffekt TETRA-forum Norge 2005

REKKEVIDDE Økning av sendeeffekt med en faktor på 4 I åpent terreng avtar signaleffekten med 4. potens av avstanden. Økning av sendeeffekt med en faktor på 4 øker rekkevidden med kvadratroten av 2, altså med 40%. I bebyggelse og kupert terreng avtar signaleffekten raskere, og økning av rekkevidden er mindre. Hovedspørsmål: Hva betyr spisseffekt og hva betyr gjennomsnittseffekt? Utstyrskostnad? Batterilevetid? …. ?? TETRA-forum Norge 2005

TILBAKE TIL TABELLEN TETRA-forum Norge 2005 TETRA TETRAPOL TETRA-2 Modulation p/4-DQPSK GMSK 4-16-64 QAM Gross channel rate 36 kbit/s 8 kbit/s 54-864 kbit/s Net channel rate 2.4-28.8 kbit/s 4.8-7.2 kbit/s User expectance: 400 kbit/s Multiple access TDMA FDMA Number of carriers/ and time slots 40 /4 Max power output BTS: 25 W; MS: 1-3-10 W MS: 1-2-10 W Channel spacing 25 kHz 10-12.5 kHz 25-50-100-150 kHz Coverage Direct-mode In dependence of the environment Cell 55-80 km 14 km (rural) 4.5 km (suburban) 20 km (rural) 6 km (suburban) TETRA-forum Norge 2005

Over til Steinar TETRA-forum Norge 2005

NOEN FLERE FACTS TETRA TETRAPOL Mode Duplex/ Semiduplex Mode of operation Trunked DMO Dual Watch Dual Watch (specified) Basic Services Simultaneous Voice and Data Voice or Data (alternating) Supported Supplementary Very Much the Same (as specified) TETRA-forum Norge 2005

TETRAPOL spesifikasjonene TETRA-forum Norge 2005

TETRAPOL CODEC The TETRAPOL CODEC is resistant to noisy environment, its main characteristics are: Bit rate 6 kbits/s Speech frame of 20ms (equals 120bits) Error protection 2Kbits/s Coding algorithm RPCELP Low complexity 20 MIPS DSP Based on analysis by synthesis code excited approach with regular pulse code. No echo cancellation is needed. TETRA-forum Norge 2005

Videreutvikling av TETRA Source: TETRA TEDS COLLOQUIUM 2001Dr. M Nouri TETRA RELEASE 2 TAPS TEDS TETRA Enhanced Data Service Full Compatibility with TETRA V+D Allows migration from TETRA V+D Standardisation in progress 5 technologies proposed initially Designed for all TETRA market sectors TETRA Advanced Packet Service An Overlay network Based on the E-GPRS technology Standardisation drafting completed Designed for PAMR market Proposed TETRA Enhancements during TETRA Release 2 High speed packet data (~ 400 kbit/s) Additional (& better quality) voice codecs to inter-work with 3G Enhancement of air interface in terms of spectrum efficiency, network capacity and system performance Inter-working and roaming with GSM, GPRS and UMTS Evolution of TETRA SIM and convergence with USIM Long range TETRA (airborne, maritime, rural TETRA…) TETRA-forum Norge 2005

Videreutvikling av TETRA TAPS Architecture & Interfaces External Packet Data Networks GSM/ E-GPRS TETRA V+D Gi ISI (Gr) IPI (Gp) Gp Gr TAPS OVERLAY Gi, Gp & Gr: standard interfaces used in E-GPRS networks Only interfaces at periphery of TAPS infrastructure have been defined in TAPS standard Gi is a standard GPRS interface for connection to external IP networks (includes roaming support) IPI is the IP interface between two TETRA infrastructures Gr interface is used to retrieve service roaming profile. Between two TETRA networks this is done via ISI IPI is identical to the standard GPRS interface Gp but with TETRA identities Gp includes security requirements Source: TETRA TEDS COLLOQUIUM 2001Dr. M Nouri TETRA-forum Norge 2005

OPPSUMMERING SAMMENLIKNING Main Differences: - TETRA is an ETSI Standard, - TETRAPOL is developed by a corporation/industrial conglomerate. In access protocols: - TETRA utilizes TDMA and - TETRAPOL FDMA TETRA TETRAPOL TETRA-2 Time 1989: standard 1997: first system 1992: first system 2003: foreseen standard Diffusion 176 network in 46 countries worldwide 70 networks in 31 countries worldwide Foreseen greater than TETRA TETRA-forum Norge 2005

Overgang til applikasjoner som kan benytte flere bærere HVA MED FREMTIDEN? Overgang til applikasjoner som kan benytte flere bærere Eksempelet på neste side er hentet fra ISO TC204 Intelligent Transportation Systems WG 16 CALM (Continuous Access Long and medium Range) TETRA-forum Norge 2005

CALM System Architecture (Rev. Okinawa) More medias: Cabled. Sat and PAN, Also: register function for Ingress or Egress Interface CME CALM Manager ISO 21210 Application Management (ISO 24101 Non-CALM-aware ISO 15628-based APPLICATIONS Non-CALM-aware IP (Internet) APPLICATIONS CALM-Aware APPLICATIONS SAP SAP SAP SAP SAP SAP Convergence Layer Part of ISO 15628 ISO 21210 Convergence Layer IP socket/ ISO 21210 TCP/UDP/… INTERNET STANDARDS SAP SAP SAP NME Network Manager ISO 21210 NETWORK INTERFACE Routing and Media Switching based on IPv6 ISO 21210 SAP SAP Management SAP … GPRS EDGE 2G Cell Manager ISO 21212 ISO 21218 SAP Management SAP … cdma2k UMTS 3G Cell Manager ISO 21213 ISO 21218 SAP Management SAP … IR-B IR-A ISO 21214 IR Manager ISO 21218 SAP Management SAP … WiFi M5 ISO 21215 W-LAN Manager ISO 21218 SAP Management SAP RADAR MM-J MM-E ISO 21216 Millimeter Manager ISO 21218 SAP Management SAP DSRC-K DSRC-J C-DSRC DSRC ISO15628 ISO 24103 ISO 21218 SAP Management SAP … HC-SDMA WiMAX ISO 24xxx W-MAN Manager ISO 21218 SAP Management SAP … DAB GPS ISO 24xxx Broadcast Manager ISO 21218 SAP IME Interface Manager ISO 24102 SAP CALM Media External Media CALM Network Common LSAP Applications TETRA-forum Norge 2005

NGN (NEXT GENERATION NETWORK): Konklusjon NGN (NEXT GENERATION NETWORK): Shape of things to come (Any/All Applications e.g. voice , data , video) Services Anything & Everything Scope Of “Internet” Internet Protocol (IP) Transport Everything (Any & All Network technologies) Two Policy Domains Source: Chae-Sub, LEE “Protocols & Status of Standardization, Implementation (KT)”, Workshop on NGN / APT, 8. August, 2003 TETRA-forum Norge 2005