Rádiové komunikace TEXT PRO POSLUCHAČE ZDRAVOTNICKÝCH OBORŮ BÖHM Karel Praha 2015 Vysoká škola zdravotnická, o. p. s. Vysokoškolská skripta - text k předmětu Technika v přednemocniční neodkladné péči © Karel Böhm Vydavatel: VŠZ, o. p. s., Duškova 7, Praha 5 S. 18 Obsah 1 Rádiové komunikace ........................................................................................................................ 1-4 1.1 Analogové PMR systémy .......................................................................................................... 1-4 1.2 Digitální PMR systémy.............................................................................................................. 1-5 1.3 PROJEKT 25............................................................................................................................... 1-5 1.4 IDRA (Integrated dispatch radio system) ................................................................................. 1-5 1.5 TETRAPOL................................................................................................................................. 1-5 1.6 TETRA (Terrestrial Trunked Radio)........................................................................................... 1-6 1.7 EDACS (Enhanced digital access communications system)...................................................... 1-6 1.8 Poměr využití digitálních systémů ve světě.............................................................................. 1-6 1.9 Poměr využití digitálních systémů v Evropě ............................................................................. 1-6 1.10 Terminály používané v systému TETRAPOL.............................................................................. 1-8 1.11 Uživatelé systému TETRAPOL................................................................................................. 1-12 1.11.1 Tabulka č. 1 Uživatelé systému TETRAPOL – bezpečnostní a záchranné sbory.............. 1-12 2 Systém TETRA................................................................................................................................. 2-13 2.1 Terminály používané v systému TETRA.................................................................................. 2-14 2.2 EADS....................................................................................................................................... 2-16 2.3 Uživatelé systému TETRA....................................................................................................... 2-16 1-4 1 Rádiové komunikace Rádiová komunikace je přenos informací pomocí elektromagnetického vlnění. Protože se rádiové vlny šíří prostorem bez umělého vedení, využívá se toto spojení především pro přenos informací mezi pohyblivými objekty nebo mezi pohyblivým a pevným objektem. Praktické využití rádiových komunikací začíná mezi 1. a 2. světovou válkou. Radiostanice, tak jako většinu nových technologií, využívala nejdříve armáda. Později se rozšířily mezi další organizace, které využívaly mobilní komunikace, jako je námořní, letecká nebo pozemní doprava, policejní a hasičské sbory, zdravotnické služby, stavebnictví a další. Radiostanice se časem stávaly stále dostupnější. Kromě armády a organizací radiostanice používají také radioamatéři a zájemci z řad laické veřejnosti. Postupem doby se vyčlenila jedna z oblastí radiokomunikací označovaná jako PMR (Professional Mobile Radio). Radiostanice z této oblasti slouží k profesionálním účelům organizací. Současné PMR systémy lze rozdělit na dvě hlavní skupiny: analogové systémy digitální systémy. 