Системы мобильной связи

Идея сотовой телефонной связи появилась в лабораториях Белл, США, в начале 1970-х гг. Однако реализация началась только через 10 лет — в 1980-е гг. в Европе, особенно в Сканди­навии и Великобритании начался быстрый рост аналоговой со­товой связи. Системы сотовой связи используют полосы 800 МГц (от 806 до 902 МГц) и 1,9 ГГц (от 1,850 до 1,990 МГц).

Системы 1-го поколения (1G) были аналоговыми и работали в диапазоне 800 МГц. Системы 2-го (2G) поколения появились 10 годами позже и основывались на принципах цифровой связи. Сотовые системы используют три различные технологии разде­ления использования выделенной полосы:

• множественный доступ с разделением частот (Frequency Division Multiple Access — FDMA);

• разделение времени (Time Division Multiple Access — TDMA);

• кодовое разделение (Code Division Multiple Access — CDMA).

Наиболее распространены методы TDMA и CDMA.

GSM. В 1982 г. Европейская конференция почтовой и элек­тросвязи (Conference of European Posts and Telecommunications — CEPT) сформировала Рабочую группу по проблемам мобильной телефонии (Groupe Special Mobile — GSM), чтобы она разрабо­тала общеевропейский стандарт в данной области, удовлетво­ряющий определенным критериям:

• эффективное использование спектра частот;

• международное переключение (роуминг);

• низкая стоимость мобильных и стационарных (базовых) устройств;

• высокое качество передачи звука;

• совместимость с другими системами цифровой связи (как ISDN и др.);

• способность поддержки новых служб.

Было принято решение, что системы мобильной телефонии будут разрабатываться на базе цифровой связи и «GSM» впослед­ствии стало акронимом для Глобальной Системы Мобильных коммуникаций. В 1989 г. ответственность за спецификации GSM перешла от СЕРТ к европейскому Институту Стандартов Теле­связи (European Telecommunications Standards Institute — ETSI). Спецификации GSM (Стадия 1) были изданы в следующем году, но коммерческое использование системы не начиналось до сере­дины 1991 г. В 1995 г. спецификации Стадии 2 расширили охват на сельские районы, и к концу этого же года около 120 сетей дей­ствовали приблизительно в 70 географических областях.

К началу XXI в. были сделаны основные шаги к так называе­мому третьему поколению (3G) услуг:

• число подписчиков GSM во всем мире возросло приблизи­тельно до 165 млн;

• появились первые GPSRS-сети — важный шаг по переходу к сетям 3G (третье поколение);

• в Европе предприняты первые испытания WAP (Wireless Application Protocol).

В сети GSM выделяются четыре главные компоненты:

• мобильная станция (телефон, «трубка»), которой пользует­ся абонент;

• базовая станция, которая осуществляет радиосвязь с мо­бильной станцией;

• сеть и подсистема переключения, главная часть которой — центр переключения мобильных услуг, который исполняет переключение запросов между мобильным телефоном и другими стационарными или мобильными пользователями сети, так же как управление мобильными услугами, типа установления аутентичности;

• система операционной поддержки, которая наблюдает за надлежащим действием и настройками сети.

Международный Союз Телесвязи (International Telecommuni­cation Union — ITU), который (среди других функций) коорди­нирует международное распределение радиоспектра, разместил полосы 890—915 МГц для «восходящего сигнала» (мобильная станции к базе) и 935—960 МГц для «нисходящего» (база к мо­бильной станции) для мобильных сетей в Европе.

Так как спектр радиочастот — ограниченный ресурс, разде­ляемый между пользователями, необходимо распределить полосу пропускания среди как можно большего их количества. Метод, выбранный GSM, — комбинация FDMA и TDMA. FDMA осуще­ствляет разделение частот полной полосы пропускания в 25 МГц на 124 несущие частоты полосы пропускания по 200 кГц. Одна или более несущих частот отводятся на каждую базовую станцию. Каждая из этих несущих частот, используя схему TDMA, после этого разделяется на восемь временных интервалов. Один интер­вал времени используется для передачи мобильным телефоном и один — для приема. Они разнесены во времени так, чтобы мо­бильная станция не могла одновременно получать и передавать данные (что упрощает электронику).

