Широкополосный доступ

Скоростей передачи данных, предоставляемых HSDPA и HSUPA вполне достаточно для получения современных мультимедийных услуг, включаяпотоковое видео, загрузка и скачивание файлов больших размеров, сетевые игры и мн. др. С подобными скоростями передачи данных сети стандарта UMTSвполне могут составить конкуренцию фиксированному доступу в Интернет, а за счет большого числа операторов сотовой связи цены мобильного доступа в Интернет также постепенно будут приближаться к стоимости фиксированного доступа.

Технологии HSDPA и HSUPA - одни из самый быстро внедренных технологий в истории сотовой связи. Производители телекоммуникационного оборудования, такие как Nokia, Alkatel, Huawei и мн. др. достаточно быстро откликнулись на их появление. А сами технологии появились еще во времена когда не везде построены сети 3G. Все это дало хороший толчок для их внедрения в коммерческую эксплуатацию, и уже через 2-3 года после выпуска первых релизов эти стандарты имели широкое распространение. В России в настоящее время все сети UMTS предоставляют или будут предоставлять эту технологию.

HSPA (High Speed Packet Access -- высокоскоростная пакетная передача данных) -- технология беспроводной широкополосной радиосвязи, использующая пакетную передачу данных и являющаяся надстройкой к мобильным сетям WCDMA/UMTS

Технология базируется на двух предшествующих стандартах:

HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access -- высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) -- протокол передачи данных мобильной связи 3G (третьего поколения) из семейства HSPA.

Позволяет сетям, основанным на UMTS, передавать данные на более высоких скоростях -- практически реализованы скорости до 42 Мбит/с. Теоретический предел -- до 337 Мбит/с в 11-м релизе стандартов 3GPP.

Рассматривается как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвёртого поколения (4G).

Для сотовых сетей сегодня существует несколько протоколов, увеличивающих скорость передачи данных. Однако фактически ни один из них не способен экономить ресурсы мобильной сети, что делает такой трафик дорогим и неэффективным. Задуманный ведущими производителями инфраструктурного оборудования мобильной связи протокол HSDPA призван повысить производительность сети именно за счет более эффективного использования радиоканала, в частности сокращением задержек при передаче пакетов. Технология HSDPA не несет в себе ничего нового, но изменяет представление пользователя о мобильных сетях передачи данных третьего поколения.

В мире сейчас насчитывается 1,7 млрд сотовых абонентов, большинство из них пользуются услугами сетей второго поколения, или 2G (самый распространенный здесь стандарт - GSM). Третье поколение (3G), отличительной чертой которого должна была стать ускоренная передача данных, начало разрабатываться еще двадцать лет назад. Одной из главных целей ставилась задача не только слышать, но и видеть человека. Однако пока велись разработки, произошла цифровая революция: массовое проникновение Интернета, появление цифровых фото- и видеокамер, карт памяти с большим объемом хранимых данных и т. д. Кроме того, стандарт GSM тоже развивался, и во многих странах сегодня применяются специальные надстройки к нему: GPRS и EDGE. После волны ажиотажных аукционов на лицензии 3G и последовавших финансовых неурядиц операторов, переплативших за них, в 2000 году в Японии была организована первая 3G-сеть, и только через два года она начала полноценно работать. С этого момента третье поколение, представленное стандартами WCDMA и UMTS, появилось уже во многих западных странах. В конце 2004 года в мире было порядка 28 млн абонентов 3G. Но о настоящем успехе систем связи третьего поколения можно говорить только в Японии и Корее, где число абонентов вскоре превысит десятимиллионную отметку. В Европе счет абонентов 3G идет максимум на десятки тысяч. Однако, казавшаяся ранее несбыточной, скорость 2,4 Мбит/с, прописанная в спецификации 3G, сейчас уже смотрится достаточно блекло. Тем не менее это теоретический предел - на практике 3G работает на уровне 300-400 кбит/с, в то время как EDGE - около 100-200 кбит/с (при пределе 384 кбит/с). Оказалось, таких скоростей недостаточно для передачи видео и работы других ресурсоемких приложений. Есть еще одна проблема - пропускная способность сети непостоянна и зависит от множества условий. Между тем, если мобильный телефон призван заменить офис и стать телевизором, то необходимо гарантированное качество передачи. И тут на помощь пришла технология HSDPA, которая на порядок увеличивает скорости в сети 3G и позволяет решить за счет этого множество проблем.

По сравнению с UMTS, в сети HSDPA можно передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше пользователей на одну соту.

Назначение HSDPA - обеспечить эффективное использование радиочастотного спектра при предоставлении услуг, требующих высокой скорости передачи пакетных данных по нисходящим каналам, таких как доступ в Интернет и загрузка файлов. Эта технология хорошо адаптирована к условиям города и закрытых помещений.

Впервые HSDPA была описана в пятой версии стандартов 3GPP. В ее основе лежит теория, согласно которой при сопоставимых размерах сот применение много кодовой передачи позволяет достигать пиковых скоростей порядка 10 Мбит/с (теоретически максимальная скорость передачи данных в этих условиях составляет 14,4 Мбит/с).

Стандарты 3GPP, которые станут продолжением пятой версии, нацелены на дальнейшее увеличение пропускной способности: достижение пиковых скоростей порядка 20-30 Мбит/с при помощи технологии Multiple Input Multiple Output и иных способов применения антенных решеток.

В основу технологии HSDPA положены адаптивные схемы модуляции и кодирования QPSK и 16 QAM; протокол ретрансляции Hybrid Automatic Repeat Request; оперативное определение очередности передачи пакетов на базовой станции Node В протоколом MAC-high speed. HSDPA базируется на высокоскоростном общем нисходящем канале (High-Speed Downlink Shared Channel - HS-DSCH), способном поддерживать высокие скорости передачи данных. Технология позволяет обслуживать разных пользователей, осуществляя мультиплексирование с временным и кодовым разделением, то есть идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательской среде.

