19.2.2. Современные технологии построения цифровых каналов связи

С момента появления сотовой связи стандарты мобильной связи развиваются по пути улучшения сервисов передачи данных. С началом бурного развития сети Internet проблема передачи данных при помощи мобильного телефона стала ещё более актуальной.

Сети стандарта GSM, повсеместно распространенные в нашей стране, считаются сотовыми сетями 2‑го поколения. Одним из существенных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM на сегодняшний день является низкая скорость передачи данных (максимум 9,6 Кбит/с). Да и сама организация этого процесса далека от совершенства – для передачи данных абоненту выделяется один голосовой канал, а биллинг осуществляется исходя из времени соединения (причем по тарифам, мало отличающимся от речевых).

Во всех развитых странах мира уже несколько лет проходит процесс перехода от сотовых сетей 2‑го поколения к сотовым сетям 3‑го поколения. Абоненты сетей 3‑го поколения будут получать полноценные услуги по передаче аудио-видео данных, Web-серфингу, определению местонахождения и т.д. На настоящий момент определен стандарт сотовых сетей 3‑го поколения UMTS. Переход от сетей 2‑го поколения к сетям UMTS возможен через различные промежуточные этапы.

Определены различные технологии и стандарты для безболезненного плавного перевода существующих сотовых сетей 2‑го поколения к сетям UMTS. Краткий их обзор с точки зрения сервисов передачи данных дан ниже.

В то время как обычный канал GSM предоставляет одному пользователю всего один таймслот в каждом кадре, в котором может передаваться как оцифрованная речь, так и цифровой сигнал, High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) позволяет одновременно использовать до четырех таймслотов на один цифровой канал. Увеличение скорости происходит «за счет» других абонентов. Если скорость одного канала принять равной 14,4 Кбит/с, то четыре таймслота HSCSD дадут 57,6 Кбит/с, что эквивалентно одному В‑каналу стандарта ISDN. Применение HSCSD на существующих сетях GSM не несет никакой аппаратной модернизации, за исключением абонентского оборудования. На базовых станциях и узлах коммутации меняется только программное обеспечение.

В системах, где применяется HSCSD, у него более низкий приоритет, нежели у речевых каналов. Поэтому, если таймслот занят телефонными разговорами, HSCSD-канал может быть сужен вплоть до одного таймслота. Из-за этого применение HSCSD возможно лишь в сетях с малым трафиком или в сетях, изначально ориентированных на передачу данных. Еще один недостаток этих каналов – при переходе из одной соты в другую может случиться, что в новой соте не найдется необходимого количества свободных таймслотов (или их придется выбирать из других временных промежутков).

Хотя спецификация HSCSD была опубликована на год ранее стандарта GPRS, предпочтение отдается работе с каналами GPRS. Они должны заменить современные SMS-каналы и низкоскоростные однотаймслотовые каналы CSD (Circuit Switched Data). Теоретически скорость передачи данных в канале GPRS может достигать 171,2 Кбит/с, когда он занимает все восемь таймслотов GSM-кадра, что почти втрое выше, чем стандартные 64 (57,4) Кбит/с каналы систем фиксированной связи, и более чем в десять раз выше скорости каналов CSD. GPRS обеспечивает мгновенное соединение при передаче каждого пакета, поскольку не требуется каждый раз устанавливать связь. Это экономит время на соединение, снижает загрузку канала и экономит деньги пользователя, которому надо платить только за объем передаваемых данных, а не за служебный трафик. Кроме того, может быть, самое главное достоинство GPRS: цифровая информация передается «поверх» речевых каналов (одновременно с «речевыми» таймслотами, хотя и за их «счет»).

Применение каналов GPRS предоставляет новые возможности, гораздо более богатые в сравнении с SMS и CSD. Во-первых, это полноценный доступ к Интернету (FTP, Web-серфинг, чаты, e-mail, Тelnet и пр.), не хуже, чем у многих настольных компьютеров, подключенных «по проводам». Во-вторых, эти скоростные каналы дают новые возможности по применению мобильных терминалов в бытовых целях, например, при дистанционном управлении.

GPRS рассматривается как один из будущих стандартов сетей третьего поколения.

EDGE (Enhanced Data Rates For GSM Evolution) является еще одним стандартом передачи информации по радиоканалам. Он позволяет передавать данные со скоростью до 384 Кбит/с в восьми каналах GSM, из-за чего его ранее называли GSM384. Это значит, что в каждом таймслоте биты передаются со скоростью до 48 Кбит/с. Причем при хорошей энергетике радиолинии скорость в каналах может достигать 1 Мбит/с.

EDGE был разработан для операторов мобильных сетей, не имеющих лицензии на более широкий (в сравнении с диапазоном сетей GSM) радиочастотный диапазон UMTS (Universal Mobile Telephone System). Технология позволяет этим операторам построить цифровые каналы с такой же пропускной способностью, что и в сетях 3G UMTS. EDGE призван обеспечить эволюционный переход от каналов GPRS к UMTS.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – Универсальная Система Мобильных Телекоммуникаций) – это один из стандартов, разрабатываемый Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G в Европе. Сегодня основным фактором, определяющим развитие мобильной связи, является голосовая телефония. Появление GPRS и EDGE, а затем переход к UMTS открывают дорогу ко многим дополнительным возможностям помимо голосовой связи. UMTS – это высокоскоростная передача данных, Мобильный Internet, различные приложения на основе Internet, Intranet и мультимедиа. Ключевой технологией для UMTS является Широкополосный Многостанционный Доступ с Кодовым Разделением (WCDMA). Эта революционная технология радиодоступа, выбранная в сентябре 1998 года Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций, поддерживает все мультимедийные услуги 3G. Системы WCDMA/UMTS включают усовершенствованную базовую сеть GSM и радиоинтерфейс по технологии WCDMA. WCDMA предназначена для использования в системах, работающих в частотном диапазоне 2 ГГц, который позволит в полной мере использовать все преимущества этой технологии. UMTS способна предоставить скорость передачи данных 2 Мбит/с, но это будет возможно только для неподвижного пользователя. Пешеходы смогут обмениваться данными со скоростью 384 Кбит/с, а пользователи, находящиеся в движущемся транспорте, – 144 Кбит/с.