Стандарты

Стандарты первого поколения сотовой связи (1G), NMT-450 (разработан в 1978, внедрен в эксплуатацию в 1981 году) и AMPS (внедрен в 1983 году), были аналоговыми: низкочастотный голос человека передавался на высокочастотной несущей (~450 МГц в случае NMT и 820-890 МГц в случае AMPS) с применением схемы амплитудно-частотной модуляции. Для того, чтобы обеспечить связь одновременно нескольких человек, в стандарте AMPS, например, частотные диапазоны разбивались на каналы шириной 30 кГц - такой подход получил название FDMA (Frequency Division Multiple Access). Стандарты первого поколения создавались для и обеспечивали исключительно голосовую связь.

Стандарты второго поколения (2G), такие как GSM (global system for mobile communications) и CDMA (Code Division Mutiple Access), принесли с собой сразу несколько нововведений. Кроме частотного разделения каналов связи FDMA, голос человека теперь проходил оцифровку (кодирование), то есть, по каналу связи, как и в 1G-стандарте, передавалась модулированная несущая частота, но уже не аналоговым сигналом, а цифровым кодом. В этом - общая черта всех стандартов второго поколения. Различаются они методами «уплотнения» или разделения каналов: в GSM используется подход с временным уплотнением TDMA (Time Division Multiple Access), а в CDMA - кодовое разделение каналов связи (Code Division Mutiple Access), из-за чего этот стандарт так и называется. Стандарты второго поколения также создавались для обеспечения голосовой связи, но в силу их «цифровой природы» и в связи с возникшей в ходе распространения Глобальной Паутины необходимости обеспечить доступ в интернет по мобильному телефоны, предоставляли возможность передачи цифровых данных по мобильному телефону, как по обычному проводному модему. Изначально, стандарты второго поколения не обеспечивали высокой пропускной способности: GSM мог предоставить лишь 9600 бит/с (ровно столько требуется для обеспечения голосовой связи в одном «уплотненном» с помощью TDMA канале), CDMA - несколько десятков Кбит/с.

В стандартах третьего поколения (3G), главным требованием к которым, согласно спецификациям Международного Телекоммуникационного Союза (ITU) IMT-2000, стало обеспечить видеосвязь хотя бы в разрешении QVGA (320х240), необходимо было достичь пропускной способности передачи цифровых данных не менее 384 Кбит/с. Для решения этой задачи используются полосы частот увеличенной ширины (W-CDMA, Wideband CDMA) или большее количество задействованных одновременно частотных каналов (CDMA2000). К слову, изначально стандарт CDMA2000 не мог обеспечить требуемой пропускной способности (предоставляя всего 153 Кбит/с), однако с введением новых модуляционных схем и технологий мультиплексирования с использованием ортогональных несущих в «надстройках» 1х RTT и EV-DO, порог в 384 Кбит/с был успешно преодолен. А такая технология передачи данных, как CDMA2000 1x EV-DV так и вовсе должна будет обеспечить пропускную способность до 2 Мбит/с, в то время как разрабатываемая и продвигаемая сейчас в сетях W-CDMA технология HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) - до 14,4 Мбит/с.

Кроме того, в Японии, Южной Корее и Китае сейчас ведутся работы над стандартами следующего, четвертого поколения, которые смогут, в перспективе, обеспечивать скорость передачи и приема цифровых данных свыше 20 Мбит/с, став, таким образом, альтернативой проводных широкополосных сетей.

Однако, несмотря на все перспективы, которые сулят сети третьего поколения, перейти на них спешат далеко не многие. Причин тому много: это и дороговизна телефонных аппаратов, вызванная необходимостью вернуть вложенные в исследования и разработки средства; и дороговизна эфирного времени, связанная с высокой стоимостью лицензий на частотные диапазоны и необходимостью перехода на несовместимое с существующей инфраструктурой оборудование; и малое время автономной работы из-за чрезмерно высокой (по сравнению с аппаратами второго поколения) нагрузки при передаче больших объемов данных. Одновременно с этим, стандарт второго поколения GSM в силу изначально заложенной в него возможности глобального роуминга и меньшей стоимости аппаратов и эфирного времени (тут политика лицензирования главного поставщика CDMA-технологий, компании Qualcomm, сыграла с ней злую шутку), получил поистине глобальное распространение, и уже в прошлом году число абонентов GSM превышало 1 млрд. человек. Не воспользоваться ситуацией было бы неправильно как с точки зрения операторов, которым хотелось бы увеличить среднюю выручку с одного абонента (ARPU), и обеспечить предоставление сервисов, конкурентоспособных с сервисами 3G-сетей, так и со стороны пользователей, которым хотелось бы иметь мобильный доступ в интернет. То же, что произошло с этим стандартом в дальнейшем, вполне можно назвать небольшим чудом: был придуман эволюционный подход, конечной целью которого было превратить GSM в стандарт третьего поколения, совместимый с UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

