СТАНДАРТ DECT
(DIGITAL ENHANCED CORDLESS TELECOMMUNICATIONS)

Источник: сайт Интернета www.dect.ru

Цифровая усовершенствованная бесшнуровая связь

    DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) укрепил свои позиции как глобальный стандарт беспроводного доступа - он принят (по состоянию на январь 1999 г.) более чем в 100 странах мира.

    Объем продаж терминального оборудования DECT в одном только сегменте домашних систем увеличился до 20 млн.ед. за период с 1994 г. (когда было продано 0,4 млн.ед.) до января 1999 г. В 1998 г. рынок DECT в различных приложениях увеличится более чем в два раза по сравнению с 1997 г. - с 6,5 млн. до 13,5 млн. абонентских линий и терминальных устройств. Ожидается, что в этом году будет продано еще 21 млн. терминалов, а к 2000 г. прогнозируется продажа более 75 млн. терминалов (ежегодный объем продаж составит 30 млн. терминалов в 2000 г.). Сегодня доля рынка DECT-телефонов среди всех радиотелефонов для дома составляет 53% в Европе, 80% - в Германии, что свидетельствует о превращении DECT в самый популярный среди стандартов цифровой бесшнуровой связи. DECT лидирует и в сегменте абонентского радиодоступа, захватив долю рынка в 32% по числу инсталированных в 1998 г. абонентских линий (среди всех стандартов, используемых для создания сетей WLL).

Преимущества выбора DECT

• Качество проводной линии связи - 32k ADPCM
• Самая высокая скорость передачи данных среди всех TDMA-стандартов
• Возможность создания различных систем на основе DECT:
  - домашние бесшнуровые многотрубочные системы, которые также подходят для малого офиса,
  - микросотовые беспроводные корпоративные системы (офисные и учрежденческие АТС с радиодоступом),
  - микросотовые системы общего пользования (СТМ),
  - системы фиксированного радиодоступа (WLL) и др.
• Сосуществование различных некоординируемых DECT-систем в общем частотном диапазоне без необходимости частотного планирования
• Совместимость оборудования разных производителей (при наличии GAP)
• Обеспечение перехода из соты в соту без разрыва соединения (хэндовер)
• Возможность обслуживания одной трубки в разных сетях (частных и общего пользования)
• Обеспечение большого трафика - до 10,000 Эрл/км.
• Совместимость с другими радиосистемами
• Отсутствие канала управления - устойчивость к радиопомехам
• Низкий уровень излучения - безопасность для здоровья

Основные приложения DECT

    С самого начала DECT разрабатывался как средство обеспечения доступа к телекоммуникационной сети любого типа, и, таким образом, поддерживает разнообразные приложения и услуги. Среди приложений DECT - системы для дома и малого офиса, микросотовые корпоративные системы, системы абонентского радиодоступа (WLL), системы доступа к сети GSM, микросотовые системы общего пользования (CTM), системы доступа к локальной сети, предоставляющие голосовую телефонию, факс, модем, электронную почту, Интернет, X.25 и многие другие перспективные услуги.
    Большинство поставок DECT оборудования - системы для дома и малого офиса. DECT доказал, что является эффективным для рынка потребителей с невысокими доходами, продемонстрировав потенциал для дальнейшего снижения цен. В этом сегменте рынка осуществлялись, в основном, поставки в конфигурации "одна базовая станция-одна трубка". Цены для данных конфигураций достигли уровня, при котором DECT становится чрезвычайно интересным для пользовательского рынка. Потребители заменяют свои старые бесшнуровые телефоны более низкого качества (CT0 и CT1) телефонами DECT или покупают свой первый полностью цифровой бесшнуровой телефон DECT, так как они чувствуют уверенность в его качестве, уровне защищенности и универсальности. Чрезвычайно привлекательна также перспектива легкой трансформации бесшнурового телефона DECT в “домашнюю АТС” путем простого добавления дополнительных трубок.
     Интерес к DECT появился и на рынке микросотовых беспроводных корпоративных систем. Динамический выбор лучшего канала и процедуры хэндовера в DECT доказали свою эффективность и надежность для малых и больших офисов и промышленных предприятий с количеством пользователей 4000-5000 на систему как внутри помещений, так и снаружи.
     Основные преимущества, выявленные в данной области применения - беспроводность и прозрачность DECT в отношении функций микросотовых корпоративных систем, которые предлагают повышенную эффективность, меньшие затраты на ответные звонки - ни один звонок не остается без ответа. Такие системы на базе DECT установлены уже более чем в 70 тыс. компаний. Свыше 1,3 млн. пользователей DECT в крупных и небольших компаниях самого разного профиля убедились в эффективности DECT-систем, демонстрирующих отличное качество речи, большую емкость трафика и защищенность связи.
     По всему миру запущено в эксплуатацию большое количество систем абонентского радиодоступа на основе DECT, обслуживающих в общей сложности несколько сотен тысяч абонентов. Постоянно появляются сообщения о достижении радиуса действия свыше 5 км в зоне прямой видимости, при этом обеспечивается высокое качество речи. В 1998 г. по числу инсталлированных линий доля DECT в системах WLL в разных странах мира составила 32%. Этот впечатляющий показатель достигнут благодаря гибкости систем DECT WLL, высокой надежности, отличному качеству речи, большой емкости трафика и защищенности связи в сочетании с очевидными ценовыми преимуществами, вытекающими из использования отработанной технологии, принятой и уже реализованной в системах связи во многих странах мира. Такие темпы роста указывают на то, что системы беспроводного доступа могут стать преобладающим приложением DECT.
     Оборудование DECT может эффективно удовлетворить нужды в услугах бесшнуровой связи для пешеходов в публичных местах там, где возникает такая необходимость. Опытные инсталляции, осуществляемые в настоящее время в нескольких странах, демонстрируют отличную работу, а в Финляндии такие системы уже запущены в коммерческую эксплуатацию. В течение прошлого года производители DECT получили значительные заказы на публичные системы DECT для пешеходов. Сейчас это ускоряет создание и развитие инфраструктуры DECT, базовых станций и трубок, специально разработанных для устанавливаемых на улице систем для пешеходов.

