Беспроводный телефон. Стандарт DECT

Из существующих стандартов беспроводного телефона в мире наибольшее распространение получил стандарт DECT. Структура DECT показана на рис. 6.2.

BTS, обеспечивающие связи по радиоканалам с MS, можно подключать непосредственно к ТФОП или сети передачи данных. В этом случае в коммутаторе соответствующей сети часть плат абонентской стойки заменяют специальными платами сопряжения с DECT или устанавливают на коммутаторе дополнительный блок сопряжения с BTS DECT. Систему DECT часто развертывают в учреждениях: зданиях и на окружающей территории. Тогда BTS подключают к учрежденческому коммутатору через дополнительный блок, называемый радиокоммутатором. На пользовательской стороне радиоканала вместо носимых MS могут быть установлены стационарные устройства беспроводного доступа (УБД). УБД состоят из радиочасти (приемопередатчика) и блока сопряжения с 1...4 ТФ аппаратами по обычным двухпроводным ТФ линиям. Абоненты систем беспроводного доступа пользуются в этом случае обычными телефонами и не ощущают того, что часть трассы проходит по радиоканалу.

Рис. 6.2. Структура DECT

Системы абонентского доступа в последние годы широко применяют для быстрой телефонизации городских микрорайонов, удаленных, в том числе загородных домов, т.е. всюду, где прокладка кабеля сопряжена с большой затратой времени и средств. В России с помощью систем беспроводного доступа стандарта DECT осуществлена телефонизация отдельных кварталов во Владимире, Туле и ряде других городов. Кроме систем беспроводного доступа и обслуживания подвижных абонентов, ряд фирм предлагает смешанные системы, где по радиоканалам с BTS могут связываться как УБД, так и носимые MS.

В отличие от GSM, D-AMPS, CDMA2000, DECT не является сотовой системой. В DECT распределение частот и назначение каналов происходит не централизованно каким-либо устройством сети, а адаптивно самими MS (или УБД) в результате оценки ими помеховой ситуации. Здесь следует пояснить, как в DECT определяют радиоканал. DECT - система с временным разделением каналов и временным дуплексом. Информацию (телефонию и данные) передают по радиоканалу в виде пакетов, организованных в кадры. Структура кадра DECT приведена на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Структура кадра стандарта DECT

Каждый кадр длительностью 10 мс разделен на 24 временных интервала (ВИ), причем первые 12 ВИ (0...11) служат для передачи пакетов в направлении BTSÞMS, а следующие 12 ВИ (12...23) для передачи пакетов в обратном направлении MSÞBTS. Дуплексный канал связи образуют два пакета с интервалом между ними в 12 ВИ, например, пары 0-12, 1-13,..., 11-23. Следовательно, в отличие от GSM и D-AMPS в DECT передачу и прием ведут на одной частоте.

Сети DECT работают в нелицензируемом частотном диапазоне 1880 - 1900 МГц, где выделено на фиксированных частотах 10 частотных каналов (f₀...f₉) с шагом 1728 кГц. Потенциально DECT предоставляет 12х10=120 каналов связи. При подключении к сети приемник MS просматривает все 120 каналов и выбирает наилучшие по критерию минимума уровня помех. Если BTS состоит из одного приемопередатчика, то она может поддерживать одновременно связь по 12 каналам, что соответствует 12 парам ВИ. Каждый канал занимает одну пару ВИ на одной из 10 частот, причем и ВИ, и частоту выбирает MS.

Рис. 6.4. Связь BTS DECT с двумя MS

В примере на рис. 6.4 показано, что BTS обеспечивает связь с двумя MS: с MS1 на частоте f₃ и с MS2 на частоте f₇. Там же указаны и пары ВИ. В процессе передачи трафика MS, работая на выбранном канале, продолжает просмотр других каналов и, если находит канал с меньшим уровнем шума, то запрашивает его у BTS и при получении разрешения производит смену канала, переходя на другую пару ВИ и, возможно, другую частоту. Таким образом, MS всегда работает на лучшем из свободных каналов, меняя их в процессе передачи сообщения несколько раз. Переход с одного канала на другой в DECT мягкий, происходит без нарушений в передаче информации, что обеспечивает высокое качество связи.