1.1 Analogové PMR systémy Analogové systémy jsou ve světě značně rozšířené. Mohou to být jednoduché sítě, sítě využívající jeden nebo více převáděčů nebo pokročilejší trunkové sítě, jejichž podstatou je dynamické přidělování volných kanálů pro požadované spojení. Významným standardem trunkových sítí v evropských zemích je britský MPT1327. Infrastruktura i koncová zařízení trunkových sítí jsou dražší než u sítí na pevných kmitočtech, ale je zde efektivněji využito kmitočtové pásmo a síť tak může využívat větší množství účastníků. Díky přijatému standardu se na výrobě a vývoji mohou podílet různí výrobci. Mohou tak produkovat větší série svých výrobků a tím snížit náklady na přijatelnou úroveň. Jejich výhodou jsou, ve srovnání s digitálními systémy, jednodušší a levnější radiostanice a především mnohem jednodušší infrastruktura. Protože se tyto systémy využívají již od druhé poloviny 19. století, jsou v současné době velmi propracované a značně spolehlivé. 1-5 1.2 Digitální PMR systémy Digitální systémy se začaly vyvíjet přibližně od 80. let 19. století. Rozvoj ve všech oblastech světového hospodářství vedl ke stále větší poptávce po mobilních komunikacích. Z důvodu omezené kapacity analogových radiových systémů začaly vznikat rádiové systémy využívající digitální modulace. Jejich výhodami jsou efektivnější využití kmitočtového pásma, lepší odolnost vůči rušení, možnost šifrování, možnost dalšího zpracování digitálního signálu a jiné pokročilé funkce. Mezi nejvýznamnější digitální systémy ve světě patří: 1.3 PROJEKT 25 Projekt 25, označován také P25 nebo APCO 25, je celosvětově velmi rozšířený standard pro digitální rádiové sítě. Byl vyvíjen v USA od roku 1989. Vývoj standardu byl dokončen v roce 1995. Sítě standardu P25 byly instalovány nejprve v Severní Americe a byly využívány bezpečnostními sbory a vládními organizacemi. Později byly rozšířeny po celém světě. V tomto systému je velmi zdravé konkurenční prostředí. V roce 2001 se podílelo na výrobě komponentů tohoto systému 48 výrobců. 1.4 IDRA (Integrated dispatch radio system) Tento systém využívají jak bezpečnostní sbory, tak i uživatelé z obchodních a výrobních organizací v Japonsku. První verze japonského digitálního standardu byla dokončena v roce 199 3. DIMRS (Digital integrated mobile radio system) Systém DIMRS, známý také jako iDEN (integrated Dispatch Enhanced Network), je velmi podobný japonskému systému IDRA. Je využíván především v Kanadě a v Severní Americe. 1.5 TETRAPOL Tetrapol je plně digitální rádiový systém, který byl vyvíjen francouzskou firmou Matra Communications především pro bezpečnostní sbory. Prvním uživatelem tohoto systému bylo francouzské četnictvo v síti RUBIS. Počátky využití se datují již od roku 1987. V současné době je hlavním výrobcem firma EADS Defence & Security. 1-6 1.6 TETRA (Terrestrial Trunked Radio) Tento digitální systém byl vyvíjen od roku 1989 zejména pro uživatele z řad hasičů, policie, zdravotních služeb, armády, dopravních podniků a výrobních podniků. Evropským telekomunikačním institutem pro normalizaci ETSI byl uznán jako komunikační standard v roce 1995. První sítě, založené na standardu Tetra, byly uvedeny do provozu v roce 1997. V současné době jsou sítě TETRA široce rozmístěny v Evropě, na Dálném a Středním východě, v Africe, Jižní Americe a také v Číně. 1.7 EDACS (Enhanced digital access communications system) EDACS je moderní trunkový radiokomunikační systém. Vývoj norem pro systém EDACS provádí mezinárodně uznávaná normalizační organizace TIA (Telecommunications Industry Association). Zařízení založená na této technologii jsou určena pro bezpečnostní sbory, obchodní a výrobní organizace. FHMA (Frequency hopping multiple access system) Systém FHMA byl vyvinut v Izraeli především pro komerční uživatele. Toto samozřejmě není úplný výčet všech digitálních systémů. Tak, jak se vyvíjejí nové technologie a rostou požadavky potenciálních uživatelů, vznikají i další digitální rádiové systémy. 