По сравнению с UMTS, HSDPA можно передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше мобильных пользователей на одну соту. Стоит отметить, что в настоящее время в полевых условиях скорость в нисходящем канале 3G (к пользователю) составляет порядка 384 Кбит/с (теоретически скорость, согласно спецификации 3G, должна составлять 2,4 Мбит/с).

Кроме того, HSDPA значительно улучшает качество предоставляемых абоненту мультимедийных услуг (именно за счет высокой скорости задержка становится неощутимой, а объем передаваемой информации увеличивается). По словам главного аналитика Gartner Group по вопросам мобильной инфраструктуры Джейсона Чепмена, "правильное позиционирование HSDPA поможет ускорить внедрение сетей 3G. Эта технология предоставляет новые возможности для поддержки высокоскоростных мобильных приложений, включая загрузку сетевого контента".

Последовательное развитие.

Пока все проекты, связанные с данной технологией, развиваются за рубежом. В частности, компания NTT DoCoMo развернула демонстрационную сеть HSDPA в Японии. В этом проекте используется универсальная мульти стандартная платформа совместного производства Fujitsu и Alcatel. Кроме того, в октябре минувшего года компания Ericsson, один из конкурентов Alcatel на мировом рынке телекоммуникационного оборудования, также продемонстрировала на выставке China PT Expo Comm в Пекине услугу мобильного широкополосного доступа в сеть с возможностями потокового видео и пакетной передачей по технологии HSDPA. На экспериментальные пользовательские терминалы передавались данные со скоростью 4,9 Мб/с. Несмотря на то, что этот показатель заметно ниже максимально возможных значений, сам по себе факт достижения скорости передачи данных в 5 Мб/с на мобильном телефоне никого не оставил равнодушным.

Но самый широкий шаг в плане внедрения новой технологии сделали специалисты компаний Nortel и Qualcomm, продемонстрировавшие в феврале этого года первый в истории сквозной телефонный звонок в сети HSDPA. Звонки были сделаны в действующей сети с использованием сетевого оборудования Nortel и пользовательского терминала, оснащенного модемом Qualcomm Mobile Station Modem (MSM) и чипсетом MSM6275 и подтвердили возможность предоставления сверхскоростных мобильных услуг в коммерческих сетях. Вызовы осуществлялись из движущегося автомобиля, демонстрируя стабильность соединения HSDPA в реальных условиях. В ходе вызовов имитировалась доставка мобильных широкополосных услуг (интерактивные игры, загрузка мультимедийных файлов, воспроизведение видео с качеством DVD, услуги push-to-watch и передача файлов больших размеров). Во время тестирований музыкальный файл объемом 5 Мбайт загружался менее чем за 30 секунд, а электронное почтовое сообщение с 3-Мбайт вложением загружалось за 20 секунд. По сути, эти скорости сопоставимы с теми, что мы видим в проводных каналах DSL.

Вообще говоря, Nortel Networks - один из наиболее активных игроков на только начинающем формироваться рынке HSDPA. Канадская компания проводила также испытания с европейским оператором mmO2 и компанией LG. В общем случае тестирования Nortel новой технологии показывают средние скорости в радиоканале 1,4 Мбит/с. При этом на выделенном участке сети, построенном на доступном оборудовании, скорость достигала 14,4 Мбит/c.

Остается добавить, что у HSDPA есть и другой серьезный конкурент: WiMAX (802.16) - стандарт широкополосной беспроводной передачи данных. Эта технология позволяет достигать теоретических значений скорости в 70 Мбит/с, и ее реализация в России ближе, чем HDSPA. Однако WiMAX присущ ряд недостатков. Один из них - необходимо строить дополнительную инфраструктуру (чего, как говорилось выше, HSDPA не требует - используется существующая сотовая сеть). В целом, развитие HSDPA идет гораздо быстрее, чем предполагалось аналитиками. Тем более мобильные устройства с поддержкой стандарта оказались гораздо компактнее и менее требовательны к питанию, чем предвещали скептики.

HSUPA - аналогично HSDPA, технология высокоскоростной пакетной передачи данных в направлении "от абонента" (англ. High-Speed Uplink Packet Access, HSUPA) представляет собой стандарт мобильной связи, позволяющий ускорить передачу данных от W-CDMA устройств конечного пользователя до базовой станции за счёт применения более совершенных методов модуляции.

Теоретически стандарт HSUPA рассчитан на максимальную скорость передачи данных от абонента до 5,76 Мбит/с, позволяя, таким образом, использовать приложения третьего поколения, требующие обработки огромных потоков данных от мобильного устройства к базовой станции, например, видеоконференцсвязь.

Описание технологии планируется ввести в качестве спецификации 6-й версии стандарта 3GPP Release 6; процесс стандартизации технологии приближается к завершению.

Технология DECT

Европейский стандартDECT (Digital European Cordless Telecommunications) разработан Европейским Институтом Стандартов в области Связи(ETSI). Первая редакция стандартаDECT была принята в1992 году и с тех пор стандарт продолжает развиваться и совершенствоваться в части расширения набора предоставляемых услуг и взаимодействия с сетями различных типов. DECT укрепил свои позиции как глобальный стандарт беспроводного доступа- необходимый частотный диапазон для DECT выделен уже более чем в110 странах мира. Сегодня на рынке представлено свыше200 различных продуктов в стандартеDECT. Можно с уверенностью сказать, что он представляет собой прочную, прогрессивную основу для развития беспроводной связи, обладая при этом достаточной гибкостью для удовлетворения новых потребностей рынка. В2000 году объем продаж терминального оборудования DECT систем увеличился до 30 млн. терминалов. Основным рынком DECT остается Европа. Результаты маркетингового исследования Strategy Analytics убедительно свидетельствуют о бесспорном лидерствеDECT в этом регионе:

* европейские пользователи сегодня отдают предпочтение телефонамDECT, продажи которых превысили продажи аналоговых радиотелефонов- более60 % всех продаваемых радиотелефонов работают в стандартеDECT;

* в Германии, которая задает тенденции на рынкеDECT, более80 % продаваемых радиотелефонов- этоDECT-телефоны; В России, как и во всем мире, растет интерес к стандартуDECT со стороны операторов и пользователей. Свидетельством тому является возросшая рекламная деятельность поставщиков оборудования и операторов местных сетей телефонной связи, популяризация стандартаDECT в специальных изданиях и средствах массовой информации.