Уникальность технологии GSM заключается в том, что поль­зователи должны использовать Карту идентификации подписчи­ка (Subscriber Identity Module Cards — SIM-карта) в телефонных трубках. Эти карты — маленькие чипы, поставляемые провайде­ром GSM и содержащие важнейшие данные: номер телефона, учетную информацию, телефонную книгу и пр. Это дает воз­можность пользователям переключать телефонные трубки GSM,
просто снимая SIM-карту и вставляя в другое устройство. В ре­зультате пользователь может сохранить тот же самый номер, хотя он и поменял телефонную трубку.

Система GSM, используемая с переносным ПК (рис. 2.15), обеспечивает всестороннее решение проблемы коммуникации в движении. Пропускная способность факса в 9600 бод наряду со специальными возможностями, подобными международному ро- умингу и Службе коротких сообщений (Short Message Service — SMS), позволяет мобильным пользователям легко и надежно со­единяться при перемещении из страны в страну. Эти способно­сти передачи данных не являются автоматическими — провайдер GSM должен поддерживать эти функциональные возможно­сти для мобильных пользователей. Услугами передачи данных могут быть:

• исходящая передача (Mobile Originated — МО), подразуме­вает, что пользователи могут посылать данные, находясь в отдаленном месте, используя сеть GSM;

Факс-сервер

Факс

Телефон GSM

Рис. 2.15. Мобильные вычисления в GSM

—i ЗйщщЦрШ фонная f Модем

• Факс

Системы 2G, доступные с конца 1999 г. для передачи голоса или данных, занимали единственный временной интервал TDMA, предлагая скорость передачи 9,6 Кбод. Последующее введение Высокоскоростных переключаемых сетей передачи данных (High Speed Circuit Switched Data — HSCSD), которые требовали расширения стандарта GSM, чтобы ввести новый протокол радиосвязи, позволило использовать все восемь интервалов TDMA и увеличить скорость до 76,8 Кбод.

• входящая передача (Mobile Terminated — МТ) — пользова­тели могут получать данные, факсы или сообщения SMS на ноутбук, используя сеть GSM.

GPRS. Пакетная радиослужба общего назначения (General Packet Radio Service — GPRS) представляет собой службу пере­дачи данных, предназначенную для сетей GSM и TDMA.

GPRS обеспечивает возможность непрерывного IP-соедине­ния, чтобы связать корпоративные ЛВС и собственные ЛВС об­служивания операторов через интерфейсы к TCP/IP и Х.25. GPRS дает почти мгновенную установку связи и позволяет при этом проводить расчеты за услуги на основе количества передан­ных данных, а не времени связи. Как технология пакетной пере­дачи данных, GPRS использует ресурсы сети и полосу пропуска­ния только при фактической передаче данных. Поддерживаются скорости от 14,4 Кбод, использующих только один интервал TDMA, до 115 Кбод при использовании всех восьми.

Системы GPRS идеально подходят для реализации приклад­ного протокола радиосвязи (WAP). WAP по GPRS приносит эко­номию стоимости как провайдерам, так и потребителям, потому что GPRS-радиоресурсы необходимы только при передаче сооб­щения. Содержание WAP оптимизировано для устройств «тон­кого клиента» типа мобильных телефонов, позволяя распростра­нить это на 2,5G, 3G и другие сети.

WAP. Прикладной протокол радиосвязи (Wireless Application Protocol — WAP) представляет собой глобальный стандарт и не контролируется какой-либо одной компанией. Ericsson, Nokia, Motorola и Unwired Planet основали Форум WAP в 1997 г. с пер- вонач&тьной целью — определить спецификацию для промыш­ленности по развитию беспроводных систем коммуникаций.

В результате была выпущена открытая глобальная специфи­кация, включающая сети CDMA, GSM и TDMA, а также охва­тывающая широкий спектр радиотерминалов — мобильные те­лефоны, пейджеры, двухстороннее радио, смартфоны и пр. WAP расширяет и включает ранее разработанные и принятые прото­колы беспроводной связи.

Используется модификация языка HTML (см. гл. 7) — HDML (Handheld Device Markup Language — Язык разметки для сверх­портативных устройств) и протокола HTTP — HDTP (Handheld Device Transport Protocol — Протокол передачи для сверхпорта­тивных устройств). Радиотерминал содержит встроенный брау­зер, поддерживающий HDML и HDTP, и может связываться с Internet-провайдерами для доступа к информации (рис. 2.16).