1.8 Poměr využití digitálních systémů ve světě Jak je uvedeno v předchozí části, existuje ve světě mnoho digitálních systémů a další se vyvíjejí. Na grafech č. 1 a 2 je znázorněn světový obchod s infrastrukturou a s terminály nejvýznamnějších digitálních systémů ve světě. Z grafů je patrné, že nejrozšířenější systémy jsou DIMRS (iDEN) a Projekt 25. Při pohledu na graf č. 1 je ale patrné, že nejdynamičtěji se rozvíjí infrastruktura systému TETRA. 1.9 Poměr využití digitálních systémů v Evropě V Evropě je poměr využití digitálních systémů odlišný od situace ve světě. Z grafu č. 3 je patrné, jak dynamicky se na tomto kontinentu rozvíjí systém TETRA. Využití systému TETRAPOL neustále klesá. I přes tento trend se ve světě instalují nové sítě, založené na této technologii. Příkladem je například Lichtenštejnsko nebo Brazílie. Výstavba jejich sítí začala v roce 2004, respektive 2005. Pověsti o ukončení provozu sítí, postavených na standardu TETRAPOL vyvrací jejich výrobce, společnost EADS Defence & Security. 1-7 Systém 1997 1998 1999 2000 2001 2002 TETRA 0 3 50 257 677 1053 TETRAPOL 33 44 91 132 216 260 EDACS 53 70 112 160 182 214 P 25 51 175 258 508 829 1168 iDEN 1655 2301 2734 3041 3318 3518 Graf č. 1 – Porovnání objemu světového obchodu s infrastrukturou v milionech USD Graf č. 2 – Porovnání objemu světového obchodu s terminály v milionech USD Systém 199 199 199 200 200 200 TETRA 41 17 46 87 144 173 TETRAPO 17 22 36 53 65 71 EDACS 25 29 44 51 47 41 P 25 14 32 47 82 116 135 iDEN 114 131 172 187 171 140 1-8 Graf č. 3 – Poměr využití digitálních systémů používaných v Evropě v % 1.10Terminály používané v systému TETRAPOL Terminály, používané v systému, dělíme na přenosné, vozidlové a základnové. Přenosné terminály jsou malých rozměrů a hmotnosti, používají pro napájení akumulátory a mají anténu umístěnou na těle radiostanice. Tyto terminály mají menší vysílací výkon. Vozidlové terminály jsou větší, k napájení je využita palubní elektrická síť automobilu. Anténa je umístěna na karosérii automobilu. Výkon je větší než u přenosných terminálů. Základnové terminály dělíme na dva základní typy – rádiově připojené a linkové. Rádiově připojené terminály jsou napájeny z elektrické sítě a jsou doplněny akumulátorem. Antény jsou umístěny na budovách, obvykle na stožárech. Výkon je stejný jako u vozidlových terminálů. Linkové terminály jsou připojeny přímo na infrastrukturu systému. K jejich ovládání se používají externí aplikace. 1-9 Obr. 2 Přenosný terminál G1 Obr. 3 Ovládací skříňka vozidlového terminálu V systému TETRAPOL se v současné době začíná používat již třetí generace terminálů. Přenosné terminály první generace jsou robustní, mají větší rozměry a hmotnost. V terminálu lze využít 6 pamětí pro uložení komunikací. Terminál je vybaven displejem a tlačítkovou klávesnicí. V horní části terminálu je systémový konektor, který umožňuje připojení příslušenství (externí mikrofon, náhlavní souprava, datový kabel, apod.) a slouží také k programování terminálu. Vozidlový terminál je složen ze dvou hlavních částí – ovládací skříňky a radiobloku, jsou propojeny kabelem. Ovládací skříňka je vybavena, tak jako u přenosného terminálu, displejem a tlačítkovou klávesnicí. Paměťovým voličem můžeme vybírat jednu z 99 uložených komunikací. Starší vozidlové terminály používaly místo ovládací skříňky mikrotelefon. 