Режим пакетной передачи предусматривает девять скоростей, отличающихся схемой защитного кодирования и видом модуляции несущих. Скорость автоматически изменяется от пакета к пакету в зависимости от условий в эфире. На физическом уровне протокол EDGE совпадает с GSM, включая структуpy кадров и мультикадра (только разряды РВ включены в блоки данных, см. рис. 2.40). При этом общая скорость на несущую — до 384 кбит/с, что позволяет рассматривать EDGE как технологию сетей третьего поколения.
EDGE может послужить базой для эволюции не только сетей GSM, но и DAMPS. В январе 1998 года консорциум UWCC (Universal Wireless Communications Consortium) принял EDGE за основу дальнейшего развития сетей DAMPS, создав концепцию UWC-136. Она предусматривает расширение полосы канала DAMPS с 30 до 200 кГц с соответствующим ростом скорости. Данный проект внесен на рассмотрение ITU как система 3G (проект IMT-SC). На платформе EDGE возможна и интеграция сетей DAMPS с сетями GSM.
Отметим, что прорабатываются два варианта EDGE-сетей: COMPACT и Classic, Последний ориентировал на стандартные GSM-системы, тогда как COMPACT -это решение в условиях ограниченного частотного ресурса. Сети COMPACT могут занимать диапазон шириной всего в 600 МГц. При этом БС должны быть синхронизированы, например, с помощью сигналов системы GPS.
Естественно возникает ворос: нужны ли сети 3G? Тревогу вызвали результаты уже первых аукционов по продаже лицензий на право предоставлять услуги 3G. В Великобритании общая сумма продаж лицензий составила 34 млрд долл., в Германии - 46 млрд долл. Возмещать операторам такие затраты будут пользователи их услуг. Захотят ли они ими пользоваться, если есть более дешевые альтернативные решения?
Готовность рынка принять данную технологию не велика. Это подтверждают события во Франции, где на четыре ЗG-лицензии нашлось лишь два оператора-претендента при «умеренной» цене лицензии — около 4,5 млрд долл. Кроме того, технические возможности и пользовательские приложения вещи разные. Просмотр видеороликов в мчащемся автомобиле потрясает воображение инженера, но нужен ли такой сервис массовому пользователю? Тем более на малом экране портативного устройства.
С другой стороны, достижения производителей элементной базы для устройств 3G не могут быть проигнорированы рынком. Кроме того, сети 3G нельзя рассматривать просто как беспроводную телефонию. Это - высокоскоростные БСПИ со
всеми вытекающими последствиями. Важнейшее из них — в восемь раз более эффективное, по оценкам экспертов, использование емкости сети. Разумеется, при наличии соответствующих информационных сервисов. Это означает, что падает удельная себестоимость инфраструктуры сетей. Так, если затраты для ввода одного абонентского номера GSM составляют, по разным оценкам, 320-350 долл., то при эволюционном переходе к сетями UMTS дополнительные затраты не превышают 50 долл., а потребности в услугах передачи данных неуклонно растут. Так, в августе 2003 года средний доход от передачи данных у операторов Западной Европы составил 15% от общего объема, и продолжает расти. Предполагается, что в 2005 году, с учетом распространения услуг 3G-сетей, этот показатель составит 30%.
Сегодня лидерство во внедрении 3G уверенно захватили страны Юго-Востока. 2003 год можно назвать первым годом эксплуатации 3G. В 2002 году японская корпорация NTT DoCoMo первой построила коммерческую 3G-сеть и начала активно оказывать услуги. Через год ее 3G-услугами пользовались 6,8 млн человек. Однако этого крупнейшего японскою оператора обогнала компания KDDI, стартовавшая позднее. За полтора гола к ее 3G-сети подключилось более 10 млн абонентов. Заметим, что к началу 2003 года общее число абонентов 3G в Японии составляло лить 7,161 млн, причем всего абонентов мобильной связи в этой стране тогда было 75,656 млн человек. В конце же 2003 года услугами связи 3G пользовались более 60 млн человек, и ежемесячно их число увеличивается более чем на 3,5 млн. Всего коммерческие услуги 3G предоставляются более чем в 30 странам мира: развернуто 70 сетей стандарта cdma2000 и 12 сетей стандарта UMTS. В 2003 году доля мирового рынка производимою оборудования 3G составляла 30%, к 2005 году предполагалось ее увеличение до 75%.