Все станции DECT, BTS и MS, излучают при передаче пакета мощность 250 мВт. В диапазоне частот 1880 - 1900 МГц такой уровень мощности обеспечивает связь на трассах прямой видимости в сельской местности до 1...3 км. В городах площадь, покрываемая BTS, обычно ограничена окружающими зданиями и другими препятствиями, так что радиус зоны покрытия обычно составляет 200...300 м. Следовательно, DECT относится к микросотовым (и пикосотовым в зданиях) системам и предназначен для обслуживания пешеходов, либо медленно едущих пользователей (до 30 км/ч).

Сеть DECT обеспечивает более дешевую, чем сотовые стандарты, радиотелефонную связь при ограниченной скорости перемещения абонента. Следует, однако, указать, что DECT не поддерживает междугородный и международный роуминг, т.е. MS DECT будет действовать только в той зоне, где она "прописана". Поэтому сети DECT часто совмещают с сетями GSM, что дает возможность абоненту при использовании комбинированного радиотелефона (GSM + DECT) работать в обеих сетях. Вначале MS ищет сеть DECT как более дешевую. Если MS не находит сети DECT, то подключается к сети GSM.

DECT, впервые появившись в 1992 г., очень быстро стал самым популярным стандартом беспроводного доступа в мире благодаря простоте развертывания сетей и высокому качеству связи. Сейчас аппаратуру DECT производят более 40 фирм. В соответствии с назначением сетей связи, все устройства DECT, в том числе MS, разделены на несколько профилей. Основной профиль - профиль общего доступа GAP (Generic Access Profile) позволяет передавать сигналы телефонии и данные со скоростью 32 кбит/с. Бóльшая часть носимых MS - это станции профиля GAP. Все остальные профили также обеспечивают передачу телефонии, но сверх того предоставляют высококачественные каналы для передачи данных и сопряжения с сетями ISDN и сотовыми сетями. Так, аппаратуру профиля RAP (Radio Access Profile) широко используют в качестве УБД. Профиль RAP позволяет передавать факсы и данные до скоростей 552 кбит/с. В сетях DECT, связанных с GSM, применяют аппаратуру профиля GIP. Для обеспечения связи по каналам DECT в зоне радиотени (дворах, поворотах улиц, коридоров, отдельных помещениях) используют ретрансляторы DECT.

Стандарт Bluetooth

Стандарт IEEE 802.15 (Bluetooth) – универсальный радиоинтерфейс, обеспечивающий связь на малых расстояниях нескольких электронных устройств. Используя Bluetooth, легко организовать временное соединение между компьютером и MS, между несколькими компьютерами, включая управляющие и исполнительные устройства.

Аппаратура Bluetooth работает в нелицензируемом диапазоне 2,4….2,483 ГГц, где выделено 79 каналов шириной 1 МГц. Каналы пронумерованы: k = 0….78, центральные частоты каналов определяют по формуле

f_k = 2402 + k (МГц).

Сквозная скорость в радиотракте 1 Мбит/с. При передаче по радиоканалу используют Гауссову ЧММС. По мощности передатчиков устройства Bluetooth делят на 3 класса (табл. 6.1). В устройствах 1-го класса предусмотрена обязательная регулировка уровня мощности от 20 до 4 дБм. Чувствительность приемника не хуже -70 дБм.

