Сеть GSM c поддержкой GPRS

G

G

G

G

G

G

Стандарты мобильной связи

Поколение	1G	2G	2.5G	3G	3.5G	4G
Начало разработок					<2000
Реализация					2006—2007	2008—2010
Сервисы	аналоговый стандарт,речевые сообщения	цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS), передача данных со скоростью до 9,6 кбит/с	большая ёмкость, пакетная передача данных	ещё большая ёмкость, скорости до 2 Мбит/с	увеличение скорости сетей третьего поколения	большая ёмкость, IP-ориентированная сеть, поддержка мультимедиа, скорости до сотен мегабит в секунду
Скорость передачи	1,9 кбит/с	9,6-14,4 кбит/с	115кбит/с(1 фаза) 384 кбит/с (2 фаза),	2 Мбит/с	3-14 Мбит/с	1 Гбит/с
Стандарты	AMPS, TACS, NMT	TDMA, CDMA, GSM, PDC	GPRS, EDGE (2.75G), 1xRTT	WCDMA, CDMA2000, UMTS	HSDPA	единый стандарт
Сеть	PSTN	PSTN	PSTN, сеть пакетной передачи данных	сеть пакетной передачи данных	сеть пакетной передачи данных	Интернет

Стандарты мобильной связи принято делить на поколения. К первому (The 1st Generation, 1G) относятся аналоговые стандарты, которые постепенно ушли в прошлое.

. К ним относятся:

· AMPS (AdvancedMobilePhoneService — усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) — широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; известен также как «североамериканский стандарт»; это наиболее распространённый стандарт в мире, обслуживающий почти половину всех абонентов сотовой связи (вместе с цифровой модификацией D-AMPS, речь о которой впереди); используется в России в качестве регионального стандарта (в основном — в варианте D-AMPS), где он также является наиболее распространённым;

· TACS (TotalAccessCommunicationsSystem — общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) — используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); это второй по распространённости стандарт среди аналоговых; ещё недавно, в 1995 г., он занимал и общее второе место в мире по величине абонентской базы, но в 1997 г. оттеснён на четвёртое место более быстро развивающимися цифровыми стандартами;

· NMT-450 и NMT 900 (NordicMobileTelephone — мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГц соответственно) — используется в Скандинавии и во многих других странах; известен также как «скандинавский стандарт»; третий по распространённости среди аналоговых стандартов мира; стандарт NMT 450 является одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй — цифровой стандарт GSM 900);

· С-450 (диапазон 450 МГц) — используется в Германии и Португалии;

· RTMS (RadioTelephoneMobileSystem — мобильная радиотелефонная система, диапазон 450 МГц) — используется в Италии;

· Radiocom 2000 (диапазоны 170, 200, 400 МГц) — используется во Франции;

· NTT (NipponTelephoneandTelegraphsystem — японская система телефона и телеграфа, диапазон 800…900 МГц — в трех вариантах) — используется в Японии.

Во всех аналоговых стандартах применяются частотная модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления (или сигнализации — signaling). Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот — применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (FrequencyDivisionMultipleAccess — FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем — относительно низкая ёмкость, являющаяся прямым следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самом начале широкого распространения сотовой связи в ведущих странах, и сразу же значительные силы были направлены на поиск более совершенных технических решений. В результате этих усилий и поисков появились цифровые сотовые системы второго поколения. Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировался также широким внедрением цифровой техники в связь в целом и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов кодирования и появлением сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой обработки сигналов.

Говоря о втором поколении, прежде всего следует упомянуть стандарт GSM (GlobalSystemforMobileCommunications — глобальная система связи с подвижными объектами), являющийся сейчас самым популярным стандартом сотовой связи в мире и, что важно для нас, де-факто беспроводным телефонным стандартом в Европе. Сотовые сети стандарта GSM — это цифровые сети, в которых может передаваться не только оцифрованная речь, но и любые цифровые данные. Большинство операторов GSM-сетей имеют договоры по роумингу. На GSM приходится свыше 60% мирового рынка сетей мобильной связи, а количество абонентов составляет более 700 млн. человек.

Первые сети GSM появились в начале 90-х годов. В то время основной их задачей было обеспечение услуг речевой связи на более высоком уровне по сравнению с существовавшими ранее аналоговыми сотовыми системами. Технология GSM способствовала популяризации сотовой связи в сфере бизнеса за счет предоставления возможности шифрования передаваемой информации и роуминга по всей Европе.