AMPS

AMPS (Advanced Mobile Phone Service - усовершенствованная подвижная телефонная служба) - аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц, разработанный для Северной Америки, затем распространившийся и в других странах.

Более высокая, чем у NMT-450, емкость сетей. Низкий уровень индустриальных и атмосферных помех. Более надёжная, чем у NMT-450, связь в помещениях. Меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции, что вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу. Не распространён в Европе и Азии. AMPS морально устарел, и в 1990 в США был разработан стандарт D-AMPS.

Первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone System) заработала в Чикаго 13 октября 1983 года. Думаю, ее можно считать “родоначальницей” всех современных сотовых систем, поскольку существовавшие ранее технологии мобильной связи следует скорее относить к транковому, нежели к сотовому типу. Основным мотивом разбиения территории на ячейки (cells) послужило стремление эффективно использовать радиоволновой ресурс - ведь достаточно удаленные друг от друга соты могут работать на одних и тех же частотах!

К настоящему моменту AMPS является доминирующим стандартом в США и Канаде, кроме того, сети, построенные по этой технологии, можно найти на Ближнем Востоке, в Европе… В Москве сотовая связь стандарта AMPS развивается и поддерживается московским оператором Билайн.

AMPS относится к сетям первого поколения, то есть использует аналоговый (без цифрового кодирования) тип передачи голоса. Сейчас мы не будем касаться преимуществ и недостатков аналоговых систем связи по сравнению с цифровыми - заметим (а подробнее рассмотрим несколько ниже), что существует цифровой вариант AMPS - DAMPS (Digital AMPS).

В AMPS используется метод FDMA (Frequency Division Multiple Access - многопользовательский доступ с частотным разделением). Интересно, что при разработке стандарта на каждой географической территории предполагалось присутствие двух провайдеров (видимо, из антимонопольных соображений) - так называемого wireline (проводного) оператора (обычно им становилась компания, которая занималась проводной телефонной связью на данной территории) и non-wireline оператора (им могла стать любая компания или группа инвесторов, удовлетворяющая требованиям FCC - Федеральной Комиссии по Телекоммуникациям). Частотный ресурс делился между двумя компаниями поровну, диапазон non-wireline оператора получил название А-диапазона, а wireline - В-диапазона.

Регистрация в сети

Каждый мобильный телефон AMPS при производстве получает уникальный 32-битный серийный номер - ESN (Electronic Serial Number), который помещен а ROM-память. Помимо этого, в каждом AMPS-телефоне существует перезаписываемая память - так называемый NAM (Number Assignment Module - модуль для записи номера), в который оператор при заключении контракта с абонентом записывает пятизначный SID своей сети и десятизначный MIN (Mobile Identification Number - идентификационный номер телефона), определяющий телефонный номер абонента.

При включении аппарат начинает “слушать эфир”, а точнее сканировать его, перебирая все прямые служебные каналы (напомню, у каждого оператора двадцать один FOCC). Если телефон настроен на использование в А-диапазоне, то сканирование начинается вниз с 333 канала, а если в В-диапазоне - то вверх с 334 канала (для случая, когда общее число каналов равно 666). После нахождения самого сильного служебного канала телефон “цепляется” за него и получает от сети SID (являющийся, напомню, идентификатором сети - именно по SID телефон определяет “свою” или “чужую” сеть), а также информацию о том, какие служебные каналы ему надо просматривать в дальнейшем. Если при сканировании не найдено ни одного служебного канала, то на дисплее появляется надпись “No service”. После определения самого сильного FOCC по соответствующему ему обратному каналу RECC (если он свободен) начинается передача собственных SID, MIN и ESN, хранимых в телефоне. Система сравнивает эти данные со своими и, если все в порядке, регистрирует аппарат в сети - с этого момента телефон может работать с вызовами.