Таблица 6.1

Соединения и пикосети Bluetooth построены по иерархическому принципу. В каждой сети есть ведущее устройство – мастер, и одно или несколько ведомых (slave), рис. 6.5. Мастер управляет процессом обмена информацией, устанавливает в сети временную синхронизацию, регулирует мощность передатчиков ведомых устройств. В пикосети к одному мастеру можно подключить до 7 активных ведомых. Вместе с тем, организация соединений в Bluetooth достаточно “демократична”: устройство, инициирующее обмен информацией, становится мастером.

Рис. 6.5. Пикосети с соединением точка-точка (a), точка-многоточие (б) и пример организации распределенной сети (в)

Так как в диапазоне 2,4 ГГц, кроме Bluetooth работают сети стандартов IEEE 802.11b,g, а также разнообразная медицинская, домашняя (СВЧ печи) и другая аппаратура, возникает проблема защиты каналов связи от помех. Для этого в Bluetooth используют передачу с прыгающей частотой, меняющейся по псевдослучайному закону. Информацию в Bluetooth передают пакетами, размещаемыми во временных интервалах (ВИ) длительностью 625 мкс. В каждом активном Bluetooth модуле работает таймер – счетчик ВИ. Полный цикл составляет 2²⁷ ВИ.

Каждый следующий пакет передают на другой частоте в соответствии с часами мастера, под которые подстраиваются все ведомые устройства. Всего за одну секунду происходит 1600 переключений частоты.

Иерархия мастер–ведомый распространяется и на процесс обмена пакетами: мастер размещает свои пакеты в четных ВИ, ведомый – в нечетных.

Интерфейс Bluetooth поддерживает 2 типа соединений:

- синхронное, ориентированное на соединение, обозначаемое SCO (Synchronous Connection-Oriented),

- асинхронное, не ориентированное на соединение, обозначаемое ACL (Asynchronous Connection-Less).

В синхронном соединении участвуют 2 устройства: мастер и ведомый (рис. 6.5а). Для этого соединения резервируют канальный ресурс. На практике SCO используют для передачи речи, например, между MS и телефонной гарнитурой на голове абонента. На рис. 6.6 приведен пример временных диаграмм при синхронном соединении. Для передачи используют каждый шестой ВИ. Зарезервированный канальный ресурс позволяет организовать дуплексную связь со скоростью 64 кбит/с, что соответствует стандартной скорости передачи телефонии.

Каждый пакет HV3 на рис. 6.6 содержит 30 информационных байт, что поддерживает скорость передачи 30 · 8 / (6 · 625 · 10^-6) = 64 кбит/с. Для улучшения качества связи можно передавать данные с кодовой защитой с R_кода = 2/3 и 1/3. Тогда в одном направлении передачи на рис. 6.6 будет занят каждый четвертый или каждый второй ВИ соответственно. Пакеты, используемые для передачи стандартного речевого сигнала, относят к типу HV (High Quality Voice). Кроме передачи речи, в синхронном соединении можно вести и обмен данными. Для этого используют пакеты типа EV. Характеристики синхронного соединения в Bluetooth приведены в табл. 6.2.

Рис. 6.6. Передача пакетов при синхронном соединении

Таблица 6.2

В асинхронных соединениях процессами обмена информацией управляет мастер. При этом можно реализовать режим точка – многоточие и мастер может работать с разделением во времени с 7 активными ведомыми (рис. 6.5б). Ведомое устройство не может самостоятельно выходить на связь; оно отвечает только в следующем ВИ после получения пакета мастера. В ACL соединениях возможна организация симметричных и асимметричных каналов. При симметричной передаче пакеты мастера и ведомого занимают 1 ВИ (DH1: Data-High Rate 1 или DM1: Data-Medium Rate 1), 3 ВИ (DH3, DM3) или 5 ВИ (DH5, DM5). При организации асимметричных каналов только пакеты мастера могут занимать 3 или 5 ВИ, пакеты ведомых всегда ограничены 1 ВИ (рис. 6.7). Характеристики асинхронных соединений приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Рис. 6.7. Передача пакетов при асинхронном соединении