Технологія Edge

Технологія EDGE (Enhanced Data for Global Evolution або, як іноді можна почути, Enhanced Data rates for GSM Evolution – «покращені швидкості передачі даних для еволюції GSM-стандарту») в Україні впроваджується як розширення GPRS, в цьому випадку її слід називати EGPRS ( розширений GPRS).

1.EDGE не є новим стандартом стільникового зв'язку.

Однак EDGE має на увазі додатковий фізичний рівень, який може бути використаний для збільшення пропускної спроможності сервісів GPRS. При цьому самі сервіси надаються так само, як і раніше. Теоретично сервіс GPRS здатний забезпечувати пропускну здатність до 160 Кбіт/с (фізично).На практиці ж підтримують GPRS Class 10 або 4+1/3+2 апарати забезпечують лише до 38-42 Кбіт/с, і то якщо дозволяє завантаженість мережі стільникового зв'язку. Технологія EGPRS може забезпечити до 384-473,6 Кбіт/с. Для цього необхідне використання нової модуляційної схеми, нових методів кодування каналів та корекції помилок.

Особливістю стандарту EDGE є абсолютно новий метод модуляції 8PSK (eight-phase shift keying), який дозволяє підняти швидкість передачі до 48 Кбіт/с на тимчасовий слот. При використанні кількох часових слотів разом із системою GPRS можна досягти швидкості передачі 384 Кбіт/с.

2.EDGE, по суті, є надбудовою до GPRS і не може існувати окремо від GPRS. EDGE передбачає використання інших модуляційних та кодових схем, зберігаючи сумісність із сервісом голосового зв'язку. Таким чином, з погляду клієнтського терміналу, із впровадженням EDGE не повинно змінитись нічого. Однак інфраструктура базової станції зазнає деяких змін (див. рис. 1).

Мал. 1. Змінені вузли показані жовтим кольором.

Таблиця 1. Порівняльні характеристики EDGE та GPRS

Швидкість передачі символів

270 тис. за секунду

Пропускна спроможність на тайм-слот

Швидкість передачі на тайм-слот

Швидкість передачі даних із використанням 8 тайм-слотів

473,6 (553,6) Кбіт/с/s

Стандарт gsm

GSM(від назви групиGroupe Spécial Mobile, пізніше перейменований на Global System for Mobile Communications) (рус.СПС-900) – глобальний цифровий стандарт для мобільної стільникової зв'язку, з поділом каналу за принципом TDMA та високим ступенем безпеки завдяки шифруванню з відкритим ключем. Розроблено під егідою Європейського інституту стандартизації електрозв'язку (ETSI) наприкінці 80-х.

TDMA(англ.TimeDivisionMultipleAccess– множинний доступ з поділом за часом) – спосіб використання радіочастот , коли одному частотному інтервалі перебуває кілька абонентів, різні абоненти використовують різні часові слоти (інтервали) передачі. Є додатком мультиплексування каналу з поділом часу (TDM – Time Division Multiplexing) до радіозв'язку.

Таким чином, TDMA надає кожному користувачу повний доступ до інтервалу частоти протягом короткого періоду часу (GSM один частотний інтервал ділиться на 8 тимчасових). TDMA в даний час є домінуючим технологією для мобільних стільникових мереж і використовується в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136), PDC.

GSM відноситься до мереж другого покоління (2 Generation), хоча на 2006 рік умовно знаходиться у фазі 2,5G (1G – аналоговий стільниковий зв'язок, 2G – цифровий стільниковий зв'язок, 3G – широкосмуговий цифровий стільниковий зв'язок, що комутується багатоцільовимикомп'ютерними мережами, зокрема Інтернет).

GSM на сьогоднішній день є найпоширенішим стандартом зв'язку. За даними асоціації GSMA, на даний стандарт припадає 82% світового ринку мобільного зв'язку, 29% населення земної кулі використовує глобальні технології GSM. У GSMA в даний час входять оператори більш ніж 210 країн та територій.

Надані GSM послуги

GSM забезпечує підтримку наступних послуг:

Послуги передачі даних (синхронний та асинхронний обмін даними, у тому числі пакетна передача даних –GPRS). Дані послуги не гарантують сумісність термінальних пристроїв та забезпечують лише передачу інформації до них та від них.