Обработка исходящих и входящих вызовов

Для исключения взаимного влияния голосовых каналов с одинаковыми частотами, используемых разными сотами, в AMPS существует система специальных сигналов SAT (Supervisory Audio Tone - контрольный звуковой сигнал). Иногда их еще называют “код цвета” (color code). SAT это обычный аудиотон, постоянно передаваемый вместе с речью в обоих направлениях (пользователь не слышит SAT благодаря системе фильтрации). Каждый кластер сотовой сети (рис.1) имеет определенный SAT (всего их три: SAT1-5970 Гц, SAT2-6000 Гц и SAT3-6030 Гц).

После набора номера и нажатия кнопки SEND на мобильном телефоне происходит повторная регистрация в сети с выбором наиболее сильного FOCC. В систему передаются данные об аппарате (SID, MIN и ESN), а также вызываемый телефонный номер. Система проводит проверку переданной информации и выделяет для разговора прямой голосовой канал FOVC и SAT. Данные о FOVC и SAT передаются по FOCC с помощью IVCDM (Initial Voice Channel Designation Message - информационное сообщение о голосовом канале). Одновременно включается передача SAT по выбранному FOVC.

Приняв IVCDM, мобильный телефон включает прием выделенного для разговора FOVC, распознает SAT и, если все правильно, включает передачу по соответствующему REVC. Обращаю внимание читателя на то, что телефон также начинает непрерывно (!) передавать SAT по REVC. Во время разговора и сотовая система, и мобильный телефон постоянно проверяют правильность принятого SAT (точнее, его частоты) - в случае, если SAT пропал или его частота не совпадает с заранее определенной, соединение разрывается (не сразу, а через пять секунд - за это время система пытается обнаружить правильный сигнал).

В случае, если SAT верный, телефон делает слышимым для абонента звук, передаваемые по FOVC (система, получив от телефона правильный SAT, в свою очередь начинает передавать в FOVC сигналы от вызываемого абонента). Интересно, что передача служебной информации (например, в случае необходимости переключения на другую пару FOVC-RECC) во время разговора осуществляется по голосовым каналам, а чтобы пользователь не слышал в динамике телефона посторонние звуки, он (динамик) на мгновение выключается. Сделано это, опять же, с помощью SAT - при передаче служебной информации передача SAT от системы на мгновение приостанавливается, что и служит для телефона сигналом к выключению динамика. Все это, разумеется, происходит за доли секунды и совершенно незаметно для пользователя.

В случае поступления входящего вызова абоненту мобильной системы коммутатор MTSO дает сигнал оповещения по всем каналам для передачи служебной информации FOCC всех сот (хотя теоретически существует возможность настроить систему таким образом, чтобы сигнал вызова подавался сначала только в том месте, где телефон был зарегистрирован последний раз).

Приняв сообщение и распознав в нем свой MIN, телефон ищет самый сильный служебный канал FOCC (другими словами, заново выполняет регистрацию в системе) и, если соответствующий RECC свободен, посылает по нему сообщение о своей готовности. Получив эту информацию, система выделяет свободную пару FOVC-REVC для разговора, начинает передавать SAT и отправляет по FOCC специальное сообщение, при приеме которого телефон абонента начинает звонить. Одновременно со звонком, мобильный аппарат начинает передавать системе по REVC SAT и ST. Обратите внимание - пока телефон звонит, в линию выдается ST. Как только пользователь “поднятием трубки” ответил на вызов, генерация ST прекращается - именно по этому событию сотовая сеть распознает момент ответа на вызов, выполняет коммутацию и делает запись в CDR.

AMTS

AMTS (Advanced Mobile Telephone System - улучшенная мобильная телефонная система) - метод радиокоммуникации в сетях поколения 1G, в основном использовавшийся в Японских портативных радиосистемах. Аналогичен системе HCMTS, работающей на частоте 900 МГц.

ARP

ARP (Autoradiopuhelin) — один из первых стандартов сотовой телефонии.

ARP является первой коммерчески успешной сотовой сетью - эта сеть была развернута в Финляндии в 1971 году и работала на частоте 150 МГц. Размер соты составлял 30 км, к 1986 году к ней подключилось более 30 тысяч абонентов.

Autotel/PALM

Autotel/PALM - один из стандартов сетей первого поколения, наряду с ARP.

CDMA

CDMA (англ. Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением.Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладываeтся друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы.

