Архітектура стільникових мереж зв`язку й мережі абонентського доступу

Архітектура стільникових мереж зв'язку й мережі абонентського доступу

Введення

В даному курсовому проекті необхідно розглянути питання планування і взаємодії мереж стільникового зв'язку. Це буде проілюстровано на прикладах: побудова мереж пикосотовой архітектури буде розглянуто на прикладі стандарту DECT; побудова мереж мікростільниковою архітектури буде розглянуто на прикладі стандарту GSM-1800; побудова мереж макросотовой архітектури буде розглянуто на прикладі стандарту GSM-900.

Також будуть розглянуті мережі широкосмугового абонентського доступу.

Основні відомості про стандарт DECT

Стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) був опублікований Європейським інститутом стандартизації електрозв'язку (European Telecommunications Standards Institute и ETSI) в 1992 р., а перші комерційні продукти, що відповідають цьому стандарту, з'явилися в 1993 р. Спочатку вони представляли собою в основному кошти для побудови бездротових відомчих автоматичних телефонних станцій (УВАТС), користувачі яких могли зв'язуватися між собою в межах установи за допомогою переносних телефонів, а також звичайні домашні беспровідні телефонні апарати. Деякі виробники створили обладнання для бездротових ЛВС, підтримує DECT.

Пізніше з'явилися інші додатки DECT, які почали розроблятися ще в процесі визначення стандарту. До їх складу увійшли: засоби RLL; системи, що забезпечують бездротовий доступ до ресурсів мереж загального користування для абонентів з обмеженою мобільністю (Cordless Terminal Mobility - CTM); засоби, що дозволяють апаратурі DECT працювати з стільниковими мережами (наприклад, GSM). Ці програми відкрили широкі можливості перед операторами як провідних, так і бездротових мереж зв'язку.

Таблиця 1.

Технічні характеристики DECT.

DECT є стандартом радіо доступу, що підтримує широкий набір економічних засобів надання комунікаційних послуг. Даний стандарт розроблявся відповідно до семирівневої моделлю взаємодії відкритих систем (OSI / ISO) і складається з дев'яти частин, що описують його обов'язкові і факультативні елементи. Обов'язкові елементи стандарту гарантують можливість "співіснування" систем зв'язку на одній території за відсутності координації їх роботи і дозволяють уникнути планування частот, що необхідно в звичайних стільникових мережах.

За своїм бажанням виробники можуть підтримувати окремі факультативні елементи стандарту DECT для побудови систем голосової телефонії, доступу до мережі ISDN і передачі даних. З метою забезпечення взаємодії різних додатків DECT інститутом ETSI стандартизуется ряд сукупностей параметрів, так званих профілів (profiles). Одним з подібних профілів є уніфікований режим доступу (Generic Access Profile - GAP), що визначає функціонування портативних телефонних апаратів і базових станцій DECT для всіх додатків голосового зв'язку. Інший профіль: профіль інтерфейсу GSM (GSM Interface Profile - GIP) визначає взаємодію апаратури DECT і мереж GSM. По суті, GIP - це профіль GAP з невеликими доповненнями по взаємодії з GSM.

Стандарт DECT розроблявся для задоволення потреб складної системи радіозв'язку - бездротового УАТС. Середа бездротового УАТС характеризується високою щільністю трафіку і суворими вимогами користувачів до якості та конфіденційності (для чого необхідно шифрування радіосигналу) зв'язку. Бездротові телефонні системи DECT здійснюють кодування мови методом адаптивної диференціальної імпульсно-кодової модуляції (Adaptive Differential Pulse Code Modulation - ADPCM), що дозволяє передавати оцифровану мова на швидкості 32 Кбіт / с. Це значно більша частота проходження бітів, ніж, наприклад, аналогічна частота, передбачена в будь-якому зі світових стандартів цифрового стільникового зв'язку. Вона забезпечує якість передачі мови таке ж, як у звичайного телефону. Системи DECT реалізують непомітне (автоматичне) перемикання абонента на найближчу базову станцію при його переміщенні із зони обслуговування однієї базової станції до зони обслуговування інший, що дозволяє уникнути розривів зв'язку.

Розроблявся для бездротових УАТС, DECT виявився підходящим і для домашніх, а також - локальних місцевих телефонних систем. Стандарт підтримує також різні служби передачі даних та забезпечує взаємодію з мережею зв'язку фактично будь-якого іншого типу.

Системи DECT працюють у частотному діапазоні 1880 - 1900 МГц, який розбитий на десять частотних каналів, і, отже, є мультичастотним (МС). У кожному частотному каналі дані передаються в 24 циклічно повторюваних тимчасових інтервалах чи тайм-слотах (множинний доступ з поділом часу - TDMA). У першій половині цих тайм-слотів здійснюється передача інформації від базової станції до портативних пристроїв, а в другій половині, у зворотному напрямку (дуплекс з поділом часу - TDD). Система DECT, таким чином, може бути визначена як MC / TDMA / TDD. Кожен з мовних каналів використовує пару тайм-слотів, що означає можливість застосування 120 (10 несучих частот * 12 тайм-слотів) мовних каналів.

Механізм вибору каналів, відомий як безперервний динамічний вибір каналу (Continuous Dynamic Channel Selection - CDCS), дозволяє системам функціонувати "пліч-о-пліч" за відсутності координування їх роботи. Суть цього механізму полягає в тому, що канали вибираються динамічно з всього набору каналів за такими показниками, як якість проходження сигналу і рівень перешкод. Причому канал не закріплюється за з'єднанням на весь час, він може змінюватися в міру необхідності. Відбувається це таким чином:

Кожна БС безупинно сканує прийомні тайм-слоти всіх 120 каналів, вимірює рівень прийнятого сигналу (RSSI - Received Signal Strength Indicator) і вибирає канал з мінімальним рівнем (вільний канал без перешкод). В цьому каналі БС випромінює службову інформацію, яка, серед інших, містить дані:

• для синхронізації АС;

• про ідентифікаторі системи;

• про можливості системи;

• про вільні каналах;

• пейджинговую.

Аналізуючи цю інформацію, АС знаходить свою БС і прописується до неї. При виході із зони дії однієї БС відбувається пошук наступній. Таким чином, АС завжди прописаний до тієї чи іншої БС своєї чи дружньої системи. Далі АС синхронно з БС починає безперервно сканувати всі 120 прийомних тайм-слотів і вимірювати силу сигналу в кожному з них. Номери каналів з ​​найменшими RSSI заносяться в пам'ять. Одночасно в пам'яті перебувають не менше двох таких каналів.

При необхідності організації вихідного зв'язку АС спрямовує запит БС, в якій вона в даний момент прописана, пропонуючи встановити зв'язок в одному з вільних, з точки зору АС, каналів. Якщо цей канал відкидається БС, то АС пропонує наступний зі списку вільних. Після згоди БС на з'єднання по одному із запропонованих каналів відбувається обмін сигналізаційної та іншої службовою інформацією, а потім встановлення з'єднання і розмова.

Організація вхідного зв'язку здійснюється аналогічним чином. АС безперервно аналізує "пейджингового" повідомлення на наявність "свого" вхідного дзвінка. Після розпізнавання вхідного дзвінка АС посилає запит на встановлення зв'язку в одному з вільних каналів. Таким чином, вибір каналу для встановлення з'єднання відбувається динамічно і лише з ініціативи і під управлінням АС.

Будь-яке з портативних пристроїв стандарту DECT у принципі має доступ до будь-якого каналу (як до частотного, так і до тимчасового). Коли необхідно встановити з'єднання, портативний пристрій зв'язку DECT вибирає канал, що забезпечує найбільш якісний зв'язок. Після того як з'єднання встановлено, даний пристрій продовжує аналізувати діапазон, і якщо виявляється канал, що гарантує кращу якість зв'язку, то переключає з'єднання на нього. Якщо в процесі з'єднання новий канал запитується у тієї ж БС, то перехід називається "intercell handover ", а якщо в іншої БС - то" intracell handover ". Цей механізм називається безперервним динамічним розподілом каналів (CDCA).

Хендовер в DECT системі відбувається м'яким способом. Це означає, що під час хендовер між АС і системою одночасно працюють два канали: "старий" і "новий". У якийсь момент часу інформація між АС і системою передається одночасно по обом каналам. Тільки після успішного переходу на "новий" канал відбувається деактивація "старого". Треба зазначити, що хендовер відбувається не тільки при погіршенні якості зв'язку або при розриві з'єднання, але і в тому випадку, коли АС знаходить кращий з його точки зору канал. Таким чином, для з'єднання завжди використовується найкращий вільний канал.

Завдяки застосуванню CDCS в системах DECT не потрібно планування частот: рішення цієї проблеми, фактично, перекладається на портативний пристрій зв'язку. Дана обставина робить інсталяцію систем простою процедурою, а також дозволяє збільшувати загальне число каналів шляхом простого додавання, де це необхідно, нових базових станцій.

Хендовер в DECT - це механізм відходу від каналів, схильних до впливу перешкод, або каналів з ​​низьким рівнем сигналу. Однак хендовер відбувається недостатньо швидко, щоб протидіяти ситуацій швидкого завмирання. Для боротьби зі швидкими інтерференційними завмирань (БІЗ) стандартом DECT передбачається механізм просторового рознесеного прийому. БІЗ виникають в результаті інтерференції кількох променів в точку прийому, яка переміщається щодо БС. В результаті чого змінюється різницю ходу між цими променями і, як наслідок цього, рівень сумарного сигналу зазнає коливання, які можуть досягати 30 і більше дБ. При використанні двох просторово рознесених антен різницю ходу променів від кожної з них в точці прийому буде різною. В офісних і WLL системах до кожної БС підключаються дві комутовані просторово рознесені в горизонтальній площині антени, причому рознос антен в офісних системах приблизно дорівнює l (довжині хвилі), а в WLL системах - 10 l. Тому ефективність цього методу в офісних системах позначається при малих віддалях. У системах WLL АС стаціонарні і причина завмирань полягає у впливі ефекту рефракції на різницю ходу прямого і відбитого променів. З теорії відомо, що при рознесенні антен на 10 l і більше сумарні сигнали, прийняті кожної з антен практично не коррелірованни. Переключення антен і вибір робочого каналу відбувається під управлінням АС.

Стандарт DECT передбачає ряд функцій захисту, включаючи шифрування радіосигналу і аутентифікацію портативних пристроїв зв'язку. Система ідентифікації пристроїв DECT дозволяє одному і тому ж пристрою зв'язку здійснювати доступ до декількох різних систем (наприклад, до базової станції звичайного домашнього телефону, УАТС і до системи загального доступу), а також однієї базової станції забезпечувати доступ до різних систем зв'язку. За такої організації кілька служб можуть спільно використовувати одну й ту ж саму інфраструктуру зв'язку, що дуже привабливо з економічної точки зору.

Перелік штатних послуг і процедур щодо забезпечення безпеки в системах стандарту DECT включає в себе:

• прописку АС;

• аутентифікацію АС;

• аутентифікацію БС;

• взаємну аутентифікацію АС і БС;

• аутентифікацію користувача;

• шифрування даних.

Прописка - це процес, завдяки якому система допускає конкретний АС до обслуговування. Оператор мережі або сервіс-провайдер забезпечує користувача АС секретним ключем прописки (PIN-кодом), який повинен бути введений як в БС, так і в АС до початку процедури прописки. До того, як трубка ініціює процедуру фактичної прописки, вона повинна також знати ідентифікатор БС, в яку вона повинна прописатися (з міркувань захищеності процедура прописки може бути організована навіть для системи з однієї БС). Час проведення процедури зазвичай обмежена, і ключ прописки може бути застосований лише один раз, це робиться спеціально для того, щоб мінімізувати ризик несанкціонованого використання.

Прописка в DECT може здійснюватися "по ефіру", після встановлення радіозв'язку з двох сторін відбувається верифікація того, що використовується один і той же ключ прописки. Відбувається обмін ідентифікаційної інформацією, і обидві сторони прораховують секретний аутентифікаційні ключ, який використовується для аутентифікації при кожному встановленні зв'язку. Секретний ключ аутентифікації не передається по ефіру. АС може бути прописаний на кількох базових станціях. При кожному сеансі прописки, АС прораховує новий ключ аутентифікації, прив'язаний до мережі, в яку він прописується. Нові ключі і нова інформація ідентифікації мережі додаються до списку, що зберігається в АС, який використовується в процесі з'єднання. Трубки можуть підключитися лише до тієї мережі, в яку в них є права доступу (інформація ідентифікації мережі міститься у списку).

У процесі аутентифікації будь-якого рівня використовується криптографічний процедура''запит - відповідь'', що дозволяє з'ясувати, чи відомий перевіряється стороні аутентифікаційні ключ.

Аутентифікація АС дозволяє запобігти її неправомірне використання (наприклад, з метою уникнути оплати послуг) або виключити можливість підключення викраденої чи незареєстрованої АС. Аутентифікація відбувається з ініціативи БС при кожній спробі встановлення з'єднання (вхідного та вихідного), а також під час сеансу зв'язку. Спочатку БС формує і передає запит, який містить певний постійний чи порівняно рідко змінюваний параметр (64 біта), і випадкове число (64 біта), сгенерированное для даної сесії.

Потім у БС і АС за однаковими алгоритмами з використанням аутентифікаційні ключа До обчислюється так званий аутентифікаційні відповідь (32 біта). Цей обчислений (очікуваний) відповідь в БС порівнюється з прийнятим від АС, і при збігу результатів вважається, що аутентифікація АС пройшла успішно.

Аутентифікація БС - виключає можливість неправомірного використання станції. За допомогою цієї процедури забезпечується захист службової інформації (наприклад, даних користувача), що зберігається в АС і оновлюваної за командою з БС. Крім того, блокується загроза перенаправлення викликів абонентів і даних користувача з метою їх перехоплення. Алгоритм аутентифікації БС аналогічний послідовності дій при аутентифікації АС.

Взаємна аутентифікація може здійснюватися двома способами:

• При прямому методі послідовно проводяться дві процедури аутентифікації АС і БС.

• Непрямий метод в одному випадку передбачає комбінацію двох процедур - аутентифікації АС і шифрування даних (оскільки для шифрування інформації необхідне знання аутентифікаційні ключа К), а в іншому - шифрування даних з використанням статичного ключа SCK (Static Cipher Key), відомого обох станціях.

Аутентифікація користувача дозволяє з'ясувати, чи знає користувач АС свій персональний ідентифікатор. Процедура ініціюється БС на початку виклику і може бути активізована під час сеансу зв'язку. Після того, як користувач вручну набере свій персональний ідентифікатор UPI (User Personal Identity), і в АС з його допомогою буде вирахувано аутентифікаційні ключ К, відбувається процедура, аналогічна послідовності дій при аутентифікації АС.

У всіх описаних процедурах аутентифікаційні відповідь обчислюється за аутентифікаційні запиту і ключу аутентифікації До відповідно до стандартного алгоритмом (DSAA-DECT Standard Authentication Algorithm) або будь-яким іншим алгоритмом, що відповідають вимогам безпеки зв'язку. Алгоритм DSAA є конфіденційною інформацією і поставляється за контрактом з ETSI. Використання іншого алгоритму обмежуватиме можливості абонентських станцій, так як виникнуть труднощі при роумінгу в мережах загального користування DECT.

Аутентифікаційні ключ До є похідною від однієї з двох величин або їх комбінацій, наведених нижче. Абонентський аутентифікаційні ключ UAK (User Authentication Key) довжиною до 128 біт. UAK є унікальною величиною, що міститься в реєстраційних даних користувача. Він зберігається в ПЗУ абонентської станції або в картці DAM (DECT Authentication Module). Автентичний код АС (Authentication Code) довжиною 16 - 32 біта. Він може зберігатися в ПЗУ абонентської станції або вводитися вручну, коли це потрібно для проведення процедури аутентифікації.

Необхідно відзначити, що немає принципової різниці між параметрами UAK і АС. Останній зазвичай використовується в тих випадках, коли потрібно досить часта зміна автентичного ключа. Персональний код користувача UPI (User Personal Identity) довжиною 16 - 32 біта UPI не записується в пристрої пам'яті абонентської станції, а вводиться вручну, коли це потрібно для проведення процедури аутентифікації. Ідентифікатор UPI завжди використовується разом з ключем UAK.

Шифрування даних забезпечує криптографічний захист даних і керуючої інформації, переданих по радіоканалах між БС і АС.

В АС і БС використовується загальний ключ шифрування СК (Cipher Key), на основі якого формується Шифруюча послідовність KSS (Key Stream Segments), що накладається на потік даних на передавальній стороні і знімна на приймальні. KSS обчислюється відповідно до стандартного алгоритмом шифрування DCS (DECT Standard Cipher) або будь-яким іншим алгоритмом, що відповідають вимогам криптографічного стійкості. Алгоритм DSC є конфіденційною інформацією і поставляється за контрактом з ETSI.

Залежно від умов застосування систем DECT можуть використовуватися ключі шифрування двох типів: обчислюваний - DCK (Derivation Cipher Key) - і статичний - SCK (Static Cipher Key). Статичні ключі SCK вводяться вручну абонентом, а обчислювані DCK оновлюються на початку кожної процедури аутентифікації і є похідною від автентичного ключа К. У ПЗУ абонентської станції може зберігатися до 8 ключів.