Передача мовної інформації.

Надсилання коротких повідомлень (SMS).

Передачафаксимільних повідомлень.

Додаткові (необов'язкові для надання) послуги:

Визначення номера, що викликає, і обмеження такого визначення.

Очікування та утримання виклику.

Конференц-зв'язок (одночасний мовний зв'язок між трьома і більш рухливими станціями).

Заборона на певні користувачем послуги (міжнародні дзвінки, роумінгові дзвінки та ін.)

та багато інших послуг.

Переваги та недоліки стандарту GSM

Хороша якість зв'язку за достатньої щільності розміщення базових станцій.

Велика ємність мережі, можливість великої кількості одночасних з'єднань.

Низький рівень індустріальних перешкод даних частотних діапазонах.

Максимальний захист від підслуховування та нелегального використання, що досягається шляхом застосування алгоритмів шифрування з відкритим ключем. EFR-технологіяє удосконалену систему кодування мови. Ця система була розроблена фірмою Nokia ізгодом стала промисловим стандартом кодування/декодування для технології GSM.

Широке поширення, особливо у Європі, великий вибір устаткування. На сьогоднішній день стандарт GSM підтримують 228 операторів, офіційно зареєстрованих в Асоціації операторів GSM із 110 країн.

Спотворення мови при цифровій обробці та передачі.

Зв'язок на відстані не більше 120 км від найближчої базової станції навіть при використанні підсилювачів та спрямованих антен. Тому для покриття певної площі необхідна більша кількість передавачів, ніж у NMT-450 і AMPS.

Серйозна потужність випромінювання трубками, що носяться, – потенційна шкода здоров'ю. В даний час не підтверджено, навіть після проведення багатьох експериментів.

Система GSM складається з трьох основних підсистем:

підсистема базових станцій (BSS – Base Station Subsystem),

підсистема комутації (NSS – Network Switching Subsystem),

центр технічного обслуговування (OMC – Operation and Maintenance Centre).

Підсистема базових станцій

BSSскладається з власнебазових станцій(BTS – Base Transceiver Station) та контролерів базових станцій (BSC – Base Station Controller). Область, що накривається мережею GSM, розбита на стільники шестикутної форми. Діаметр кожного шестикутного осередку може бути різним – від 400 м до 50 км. Максимальний теоретичний радіус осередку становить 120 км, що з обмеженою можливістю системи синхронізації до компенсації часу затримки сигналу. Кожна комірка покривається однією BTS, при цьому комірки частково перекривають один одного, тим самим зберігається можливість передачі обслуговування MS при переміщенні з однієї стільники в іншу без розриву з'єднання. Звичайно, що насправді сигналвід кожної станції поширюється, покриваючи площу як кола, але за перетині - як виходять правильні шестикутники. Кожна база має шість сусідніх у зв'язку з тим, що завдання планування розміщення станцій входила така, як мінімізація зон перекривання сигналу від кожної станції. Більше сусідніх станцій, ніж 6 - особливих вигод несе. Розглядаючи межі покриття сигналу від кожної станції вже в зоні перекриття, саме отримуємо шестикутники.

Базова станція(BTS) забезпечує прийом/передачу сигналу між MS та контролером базових станцій. BTS є автономним і будується за модульним принципом. Спрямовані антени базових станцій можуть розташовуватися на вежах, дахах будівель і т.д.

Контролер базових станцій(BSC) контролює з'єднання між BTS та підсистемою комутації. У його повноваження також входить керування черговістю з'єднань, швидкістю передачі даних та розподілом радіоканалів.

Підсистема комутаціїNSSпобудована з наступних компонентів:

Центркомутації(MSC – Mobile Switching Centre)

MSC контролює певну географічну зону з розташованими на ній BTS та BSC. Здійснює встановлення з'єднання до абонента та від нього всередині мережі GSM, забезпечує інтерфейс між GSM та ТФОП, іншими мережами радіозв'язку, мережами передачі даних. Також виконує функції маршрутизації викликів, керування викликами, естафетної передачі обслуговування при переміщенні MS з одного осередку до іншого. Після завершення виклику MSC обробляє дані щодо нього та передає їх у центр розрахунків для формування рахунку за надані послуги, збирає статистичні дані. MSC також постійно стежить за положенням MS, використовуючи дані з HLR та VLR, що необхідно для швидкогознаходження та встановлення з'єднання з MS у разі її виклику.