Большую роль в достижении такого успеха сыграл DECT Форум- международная ассоциация ведущих телекоммуникационных операторов и производителей оборудования. DECT Форум ставит своей целью продвижение стандартаDECT как самого прогрессивного из всех существующих сегодня стандартов беспроводной связи. DECT Форум предоставляет уникальную возможность для обмена информацией и опытом между органами стандартизации и регулирования, операторами, пользователями и производителямиDECT-оборудования. DECT Форум объединяет усилия35 крупных компаний и организаций из разных стран, 13 локальных отделенийDECT Форума работают во всех крупных регионах мира. Рабочая группа по маркетингу представляет информацию из первых рук наInternet-странице и в бюллетенях DECT Форума, участвует в проведении конференций. Технические рабочие группы организуют полевые испытания и исследования в области возможностей сосуществования

DECT с другими технологиями связи. Совместно с Европейским институтом стандартов связи DECT Форум участвует в разработке новых профилей и приложенийDECT для удовлетворения новых потребностей рынка(таких, как высокоскоростная передача данных, мультимедиа и др.). Работая в тесном контакте с Международным союзом электросвязи, DECT Форум способствует органичному вхождению DECT в систему мобильной связи третьего поколения.

Преимущества выбораDECT.

* Качество проводной линии связи- 32 кБит/сADPCM

* Самая высокая скорость передачи данных среди всехTDMA-стандартов

* Возможность создания различных систем на основеDECT:

- домашние беспроводные многотерминальные системы, которые также подходят

для малого офиса,

- микросотовые беспроводные корпоративные системы(офисные и учрежденческие

АТС с радиодоступом),

- микросотовые системы общего пользования(СТМ),

- системы фиксированного радиодоступа(WLL) и др.

* Сосуществование различных некоординируемыхDECT-систем в общем частотном

диапазоне без необходимости частотного планирования

* Совместимость оборудования разных производителей(при наличииGAP)

* Обеспечение перехода из соты в соту без разрыва соединения(хэндовер)

* Возможность обслуживания одной трубки в разных сетях(частных и общего пользования)

* Обеспечение большого трафика- до10,000 Эрл/км2.

* Совместимость с другими радиосистемами

* Отсутствие канала управления- устойчивость к радиопомехам

* Низкий уровень излучения- безопасность для здоровья

Помимо предоставления услуг, характерных для традиционной телефонии, которые преобладают сегодня на рынке беспроводной связи, сегодня рассматриваются приложения по передаче данных как новый сегмент рынка. Уже сейчас устройства на базе стандарта DECT обеспечивают передачу данных на скорости 552 кБит/с. Новые методы модуляции позволят в ближайшее время увеличить скорость до 2 МБит/с. В Европейском институте стандартов связи завершена разработка стандартовDPRS (DECT Packet Radio Services) и DMAP (DECT Multimedia Access Profile). DPRS создает основу для сопряжения всех услуг беспроводной пакетной передачи данных, которые предоставляются через интерфейс DECT, независимо от того, в каком приложении(домашний сектор, домашний офис, малый офис, корпоративный сектор, системы общего DECT-продуктов передачи данных. Стандарт DMAP представляет собой надстройку над DPRS, GAP и базовым стандартом DECT и описывает более специфический набор мультимедийных услуг для приложений "Домашний сектор, домашний офис, малый офис". DMAP станет первым из новой категории профилей доступа для конкретных приложений(Application Specific Access Profiles - ASAP), которые будут гарантировать совместимость DECT-оборудования, обеспечивающего комплексные услуги. В современном мире, в котором Internet становится необходимостью, а беспроводное подключение - обычной функцией многих электронных устройств, технологии беспроводной связи могут удовлетворить многие ожидания расширяющегося рынка беспроводной передачи данных, среди которых- совместимость устройств от разных производителей. Именно поэтому в ETSI в рамках созданной рабочей группы DECT/Data ведется разработкаDECT-профиля доступа вInternet (DECT Internet Access Profile).

СтандартDECT станет одной из основных составляющих систем связи3-го поколения. Он будет играть центральную роль в интеграции услуг фиксированной и мобильной связи. Ряд исследователей полагает, что технологии DECT будут особенно актуальны в переходный период от систем 2G к системам 3G мобильной связи. В ноябре1999 года на встрече в Хельсинки МСЭ утвердил DECT в качестве одного из пяти радиоинтерфейсов для системы мобильной связи третьего поколения. С самого начала DECT разрабатывался как средство обеспечения доступа к телекоммуникационной сети любого типа, и, таким образом, поддерживает в отличии от других стандартов разнообразные приложения и услуги. Среди приложений DECT - системы для дома и малого офиса, микросотовые корпоративные системы, системы абонентского радиодоступа (WLL), системы доступа к сетиGSM, микросотовые системы общего пользования(CTM), системы доступа к локальной сети, предоставляющие голосовую телефонию, факс, модем, электронную почту, Internet, X.25 и многие другие перспективные услуги.

СтруктураDECT - систем

* Контроллер предназначен для сопряжения системы DECT с внешними сетями, например, городской и/или учрежденческой АТС. При этом ЦКС, как правило, обеспечивает преобразование протоколов сигнализации между АТС и системой DECT. В некоторых случаях для этих целей используются специальные устройства - конвертеры протоколов. Кроме того, в ЦКС осуществляется преобразование речевой информацииADPCM PCM при сопряжении по цифровым интерфейсам и ADPCM аналоговый сигнал при сопряжении по аналоговым интерфейсам.