Статичний ключ зазвичай використовується в домашніх системах зв'язку. У цьому випадку SCK є унікальним для кожної пари''абонентська / базова станція'', формує домашню систему зв'язку. Рекомендується змінювати SCK один раз в 31 день (період повторення номерів кадрів), інакше ризик розкриття інформації істотно зростає.

У Європі DECT є обов'язковим стандартом, частотний діапазон DECT у всіх країнах-учасницях Європейської конференції адміністрацій пошт та електрозв'язку (CEPT) зарезервований виключно для систем підтримують цей стандарт.

Ємність - показник, що враховує напруженість абонентського трафіку, ширину використовуваного частотного діапазону і площа покриття, в Ерланг / МГц / км ²⁾ - систем DECT вище, ніж в інших цифрових систем мобільного зв'язку і становить 500 Ерланг / МГц / км ² (цей показник для систем на базі стандартів GSM і DCS-1800 дорівнює відповідно 10 і 100), іншими словами, така пропускна здатність дозволяє одночасно безвісти 10 000 розмов на 1км ^2.

Система RLL

Використання радіо як альтернативи мідному кабелю для доступу до мережі знаходить все більшу популярність. Перші системи, засновані на стільникового технології, почали експлуатуватися на початку 90-х років. Сьогодні всім очевидні переваги цього виду зв'язку щодо швидкості підключення абонентів, а також низької вартості установки і функціонування відповідних систем. Схоже, найближчим часом системи місцевої радіозв'язку (Radio in the local loop - RLL) отримають широке поширення.

Системи RLL привабливі як для відносно давно діючих операторів кабельних мереж, так і для нових конкуруючих з ними компаній, які надають послуги мереж зв'язку. Там, де кабельні мережі не отримали великого поширення, системи RLL можуть бути використані для підключення до глобальних мереж великого числа нових абонентів за значно коротший час у порівнянні з часом, необхідним для розгортання кабельної мережі. Але в той же час місцева радіозв'язок може відігравати значну роль і в місцях з розвиненою кабельної інфраструктурою зв'язку. Давно діючі оператори кабельних мереж можуть використовувати системи RLL для надання своїм абонентам додаткових ліній передачі даних, наприклад для факсимільного чи модемного зв'язку, без нарощування кабельної системи зв'язку.

Конкуруючі з ними нові постачальники послуг мереж зв'язку також могли б використовувати технологію RLL для підключення абонентів. Основна перевага тут в тому, що оператору не потрібно знати, де будуть знаходитися його клієнти. Нещодавно з'явився оператор може очікувати, що, скажімо, 10 - 15% абонентів телефонних мереж, що знаходяться на даній території, перейдуть на нове обслуговування, проте точно визначити їх він не в змозі. Використовуючи технологію RLL, оператор здатний мінімізувати попередні витрати на забезпечення обслуговування потенційних абонентів. Вагома частина мережевої інфраструктури може бути встановлена ​​(і оплачена) при підключенні абонента до мережі. У цій ситуації система RLL найбільш економічний засіб, що забезпечує обслуговування абонентів.

Системи RLL, що відповідають стандарту DECT, оптимізовані для міських і приміських територій, де щільність абонентів досить висока. При використанні спрямованих антен (на обох кінцях радіоканалу) ефективна дальність дії базової станції збільшується до 5 км. Вузол доступу DECT (базова станція RLL) містить деяке число спрямованих антен звичайно розташованих таким чином, щоб охопити всі напрямки (в горизонтальній площині). Замість беспровідні телефонів абоненти системи RLL застосовують стаціонарні пристрої доступу, які оснащені спрямованими антенами, наведеними на найближчий вузол доступу DECT. До стаціонарного пристрою доступу можуть бути підключені телефони, факсимільні апарати, модеми та інші засоби.

Нещодавно ETSI були визначені доповнення до стандарту DECT, які включають збільшену преамбулу і поліпшений механізм синхронізації, завдяки яким підвищиться стабільність параметрів сигналів DECT при їх поширенні на великі відстані і при відображеннях. Ці доповнення покликані зробити стандарт DECT більш підходящим для систем зв'язку, що працюють поза приміщеннями, включаючи засоби RLL.

В умовах середньої і великої щільності абонентів системи RLL, що відповідають стандарту DECT, стають економічно більш вигідними, ніж стільникові. "Критичною" точкою тут є щільність 20 абонентів на 1 кв. км. Одна з причин цього криється в форматі TDMA, використаному в DECT, який дозволяє одному радіопередавач підтримувати одночасно до 12 сполук. Такого не передбачає жодна інша цифрова стільникова або беспровідні технологія зв'язку.

В цілому можна сказати, що системи RLL, що відповідають стандарту DECT, краще за інших підходять для роботи в умовах середньої або високої щільності абонентів - або в містах, або в сільській місцевості, де число абонентів може бути і невелика, проте щільність розміщення досить висока. Ці системи підійдуть також абонентам, які зараз або в майбутньому захочуть використовувати лінії зв'язку для передачі даних або для роботи з мережею ISDN.

Система WLL

Для операторів, що надають послуги зв'язку особливий інтерес представляє використання DECT в бездротових місцевих мережах зв'язку (Wireless Local Loop - WLL). Йдеться про організацію "останньої милі" підключення абонентів до телекомунікаційних мереж загального користування. Таке рішення може бути використано як в міських умовах, так і селищах і селах. При цьому для повноцінного використання можливостей DECT, бажано наявність місць із досить високою щільністю абонентів. Для WLL-систем не завжди зручно підключати пристрої доступу в дротовому варіанті.

Важливим властивістю WLL-cистем є малий час розгортання. Це, зокрема, пов'язано з тим, що відпадає необхідність в риття траншей, укладанні кабелю, а також внутрішньої розводці телефонних проводів в будівлі.

Структура DECT-систем

Контролер призначений для поєднання системи DECT із зовнішніми мережами, наприклад, міський та / або АТС. При цьому ЦКС, як правило, забезпечує перетворення протоколів сигналізації між АТС і системою DECT. У деяких випадках для цих цілей використовуються спеціальні пристрої - конвертери протоколів. Крім того, в ЦКС здійснюється перетворення мовної інформації ADPCM в PCM при сполученні з цифровим інтерфейсам і ADPCM в аналоговий сигнал при сполученні з аналоговим інтерфейсів.

БС - Базова станція (в іноземній літературі вони називаються Radio Fixed Part) забезпечують необхідну радіопокриття. БС підключається до контролера по одній або двох парах проводів. Базова станція є приймач, що забезпечує одночасну роботу по 4 - 12 каналам, що працює на дві просторово рознесені антени. БС виконуються у двох варіантах - для внутрішнього і зовнішнього розміщення.

УД - Пристрої доступу являють собою мобільну слухавку або стаціонарний абонентський термінал, який іноді іменується "радіорозетку".

Для збільшення зони покриття базової станції може також застосовуватися ретранслятор (репитер).

Організація пикосотовой мережі

Як було сказано, в DECT відсутня частотне планування, але є територіальне. Це означає, що необхідно розрахувати зону впевненого прийому сигналів БС і АС в залежності від стану і рельєфу місцевості. DECT відноситься до пикосотовой системам, отже, радіуси сот в місті, як правило, не перевищують 300 - 500 м, а самі соти обмежені оточуючими будівлями. Усередині будинків зона дії БС ще менше і зазвичай становить кілька десятків метрів (довжина коридору). У сільській місцевості, де перешкод на шляху поширення радіохвиль менше, дальність зв'язку може зрости до декількох кілометрів.

При розгортанні системи визначають необхідну кількість БС і місця їх розміщення на місцевості. Кількість БС впливає на загальну вартість системи, на якість радіопокриття території, що обслуговується і здатність системи забезпечити необхідний трафік. Аналіз двох останніх параметрів допомагає визначити оптимальне число БС, причому в одному випадку головним параметром може виявитися зона охоплення радіотелефонного зв'язком, в іншому - забезпечення трафіку. Структура пикосотовой мережі включає в себе компоненти: базові станції, що керують роботою всієї системи в цілому, абонентські термінали (мобільні телефони або стаціонарні апарати). Базові станції (БС) через відповідний інтерфейс підключаються до засновницької міні - АТС. При цьому використовується цифровий канал зв'язку стандарту DECT. АТС в свою чергу підключається до міської телефонної мережі. При цьому використовується аналогова абонентська лінія або цифровий канал зв'язку.

Для організації пикосотовой мережі на певній території базові станції встановлюються з таким розрахунком, щоб вони могли забезпечити радіозв'язком всю територію. Базові станції встановлюються послідовно на відстані від 100 до 600 метрів один від одного (в приміщеннях дальність дії базової станції зазвичай близько 50 метрів). Таке розташування базових станцій дозволяє абонентам мережі завжди і в будь-якому місці через найближчу БС мати доступ до радіозв'язку. Під час зв'язку абонент може переміщатися із зони дії однієї БС в зону дії іншої БС, при цьому зв'язок не розривається і трубка буде сама вибирати найменш зашумлений вільний канал. Розвиток мережі може плануватися довільно: частотне планування відсутня, мережа розширюється шляхом включення нових базових станцій і трубок. Мережа DECT може охоплювати територію від квартири до великого міста. Апаратура DECT найменш небезпечна для здоров'я. Максимальна випромінювана потужність - 10мВт (для порівняння: в GSM потужність сягає 2Вт). Як приклад розглянемо зону обслуговування міста Тольятті. Телефонна компанія "Лелека" змонтувала і запустила в експлуатацію мережу технології DECT на 3000 абонентів. Для цього змонтовано 7 базових станцій на території міста Тольятті. До кінця року буде змонтовано ще 10 базових станцій і кількість абонентів буде доведено до 9000. Всього планується встановити 64 базових станцій на 32 000 абонентів.

Профілі додатків DECT

У профілях додатків містяться додаткові специфікації, що визначають як ефірний інтерфейс DECT повинен бути використаний в конкретних програмах. Стандартні повідомлення і суб-протоколи були створені з набору засобів базового стандарту і підстроєні під конкретні програми з метою забезпечення максимальної сумісності обладнання DECT від різних виробників. Крім самих профілів ETSI також розробив специфікації тестів на відповідність профілю, що дозволяють проводити всебічне тестування устаткування DECT, претендує на задоволення вимог профілю. Профілі додатків визначають додаткову специфікацію протокольного стека DECT для конкретних додатків. Хоча базовий стандарт DECT, певний в ETS 300175, забезпечує можливість реалізації широкого спектру послуг, основна мета профілів програми - забезпечити сумісність обладнання різних виробників. Існують такі основні профілі DECT, певні ETSI:

• GAP (Generic Access Profile);

• CAP (CTM Access Profile);

• IAP і IIP (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 як основний профіль доступу був розроблений для таких додатків DECT як домашні і офісні системи. GAP є головним профілем доступу DECT, призначеним для використання в системах, що підтримують телефонні послуги незалежно від типу приєднаної мережі. Він визначає мінімум необхідних вимог до АС і БС, що забезпечують їх сумісність. У GAP визначено процедури для встановлення та руйнування вхідних і вихідних з'єднань, для підтримки мобільності, включаючи роумінг.

Хоча стандарт DЕCT визначає технологію радіодоступу, що забезпечує мобільність, у ньому не розглянуті мережні аспекти системи. Тому технологія DECT може бути використана для доступу в будь-мережі. GIP описує спосіб підключення мереж DECT до мережі GSM. Такий доступ забезпечується інтерфейсом до мережі GSM (до M S C). При цьому мережа GSM сприймає DECT як систему базових станцій (B S C).

Використання цього профілю забезпечує дві переваги. По-перше, з'явилася можливість будівництва мобільних мереж DECT на основі наземної інфраструктури мереж GSM. При цьому істотно знижуються витрати на створення інфраструктури сеті DECT оскільки мережі GSM мають практично глобальне поширення і постійно збільшують охоплення територій. По-друге, для операторів мереж GSM з'явилася можливість використання мобільних терміналів дуальних GSM / DECT для збільшення трафіку, оскільки мережі DECT підтримують дуже високу щільність трафіку. Мережі, побудовані на основі DECT і GSM, володіють такими якостями, як висока щільність трафіку для малорухомих абонентів у місцях найбільшого скупчення абонентів за рахунок підсистеми базових станцій D ECT, велика площа радіопокриття та висока мобільність за рахунок підсистеми базових станцій GSM.

В даний час розглядається інший спосіб взаємодії мереж GSM і DE CT через ISDN мережі. Цей підхід заснований на протоколі DSS1 +, що є розширенням протоколу DSS1. При розробці протоколів стандарту DECT було враховано багатий досвід, накопичений при створенні протоколів для мереж ISDN. Тому передбачається тісна взаємодія ISDN і DECT. Така взаємодія визначається профілями I AP і IIP. Обидва профілю підтримують однаковий набір послуг. Основна відмінність між ними полягає у способі з'єднання.

Перший з них орієнтований на доступ до послуг мережі ISDN допомогою стандартного терміналу DECT. При цьому з боку мережі ISDN термінал DECT видно як звичайний термінал ISDN з відповідними можливостями. Переваги даного профілю полягають в тому, що для отримання послуг ISDN використовується тільки один трафіковий канал DECT. Інформаційний канал ISDN (У канал) шириною 64 Кбіт / с передається в канал "даних користувача" DECT шляхом перетворення кодування РСМ в AD P CM. Очевидно, що цей профіль може обслуговувати тільки мовні термінали.

Другий профіль (IIP) називається профілем проміжної системи і використовується для підключення стандартного терміналу ISDN до мережі ISDN допомогою радіоінтерфейсу DECT. При цьому з'являється можливість підключення і терміналів передачі даних на швидкості до 64 кбіт / с. Недоліком цього профілю є неефективне використання радіоспектра. Для організації інформаційного каналу використовуються два трафікових каналу DECT. Крім того, для відображення каналу сигналізації (D каналу ISDN) виділяється ще один канал. Таким чином, для одного з'єднання використовуються 3 трафікових каналу DECT.

В рамках цього профілю можлива організація стандартної канальної структури 2B + D базового доступу ISDN шляхом виділення 5 трафікових каналів DECT. При цьому DECT забезпечує стандартне мережне закінчення ISDN з інтерфейсом SO. Перевагою даного профілю є можливість використання кожного стандартного терміналу ISDN, в тому числі і терміналів передачі даних.

Для систем абонентського радіодоступу (WLL) на основі технології DECT розроблений профіль RAP. RAP визначає протоколи і методи надання послуг мереж загального користування кінцевим користувачам з використанням технології DECT. RAP визначає два типи сервісу:

• базові телефонні послуги, включаючи передачу даних за допомогою модемів на швидкостях аж до V.34;

• широкосмугові послуги, включаючи ISDN і передачу даних з комутацією пакетів.

Послуги надаються через стандартну АС DECT, аналогічно ISDN.

У зв'язку з тим, що WLL на основі DECT користуються великою популярністю у світі, в ETSI розглядається питання про розширення можливостей стандарту DECT з підтримки віддалених терміналів (більше 5 км). На даний момент пропонується механізм "удосконаленої схеми синхронізації", що забезпечує зв'язок на відстані до 16 км. Гідність цієї пропозиції полягає в збереженні сумісності з існуючими системами. Таким чином, DECT є дуже привабливою технологією для створення систем WLL з точки зору економічної ефективності, простоти планування, монтажу та експлуатації.

Для побудови мереж доступу на основі технології DECT визначено профіль доступу в мережі мобільних терміналів (ВТМ). СТМ забезпечує роумінг терміналів між мережами доступу DECT. У місцях, де забезпечується радіопокриття DECT системою (домашньої, офісної або загального користування), бездротовий телефон може обслуговувати як вхідні, так і вихідні дзвінки. При цьому мобільний термінал реєструється тільки в одній системі з одним телефонним номером. Таким чином, забезпечується зв'язок в будь-якому місці, де присутня DECT система. Причому для терміналу у всіх мережах зберігається один і той самий мережевий номер, тому вхідні дзвінки не губляться.

Основна відмінність CAP від GIP полягає в тому, що СТМ забезпечує мобільність не тільки в межах мережі GSM, але може взаємодіяти з будь-якою мережею, що підтримує мобільність. Прикладами таких мереж є мережі ISDN з розширенням підтримки мобільності (протокол DSSI +) і мережі ОКС-7 (INAP і MAP). Треба зазначити, що CAP є надбезліччю GAP, що забезпечує сумісність з GAP терміналами, тобто зберігається наступність між GAP і CAP.

Інтеграція DECT систем з мережами передачі даних (СПД) забезпечує користувачам СПД нова якість - мобільність. Так як існує велика різноманітність СПД, то ETSI визначив ряд профілів передачі даних DSP, які відрізняються по наданих послуг і ступеня мобільності. За ступенем мобільності профілі поділяються на два класи:

• без підтримки мобільності в межах однієї БС;

• з підтримкою мобільності у приватних мережах і мережах загального користування.

За надаються профілі передачі даних діляться на 6 типів:

• низкоскоростная передача даних з frame relay (до 24,6 Кбіт / с);

• високошвидкісна передача даних з frame relay (до 552 Кбіт / с, в майбутньому - до 2 Мбіт / с);

• передача даних на основі комутації пакетів;

• прозора передача даних;

• передача коротких повідомлень з / без підтвердження;

• послуги телесервісу (наприклад, FAX).