Технология множественного доступа с кодовым разделением каналов известна давно. В СССР первая работа, посвященная этой теме, была опубликована еще в 1935 году ее автором Д.В. Агеевым.

После войны в течение долгого времени технология CDMA использовалась в военных системах связи, как в СССР, так и в США. Во второй половине 80-х годов военное ведомство США рассекретило данную технологию и началось ее использование в гражданских средствах связи.

Способ применяется в сотовой связи (в России, например, оператором Skylink) и в спутниковой навигации (GPS).

Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.

CDMA2000 является стандартом 3G в эволюционном развитии сетей cdmaOne (основанных на IS-95). При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается и совершенствуется.

Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии CDMA2000. При построении системы мобильной связи на основе технологии CDMA2000 1Х первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью до 153 кбит/с, что позволяет предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернетом, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений. Переход к следующей фазе CDMA2000 1xEV-DO происходит при использовании той же полосы частот 1,23 МГц, скорость передачи - до 2.4 Мбит/с в прямом канале и до 153 кбит/с в обратном, что делает эту систему связи отвечающей требованиям 3G и дает возможность предоставлять самый широкий спектр услуг, вплоть до передачи видео в режиме реального времени. Следующей фазой развития стандарта является 1ХEV-DO Rev A, что позволяет увеличить сетевую емкость и скорость передачи данных. На данном этапе обеспечивается передача данных со скоростью до 3.1 Мбит/с по направлению к абоненту и до 1.8 Мбит/с по направлению от абонента. Операторы смогут предоставлять те же услуги, что и на базе Rev. 0, а, кроме того, передавать голос, данные и осуществлять широковещание по IP сетям. В мире уже есть несколько таких дейсвующих сетей. Поскольку прогресс не стоит на месте, разработчики оборудования уже работают над реализацией следующей фазы - 1ХEV-DO Rev B, - что позволит достигнуть следующих скоростей на одном частотном канале: 4.9 Мбит/с к абоненту и 2.4 Мбит/с от абонента. К тому же будет обеспечиваться возможность объединения нескольких частотных каналов для увеличения скорости. Например, объединение 15-ти частотных каналов (максимально возможное количество) позволит достигать скоростей 73,5 Мбит/с к абоненту и 27 Мбит/с от абонента. Применение таких сетей - улучшенная работа чувствительных к временным задержкам приложений типа VoIP, Push to Talk, видеотелефония, параллельное использование голоса и мультимедиа, мультисессионные сетевые игры и др.

Основными компонентами коммерческого успеха системы CDMA2000 являются более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг. Данная технология обеспечивает высокую помехозащищенность, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания, что делает его привлекательным в использовании для всех категорий абонентов.

Также немаловажную роль играет низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств. Так, для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250 мВт, в то время как для систем GSM-900 этот показатель равен 2 Вт (в импульсе), а для GSM-1800 1 Вт (в импульсе). Справедливости ради отметим, что мнение о вредном влиянии излучения мобильных телефонов на организм человека учеными так и не доказано, но и не опровергнуто.

CDMA-2000

CDMA-2000 является дальнейшим развитием стандарта 2 поколения cdmaOne. Дальнейшим развитием cdmaOne должен был стать IS-95C, и именно это обозначение очень часто используется производителями.Официальным обновлением стандарта, разработанным компанией Qualcomm и утвержденным ITU (Международный союз электросвязи, International Telecommunication Union), является cdma2000. В документах Lucent Technologies встречается обозначение IS-2000. Наконец, международный союз электросвязи (МСЭ) отобрал из десяти предложенных проектов пять радиоинтерфейсов третьего поколения IMT-2000 (International Mobile Telecommunications System - 2000 - Международная система мобильной связи - 2000), в их числе - IMT-MC (Multi Carrier), который представляет собой модификацию многочастотной системы cdma2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта cdmaOne (IS-95).

Еще один из пяти стандартов IMT-2000 - IMT-DS (Direct Spread) - построен на базе проектов W-CDMA и взят за основу европейской системы UMTS.

CDMA-450

CDMA-450 работает на частоте 450 МГц.

Следует отметить, что стандарты семейства CDMA-2000 не требуют организации отдельной полосы частот и в ходе их эволюционного развития от cdmaOne могут быть реализованы во всех частотных диапазонах используемых системами сотовой подвижной связи (450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 МГц).