Необходимо сделать существенную оговорку. Термин «услуги 3G» крайне расплывчат; из статистических данных зачастую невозможно понять, о какой же технологии идет речь. Например, сегодня самая массовая 3G-технология -cdma2000. Но она подразумевает плавный переход от 2G-стандарта IS-95a (cdma-Оnе). При этом сохраняется полная обратная совместимость. Иными словами, оператор может постепенно дооснащать 3G-оборудованием свою CDMA-сеть, превращая ее в 3G-ceть cdma2000, а все «старые» телефоны как работали, так и будут продолжать работать. С технологией WCDMA ситуация принципиально иная, поэтому таких сетей гораздо меньше. Таким образом, очевидно, что, говоря о 3G-услугах, имеют в виду 3G-сети. Возможность же получения 3G-услуг зависит от наличия 3G-телефонов, которых в Европе да и во всем мире пока немного. Практически все развернутые 3G-cети имеют двухмодовый режим работы (2.5G/3G) и используются операторами для выявления числа абонентов, готовых оплачивать услуги, не связанные с передачей голоса и SMS. Подавляющее большинство абонентов таких сетей, хотя именуются «абонентами услуг 3G сетей», в реальности пользуются обычными 2,5G-телефонами. Отсюда берутся те многие миллионы абонентов 3G-сетей.
Тем не менее с внедрением 3G-технологий европейские и американские операторы испытывают проблемы. На лицензии потрачены огромные деньги, их надо возвращать. Как подсчитали аналитики из инвестиционного банка Schroder Salomon Smith Barney, лицензии окупятся только в том случае, если каждый европеец будет дополнительно приносить оператору связи не менее 500 евро ежегодно. В результате операторы все чаще приходят к выводу о необходимости объединения своих ресурсов в проектах по развертыванию 3G-сетей.
Гонконгская компания Hutchison Whampoa объявила о решении создать сотовую связь 3G в Западной Европе. Она действует под учрежденной ей торговой маркой «3» (65% акций «3» принадлежит Hutchison, еще 20% владеет NTT DoCoMo) и к 2003 году уже вложила в проект порядка 16,7 млрд долл. Hutchison активно реализует свои планы создания 3G-сетей в Великобритании, Италии, Швеции, Австрии и других странах. Благодаря усилиям Hutchison к концу марта 2003 года первые 60 тыс. европейцев (50 тыс. в Италии и 10 тыс. в Великобритании) смогли оценить связь третьего поколения. Зона обслуживания абонентов сети UMTS в Великобритании составляет 70% территории (4,3 тыс. базовых станций), в Италии 50% (3,2 тыс. базовых станций), соответственно 200 и 400 тыс. абонентов. Деятельность Hutchison в области 3G не ограничена Европой. Она запустила 3G-сеть и в Австралии, под тем же брендом «3», как и в Европе.
Китай пока не спешит внедрять сети 3G. Предполагалось» что в Китае рынок 3G-услуг сформируется к 2(Н)5 году. В частности, в докладе «Управление и развитие China Telecom в 2003 году» представитель компании ZTE (производитель телекоммуникационного оборудования) заявил, что оператор China Telecom выберет в качестве стандарта сотовой связи третьего поколения W-CDMA, а не TD-SCDMA. Этот оператор строит опытную тестовую сеть в семи китайских городах, включая Шанхай.
В России о технологиях 3G пока говорить рано. В то же время в нашей стране уже появилась вполне «3G-технология» — cdma2000 в диапазоне 450 МГц.
По определению, транкинг (trunking) — это метод равного доступа абонентов к общей для чих группе каналов связи, при котором конкретный канал предоставляется абоненту для каждого сеанса связи заново. Иными словами, это метод доступа многих пользователей к общему канальному ресурсу. В этом смысле термин «транковые сети» можно трактовать очень широко подавляющее большинство современных систем связи, включая обычную проводную телефонию, действуют именно по этому принципу. Однако, вопреки определению, под транковыми сетями связи понимаю вполне определенный класс систем связи, а именно беспроводные корпоративные сети, использующие принцип свободного доступа абонентов к общему пулу каналов. Отметим, что русскоязычное определение сетей данною класса не устоялось, специалисты говорят и «транкинговый», и «транковый». Для определенности будем придерживаться последнего термина.