WAP также определяет беспроводную прикладную среду (Wireless application environment — WAE), нацеленную на предос-

Рис. 2.16. Структура протоколов WAP

тавление возможности операторов, изготовителей и поставщиков содержания (контента), чтобы развить продвинутые дифферен­цирующиеся услуги и приложения, включая микробраузер, сред­ства обслуживания скриптов, электронную почту, доступ к WWW-сайтам и доступ с мобильного телефона к телефаксу.

Ключевое средство на устройствах WAP — микробраузер, ко­торый реализует доступ к любому поддерживающему WAP Web-сайту. Язык разметки для радиоприложений (Wireless mark­up language — WML) базируется на стандарте XML, который ши­роко используется современными Web-сайтами. Однако есть важные различия в способе, которым информация организована в обычных и WAP-сайтах. Основное среди них — то, что в отли­чие от HTML, WML не поддерживает страниц, а вместо этого информация организована, используя метафору картотеки.

Процесс выглядит следующим образом. Пользователь мо­бильного телефона с микробраузером связывается с WAP-шлю- зом, который отыскивает в Internet информацию в HTML или WML. Если контент находится в HTML, шлюз конвертирует ин­формацию в WML.

Запрошенная информация пересылается WAP-клиенту, ис­пользуя наиболее доступные соответствующие средства мобиль­ного обслуживания пользователя сети. Протокол WTP (WAP transaction protocol) поддерживает уровень транзакций и обеспе­чивает надежную передачу датаграмм. Протокол WSP (WAP session protocol) поддерживает уровень сессии и обеспечивает об­мен между приложениями. Интерфейс WTAI (Wireless Telephony Application Interface) является расширением WAE, разработан­ным для поддержки радиотелефонных приложений.

Фирма Nokia была первой, выпустившей микробраузер стан­дарта WAP VI. 1 в 1999 г., позднее были выпущены разработки Ericsson, Motorola и Qualcomm _в середине 2000 г. WAP VI. 1 — это расширение WAP VI.О, позволяющее улучшить совместимость и учитывающее спецификации XHTML (консорциума World Wide Web - W3C)

Bluetooth. Названная по имени датского короля Х-ro столетия, Bluetooth — спецификация для портативных устройств, обеспечи­вающая дешевую радиосвязь между мобильными компьютерами, мобильными телефонами и другими переносными устройствами, возможностью подсоединения к Internet. Инициатива была под­держана лидерами в телесвязи, компьютерах и смежных отраслях промышленности — включая 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Motorola, Nokia and Toshiba — более чем 1300 отраслевыми ком­паниями.

Главное преимущество систем Bluetooth перед инфракрасными портами состоит в том, что Bluetooth не требует прямой видимости. Ее сторонники надеются, что составляющие затраты будут настоль­ко низки, что она в конечном счете заменит инфракрасный.

Bluetooth работает в диапазоне «Индустриальный научный и медицинский» (Industrial Scientific and Medical — ISM) — 2,4 ГГц (в интервале от 2,4 до 2,4835 ГГц в США, Японии и Европе). Части этой полосы также доступны во Франции и Испании. По сути, это — тот же самый вид микроволновой радиотехнологии, которая обеспечивает беспроводный дверной звонок и автомати­ческое открывание двери гаража.

Bluetooth первоначально ограничивалась дальностью связи 10 метров и скоростью приблизительно 1 Мбит/с. Технология работает подобно переносным домашним телефонным трубкам, где есть приемопередатчики (портативные устройства) и базовые станции. Есть возможность соединять от 8 до 10 устройств в пределах одной подсети, включая семь каналов передачи данных и три голосовых.

Модули Bluetooth имеют приемопередатчики, которые ска­нируют пространство и обнаруживают другие устройства Blue­tooth, чтобы установить связь. Когда два устройства Bluetooth по­являются в пределах достижимости, они устанавливают контакт и формируют временную сеть, названную Персональной сетью (Personal Area Network — PAN). Прежде чем любые данные будут переданы между устройствами, должна быть установлена сессия сети. По соображениям безопасности пользователь должен пре­доставить ручное одобрение по входу в сеть устройствам, кото­рые не были ранее идентифицированы как устройства, принад­лежащие этой же PAN.