1-10 Obr. 4 Radioblok Obr. 5 Mikrotelefon Přenosné terminály druhé generace jsou označeny SMART, EASY+ a EASY. Mají stejnou konstrukci a liší se pouze v ovládání. SMART má displej a plnou tlačítkovou klávesnici, EASY+ má také displej, ale zmenšenou tlačítkovou klávesnici a terminál EASY nemá ani displej ani klávesnici. V paměti SMARTu a EASY+ může být uloženo 99 komunikací, v paměti EASY může být maximálně 15 komunikací. S přenosnými terminály je možné využívat adaptér, který zvyšuje výkon přenosného terminálu, dobíjí baterii a usnadňuje ovládání přenosného terminálu ve vozidle. Obr. 6 SMART, EASY+ a EASY Obr. 7 Baterie s indikátorem Vozidlové terminály druhé generace, označené jako WIDE BAND se od generace první liší pouze softwarem. Společným znakem terminálů třetí generace je barevný displej. Displej je dobře podsvícený a Disponují pamětí pro 400 komunikací. Tyto terminály mají bohužel rozdílný konektor pro připojení příslušenství kabelem. Terminál TPH700 je vybaven velmi praktickým multifunkčním ovladačem. Tímto ovladačem lze měnit hlasitost a volit komunikace z paměti. Terminál rovněž umožňuje rychlý 1-11 přístup k naprogramovaným službám pomocí dlouhého stisku numerických tlačítek – tzv. klávesové zkratky. Pomocí klávesových zkratek se mohou velmi snadno odesílat například předdefinované krátké textové zprávy - statusy. Přenosné terminály jsou dodávány s Li-lon bateriemi, které umožňují delší provoz terminálů. Vozidlový terminál TPM700 je vyráběn od roku 2008. Radioblok má stejné rozměry a tvar jako u starších vozidlových terminálů. Na první pohled je patrná jeho příbuznost s terminálem TPH700. U vozidlového terminálu se však multifunkčním ovladačem terminál pouze zapíná a lze jím měnit hlasitost. Obr. 8 TPH600 a TPH700 Obr. 9 TPM700 Základnové terminály připojené radiově mají stejnou ovládací skříňku jako vozidlové terminály 1. a 2. generace. Liší se pouze stolním mikrofonem. Radioblok je umístěn ve skříni se síťovým zdrojem. Linkové terminály jsou umístěny v rackové skříni a jsou připojeny kabelovou linkou X25 k hlavní nebo vedlejší rádiové ústředně. Terminály jsou ovládány z aplikací, které dodávají různí výrobci. 1-12 1.11Uživatelé systému TETRAPOL Současný výrobce, francouzská společnost EADS DEFENCE & SCURITY, uvádí k roku 2009 následující údaje o využití technologie TETRAPOL: 91 sítí 35 zemí 1 850 000 uživatelů 1 700 000 km2 pokrytého území V tabulce č. 1 jsou uvedeni uživatelé technologie TETRAPOL z řad bezpečnostních a záchranných sborů. 1.11.1 Tabulka č. 1 Uživatelé systému TETRAPOL – bezpečnostní a záchranné sbory Název sítě Uživatel Země Pokrytí Rok začátku výstavby Saoudi Arabia Network Confidential Saudská Arábie místní 2001 Security Network Confidential Kazachstán národní 2000 Police forces, emergency services, fire brigades Confidential Singapur národní 1999 Police Network Bangkok Royal Police Thajsko místní 1997 N/A Drujba Gomel Gazoduc Bělorusko místní 2003 PEGAS Ministry of The Interior Česká republika národní 1994 ACROPOL/ANTARESNetwork Ministry of The Interior Francie národní 1993 RUBIS Ministry of Defense French Gendarmerie Francie národní 1994 N/A EADS Manufacturing Plant Německo místní 2003 Extension of the POLYCOM network Liechtenstein Lichtenštejnsko národní 2004 PHOENIX Ministry of The Interior Rumunsko národní 1998 Slovak Network Ministry of The Interior Slovensko národní 1997 SIRDEE National Police and Guardia Civil Španělsko národní 2000 NEXUS Generalitad de Catalonia Španělsko místní 1994 POLYCOM UOR Polycom Švýcarsko národní 2000 2-13 Proamatec Federal Police Forces Brazílie multi regionální 2005 Mexico City Ministry of The Interior Mexiko místní 1999 National Police Network Mexican Government Mexiko národní 1999 2 Systém TETRA Historie Evropský telekomunikační