Расцвет транковых сетей пришелся на период начала 90-х годов, вплоть до становления систем сотовой связи. Возможно, первой в мире системой транковой связи была еще памятная многим отечественная система «Алтай»- Может быть, она бы успешно работала и поныне, если бы массогабаритные и эксплуатационные характеристики ее радиотелефонов не перестали удовлетворять самых неприхотливых пользователей. Однако с развитием технологий сотовой связи на долю транковых систем остались весьма специфические области применения, где проявляются их основные достоинства. Это прежде всего малое время установления соединения (менее секунды), автономность сети (проще контролировать систему), возможность обеспечить высокую защищенность от несанкционированного доступа, как к канальному ресурсу, так и к поддаваемым данным. Транковые сети эффективны там, где стоимость самой дорогой системы связи несоизмерима с возможными последствиями сбоев, случайных или преднамеренных, или несанкционированного доступа к данным. Речь идет о диспетчерских службах в энергетических и транспортных сетях, о силовых ведомствах, оперативных службах и т.п.
Виды транковых сетей связи. Метрически первые транковые системы пришли на смену корпоративным аналоговым радиосетям с жестким распределением каналов. Первые системы транковой связи были аналоговыми. По существу, они представляли собой системы аналоговой радиосвязи с каналами фиксированной ширины (в основном 12,5 или 25 кГц) и средствами предоставления доступа к этим каналам. Собственно, все стандарты (открытые и корпоративные) в области аналоговой транковой связи специфицируют именно систему сигнализации и самые общие требования к приемопередающей аппаратуре. Механизм непосредственной передачи в радиоканале находится «вне зоны их компетенции» — лишь бы не было межканальных помех. В наиболее простых аналоговых системах транковой связи абонентские станции представляли собой стандартные портативные радиостанции соответствующих диапазонов, оснащенные дополнительным транковым модулем.
По схеме построения транковые сети могут быть одно- и многозоновыми. В первом случае в систему входит одна базовая ретрансляционная станция (с одной зоной обслуживания). В многозоновых сетях базовых станций несколько. При этом управление может быть как сосредоточено в центральном контроллер (централизованное управление), так и возложено на оборудование базовых станций (определенное управление). Как правило, все транковые системы строятся по модульному принципу, т. е. в минимальной конфигурации это может быть одна базовая станция с двумя каналами. Впоследствии оборудование можно наращивать, вплоть до общенациональных сетей.
При свободном доступе к каналам возможны два основных механизма распределения ресурсов: когда поиском и распределением свободных каналов занимается базовая станция и когда абонентская станция сама находит свободный канал. Оба метода требуют передачи специальных команд – вызов, отбой, групповой вызов, аутентификация и т. п. Совокупность этих команд называют системой сигнализации. Управляющие сообщения могут передаваться как в специальном сигнальном канале, так и в рабочих каналах. В последнем случае сигнализация транслируется в собственно разговорном канале (в полосе 300-4000 Гц, внутриполосная сигнализация) либо вне его (в полосе 0-300 Гц, субтональная сигнализация) - все как в обычной проводной телефонии.
Простейший и наиболее распространенный пример внутринолоспой сигнализации, широко распространенной в проводной телефонии и используемой в франковых системах, — это двухчастотная система DTMF, применяемая при «тоновом» наборе номера. Наиболее распространенная система внешнеполосной сигнализации — CTCSS (Continuous tone controlled signaled system), описанная в британском стандарте MPT 1306. Она (в базовой конфигурации) представляет собой оговоренный набор из 32 частот в диапазоне 67 250,3 Гц.
Характерный пример распределенной системы транковой связи — это ставшая популярной в нашей стране к концу 90-х годов система SmarTrunk и ее дальнейшее развитие SmarTrunk II. Систему SmarTrunk впервые продемонстрировала компания Selectone (США) в 1992 году. Дальнейшим ее развитием занималась отпочковавшаяся в 1996 году фирма SmarTrunk Systems. SmarTrunk этo протокол, определяющий механизм доступа абонентов к 16 возможным аналоговым дуплексным каналам. Каждая станция, желавшая установить соединение, сканировала все доступные каналы и, обнаружив свободный, посылала центральной станции запрос на его захват. В результате процедура установления соединения занимала от 2 до 11 с. Система сигнализации — внутри полос пая, DTMF. Из-за низкой надежности и защищенности последней и появилась усовершенствованная система SmarTrunk II с цифровой сигнализацией (BPSK). Все работа ведется через ретранслятор свой для каждого дуплексного канала. Был реализован механизм аутентификации общею вызова, связи с городской телефонной сетью и т. п. Рабочий диапазон частот, вообще говоря, может быть произвольным, но наиболее распространенные диапазоны 146-174, 400-490, 300 344 и даже 800 МГц.