Для связи модули Bluetooth используют переключение частот (Frequency-Hopping Spread Spectrum — FHSS). Этот метод ранее использовался много лет военными как обладающий повышен­ной безопасностью. FHSS использует переключение пакетов при пересылке данных от передатчика одного модуля Bluetooth на приемник другого. В отличие от переключения каналов, которое устанавливает связь на некоторой частоте (канал), FHSS разби­вает данные на маленькие пакеты и передает их в широком диа­пазоне частот «поперек» доступной полосы частоты. Приемопе­редатчики Bluetooth переключают 79 частот в полосе на 2,4 ГГц с частотой 1600 в секунду.

IEEE 802.11. Спецификации 802.11 была выпущена в 1997 г. как стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN). Эта исходная версия предусматривала скорости передачи данных 1 и 2 Мбит/с и набор основных методов передачи сигналов и дру­гих услуг. Невысокие скорости передачи данных не удовлетворя­ли необходимым требованиям и осенью 1999 г. был выпущен ва­риант IEEE 802.11b стандарта (также известный как «высокоско­ростной 802.11») для передачи до 11 Мбит/с.

Стандарт 802.11 определяет две составные части оборудова­ния — беспроводная «станция» (обычно ПК, оборудованный беспроводной сетевой интерфейсной платой), и «пункт доступа» (access point — АР), который действует как мост между беспро­водными и проводными сетями. Пункт доступа включает прие­мопередатчик, сетевой интерфейс (типа IEEE 802.3) и программ­ную часть, обеспечивающую соединение по стандарту 802. Id. Пункт доступа действует как базовая станция (база) для беспро­водной сети, осуществляя доступ беспроводных станций к про­водной сети. Беспроводными конечными станциями могут быть платы 802.11 PC Card, сетевые интерфейсы PCI, ISA или встро­енные некомпьютерные клиенты (например, мобильный теле­фон, поддерживающий стандарт 802.11).

Стандарт 802.11 определяет два режима работы: инфраструк­турный (infrastructure mode) и специальный (ad hoc mode). В ин­фраструктурном режиме беспроводная сеть состоит из одного или более пунктов доступа, связанных с проводной сетевой ин­фраструктурой и набором беспроводных конечных станций. Эту конфигурацию называют основным сервисным набором (Basic Service Set — BSS). Расширенный сервисный набор (Extended Service Set — ESS) — набор двух или больше BSS, образующих отдельную подсеть. Так как большинство корпоративных WLAN требуют доступа к проводной локальной сети для обслуживания (файловые серверы, принтеры, связи с Internet), они работают в режиме инфраструктуры (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Режимы работы сети IEEE 802.11

Специальный режим, также называемый одноранговым ре­жимом (peer-to-peer mode) или независимым основным сервис­ным набором (Independent Basic Service Set — IBSS) — просто совокупность беспроводных станций 802.11, которые связывают­ся непосредственно друг с другом, не используя пункт доступа или любое подключение к проводным сетям. Этот режим поле­зен для быстрой и легкой установки беспроводной сети там, где беспроводная инфраструктура не существует или не требуется для услуг, типа гостиничного номера, центра переговоров или аэропорта, или там, где доступ к проводной сети запрещен.

Три физических уровня, первоначально определенные в 802.11, включали два метода, базирующихся на радиосвязи с раз­делением спектра, и нечеткую инфракрасную спецификацию. Стандарты на основе радио работают в пределах полосы 1SM на 2,4 ГГц. Эти частоты признаны такими агентствами, как FCC (США), ETSI (Европа), и МКК (Япония) для нелицензируемых радиоопераций. Поэтому изделия, выполненные по 802.11, не требуют лицензирования пользователя или специального обуче­ния. Методы разделения спектра в дополнение к удовлетворе­нию регулирующих требований увеличивают надежность и про­изводительность и позволяют многим независимым изделиям совместно использовать спектр без необходимости координации и с минимальными взаимными помехами.

Стандарт IEEE 802.11b. Спецификация IEEE 802.11b по инициативе в основном Lucent Technologies и Intersil Corp была разработана для диапазона 2,4 ГГц 1SM. Назначение специфика­ции — организация беспроводных LAN Ethernet.

