От ТфОП до GSM один DECT

Картинка:

Автор: Юлия Волкова
Опубликовано в журнале "CIO" №5 май 2008 года

Век девятнадцатый. Век великих свершений в области связи. От ямщицкой тройки до телеграфа и, чуть позже, телефона, всего несколько десятков лет. И вот оно чудо техники того времени. Черный, с блестящей трубкой и рожком-микрофоном – мечта предпринимателя, признак престижа и успешности бизнеса.

«Новое слово в голосовой связи» - телефон, довольно долго оставался «высшим достижением инженерной мысли» в области общения по проводам. Но именно провод и оказался его слабым звеном. Совсем скоро люди осознали и то, что, во-первых, к телефону всегда нужно куда-то идти, во-вторых, отойти от него во время разговора можно только на длину шнура, соединяющего трубку и сам аппарат. Чуть позже, когда телефон сняли со стены и придумали удлинить провод между розеткой и аппаратом, телефон приходилось искать по всей квартире, распутывая причудливые изгибы этого провода, кое где натянутого, как струна, а в других местах свернутого колечками. Поэтому, как только уровень развития техники дал возможность создать приемлемую по размерам и весу трубку, то этот многострадальный провод был заменен на радиоканал. Так, еще до рождения сотовой телефонии, появились бесшнуровые телефоны.

Пока они были достаточно дороги, и их было немного, проблем никто не замечал. Но чем больше их становилось, тем все заметнее становились взаимные помехи. Иногда дело доходило до того, что в больших офисах, где одновременно вело телефонные переговоры большое число сотрудников, все доступные частотные каналы оказывались занятыми. И абонент, сняв трубку своего «чуда техники», был вынужден ждать, пока освободится радиоканал. Именно, решая эту проблемы, инженеры предложили идею обеспечения возможности одновременной работы большого числа радиотелефонов, используя разделение каналов не только по частоте, но еще и по времени. Отсюда и начался DECT.

В 1992 году Европейский институт стандартизации электросвязи (ЕТСИ) опубликовал стандарт беспроводной телефонии DECT (Digital European Cordless Telecommunications) и уже на следующий год на CeBITе были представлены первые системы беспроводной связи и передачи данных на основе стандарта DECT. Среди них было сразу несколько решений - и беспроводная учережденческая АТС, и оборудование беспроводного абонентского доступа, и беспроводные локальные сети LAN. С тех пор сферы применения стандарта DECT существенно расширились. Он используется, например, для создания относительно больших систем микросотовой корпоративной связи (беспроводные учережденческие АТС для средних и крупных компаний, производств, занимающих значительную территорию, складов, супермаркетов и т.п.), в сетях и устройствах абонентского доступа к традиционной телефонной сети, почти в каждой квартире сегодня имеется бесшнуровой телефон DECT, на этом стандарте создают локальные беспроводные сети и односотовые радиотелефоны/радиоАТС для дома и малых офисов.

Голосовые каналы и каналы передачи данных в DECT формируются на базе 10 несущих частот, которые используются в режиме многостанционного доступа с временным разделением каналов. Пропускная способность стандарта DECT – по документам – достигает нескольких сотен Эрланг¹ /МГц/кв.км, что в разы больше, чем в GSM. Теоретически одна базовая станция стандарта DECT может одновременно предоставлять 120 беспроводных каналов передачи речи/данных. Благодаря этому своему свойству стандарта DECT пригоден – да, главным образом, именно так используется - для организации подвижной связи там, где на небольшой площади сосредоточено много абонентов. Это очень удобно для корпоративных приложений. Использование DECT на этапе «последней мили» или даже «последних метров» сети доступа в большинстве случаев оказывается решением более быстрым, чем кабель, менее дорогостоящим, чем сотовая связь, и, в конечном итоге, более экономически эффективным. Такие системы легче создавать, их проще модифицировать, ими удобнее управлять.

Чем хорош DECT?