Домашній реєстр розташування(HLR – Home Location Registry)

Містить базу даних абонентів, приписаних до нього. Тут міститься інформація про послуги, що надаються даному абоненту, інформація про стан кожного абонента, необхідна у разі його виклику, а також Міжнародний Ідентифікатор Мобільного Абонента (IMSI – International Mobile Subscriber Identity), який використовується для аутентифікації абонента (за допомогою AUC). Кожен абонент приписаний одному HLR. До даних HLR мають доступ усі MSC та VLR у даній GSM-мережі, а у випадку міжмережевого роумінгу – та MSC інших мереж.

Гостьовийреєстрмісцеположення(VLR – Visitor Location Registry)

VLR забезпечує моніторинг пересування MS з однієї зони в іншу і містить базу даних про абонентів, що переміщаються, що знаходяться в даний момент в цій зоні, у тому числі абонентах інших систем GSM - так званих роумерах. Дані про абонента видаляються з VLR у разі, якщо абонент перемістився до іншої зони. Така схема дозволяє скоротити кількість запитів HLR даного абонента і, отже, час обслуговування дзвінка.

Реєстрідентифікаціїобладнання(EIR – Equipment Identification Registry)

Містить базу даних, необхідну встановлення автентичності MS по IMEI (International Mobile Equipment Identity). Формує три списки: білий (допущений до використання), сірий (деякі проблеми з ідентифікацією MS) та чорний (MS, заборонені до застосування). В українських операторів використовуються лише білі списки. [джерело?]

Центраутентифікації(AUC – Authentification Centre)

Тут здійснюється аутентифікація абонента, аточніше -SIM(Subscriber Identity Module). Доступ до мережі дозволяється тільки після проходження SIM процедури автентифікації, в процесі якої з AUC на MS приходить відкритий ключ, після чого на AUC і MS паралельно відбувається шифрування унікального для даної SIM ключа аутентифікації за допомогою унікального алгоритму. Потім з MS та AUC на MSC повертаються «підписані відгуки» – SRES (Signed Response), які є результатом цього шифрування. На MSC відгуки порівнюються, і у разі їхнього збігу автентифікація вважається успішною.

З'єднана з іншими компонентами мережі та забезпечує контроль якості роботи та керування всією мережею. Обробляє аварійні сигнали, у яких потрібно втручання персоналу. Забезпечує перевірку стану мережі, можливість проходження дзвінка. Здійснює оновлення програмного забезпечення на всіх елементах мережі та ряд інших функцій.

Базова станція на щоглі Баштова БС Вид апаратної БС мережі GSM всередині

Еволюція стандартів стільникового зв'язку

Стандартипершого поколіннястільникового зв'язку (1G),NMT-450(розроблений в 1978, впроваджений в експлуатацію в 1981 році) таAMPS(впроваджений у 1983 році), були аналоговими: низькочастотний голос людини передавався на високочастотній несучій (

450 МГц у разі NMT та 820-890 МГц у разі AMPS) із застосуванням схеми амплітудно-частотної модуляції. Для того, щоб забезпечити зв'язок одночасно кількох людей, у стандарті AMPS, наприклад, частотні діапазони розбивалися на канали шириною 30 кГц – такий підхід отримав назву FDMA (Frequency Division Multiple Access). Стандарти першого покоління забезпечували виключно голосовий зв'язок.

Крім того, в Японії, Південній Кореї та Китаї зараз ведуться роботи надстандартами наступного, четвертого покоління, які зможуть, у перспективі, забезпечувати швидкість передачі та прийому цифрових даних понад 20 Мбіт/с, ставши таким чином альтернативою провідних широкосмугових мереж.

Технологія EDGE, як неважко здогадатися з її назви (яку можна перекласти як «покращені швидкості передачі даних для еволюції GSM-стандарту») відіграє відразу дві ролі: по-перше, забезпечує більш високу пропускну здатність для передачі та прийому даних, а по-друге , служить ще одним кроком по дорозі від GSM до UMTS. Перший крок – впровадження GPRS вже зроблено. Не за горами і другий крок – впровадження EDGE вже розпочалося у світі та в нашій країні.