Будущее развитие DECT

Будущее развитие стандарта DECT будет диктоваться рынком оборудования и услуг DECT по мере того, как участники процесса стандартизации будут сталкиваться с необходимостью дальнейших усовершенствований. Развитие DECT, связанное с появлением новых приложений, может привести к дополнениям к существующей базе средств разработки или принятию новых профилей стандарта.

Приложения, уже признанные на ближайшее будущее:

Модификации к определению радиочасти DECT, необходимые для достижения более высоких скоростей передачи данных. Было начато исследование модифицированной радиочасти (с мощностью 2 Mb/s), которая сосуществует с “обычным” радио DECT, не нарушая общее качество его работы.
Двухмодовые терминалы, поддерживающие DECT и GSM, DECT и DCS1800 (или даже терминалы, действующие в трех различных сетях).
Использование DECT при развитии сетей связи в направлении UMTS (Единой системы мобильной связи).
Совместимость с ISDN PRI (первичные скорости) и сетью broadband ISDN (широкополосной).

ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ DECT

Технические характеристики

Основные принципы работы систем стандарта DECT

• Принцип MC/TDMA/TDD
• Использование радиоспектра
• Непрерывная передача сигнала
• Динамический выбор и динамическое выделение канала
• Установление связи
• Хэндовер
• Разнесенные антенны
• Совместимость
• Защищенность
• Прописка
• Аутентификация
• Шифрование   
• Профили приложений DECT

Технические характеристики DECT

Основные принципы работы систем стандарта DECT

Принцип MC/TDMA/TDD

Радиоинтерфейс DECT основывается на методологии радиодоступа с использованием нескольких несущих, принципа множественного доступа с разделением времени, дуплекса с разделением времени (MC/TDMA/TDD). Выделение базовой частоты DECT использует 10 частотных каналов (MC - Multi Carrier) в диапазоне 1880-1990 МГц. Временной спектр для DECT подразделяется на временные фреймы, повторяющиеся каждые 10 мс. Фрейм состоит из 24 временных слотов, каждый из которых индивидуально доступен (TDMA - Time Division Multiple Access), слоты могут использоваться либо для передачи либо для приема. В базовой речевой услуге DECT два временных слота - с разделением в 5 мс - образуют пару для обеспечения поддерживающей емкости обычно для полных дуплексных 32 kbit/s соединений (ADPCM - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция -G.726 кодированная речь). Для облегчения реализаций базового стандарта DECT временной фрейм в 10 мс разделяется на две половины (TDD - Time Division Duplex); первые 12 временных слота используются для передачи фиксированной части (“связь вниз”), а остальные 12 - для передачи носимой части (“связь вверх”).

Структурой TDMA обеспечивается до 12 одновременных голосовых соединений DECT (полный дуплекс) на каждый трансивер, что дает значительные ценовые преимущества по сравнению с технологиями, позволяющими только одно соединение на трансивер (например, CT2). Благодаря усовершенствованному радиопротоколу, DECT может предлагать полосы частот различной ширины, соединяя несколько каналов в одну несущую. Для целей передачи данных достигаются защищенные от ошибок чистые скорости в n x 24 kbit/s максимально до 552 kbit/s, при этом, как оговорено стандартом DECT, обеспечивается полная безопасность.