Основное добавление 802.11b к стандарту беспроводной ло­кальной сети должно было стандартизировать поддержку физи­ческого уровня двух новых скоростей — 5,5 и 11 Мбит/с. Чтобы достичь этого, в качестве физического уровня для стандарта была выбрана прямая последовательность частот (Direct Sequence Spread Spectrum — DSSS), так как переключающиеся частоты не могли поддерживать более высокие скорости, не нарушая теку­щие инструкции Федеральной Комиссии по связи. Более эффек­тивная схема кодирования — Complimentary code keying (ССК) — была включена в стандарт, чтобы достигнуть конечной скорости передачи данных 11 Мбит/с.

Однако, 802.11b несовершенен. Один из наиболее сущест­венных недостатков — полоса частот. Многочисленные устрой­ства могут вторгнуться в полосу 2,4 ГГц и поэтому представляют потенциальный источник помех. Сюда входят микроволновые печи, переносные телефоны, радиосистемы и домашние кон­трольные устройства, использующие протокол Х-10. Самая большая опасность, однако, — от все более широко распростра­няющихся устройств Bluetooth. Проблема усугубляется тем фак­том, что 802.11b рассчитан не просто на связь на расстоянии от 15 до 45 м (через стены и потолки), но и до 300 м прямой ви­димости на открытой местности.

Ограниченная полоса пропускания, возможно, — еще боль­шая проблема. Номинально 802.11b обеспечивает скорость, эк­вивалентную 10 Мбит/с Ethernet. Однако, перегрузка, конфигу­рация и требования безопасности могут уменьшить фактическую производительность до типичного значения в 5 Мбит/с. Хотя этого и достаточно для Web-браузеров, но неадекватно для боль­шого количества приложений типа потокового видео. Проблемы на физическом уровне — одна из причин для деградации работы. Например, префикс (преамбула), включаемый в каждый пакет используемого здесь протокола Physical Layer Convergence Protocol (PLCP), который содержит значение скорости передачи и данные для проверки синхронизации, состоит из 24 байтов (сравнительно с 8 байтами для проводной Ethernet, см. рис. 1.6).

Безопасность — другая важная проблема. Система защиты Wired Equivalent Privacy (WEP), встроенная в протокол 802.11, по­казала уязвимость и относительную несложность расшифровки кода с 40-битовым ключом. Хакеры могут подъехать к дому на ав­томобиле, имея ноутбук, снабженный радиосистемой, и войти в сеть. Разработчики предлагают несколько решений, включая алгоритм шифровки со 128-битовым ключом, известный как Advanced Encryption Standard (AES), который, однако, требует об­новления технических и программных средств или Temporal Key Integrity Protocol (TKIP), который будет совместимым с WEP.

IEEE 802.11а. Если 802.11b размещается в полосе 2,4 ГГц, то стандарт 802.11а был разработан для диапазона 5 ГГц «Нелицен- зируемая национальная информационная инфраструктура» (Unlicensed National Information Infrastructure — UNII). Кроме того, в отличие от 802.11b, 802.11а использует совершенно дру­гую схему кодирования — ортогональное мультиплексирование с разделением частот (Coded orthogonal frequency division multi­plexing — COFDM) для беспроводного использования внутри помещения.

COFDM расщепляет одну высокоскоростную несущую час­тоту на несколько поднесуи|их более малого быстродействия, которые передаются параллельно (рис. 2.18). Высокоскоростная несущая шириной 20 МГц разделена на 52 подканала, каждый приблизительно по 300 кГц. COFDM использует 48 из этих под­каналов для данных, а остающиеся четыре — для исправления ошибок. COFDM поставляет более высокие скорости передачи данных и высокую степень восстановления благодаря схеме ко­дирования и исправлению ошибки? Метод обеспечивает скоро­сти передачи в 5, 12 и 24 Мбит/с.

Подканалы

52 несущих на канал

I*.......... ' Высокочастотная несущая»1 Независимые чистые каналы (МГц) Рис. 2.18. Структура диапазонов в протоколе 802.11а

IEEE 802.1In. Потребность в беспроводных LAN весьма воз­росла после ратификации IEEEa 802.1 la летом 1999 г. Появилось множество пользователей, подключающих ноутбуки к сетям на работе и к Internet дома так же, как и в магазинах, кафе, аэропор­тах, гостиницах и других местах, обеспеченных доступом к Wi-Fi. Тем временем, однако, выпуск единиц Wi-Fi-оборудования суще­ственно вырос — до 100 млн модулей в 2005 г. сравнительно с ме­нее чем 10 млн в 2001 г. Технология использовалась не только в ПК и ноутбуках, но и в мобильных телефонах и других бытовых устройствах для реализации Internet-телефонии, интерактивных игр, передачи музыки, фотографий и домашнего видео. Поэтому существующие сетевые инфраструктуры Wi-Fi начали испыты­вать перегрузку.