DECT-радиотелефон постоянно опрашивает базовые радиостанции, сканируя эфир, проверяя наличие помех и выбирает для связи «своего» абонента тот из доступных каналов связи, в котором помеховая обстановка наиболее благоприятна, реализуя таким образом основное преимущество стандарта - непрерывный динамический выбор каналов² , Благодаря применению CDCS, мобильный абонент не замечает, когда он пересекает границу зоны действия одной базовой станции и переходит в другую - качество при таком переходе нисколько не страдает. Динамическим выбором канала сегодня уже никого не удивить, но в процессе CDSC телефон DECT отыскивает наилучший канал не только в момент установления соединения. Мониторинг доступных каналов и переход в канал с наилучшими условиями связи продолжается на протяжении всего разговора. Если используемый канал зашумлен, и в процессе «прослушивания» эфира телефон находит канал с лучшим качеством, оно осуществляет переключение без перерыва связи.

Кроме того, DECT очень эффективно использует выделенную ему довольно небольшую полосу радиочастот, открывая все новые и новые возможности для своего применения для дома и офиса, локальных зон предоставления коммерческих услуг связи (в аэропортах, вокзалах, торговых центрах, банках, спортивных и зрелищных сооружениях, и др.). Он обеспечивает своим пользователям не только надежную и высококачественную связь, он дает им связь, защищенную от несанкционированного доступа, причем связь в самых разных форматах. DECT поддерживает передачу данных, речевую и факсимильную связь. Кроме того, сегодня, когда так модно говорить о конвергенции фиксированных и мобильных приложений, платформ и услуг, DECT может быть востребован как никогда ранее, поскольку он позволяет с легкостью реализовать идеи интеграции голосовой связи и передачи данных в единый мультимедийный поток, сводя воедино услуги и сервисы сразу нескольких операторов.

Где востребован DECT?

Стандарт DECT, изначально задумывавшийся для домашних бесшнуровых телефонов, очень быстро вышел за эти рамки и почти сразу стал декларироваться как средство доступа к сетям электросвязи любого типа. В результате такой изначальной «всехности», был создан стандарт, который поддерживает самые разнообразные приложения и сервисы. По сути, DECT лежит где-то посерединке между проводной и мобильной связью - он не очень мобильный, но и не совсем фиксированный. Эта технология много дешевле, чем GSM, хотя и имеет с ней так много общего, что DECT иногда называют "внучатым племянником GSM". Стандарт DECT не рассчитывался на покрытие больших территорий, поэтому базовое оборудование устанавливается лишь там, где это необходимо, например, в магазинах, больницах, гостиницах, офисах. При этом явно просматривается концепция "персонализации", которая сегодня все активнее пропагандируется сторонниками конвергенции фиксированных и мобильных приложений, призывающими нас заменить вчерашний принцип "отдельный телефон в каждый дом и офис" на принцип "личный телефон каждому пользователю".

Сегодня существует шесть общепризнанных применений технологии DECT: домашние бесшнуровые телефоны, бизнес-системы, системы фиксированного радиодоступа (WLL), микросотовые сети общего пользования, комбинированные системы (с сотовыми сетями), передача данных и мультимедиа. Среди наиболее «красивых» DECT приложений - системы для дома и малого офиса, микросотовые корпоративные системы, системы абонентского радиодоступа, системы доступа к сети сотовой связи (например, GSM, а в будущем, возможно, что и к сетям 3G), микросотовые системы общего пользования, системы доступа к локальной сети, в которой предоставляются услуги голосовой и факсимильной связи, к которой может быть подключен модем для работы по протоколу IP или X.25.

Однако из всего этого многообразия, наиболее широко применяются домашние и офисные беспроводные АТС стандарта DECT. Беспроводные АТС нужны, главным образом, в тех организациях, где очень важно, чтобы работник был постоянно «на связи». В ряде случаев ответ секретаря "Он вышел, отошел, на встрече, обедает, и т.п." может стоить выгодного контракта или лояльности клиента. Вспомните сами, сколько раз вы перезванивали в таких ситуациях? Я, например, только в крайних случаях.