* БС- Базовая станция(в иностранной литературе они называются- Radio Fixed Part) обеспечивают требуемое радиопокрытие. БС подключается к контроллеру по одной или двум парам проводов. Базовая станция представляет собой приемопередатчик, обеспечивающий одновременную работу по4 - 12 каналам, работающий на две пространственно разнесенные антенны. БС выполняются в двух вариантах- для внутреннего и наружного размещения.

* УД - Устройства доступа представляют собой мобильную трубку или стационарный абонентский терминал, который иногда именуется«радиорозеткой».

* Для увеличения зоны покрытия базовой станции может также применятся ретранслятор(репитер).

ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ DECT

Стандартные характеристики современных систем DECT

Рабочий спектр: 1880..1900 MГц

Количество частот: 10

Разнос частот: 1,728 MГц

Метод доступа: MC/TDMA/TDD

Частотное планирование: не требуется

Число каналов на одну частоту: 24 (12 дуплексных каналов)

Длительность фрейма: 10 ms

Скорость передачи: 1,152 Mbps

Метод модуляции: GMSK (BT = 0,5)

Сжатие голоса: ADPСM (G.721) - 32 Кбит/сек

Выходная мощность: 10 мВт- средняя(пиковая мощность не более 250 мВт)

Достижимая дальность: до20 км

Гарантированная(разрешенная) дальность: до5 км

Мобильность: полная в рамках одной системы(без перерыва разговора- хэндовер), в нескольких системах с перерывом разговора(роуминг)

Профили доступа: GAP, RAP, GIP, IAP, DMAP, DPRS, и др.

Принцип: MC/TDMA/TDD.

Радиоинтерфейс DECT основывается на методологии радиодоступа с использованием нескольких несущих, принципа множественного доступа с временным разделением и принципа дуплекса с временным разделением(MC/TDMA/TDD). В стандарте DECT в выделенном диапазоне1880-1990 МГц используется 10 частотных каналов(MC - Multi Carrier). Временной спектр для DECT подразделяется на временные кадры(фреймы), повторяющиеся каждые 10 мс. Фрейм состоит из 24 временных слотов, каждый из которых доступен индивидуально (TDMA - Time Division Multiple Access).

В базовой речевой услуге DECT два временных слота - с разделением в5 мс - образуют дуплексную пару для обеспечения 32 кБит/с соединений (ADPCM - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция - G.726). Для реализации базового стандарта DECT временной фрейм в10 мс разделяется на две половины(TDD - Time Division Duplex) - первые12 временных слотов используются для передачи БС (“связь вниз”), а остальные12 - для передачи АРБ(“связь вверх”). Структурой TDMA обеспечивается до12 одновременных голосовых соединений DECT (полный дуплекс) на каждую БС, что дает значительные ценовые преимущества по сравнению с технологиями, позволяющими только одно соединение на БС (например, CT2). Благодаря усовершенствованному радиопротоколу, DECT может предлагать полосы частот различной ширины, соединяя несколько каналов в одну несущую.

Использование радиоспектра.

При использовании принципа MC/TDMA/TDD для базовой спецификации DECT (10 частотных и12 временные номиналов) устройству DECT в любой момент доступен общий ресурс из 120 дуплексных каналов. При высокой плотности установки базовых станций DECT (например, на расстоянии25 м в идеальной модели покрытия в форме шестиугольника) с учетом низкого коэффициента повторного использования канала(C/I = 10 дБ) можно достичь емкости трафика для базовой технологии DECT приблизительно до 10 000 Эрланг/км2 при отсутствии необходимости частотного планирования. Инсталляция оборудования DECT упрощена, так как необходимо учитывать только требования к радиопокрытию и трафику.

Динамический выбор и динамическое выделение канала. Вместо частотного планирования используется механизм Непрерывного Динамического Выбора и Распределения Каналов (CDCS/CDCA). Суть этого механизма заключается в том, что каналы выбираются динамически из всего набора каналов по таким показателям, как качество прохождения сигнала и уровень помех. Причем канал не закрепляется за соединением на все время, он может меняться по мере необходимости. Происходит это следующим образом. Каждая БС непрерывно сканирует приемные таймслоты всех 120 каналов, измеряет уровень принятого сигнала(RSSI -- Received Signal Strength Indicator) и выбирает канал с минимальным уровнем(свободный канал без помех). В этом канале БС излучает служебную информацию, которая, в числе прочих, содержит данные:

* для синхронизации АРБ;

* об идентификаторе системы;

* о возможностях системы;

* о свободных каналах;

* пейджинговую.

Анализируя эту информацию, АРБ находит свою БС и прописывается к ней. При выходе из зоны действия одной БС происходит поиск следующей. Таким образом, АРБ всегда прописан к той или иной БС своей или дружественной системы. Далее АРБ синхронно с БС начинает непрерывно сканировать все 120 приемных таймслотов и измерять силу сигнала в каждом из них. Номера каналов с наименьшими RSSI заносятся в память. Одновременно в памяти находятся не менее двух таких каналов. При необходимости организации исходящей связи АРБ направляет запрос БС, в которой она в данный момент прописана, предлагая установить связь в одном из свободных, с точки зрения АРБ, каналов. Если этот канал отвергается БС, то АРБ предлагает следующий из списка свободных. После согласия БС на установление соединения по одному из предложенных каналов происходит обмен сигнализационной и другой служебной информацией, а затем установление соединения и разговор.