DMAP розроблений в першу чергу для організації бездротового доступу в мережі Internet через ISDN мережі і підтримки мовних терміналів і терміналів передачі даних DECT. Тому базується DMAP на протоколах ISDN, GAP і DSP. Цей профіль тісно пов'язаний з комп'ютерною технологією, зокрема ноутбуками. Тому для забезпечення сумісності і спрощення доступу в терміналі емулюється клієнт CAP I (v. 1.1/2.0), а в базовій станції - сервер CAP I. DPRS створює основу для сполучення всіх послуг бездротового пакетної передачі даних, що надаються через інтерфейс DECT, незалежно від того, в якому додатку (домашній сектор, домашній офіс, малий офіс, корпоративний сектор, системи загального користування) використовується цей продукт, і, отже, значно підштовхне розвиток ринку DECT-продуктів передачі даних.

Особливості сполучення систем DECT із зовнішніми мережами

Як уже неодноразово зазначалося вище, стандарт DECT - це одне з останніх досягнень в області цифрових комунікацій. Найбільш ефективно системи DECT працюють при сполученні саме з цифровими мережами. Проте на даний момент досить типовою є ситуація, коли устаткування DECT необхідно підключати по аналогових абонентських ліній. Особливо це характерно для домашніх радіотелефонів і офісних систем невеликої ємності. Слід зазначити, що і для систем WLL у Росії зараз слід орієнтуватися на аналогові АЛ. Структура комутаційного устаткування ГАТС в цілому по Росії така, що тільки близько 32% АТС цифрові, а 50% - координатні і 18% ще декадно-крокові. Крім того, велике розмаїття типів СЛ вітчизняних АТС і цілком певні, характерні для імпортного обладнання, протоколи сполучення систем DECT із зовнішніми мережами (R2, V5.1, V5.2, EDSS-1 і для окремих систем 2-х дротяні АЛ) викликають необхідність використання конвертерів і протоколів.

Правильний вибір комплексу устаткування: конвертер протоколів і система DECT, дозволяє оптимізувати показник ціна - якість. Практика розгортання різноманітних систем показала, що з великого числа наявних на ринку конвертерів протоколів найперспективнішими є рішення на базі комутатора "Граніт - К".

Переваги вибору DECT

Якість провідної лінії зв'язку - 32k ADPCM.

Найвища швидкість передачі даних серед всіх TDMA-стандартів.

Можливість створення різних систем на основі DECT:

• домашні беспровідні многотрубочние системи, які також підходять для малого офісу,

• мікростільникові бездротові корпоративні системи (офісні і установчі АТС із радіодоступом),

• мікростільникові системи загального користування (ВТМ),

• системи фіксованого радіодоступу (WLL) та ін

Співіснування різних некоордініруемих DECT-систем в загальному частотному діапазоні без необхідності частотного планування Працює обладнання різних виробників (при наявності GAP).

Забезпечення переходу з соти в стільнику без розриву з'єднання (хендовер).

Можливість обслуговування однієї трубки в різних мережах (приватних та загального користування).

Забезпечення великого трафіку - до 10,000 Ерл / км ^2.

Сумісність з іншими радіосистемами Відсутність каналу управління - стійкість до радіоперешкод.

Низький рівень випромінювання - безпека для здоров'я.

Основні відомості про стандарт GSM-900

Загальні характеристики стандарту GSM

У відповідності до рекомендації СЕРТ 1980 р., що стосується використання спектра частот рухомого зв'язку в діапазоні частот 862 - 960 МГц, стандарт GSM на цифрову загальноєвропейську (глобальну) стільниковий систему наземної рухомого зв'язку передбачає роботу передавачів у двох діапазонах частот: 890 - 915 МГц (для передавачів рухливих станцій - MS), 935 - 960 МГц (для передавачів базових станцій - BTS). У стандарті GSM використовується вузькосмуговий Багатостанційний доступ з тимчасовим поділом каналів (NB T D MA). У структурі T D MA кадру міститься 8 тимчасових позицій на кожній з 124 несучих. Для захисту від помилок у радіоканалах при передачі інформаційних повідомлень застосовується блокове і сверточное кодування з перемежением. Підвищення ефективності кодування і перемеження при малій швидкості переміщення рухливих станцій досягається повільним перемиканням робочих частот (SFH) у процесі сеансу зв'язку зі швидкістю 217 стрибків у секунду. Для боротьби з інтерференційними завмираннями прийнятих сигналів, викликаними багатопроменевим поширенням радіохвиль в умовах міста, в апаратурі зв'язку використовуються еквалайзери, що забезпечують вирівнювання імпульсних сигналів зі середньоквадратичним відхиленням часу затримки до 16 мкс.

Система синхронізації розрахована на компенсацію абсолютного часу затримки сигналів до 233 мкс, що відповідає максимальній дальності зв'язку або максимальному радіусу осередки (соти) 35 км. У стандарті GSM вибрана гауссовских частотна маніпуляція з мінімальним частотним зрушенням (GMSK). Обробка мови здійснюється в рамках прийнятої системи переривчастої передачі мови (DTX), що забезпечує включення передавача тільки при наявності мовного сигналу і відключення передавача в паузах і наприкінці розмови. Як речепреобразующего пристрою обраний мовний кодек з регулярним імпульсним збудженням, довготривалим прогнозом і лінійним предикативним кодуванням з прогнозом (RPE / LTR-LTP-кодек). Загальна швидкість перетворення мовного сигналу - 13 кбіт / с. У стандарті GSM високий ступінь безпеки передачі повідомлень здійснюється шифруванням повідомлень за алгоритмом шифрування з відкритим ключем (RSA).

В цілому система зв'язку, що діє в стандарті GSM, розрахована на її використання в різних сферах. Вона надає користувачам широкий діапазон послуг і можливість застосовувати різноманітне обладнання для передачі мовних повідомлень і даних, викличних та аварійних сигналів; підключатися до телефонних мереж загального користування (PSTN), мереж передачі даних (PDN) і цифрових мереж з інтеграцією служб (ISDN).

Основні характеристики стандарту GSM:

• Частоти передачі мобільної станції прийому базової станції, МГц - 890 - 915.

• Частоти прийому рухомий станції і передачі базової станції, МГц - 935 - 960.

• Дуплексний рознос частот прийому і передачі, МГц - 45.

• Швидкість передачі повідомлень в радіоканалі, кбіт / с - 270, 833.

• Швидкість перетворення мовного кодека, кбіт / с - 13.

• Ширина смуги каналу зв'язку, кГц - 200.

• Максимальна кількість каналів зв'язку - 124.

• Максимальна кількість каналів, організованих у базовій станції - 16 - 20.

• Вид модуляції - GMSK.

• Індекс модуляції - ВТ 0,3

• Ширина смуги предмодуляціонного гауссовского фільтра, кГц - 81,2.

• Кількість стрибків по частоті в секунду - 217.

• Тимчасовий рознесення в інтервалах T D MA кадру (передача / прийом) для мобільної станції - 2.

• Вид мовного кодека - RPE / LTP.

• Максимальний радіус стільники, км - до 35.

• Схема організації каналів комбінована - TDMA / FDMA.

Структурна схема і склад устаткування мереж зв'язку

Функціональне побудова та інтерфейси, прийняті в стандарті GSM, ілюструються структурною схемою, на якій MSC (Mobile Switching Centre) - центр комутації мобільного зв'язку; BSS (Base Station System) - обладнання базової станції; ОМС (Operations and Maintenance Centre) - центр управління і обслуговування; MS (Mobile Stations) - рухливі станції. Функціональне сполучення елементів системи здійснюється поруч інтерфейсів. Усі функціональні мережеві компоненти в стандарті GSM взаємодіють відповідно до системи сигналізації МККТТ SS N 7 (CCITT SS. № 7).

Центр комутації мобільного зв'язку обслуговує групу сотень і забезпечує всі види з'єднань, в яких потребує процесі роботи рухлива станція. MSC аналогічний ISDN комутаційної станції і являє собою інтерфейс між фіксованими мережами (PSTN, PDN, ISDN і т.д.) і мережею рухомого зв'язку. Він забезпечує маршрутизацію викликів і функції управління викликами. Крім виконання функцій звичайної ISDN комутаційної станції, на MSC покладаються функції комутації радіоканалів. До них відносяться "естафетна передача", в процесі якої досягається безперервність зв'язку при переміщенні рухомий станції з соти в стільнику, і переключення робочих каналів в соте при появі перешкод або несправності.

Кожен MSC забезпечує обслуговування рухомих абонентів, розташованих в межах певної географічної зони (наприклад, Москва і область). MSC управляє процедурами встановлення виклику і маршрутизації. Для телефонної мережі загального користування (PSTN) MSC забезпечує функції сигналізації по протоколу SS № 7, передачі виклику або інші види інтерфейсів відповідно до вимог конкретного проекту. MSC формує дані, необхідні для виписки рахунків за надані мережею послуги зв'язку, накопичує дані по відбувся розмовам і передає їх у центр розрахунків (біллінг-центр). MSC становить також статистичні дані, необхідні для контролю роботи та оптимізації мережі. MSC підтримує також процедури безпеки, які застосовуються для управління доступами до радіоканалах.

MSC не тільки бере участь в управлінні викликами, але також управляє процедурами реєстрації місцеположення і передачі управління, крім передачі управління у підсистемі базових станцій (BSS). Реєстрація розташування рухливих станцій необхідна для забезпечення доставки виклику переміщається рухомим абонентам від абонентів телефонної мережі загального користування або інших рухомих абонентів. Процедура передачі виклику дозволяє зберігати з'єднання та забезпечувати ведення розмови, коли рухлива станція переміщається з однієї зони обслуговування в іншу. Передача викликів в стільниках, керованих одним контролером базових станцій (BSC), здійснюється цим BSC. Коли передача викликів здійснюється між двома мережами, керованими різними BSC, то первинне управління здійснюється в MSC. У стандарті GSM також передбачені процедури передачі виклику між мережами (контролерами), що відносяться до різних MSC. Центр комутації здійснює постійне стеження за рухомими станціями, використовуючи регістри положення (HLR) і переміщення (VLR). У HLR зберігається та частина інформації про місцезнаходження будь-якої рухливої ​​станції, яка дозволяє центру комутації доставити виклик станції. Регістр HLR містить міжнародний ідентифікаційний номер рухомого абонента (IMSI). Він використовується для впізнання мобільної станції в центрі аутентифікації (AUC).

Практично HLR є довідкову базу даних про постійно прописаних у мережі абонентах. У ній містяться розпізнавальні номери і адреси, а також параметри автентичності абонентів, склад послуг зв'язку, спеціальна інформація про маршрутизації. Ведеться реєстрація даних про роумінгу (блуканні) абонента, включаючи дані про тимчасове ідентифікаційний номер рухомого абонента (TMSI) і відповідному VLR.

До даних, що містяться в HLR, мають дистанційний доступ все MSC і VLR мережі і, якщо в мережі є кілька HLR, в базi даних міститься лише один запис про абонента, тому кожен HLR являє собою певну частину загальної бази даних мережі про абонентів. Доступ до бази даних про абонентів здійснюється за номером IMSI або MSISDN (номером рухомого абонента в мережі ISDN). До бази даних можуть отримати доступ MSC чи VLR пов'язані з інших мереж, в рамках забезпечення межсетевого роумінгу абонентів.

Друге основне пристрій, що забезпечує контроль за пересуванням рухомий станції із зони в зону, - регістр переміщення VLR. З його допомогою досягається функціонування мобільної станції за межами зони, контрольованої HLR. Коли в процесі переміщення рухлива станція переходить із зони дії одного контролера базової станції BSC, що об'єднує групу базових станцій, в зону дії іншого BSC, вона реєструється новим BSC, і в VLR заноситься інформація про номер галузі зв'язку, яка забезпечить доставку викликів.

Для збереження даних, що знаходяться в HLR і VLR, у разі збоїв передбачений захист пристроїв пам'яті цих регістрів. VLR містить такі ж дані, як і HLR, проте ці дані містяться в VLR тільки до тих пір, поки абонент знаходиться в зоні, контрольованій VLR.

Склад тимчасових даних, що зберігаються в HLR і VLR

У мережі рухомого зв'язку GSM стільники групуються в географічні зони (LA), яким присвоюється свій ідентифікаційний номер (LAC). Кожен VLR містить дані про абонентів у кількох LA. Коли рухливий абонент переміщається з однієї LA в іншу, дані про його місце розташування автоматично оновлюються в VLR. Якщо стара і нова LA перебувають під управлінням різних VLR, то дані на старому VLR стираються після їх копіювання у новий VLR. Поточна адреса VLR абонента, що міститься в HLR, також оновлюється. VLR забезпечує також привласнення номери "блукає" рухомий станції (MSRN). Коли рухлива станція приймає вхідний дзвінок, VLR вибирає його MSRN і передає його на MSC, який здійснює маршрутизацію цього виклику до базових станцій, що знаходяться поруч з рухомим абонентом.

VLR також розподіляє номери передачі управління при передачі з'єднань від одного MSC до іншого. Крім того, VLR управляє розподілом нових TMSI і передає їх в HLR. Він також управляє процедурами встановлення автентичності під час обробки виклику. За рішенням оператора TMSI може періодично змінюватися для ускладнення процедури ідентифікації абонентів. Доступ до бази даних VLR може забезпечуватися через IMSI, TMSI або MSRN. У цілому VLR являє собою локальну базу даних про рухомий абонента для тієї зони, де знаходиться абонент, що дозволяє виключити постійні запити в HLR і скоротити час на обслуговування дзвінків.

Для виключення несанкціонованого використання ресурсів системи зв'язку вводяться механізми аутентифікації - посвідчення дійсності абонента. Центр аутентифікації складається з декількох блоків і формує ключі і алгоритми аутентифікації. З його допомогою перевіряються повноваження абонента і здійснюється його доступ до мережі зв'язку. AUC приймає рішення про параметри процесу аутентифікації і визначає ключі шифрування абонентських станцій на основі бази даних, зосередженої в регістрі ідентифікації устаткування (EIR - Equipment Identification Register).

Кожен рухливий абонент на час користування системою зв'язку одержує стандартний модуль дійсності абонента (SIM), який містить: міжнародний ідентифікаційний номер (IMSI), свій індивідуальний ключ аутентифікації (Ki), алгоритм аутентифікації (A3). За допомогою записаної в SIM інформації в результаті взаємного обміну даними між мобільною станцією і мережею здійснюється повний цикл аутентифікації і дозволяється доступ абонента до мережі.

Процедура перевірки мережею дійсності абонента реалізується в такий спосіб. Мережа передає випадковий номер (RAND) на рухому станцію. На ній за допомогою Ki і алгоритму аутентифікації A3 визначається значення відгуку (SRES), тобто SRES = Ki * [RAND]. Рухлива станція посилає обчислене значення SRES у мережу, яка звіряє значення, прийняте SRES, зі значенням SRES, обчисленим мережею. Якщо обидва значення збігаються, рухлива станція приступає до передачі повідомлень. В іншому випадку зв'язок переривається, і індикатор рухливої ​​станції показує, що упізнання не відбулося. Для забезпечення секретності обчислення SRES відбувається в рамках SIM. Несекретная інформація (наприклад, Ki) не піддається обробці в модулі SIM.

EIR - регістр ідентифікації устаткування, містить централізовану базу даних для підтвердження автентичності міжнародного ідентифікаційного номера обладнання мобільної станції (I ME I). Ця база даних відноситься виключно до обладнання мобільної станції.

База даних EIR складається зі списків номерів IMEI, організованих наступним чином:

• Білий список - містить номери IMEI, про які є відомості, що вони закріплені за санкціонованими рухливими станціями.

• Чорний список - містить номери IMEI рухливих станцій, які викрадені або яким відмовлено в обслуговуванні з іншої причини.

• Сірий список - містить номери IMEI рухливих станцій, у яких існують проблеми, виявлені за даними програмного забезпечення, що не є підставою для внесення в "чорний список". До бази даних EIR отримують дистанційний доступ MSC даної мережі, а також MSC інших рухомих мереж.

Як і у випадку з HLR, мережа може мати більше одного EIR, при цьому кожен EIR управляє певними групами IMEI. До складу MSC входить транслятор, який при отриманні номера IMEI повертає адресу EIR, керуючий відповідною частиною бази даних про устаткування.

IWF - функціональний міжмережевий стик, є однією із складових частин MSC. Він забезпечує абонентам доступ до засобів перетворення протоколу і швидкості передачі даних так, щоб можна було передавати їх між його термінальним обладнанням (DIE) мережі GSM і звичайним термінальним обладнанням фіксованої мережі. Функціональний міжмережевий стик також "виділяє" модем зі свого банку обладнання для сполучення з відповідним модемом фіксованої мережі. IWF також забезпечує інтерфейси типу прямого з'єднання для обладнання, що поставляється клієнтам, наприклад, для пакетної передачі даних PAD за протоколом Х. 25.

ЄС - ехоподавітель, використовується в MSC з боку PSTN для всіх телефонних каналів (незалежно від їх протяжності) через фізичних затримок в трактах поширення, включаючи радіоканал, мереж GSM. Типовий ехоподавітель може забезпечувати придушення в інтервалі 68 мілісекунд на ділянці між виходом ЄС і телефоном фіксованого телефонного мережі. Загальна затримка в каналі GSM при поширенні в прямому і зворотному напрямках, викликана обробкою сигналу, кодуванням / декодуванням мови, канальним кодуванням і т.д., становить близько 180 мс. Ця затримка була б непомітна рухливому абоненту, якби в телефонний канал не був включений гібридний трансформатор з перетворенням тракту з двухпроводного на чотирьохпровідний режим. Його установка необхідна в MSC, оскільки стандартне з'єднання з PSTN є двопровідним. При з'єднанні двох абонентів фіксованої мережі луна-сигнали відсутні. Без включення ЄС затримка від поширення сигналів в тракті GSM викликатиме роздратування у абонентів, переривати мову і відволікати увагу.