Наибольшее распространение получили аналоговые Франковые системы на основе группы стандартов Министерства почты и телекоммуникаций Великобритании (MPT Ministry of Posts and Telecommunications). Центральным в этой группе выступает стандарт МРТ 1327 (A Signalling Standard for Trunked Private Land Mobile Radio Systems) «Стандарт сигнализации частных наземных систем транковой подвижной радиосвязи». Он был опубликован в 1986 году и окончательно утвержден в 1987 году. Отметим, что хотя аналоговые транковые сети на основе стандартов МРТ и называю (мы следуем этой традиции) «системы стандарта МРТ 1327», однако требования к ним содержатся и в других стандартах группы МРТ. В частности, спецификация МРТ 1347 описывает интерфейс системного радиооборудования и контроллеры транковой связи, МРТ 1343 интерфейс абонентского радиооборудования, МРТ 1317 формат кода синхронизации и т.д. Поскольку аналоговые транковые сети стандарта МРТ 1327 -самые распространенные в мире (кроме, пожалуй, США, где лидируют системы пандана LTR), остановимся па нем несколько подробнее.
Аналоговые транковые сети стандарта МРТ 1327. Разработчиком оборудования для первых систем МРТ 1327 была фирма Fylde Microsystems. Позже был образован консорциум компаний-разработчиков, куда кроме Fylde вошли Tait Electronics, Philips, Motorola и Marconi.
Системы MPT 1327 изначально разрабатывались как многозоновые. В каждой зоне индивидуальные вызовы обрабатываются независимо. В случае обрыва межзонных связей базовая станция продолжает работать, но уже без обработки межзонных вызовов. Время соединения при внутризонных вызовах не превышает 0,5 с, при межзонных - 1-2,5 с.
Теоретически сеть на базе МРТ 1327 может обслуживать до 1036800 абонентов и состоять из 1024 зон по 24 канала в каждой. Однако даже наиболее крупные сети МРТ 1327 далеки от таких показателей. Так, одна из крупнейших сетей Chekker Network компании Deutsche Telekom в 1998 году насчитывали примерно 900 каналов в 160 зонах и обслуживала около 62 тыс. абонентов. В основном же франковые системы МРТ 1327 включают 3--5 базовых станций с 4-8 каналами каждая и обслуживают 1-2 тыс. абонентов.
В системе МРТ 1327 каждая станция имеет свой уникальный номер, присваиваемый производителем — ESN (Electronic Serial Number). Для работы в сети требуется начальная регистрация станции и последующая аутентификация на основании ранее зарегистрированного номера.
Характерная особенность сетей стандарта МРТ 1327 — наличие выделенного канала управления, по которому происходит обмен управляющей информацией между базовыми и абонентскими станциями. Физически это один из частотных каналов базовой станции. Остальные каналы предназначены для обмена речевой информацией и данными. Отметим, что при большой загрузке системы канал управления также можно использовать для передачи голоса или данных, хотя и с потери некоторых функций. Канал управления может автоматически переноситься с одного частотного канала на другой (например, при появлении сильных помех).
