На главную |
Новости | GSM модемы |
GSM модемы с GPRS | GSM модемы с EDGE
| Реклама на сайте
|
|
|
|
ВведениеАналоговые сотовые телефонные системы начали очень быстро развиваться и получать широкое распространение в начале 80-х годов в Скандинавии, Великобритании, Франции и Германии. В каждой стране разрабатывалась своя собственная система, несовместимая (в смысле оборудования и производимых операций) с остальными. Мобильное оборудование могло быть использовано только в пределах одной страны, рынок сбыта для каждого типа оборудования был очень ограничен. В 1982 году Conference of European Posts and Telegraphs сформировала группу (Group Special Mobile) по изучению и разработке Общеевропейской наземной мобильной системы общественного пользования (pan-European public land mobile system). Предложенная система должна была удовлетворять следующим требованиям: Относительно хорошее качество речи Разработчики GSM выбрали не опробованную (на тот момент) цифровую систему как альтернативу аналоговым сотовым системам, таким как AMPS в Соединенных Штатах или TACS в Великобритании. Они поверили в то, что при помощи алгоритмов упаковки и цифровых сигнальных устройств управления коммуникациями облегчатся задачи обеспечения качества и понижения стоимости связи и услуг. С одной стороны, рекомендации GSM составляются так, чтобы предоставить производителям максимальную свободу в развитии системы, а, с другой, - гарантировать корректное взаимодействие между различными компонентами системы. Это достигается предоставлением описаний интерфейсов и функций каждой функциональной сущности, определенной в системе. Попытаемся в двух словах сформулировать основные преимущества GSM перед уже существующими аналоговыми системами: Всеобщая мобильность: Абоненту имеет возможность использовать все преимущества пан-европейской системы (Pan-European System), позволяющей ему звонить откуда угодно и куда угодно (в рамках областей, находящихся в сфере услуг сотовых GSM сетей), используя один и тот же телефонный номер, даже находясь вне области проживания. Его собеседник не обязан быть информирован о местонахождении абонента, поскольку сама сеть GSM отвечает за корректное нахождение абонента. С помощью своей персональной карточки абонент может использовать и другие мобильные средства связи (например, телефон в арендованной машине), даже во время путешествий за пределы своего места проживания. Высокое качество передачи и оптимальное выделение спектра: В старых аналоговых сотовых сетях нередко возникали проблемы качества передачи, в особенности в городских районах. Посредством более эффективного использования выделенной для радиопередач частотной полосы и уменьшенных размеров сот, система GSM в состоянии обслуживать значительно большее число абонентов. Оптимальное использование доступного спектра достигается посредством применения методов разделения времени и частоты (Frequency Division Multiple Access - FDMA, Time Division Multiple Access - TDMA), эффективного полно скоростного (full-rate) и полу скоростного(half-rate) кодирования речи и с помощью используемой схемы модуляции, так называемой Гауссовой Минимальной Манипуляции (GMSK - Gaussian Minimum Shift Keyng). Секретность: Методы обеспечения секретности, стандартизованные для GSM систем, позволяют сказать, что системы GSM в данный момент являются наиболее секретными из всех доступных сотовых телекоммуникационных систем. Хотя конфиденциальность разговоров и анонимность абонента GSM гарантируется только в пределах радио соединения, это несомненно огромный шаг в сторону достижения “полной” (по всему пути прохождения информации) секретности. Анонимность абонента обеспечивается использованием временных идентификационных номеров. Собственно конфиденциальность связи по радио соединению обеспечивается применением алгоритмов шифрования и переходов по частотам (Frequency Hopping), которые могут применяться только в цифровых системах. Услуги: Список услуг, предоставляемых абонентам GSM обычно включает
в себя собственно разговор, факсимильные услуги, голосовую почту,
передачу коротких сообщений, передачу данных и дополнительные услуги,
такие как, например, переадресация вызова. 2. Эволюция протоколаКогда в 1991 г. появились первые сети GSM (Под аббревиатурой GSM будем подразумевать любые системы, основанные на технологии GSM, такие как GSM-900, DCS-1800 и PCS-1900.), главное внимание уделялось обеспечению ими услуг речевой связи на достойном уровне по сравнению с существовавшими тогда аналоговыми сотовыми системами. Однако уже с самого начала технология GSM была способна предложить несколько новых видов услуг, которые незамедлительно привлекли внимание определенной категории пользователей. Наиболее существенными нововведениями стали возможности шифрования передаваемой информации и роуминга по всей Европе.