Эта проблема имеет несколько вариантов решения, и не самым плохим из них является применение систем микросотовой телефонной связи стандарта DECT. Такие системы подключаются к учрежденческой АТС, добавляя к проводным абонентам АТС беспроводных мобильных абонентов и формируя в результате - единую систему фиксированно-подвижной телефонной связи предприятия. Топология таких систем чем-то напоминает топологию операторских сотовых систем. И отличаются они только по зонам охвата. Можно сказать, что, используя такое решение, вы создаете свою, микросотовую корпоративную сеть связи, которая обслуживает только ваших сотрудников. Причем платите вы за это удовольствие – как за фиксированную связь Область обслуживания также определяется только вами. Микросоты, образованные базовыми станциями DECT, перекрываясь, позволяют абоненту переходить из зоны в зону, даже не замечая, как его «ведет» центральный коммутатор, переключая точку присоединения к сети в соответствии с местоположением абонента. Этот же коммутатор обрабатывает сигналы мобильных абонентов и служит интерфейсом с цифровой или аналоговой АТС ТфОП.

Что касается квартирных телефонов, то за десяток лет своего «домашнего» существования DECT доказал, что он наиболее эффективен для рынка потребителей с невысокими доходами. В этом сегменте рынка, в основном, ведутся поставки в конфигурации "одна база - одна трубка", хотя в последние пару лет уже привычными стали домашние аппараты с двумя и более трубками. Большинство существующих моделей домашних систем позволяет подключить 6-8 трубок и одну или две городские линии. При этом для внутренних и внешних переговоров можно использовать несколько трубок одновременно, а также переадресовывать вызов с одной трубки на другую, или даже организовать трехстороннюю конференц-связь. О всевозможных функциях короткого набора, записных книжек, белых-черных списков, блокировки вызовов – не стоит даже упоминать. Все это, естественно, тоже реализованы. Постепенно мы трансформируем домашние бесшнуровые телефоны DECT в “квартирную/коттеджную АТС”.

Основные преимущества DECT при работе на месте офисной микросотовой сети и домашней АТС заключаются в его беспроводности и прозрачности, в том, что DECT обеспечивает более высокую эффективность работы, главным образом, за счет снижения числа «безответных» звонков.

Кроме того, в различных уголках мира уже довольно давно и успешно работает большое количество систем абонентского радиодоступа, построенных на базе стандарта DECT. Такие системы обслуживают сегодня сотни тысяч абонентов. Уже перестало быть новостью создание таких систем с радиусом зоны покрытия более 5 км (при наличии прямой видимости, конечно) и со вполне удовлетворительным качество речи.

Классики DECT

Системы DECT различаются по размерам и количеству подключаемых абонентских устройств. Основных типов всего три домашние системы (Home), системы уровня предприятия (Business) и системы уровня крупного предприятия (Enterprise).

Классическая домашняя система содержит одну базу, которая, как правило, подсоединена к аналоговой линии. Она имеет некоторый дополнительный сервис, например автоматический определитель номера, автоответчик, иногда – встроенный факсимильный аппарат. Недостатком таких систем является отсутствие хэндовера, т.е такие системы неспособны «вести» мобильного абонента, передавая канал связи от одной базовой станции к другой. Напомню, что способность абонентских трубок DECT трубок регистрироваться во многих системах, не является хэндовером. Ведь, если вы "положите трубку" (то есть разорвете соединение) в зоне действия одной базы, а затем и установите новое соединение в зоне действия другой базы, то соединение установится. Но это – не хэндовер.

Стандартная система уровня «Business» содержит один DECT контроллер (который, как правило, встроен в УАТС) и некоторого числа базовых станций. Базовые станции могут взаимодействовать с контроллером по разным протоколам и соединяться с ним разным линиям. Это уже остается на усмотрение производителя,и абонент этого вообще не замечает. Приведу лишь несколько примеров. Базовые станции фирмы Matra Telecom подключаются по линиям ISDN-BRI, имеющим скорость 128 кбит/c, и, так как в стандарте DECT используется модуляция ADPCM с кодированием G.726 (т.е. скорость в канале 32 кбит/с), одна аткая линия поддерживает четыре голосовых канала. Станции DeTeWe подключаются по «фирменному» протоколу, который очень похож на ISDN-BRI. В этой ситаеме к базовой станции можно подключить до 2 таких линий, обеспечивающих в сумме 8 одновременных соединений. Компания Philips разработала базовые станции DECT с 6-ю и 12-ю каналами, взаимодействующие с контроллером по протоколу по G.703 (со скоростью 2 Мбит/c). Допустимое расстояние от базы до контроллера также зависит от характеристик интерфейса соединительной линии и варьируется от 1,7 км до 5 км в решениях различных производителей.