ОМС - центр експлуатації та технічного обслуговування, є центральним елементом мережі GSM, який забезпечує контроль і керування іншими компонентами мережі та контроль якості її роботи. ОМС з'єднується з іншими компонентами мережі GSM каналами пакетної передачі протоколу Х. 25. ОМС забезпечує функції обробки аварійних сигналів, призначених для оповіщення обслуговуючого персоналу, і реєструє відомості про аварійні ситуації в інших компонентах мережі. Залежно від характеру несправності ОМС дозволяє забезпечити її усунення автоматично або при активному втручанні персоналу. ОМС може забезпечити перевірку стану обладнання мережі та проходження виклику рухомий станції. ОМС дозволяє робити керування навантаженням у мережі. Функція ефективного управління включає збір статистичних даних про навантаження від компонентів мережі GSM, записи їх у дискові файли та виведення на дисплей для візуального аналізу. ОМС забезпечує управління змінами програмного забезпечення і базами даних про конфігурацію елементів мережі. Завантаження програмного забезпечення в пам'ять може проводитися з ОМС в інші елементи мережі або з них в ОМС.

NMC - центр управління мережею, дозволяє забезпечувати раціональне ієрархічне управління мережею GSM. Він забезпечує експлуатацію та технічне обслуговування на рівні всієї мережі, підтримуваної центрами ОМС, які відповідають за управління регіональними мережами. NMC забезпечує управління трафіком в усій мережі і забезпечує диспетчерське управління мережею при складних аварійних ситуаціях, як, наприклад, вихід з ладу або перевантаження вузлів. Крім того, він контролює стан пристроїв автоматичного управління, задіяних в устаткуванні мережі, і відображає на дисплеї стан мережі для операторів NMC. Це дозволяє операторам контролювати регіональні проблеми і, при необхідності, надавати допомогу ОМС, відповідальній за конкретний регіон. Таким чином, персонал NMC знає стан всієї мережі і може дати вказівку персоналу ОМС змінити стратегію рішення регіональної проблеми.

NMC концентрує увагу на маршрутах сигналізації і з'єднаннях між вузлами з тим, щоб не допускати умов для виникнення перевантаження в мережі. Контролюються також маршрути з'єднань між мережею GSM і PSTN щоб уникнути поширення умов перевантаження між мережами. При цьому персонал NMC координує питання управління мережею з персоналом інших NMC. NMC забезпечує також можливість управління трафіком для мережного устаткування підсистеми базових станцій (BSS). Оператори NMC в екстремальних ситуаціях можуть задіяти такі процедури управління, як "пріоритетний доступ", коли тільки абоненти з високим пріоритетом (екстрені служби) можуть отримати доступ до системи. NMC може брати на себе відповідальність у якомусь регіоні, коли місцевий ОМС є не обслуговуються, при цьому ОМС діє в якості транзитного пункту між NMC та обладнанням мережі. NMC забезпечує операторів функціями, аналогічними функціям ОМС. NMC є також важливим інструментом планування мережі, так як NMC контролює мережу і її роботу на мережевому рівні, а отже, забезпечує планувальників мережі даними, що визначають її оптимальний розвиток.

BSS - обладнання базової станції, складається з контролера базової станції (BSC) і приймально-передавальних базових станцій (BTS). Контролер базової станції може керувати кількома приймально-передавальними блоками. BSS управляє розподілом радіоканалів, контролює сполуки, регулює їх черговість, забезпечує режим роботи з стрибає частотою, модуляцію і демодуляцію сигналів, кодування і декодування повідомлень, кодування мови, адаптацію швидкості передачі для мовлення, даних і виклику, визначає черговість передачі повідомлень персонального виклику.

BSS спільно з MSC, HLR, VLR виконує деякі функції, наприклад: звільнення каналу, головним чином, під контролем MSC, але MSC може запросити базову станцію забезпечити звільнення каналу, якщо виклик не проходить через радіоперешкод. BSS і MSC спільно здійснюють пріоритетну передачу інформації для деяких категорій рухомих станцій.

Тсе - транскодер, забезпечує перетворення вихідних сигналів каналу передачі мови і даних MSC (64 кбіт / с ІКМ) до виду, відповідному рекомендаціям GSM радіопослуга (рек. GSM 04.08). Відповідно до цих вимог швидкість передачі мови, представленої в цифровій формі, становить 13 кбіт / с. Цей канал передачі цифрових мовних сигналів називається "полноскоростной". Стандартом передбачається в перспективі використання напівшвидкісні мовного каналу (швидкість передачі 6,5 кбіт / с). Зниження швидкості передачі забезпечується застосуванням спеціального речепреобразующего пристрою, що використовує лінійне Предикативне кодування (LPC), довгострокове передбачення (LTP), залишкове пульсуюче збудження (RPE - іноді називається RELP). Транскодер звичайно розташовується разом з MSC. Тоді передача цифрових повідомлень у напрямку до контролера базових станцій BSC ведеться з додаванням до потоку (зі швидкістю передачі 13 Кбіт / с) додаткових бітів (стафінгованіе) до швидкості передачі даних 16 кбіт / с. Потім здійснюється ущільнення з кратністю 4 в стандартний канал 64 кбіт / с. Так формується певна Рекомендаціями GSM 30-канальна лінія ІКМ, що забезпечує передачу 120 мовних каналів. Шістнадцятий канал (64 кбіт / с), "тимчасове вікно" виділяється окремо для передачі інформації сигналізації і часто містить трафік SS N7 або LAPD. В іншому каналі (64 кбіт / с) можуть передаватися також пакети даних, узгоджувалися з протоколом X.25 МККТТ. Таким чином, результуюча швидкість передачі за вказаною інтерфейсу становить 30х64 кбіт / с + 64 кбіт / с + 64 кбіт / с = 2048 Кбіт / с.

MS - рухлива станція, складається з устаткування, яке служить для організації доступу абонентів мереж GSM до існуючих фіксованих мереж електрозв'язку. В рамках стандарту GSM прийняті п'ять класів рухливих станцій від моделі 1-го класу з вихідною потужністю 20 Вт, що встановлюється на транспортному засобі, до портативної моделі 5-го класу, максимальною потужністю 0,8 Вт (табл. 2). При передачі повідомлень передбачається адаптивна регулювання потужності передавача, що забезпечує необхідну якість зв'язку. Рухливий абонент і станція незалежні один від одного. Як уже зазначалося, кожен абонент має свій міжнародний ідентифікаційний номер (IMSI), записаний на його інтелектуальну картку. Такий підхід дозволяє встановлювати радіотелефони, наприклад, у таксі і автомобілях, які здаються на прокат. Кожній рухомий станції також присвоюється свій міжнародний ідентифікаційний номер (IMEI). Цей номер використовується для запобігання доступу до мереж GSM викраденої станції або станції без повноважень.

Таблиця 2.

Класифікація класів потужності рухливих станцій.

Мережеві та радіоінтерфейси

При проектуванні цифрових стільникових систем рухомого зв'язку стандарту GSM розглядаються інтерфейси трьох видів: для з'єднання з зовнішніми мережами; між різним обладнанням мереж GSM; між мережею GSM і зовнішнім обладнанням.

Інтерфейси з зовнішніми мережами

З'єднання з PSTN

З'єднання з телефонною мережею загального користування здійснюється MSC по лінії зв'язку 2 Мбіт / с відповідно до системи сигналізації SS N 7. Електричні характеристики 2 Мбіт / с інтерфейсу відповідають Рекомендаціям МККТТ G.732.

З'єднання з ISDN

Для з'єднання з створюваними мережами ISDN передбачаються чотири лінії зв'язку 2 Мбіт / с, підтримувані системою сигналізації SS N 7 і відповідають Рекомендаціям Блакитний книги МККТТ Q.701-Q.710, Q.711-Q.714, Q.716, Q.781 , 0.782, 0.791, 0.795, 0.761 - 0.764, 0.766.

З'єднання з існуючою мережею NMT-450

Центр комутації мобільного зв'язку з'єднується з мережею NMT-450 через чотири стандартні лінії зв'язку 2 Мбіт / с та системи сигналізації SS N7. При цьому повинні забезпечуватися вимоги Рекомендацій МККТТ по підсистемі користувачів телефонною мережею (TUP - Telephone User Part) і підсистемі передачі повідомлень (МТР - Message Transfer Part) Жовтої книги. Електричні характеристики лінії 2 Мбіт / с відповідають Рекомендаціям МККТТ G.732.

З'єднання з міжнародними мережами GSM

В даний час забезпечується підключення мережі GSM в Москві до загальноєвропейських мереж GSM. Ці з'єднання здійснюються на основі протоколів систем сигналізації (SCCP) і міжмережевий комутації мобільного зв'язку (GMSC).

Внутрішні GSM-інтерфейси

Інтерфейс між MSC і BSS (А-інтерфейс) забезпечує передачу повідомлень для управління BSS, передачі виклику, управління пересуванням. А-інтерфейс поєднує канали зв'язку і лінії сигналізації. Останні використовують протокол SS N7 МККТТ. Повна специфікація А-інтерфейсу відповідає вимогам серії 08 Рекомендацій ETSI / GSM.

Інтерфейс між MSC і HLR суміщений з VLR (В-інтерфейс). Коли MSC необхідно визначити місце розташування рухливої ​​станції, він звертається до VLR. Якщо рухлива станція ініціює процедуру місцевизначення з MSC, він інформує свій VLR, що заносить всю непостійну інформацію в свої регістри. Ця процедура відбувається завжди, коли MS переходить з однієї області місцевизначення в іншу. У разі якщо абонент запитує спеціальні додаткові послуги або змінює деякі свої дані, MSC також інформує VLR, який реєструє зміни і при необхідності повідомляє про них HLR.

Інтерфейс між MSC і HLR (С-інтерфейс) використовується для забезпечення взаємодії між MSC і HLR. MSC може послати вказівку (повідомлення) HLR наприкінці сеансу зв'язку для того, щоб абонент міг сплатити розмову. Коли мережу фіксованого телефонного зв'язку не здатна виконати процедуру встановлення виклику рухомого абонента, MSC може запросити HLR з метою визначення місця розташування абонента для того, щоб послати виклик MS.

Інтерфейс між HLR і VLR (D-інтерфейс) використовується для розширення обміну даними про становище рухомий станції, управління процесом зв'язку. Основні послуги, що надаються рухомого абоненту, полягають у можливості передавати або приймати повідомлення незалежно від місця розташування. Для цього HLR повинен поповнювати свої дані. VLR повідомляє HLR про становище MS, керуючи нею і перепрісваівая їй номера в процесі блукання, посилає всі необхідні дані для забезпечення обслуговування рухомий станції.

Інтерфейс між MSC (Е-інтерфейс) забезпечує взаємодію між різними MSC при здійсненні процедури HANDOVER - "передачі" абонента із зони в зону при його русі в процесі сеансу зв'язку без її перерви. Інтерфейс між BSC і BTS (A-bis інтерфейс) служить для зв'язку BSC з BTS і визначений Рекомендаціями ETSI / GSM для процесів встановлення з'єднань і управління обладнанням, передача здійснюється цифровими потоками зі швидкістю 2,048 Мбіт / с. Можливе використання фізичного інтерфейсу 64 кбіт / с. Інтерфейс між BSC і ОМС (О-інтерфейс) призначений для зв'язку BSC з ОМС, використовується в мережах з пакетною комутацією МККТТ Х.25.

Внутрішній BSC-інтерфейс контролера базової станції забезпечує зв'язок між різним обладнанням BSC та обладнанням транскодування (Тсе); використовує стандарт ІКМ-передачі 2,048 Мбіт / с і дозволяє організувати з чотирьох каналів зі швидкістю 16 Кбіт / с один канал на швидкості 64 Кбіт / с. Інтерфейс між MS і BTS (Um-GPRS) визначений у серіях 04 і 05 Рекомендацій ETSI / GSM. Мережевий інтерфейс між ОМС і мережею, так званий керуючий інтерфейс між ОМС та елементами мережі, визначений ETSI / GSM. Рекомендаціями 12.01 і є аналогом інтерфейсу Q.3, який визначений в багаторівневої моделі відкритих мереж ISO OSI. З'єднання мережі з ОМС можуть забезпечуватися системою сигналізації МККТТ SS N7 або мережевим протоколом Х.25. Мережа Х.25 може з'єднуватися з об'єднаними мережами або з PSDN у відкритому чи замкнутому режимах.

GSM - протокол управління мережею і обслуговуванням також повинен задовольняти вимогам Q.3 інтерфейсу, який визначений в ETSI / GSM Рекомендаціях 12.01. Інтерфейси між мережею GSM і зовнішнім обладнанням - інтерфейс між MSC і сервіс-центром (SC) - необхідний для реалізації служби коротких повідомлень. Він визначений в ETSI / GSM Рекомендаціях 03.40. Кожен центр управління та обслуговування мережі повинен з'єднуватися з іншими ОМС, керуючими мережами в інших регіонах або іншими мережами. Ці сполуки забезпечуються Х-інтерфейсами відповідно до Рекомендацій МККТТ М.ЗО. Для взаємодії ОМС з мережами вищих рівнів використовується ОЗ-інтерфейс.

Структура служб і передача даних у стандарті GSM

Стандарт GSM містить два класи служб: основні служби та телеслужби. Основні служби забезпечують: передачу даних (асинхронно) в дуплексному режимі зі швидкостями 300, 600, 1200, 2400, 4800 і 9600 біт / с через телефонні мережі загального користування; передачу даних (синхронно) в дуплексному режимі зі швидкостями 1200, 2400, 4800 і 9600 біт / с через телефонні мережі загального користування, комутовані мережі передачі даних загального користування (CSPDN) і ISDN; доступ за допомогою адаптера до пакетної асинхронної передачі даних зі стандартними швидкостями 300 - 9600 біт / с через комутовані мережі пакетної передачі даних загального користування (PSPDN ), наприклад, Datex-P; синхронний дуплексний доступ до мережі пакетної передачі даних зі стандартними швидкостями 2400 - 9600 біт / с.

При передачі даних зі швидкістю 9,6 кбит / с завжди використовується канал зв'язку з повною швидкістю передачі. У разі передачі на швидкостях нижче 9,6 кбіт / с можуть використовуватися напівшвидкісні канали зв'язку. Перераховані функції каналів передачі даних передбачені для термінального обладнання, в якому використовуються інтерфейси МККТТ зі специфікаціями V.24 або Х.21 серій. Ці специфікації визначають питання передачі даних по звичайних каналах телефонного зв'язку.

Телеслужби надають наступні послуги:

• телефонний зв'язок (поєднується зі службою сигналізації: охорона квартир, сигнали лиха тощо);

• передача коротких повідомлень;

• доступ до служб "відеотекса", "Телетекст";

• служба "Телефакс".

Додатково стандартизований широкий спектр особливих послуг (передача виклику, оповіщення про тарифні витратах, включення в закриту групу користувачів). Так як очікується, що більшість абонентів буде використовувати послуги GSM в ділових цілях, особлива увага приділяється аспектам безпеки і якості надаваних послуг. До передачі даних відноситься і новий вид служби, який використовується в GSM, - передача коротких повідомлень (передача службових буквено-цифрових повідомлень для окремих груп користувачів).

При передачі коротких повідомлень використовується пропускна здатність каналів сигналізації. Повідомлення можуть передаватися і прийматися мобільною станцією. Для передачі коротких повідомлень можуть використовуватися загальні канали управління. Обсяг повідомлень обмежений 160 символами, які можуть прийматися протягом поточного дзвінка або в неробочому циклі. В управління радіоканалами, захист від помилок в радіоканалі, кодування - декодування мови, поточний контроль і розподіл даних користувача і викликів, адаптацію за швидкістю передачі між радіоканалом і даними, забезпечення паралельної роботи навантажень (терміналів), забезпечення безперервної роботи в процесі руху.

Використовується три типи кінцевого обладнання мобільної станції: МТО (Mobile Termination 0) - багатофункціональна рухома станція, до складу якої входить термінал даних з можливістю передачі й прийому даних і мови: МТ1 (Mobile Termination 1) - рухома станція з можливістю зв'язку через термінал з ISDN ; МТ2 (Mobile Termination 2) - рухома станція з можливістю підключення терміналу для зв'язку по протоколу МККТТ V або Х серій. Термінальне обладнання може складатися з обладнання одного або декількох типів, такого як телефонна трубка з номеронабирачем, апаратури передачі даних (DTE), телекс і т. д. Розрізняють такі типи терміналів:

1. ТЕ1 (Terminal Equipment 1) - термінальне обладнання, що забезпечує зв'язок з ISDN;

2. ТЕ2 (Terminal Equipment 2) - термінальне обладнання, що забезпечує зв'язок з будь-яким устаткуванням через протоколи МККТТ V або Х серій (зв'язок з ISDN не забезпечує).
   Термінал ТЕ2 може бути підключений як навантаження до МТ1 (рухомий станції з можливістю зв'язку з ISDN) через адаптер ТА. Система характеристик стандарту GSM, прийнята функціональна схема мереж зв'язку і сукупність інтерфейсів забезпечують високі параметри передачі повідомлень, сумісність з існуючими та перспективними інформаційними мережами, надають абонентам широкий спектр послуг цифрового зв'язку.