Важным шагом развития GSM было введение услуг пересылки коротких сообщений (ShortMessageService, SMS) и передачи данных. С середины 90-х годов начали бурно развиваться услуги передачи данных, и прежде всего SMS-служба. Сегодня пользователи систем GSM могут посылать друг другу короткие сообщения непосредственно с телефона или через компьютерные сети. Абоненты сетей GSM могут посредством мобильного модема получать доступ к компьютерным системам своих офисов и могут посылать и принимать сообщения электронной почты. Одним из основных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM для передачи данных является низкая скорость передачи и тот факт, что биллинг осуществляется исходя из времени соединения по тарифам, мало отличающимся от речевых.

Физические свойства каналов GSM не позволяют обмениваться данными со скоростью свыше 9,6 Кбит/с. Для передачи речи и текстовых сообщений такой скорости вполне достаточно, а для качественной графики — нет.

Возможности мобильного доступа в Интернет были существенно расширены с переходом на использование технологии GPRS (GeneralPacketRadioService) и будут кардинально увеличены в высокопроизводительных сотовых сетях следующего, третьего поколения (3G), к которому относится стандарт UMTS (рис. 62)

Рис. 62. Беспроводные технологии

GPRS (англ. GeneralPacketRadioService — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не времени.

Основная статья: XRTT

XRTT (OneTimesRadioTransmissionTechnology) — 2.5G мобильная технология передачи цифровых данных основанная на CDMA-технологии. Использует принцип передачи с коммутацией пакетов. Теоретически возможная скорость передачи 144 Кбит/сек, но на практике реальная скорость менее 40-60 Кбит/сек. 1XRTT использует лицензируемый радиочастотный диапазон и, подобно другим мобильным технологиям, широко распространена.

Поскольку функциональные возможности сети GPRS скромнее, чем у полноценной сети третьего поколения, данный стандарт получил название 2,5G, отражающее ее переходное состояние от второго поколения к третьему.

EDGE (англ. EnhancedDataratesfor GSM Evolution) — цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G (GPRS) сетями. Эта технология работает в TDMA и GSM сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD — ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD, EHSCSD — по каналу HSCSD, и EGPRS — по каналу GPRS. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.

Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (TimeDivisionMultipleAccess— TDMA). Однако уже в 1992—1993 гг. в США был разработан стандарт системы сотовой связи на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (CodeDivisionMultipleAccess—CDMA)— стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995−1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, причём в Южной Корее -наиболее широко, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц. Направление персональной связи нашло своё преломление и в Японии, где в 1991—1992 гг. была разработана и с 1995 г. начала широко использоваться система PHS диапазона 1800 МГц (PersonalHandyphoneSystem — буквально «система персонального ручного телефона»).

Европейская технология мобильной связи третьего поколения UMTS предлагает надежную передачу голоса, текста и потокового видео. В рамках этой технологии связь может быть организована и с обязательным установлением соединения, и с коммутацией пакетов, как в сетях GPRS.

UMTS предоставляет скорость передачи данных 2 Мбит/с для неподвижных пользователей, 384 Кбит/с для пешеходов и 144 Кбит/с для пользователей, находящихся в движущемся транспорте.

HSDPA (англ. High-SpeedDownlinkPacketAccess — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) — стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвёртого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующих сетях — около 3 Мбит/сек.

Технологии, претендующие на роль 4G (и очень часто упоминаемые в прессе в качестве 4G):

· LTE

· TD-LTE

· Mobile WiMAX

· UMB

· HSPA+

В настоящее время запущены сети WiMAX и LTE. Первую в мире сеть LTE в Стокгольме и Осло запустил альянс TeliaSonera/Ericsson— расчётное значение максимальной скорости передачи данных к абоненту составляет 382 Mbps и 86 Mbps— от абонента. Насчёт UMB планы внедрения не известны, так как ни один оператор (в мировом масштабе) не заключил контракт на его тестирование. Стоит отметить, что стандарт WiMAX не все относят к4G, так как он не интегрирован с сетями предыдущих поколений таких как 3G и 2G, а также из-за того, что в сети WiMAX сами операторы не предоставляют традиционные услуги связи, такие как голосовые звонки и SMS, хотя и пользование ими возможно при использовании различных VoIP сервисов. IMT разрешил сетям HSPA+ называться 4G, т.к. они обеспечивают соответствующие скорости.