Использование радиоспектра

При использовании принципа MC/TDMA/TDD для базового DECT (частотные и временные измерения), устройству DECT в любой момент доступен общий спектр из 120 дуплексных каналов. При добавлении третьего измерения (пространства) - при условии, что емкость DECT ограничивается помехами от сопряженных сот и достигается соотношение C/I (Carrier-to-Interface) = 10 дБ - можно получить очень низкий коэффициент повторного использования канала. Различные каналы связи в прилегающих сотах могут использовать тот же канал (комбинация частота/временной слот). Следовательно, при высокой плотности установки базовых станций DECT (например, на расстоянии 25 м в идеальной модели покрытия в форме шестиугольника) можно достичь емкости трафика для базовой технологии DECT приблизительно до 10 000 Эрланг/кв.км./этаж (см. Примечание 1) при отсутствии необходимости частотного планирования. Инсталляция оборудования DECT упрощена, так как необходимо учитывать только требования к покрытию и трафику.

Примечание 1. 1 Эрланг равен средней нагрузке трафика, вызываемой одним речевым соединением DECT - с использованием одной пары “частота/временной слот” - 100% времени.

Непрерывная передача сигнала

Базовая станция (базовый радиоблок – БРБ) DECT постоянно передает сигнал, по крайней мере, по одному каналу, таким образом выступая в качестве маяка для соединения с мобильными DECT-трубками (абонентскими радиоблоками – АРБ). Передача может быть частью активной связи, а может быть холостой. Передача маяка БРБ содержит служебную информацию – в многофреймовой мультиплексной структуре – об идентификации базовой станции, возможностях системы, статусе БРБ и пейджинговую информацию для установления входящей связи. АРБ, подключенные к передаче маяка, проанализируют передаваемую информацию и определят, есть ли у АРБ права доступа к системе (только те АРБ, у которых есть права доступа, могут установить связь), соответствуют ли возможности системы услугам, требующимся АРБ и – в том случае, если связь необходима – есть ли у БРБ свободная емкость для установления радиосвязи с АРБ.

Динамический выбор и динамическое выделение канала

DECT определяет постоянный динамический выбор канала и динамическое выделение канала. Все оборудование DECT обязано регулярно сканировать свое локальное радиоокружение – по крайней мере один раз каждые 30 секунд. Сканирование означает получение и измерение силы местного радиочастотного сигнала по всем свободным каналам. Сканирование осуществляется как фоновый процесс и представляет список свободных и занятых каналов (список RSSI: Received Signal Strength Indication – Индикация мощности полученного сигнала), один для каждой комбинации “временной слот/несущая”, который будет использоваться в процессе выбора канала. Свободный временной слот не используется (временно) для передачи или приема. В списке RSSI низкие значения мощности сигнала означают свободные каналы без помех, а высокие значения означают занятые каналы или каналы с помехами. С помощью информации RSSI, DECT-АРБ или DECT-БРБ может выбрать оптимальный (с наименьшими помехами) канал для установления новой линии связи. 

Каналы с самыми высокими значениями RSSI постоянно анализируются в DECT-АРБ для того, чтобы проверить, что передача исходит от базовой станции, к которой у носимой части есть права доступа. АРБ засинхронизируется с БРБ, имеющей самый мощный сигнал, как определено стандартом DECT. Каналы с самыми низкими значениями RSSI используются для установления радиосвязи с БРБ, если пользователь АРБ решит установить связь, или в случае, когда мобильной DECT-трубке передается сигнал о входящем звонке через прием пейджингового сообщения.

В базовой станции DECT каналы с низкими значениями RSSI используются при выборе канала для установления передачи маяку (холостой передачи).

Инициатива установления радиоканала в базовых приложениях DECT всегда принадлежит АРБ. АРБ выбирает (используя динамический выбор канала) наилучший из доступных каналов и связывается по нему с БРБ. Чтобы обнаружить попытки установления связи со стороны АРБ, БРБ должен принимать на этом канале, когда АРБ передает свой запрос на доступ. Чтобы АРБ могли использовать все 10 радиочастотных несущих DECT, БРБ постоянно последовательно сканирует свои незанятые принимающие каналы в поисках попыток АРБ установить связь. АРБ синхронизируются с этой последовательностью с помощью постоянно передаваемой базовой станцией служебной информации. На основе этой информации АРБ могут определять точный момент, когда возможен успешный доступ к БРБ на выбранном канале.