Внедрение технологии CDMA (Code Division Multiple Access) дало новый импульс в развитии систем мобильной связи. Сети сотовой связи, основанные на технологии CDMA, практически являются сетями третьего поколения и обладают значительными преимуществами перед наиболее распространенными сегодня сетями GSM. Дополнительные преимущества обеспечивает использование технологии CDMA в диапазоне 450 МГц – большую дальность связи, и, как следствие меньшие затраты оператора на покрытие территории базовыми станциями. Внедрение технологии EV-DO дало возможность обеспечить широкополосный доступ в Интернет и скорости передачи данных, пока недоступные в других сотовых сетях. В связи с этим идет интенсивное наполнение сетей CDMA 450 контент-ориентированными сервисами и другими услугами. Обо всем этом шла речь на предыдущих трех Конгрессах, которые превратились в ежегодный смотр достижений и форум для обмена опытом в этом направлении.

В этом году, как прежде, основной целью конгресса является обсуждение вопросов текущего и перспективного развития сетей и стандарта CDMA 450 в России и в мире, а так же решений на базе технологии CDMA 450.

cdmaOne

CDMAOne (Code Division Multiple Access) - полностью цифровой стандарт, использующий диапазон частот 824-849 МГц для приема и 874-899 МГц для передачи. Описывает законченную систему беспроводной связи, в которой используется радиоинтерфейс CDMA/IS-95, сетевой стандарт коммутируемых соединений ANSI-41 и множество других стандартов, обеспечивающих полноту системы.

Стандарт cdmaOne, существует в вариациях IS-95a, IS-95b (cellular по американской терминологии, 800 МГц) и J-STD-008 (PCS, диапазон 1900). Аббревиатура IS (interim standard - временной стандарт) используется для учета в Ассоциации телекоммуникационной промышленности TIA (Telecommunications Industry Association). Как правило, в сетях cdmaOne используется IS-95a, он обеспечивают передачу сигнала со скоростью 9,6 кбит/с (с кодированием) и 14,4 кбит/с (без кодирования). Версия IS-95b основана на объединении нескольких каналов CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной). Скорость может увеличиваться до 28,8 кбит/с (при объединении двух каналов по 14,4 кбит/с) или до 115,2 кбит/с (8 каналов по 14,4 кбит/с). Собственно, кроме IS-95 сети cdmaOne используют еще целый набор протоколов и стандартов.

Коммерческие сети cdmaOne появились в 1995 году и пользуются заслуженной популярностью как на своей родине, в Америке, так и в Азии. Именно cdmaOne подразумевают под терминами “CDMA” и “CDMA-800” (наибольшее распространение получил именно 800-мегагерцовый вариант, IS-95). Прямой и обратный каналы располагаются соответственно в диапазонах 869,040-893,970 и 824,040-848,860 МГц. Используются 64 кода Уолша и несущие в 1.25 МГц.

В России стандарт сразу попал в опалу - в отличие от федеральных стандартов NMT и GSM был разрешен только для фиксированного применения. Кроме того, используемый им диапазон частот 800 МГц по требованиям Минсвязи необходимо освободить для цифрового телевидения. В этом диапазоне работают также сети “американских” стандартов N-AMPS, D-AMPS и CDMA. Однако, МАП признало это решение незаконным, а члены Ассоциации-800 уже договорились с Минсвязи об “обмене” лицензий x-AMPS на GSM 1800. Операторы же CDMA IS-95 подобного соглашения не заключали, официально они по-прежнему имеют право предоставлять услуги только фиксированной связи.

CSD

CSD (Circuit Switched Data) - технология передачи данных, разработанная для мобильных телефонов стандарта GSM. CSD использует один временной интервал для передачи данных на скорости 9,6 кбит/с в подсистему сети и коммутации (Network and Switching Subsystem NSS), где они могут быть переданы через эквивалент нормальной модемной связи в телефонную сеть.На момент 2006 года, многие GSM-операторы предоставляют услугу CSD. Поскольку максимальная скорость передачи данных для единичного временного интервала составляет 9,6 кбит/с, многие операторы выделяют два и более временных слота для вызовов CSD.

До появления CSD, передача данных в мобильных телефонах выполнялась за счет использования модема, либо встроенного в телефон, либо присоединенного к нему. Из-за ограничений по качеству аудио сигнала, такие системы имели максимальную скорость передачи данных равную 2,4 кбит/с. С появлением цифровой передачи данных в GSM, CSD предоставил практическим прямой доступ к цифровому сигналу, позволяя достичь более высоких скоростей. В тоже время, использование в GSM сжатия звука, ориентированного на речь, фактически означает, что скорость передачи данных с использованием обычного модема, подсоединенного к телефону, будет даже ниже, чем в традиционных аналоговых системах.