Чем отличаются друг от друга системы классов «Business» и «Enterprise»? В системах уровня предприятия отсутствует опция роуминга. Т.е. такая система неспособна передать вызов в другую систему и не может присвоить «гостевому» абоненту класс обслуживания. Казалось бы абонент с трубкой DECT может без труда зарегистрироваться в новой системе, однако возникают следующие трудности: должна быть выполнена маршрутизация в новую систему вызовов, поступающих на номер «гостя» из первой системы. Однако эту проблему редко удается решить средствами АТС. Сама АТС подобных функций не поддерживает, этот сервис стоит довольно дорого и покупатель не всегда считает целесообразным платить за такой сервис.

Но это еще не все проблемы, с которыми сталкиваются заказчики. Наиболее часто встречающиеся - крупное предприятие имеет АТС с несколькими выносами, выполнены они по оптоволокну, и никаких медных кабелей в нужном направлении нет. Такой оптоволоконный вынос часто размещается на расстоянии более 10 км, и использовать медный кабель здесь, в принципе, невозможно. Мало того, для крупного предприятия таких выносов может быть более 5. В такой топологии установить несколько контроллеров DECT с организацией роуминга между ними невозможно. Поскольку, во-первых, чрезвычайно сложно прописать в каждом DECT контроллере отдельный номер каждой мобильной трубке, а потом реализовать непростую схему поиска этой конкретной трубки в зоне действия разных контроллеров. Но и это еще не все. Во-вторых, в этом случае во всех контроллерах придется прописывать класс обслуживания исходной мобильной трубки (категорию, номер, права на выход междугородние каналы связи и т.д.) всем "клонам" этой мобильной трубки и т.д. Гораздо проще и удобнее, когда роуминг поддерживает сама система микросотовой связи. То есть она умеет отыскивать нужную трубку среди указанных контроллеров и обеспечить передачу данных о классе обслуживания абонента, владеющего этой трубкой. По правде говоря, заказчиков подобных систем и в мире, и в России совсем немного. Стремительное удешевление сотовых телефонов и снижение тарифов сотовой связи является основным препятствием для сколько-нибудь активного развития этого направления.

Будущее развитие стандарта DECT

Изначально DECT рассматривался только, как телефонная система, однако уже на первых шагах стандартизации было принято решение интерпретировать букву "Т", как аббревиатуру от слова "Телекоммуникации". Дело в том, что DECT предусматривает смещение акцентов, уходя от преимущественно голосовой связи к мультимедийной, к цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN), превращаясь в средство доступа в Интернет и Интранет. Сам же стандарт DECT создавался как один из элементов коммуникационных услуг будущего, и поэтому даже самые ближайшие перспективы его развития предусматривают как широкое распространение многомодовых терминалов, способных действовать в различных сетях, и поддерживающие DECT, GSM-900 и GSM-1800, в зависимости от того, в зону действия какой системы попал абонент, так и модификацию систем в направлении получения более высоких скоростей передачи данных, позволяющих поддерживать высокоскоростной обмен данными, многосторонние телефонные конференции и даже видеосвязь.

Еще недавно одной из наиболее привлекательных перспектив на пути развития систем стандарта DECT считалась возможность взаимодействия стандартов DECT и GSM. Работы в этом направлении продолжаются, и кое-какие наработки имеются. Однако, массового рынка для таких систем пока еще нет. По крайней мере, в нашей стране. Эта тема опять начинает подниматься в ходе исследований возможных конвергентных услуг, призванных вернуть сотовым операторам сверхприбыли конца 90-х годов.

Вероятно, этот вариант имеет право на существование, хотя между этими стандартами, кроме общего подхода с разделением каналов и близких диапазонов частот (имеется в виду, конечно GSM-1800), существует и заметная разница в принципах обеспечении мобильности абонента, масштабах емкости систем, и, что немаловажно, в бизнес-моделях.