Организация входящей связи осуществляется аналогичным образом. АРБ непрерывно анализирует "пейджинговое" сообщение на наличие «своего» входящего вызова. После распознавания входящего вызова АРБ посылает запрос на установление связи в одном из свободных каналов. Таким образом, выбор канала для установления соединения происходит динамически и только по инициативе и под управлением АРБ. Этот механизм называется непрерывным динамическим выбором канала (CDCS). Канал, в котором происходит разговор, не является постоянно выделенным на все время соединения. По тем или иным причинам (например, ухудшение качества связи при перемещении АРБ в зону «тени») АРБ может сменить канал. При этом АРБ выбирает канал из списка свободных и предлагает его БС. При согласии БС происходит переход на новый канал. Переход может происходить и по инициативе БС. При этом БС о своем желании перейти на новый канал сообщает АРБ, далее все происходит так, как описано выше, т.е. выбор нового канала осуществляется АРБ.

Если в процессе соединения новый канал запрашивается у той же БС, то переход называется "intercell handover", а если у другой БС-- то "intracell handover". Этот механизм называется непрерывным динамическим распределением каналов(CDCA). Хендовер в DECT системе происходит мягким способом. Это значит, что во время хендовсра между АРБ и системой одновременно работают два канала: «старый» и «новый». В какой-то момент времени информация между АРБ и системой передается одновременно по обоим каналам. Только после успешного перехода на «новый» канал происходит деактивация «старого». Надо отметить, что хендовер происходит не только при ухудшении качества связи или при разрыве соединения, но и в том случае, когда АРБ находит лучший с его точки зрения канал. Таким образом, для соединения всегда используется лучший свободный канал. Механизм CDCS/CDCA существенно отличает DBCT от сотовых систем связи: управление каналами осуществляется не центральным контроллером, а мобильными терминалами.

Уникальная возможность DECT по динамическому выбору и распределению каналов гарантирует использование только лучшего канала. Эта способность DECT позволяет сосуществовать нескольким системам в одной и той же полосе частот, при сохранении в каждой из них высокого качества и безопасности связи. Кроме того, этот механизм существенно увеличивает емкость трафика системы за счет минимизации каналов с несколькими путями распространения. Особенно это важно для офисных приложений, где происходит многократное отражение радиосигнала от стен помещения. Метод MC/TDMA/TDD совместно с механизмом CDCS/CDCA обеспечивает высокую емкость DECT системам даже в условиях высокого трафика и сложной помеховой обстановки. При этом высокого качества услуг добиваются без использования частотного планирования.

Разнесенные антенны.

Хэндовер вDECT - это механизм ухода от каналов, подверженных воздействию помех, или каналов с низким уровнем сигнала. Однако хэндовер происходит недостаточно быстро, чтобы противодействовать ситуациям быстрого замирания. Для борьбы с быстрыми интерференционными замираниям (БИЗ) стандартом DECT предусматривается механизм пространственного разнесенного приема. БИЗ возникают в результате интерференции нескольких лучей в точку приема, которая перемещается относительно БС. В результате чего меняется разность хода между этими лучами и, как следствие этого, уровень суммарного сигнала претерпевает колебания, которые могут достигать 30 и более дБ. При использовании двух пространственно разнесенных антенн разность хода лучей от каждой из них в точке приема будет различной. В офисных и WLL системах к каждой БС подключаются две коммутируемые пространственно разнесенные в горизонтальной плоскости антенны, причем разнос антенн в офисных системах приблизительно равен ? (длине волны), а в WLL системах - 10 ?. Поэтому эффективность этого метода в офисных системах сказывается при малых удалениях. В системах WLL АРБ стационарны и причина замираний заключается в воздействии эффекта рефракции на разность хода прямого и отраженного лучей. Из теории известно, что при разносе антенн на 10 ? и более суммарные сигналы, принимаемые каждой из антенн практически не коррелированны. Переключение антенн и выбор рабочего канала происходит под управлением АРБ.

Защищенность.

В настоящее время все больше внимания уделяется проблемам защищенности систем связи к несанкционированному доступу. Стандарт DECT предусматривает меры защиты доступности телекоммуникационных систем, характерной для беспроводной связи.

Перечень штатных услуг и процедур по обеспечению безопасности в системах стандартаDECT включает в себя:

* прописку АРБ;

* аутентификацию АРБ;

* аутентификацию БС;

* взаимную аутентификацию АРБ и БС;

* аутентификацию пользователя;

* шифрование данных.

Прописка - это процесс, благодаря которому система допускает конкретный АРБ к обслуживанию. Оператор сети или сервис-провайдер обеспечивает пользователя АРБ секретным ключом прописки (PIN-кодом), который должен быть введен как в КБС, так и в АРБ до начала процедуры прописки. До того, как трубка инициирует процедуру фактической прописки, она должна также знать идентификатор БС, в которую она должна прописаться. Из соображений защищенности процедура прописки может быть организована даже для системы с одной БС. Время проведения процедуры обычно ограничено, и ключ прописки может быть применен только один раз, это делается специально для того, чтобы минимизировать риск несанкционированного использования.

Прописка в DECT может осуществляться“ по эфиру”, после установления радиосвязи с двух сторон происходит верификация того, что используется один и тот же ключ прописки. Происходит обмен идентификационной информацией, и обе стороны просчитывают секретный аутентификационный ключ, который используется для аутентификации при каждом установлении связи. Секретный ключ аутентификации не передается по эфиру. АРБ может быть прописан на нескольких базовых станциях. При каждом сеансе прописки, АРБ просчитывает новый ключ аутентификации, привязанный к сети, в которую он прописывается. Новые ключи и новая информация идентификации сети добавляются к списку, хранящемуся в АРБ, который используется в процессе соединения. Трубки могут подключиться только к той сети, в которую у них есть права доступа(информация идентификации сети содержится в списке).

В процессе аутентификации любого уровня используется криптографическая процедура ''запрос-ответ'', позволяющая выяснить, известен ли проверяемой стороне аутентификационный ключ. Аутентификация АРБ позволяет предотвратить его неправомочное использование (например, с целью избежать оплаты услуг) или исключить возможность подключения похищенного или незарегистрированного АРБ.