Шифрование привлекло к GSM многих бизнесменов, которые впервые смогли активно использовать сотовую связь. Роуминг же заинтересовал тех, кому приходилось часто путешествовать и кто хотел пользоваться одной-единственной телефонной трубкой в любой точке Европы. В то же время в базовой области голосовой связи GSM предложила две группы дополнительных услуг: перенаправление и запрещение звонков. Следующим шагом развития GSM было введение услуг пересылки коротких сообщений (Short Message Service , SMS) и передачи данных. Сначала возможности услуг SMS ограничивались уведомлением о поступлении сообщения в ящик голосовой почты. И только недавно, начиная с 1995 г., сервис SMS стал расширяться. Сегодн пользователи систем GSM имеют возможность посылать друг другу короткие сообщени непосредственно с телефонной трубки или через компьютерные сети. Период с конца 1994 г. до начала 1995 г. время бурного развития услуг передачи данных. Это было обусловлено появлением привлекательных радиотелефонов и тем, что значительное число сетей GSM стали способны поддерживать такие услуги. Сегодня абоненты сетей GSM могут воспользоваться услугами мобильного модема/ факса со скоростью передачи данных до 9,6 Кбит/с. Широкое распространение портативных ПК позволяет абонентам сетей GSM получать доступ к компьютерным системам их офисов, а также посылать и принимать сообщения электронной почты через сети GSM. Изначально развитие GSM планировалось таким образом, что любая новая услуга или техническое новшество должны были вводитьс одновременно во всех сетях GSM. Это привело к так называемому поэтапному развитию GSM. Введение в строй сетей GSM в 1991 г. было, фактически, первым этапом (phase 1). Второй этап (phase 2) развития GSM (его завершение ожидаетс в 1996 г.) обеспечит такие дополнительные услуги, как, скажем, определение номера вызывающего абонента, удержание линии, групповой вызов, определение закрытой группы абонентов, выдача информации о плате за разговор. Этот этап также предполагает расширение полосы пропускания для систем GSM-900. Другое важное новшество, которое будет реализовано вскоре после завершени второго этапа, - кодирование речи с половинной скоростью. Этот шаг направлен на увеличение пропускной способности систем GSM. Но несмотря на планируемое поэтапное введение новых услуг, некоторые предусматриваемые вторым этапом услуги, скажем определение номера, уже стали доступны пользователям. Следующий после второго этапа - этап 2+ (phase 2+), характеризующийся тем, что новые функциональные возможности будут стандартизироваться и внедряться сразу же после подготовки их технических описаний. В Европейском институте стандартизации электросвязи (ETSI) сейчас ведется работа над 60 предложениями для GSM этапа 2+, среди которых: улучшенное полноскоростное кодирование речи 2.1 Развитие каналов передачи речиЗаложив фундамент технологии GSM, стандарты первого этапа обеспечили достаточно гибкую платформу для дальнейшего развития каналов передачи речи GSM. Первоначально для кодирования речи в GSM был выбран метод RPE-LTP (Regular Pulse Excitation , Linear Predictive Coding), определяющий преобразование речевого сигнала в битовый поток со скоростью 13 Кбит/с. Этот выбор был сделан еще в 1987 г., когда уровень технологии кодирования речи с низкой скоростью битового потока был далек от современного. Однако, как показало время, метод кодирования был выбран достаточно разумно. В других стандартах сотовых сетей второго поколения, таких как японский PDC, североамериканские TDMA и CDMA, отправной точкой послужило кодирование с существенно более низкой выходной скоростью битового потока. Вообще говоря, более низкая скорость часто означает также и более низкое качество. А пользователи не очень хорошо относятся к низкому качеству речи в цифровых сотовых сетях. Тот факт, что некоторые системы передают речь с низким качеством, плохо повлиял на имидж всех цифровых сотовых систем второго поколения, включая GSM, поскольку, многие до сих пор считают, что проблема с качеством речи является общей для всех цифровых сотовых систем.Сейчас, когда стало очевидным, что системы GSM имеют коммерческий успех, самое время продолжить совершенствование технологии передачи речи, а также начать разработку стандартов, повышающих гибкость и производительность систем в целом. Улучшение качества речи Реализованное в системах GSM полноскоростное кодирование речи предоставляет хорошее "сотовое качество" передаваемой речи. Однако благодаря быстрому развитию в течение последних нескольких лет алгоритмов кодирования речи с низкой скоростью битового потока сейчас стало возможным полностью избавиться от имиджа "сотового качества" и достигнуть в сотовых сетях такого же качества речи, как в обычной телефонной сети. Комитет Special Mobile Group (SMG) Института ETSI уже начал определять требования и рабочие процедуры для стандартизации метода улучшенного полноскоростного кодирования речи для систем GSM. В соответствии с графиком, предложенным Институтом, новый стандарт должен быть готов осенью 1996 г. (работы над этим стандартом были начаты весной 1995 г.). Ниже приведены некоторые требования, предъявляемые к новому кодеку: качество речи должно соответствовать стандарту G.728 (G.728 специфицирует