Структура T D MA кадрів і формування сигналів у стандарті GSM

У результаті аналізу різних варіантів побудови цифрових стільникових систем рухомого зв'язку (ССПС) в стандарті GSM прийнятий Багатостанційний доступ з тимчасовим поділом каналів (TDMA). Довжина періоду послідовності в цій структурі, яка називається гіперкадром, дорівнює Т _г = 3 год 28 хв 53 з 760 мс (12533,76 с). Гіперкадр ділиться на 2048 суперкадром, кожен з яких має тривалість Т _е = 12533,76 / 2048 = 6,12 с.

Суперкадром складається з мультікадров. Для організації різних каналів зв'язку та управління в стандарті GSM використовуються два види мультікадров:

1. 26-позиційні TDMA кадри мультікадра.

2. 51-позиційні TDMA кадри мультікадра.

Суперкадром може містити в собі 51 мультікадр першого типу або 26 міультікадров другого типу. Тривалості мультікадров відповідно: Т _а = 6120/51 = 120 мс; Т _а = 6120/26 = 235,385 мс (3060/13 мс). Тривалість кожного TDMA кадру: Т _а = 120/26 = 235,385 / 51 = 4,615 мс (60/13 мс). Т _а = 120/26 = 235,385 / 51 = 4,615 мс (60/13 мс). Таким чином, гіперкадр складається з 2715647 TDMA кадрів. Необхідність такого великого періоду гіперкадра пояснюється вимогами застосовуваного процесу криптографічного захисту, в якому номер кадру NF використовується як вхідний параметр. TDMA кадр ділиться на вісім тимчасових позицій з періодом Т _о = 60/13: 8 = 576,9 мкс (15/26 мс) Кожна тимчасова позиція позначається TN з номером від 0 до 7. Фізичний сенс тимчасових позицій, які інакше називаються вікнами, - час, протягом якого здійснюється модуляція несучої цифровим інформаційним потоком, відповідним мовному повідомленню або даним. Цифровий інформаційний потік являє собою послідовність пакетів, що розміщуються в цих тимчасових інтервалах (вікнах). Пакети формуються трохи коротше, ніж інтервали, їх тривалість складає 0,546 мс, що необхідно для прийому повідомлення при наявності тимчасової дисперсії в каналі поширення. Інформаційне повідомлення передається по радіоканалу зі швидкістю 270,833 кбіт / с.

Це означає, що часовий інтервал TDMA кадру містить 156,25 біт. Тривалість одного інформаційного біта 576,9 мкс/156, 25 = 3,69 мкс. Кожен часовий інтервал, відповідний тривалості біта, позначається BN з номером від 0 до 155; останньому інтервалу тривалістю 1 / 4 біта привласнений номер 156. Для передачі інформації з каналів зв'язку і управління, підстроювання несучих частот, забезпечення тимчасової синхронізації і доступу до каналу зв'язку в структурі TDMA кадру використовуються п'ять видів тимчасових інтервалів (вікон): NB використовується для передачі інформації по каналах зв'язку і управління, за винятком каналу доступу RACH . Він складається з 114 біт зашифрованого повідомлення і включає захисний інтервал (GP) в 8,25 біт тривалістю 30,46 мкс.

Інформаційний блок з 114 біт розбитий на два самостійних блоку по 57 біт, розділених між собою навчальною послідовністю в 26 біт, що використовується для установки еквалайзера в приймачі відповідно до характеристиками каналу зв'язку в даний момент часу. До складу NB включено два контрольних біта (Steeling Flag), які служать ознакою того, чи містить передана група мовну інформацію або інформацію сигналізації. В останньому випадку інформаційний канал (Traffic Channel) "вкрадений" для забезпечення сигналізації. Між двома групами зашифрованих біт у складі NB знаходиться навчальна послідовність з 26 біт, відома в приймачі. За допомогою цієї послідовності забезпечується оцінка частоти появи помилок у двійкових розрядах за результатами порівняння прийнятої та еталонної послідовностей. У процесі порівняння обчислюється параметр RXQUAL, прийнятий для оцінки якості зв'язку. Звичайно, мова йде тільки про оцінку зв'язку, а не про точні вимірах, так як перевіряється тільки частина переданої інформації.

Параметр RXQUAL використовується при входженні у зв'язок, при виконанні процедури "естафетної передачі" (Handover) і при оцінці зони покриття радіозв'язком. Особливість стандарту GSM - можливість забезпечення зв'язком рухливих абонентів у стільниках з радіусом близько 35 км. Час поширення радіосигналу в прямому і зворотному напрямках становить при цьому 233,3 мкс. У структурі GSM строго визначені тимчасові характеристики огинаючої сигналу, випромінюваного пакетами на канальному тимчасовому інтервалі TDMA кадру, і спектральна характеристика сигналу.

Одна з особливостей формування сигналів в стандарті GSM - використання повільних стрибків по частоті в процесі сеансу зв'язку. Головне призначення таких стрибків (SFH - Slow Frequency Hopping) забезпечення частотного рознесення в радіоканалах, що функціонують в умовах багатопроменевого поширення радіохвиль. SFH використовується у всіх рухливих мережах, що підвищує ефективність кодування і перемеження при повільному русі абонентських станцій. Принцип формування повільних стрибків по частоті полягає в тому, що повідомлення, передане у виділеному абонентові тимчасовому інтервалі TDMA кадру (577 мкс), в кожному наступному кадрі передається (приймається) на новій фіксованій частоті.

У відповідності зі структурою кадрів час для перебудови частоти складає близько 1 мс. В процесі стрибків по частоті постійно зберігається дуплексний рознос 45 МГц між каналами прийому і передачі. Всім активним абонентам, що знаходяться в одній соте, ставляться у відповідність ортогональні формують послідовності, що виключає взаємні перешкоди при прийомі повідомлень абонентами в соте. Параметри послідовності перемикання частот (частотно-тимчасова матриця і початкова частота) призначаються кожної рухомої станції в процесі встановлення каналу. Ортогональность послідовностей перемикання частот в соте забезпечується початковим частотним зрушенням однієї і тієї ж (за алгоритмом формування) послідовності. У суміжних сотах використовуються різні формують послідовності.

Для порівняння можна зазначити, що за результатами експериментальних досліджень, проведених на діючих мережах GSM, просторове рознесення прийомних антен на базовій станції дає виграш 3 - 4 дБ. Прийнята структура T D MA кадрів і принципи формування сигналів у стандарті GSM в сукупності з методами крапельного кодування дозволили знизити необхідну для прийому відношення сигнал / перешкода до 9 дБ, тоді як у стандартах аналогових стільникових мереж зв'язку, воно становить 17 - 18 дБ.

Принципи побудови макросотових систем

Розділити обслуговується територію на макро-зони можна двома способами: статистичним, заснованим на вимірі статистичних параметрів поширення сигналів в системах зв'язку, або детермінованим, заснованим на вимірі або розрахунку параметрів розповсюдження сигналу для конкретного району. При статистичному способі вся обслуговується територія поділяється на однакові за формою зони, і за допомогою статистичних законів поширення радіохвиль визначаються їх допустимі розміри і відстані до інших зон, в межах яких виконуються умови припустимого взаємного впливу.

Щоб оптимально розділити територію на макро-зони, тобто без перекриття або пропусків ділянок, можуть бути використані тільки три геометричні фігури - трикутник, квадрат і шестикутник. Найбільш придатною фігурою є шестикутник, тому що якщо антену встановлювати в його центрі, то кругова форма діаграми спрямованості покриватиме майже всю його площу.

Абоненти рухомого зв'язку (ПС), що знаходяться в макро-зонах, можуть зв'язатися БС, що знаходиться в центрі цієї зони. Всі макро-зони пов'язані сполучними лініями з головної БС. Як з'єднувальних ліній можуть використовуватися кабелі, радіорелейні лінії. Головна БС (ЦС) з'єднується з телефонною мережею. Таким чином, при зв'язку абонента АТС з абонентом ПС сигнал виклику з телефонної мережі потрапляє на ЦС, від неї по сполучних лініях до однієї з макро-зонових ЦС (МЗЦС) і потім по радіоканалу до абонента ПС.

Передавач МЗЦС має порівняно невелику потужність, необхідну для зв'язку з абонентами ПС в макро-зоні, тому рівень створюваних ним перешкод значно нижче. Це дає можливість використовувати ті самі частоти і в інших осередках. Відстань до цих осередків, в яких можуть бути використані одні й ті ж робочі частоти, залежать від умов поширення радіохвиль, допустимого рівня перешкод і числа радіостанцій, розташованих навколо даної осередки. Вважається допустимим, щоб у стільникового шестикутної структурі частоти повторювалися через два осередки. Це означає, що, використовуючи 7 робочих каналів, можна перекрити всю зону обслуговування. Якщо інтенсивність навантаження по всій зоні однакова, то й розміри всіх осередків вибирають однаковими.

Зазвичай розподіл абонентів ПС по всій території, що обслуговується нерівномірно (зменшується від центру до периферії), тому доцільно так змінювати клітинки, щоб їх розміри збільшувалися до периферії. Це дозволяє зменшити вартість ССсПО в цілому за рахунок зменшення необхідного числа БС. Однак у цьому випадку потужності передавачів центральних і рухливих радіостанцій залежатимуть від розмірів осередків, тому доцільно використовувати автоматично регульовану по сигналу кореспондента потужність передавача. Крім того, для територій з зонами різного розміру треба ретельніше визначати ті з них, в яких можна повторно використовувати робочі канали. При статичному способі в більшості випадків одержуваний інтервал між зонами, в яких використовуються однакові робочі канали, виходить більше необхідної з точки зору підтримки взаємних перешкод на допустимому рівні.

Найбільш оптимальний детермінований спосіб поділу на зони. При ньому ретельно вимірюють або розраховують параметри системи для визначення мінімального числа центральних станцій, які забезпечують задовільний обслуговування абонентів по всій території. При цьому враховується рельєф місцевості для визначення оптимального місця розташування ЦС, є можливість використовувати спрямовані антени, пасивні ретранслятори і центральні суміжні станції в момент пікового навантаження і т.д. Однак цей спосіб складний і вимагає в ряді випадків моделювання з використанням ЕОМ. У стільникових системах необхідно визначити, яку ЦС підключити для зв'язку з абонентом ПС, тобто визначити місце розташування абонента ПС на території обслуговування. При цьому не потрібна висока точність визначення місця розташування рухомого об'єкта. Досить визначити тільки зону, в якій він знаходиться. При вхідного зв'язку, тобто від ЦС до абонента ПС, сигнал виклику може передаватися або за спеціальним викличним, або за вільними каналами, на які радіостанції ПС налаштовуються автоматично. Розташування визначається за рівнем сигналу, що надходить від радіостанції абонента ПС на найближчу БС, яка і включається для ведення переговорів з абонентами ПС. При переїзді в зону дії іншої БС радіостанція ПС автоматично переходить на канал нової БС. При цьому постійно повинен забезпечуватися контроль за радіостанцією ПС, для чого в процесі ведення розмови з абонентом ПС на БС і далі в ЦС спільно з промовою передаються контрольні сигнали.

Існують різні методи визначення координат: найпоширеніший з них тристоронній далекомірний метод для оцінки дальності імпульсними або фазометріческімі системами, а також тріангуляціонних метод для вимірювання азимута абонента ПС по відношенню до базових станцій, які приймають його сигнал. Є також пропозиції по використанню методу електронного оповіщення, при якому на межах зон встановлюються електронні пости оповіщення, призначені для передачі абонентові ПС інформації про пересічної області. Ця інформація запам'ятовується радіостанцією абонента ПС і може бути потім передана на ЦС, приймаючу заявку на обслуговування абонентів ПС. Однак така система вимагає додаткової апаратури, яка встановлюється на всій території обслуговування. Слід зазначити, що методи визначення координат абонента ПС та алгоритмів виділення ЦС ще вимагають додаткових досліджень. Після виділення однієї з декількох ЦС для зв'язку з абонентом ПС необхідно виділити робочий канал. У найпростіших стільникових системах з відносно рівномірної середнім навантаженням використовується фіксований розподіл каналів, при якому за кожною зоною закріплюється один канал, а радіостанція абонента ПС може перемикатися на канали всіх зон автоматично в міру переходу з однієї зони в іншу. У більш складних системах за кожною зоною може бути закріплена група каналів (стовбурів), радіостанція абонента ПС при роботі в даній зоні автоматично вибирає канал, вільний в даний момент від зв'язку. При переході в іншу зону вона автоматично перемикається на іншу групу каналів і на пошук вільного каналу в новій зоні.

Суттєвим є питання про приватний плануванні в СССПО. Відповідно до прийнятих принципів кожної БС виділяється певний набір частотних каналів, який може повторюватися. Як уже згадувалося, БС, на яких допускається повторне використання виділеного набору частот, поділяються між собою захисним інтервалом D. Саме можливість повторного використання одних і тих же частот визначає високу ефективність застосування частотного спектра в СССПО. Суміжні БС, використовують різні набори частотних каналів, утворюють групу з З станцій. Якщо кожної БС виділяється набір з каналів із шириною смуги K, то загальна ширина смуги, яку займає СССПО, буде F _c = F _к * m * C, де m - число каналів. Таким чином, величина З визначає мінімально можливе число каналів у системі, тому її часто називають "частотним параметром" системи (в деяких джерелах - "коефіцієнтом повторення частот").

Тоді ефективність використання спектра частот визначається виразом, з якого випливає, що величина ефективності не залежить від числа каналів у наборі і збільшується в міру зменшення радіуса осередку. Таким чином, використання менших радіусів осередків дає можливість збільшити повторюваність частот. Крім того, видно, що доцільно обирати малі значення С. Застосування шестикутної форми комірок дозволяє мінімізувати необхідну частотний діапазон, оскільки забезпечує оптимальне співвідношення між величиною С і захисним інтервалом. Крім того, шестикутна форма найкращим чином вписується в кругову діаграму спрямованості БС, встановленої в центрі клітинки.

Зупинимося детальніше на питанні про вибір розмірів осередків (радіусі R). Ці розміри визначають захисний інтервал D між осередками, в яких одні й ті самі частоти можуть бути використані повторно. Зауважимо, що величина інтервалу залежить також від допустимого рівня перешкод і умов поширення радіохвиль. У припущенні, що інтенсивність навантаження в межах всієї зони однакова, осередки вибираються однакових розмірів. При заданому розмірі зони обслуговування (радіус R0) радіус осередки R визначає також число абонентів N, здатних одночасно вести переговори на всій території обслуговування. З цього співвідношення також видно, що зменшення радіусу комірки дозволяє не тільки підвищити частотну ефективність і збільшити пропускну здатність системи, але і зменшити потужність передавачів і чутливість приймачів БС і АС. Це покращує умови електромагнітної сумісності СССПО з іншими радіоелектронними засобами і системами і знижує її вартість.

З іншого боку, надмірне зменшення радіуса осередків призводить до значного збільшення числа перетинань абонентом ПС кордонів осередків, що може викликати перевантаження пристроїв керування і комутації системи. Крім того, можливе збільшення числа випадків виникнення взаємних перешкод. І, нарешті, при малих значеннях R в реальних умовах навіть незначне відхилення положення антени щодо геометричного центра осередку може викликати відчутне зменшення відносини сигнал / перешкода в системі. У зв'язку з цим в реальних умовах при виборі величини R доводиться приймати компромісне рішення. Типові значення радіусів вибираються на основі розрахунків і досвіду експлуатації і становлять величину 0,5 - 2,5 км (у Лондоні та Стокгольмі). У перспективі (особливо для районів з щільним трафіком) ця величина, як вважають, буде зменшуватися.

Виключно важливим питанням, що визначає в значній мірі основні характеристики ССПР, є розподіл частотних каналів між БС. Воно дозволяє забезпечити низький рівень міжканального перешкод, які суттєво впливають на завадостійкість системи. Існують три способи розподілу частотних каналів: фіксований, динамічний і гібридне.

При фіксованому розподілі кожної БС виділяється певний набір каналів. АС рухливих абонентів при знаходженні їх у певній клітинці за допомогою ЦС призначається вільний в даний момент часу канал з набору. При переміщенні АС в іншу комірку за допомогою процедури естафетної передачі здійснюється перемикання даної АС на відповідний вільний канал цієї клітинки. Недоліком способу є неефективне використання частотного спектра, оскільки в реальних умовах центральні осередки міста можуть бути перевантажені, а периферійні мати вільні канали.

При динамічному способі будь-який з частотних каналів може бути використаний будь-БС. При цьому тим БС, на яких всі канали зайняті, надаються на час сеансу зв'язку канали з інших осередків. Це здійснюється за допомогою ЕОМ, у пам'яті якої зберігається інформація про стан кожного каналу в зоні обслуговування і всіх його змінах в процесі роботи системи, а також про місцезнаходження абонента ПС. Таким чином, динамічний розподіл каналів дозволяє збільшити завантаженість каналів і тим самим підвищити ефективність їх використання та знизити ймовірність блокування виклику у випадку, коли всі канали даної комірки зайняті. Проте навантаження на пристрої керування системою зв'язку в цьому випадку зростають.