Обмен сигнальной информацией происходит со скоростью 1200 бит/с посредством так называемой быстрой частотной манипуляцией (FFSK — fast frequencyshift keying). Несущей с частотой 1200 Гц соответствует логическая «1», логическому «О» — 1800 Гц. Управляющая информация передается пакетами, содержащими интервал для включения передатчика (длительностью 5 мс), синхоропоследоватедьность (1010. ..10— всего 16 бит), собственно информационное сообщение (64 бита) и последний бит согласования, значение которого зависит от последнего бита поля сообщения. Само сообщение состоит из кодового синхронизирующего синхрослова (C4D716 для канала управления, инверсное ему - для канала связи), признака адрес/данные (1/0), собственно информации (47 бит) и проверочной последовательности (16 бит). Для управления используется набор из 32 команд длиной 5 бит. Абонентские радиостанции постоянно принимают и анализируют сообщения в управляющем канале и, обнаружив в них собственный адрес, выполняют предписанные командой действия. Этот процесс происходит независимо от того, поддерживает абонентская станции в данный момент сеанс связи или нет. По управляющему каналу возможна передача не только командных сообщений, но и коротких (до 184 бит) и расширенных (736 бит) информационных сообщений (пейджинговые сообщения, данные GPS и т. п.).
Приемопередающее оборудование стандартом МРТ 1327 не специфицируется. Для этого был разработан стандарт МРТ 1347. В соответствии с ним интервал между несущими соседних каналов должен составлять 12,5 кГц, разнос дуплексных каналов (нисходящий/восходящий) — 8 МГц, рабочий диапазон восходящих/нисходящих каналов - 201,2125-207,4875и 193,2125 199,4875МГц соответственно. При передаче речи предусматривается фазовая модуляция, для передачи данных - FFSK.
Сети MPT 1327 позволяют предавать не только речевые сообщения, но и данные со скоростями до 1200 бит/с Особенность работы сетей в режиме прозрачности для цифровых данных описывает протокол MAP 27 (Mobile Access Protocol for MPT 1327 equipment).
Отметим, что на основе стандарта MPT 1327 делались попытки построить и цифровые системы (например, ACCESSNET-D компании Rohde & Schwarz), однако особого успеха они не имели.
Система TETRA — цифровая система транковой связи. Естественным развитием транковой связи стало появление цифровых систем, т. е. систем, где и служебная информация и голосовые каналы передаются в цифровой форме. Основное достоинство цифровых систем применительно к транковой связи — это существенно более эффективное использование частотного ресурса. В самом деле, благодаря цифровым алгоритмам сжатия речи, эффективная ширина голосового канала снижается до 6,25 кГц и ниже, что по крайней мере в два-четыре раза меньше, чем в аналоговых системах. Самой первой цифровой системой транковой связи была система EDACS (Enhanced Digital Access Communications System) шведской компании Ericsson. Позже появились системы TETRA, АРСО 25, TETRAPOL (компании Matra), iDEN (Motorola), ACCESNET-D (Rohde & Schwarz) и некоторые другие. Судьбы их были различны, отметим лишь, что только первые две из этого списка базировались на открытых стандартах и только в TETRA использовался механизм временного разделения каналов (TDM). Во всех остальных разделение каналов частотное (FDM). Возможно, именно это и предопределило определенный успех стандарта TKTRA в Европе, включая и Россию.
В декабре 1994 года по инициативе Motorola и Nokia представители 14 крупнейших производителей, среди которых были Philips, Alcatel, Ericsson, GEC-Marconi, подписали Меморандум о взаимопонимании в создании единого европейского стандарта транковой связи TETRA. Через год работу над новым стандартом продолжила рабочая группа Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI). А еще через два года стало очевидно: несмотря на наличие конкурирующих систем, стандарт TETRA все более укрепляет свои позиции, приобретая общемировое значение.
До апреля 1997 года аббревиатура TETRA означала Трансъевропейское транковое радио (Trans-European Trunked Radio). Однако в связи с огромным интересом, который проявляют к стандарту в Южной Америке, Африке и Азии, территория его действия уже не ограничивается только Европой. Поэтому сегодня TETRA расшифровывают как Наземное транковое радио (TErrestrial Trunked Radio).
С самого начала стандарт TETRA разрабатывался как франковая система, эффективно и экономично поддерживающая совместное использование сети несколькими организациями, обеспечивая секретность и защищенность информации. Особое внимание в стандарте уделено интересам служб безопасности. Существенно, что TETRA открытый стандарт. Это означает, что соответствующее стандарту оборудование различных производителей абсолютно совместимо. Доступ к спецификациям TETRA свободен для всех заинтересованных сторон, вступивших в ассоциацию «Меморандум о взаимопонимании и содействии стандарту TETRA» (MoU TETRA). Ассоциация объединяет производителей, разработчиков программного обеспечения, испытательные лаборатории и пользователей из 19 прав мира.