Аутентификация происходит по инициативе БС при каждой попытке установления соединения (входящего и исходящего), а также во время сеанса связи. Сначала БС формирует и передает запрос, содержащий некоторый постоянный или сравнительно редко меняющийся параметр (64 бита), и случайное число(64 бита), сгенерированное для данной сессии. Затем в БС и АРБ по одинаковым алгоритмам с использованием аутентификационного ключа К вычисляется так называемый аутентификационный ответ (32 бита). Этот вычисленный (ожидаемый) ответ в БС сравнивается с принятым от АРБ, и при совпадении результатов считается, что аутентификация АРБ прошла успешно. Аутентификация БС исключает возможность неправомочного использования станции.

С помощью этой процедуры обеспечивается защита служебной информации (например, данных о пользователе), хранящейся в АРБ и обновляемой по команде с БС. Кроме того, блокируется угроза перенаправления вызовов абонентов и пользовательских данных с целью их перехвата.

Алгоритм аутентификации БС аналогичен последовательности действий при аутентификации АРБ. Взаимная аутентификация может осуществляться двумя способами:

* При прямом методе последовательно проводятся две процедуры аутентификации АРБ и БС;

* Косвенный метод в одном случае подразумевает комбинацию двух процедур- аутентификации АРБ и шифрования данных(поскольку для шифрования информации необходимо знание аутентификационного ключа К), а в другом- шифрование данных с использованием статического ключа SCK (Static Cipher Key), известного обеим станциям. Аутентификация пользователя позволяет выяснить, знает ли пользователь АРБ свой персональный идентификатор. Процедура инициируется БС в начале вызова и может быть активизирована во время сеанса связи. После того, как пользователь вручную наберет свой персональный идентификатор UPI (User Personal Identity), и в АРБ с его помощью будет вычислен аутентификационный ключ К, происходит процедура, аналогичная последовательности действий при аутентификации АРБ.

Аутентификационный ключ. Во всех описанных процедурах аутентификационный ответ вычисляется по аутентификационному запросу и ключу аутентификации К в соответствии со стандартным алгоритмом (DSAA-DECT Standard Authentication Algorithm) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям безопасности связи. Алгоритм DSAA является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI. Использование другого алгоритма будет ограничивать возможности абонентских станций, так как возникнут трудности при роуминге в сетях общего пользования DECT.

Аутентификационный ключ К является производной от одной из трех величин или их комбинаций, приведенных ниже.

1. Абонентский аутентификационный ключ UAK (User Authentication Key) длиной до 128 бит. UAK является уникальной величиной, содержащейся в регистрационных данных пользователя. Он хранится в ПЗУ абонентской станции или в карточке DAM (DECT Authentication Module).

2. Аутентификационный код АС (Authentication Code) длиной16-32 бита. Он может храниться в ПЗУ абонентской станции или вводиться вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации. Необходимо отметить, что нет принципиальной разницы между параметрами UAK и АС. Последний обычно используется в тех случаях, когда требуется довольно частая смена аутентификационного ключа.

3. Персональный идентификатор пользователя UPI (User Personal Identity) длиной16-32 бита. UPI не записывается в устройства памяти абонентской станции, а вводится вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации. Идентификатор UPI всегда используется вместе с ключом UAK.

Шифрование данных обеспечивает криптографическую защиту пользовательских данных и управляющей информации, передаваемых по радиоканалам между БС и АРБ. В АРБ и БС используется общий ключ шифрования СК (Cipher Key), на основе которого формируется шифрующая последовательность KSS (Key Stream Segments), накладываемая на поток данных на передающей стороне и снимаемая на приемной. KSS вычисляется в соответствии со стандартным алгоритмом шифрования DCS (DECT Standard Cipher) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям криптографической стойкости. Алгоритм DSC является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI. В зависимости от условий применения систем DECT могут использоваться ключи шифрования двух типов: вычисляемый - DCK (Derivation Cipher Key) - и статический - SCK (Static Cipher Key). Статические ключи SCK вводятся вручную абонентом, а вычисляемые DCK обновляются в начале каждой процедуры аутентификации и являются производной от аутентификационного ключа К. В ПЗУ абонентской станции может храниться до8 ключей. Статический ключ обычно используется в домашних системах связи. В этом случае SCK является уникальным для каждой пары ''абонентская/базовая станция'', формирующей домашнюю систему связи. Рекомендуется менять SCK один раз в 31 ден ь(период повторения номеров кадров), иначе риск раскрытия информации существенно возрастает.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОТОКОЛОВ DECT

Архитектура протоколов DECT включает:

* физический уровень(PHL Layer);

* уровень доступа к среде(MAC Layer);

* уровень управления звеном передачи данных(DLC layer);

* сетевой уровень(NWK. layer);

* прикладные уровни(Application profiles).

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

Первый уровень, PHL, обеспечивает среду для связи АРБ с БС и описан в стандарте ETS 300 174-2. Этот стандарт определяет параметры радиотракта DECT. В частности, в стандарте определены диапазон частот, излучаемая мощность, метод модуляции, структура временного разделения TDMA и др. Именно PHL уровень отвечает за механизм MC/TDMA/TDD. Для обеспечения высокоскоростной передачи данных (до 2 Мбит/с) базовый стандарт ETS 300 175 был дополнен методом высокоскоростной передачи на основе фазовой модуляции. Используются две схемы модуляции: 4 -уровневая (?/4-DQPSK) и 8-уровневая (?/8--D8PSK). Высокоуровневая модуляция(4-х и 8-ми уровневая) используется только для модуляции информационного канала (данные пользователя), а для модуляции каналов синхронизации и управления используется частотная манипуляция.

Таким образом, обеспечивается совместимость новых систем с высокоуровневой модуляцией с существующими системами. Каждый таймслот содержит защитный интервал длительностью 25 мкс, 32 бита синхронизации (SYN), 64 бита управления (С) и биты данных (В). Поскольку биты синхронизации присутствуют в каждом физическом канале, синхронизация может проводиться перед каждым физическим каналом. Биты С и В образуют 2 логических канала соответственно для управления и передачи пользовательских данных (как вISDN).