При гібридному способі розподілу кожної БС виділяється фіксований набір каналів, а також певне їх число для розподілу динамічним способом. Гібридний спосіб при великих навантаженнях дозволяє пред'являти менш жорсткі вимоги до керуючих пристроїв в порівнянні з динамічним, а в області малих значень навантаження має перевагу перед фіксованим, що складається в більш низької ймовірності блокування виклику. Слід зазначити, що найбільш істотне гідність динамічного і гібридного розподілів полягає в тому, що вони забезпечують вирівнювання навантаження на канал. При фіксованому розподілі це здійснюється шляхом збільшення числа каналів, що надаються БС у місцях з щільним трафіком, а також зменшенням радіусу осередків.

Необхідність багатофункціонального управління в ССсПО має першорядне значення для реалізації можливості найбільш ефективного використання виділеної смуги радіочастот. Багаторазове використання частот ускладнюється через сильну зміну рівня сигналу в міру руху АС у межах зони обслуговування, обумовленого багатопроменевим поширенням сигналу, а також екрануючим і поглинає впливом місцевих об'єктів. Управління необхідно здійснювати таким чином, щоб у сильно мінливих умовах проходження радіосигналів безупинно здійснювалася надійний зв'язок. Як зазначалося вище, з цією метою ЦС здійснює функції управління естафетної передачею АС у міру перетинання абонентом ПС кордонів осередків і зниження якості сигналу нижче встановленого заздалегідь порогового рівня. Для оцінки якості сигналу по розмовному каналу постійно передається пілот-сигнал і вимірюється співвідношення сигнал / шум по потужності або сигнал / перешкода за допомогою спеціальних вимірювальних приймачів. При зменшенні величини до значень нижче порогового рівня, що може обумовлюватися виходом АС із зони дії БС, завмираннями сигналу, а також низкою інших причин, ЦС вибирає зону з максимальною величиною і перемикає АС на новий канал (здійснює естафетну передачу).

Для реалізації процедури управління та обміну службовою інформацією між БС і АС на групу розмовних каналів виділяється спеціальний канал управління. У вільному режимі АС постійно налаштована на частоту цього каналу. Обмін відповідною інформацією в ланці БС-ЦС виробляється по спеціальному проводовому каналу, також виділеному на групу розмовних каналів.

Характерною особливістю процесу комутації, здійснюваної в ССсПО, є те, що абонент знаходиться в русі і може опинитися в зоні обслуговування будь БС. У зв'язку з цим для встановлення з'єднання з розташованої в русі АС необхідно мати інформацію про місцезнаходження абонента. При цьому згідно з рекомендаціями МККТТ координати АС повинні визначатися з точністю до зони або групи зон. Ця процедура повинна здійснюватися таким чином, щоб забезпечувалося своєчасне оновлення даних про місцезнаходження АС, і був максимально полегшений пошук АС при зміні зони обслуговування. Результати реєстрації місцеположення АС зберігаються в спеціальному регістрі для записи місцеположення. При аналізі та розрахунку зон дії БС і рішенні ряду інших завдань істотну роль грає облік особливостей поширення радіохвиль УКХ - і НВЧ-діапазонів у міських та приміських умовах. До них відносяться, перш за все, багатопроменеве поширення, викликаного випадковими і багаторазовими відбитками від будівель та інших об'єктів міської забудови, а також розсіюванням радіохвиль цими об'єктами. У результаті підсумовування різних променів на приймальному боці радіолінії виникають випадкові амплітудні і фазові флуктуації, що викликають явища завмирання сигналу. Розподіл облямовує такого сигналу підкоряється закону Релея, а величина завмирань щодо середнього рівня становить 40 дБ. Одним з основних шляхів боротьби із завмиранням є використання методів рознесеного прийому. Ці методи передбачають наявність кількох розділених трактів передачі з незалежними завмираннями, по яких передається одне і те ж повідомлення. Середні рівні сигналів, переданих по кожному тракту, повинні бути також приблизно однакові. При відповідному комбінуванні сигналів, що надходять з трактів передачі, формується результуючий сигнал, що має набагато меншу глибину завмирання і забезпечує відповідно більшу надійність передачі.

Останнім часом в цих же цілях починає застосовуватися повільна псевдошумовая перебудова робочої частоти.

GSM-1800 (DCS-1800)

Модифікація стандарту GSM-900, порівняно молодий і ще не набув широкого розвитку в світі. Цифровий стандарт, діапазон частот - 1710 - 1880 МГц.

Відмінності GSM-1800 від GSM-900

Фактично - тільки робочими частотами. Наданий сервіс залежить більше від оператора, ніж від діапазону. Проте тут є ряд цікавих моментів:

• через більш високої частоти зменшується максимально можливий радіус стільники, а точніше - максимальне видалення абонента від базової станції. Для GSM-900 це відстань дорівнює 35 км. Для GSM-1800 - близько 10 км.

• на частотах 1800 - 2000 МГц радіохвилі мають дещо інші проникаючі властивості.

• різкий плюс - куди більший частотний ресурс, так як цей частотний діапазон не встигли свого часу захопити "компетентні" органи. Крім цього в діапазонах 1800 і 1900 частотне планування виконується гнучкіше в силу більшої кількості каналів і меншого радіусу сот.

Особливості

Максимальна випромінювана потужність мобільних телефонів стандарту GSM-1800 - 1Вт, для порівняння у GSM-900 - 2Вт. Більший час безперервної роботи без підзарядки акумулятора і зниження рівня радіовипромінювання, хоча якщо врахувати той факт, що це найвища частота, то можна припустити збільшення "ефекту мікрохвильової печі на ваш організм.

Можливість використання телефонних апаратів, що працюють в стандартах GSM-900 і GSM-1800 одночасно. Такий апарат функціонує в мережі GSM-900, але, потрапляючи в зону GSM-1800, перемикається - вручну або автоматично. Це дозволяє оператору раціональніше використовувати частотний ресурс, а клієнтам - економити гроші за рахунок низьких тарифів. В обох мережах абонент користується одним номером. Але використання апарату в двох мережах можливо тільки в тих випадках, коли ці мережі належать одній компанії, або між компаніями, що працюють в різних діапазонах, укладено угоду про роумінг.

Проблема полягає ще в тому, що зона охоплення для кожної базової станції значно менше, ніж в стандартах GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Необхідно більше число базових станцій. Чим вище діапазон частот, тим більше проникаюча здатність радіохвиль і тим менше здатність відображатися і огинати перешкоди. Що вносить деякі нові моменти в питання планування і взаємодії з мережами інших стандартів, проте це не відбивається на самих принципах планування, вони залишаються такими ж, як і для стандарту GSM-900. А питання взаємодії більше залежать від оператора застосовує цей стандарт для побудови своєї мережі.

Широкосмугові мережі абонентського доступу

В даний час для організації цифрового доступу на абонентському ділянці найчастіше використовуються мідні телефонні лінії. Саме тому на перший план виходять технології xDSL, що дозволяють не думати поки про створення нової інфраструктури, а цілком успішно використовувати стару. Існує досить велика кількість технологій високошвидкісної передачі даних, об'єднаних загальною назвою xDSL (Digital Subscriber Line або цифрова абонентська лінія, де x - символ, що позначає конкретний тип технологій високошвидкісних цифрових абонентських ліній DSL). Надання голосового трафіку, підключення віддалених комп'ютерів, об'єднання ЛОМ, організація з'єднання з провайдером, послуга "відео-на-замовлення" або "платне ТБ", дистанційне навчання і т. п. - все це можна легко зробити, використовуючи одну з DSL технологій. DSL дозволяє перейти на новий технологічний рівень використання мідних ліній, який забезпечує достатню пропускну здатність для будь-якого із запропонованих користувачеві додатків. При цьому може бути організована не тільки виділена лінія з двома модемами (наприклад, при використанні технології HDSL), а й цифрова абонентська лінія, що з'єднує станційне обладнання з модемом користувача (ADSL або VDSL). В останньому випадку зберігається можливість використання абонентської лінії для звичайної аналогової телефонної зв'язку.

Як це не парадоксально, але використання одних і тих самих ліній різними технологіями в багатьох країнах вирішується законодавчо. Наприклад, в США в листопаді 1999 року вийшла постанова Федеральної комісії зв'язку США (FCC), відповідно до якого оператори місцевого зв'язку повинні допустити до своїх лініях операторів мереж передачі даних та інших мереж. Так як передача сигналів голосу при традиційного телефонного зв'язку здійснюється в дуже вузькій смузі низьких частот, в високочастотному спектрі з тієї ж самої лінії може здійснюватися передача даних. Тобто обидві ці технології можуть спокійно співіснувати в межах однієї лінії. Це дозволяє виключити необхідність прокладання окремого кабелю для організації передачі даних. Проведене тестування підтвердило, що високошвидкісна передача даних за технологією DSL абсолютно не впливає на звичайну телефонну зв'язок, здійснювану з тієї ж самої абонентської лінії. Звичайно ж, при такому спільному використанні ліній виникають певні організаційні складнощі (наприклад, пов'язані з виконанням заявок абонентів або підтриманням стану ліній в належному вигляді), але в будь-якому випадку спільне використання ліній дозволить значно знизити не тільки витрати на абонентську лінію, але і скоротити час надання послуги. Крім того, це дозволяє збільшити конкуренцію на ринку ліній DSL для житлових будинків. Таким чином, вже зараз російські оператори телефонних мереж, які на відміну від американських вільні не надавати своїм конкурентам власну мідну інфраструктуру, могли б почати повсюдне впровадження DSL технологій для надання абонентам нових послуг. До того ж ці технології як не можна краще підходять до російських умов - для підключення абонентів використовується мідний кабель, що йде від самого вузла, тому отримати швидкісний канал зв'язку можна простою установкою DSL-модемів по кінцях лінії.

Ще 10 - 15 років тому користувачеві послуги доводилося користуватися різнорідними за своїм змістом мережами, - будь то телефонна, телевізійна мережі або мережа передачі даних. Для отримання необхідної інформації користувачеві доводиться користуватися різнорідними за своїм змістом мережами.

У кожної з мереж була своя кабельна інфраструктура, яка використовувалася за призначенням. Виняток становила лише мережа передачі даних, для підключення до якої використовувалися орендовані лінії або канали або комутовані лінії телефонних компаній. Повальна комп'ютеризація породила величезну кількість домашніх користувачів, а зняття заборони на спільне використання мереж сприяло розширенню послуг тієї або іншої мережі. Можна вважати, що нинішня орієнтація на потреби ринку малих / домашніх офісів превалює над іншими сегментами ринку і навряд чи зміниться в найближчому майбутньому. Дійсно, ймовірність появи великої кількості великих корпоративних клієнтів набагато нижча ймовірності появи великої кількості компаній малого та середнього бізнесу, та й просто числа домашніх користувачів. Очевидно, що вартість пакету послуг була б істотно нижче, якби в ролі постачальника виступав єдиний оператор. У зв'язку з цим, логічним виглядає і бажання операторів побудувати мережу з повним набором послуг, до якої, звичайно ж, ще далеко, але до якої в ідеалі необхідно прагнути. Хто володіє інформацією, володіє світом, а хто володіє інформаційним каналом, управляє ним. Сучасні телекомунікаційні компанії прагнуть розширити набір послуг, що надаються і опанувати інформаційним каналом між користувачем і зовнішнім світом. Прагнення до цього ідеалу знаходить відображення в телефонних мережах та мережах кабельного телебачення, які вже сьогодні налічують найбільше число користувачів, і надають крім стандартного набору послуг і доступ до мереж передачі даних та Інтернет.

Російський ринок телекомунікаційних послуг ще досить молодий і його бурхливе зростання стримується двома чинниками. З одного боку низькою платоспроможністю споживача, з іншого високою вартість послуги оператора. Як результат, немає масовості. Очевидно, послуга тим дешевше, чим більше користувачів на неї. Для створення цієї самої масовості потрібно залучити на ринок мільйонну армію домашніх користувачів. Проте без серйозного зниження вартості це навряд чи відбудеться. Найважливішу роль в цьому процесі відіграє вибір середовища розповсюдження сигналу саме для організації "останньої милі" або ліній, по яких і відбувається підключення користувачів до точок доступу оператора. При побудові мережі, розрахованої на масового споживача, вибір тієї чи іншої технології для вирішення проблеми "останньої милі" грає вирішальну роль при встановленні тарифів. Витрати на побудову транспортної мережі залежать тільки від числа вузлових точок і зв'язків між ними і безпосередньо не залежать від числа користувачів. Витрати ж на організацію "останньої милі" пропорційні числу користувачів і найбільшою мірою впливають на вартість послуг.

Так можна виділити наступні найбільш реальні напрямки розвитку широкосмугових мереж:

• побудова бездротової широкосмугової мережі доступу на основі супутникового зв'язку,

• побудова гібридної кабельної (оптоволокно плюс коаксіал) або суто кабельної інфраструктури (тільки коаксіал) з використанням кабельних модемів,

• використання існуючої інфраструктури телефонних кабелів за рахунок застосування нових технологій, наприклад, xDSL, і пристроїв на їх основі.

Еволюція мереж проводового абонентського доступу

Однією з найважливіших проблем телекомунікаційних мереж продовжує залишатися проблема абонентського доступу до мережевих послуг. Актуальність цієї проблеми визначається в першу чергу бурхливим розвитком мережі Інтернет, доступ до якої вимагає різкого збільшення пропускної здатності мереж абонентського доступу. Основним засобом мережі доступу, незважаючи на появу нових найсучасніших бездротових способів абонентського доступу, залишаються традиційні мідні абонентські пари. Причиною цього є природне прагнення операторів мережі захистити зроблені інвестиції. Тому в даний час і в осяжному майбутньому стратегічним напрямком збільшення пропускної здатності мереж абонентського доступу буде залишатися технологія асиметричної цифрової абонентської лінії ADSL, що використовує в якості середовища передачі традиційну мідну абонентську пару і одночасно зберігає вже надані послуги у вигляді аналогового телефону або основного доступу до ISDN. Реалізація цього стратегічного напрямку еволюції мереж абонентського доступу залежить від конкретних умов існуючої мережі абонентського доступу кожної країни і визначається кожним оператором зв'язку з урахуванням цих конкретних умов. Зрозуміло, що різноманітність місцевих умов визначає велике число можливих способів міграції існуючої мережі абонентського доступу до технології ADSL.

Телекомунікаційні технології безперервно удосконалюються, швидко адаптуючись до нових вимог і умов. Ще зовсім недавно основним і єдиним засобом абонентського доступу до послуг мережі - і в першу чергу до послуг мережі Інтернет був аналоговий модем. Однак найдосконаліші аналогові модеми - модем, що задовольняє вимогам рекомендації ITU-T V.34, c потенційної швидкістю передачі до 33,6 Кбіт / с, а також модем наступного покоління задовольняє вимогам рекомендації V.90 ITU-T, з потенційною швидкістю передачі 56 Кбіт / с практично не можуть забезпечити ефективної роботи користувача в мережі Інтернет.

Таким чином, різке збільшення швидкості доступу до мережевих послуг, і в першу чергу до послуг Інтернет є критично важливим. Одним з методів вирішення цієї задачі є застосування сімейства технологій високошвидкісної абонентської лінії xDSL. Ці технології забезпечують високу пропускну здатність мережі абонентського доступу, основним елементом якої є скручена мідна пара місцевої абонентської телефонної мережі. Хоча кожна з технологій xDSL займає свою нішу в телекомунікаційній мережі, проте, незаперечно, що технології асиметричної цифрової високошвидкісної абонентської лінії ADSL та супершвидкісної цифрової абонентської лінії VDSL становлять найбільший інтерес і для провайдерів телекомунікаційних послуг, і для виробників обладнання, і для користувачів. І це не випадково - технологія ADSL з'явилася як спосіб надання користувачу широкого набору телекомунікаційних послуг, включаючи в першу чергу високошвидкісний доступ до мережі Інтернет. У свою чергу, технологія VDSL здатна надати користувачеві широку пропускну здатність, яка дозволяє йому отримати доступ практично до будь-якої широкосмугової мережевий послугу як в найближчому, так і у віддаленому майбутньому, але вже не в чисто мідної, а в змішаній, мідно-оптичної мережі доступу . Тим самим обидві ці технології забезпечать еволюційний шлях впровадження оптичного волокна в мережу абонентського доступу, захистивши найефективнішим чином минулі інвестиції операторів місцевих мереж. Таким чином, ADSL можна розглядати як самий багатообіцяючий член сімейства технологій xDSL, наступником якого буде технологія VDSL.

Хоча ключовою ідеєю міграції способів надання мережевих послуг за допомогою технологій xDSL, є перехід від аналогової телефонної мережі загального користування спочатку до ADSL, а потім, у міру необхідності, до VDSL, однак це не виключає застосування для тієї ж мети в якості проміжних етапів і інших типів технологій xDSL. Наприклад, для збільшення пропускної здатності абонентської лінії можуть використовуватися технології IDSL і HDSL.

Від аналогового модему до ADSL

Найбільш поширеним сценарієм міграції для доступу до послуг мережі Інтернет безумовно є перехід від вихідної мережі доступу за допомогою аналогових модемів ТфОП до цільової мережі доступу за допомогою модемів ADSL.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асиметрична цифрова абонентська лінія). Дана технологія є асиметричною. Така асиметрія, у поєднанні зі станом «постійно встановленого з'єднання» (коли виключається необхідність кожного разу набирати телефонний номер і чекати встановлення з'єднання), робить технологію ADSL ідеальною для організації доступу в мережу Інтернет, доступу до локальних мереж (ЛОМ) тощо При організації таких сполук користувачі зазвичай отримують набагато більший обсяг інформації, ніж передають. Технологія ADSL забезпечує швидкість "вхідного" потоку даних в межах від 1,5 Мбіт / с до 8 Мбіт / с і швидкість "висхідного" потоку даних від 640 Кбіт / с до 1,5 Мбіт / с. ADSL технологія дозволяє без істотних витрат зберегти традиційний сервіс і надати додаткові послуги, серед яких:

• збереження традиційного телефонного сервісу,

• високошвидкісна передача даних зі швидкістю до 8 Мбіт / до користувача послуги та до 1,5 Мбіт / с - від нього,

• високошвидкісний доступ в Інтернет,

• передача одного телевізійного каналу з високою якістю, відео-на-замовлення,

• дистанційне навчання.