Стандарт DECT - в его «операторском» исполнении - оптимизирован, прежде всего, для напряженного трафика, который наблюдается там, где на небольшой площади сконцентрировано большое число абонентов. Это могут быть крупные заводы, мега-маркеты, столичные бизнес-центры, выставочные павильоны, конференц-холлы). Однако, для абонента DECT скорость передвижения скоростью пешехода, тогда как GSM декларирует (и успешно реализует) поддержание связи при передвижении в автомобиле, поезде. GSM дает нам возможность роуминга в других странах, чего DECT не может, по определению.

На рынке уже довольно давно представлены абонентские терминалы, способные работать в обоих стандартах. Находясь в зоне действия DECT, абонент работает чрез фиксированную телефонную сеть, когда он покидает DECT-зону, терминал автоматически переключается в GSM-стандарт, входя в сеть того оператора, чья SIM-карта в нем установлена, и работает как стандартная сотовая трубка.

Направление будущего развития DECT будет определяться, во-первых, рынком оборудования и, во-вторых, спросом на услуги. Развитие DECT, обусловленное связанное появлением новых приложений, может привести к расширению существующих базовых спецификаций стандарта, к разработке новых профилей или существенной модификации существующих профилей стандарта. В этом направлении уже довольно давно ведутся работы, направленные на повышение скоростей передачи данных, которые могли бы со-существовать с “обычным” DECT, не ухудшая качественных показателей системы.

Техника вопроса

Работа радиочасти DECT основывается на методе многостанционного доступа с использованием нескольких несущих, временным разделением каналов и временным дуплексом (MC/TDMA/TDD). В базовой полосе частот DECT 1880-1990 МГц назначается 10 частотных каналов. Во временной области DECT сигнал делится на кадры, состоящие из 24 временных слотов, доступ к каждому из них осуществляется индивидуально, слоты могут использоваться либо для передачи либо для приема сигналов. В базовой услуге голосовой связи для полных дуплексных соединений со скоростью 32 кбит/с в режиме ADPCM с кодированием по Рекомендации МСЭ-Т G.726 используется два временных слота - с разделением в 5 мс, образуя. Временной кадр делится пополам, реализуя принцип (TDD - Time Division Duplex); первые 12 временных слотов используются длясвязи «От базы к абоненту», а остальные 12 - для связи «От абонента к базе».

В стандарте DECT осуществляется непрерывный динамический выбор канала. Базовое и абонентское оборудование DECT регулярно «прослушивает» окружающую радиообстановку, не реже, чем 2 раза в минуту. В результате измеряется напряженность поля сигнала во всех каналах, не используемым данным устройством в настоящее время. Такой контроль эфира осуществляется в фоновом режиме, и в его результате получается перечень свободных и занятых каналов (список RSSI⁸), по одному на каждую комбинацию "временной слот/несущая". Этот список используется в дальнейшем для выбора оптимального (то есть наилучшего по помеховым параметрам) канала. При этом, абонентская станция постоянно анализирует каналы, в которых зафиксированы самые высокие значения RSSI, для того, чтобы удостоверится, что этот сигнал передается базовой станцией, к которой этот абонентский модуль имеет право присоединиться. В соответствии со стандартом DECT, трубка соединяется с той базой, сигнал которой имеет самую большую мощность. Такой механизм динамического выбора канала гарантирует, что связь всегда устанавливается и поддерживается на самом «чистом» из доступных каналов.

Ложка дегтя

Как пишут производители оборудования в своих ежегодных статистических отчетах, уже три года назад более половины всех бесшнуровых телефонов в Европе работали именно в стандарте DECT. Они же прогнозируют, что через несколько лет других бесшнуровых телефонов вообще не останется. Действительно ли телефонное будущее неотделимо от DECT, увидим лет через пять. Тем не менее, остужая пыл любителей DECT, необходимо отметить, что уже сегодня на полках европейских магазинов все чаще появляются японские и корейские бесшнуровые телефоны, работающие в диапазоне 2400-2483,5 МГц. Так что DECTу рано почивать на лаврах – надо искать новые пути и новые формы завоевания сердец потребителей.