institut pro normalizaci ETSI počátkem 90. let minulého století popsal standard pro Evropský digitální rádiový systém. Původní název projektu MDTRS (Mobile Digital Trunked Radio System) byl v roce 1991 změněn na Trans-European Trunked Radio (TETRA). Význam akronymu TETRA byl později upraven na dnes známý Terrestrial Trunked Radio, tedy pozemní trunkové radiostanice. Tento systém měl být orientován především na PAMR (Public Access Mobile Radio) - veřejně přístupný mobilní rádiový systém. Teprve později, v roce 1993, se systém TETRA orientuje také na bezpečnostní a záchranné sbory. Pro sbory v Schengenském prostoru bylo vyhrazeno evropské harmonizované kmitočtové pásmo 380 – 400 MHz. Díky schválenému standardu není tento systém vázán na jednoho výrobce, ale na vývoji a výrobě komponentů se podílí více výrobců, např. EADS, Motorola, Nokia, Rohde & Schwarz, Sepura, Siemens, Simoco, Teltronic, Thales a mnohé další. V současné době to je více než 27 výrobců základních částí sítí a více než 24 výrobců koncových zařízení (terminálů) a dalších komponentů sítí. V prosinci 1994 vzniklo sdružení TETRA Association Memorandum of Understanding (TETRA MoU). Je to fórum, které jedná jménem všech zúčastněných stran, zastupuje výrobce, operátory sítí, poskytovatele aplikací, zkušební ústavy a telekomunikační agentury. Toto sdružení je společnost s ručením omezeným a je registrováno ve Velké Británii. Cílem sdružení je výměna informací a podpora rozvoje sítí TETRA po celém světě. V současné době je členem sdružení asi 150 organizací. Rádiový systém TETRA nyní využívají jak bezpečnostní a záchranné sbory, vládní organizace a armáda, tak i obchodní a výrobní organizace a rovněž operátoři PAMR. 2-14 2.1 Terminály používané v systému TETRA Protože existuje mnoho výrobců terminálů TETRA, není možné v této práci uvést všechny. Proto se soustředím pouze na několik nejvýznamnějších výrobců a v následující části uvedu vybrané vzorky z jejich produkce. MOTOROLA Z mnoha terminálů výrobce Motorola uvádím čtyři vybrané typy – MTH650, MTH800, MTP850 a MTM800. Přenosný terminál MTH650 je velmi spolehlivá a jednoduchá radiostanice, určená k profesionálnímu použití. Má černobílý displej a tlačítkovou klávesnici. Přenosný terminál MTH800 navazuje na předchozí popisovaný terminál. Je však vybaven barevným displejem. Součástí terminálu je přijímač GPS. Přenosný terminál MTP850 je robustní terminál s barevným displejem a tlačítkovou klávesnicí. Konstrukce terminálu splňuje vojenský standard MIL-STD 810 a má krytí IP54. Kromě mnoha hlasových a datových funkcí je terminál také vybaven přijímačem GPS. Tento terminál je možné programovat přes standardní rozhraní USB. Zajímavostí všech těchto terminálů je možnost vibračního upozorňování na příchozí komunikace. Vozidlový terminál MTM800 je vybaven černobílým displejem a tlačítkovou klávesnicí. Je určen do obtížného prostředí, také například k instalaci do motocyklu a splňuje normy krytí IP54 a IP57 [7]. Obr. 12 MOTOROLA MTH650 Obr. 13 MOTOROLA MTH800 2-15 Obr. 14 MOTOROLA MTP850 Obr. 15 MOTOROLA MTM800 2.2 SEPURA Společnost Sepura nabízí mimo jiné přenosné terminály SRH3800 a STP8000. Terminál SRH3800 s barevným displejem je vybaven přijímačem GPS. Krytí terminálu je IP54. Terminál STP8000 byl navržen pro náročné provozní prostředí. Krytí odpovídá standardu IP55. Je to asi nejlépe vybavený terminál systému TETRA. Má velký barevný displej s vysokým rozlišením. V terminálu je implementováno rozhraní Bluetooth. Praktickým prvkem je otočný navigační volič, který umožňuje výběr komunikace nebo listování v předdefinovaných krátkých textových zprávách. Praktickým prvkem je modrá LED dioda v horní části