на главную раздела

Общие сведения // вернуться

GSM/GPRS-модемы - один из типов устройств беспроводной передачи данных. Они работают по технологии пакетной передачи информации, реализуемой в сетях сотовой связи стандарта Global System for Mobile Communications (GSM) и получившей наименование General Pocket Radio Service (GPRS).

Целью внедрения технологии GPRS было существенное повышение скорости передачи данных по каналам сотовой связи, а также обеспечение режима "постоянной подключенности" абонентов, наподобие того, как это реализовано в локальных вычислительных сетях. Но, в отличие от локальных сетей, рабочей зоной здесь оказывается уже вся зона охвата, используемой сотовой сети, а с учетом роуминга - практически все области Земли, где действуют сотовые сети GSM. Такой охват сегодня недоступен, фактически, никаким другим беспроводным технологиям, за исключением спутниковых. В этом состоит одно из принципиальных достоинств технологии GPRS.

Технология GPRS ориентирована на применение только в сетях цифровой сотовой связи стандарта GSM, реализованных на основе метода временного разделения доступа - Time Division Multiple Access (TDMA). Именно использованию особенностей TDMA и обязана своим появлением GPRS.

Упрощенно суть метода TDMA заключается в следующем. Время работы одного радиоканала связи делится на стандартные по длительности временные интервалы, распределяемые по очереди между несколькими абонентами. В результате на одной радиочастоте возможно передавать сразу несколько разговоров или организовать несколько независимых каналов обмена данными.

В стандарте GSM максимальное число таких каналов равно восьми. Подобное временное разделение канала связи между несколькими пользователями позволяет увеличить количество одновременно обслуживаемых абонентов, при этом только в редкие моменты пиковых нагрузок в сотовой сети все каналы оказываются занятыми. Остальное же время часть таких каналов свободна. Вот на этой особенности и основана идея технологии GPRS: когда абоненту требуется высокоскоростная передача информации - временно "отдавать" ему свободные временные интервалы в данном радиоканале. Таким образом, скорость передачи информации может возрастать в несколько раз. Но это еще не все. Сам канал GSM способен обеспечить несколько большую скорость передачи информации, если применять разные схемы кодирования информации. Отсюда и возникают высокие скорости передачи данных в GPRS: до 128,4 Кб/с, а в пределе - более 170 Кб/с. Причем именно столь большие скорости связи позволяют достаточно безболезненно выделять на некоторое время увеличенные ресурсы одному из пользователей, не рискуя заметно снизить шансы других абонентов дозвониться до сети. Действительно, в режиме GPRS, например, получение даже довольно большого электронного письма размером с целую машинописную страницу может быть осуществлено за десятые доли секунды.

Одно из самых больших преимуществ режима GPRS - то, что абонентское устройство в паузах между приемом и передачей данных "не занимает линию". Аппаратура оператора сотовой сети просто "помнит" о том, что пользователь находится в готовности к передаче или получению данных, а ресурсы радиоканала выделяются ему только на время обмена информацией. Другими словами, любые GPRS-устройства могут находиться на связи непрерывно (если они, конечно, включены и находятся в пределах зоны покрытия сети) - в состоянии "постоянного виртуального соединения". При этом оператор требует от абонента только оплату интервалов активной работы его терминала или объема переданной и полученной информации. Абоненты могут быть постоянно подключены к Интернету или корпоративной вычислительной сети. Большие возможности технология GPRS открывает для электронной коммерции, систем передачи телеметрии, дистанционного мониторинга, охранных систем, промышленной электроники и т. п.

Количество и качество сетевых услуг предоставляемых стандартом сотовой связи GSM постоянно расширяется. На сегодняшний день сервис сети GSM значительно возрос по сравнению с периодом его становления. Этапы развития напрямую связаны с новыми технологиями, внедряемыми в мобильных телекоммуникациях. Их условно разбили на фазы и соответственно назвали "Фаза 1", "Фаза 2", "Фаза 2+".

В 1991 году были введены услуги стандарта GSM "Фаза1".
В них входят :
- Переадресация вызова (Call forwarding).
- Возможность перевода входящих звонков на другой телефонный номер в тех случаях, когда номер занят или абонент не отвечает; когда телефон выключен или находится вне зоны действия сети и т.п. Кроме того, возможна переадресация факсов и компьютерных данных.
- Запрет вызова (Call barring). Запрет на все входящие/исходящие звонки; запрет на исходящие международные звонки; запрет на входящие звонки, за исключением внутрисетевых.
- Ожидание вызова (Call wating).Эта услуга позволяет принять входящий вызов в тот момент, когда вы с кем-то разговариваете. При этом первый абонент или по-прежнему будет находиться на связи, или разговор с ним может быть завершен.

- Удержание вызова (Call Holding). Эта услуга позволяет, не разрывая связь с одним абонентом, позвонить (или ответить на входящий звонок) другому абоненту.
- Глобальный роуминг (Global roaming).При посещении любой из стран, с которой ваш оператор подписал соответствующее соглашение, вы можете пользоваться своим сотовым телефоном GSM без изменения номера.