CSD-вызов работает очень похоже на обычный голосовой вызов в GSM сетях. Выделяется единичный временной интервал между телефоном и базовой станцией. Выделенный «подвременной интервал» (16 кбит/с) устанавливается между базовой станцией и транскодером, и, наконец, другой временной слот (64 кбит/с) выделяется для передачи данных между транскодером и центром коммутации: Mobile Switching Centre (MSC).

В MSC возможно преобразование сигнала в аналоговую форму и кодирование его с помощью PCM. Также возможно использование цифрового сигнала по стандарту ISDN и передача его на сервер удаленного доступа

Передача данных в сети GSM была улучшена с момента появления CSD. High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD) - система, основанная на тех же принципах, что и CSD, но разработанная для предоставления более скоростной связи. С другой стороны, General Packet Radio Service (GPRS) предоставляет пакетную передачу данных непосредственно с мобильного телефона. Наконец, Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) и Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) предоставляют улучшенные радио-интерфейсы с более высокими скоростями передачи данных, но по-прежнему совместимые со стандартом GSM.

D-AMPS

D-AMPS или Digital AMPS — цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц.

Ёмкость сетей сотовой связи, работающих в DAMPS ниже, чем в полностью цифровых системах (GSM, CDMA), но все же значительно выше, чем в аналоговых NMT-450 и AMPS.

Ширина полосы канала - 300 кГц, частотное разделение каналов FDMA как и в AMPS. Используется дополнительно и времeнное разделение каналов TDMA, как в GSM и в CDMA2000 1X EV-DO, всего 3 таймслота (в GSM - 8 таймслотов). Фактически, продолжением развития американского стандарта DAMPS был европейский стандарт GSM.

Возможность автоматического роуминга и SMS. Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах. Если абонент с телефоном аналоговой сети AMPS попадает в цифровую - DAMPS, для работы ему выделяются аналоговые каналы. Однако в этом случае, преимущества цифровой связи ему недоступны.

Этот стандарт проигрывает GSM в возможности свободно менять устаревшие модели телефонов на новые и переносе старого номера в новый телефон. В GSM это делается сменой SIM-карты, в DAMPS это придётся делать в специальном сервисном центре оператора связи. Обновление моделей в этом секторе с каждым днём ускоряется, как и на компьютерном рынке.

Сети AMPS постепенно будут заменяться сетями, работающими в цифровой версии этого стандарта. Последняя модификация IS-136 стандарта DAMPS по техническим возможностям приближает его к GSM.

EDGE

EDGE (англ. Enhanced Data rates for 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.

В дополнение к GMSK (англ. Gaussian minimum-shift keying) EDGE использует модуляцию 8PSK (англ. 8 Phase Shift Keying) для пяти из девяти кодовых схем (MCS). EDGE получает 3-х битовое слово за каждое изменение фазы несущей. Это эффективно (в среднем в 3 раза в сравнении с GPRS) увеличивает общую скорость, предоставляемую GSM. EDGE, как и GPRS, использует адаптивный алгоритм изменения подстройки модуляции и кодовой схемы (MCS) в соответствии с качеством радиоканала, что влияет, соответственно, на скорость и устойчивость передачи данных. Кроме того, EDGE представляет новую технологию, которой не было в GPRS - Incremental Redundancy (нарастающая избыточность) - в соответствии с которой вместо повторной отсылки повреждённых пакетов отсылается дополнительная избыточная информация, которая накапливается в приёмнике. Это увеличивает возможность правильного декодирования повреждённого пакета.

EDGE обеспечивает передачу данных со скоростью до 474 кбит в секунду в режиме пакетной коммутации (8 тайм-слотов x 59,2 кбит на схеме кодирования MCS-9) соответствуя, таким образом, требованиям ITU к сетям 3G. Данная технология была принята ITU как часть семейства IMT-2000 стандартов 3G. Она также расширяет технологию передачи данных с коммутацией каналов HSCSD, увеличивая пропускную способность этого сервиса.