Эта ситуация предвиделась, и 1ЕЕЕ (2003 г.) принял предло­жения рабочей группы 802.11 TGn о поправках к стандартам 802.11, предполагающих приблизительно 4-кратное повышение производительности WLAN по сравнению с потоком 802.1 la/g.

Спецификация проекта 802.1 In отличается от предшествен­ников тем, что предусматривает разнообразие дополнительных режимов и конфигураций для различных скоростей передачи данных. Это дает возможность стандарту обеспечить базовые па­раметры для всех 802.1 ln-устройств, разрешая изготовителям ох­ватывать широкий спектр различных приложений и цен на обо­рудование. Максимальная скорость, допускаемая 802.1 In — до 600 Мбит/с, однако, если аппаратные средства WLAN не под­держивают каждую опцию, они могут быть совместимым со стандартом.

Один из наиболее широко известных компонентов специфи­кации известен как многократный вход-выход (Multiple Input Multiple Output — MI MO). MI МО использует такое явление как многопутевая передача, когда радиоволны, будучи отраженными от стен, дверей и других объектов, достигают антенны приемни­ка многократно, различными маршрутами и в различные време­на. Неконтролируемая многопутевая передача искажает перво­начальный сигнал, делая более трудной расшифровку и ухудшая функционирование Wi-Fi. MIMO использует методику, извест­ную как пространственное мультиплексирование (space-division multiplexing). Передающее устройство WLAN фактически разби­вает поток данных на части, названные пространственными по­токами, и передает каждый из них через отдельные антенны к соответствующим антеннам-приемникам. Стандарт 802.1 In пре­
дусматривает до четырех пространственных потоков, даже при том, что совместимые аппаратные средства не обязаны это под­держивать.

Удвоение числа пространственных потоков фактически уд­ваивает скорость данных. Другой дополнительный режим в 802.1 In также увеличивает скорость, удваивая ширину WLAN канала связи от 20 до 40 МГц.

Вообще говоря, 802.1 In предусматривает 576 возможных конфигураций потока данных. Для сравнения, 802.1 lg обеспечи­вает 12 возможных потоков данных, а 802.11а и 802.11b опреде­ляют восемь и четыре, соответственно.

Таблица 2.10 демонстрирует характеристики различных вер­сий спецификации 802.11.

Характеристики	802.11а
Когда принят	Июль 1999 г.
Максимальная скорость, Мбит/с
Метод модуляции	OFDM
Диапазон радиочастот, ГГц	5,0
Число пространственных потоков
Ширина канала, МГц

Таблица 2.10.Характеристики стандартов семейства 802.11

802.11b Июль 1999 г. 11 DSSS или ССК 2,4 1 20

Стандарты

802.11д Июнь 2003 г. 54 DSSS или ССК, или OFDM 2,4

802.11 п Обсуждается DSSS или ССК, или OFDM 2,4-5,0 1,2,3 или 4 20-40

Беспроводные локальные сети (WLAN) общего доступа (Public Wi-Fi access). Несмотря на то, что протокол IEEE 802.1 lb был рас­считан на то, чтобы поддерживать Ethernet-подобные беспровод­ные сети в рамках помещения (здания), в начале 2000 г. было об­наружено, что если установить приемопередатчик (точку доступа, Access Point — АР) на высокой мачте (от 15 до 50 м) и использо­вать специальные наружные маршрутизаторы и мосты протокола 802.1 lb, то можно расширить беспроводную сеть от здания к зда­нию, и таким образом увеличить охват (до 500—1000 м).

США взяли на себя инициативу в создании сетей WLAN об­щего доступа (известных как «Wi-Fi hot spots», или «Wi-Fi») и к 2001 г. их было в США уже больше чем 5000, или приблизитель­но 80 % мирового общего количества. Первыми пользователями являлись университеты, компании типа Starbucks (сеть кофей-

ных лавок, которая снабдила в США 650 кафе доступом Wi-Fi) и множество гостиниц. В 2002 г. количество Wi-Fi возросло, охва­тывая такие объекты, как аэропорты, отели и офисные здания.