метод кодирования LD-CELP с выходной скоростью битового потока 16
Кбит/с); Один из ответов на эти вопросы можно получить, рассмотрев положение стандарта PCS-1900 в США. Следует заметить, что стандарты для низкоуровневых интерфейсов PCS-1900 практически совпадают со стандартами для GSM. Отличаются они лишь полосами частот. Однако полосы частот PCS-1900 и DCS-1800 близки, следовательно, вполне логично предположить, что существенных различий между этими системами в условиях распространения сигналов нет. Поэтому с точки зрения как качества речи, так и разработки кодеков речи системы DCS-1800 и PCS-1900 функционируют практически в одинаковых условиях. В США четыре производителя систем GSM (фирмы Ericsson, Motorola, Nokia и Northern Telecom) уже пришли к соглашению относительно использования единого кодека, обеспечивающего улучшенное полноскоростное кодирование речи. Этот кодек разработан фирмой Nokia и университетом г. Шербрук (Канада). Новый кодек имеет выходную скорость битового потока 13 Кбит/с и использует уже существующую схему кодирования каналов. Результаты тестов показали, что новый кодек обеспечивает такое же качество речи, как и обычная телефонная линия, практически по всей зоне обслуживания систем GSM и даже на ее границах, в самых тяжелых условиях распространения сигнала. На рисунке показано качество речевой информации, передаваемой при помощи нового метода, метода RPE-LTP и метода ADPCM со скоростью битового потока 32 Кбит/с. Метод кодирования ADPСM используется, например, в системе DECT. Увеличение пропускной способности С точки зрения передачи речи имеется еще одно направление развития GSM: дальнейшее уменьшение скорости битового потока кодированной речи и связанное с ним увеличение числа пользователей (число доступных речевых каналов) в системе. На это и направлена разработка кодирования с половинной скоростью. Выходная скорость такого кодирования с учетом кодирования каналов ровно в два раза меньше выходной скорости полноскоростного кодирования. Поэтому пропускная способность систем GSM может быть увеличена примерно в два раза. В то же время качество речи, сравнимое с качеством речи современных систем GSM с полноскоростным кодированием, достигается главным образом благодаря более развитой технологии обработки сигналов. Техническое описание кодирования с половинной скоростью было одобрено Комитетом SMG в январе 1995 г. и сейчас опубликовано, хотя до окончательного принятия оно должно пройти ряд официальных процедур в Институте ETSI. Однако поскольку стандарт опубликован, в принципе, уже сейчас может начаться реализация соответствующих ему кодеков в конечных устройствах и инфраструктуре сетей GSM. Увеличение размеров сот. На самом деле новое кодирование с половинной скоростью предоставляет еще одну интересную возможность дальнейшего развития речевых каналов GSM. Если при таком кодировании используется полноскоростной канал GSM, то может быть реализована дополнительная защита от ошибок (дополнительное кодирование каналов), что существенно повысит число исправляемых ошибок. Эта технология в настоящее время не зарегистрирована в ETSI. На практике дополнительное кодирование каналов позволяет увеличить их потенциал (link budget) примерно на 5 дБ, что дает возможность увеличить радиус соты приблизительно в 1,4 раза и, соответственно, общую площадь соты в два раза. Эти вычисления показывают, что при помощи кодирования с половинной скоростью на полноскоростных каналах одну и ту же область в сельской местности можно обслуживать вдвое меньшим числом базовых станций, чем при полноскоростном кодировании. А это весьма важный фактор, снижающий стоимость развертывания новых сетей GSM. Недостатком такого подхода является то, что качество речи на площади увеличенной соты будет всего лишь качеством кодирования с половинной скоростью, то есть примерно таким же, как в существующих кодеках RPE-LTP. Ведь этот подход не позволяет использовать улучшенное полноскоростное кодирование. Некоторые могут подумать, что вероятность успешного установления связи в увеличенных сотах значительно уменьшится по сравнению с нормальными сотами. Однако это не так. Дело в том, что в системах GSM каналы управления имеют большую производительность, чем речевые. Поэтому вероятность установления связи заметно уменьшаться не будет. Упомянутое выше предложение по использованию кодирования с половинной скоростью на полноскоростном канале можно применить не только для увеличения размера соты, но и для повышения устойчивости и расширения зоны надежной связи внутри зданий в структуре с нормальными размерами сот. Этот способ может быть очень привлекательным для повышения качества услуг, предоставляемых сетями GSM.
|