В 2004 году наиболее активно EDGE был поддержан GSM-операторами Северной Америки, более, чем где-либо в мире. Причиной этому послужил сильный соперник: CDMA2000. Большинство других GSM-операторов рассматривали в качестве следующего шага развития технологию UMTS, поэтому предпочли либо пропустить внедрение EDGE, либо использовать его там, где будет отсутствовать покрытие UMTS-сети. Однако высокая стоимость и объём работ по внедрению UMTS (как показала практика) заставили некоторых западноевропейских операторов пересмотреть свой взгляд на EDGE как на целесообразный.

Несмотря на то, что EDGE не требует аппаратных изменений в NSS-части сети GSM, модернизации должна быть подвергнута подсистема базовых станций (BSS). Необходимо установить трансиверы, поддерживающие EDGE (8PSK модуляцию) и обновить ПО. Также требуются телефоны, обеспечивающие аппаратную и программную поддержку модуляции и кодовых схем, используемых в EDGE.

—

Технологию GPRS часто называют услугой поколения 2,5 - она явно превышает возможности сетей второго поколения, но еще не дотягивает по своим возможностям до третьего. Но для операторов сотовой связи ценность технологии GPRS заключается еще и в том, что она исподволь приучает пользователей к использованию новых сервисов. “Подсевшие” на быструю связь пользователи в будущем охотнее будут пользоваться возможностями 3G. Таким образом, подобные технологии предлагают постепенный переход к новым возможностям вместо резкого скачка. Эволюция против революции. Помимо GPRS, к технологиям поколения 2,5 относится и EDGE. Это название является аббревиатурой от Enhanced Data rates for GSM Evolution. Понятно, что в данном случае авторы технологии чуть-чуть схитрили с названием, чтобы аббревиатура лучше выглядела.

Технология EDGE предназначена для еще более быстрой передачи данных по сравнению с GPRS. Средняя скорость передачи данных колеблется от 75 до 130 Кбит/с, а пиковая скорость может составлять 170 Кбит/с. Это позволяет не только быстрее оперировать сетевым трафиком, но и активнее использовать мультимедийный контент. Здесь наконец-то могут пригодиться все возможности, заложенные в топовые модели сотовых телефонов. Подобная пропускная способность позволяет организовать даже видеоконференцию. Впрочем, справедливости ради надо упомянуть, что до передачи полноценных видеоматериалов, возможность использования которой декларируется в сетях третьего поколения, еще далеко. Скорее, можно будет сравнить сотовые телефоны с WEB-камерами, которые позволяют абонентам еще и вести диалог.

GPRS

GPRS (англ. General Packet Radio Service - 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 объему переданной/полученной информации, а не времени.

Служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM. На структурном уровне систему GPRS можно разделить на две части: подсистему базовых станций (BSS) и опорную сеть GPRS (GPRS Core Network).

В BSS входят все базовые станции и контроллеры, которые поддерживают пакетную передачу данных. Для этого BSC (Base Station Controller) дополняется блоком управления пакетами - PCU (Packet Controller Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) - кодирующим устройством CCU (Channel Codec Unit).

Основным элементом опорной сети является сервисный узел поддержки GPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node). Он занимается обработкой пакетной информации и преобразованием кадров данных GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP.

Шлюзы с внешними сетями (Internet, intranet, X.25) называют GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмен информацией между SGSN и GGSN происходит на основе IP-протоколов.

Также в состав GPRS Core входят DNS (Domain Name System) и Charging Gateway (шлюз для связи с системой тарификации).

Как работает GPRS?

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом приоритет передачи - голосовой трафик или передача данных - выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловный приоритет голосового трафика перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink, DL) - от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) - от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 килобит в секунду по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10 или 4+2).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из восьми) таймслотов на частоте, итого - до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай - пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота (class 10).

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1-CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.

GPRS и Интернет

GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

Применение GPRS

» Мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных.

» Мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удаленным базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.

» Телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов).

Как работает GPRS?

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом приоритет передачи - голосовой трафик или передача данных - выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловный приоритет голосового трафика перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink, DL) - от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) - от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 килобит в секунду по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10 или 4+2).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из восьми) таймслотов на частоте, итого - до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай - пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота (class 10).

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1-CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.

GPRS и Интернет

GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

Применение GPRS

» Мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных.

» Мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удаленным базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.

» Телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов).

Wi-Fi

Wi-Fi (произносится «вай-фай», сокр. от англ. Wireless Fidelity) - стандарт на оборудование Wireless LAN. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» - торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно «Беспроводная надёжность») по аналогии с Hi-Fi.