Успех Wi-Fi представляет проблему для индустрии мобиль­ной телефонии. Многие провайдеры сотовой связи сделали ог­ромные инвестиции в ЗС-технологии GSM, предполагая, что это будет технология, которая навсегда решит проблемы доступа к Internet для мобильных пользователей. Однако поскольку WLAN имеет полосу пропускания, достаточно хорошую для видео теле­визионного качества, что может помешать провайдеру мобиль­ных услуг, не отягощенному обязательствами перед 3G перейти на эту технологию?

Позиция, занятая европейскими компаниями, разрабаты­вающими беспроводные технологии и инфраструктуру, проста — технологии 3G и WLAN дополняют друг друга: изготовители со­тового телефона включают доступ по Wi-Fi в новые модели и разрабатывают модули, которые без затруднений переключают обычный телефон GSM к Wi-Fi в зависимости от того, какой ка­нал связи обеспечивает лучший сигнал.

HSDPA. Высокоскоростной пакетный доступ к нисходящему потоку — High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) — новый протокол мобильной телефонии, который обеспечивает для UMTS-сетей более высокую скорость передачи и широту охвата. Иногда именуемый технологией «поколения 3,5» (3.5G), HSDPA является развитием стандарта WCDMA и предполагает поддерж­ку скоростей передачи, в 4—5 раз большую, чем существующие сети 3G, и в 15 раз, чем для GPRS. Хотя теоретически это соста­вит от 10 до 14 Мбит/с, реально конечные пользователи получат от 2 до 3 Мбит/с. В зависимости от реальных условий на мест­ности это предоставляет между 300 Кбит/с и 1 Мбит/с для нис­ходящего потока (что сравнимо со скоростями беспроводных ло­кальных сетей) и 128 Кбит/с для восходящего потока (вдвое выше существующих UMTS-систем).

Технология HSDPA, во-первых, минимизирует задержки данных, сосредоточивая наиболее трудоемкие операции на базо­вой станции; во-вторых, используется параллельная многока­нальная передача в нисходящем направлении, применяется ме­ханизм ретрансляции для уменьшения вероятности ошибки, и наконец, используются адаптивные технологии модуляции и ко­дирования. В дополнение к квадратурной модуляции фазового сдвига (Quadrature Phase Shift Keying — QPSK), которая приме­няется в WCDMA, при условиях хорошей радиопроходимости HSDPA использует также улучшенную схему квадратурной ам­плитудной модуляции на 16 состояний (16 Quadrature Amplitude Modulation — 16 QAM). Технология 16 QAM обеспечивает пере­дачу 4 бит данных одновременно по сравнению с 2 для QPSK.

WiMAX. Хотя широкополосный доступ к данным был досту­пен уже в течение некоторого времени, в конце 2002 г. в США к нему были подсоединены только 17 % пользователей.

Предложенная в это время технология глобального микровол­нового доступа (Worldwide Interoperability of Microwave Access WiMAX) стандарта IEEE 802.16 представляет собой решение про­блемы «последней мили» для доступа широких масс пользователей к быстрому Internet. Это — недорогая альтернатива для DSL-связи и кабельных модемов, поскольку стоимость беспроводных инфра­структур, базирующихся на стандарте IEEE 802.16, гораздо ниже стоимости любых систем, использующих проводное соединение.

Беспроводный широкополосный доступ организован напо­добие сотовой связи, используя базовые станции, каждая из ко­торых охватывает радиус в несколько километров. Антенны баз могут размещаться на высоких зданиях либо на других сооруже­ниях (хотя бы на водонапорных башнях). Принимающее устрой­ство пользователя, подобное спутниковому ТВ-приемнику, через Ethernet-кабель либо через связь 802.11, посылает данные прямо на ПК либо в локальную сеть (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Структура сети связи WiMAX

Пока что неясно, какая из конкурирующих технологий (HSDPA и WiMAX) одержит верх в конечном счете. Ожидается, что на ранних стадиях HSDPA сосредоточится на мобильной го­лосовой связи и передаче данных на основе платформ сотовой связи, a WiMAX — на поставке данных по широкополосной сети на предприятия и в загородные районы. В конечном счете эти технологии пересекутся, поскольку HSDPA повышает скорости передачи, a WiMAX — мобильность связи.

Дата добавления: 2014-11-29