У порівнянні з альтернативними кабельними модемами та волоконно-оптичними лініями головна перевага ADSL полягає в тому, що для неї використовується вже існуючий телефонний кабель. На закінченнях діючої телефонної лінії встановлюються частотні роздільники (деякі використовують кальку з англійської спліттер), - один на АТС і один у абонента. До абонентського роздільника підключаються звичайний аналоговий телефон та ADSL модем, який залежно від виконання може виконувати функції маршрутизатора або моста між локальною мережею абонента і прикордонним маршрутизатором провайдера. При цьому робота модему абсолютно не заважає використанню звичайного телефонного зв'язку, яка існує незалежно від того функціонує чи ні ADSL лінія.

В даний час є дві модифікації технології ADSL: так звана повномасштабна ADSL, яку називають просто ADSL, і так звана "легка" версія ADSL, яку називають "ADSL G. Lite". Обидві версії ADSL в даний час регламентовані рекомендаціями МСЕ-Т G.992.1 і G.992.2 відповідно.

Концепція повномасштабної ADSL спочатку народилася як спроба конкурентного відповіді операторів місцевих телефонних мереж операторам кабельного телевізійного мовлення (КТВ). З моменту появи технології ADSL пройшло вже майже 7 років, проте до цих пір вона не отримала масового практичного застосування. Вже в процесі розробки повномасштабної ADSL і першого досвіду її впровадження з'ясувався цілий ряд факторів, які вимагали корекції початкової концепції.

Основними з цих факторів є наступні:

1. Зміна основного цільового застосування ADSL: в даний час основним видом широкосмугового абонентського доступу є вже не надання послуг КТБ, а організація широкосмугового доступу до Інтернет. Для вирішення цієї нової завдання цілком достатньо 20% максимальної пропускної здатності повномасштабної ADSL, якій відповідає швидкість низхідного потоку (від мережі до абонента) 8,192 Мбіт / с і швидкості висхідного потоку (від абонента до мережі) 768 Кбіт / с.

2. Неготовність мережі Інтернет для надання послуг повномасштабної ADSL. Справа в тому, що сама система ADSL є лише частиною мережі широкосмугового доступу до мережевих послуг. Вже перші досліди впровадження ADSL в реальні мережі доступу показали, що сьогоднішня інфраструктура мережі Інтернет не може підтримувати швидкості передачі вище 300 - 400 Кбіт / с. Хоча магістральний ділянку мережі доступу до Інтернету зазвичай виконується на оптичному кабелі, однак, не ця мережа, а інші елементи мережі доступу до Інтернету - такі, як маршрутизатори, сервери і РС, включаючи і особливості трафіку Інтернет, визначають реальну пропускну здатність цієї мережі. Тому застосування повномасштабної ADSL на існуючій мережі практично не вирішує проблеми широкосмугового абонентського доступу, а просто переміщає її з абонентського ділянки мережі в магістральну мережу, загострюючи проблеми інфраструктури мережі. Тому впровадження повномасштабної ADSL зажадає значного збільшення пропускної здатності магістрального ділянки мережі Інтернет, і, отже, істотних додаткових витрат.

3. Висока вартість устаткування і послуг: для широкого розгортання технології необхідно, щоб вартість абонентської лінії ADSL була не більше 500 $; існуючі ціни істотно перевищують цю величину. Тому реально використовуються інші продукти xDSL і в першу чергу модифікації HDSL (типу багатошвідкісний MSDSL) з пропускною спроможністю 2 Мбіт / с по одній мідній парі.

4. Необхідність модернізації інфраструктури існуючої мережі доступу: концепція повномасштабної ADSL вимагає застосування спеціальних розділових фільтрів - так званих спліттеров (splitter's), які поділяють низькочастотні сигнали аналогового телефону або основного доступу BRI ISDN і високочастотні сигнали широкосмугового доступу як в приміщенні АТС, так і в приміщенні користувача. Ця операція вимагає значних трудовитрат, особливо в кросі АТС, де закінчуються тисячі абонентських ліній.

5. Проблема електромагнітної сумісності, що полягає в недостатній вивченості впливу повномасштабної ADSL на інші високошвидкісні цифрові системи передачі (в тому числі і типу xDSL), що працюють паралельно в тому ж кабелі.

6. Велика споживана потужність і площа: існуючі модеми ADSL крім високої вартості, вимагають ще багато місця і витрачають значну потужність (до 8 Вт на модем ADSL в активному стані). Щоб технологія ADSL виявилася прийнятною для розміщення на комутаційної станції, необхідне зниження споживаної потужності і збільшення щільності портів.

7. Асиметричний режим роботи повномасштабної ADSL: при постійній пропускної здатності лінії ADSL він є перешкодою для деяких додатків, що вимагають симетричного режиму передачі, - наприклад, відеоконференцій, а також для організації роботи деяких користувачів, які мають власні сервери Інтернет. Тому необхідна адаптивна ADSL, здатна працювати як в асиметричному, так і в симетричному режимі.

1. Апаратне і програмне забезпечення приміщення користувача, як показали випробування, є також вузьким місцем систем ADSL. Проведене тестування показало, наприклад, що популярні програми - браузери Web і платформи апаратного забезпечення PC можуть обмежувати пропускну здатність PC величиною 600 Кбіт / с. Таким чином, для повного використання високошвидкісних з'єднань ADSL необхідні поліпшення клієнтського апаратного і програмного забезпечення Користувача.

Перераховані проблеми повномасштабної ADSL ініціювали поява її "легкого" варіанту, яким є вже згадувана ADSL G. Lite. Наведемо найбільш суттєві особливості цієї технології.

Можливість роботи як в асиметричному, так і симетричному режимах: в асиметричному режимі при швидкості передачі до 1536 Кбіт / с в низхідному напрямку (від мережі до абонента) і до 512 Кбіт / с у висхідному напрямку (від абонента до мережі); в симетричному режимі - до 256 Кбіт / с у кожному напрямку передачі. В обох режимах завдяки використанню коду DMT забезпечується автоматичне підстроювання швидкості передачі ступенями по 32 Кбіт / с в залежності від довжини лінії і потужності перешкод.

Спрощення процесу установки і настройки модемів ADSL GLite шляхом відмови від використання розділових фільтрів (спліттеров) в приміщенні користувача, що дозволяє виконувати ці процедури самому користувачеві. При цьому не потрібно заміни внутрішньої проводки в приміщенні користувача. Однак, як показують результати випробувань, це можна зробити не завжди. Ефективним заходом захисту широкосмугового каналу передачі даних від сигналів імпульсного набору номера і викличних сигналів є установка спеціальних мікрофільтрів прямо в розетку.

Реалізовані довжини ліній ADSL GLite дозволяють забезпечити високошвидкісним доступом до Інтернет переважна більшість користувачів домашнього сектора. Слід зазначити, що багатьма виробниками обладнання ADSL обрана концепція обладнання ADSL, що підтримує як режим роботи полноскоростной ADSL, так і режим ADSL G. Lite. Передбачається, що поява обладнання ADSL G. Lite різко активізує ринок пристроїв широкосмугового доступу до послуг Інтернет. Велика ймовірність того, що він займе нішу широкосмугового доступу до мережевих послуг користувачів домашнього сектора.

Поява проміжної щаблі ADSL у вигляді ADSL G. Lite створює можливість плавного переходу від існуючих аналогових модемів до широкосмугового доступу - спочатку до Інтернет за допомогою G. Lite, а потім до мультимедійних послуг за допомогою повномасштабної ADSL.

Міграція від аналогового модему до будь-якої з модифікацій ADSL вигідна провайдеру послуг, оскільки виклики підвищеної тривалості, якими є звернення користувача до мережі Інтернет, направляються в обхід коммутируемой телефонної мережі загального користування. Якщо провайдером послуг є традиційний оператор місцевої мережі, то цей сценарій дає йому ще одне додаткове (але не менш важливе) перевага, оскільки відпадає необхідність дорогої модернізації комутатора існуючої телефонної мережі в комутатор ISDN, який знадобився б для збільшення швидкості доступу до послуг мережі Інтернет за варіанті міграції від послуг телефонної мережі загального користування до послуг мережі ISDN. Настільки значні додаткові інвестиції при переході від аналогового ТфОП до ISDN пояснюються тим, що остання є мережевий концепцією з власним дуже потужним багаторівневим стеком протоколів. Тому для вказаної модернізації потрібні суттєві зміни апаратного та програмного забезпечення цифрової комутаційної станції ТфОП. У той же час модем ADSL являє собою просто високошвидкісний модем, для підтримки якого використовуються стандартні протоколи мережі передачі даних, що базується на передачі пакетів або осередків АТМ. Це істотно скорочує складність доступу до мережі Інтернет і, отже, необхідні інвестиції.

Крім того, з точки зору користувачів Інтернет, операторів мережі та провайдерів послуг Інтернет має більший сенс прямий перехід від модему ТфОП не до модему ISDN, а прямо до модему ADSL. При максимальної пропускної здатності вузькосмугової ISDN, що дорівнює 128 Кбіт / с (яка відповідає об'єднанню двох В - каналів основного доступу ISDN), перехід до ISDN дає збільшення швидкості доступу в порівнянні з мережею ТфОП потенційно трохи більше ніж у 4 рази і вимагає до того ж значних інвестицій. Тому проміжний етап переходу від ТфОП до ISDN як ефективного засобу доступу до Інтернет практично втрачає сенс. Зрозуміло, це не відноситься до тих регіонів, де вже має місце широке впровадження ISDN. Тут, природно, визначальним чинником є захист зроблених інвестицій.

Таким чином, основними стимулами розглянутого способу міграції мережі доступу є:

• Величезне збільшення швидкості доступу до послуг мережі Інтернет.

• Збереження аналогового телефону або основного доступу до ISDN (BRI ISDN).

• Переміщення трафіку Інтернет з мережі ТМЗК в мережу IP або АТМ.

• Відсутність необхідності модернізації комутатора ТфОП в комутатор ISDN.

Якщо основним стимулом міграції від аналогового модему до модему ADSL є високошвидкісний доступ до мережі Інтернет, то найбільш доцільним способом реалізації цієї послуги слід вважати виконання віддаленого терміналу ADSL, званого ATU-R, у вигляді плати персонального комп'ютера (ПК). Це зменшує загальну складність модему і усуває проблеми внутрішньої проводки (від модему до ПК) в приміщенні користувача. Однак оператори телефонної мережі зазвичай не бажають здавати в оренду модем ADSL, якщо він є внутрішньою платою ПК, оскільки не хочуть бути відповідальними за можливе пошкодження ПК. Тому більшого поширення поки отримали віддалені термінали ATU-R у вигляді окремого блоку, званого зовнішнім модемом ADSL. Зовнішній модем ADSL підключається до порту ЛВС (10BaseT) або до послідовного порту (послідовної універсальної шини USB) комп'ютера. Ця конструкція є більш складною, оскільки вона вимагає додаткового місця і окремого харчування. Але такий модем ADSL може бути куплений абонентом місцевої телефонної мережі і запущений в роботу користувачем ПК самостійно. Крім того, зовнішній модем може підключатися не до ПК, а до концентратора або маршрутизатора ЛВС в тих випадках, коли користувач має декілька комп'ютерів.

А така ситуація є типовою для організацій, бізнес центрів і житлових комплексів.

Міграція до ADSL за наявності в мережі доступу ЦСПАЛ

Попередній сценарій міграції вимагає наявності безперервної фізичної мідної пари між приміщенням місцевої АТС і приміщенням користувача. Така ситуація більш типова для країн з порівняно слаборозвиненою телекомунікаційною мережею, до яких відноситься і Росія. У країнах з розвиненою телекомунікаційною мережею на абонентської телефонної мережі для збільшення перекриваються відстаней широко застосовуються цифрові абонентські системи передачі (ЦСПАЛ) в основному з використанням апаратури первинних цифрових систем передачі плезиохронной ієрархій (Е _1). Наприклад, в США на початку 90-х років приблизно 15% всіх абонентських ліній обслуговувалося за допомогою ЦСПАЛ (у США вони називаються Digital Local Carrier - DLC), надалі передбачається збільшення їх сумарної місткості до 45% від загального числа абонентських ліній. В даний час будуються дуже надійні мережі абонентського доступу, в яких використовується комбінована мідно-оптичне середовище передачі і захищені кільцеві структури з застосуванням апаратури синхронної цифрової ієрархії SDH.

Сучасні ЦСПАЛ не тільки мультиплексируются сигнали деякого числа абонентів на цифровий потік, що передається по двох симетричним парам, але й можуть виконувати також функції концентрації навантаження (2:1 або більше), що дозволяє знизити навантаження на комутаційні станції. При цьому один крайовий термінал ЦСПАЛ розміщується в приміщенні АТС, а інший - в проміжному пункті між АТС і приміщенням користувача. Тому індивідуальна фізична абонентська лінія існує тільки між приміщенням користувача і віддаленим терміналом ЦСПАЛ. Тому мультиплексор доступу ADSL (DSLAM - DSL access multiplexor) і його складова частина - станційний термінал ADSL ATU-С - повинні розміщуватися не на АТС, а в місці установки віддаленого терміналу (RDT). При цьому для організації систем ADSL використовуються такі технічні рішення:

1. Віддалений DSLAM, який розміщується в окремому контейнері поблизу контейнера з RDT і розрахований на обслуговування великої кількості користувачів (зазвичай від 60 до 100 ліній ADSL). У цьому випадку не потрібно спеціальної системи управління та обслуговування, оскільки використовується система управління налаштуванням і контролем стану ліній ADSL типового DSLAM, що встановлюється в приміщенні АТС. Такий DSLAM може працювати практично з будь-яким обладнанням ЦСПАЛ, оскільки є автономним обладнанням; DSLAM просто відокремлює трафік ТфОП від трафіку власне лінії ADSL і передає його в устаткування ЦСПАЛ в аналоговій формі. Разом з тим, таке рішення є дуже дорогим: оскільки обладнання DSLAM автономно, то необхідні серйозні настановні й монтажні роботи, організація електроживлення обладнання та багато іншого; тому це рішення доцільно тільки при великій кількості користувачів ЦСПАЛ.

2. Лінійні плати ADSL, вбудовані в апаратуру ЦСПАЛ. При цьому використовуються вільні місця в платах обладнання ЦСПАЛ, що розміщується в контейнері RDT, причому можливі два варіанти:

• обладнання ЦСПАЛ використовується тільки для розміщення і механічного захисту плат ADSL, а всі з'єднання виконуються за допомогою кабелів, що типово для традиційних ЦСП;

• лінійна плата ADSL є частиною апаратури ЦСПАЛ і просто інтегрована в останню. Цей другий спосіб зазвичай використовується в новому поколінні апаратури ЦСПАЛ і дозволяє виключити необхідність проведення будь-яких монтажних робіт у блоці ЦСПАЛ.

• Віддалений мультиплексор доступу (RAM - remote access multiplexor), який виконує ті ж функції, що і DSLAM. Відрізняється від DSLAM тим, що інтегрований в існуючу інфраструктуру ЦСПАЛ і не вимагає пов'язаної зі значними витратами модернізації існуючої інфраструктури мережі абонентського доступу. Застосування RAM є універсальним, оскільки забезпечує можливість спільної роботи з будь-яким типом апаратури ЦСПАЛ. Зазвичай блоки RAM мають малі габарити і можуть розміщуватися в існуючих контейнерах з обладнанням RDT. Основною проблемою відомих у даний час RAM є їх недостатня масштабність.

Від ISDN до ADSL

У 90-і роки як спосіб більш швидкого доступу до Інтернет там, де це було можливо, стали широко використовуватися лінії ISDN. Згодом, коли пропускна здатність ISDN виявиться недостатньою, природним рішенням буде "доповнення" абонентської лінії ISDN високошвидкісним каналом ADSL. Так само як і у випадку зі звичайними аналоговими лініями, такий спосіб, званий "ISDN нижче ADSL" ("ISDN under ADSL"), передбачає використання фільтрів для розділення сигналів ADSL і ISDN.

Таке рішення особливо привабливо тим, що воно практично не викликає жодних проблем з виконанням стандартів вузькосмугової ISDN і, отже, з реалізацією способу переходу від ISDN до ADSL. Тому даний спосіб еволюції буде особливо популярний в країнах, де широко впровадилася узкополосная ISDN, причому, найімовірніше, буде переважати перехід від ISDN до повномасштабної ADSL.