Установка Wireless LAN рекомендуется там, где развёртывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно. Благодаря функции хендовера пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Но при хендовере с одной точки к другой связь ненадолго прерывается.

Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в интернет через так называемые точки доступа или хотспоты. Wi-Fi был создан в 1991 NCR Corporation/AT&T (впоследствии - Lucent и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Вик Хейз (Vic Hayes) - создатель Wi-Fi - был назван «отцом Wi-Fi» и находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b, 802.11a и 802.11g. В 2003 Вик ушёл из Agere Systems. Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года.Некоторые считают, что Wi-Fi и подобные ему технологии со временем могут заменить сотовые сети, такие как GSM. Препятствиями для такого развития событий в ближайшем будущем являются отсутствие роуминга и возможностей аутентификации (802.1x, SIM-карты и RADIUS), ограниченность частотного диапазона и сильно ограниченный радиус действия Wi-Fi. Более правильным выглядит сравнение Wi-Fi с другими стандартами сотовых сетей, таких как UMTS или CDMA. Тем не менее, Wi-Fi идеален для использования VoIP в корпоративных сетях или в среде SOHO. Первые образцы оборудования были доступны уже в начале 90-х, однако не поступали в коммерческую эксплуатацию до 2005 года. Тогда компании Zyxel, UT Starcomm, Samsung, Hitachi и многие другие представили на рынок VoIP Wi-Fi телефоны по «разумным» ценам. В 2005 ADSL ISP провайдеры начали предоставлять услуги VoIP своим клиентам (например нидерландский ISP XS4All). Когда звонки с помощью VoIP стали очень дешёвыми, а зачастую вообще бесплатными, провайдеры, способные предоставлять услуги VoIP, получили возможность открыть новый рынок - услуг VoIP. GSM телефоны с интегрированной поддержкой возможностей Wi-Fi и VoIP начали выводиться на рынок, и потенциально они могут заменить проводные телефоны. В настоящий момент непосредственное сравнение Wi-Fi и сотовых сетей нецелесообразно. Телефоны, использующие только Wi-Fi имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных сетях. Однако устройства, поддерживающие несколько стандартов, могут занять значительную долю рынка.

WiMax

WiMAX — протокол широкополосной радиосвязи (Worldwide Interoperability for Microwave Access), разработанный консорциумом (англ. WiMAX Forum) в июне 2001 года, и принятого в январе 2003 под стандартом 802.16.

WiMAX соответствует стандарту IEEE 802.16, а так как сети на стандарте IEEE 802.16 используют тот же LLC (Logical Link Control) уровень (стандарт IEEE 802.2) как и другие LAN и WAN, то они могут прозрачно взаимодействовать. В отличие от сетей WiFi (IEEE 802.11x), где доступ к точке доступа клиентам предоставляется случайным образом, в WiMAX каждому клиенту отводится четко регламентированный промежуток времени. Кроме того, WiMAX поддерживает ячеистую топологию.

WiMAX относится к технологии Wireless LAN, которая может соединяться с точками доступа стандарта IEEE 802.11 (WiFi). WiMAX является альтернативой прокладки кабеля, или линии DSL при организации «последней мили». Стандарт IEEE 802.16 позволяет покрыть сигналом площадь радиусом до 112.6 километров, без прямой видимости. Реальные тесты показывают более скромные результаты, около 5-8 километров. Пропускная способность WiMAX по стандарту составляет порядка 70 Мбит/с. Тесты показывают пропускную способность от 500 кбит/с до 2 Мбит/с, в зависимости от условий.

WCDMA

WCDMA (англ. Wideband Code Division Multiple Access — широкополосный CDMA) — технология радиоинтерфейса, избранная большинством операторов сотовой связи для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг 3G.

Технология оптимизирована для предоставления высокоскоростных мультимедийных услуг типа видео, доступа в Интернет и видеоконференций; обеспечивает скорости доступа вплоть до 2 Мбит/с на коротких расстояниях и 384 Кбит/с на больших с полной мобильностью. Такие величины скорости передачи данных требуют широкую полосу частот, поэтому ширина полосы WCDMA составляет 5 МГц.

Технология может быть добавлена к существующим сетям GSM и PDC, что делает стандарт WCDMA наиболее перспективным с точки зрения использования сетевых ресурсов и глобальной совместимости.

Дата добавления: 2013-12-14