Благодаря мощному динамическому выбору и выделению канала и возможностям DECT, обеспечивающим хэндовер без прерывания связи, АРБ могут уходить от соединения, содержащего помехи, устанавливая второе соединение – на вновь выбранном канале – либо с той же базовой станцией (внутрисотовый хэндовер) либо с другой базовой станцией (хэндовер между сотами). Эти два радиосоединения временно поддерживаются параллельно, при этом передается идентичная речевая информация, и в то же время анализируется качество соединений. По прошествии некоторого времени базовая станция определяет, у какого радиосоединения лучше качество, и освобождает другой канал.

Хотя хэндовер всегда инициируется DECT-АРБ, возможны ситуации, в которых линия связи “АРБ–БРБ” не обеспечивает требуемого качества. На этот случай в DECT предусмотрены протоколы оповещения, которые позволяют БРБ передать сообщение о воспринимаемом качестве соединения АРБ, который может затем инициировать хэндовер.

Хэндовер в DECT – это механизм ухода от каналов, подверженных воздействию помех, или каналов с низким уровнем сигнала. Однако хэндовер происходит недостаточно быстро, чтобы противодействовать ситуациям быстрого замирания. Для этой цели DECT-БРБ может быть оборудована разнесенными антеннами. Стандартом предусмотрен протокол сигнализации для контроля за выбором антенны БРБ с мобильной DECT-трубки. Благодаря тому, что радиолиния между БРБ и АРБ имеет природу дуплекса с временным разделением (симметрии), выбор лучшей антенны БРБ улучшает не только качество “восходящей линии связи”, но и качество “нисходящей линии связи”, на низкой скорости.

Свойства совместимости технологии радиодоступа в основном базируются на возможности ухода (хэндовера) – в частотной области – от зашумленной радиолинии, не полагаясь на информацию, переданную по первоначальному каналу (подверженному воздействию). MC/TDMA/TDD, постоянный динамический выбор и выделение канала и процедуры хэндовера в стандарте DECT демонстрируют отличные возможности совместимости даже в условиях сильной интерференции.

Использование технологии радиодоступа, предоставляющей мобильность, подразумевает значительный риск в отношении защищенности. Стандарт DECT предусматривает меры противодействия естественным дефектам защищенности, свойственным бесшнуровой связи. Для предотвращения несанкционированного доступа были введены эффективные протоколы прописки и аутентификации, а концепция усовершенствованного кодирования обеспечивает защиту от прослушивания.

Оператор сети или сервис-провайдер обеспечивает пользователя АРБ секретным ключом прописки (PIN-кодом), который должен быть введен как в БРБ, так и в АРБ до начала процедуры. До того, как трубка инициирует процедуру фактической прописки, она должна также знать идентификацию БРБ, в которой она должна прописаться (из соображений защищенности область прописки может быть ограничена даже одной выделенной (маломощной) БРБ системы). Время проведения процедуры обычно ограничено, и ключ прописки может быть применен только один раз, это делается специально для того, чтобы минимизировать риск несанкционированного использования.

Прописка в DECT может осуществляться “по эфиру”, после установления радиосвязи с двух сторон происходит верификация того, что используется один и тот же ключ прописки. Происходит обмен идентификационной информацией, и обе стороны просчитывают секретный аутентификационный ключ, который используется для аутентификации при каждом установлении связи. Секретный ключ аутентификации не передается по эфиру.

Процесс аутентификации использует алгоритм для вычисления “ответа” из “запроса” и аутентификационный ключ в трубке и на базовой станции. Он представляет собой способ отправки идентификационной информации пользователя в зашифрованной форме по эфиру для предотвращения кражи идентификационной информации. Этот же принцип может быть применен для данных пользователя (например, для передачи речи). Во время аутентификации обе стороны также просчитывают ключ шифрования. Этот ключ используется для шифрования данных, передаваемых по эфиру. Получающая сторона использует тот же ключ для расшифровки информации. В DECT процесс шифрования является частью стандарта (хотя и необязательной).

В профилях приложений содержатся дополнительные спецификации, определяющие как эфирный интерфейс DECT должен быть использован в конкретных приложениях. Стандартные сообщения и суб-протоколы были созданы из набора средств базового стандарта и подстроены под конкретные приложения с целью обеспечения максимальной совместимости оборудования DECT от разных производителей. Помимо профилей ETSI также разработал спецификации тестов на соответствие профилю, позволяющие проводить всестороннее тестирование оборудования DECT, претендующее на удовлетворение требованиям профиля.