Необходимо отметить, что по мере внедрения сетей поколения 2,5G-3G происходит интеграция устройств, передающих голос и данные. Персональные коммуникаторы интегрируют в себе возможности сотового телефона и мобильного ПК (рис. 3).

Рис. 63. Интеграция устройств, передающих голос и данные

Достоинством технологии GPRS является возможность создания высокоскоростной передачи данных на базе имеющихся сетей GSM. Для этого достаточно дооснастить оборудование оператора дополнительными функциональными блоками, что намного дешевле, чем создавать новую сеть базовых станций. При этом следует отметить, что внедрение GPRS требует новых терминалов, поддерживающих более высокую скорость передачи данных. В отличие от GPRS, развертывание сетей UMTS возможно только на собственной базе; использовать установленное оборудование стандартов GSM не удастся.

Рассмотрим технологию GPRS несколько подробнее (GPRS — протокол пакетной коммутации для сетей стандарта GSM). Она реализуется в существующих сотовых сетях GSM в виде дополнительного сетевого уровня. В 2001 году сервис GPRS имелся в наличии в большинстве европейских сетей GSM.

Сеть GSM c поддержкой GPRS является сетью с коммутацией пакетов. Как известно, в сетях с пакетной коммутацией передаваемая информация разбивается на отдельные пакеты, которые могут передаваться по разным каналам; при этом неверно принятые пакеты запрашиваются повторно. На стороне получателя из пакетов конструируется исходное сообщение. Технология GPRS гарантирует постоянную связь с Интернетом.

Благодаря принципу совместного применения каналов в GPRS-технологии достигается более высокая скорость передачи данных, чем в сетях GSM (основанных на коммутации каналов), когда канал полностью блокируется независимо от того, ведется в данный момент передача данных или нет. В технологии GPRS необходимый канальный ресурс выделяется лишь на время передачи соответствующих информационных пакетов. GPRS позволяет использовать короткие временные интервалы каналов, выделенных для передачи голосовых данных. Каналы, применяемые для передачи речи, могут одновременно использоваться и для передачи пакетов данных протокола IP.

В принципе, большое количество абонентов, одновременно получающих данные из Интернета на высокой скорости, могут исчерпать запас свободных каналов в соте, поэтому сети GPRS в основном пригодны для режима чтения Web-страниц по схеме «быстрая загрузка — длительное чтение» с освобождением каналов на втором этапе. Использование Интернет-услуг в режиме вещания будет приводить к перегрузке сети.

Мобильные телефоны с поддержкой GPRS разделяются на классы в зависимости от возможностей по одновременной передаче голоса в стандарте GSM и данных в стандарте GPRS:

• класс А — устройства этого класса могут одновременно передавать голос и данные;

• класс B — аппараты автоматически переключаются в режим передачи голоса или данных (например, при поступлении звонка);

• класс C — переключение таких телефонов между голосовым режимом и режимом передачи данных осуществляется вручную.

Важной особенностью GPRS является отказ от поминутной тарификации. Оплата за передачу данных в сети GPRS взимается не за время, в течение которого абонент был на связи с базовой станцией, а за объем переданной информации. Именно поэтому многие онлайновые ресурсы, доступ к которым связан с передачей небольших объемов данных (новостные сайты, чаты и т.д.), выгодно использовать с GPRS-терминалов, а услуги вещания, например потоковое аудио, окажутся неоправданно дорогими.

Варианты использования технологии GPRS для доступа к Интернету

Существуют два способа применения технологии GPRS для доступа к Интернету (рис. 64). При одном из них GPRS-устройство выполняет функции модема, с помощью которого пользователь портативного компьютера может просматривать Web-страницы HTML. При этом может использоваться как кабельное соединение телефона с ПК, так и беспроводное — инфракрасный порт или Bluetoth. Другой способ — это подключение к Интернету напрямую с мобильного устройства, поддерживающего технологию GPRS, что дает возможность просматривать Web-страницы в формате WAP при помощи встроенного микробраузера. Информация в формате WAP представляется в облегченном виде, поэтому для ее передачи требуется гораздо меньшая пропускная способность.

Следует отметить, что возможности доступа в Интернет с мобильного телефона на базе WAP-протокола, меняются по мере развития самого стандарта. Для того чтобы рассказать об эволюции WAP-протокола потребуется рассмотреть принцип его работы.

Рис. 64. Различные варианты использования GPRS для доступа к Интернету

Дата добавления: 2014-12-07