УРОВЕНЬ ДОСТУПА К СРЕДЕ

Уровень доступа к среде отвечает за установление радиоканала между АРБ и БС. Основными функциями этого уровня являются:

* установление соединений;

* обеспечение сигнализации;

* управление хендовером.

Именно MAC уровень отвечает за "мягкий" хендовер и механизм CDCS/CDCA. Кроме того, MAC уровень обеспечивает канал для передачи пейджинговой информации и сигнализации.

УРОВЕНЬ УПРАВЛЕНИЯ ЗВЕНОМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Уровень DLC отвечает за надежную передачу управляющей информации по физическому каналу. На этом уровне решаются задачи по:

* защите передаваемых данных от ошибок;

* управлению качеством физического соединения;

* управлению процедурой выбора канала на МАС уровне.

На уровнях MAC и DLC используются так называемые протокольные блоки данных, состоящие из:

* заголовка;

* поля данных MAC уровня;

* поля данных DLC уровня;

* циклического проверочного кода (CRC).

Заголовок сообщения определяет тип сообщения и тип DECT системы (домашняя, офисная или общего пользования). Кроме того, передается идентификатор системы, информация о поддерживаемых функциях системы и пейджинговая информация.

СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ

Этот уровень отвечает за сигнализацию и осуществляет:

* управление уровнями MAC иDLC;

* управление вызовами;

* управление мобильностью (внешний хендовер, роуминг и т.д.);

* передачу информации с/без установления соединения;

* обеспечение ДВО.

Для обеспечения внутреннего хендовера не требуется участие третьего уровня, т.к. за это отвечает только второй уровень. В этом заключается основное (принципиальное) отличие DECT от GSM.

Профили приложений DECT.

В профилях приложений содержатся дополнительные спецификации, определяющие как эфирный интерфейс DECT должен быть использован в конкретных приложениях. Стандартные сообщения и суб-протоколы были созданы из набора средств базового стандарта и подстроены под конкретные приложения с целью обеспечения максимальной совместимости оборудования DECT от разных производителей. Помимо самих профилей ETSI также разработал спецификации тестов на соответствие профилю, позволяющие проводить всестороннее тестирование оборудования DECT, претендующее на удовлетворение требованиям профиля. Профили приложений определяют дополнительную спецификацию протокольного стека DECT для конкретных приложений. Хотя базовый стандарт DECT, определенный в ETS 300 175, обеспечивает возможность реализации широкого спектра услуг, основная цель профилей приложения -- обеспечить совместимость оборудования разных производителей.

Существуют следующие основные профили DECT, определенные ETSI:

* GAP (Generic Access Profile);

* CAP (CTM Access Profile);

* IAP иIIP (DECT/ISDN Interworking profiles);

* GIP (DECT/GSM Interworking Profile);

* DSP (Data Service Profile);

* RAP (Radio Local Loop Access Profile);

* DMAP (DECT Multimedia Access Profile);

* DPRS (DECT Packet Radio Services).

GAP как основной профиль доступа был разработан для таких приложени йDECT как домашние и офисные системы. GAP является главным профилем доступаDECT, предназначенным для использования в системах, поддерживающих телефонные услуги независимо от типа присоединенной сети. Он определяет минимум необходимых требований к АРБ и БС, обеспечивающих их совместимость. В GAP определены процедуры для установления и разрушения входящих и исходящих соединений, для поддержания мобильности, включая роуминг. Хотя стандарт DЕCT определяет технологию радиодоступа, обеспечивающую мобильность, в нем не рассмотрены сетевые аспекты системы. Поэтому технология DECT может быть использована для доступа в любые сети. GIP описывает способ подключения сетей DECT к сети GSM. Такой доступ обеспечивается интерфейсом А сет иGSM (к МSС). При этом сетьGSM воспринимает DECT как систему базовых станций (ВSС). Использование этого профиля обеспечивает два преимущества.

Во-первых, появилась возможность строительства мобильных сетей DECT на основе наземной инфраструктуры сетей GSM. При этом существенно снижаются затраты на создание инфраструктуры сетей DECT поскольку сети GSM имеют практически глобальное распространение и постоянно увеличивают охват территорий. Во- вторых, для операторов сетей GSM появилась возможность использования дуальных мобильных терминалов GSM/DECT для увеличения трафика, так как сети DECT поддерживают очень высокую плотность трафика. Сети, построенные на основе DECT и GSM, обладают такими качествами, как высокая плотность трафика для малоподвижных абонентов в местах наибольшего скопления абонентов за счет подсистемы базовых станций DЕCT, большая площадь радиопокрытия и высокая мобильность за счет подсистемы базовых станций GSM. В настоящее время рассматривается другой способ взаимодействия сетей GSM и DEСТ через ISDN сети. Этот подход основан на протокол DSS1+, являющимся расширением протокола DSS1. При разработке протоколов стандарта DECT был учтен богатый опыт, накопленный при создании протоколов для сетей ISDN. Поэтому предполагается тесное взаимодействие ISDN и DECT. Такое взаимодействие определяется профилями IАР и IIP. Оба профиля поддерживают одинаковый набор услуг. Основное отличие между ними заключается в способе соединения. Первый из них ориентирован на доступ к услугам сети ISDN посредством стандартного терминала DECT. При этом со стороны сети ISDN терминал DECT виден как обычный терминал ISDN с соответствующими возможностями. Преимущества данного профиля заключаются в том, что для получения услуг ISDN используется только один трафиковый канал DECT. Информационный канал ISDN (В канал) шириной64 кБит/с передается в канал «данных пользователя» DECT путем преобразования кодирования РСМ в ADРCM. Очевидно, что этот профиль может обслуживать только речевые терминалы. Второй профиль (IIP) называется профилем промежуточной системы и используется для подключения стандартного терминала ISDN к сети ISDN посредством радиоинтерфейса DECT. При этом появляется возможность подключения и терминалов передачи данных на скорости до64 кбит/с.