Від HDSL до ADSL

Технологія симетричною цифрової абонентської лінії HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line - високошвидкісна цифрова абонентська лінія) безумовно є самою зрілою і найдешевшої з технологій xDSL. Вона виникла як ефективна альтернатива застарілої апаратури первинних ЦСП Е! для використання на з'єднувальних лініях місцевих мереж, а також як первинного доступу до ISDN (PRA ISDN). Завдяки широкому використанню HDSL в самих різних регіонах світу добре відпрацьовані процедури розгортання таких систем, їх експлуатаційного обслуговування та тестування; добре відомі також високу якість параметрів і висока надійність систем HDSL. Тому оператори зв'язку і провайдери мережевих послуг охоче використовують обладнання HDSL для високошвидкісного доступу до Інтернет. Проте найчастіше застосування HDSL в мережі абонентського доступу вимагає застосування принаймні, двох мідних пар, що практично не завжди можливо. Використання ж для організації лінії HDSL тільки однієї пари істотно скорочує перекриваються відстані. Крім того, в устаткуванні HDSL не передбачена можливість організації аналогового телефону, що вимагає використання з цією метою додаткової абонентської пари. Таким чином, є істотні фактори, що стимулюють доцільність переходу від HDSL до ADSL. При такій міграції різко збільшується пропускна здатність мережі доступу в спадному напрямку (тобто від мережі до абонента), достатньо всього однієї пари і з'являється можливість організації аналогового телефону. Однак при такому сценарії міграції можуть виникнути проблеми. Так, пропускна здатність мережі доступу ADSL у висхідному напрямку (тобто від абонента до мережі), як правило, менше, ніж відповідна пропускна здатність пропускна здатність HDSL.

Від IDSL до ADSL

Однією з модифікацій технологій xDSL є так звана технологія IDSL, що має більш повну абревіатуру "ISDN DSL". IDSL (ISDN Digital Subscriber Line - цифрова абонентська лінія IDSN). Ця технологія з'явилася як адекватна відповідь виробників обладнання та провайдерів мережі Інтернет на проблеми, пов'язані з перевантаженням комутованій мережі ISDN трафіком користувачів Інтернет, і недостатньою для багатьох користувачів швидкістю доступу до мережі Інтернет за допомогою аналогових модемів.

Технологія IDSL передбачає просто формування цифрового тракту "точка-точка" з пропускною здатністю 128 Кбіт / с на основі формату основного доступу BRI ISDN шляхом об'єднання двох основних B-каналів по 64 Кбіт / с кожний; при цьому передбачений у форматі BRI ISDN допоміжний D- канал не використовується, тобто, тракт IDSL має структуру типу "128 +0" Кбіт / с. IDSL використовує стандартні мікросхеми цифрової абонентської лінії ISDN (так званий U-інтерфейс). Однак на відміну від U-інтерфейсу ISDN, обладнання IDSL підключається до мережі Інтернет не через комутатор ТфОП або ISDN, а через маршрутизатор. Тому технологія IDSL використовується тільки для передачі даних і не може надавати послуги мовні комутованих ТфОП або ISDN.

Найбільш привабливими властивостями IDSL є зрілість технології ISDN, дешевизна мікросхем U-інтерфейсу ISDN, простота інсталяції і технічного обслуговування в порівнянні з інсталяцією і технічним обслуговуванням стандартної ISDN (оскільки IDSL працює в обхід комутаційної станції ISDN), а також можливість використання стандартного вимірювального обладнання ISDN. Крім того, оператори зв'язку та провайдери послуг Інтернет, розгортають ISDN, як правило, прекрасно знайомі з останньою. Тому немає проблем, пов'язаних з плануванням і технічним обслуговуванням ліній IDSL. Основним спонукальним стимулом міграції від IDSL до ADSL є забезпечення більш швидкого доступу до Інтернет в порівнянні з аналоговим модемом. Слід, однак, мати на увазі, що при використанні IDSL для доступу до Інтернет необхідна друга абонентська лінія для доступу до ТфОП. Перехід до технології ADSL, що зберігає можливість абонентського доступу до комутованої телефонної мережі (а при необхідності і до мережі Інтернет), дозволяє користувачеві обмежитися тільки однієї абонентської лінією, що вигідно не тільки останнього, а й оператору зв'язку.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line - симетрична цифрова абонентська лінія). Також як і технологія HDSL, технологія SDSL забезпечує симетричну передачу даних зі швидкостями, відповідними швидкостям лінії Т ₁ / Е _1, але при цьому технологія SDSL має дві важливі відмінності. По-перше, використовується тільки одна кручена пара проводів, а по-друге, максимальна відстань передачі обмежена 3 км. Технологія забезпечує необхідні для представників бізнесу переваги: ​​високошвидкісний доступ в мережу Інтернет, організація багатоканального телефонного зв'язку (технологія VoDSL) і т. п. До цього ж підродини слід віднести і MSDSL (Multi-speed SDSL) технологію, яка дозволяє змінювати швидкість передачі для досягнення оптимальної дальності і навпаки.

SDSL можна охарактеризувати також як і HDSL. Правда вона дозволяє пройти меншу відстань, ніж HDSL, зате можна заощадити на другій парі. Дуже часто офіс користувача виявляється на відстані не більше 3-х км від точки присутності оператора і тоді ця технологія має явну перевагу в порівнянні з HDSL по співвідношенню ціна / якість послуги для її користувача. Варіант MSDSL дозволяє, в разі не дуже гарного стану кабелю, пройти теж відстань, але з меншою швидкістю, до того ж повні 2 Мбіт / с необхідні не всім клієнтам і дуже часто достатньо 256 або навіть 128 кбіт / с.

В якості ще однієї модифікації SDSL використовується обладнання HDSL2, яке являє собою вдосконалений варіант HDSL із застосуванням більш ефективного лінійного коду передачі.

Можливості власної еволюції ADSL: від доступу до Інтернет до надання повного набору послуг мережі

Розглянуті способи міграції широкосмугового доступу стосуються нижнього, фізичного рівня багаторівневої телекомунікаційної моделі, оскільки самі технології xDSL є по суті технологіями саме фізичного рівня. Не менш цікаві й шляхи власної еволюції ADSL від доступу до мережі Інтернет до надання повного набору послуг мережі. Під повним набором послуг мережі будемо розуміти в першу чергу послуги мультимедіа та інтерактивне відео.

В даний час приблизно 85% загального обсягу широкосмугових послуг складає доступ до Інтернет і тільки 15% доступ до послуг мультимедіа і інтерактивного телебачення. Тому першим етапом широкосмугового доступу буде в переважній більшості випадків доступ до мережі Інтернет. Стратегія надання широкосмугових послуг в даний час досить повно представлена ​​розвиненою МСЕ-Т концепцією широкосмугової мережі з інтеграцією послуг ISDN, коротко званої B-ISDN. В якості ключового елемента мережі B-ISDN обрано метод асинхронної передачі (АТМ), в основі якого лежить концепція оптимального використання смуги пропускання каналу для передачі різнорідного трафіку (мови, зображень і даних). Тому технологія АТМ претендує на роль універсального і гнучкого транспорту, що є основою для побудови інших мереж.

АТМ, як всяка революційна технологія, створювалася без урахування того, що в існуючі технології зроблені великі інвестиції, і ніхто не буде відмовлятися від старого добротно працюючого обладнання, навіть якщо з'явилося нове більш досконале. Тому метод АТМ в першу чергу з'явився на територіальних мережах, де вартість комутаторів АТМ порівняно з вартістю самої транспортної мережі порівняно невелика. Для ЛВС ж заміна комутаторів і мережевих адаптерів практично рівносильна повній заміні обладнання мережі та перехід на АТМ може бути викликаний тільки дуже серйозними причинами. Очевидно, що більш привабливою (а, мабуть, і більш реальною) виглядає концепція поступового впровадження АТМ в існуючу мережу користувача. Принципово АТМ дозволяє безпосередньо переносити повідомлення протоколів прикладного рівня, але частіше використовується як транспорт для протоколів канального і мережевого рівнів мереж, які не є мережами АТМ (Ethernet, IP, Frame Relay та ін.)

Технологія АТМ рекомендована в даний час як Форумом ADSL, так і ITU-T і для обладнання самої лінії ADSL (тобто модему вузла доступу ATU-C і віддаленого модему в приміщенні користувача ATU-R). Це пояснюється в першу чергу тим, що саме АТМ є стандартом мережі широкосмугового доступу B-ISDN.

У той же час переважна частина серверів і користувальницького обладнання мережі Інтернет підтримують протоколи TCP / IP і Ethernet. Тому при переході до технології АТМ необхідно максимально використовувати стек вже існуючих протоколів TCP / IP як основного інструменту широкосмугового доступу до мережі Інтернет. Це стосується не тільки транспортного та мережевого рівня TCP / IP, але і канального рівня. Сказане в першу чергу відноситься до протоколу (а точніше, до стека протоколів) РРР ("Point to point protocol"), який є протоколом канального рівня стека протоколів TCP / IP і регламентує процедури передачі кадрів інформації по послідовних каналах зв'язку.

Протокол РРР в даний час широко використовується мережевими провайдерами для доступу до послуг Інтернет за допомогою аналогових модемів і забезпечує можливість управління так званими ААА-функціями:

• Authentication (аутентифікації, тобто процесу ідентифікації користувача).

• Authorization (авторизації, тобто, права доступу до конкретних послуг).

• Accounting (обліку ресурсів, включаючи і тарифікацію послуг).

При виконанні всіх зазначених функцій протокол гарантує також необхідний захист інформації. Настільки ж важливим для провайдера Інтернет є можливість динамічного розподілу обмеженого числа IP-адрес серед його клієнтів. Ця функція також підтримується протоколом РРР. Таким чином, і для провайдера Інтернет, і для користувача дуже важливо збереження протоколу РРР при широкосмуговому доступі до Інтернет через лінію ADSL з використанням методу АТМ.

Крім розглянутого методу роботи мережі ADSL з використанням технології ATM, який коротко називають "РРР поверх АТМ", існує і ряд інших: "Класичний IP поверх АТМ" ("Classical IP and ARP over ATM" або IPOA), розроблена Форумом АТМ специфікація "Емуляція локальних мереж "(LAN emulation або LANE), нова специфікація Форуму АТМ" Multiprotocol Over ATM "(або MPOA).

Хоча стандарт АТМ визнаний як самого перспективного універсального стандарту передачі різнорідної інформації (промови, відео і даних), однак і він не позбавлений недоліків, основним з яких поки є складний і довгий процес налаштування постійного віртуального каналу PVC.

В даний час найпопулярнішим протоколом передачі даних, і в першу чергу для додатків Інтернет, є стек протоколів TCP / IP. У зв'язку з появою технології АТМ виникає питання: "Не відмовитися чи повністю від TCP / IP і не взяти на озброєння лише АТМ?" Життя показало, що найправильніше - об'єднати переваги цих двох технологій. Тому як інструмент міграції технології ADSL від доступу до мережі Інтернет до надання повного набору послуг мережі Форумом ADSL розглядається не тільки метод АТМ, але і стандарт TCP / IP. Це цілком логічно і відповідає інтересам як операторів зв'язку, так і користувачів з урахуванням великого розмаїття місцевих умов мереж доступу.

Від ADSL до VDSL

У міру зростання потреб користувача в збільшенні пропускної здатності чисто мідні мережі абонентського доступу будуть все більш мігрувати до комбінованих мідно-оптичним мережам, відомим під загальною назвою FITL (Fiber In The Loop). У міру наближення оптичного волокна в цій комбінованої мережі до приміщення користувача на її мідному ділянці може виявитися затребуваною технологія VDSL, яка прийде на зміну ADSL. VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - супершвидкісної цифрова абонентська лінія). Технологія VDSL є найбільш високошвидкісною технологією xDSL. У асиметричному варіанті вона забезпечує швидкість передачі даних "спадного" потоку в межах від 13 до 52 Мбіт / с, а швидкість передачі даних "висхідного" потоку в межах від 1,6 до 6,4 Мбіт / с, в симетричному варіанті - в межах від 13 до 26 Мбіт / с, причому по одній витій парі телефонних проводів. Технологія VDSL може розглядатися як економічно ефективна альтернатива прокладання волоконно-оптичного кабелю до кінцевого користувача. Однак максимальна відстань передачі даних для цієї технології складає від 300 м (при швидкості в 52 Мбіт / с) та до 1,5 км (при швидкості до 13 Мбіт / с). Технологія VDSL може використовуватися з тими ж цілями, що і ADSL; крім того, вона може використовуватися для передачі сигналів телебачення високої чіткості (HDTV), відео-на-замовлення і т. п.

Наше відставання в розвитку мереж передачі даних зіграло позитивну роль, - оператори не встигли вкласти суттєві кошти в обладнання комутованих мереж вузькосмугової ISDN, а також у розвиток абонентських ділянок мереж передачі даних на основі обладнання HDSL і IDSL.

З вищевикладеного ясно, що в російських умовах найбільшого поширення отримає сценарій еволюції мереж проводового абонентського доступу від аналогового модему до ADSL. Вже сьогодні попит на послуги високошвидкісного доступу в Інтернет виріс настільки, що має сенс, принаймні, почати опрацювання економічних і технічних питань розгортання мереж абонентського доступу на основі xDSL технологій.

Таким чином, кожна технологія з сімейства xDSL технологій з успіхом вирішує те завдання, для вирішення якої вона розроблялася. Дві з них - ADSL і VDSL - дозволяють операторам телефонного зв'язку надавати нові види сервісу, а існуюча телефонна мережа має реальні перспективи стати мережею з повним набором послуг. Що ж стосується самих операторів, то, швидше за все, з часом залишаться лише ті, які зможуть надати користувачеві максимальний набір послуг.

Підключення абонентів за допомогою оптоволокна

Апаратура для підключення абонентів з використанням оптичного кабелю отримала широке поширення в країнах Європи та США. Переваги такого рішення очевидні: високі надійність, якість передачі, а також пропускна здатність, отже, практично нелімітовані швидкість по інтерфейсу користувача. На жаль, це рішення має і недоліки. По-перше, час, необхідний для прокладки кабелю і отримання всіх необхідних дозволів може бути досить значним, що знижує темпи окупності капіталовкладень. По-друге, застосування оптоволокна може бути економічно виправдано лише при підключенні великої кількості сконцентрованих в одному місці, наприклад в районах масової забудови або в офісних будівлях, абонентів. У районах, де щільність абонентів невисока, ресурси оптичного кабелю використовуються лише на 5 - 10%, тому економічно вигідніше ущільнити існуючу кабельну мережу або використовувати радіодоступ.

Зараз оптоволокно широко застосовується замість багатожильних телефонних кабелів на ділянці між телефонним комутатором (АТС) і віддаленим концентратором, до якого підключаються, наприклад, телефони, встановлені в квартирах багатоповерхового будинку або кількох будинків. Апаратура, що реалізує мультиплексування / демультиплексування ліній індивідуального підключення абонентів, отримала назву Digital Loop Carrier (DLC), що можна перевести як "цифрова система концентрації телефонних ліній". Виробляють такі системи в США, Західній Європі, Азії (AFC, SAT, Siemens і ін.) Кілька підприємств готуються до випуску DLC і в Росії.

За своєю архітектурою обладнання DLC являє собою мультиплексор на базі тимчасового розділення каналів з ​​різними користувача інтерфейсами і лінійним інтерфейсом для безпосереднього підключення до оптоволокну. Таким чином, забезпечується об'єднання безлічі абонентських ліній в один високошвидкісний цифровий потік, що надходить на АТС (вузол мережі) по оптичному кабелю.

Набір для користувача інтерфейсів, як правило, включає в себе аналоговий абонентський двухпроводной інтерфейс (звичайний телефонний), аналоговий інтерфейс з сигналізацією Е & М, цифровий інтерфейс (V.24 або V.35), інтерфейс ISDN. Станційні інтерфейси передбачають підключення до аналогових АТС (за абонентським двопровідному стику або інтерфейсу Е & М), цифровим АТС (по стику Е! З сигналізацією V.51 або стику ЕЗ з сигналізацією V.52). Природно, передбачається і підключення по інтерфейсу ISDN і цифровому інтерфейсу V.24/V.35 (для підключення до мережі передачі даних).

Лінійні інтерфейси сучасної апаратури DLC можна розбити на кілька груп:

• Оптичний інтерфейс необхідний для безпосереднього підключення до оптичних волокнах (лінійна швидкість зазвичай в межах від 34 до 155 Мбіт / с). Наприклад, у системі NATEKS 1100Е швидкість складає 49,152 Мбіт / с, прийом і передача ведуться роздільно по двох волокнах, довжина хвилі лазерного випромінювача 1310 нм.

• Електричний інтерфейс - від Е! (2 Мбіт / с) до ЕЗ (34 Мбіт / с) - дозволяє підключатися до високошвидкісних мереж, що забезпечує прозору передачу цифрових потоків (наприклад, до мережі SDH). Електричний інтерфейс також дозволяє підключати апаратуру через тракти HDSL або радіорелейні лінії, а на невеликих відстанях (до 1 км по Е!) Поєднувати елементи системи безпосередньо.

Бібліографічний список

1. Mouly M., Pautet MB The GSM System for Mobile Communications. 1992.

2. Громаков Ю. А. Стільникові системи рухомого радіозв'язку. Технології електронних комунікацій. Т. 48. - М.: "Еко-Трендз", 1994.

3. Mehrotra A. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House. - Boston - London, 1994.

4. Громаков Ю. А. Структура TDMA кадрів і формування сигналів у стандарті GSM / / Електрозв'язок. № 10. 1993. С. 9 - 12.

5. Heger W. GSM vs. CDMA. GSM Global System for Mobile Communications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994. GSM MoU Group in Cooperation with ETSI GSM Members. 15 December, 1994.