Второй этап развития GSM "Фаза2", который завершился в 1997 г., предусматривает такие услуги:
- Определение номера вызывающей линии (Calling Line Identification Presentation). При входящем звонке на экране высвечивается номер вызывающего абонента.
- Антиопределитель номера (Calling Line Identification Restriction).С помощью этой услуги можно запретить определение собственного номера присоединении с другим абонентом.
- Групповой вызов (Multi party).
- Режим телеконференции или конференц-связи позволяет объединить до пяти абонентов в группу и вести переговоры между всеми членами группы одновременно.
- Создание закрытой группы до десяти абонентов (Closed User Group).Позволяет создавать группу пользователей, члены которой могут связываться только между собой. Чаще всего к этой услуге прибегают компании, предоставляющие терминалы своим служащим для работы.
- Информация о стоимости разговора. Сюда входят таймер, который считает время на линии, и счетчик звонков. Также благодаря этой услуге можно проверять оставшийся на счете кредит.

- Возможна и другая услуга "Совет по оплате" (Advice of Charge). По требованию пользователя происходит проверка стоимости и длительности разговора в то время, когда аппарат находится на связи.
- Обслуживание дополнительной линии (Alternative Line Service). Пользователь может приобрести два номера, которые будут приписаны к одному телефонному аппарату. В этом случае связь выполняется по двум линиям, с предоставлением двух счетов, двух голосовых ящиков и т. п.
- Короткие текстовые сообщения(Short Message Service). Возможность приема и передачи коротких текстовых сообщений (до 160 знаков).
- Система голосовых сообщений (Voice mail).Услуга позволяет автоматически переводить входящие звонки на персональный автоответчик (голосовая почта). Пользоваться этим можно только в том случае, если у абонента активизирована услуга "переадресация вызовов".

Следующий этап развития сетей стандарта GSM "Фаза 2+" не связан с конкретным годом внедрения. Новые услуги и функции стандартизируются и внедрятся после подготовки и утверждения их технических описаний. Все работы по этапу "Фаза 2+" проводились Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI). Количество уже внедренных и находящихся в стадии утверждения услуг превышает 50. Среди них можно выделить следующие:
- улучшенное программное обеспечение SIM-карты;
- улучшенное полноскоростное кодирование речи EFR (Enhanced Full Rate);
- возможность взаимодействия между системами GSM и DECT;
- повышение скорости передачи данных благодаря пакетной передаче данных GPRS (General Packet RadioService) или за счет системы передачи данных по коммутируемым каналам HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).

Приём и передача информации в GPRS осуществляется через таймслоты - отрывки времени в кадре стандарта GSM. Всего GPRS предусматривает до 8 таймслотов. Если задействовать их одновременно, то теоретически предел максимальной скорости передачи данных составляет
171,2 кбит/с. В реальности скорость передачи данных ниже, поскольку операторы не позволяют использовать максимальное количество таймслотов. Более того, оператор динамически отдаёт определённое количество таймслотов в зависимости от загруженности сети.

Номер класса говорит о максимальном количестве используемых GPRS модемом таймслотов. Ниже приведена таблица, связывающая номер класса с количеством тайм слотов, использующихся на приём и на передачу, также указывается максимально возможное количество одновременно задействованных таймслотов.

Из таблицы видно, что максимально возможное количество таймслотов в классах 10, 11 и 12 не соответствует сумме слотов на приём и на передачу. Это происходит за счёт динамического распределения таймслотов. Обилие классов объясняется возможностью выбора под решение различных задач. Идеальным вариантом является самый совершенный 12 класс.

С позиций алгоритма функционирования, стандартом предусмотрено существование GPRS-терминалов трех различных классов:

• модели класса А должны обеспечивать возможность одновременной работы в телефонном режиме и в режиме GPRS;
• терминалы класса В поддерживают голосовые соединения и пакетную передачу данных, но эти режимы реализуются не одновременно - в процессе передачи данных через GPRS абонент не может совершать и принимать голосовые звонки, однако терминал должен оперативно реагировать на входящие вызовы и позволять без потери данных приостанавливать сеанс для ответа на звонок;
• класс С ориентирован на поочередную работу в режимах - GPRS и телефонном.  

Рис. 1. Максимальная пропускная способность одного канала GPRS 

Принципы оптимизации качества связи при использовании четырех схем кодирования данных в зависимости от отношения сигнал/помеха (C/I) иллюстрирует рис. 1. Первая схема, CS1, гарантирует соединение в любых условиях и наиболее удобна для передачи сигнализации и коротких сообщений. Вторая, CS2, предназначена для передачи информационного трафика и позволяет существенно увеличить пропускную способность сети. Два других варианта кодирования обеспечивают наивысшую скорость передачи при высоком значении отношения сигнал/помеха, однако уступают схемам CS1 и CS2 при C/I, меньшем 9 дБ. Кроме того, их реализация потребует модернизации Abis-интерфейса.

В Таблице 1 приведены значения скорости передачи данных при GPRS для разных схем кодирования (CS1 - CS4)

Таблица №1

Схема кодирования CS1  CS2  CS3  CS4 Скорость передачи данных, kbit/s 9.05  13.4  15.6  21.4 Максимальная скорость передачи данных через 8 таймслотов, kbit/s  72.4  107.2   124.8 171.2

Выбор схемы кодирования зависит от канала связи предоставляемого оператором сети GSM, определяемым качеством соединения модема с базовой станцией. Если канал связи с шумами/помехами, то для надежного обмена данными сеть может использовать схему CS1. В этом случае скорость обмена не более 9,05 kbit/s в одном используемом GSM таймслоте. Если канал связи обеспечивает уверенный прием/передачу, то сеть может использовать схему CS3 или CS4 для достижения оптимальной скорости до 21,4 kbit/s в одном GSM таймслоте.