Недостатком этого профиля является неэффективное использование радиоспектра. Для организации информационного канала используются два трафиковых канала DECT. Кроме того, для отображения канала сигнализации (D канала ISDN) выделяется еще один канал. Таким образом, для одного соединения используются 3 трафиковых канала DECT. В рамках этого профиля возможна организация стандартной канальной структуры 2B+D базового доступа ISDN путем выделения 5 трафиковых каналов DECT. При этом DECT обеспечивает стандартное сетевое окончание ISDN с интерфейсом SO. Преимуществом данного профиля является возможность использования любого стандартного терминала ISDN, в том числе и терминалов передачи данных. Для систем абонентского радиодоступа (WLL) на основе технологии DECT разработан профиль RAP. RAP определяет протоколы и методы предоставления услуг сетей общего пользования конечным пользователям с использованием технологии DECT. RAP определяет два типа сервиса:

* базовые телефонные услуги, включая передачу данных с помощью модемов на скоростях вплоть до V.34;

* широкополосные услуги, включая ISDN и передачу данных с коммутацией пакетов. Услуги предоставляются через стандартный АРБDECT, аналогично ISDN. В связи с тем, что WLL на основе DECT пользуются большой популярностью в мире, в ETSI рассматривается вопрос о расширении возможностей стандарта DECT по поддержке удаленных терминалов (более5 км). На данный момент предлагается механизм "усовершенствованной схемы синхронизации", обеспечивающий связь на расстояниях до16 км. Достоинство этого предложения заключается в сохранении совместимости с существующими системами. Таким образом, DECT является очень привлекательной технологией для создания систем WLL с точки зрения экономической эффективности, простоты планирования, монтажа и эксплуатации.

Для построения сетей доступа на основе технологии DECT определен профиль доступа в сети мобильных терминалов (СТМ). СТМ обеспечивает роуминг терминалов между сетями доступа DECT. В местах, где обеспечивается радиопокрытие DECT системой (домашней, офисной или общего пользования), беспроводный телефон может обслуживать как входящие, так и исходящие вызовы. При этом мобильный терминал регистрируется только в одной системе с одним телефонным номером. Таким образом, обеспечивается связь в любом месте, где присутствует DECT система. Причем для терминала во всех сетях сохраняется один и тот же сетевой номер, поэтому входящие звонки не теряются. Основное отличие CAP от GIP заключается в том, что СТМ обеспечивает мобильность не только в пределах сети GSM, но может взаимодействовать с любой сетью, поддерживающей мобильность. Примерами таких сетей являются сети ISDN с расширением поддержки мобильности (протокол DSSI+) и сети ОКС-7 (INAP и MAP).

Надо отметить, что CAP является надмножеством GAP, что обеспечивает совместимость с GAP терминалами, т.е. сохраняется преемственность между GAP и CAP. Интеграция DECT систем с сетями передачи данных (СПД) обеспечивает пользователям СПД новое качество -- мобильность. Taк как существует большое разнообразие СПД, то ETSI определил ряд профилей передачи данных DSP, которые отличаются по предоставляемым услугам и степени мобильности. По степени мобильности профили подразделяются на два класса:

* без поддержки мобильности в пределах одного БРБ;

* с поддержкой мобильности в частных сетях и сетях общего пользования.

По предоставляемым услугам профили передачи данных делятся на 6 типов:

* низкоскоростная передача данных с frame relay (до24,6 кБит/с);

* высокоскоростная передача данных с frame relay (до 552 кБит/с, в будущем - до 2 МБит/с);

* передача данных на основе коммутации пакетов;

* прозрачная передача данных;

* передача коротких сообщений с/без подтверждения;

* услуги телесервиса (например, FAX).

DMAP разработан в первую очередь для организации беспроводного доступа в сети Internet через ISDN сети и поддержания речевых терминалов и терминалов передачи данных DECT. Поэтому базируется DMAP на протоколах ISDN, GAP иDSP. Этот профиль тесно связан с компьютерной технологией, в частности ноутбуками. Потому для обеспечения совместимости и упрощения доступа в терминале эмулируется клиент САРI (v. 1.1/2.0), а в базовой станции-- сервер САРI. DPRS создает основу для сопряжения всех услуг беспроводной пакетной передачи данных, которые предоставляются через интерфейс DECT, независимо от того, в каком приложении (домашний сектор, домашний офис, малый офис, корпоративный сектор, системы общего пользования) используется этот продукт, и, следовательно, значительно подтолкнет развитие рынка DECT-продуктов передачи данных.

Особенности сопряжения систем DECT с внешними сетями.

Как уже неоднократно отмечалось выше, стандарт DECT - это одно из последних достижений в области цифровой связи. Наиболее эффективно системы DECT работают при сопряжении именно с цифровыми сетями. Однако, на данный момент достаточно типичной является ситуация, когда оборудование DECT необходимо подключать по аналоговым абонентским линиям. Особенно это характерно для домашних радиотелефонов и офисных систем небольшой емкости. Следует отметить, что и для систем WLL в России в настоящий момент следует ориентироваться на аналоговые АЛ.

Правильный выбор комплекса оборудования: конвертер протоколов и система DECT, позволяет оптимизировать показатель цена - качество. Практика развертывания различного рода систем показала, что из большого числа имеющихся на рынке конвертеров протоколов наиболее перспективными являются решения на базе коммутатора «Гранит- К».

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) -- технология беспроводной связи на частотах 1880--1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), используется в современных радиотелефонах. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире, благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. По оценкам 1999 года DECT принят более чем в 100 странах, а число абонентских устройств DECT в мире приближается к 50 миллионам. В Европе DECT практически полностью вытеснил беспроводные телефоны стандартов CT2, CT3; на других континентах DECT успешно конкурирует с американским стандартом PACS и японским PHS.

...