terminálu, která indikuje nepřijaté hovory nebo nepřečtené zprávy. Terminál umožňuje použití až 4 GB paměťové karty micro SD pro uložení dokumentů nebo aplikací. Součástí terminálu je také přijímač GPS. V přímém režimu je možné použít implementovaný DMO opakovač, který prodlouží dosah terminálů na kanálech DMO [9]. Obr. 16 SEPURA SRH3800 Obr. 17 SEPURA STP8000 2-16 2.3 EADS Příkladem přenosného terminálu společnosti EADS je THR880i Ex, jehož zvláštností je možnost použití také ve výbušném prostředí. Terminál splňuje specifikaci ATEX II 2G Ex ib IIC T4. Terminál je vybaven barevným displejem a alfanumerickou klávesnicí. Nechybí ani přijímač GPS. Příkladem vozidlového terminálu je TMR880i. Displej terminálu je barevný. Ve výbavě opět nechybí přijímač GPS [8]. Obr. 18 EADS THR880i Ex Obr. 19 EADS TMR880i 2.4 Uživatelé systému TETRA Ve světě bylo uzavřeno celkem 2 232 smluv ve 105 zemích na dodávky technologie TETRA (údaj ze 3. čtvrtletí 2008). V tabulce č. 3 jsou uvedeni uživatelé technologie TETRA z řad bezpečnostních a záchranných sborů. Tabulka č. 3 Uživatelé systému TETRA – bezpečnostní a záchranné sbory Název sítě Rok rozhodnutí o Země Výrobce Počet BS Digital BOS Austria 2004 Rakousko Motorola 200 Bahrain Police 2002 Bahrajn Nokia 3 Tianjin Public Security 2003 Čína Nokia 5 MUPNET BOS-Net 2000 Chorvatsko Motorola 70 Athens Olympics 2004 2003 Řecko Motorola 2-17 Chaos m(e) S. A. 2000 Řecko Nokia 5 Tehran Police 2004 Írán OTE Arma dei Carabinieri 1999 Itálie Nokia 90 Seoul Metropolitan Police Authority 2001 Korea Simoco 18 Incheon Metropolitan Police Agency (IMPA) 2004 Korea Teltronic 11 Malta Civil Protection Force 2000 Malta OTE 4 C2000 1999 Nizozemsko Motorola 300 Rorto Rolice 1999 Portugalsko OTE 10 Saudi Border Guards 2001 Saudská Arábie Simoco 5 Serbia 2005 Srbsko Motorola Basque Police 1999 Španělsko Motorola 34 City of Gijon 2001 Španělsko Simoco 4 City of Murcia Trial 2001 Španělsko Simoco 3 Local Authorities of Córdoba 2004 Španělsko Teltronic Coast Guard Administration 2002 Taiwan Nokia 5 Coimbra 1999 Portugalsko Simoco 2 Well. COM Burgenland 1998 Austrálie Nokia 8 Special State Protection Service Azerbaijan 2004 Ázerbájdžán Motorola ASTRID 1998 Belgie Nokia 980 Border Bulgaria 2002 Bulharsko Nokia 5 Shanghai Public Security Bureau 2002 Čína Motorola 5 VIRVE 1997 Finsko Nokia 1100 2000 Digitalfunk Pilot Aachen 2001 Německo Motorola 12 BOS Niedersachsen 2001 Německo R&S 2 Gibtel 1999 Gibraltar Simoco 4 HK Marine Police 1999 Hongkong Nokia 38 African Games 2003 2003 Nigérie Motorola 2 Pilot Trondheim 2000 Norsko Nokia 23 Warsaw police 2001 Polsko Motorola 12 AGORA Catalonian Fire Brigade 1999 Španělsko Nokia 12 World Police & Fire Games '99 1999 Švédsko Motorola 1 United Nationd FALD 2001 Timor Simoco 1 Isle of Man 2003 Velká Británie Motorola UK-BT Airwave PSRCP 1999 Velká Británie Motorola 3000 Jersey Police 1999 Velká Británie Motorola 5 West Midlands Ambulance 1999 Velká Británie Simoco 6 Azerbaijan SSPR 2004 Ázerbájdžán Motorola 2-18 HK Fire Department 2001 Hongkong Nokia 10 TNet e. h. f. 1999 Island Nokia 13 GARDA Ireland 2001 Irsko Nokia 18 Korea National Police 2000 Korea Motorola 15 MOL Kuwait 2004 Kuvajt Nokia Lima Police 2000 Peru Simoco 5 Telefonica Moviles Espana 2000 Španělsko Motorola 15 Canary Islands 2001 Španělsko Nokia 5 RAKEL 2004 Švédsko Nokia MOI Venezuela 2004 Venezuela Teltronic 17 ADONIS 2002 Rakousko Siemens/ R&S TNet e. h. f. 1999 Island Motorola 0 New Zealand Police 1999 Nový Zéland Simoco 0 CADCOM Western Australia Police 2000 Austrálie Simoco 4 RadioTel trial 1999 Rusko Motorola 1 Dubai Police 2001 Spojené Arabské Emiráty Nokia 9 Gotland Pilot 1999 Švédsko Simoco 2