Przyspieszenie transmisji danych

Z punktu widzenia transmisji danych rodzina standardów GSM, obejmująca już trzy zbliżone do siebie rozwiązania techniczne - GSM900, GSM1800 (DCS1800) i GSM1900 (PCS1900), nie jest optymalnym rozwiązaniem, jako że sieć była projektowana do przekazów głosowych, a nie do transportu danych.

Z punktu widzenia transmisji danych rodzina standardów GSM, obejmująca już trzy zbliżone do siebie rozwiązania techniczne - GSM900, GSM1800 (DCS1800) i GSM1900 (PCS1900), nie jest optymalnym rozwiązaniem, jako że sieć była projektowana do przekazów głosowych, a nie do transportu danych.

Podstawowym założeniem systemów z rodziny GSM była bowiem transmisja głosu, a przesyłanie danych ograniczało się tylko do dwóch postaci: transmisji z podstawową szybkością 9,6 kb/s (także większą: 14,4 kb/s lub mniejszymi: 4,8 kb/s i 1,2 kb/s) oraz przekazu krótkich (do 160 znaków) komunikatów tekstowych SMS (Short Message Sewice). Wiele czynników natury technicznej, psychologicznej i użytkowej, a także zwiększone zapotrzebowanie na usługi transmisji danych spowodowały konieczność rozszerzenia istniejących wymagań na dostęp bezprzewodowy do danych z szybkością powyżej 100 kb/s (zwykle nie mniejszą niż 384 kb/s), co było związane głównie z przesyłaniem grafiki i obrazów ruchomych.

Z niewielkiej przepływność danych (9,6-14,4 kb/s) w klasycznej sieci cyfrowej GSM korzystają tylko nieliczni abonenci, którzy obecnie mają ułamkowy (poniżej 3 proc.) udział w ogólnym trafiku oferowanym przez struktury bezprzewodowe. Przewiduje się jednak, że do roku 2000 udział transmisji danych w sieciach komórkowych wzrośnie do około 30 proc, głównie za sprawą nowych, szybszych technologii transportu bezprzewodowego HSCSD i GPRS, już stosowanych w fazie GSM 2+ (od 1997 r.), oraz technologii transmisji EDGE, przewidywanej w systemach komórkowych trzeciej generacji - 3G.

Usługi sieci cyfrowych

Usługi sieci cyfrowych

Najprostszym sposobem przyspieszenia przesyłania danych w sieci komórkowej GSM jest transmisja HSCSD (High Spced Circuit Switched Data) z wieloszczelinową komutacją kanałów radiowych. Umożliwia ona zwiększenie szybkości przekazu przez przydział kilku szczelin czasowych do jednego połączenia, każda o nominalnej szybkości 9,6 kb/s. Oznacza to, że w symetrycznej i równoczesnej transmisji dupleksowej jest możliwe użycie kilku spośród ośmiu szczelin czasowych w ramce TDMA (3x9,6 kb/s = 28,8 kb/s, 4x9,6 = 38,4 kb/s, inne), w ruchu niesymetrycznym natomiast jedna transmisja może zajmować do 7 szczelin czasowych (67,2 kb/s).

Typowa, powszechnie stosowana szybkość transmisji HSCSD wynosi 57,6 kb/s (6x9,6 kb/s), jednak przy zastosowaniu kompresji danych przepływność ta może zwiększyć się do 115,2 kb/s, Odbiór szczelin czasowych bez zmiany ich kolejności umożliwia izochroniczny przebieg transmisji danych, wymagany dla komunikowania się w czasie rzeczywistym (głos). Pojawienie się technologii pakietowej HSCSD wprawdzie podnosi szybkość transmisji radiowej, ale nie stanowi antidotum na przesyłanie danych o zmiennym trafiku (burst tmffic), charakterystycznym dla serwerów webowych. Wynika to z faktu, że przydział nawet wielu szczelin czasowych do jednego połączenia na cały czas transmisji o zmiennym natężeniu ruchu jest nieekonomiczny z punktu widzenia wykorzystania zasobów sieciowych.

Bardziej efektywnym sposobem wykorzystania zasobów transmisyjnych systemu GSM jest pakietowa transmisja GPRS (General Packet Radio Seroice), zapewniająca adaptację sieci GSM do przekazywania danych w formie pakietowej, bardziej zbliżonej do X.25. Transmisja GPRS polega na powiązaniu i wspólnym sterowaniu kilku kanałów transmisyjnych w jednym torze komunikacyjnym, przy czym w zależności od natężenia ruchu liczba kanałów i sposobów kodowania jest dopasowywana dynamicznie nawet do maksymalnej przepływności 171,2 kb/s. Wiąże się to niestety z instalacją telefonów komórkowych z nowym schematem kodowania, oznaczanym CS1- CS4, i z możliwością wyboru jednej z czterech szybkości kodowania w pojedynczym kanale radiowym, wynoszących odpowiednio: 9,6 kb/s, 13,4 kb/s, 15,6 kb/s i 21,4 kb/s. W tym trybie pracy - przydatnym do trafiku o niezrównoważonym (burst mode) i asymetrycznym charakterze - możliwe jest przyporządkowanie do ośmiu szczelin czasowych w jednym kanale radiowym, czyli od 76,8 kb/s do 171,2 kb/s (8 x 21,4=171,2 kb/s). Dodatkową zaletą takiego systemu jest statystyczne multipleksowanie pakietów, co pozwala na wykorzystywanie jednego fizycznego kanału radiowego przez kilku użytkowników równocześnie.

Ewolucja przepływu w sieciach GSM

Ewolucja przepływu w sieciach GSM

Adaptacja transmisji pakietowej GPRS w sieciach GSM (faza 2+) wymaga rozszerzenia funkcji programowych w interfejsach współpracy, jak też dostosowania stacji abonenckich MS (telefonów komórkowych) do transmisji pakietowych. Wprowadzenie transmisji pakietowej GPRS, opartej na protokole IP, jest jednym z etapów ewolucyjnych przemian rodziny systemów komórkowych GSM 900/1800/1900 w kierunku sieci trzeciej generacji - 3G - tym bardziej że technologię tę można stosować zarówno w sieciach systemu GSM, jak i w sieciach TDMA (ANSI-136).

Obydwa typy transmisji (HSCSD, GPRS) zapewniają wyższą przepływność danych, niezbędną przy korzystaniu abonentów ruchomych z większości usług oferowanych współcześnie przez Internet (e-mail, e-commerce, FoIP, VoIP, przekaz plików tekstowych, komunikacja alarmowa, uproszczony dostęp do stron webowych klasy MMM - Mobile Media Mode, usługi LAN/intranet i in.). Nie są one jednak wystarczające do korzystania w pełni z zasobów webowych WWW (World Wide Web), sesji wideokonferencyjnych czy też do przesyłania plików graficznych lub obrazów ruchomych w czasie rzeczywistym. Usługi te będą dostępne dopiero w systemach mobilnych trzeciej generacji (3G), o przepływności od 384 kb/s do 2 Mb/s w rozbudowanych systemach wideokonferencyjnych.

Następnym krokiem jest implementacja nowej metody modulacji i kompresji w transmisji EDGE (Enhanced Data GSM Evolution), umożliwiającej przekazywanie danych przez infrastrukturę sieci GSM z szybkością do 384 kb/s. Jest to przepływność zalecana przez ITU-T dla standardowych usług wideokonferencyjnych w sieciach przewodowych ISDN, jako kanał HO (6 x 64 kb/s), lecz z zapewnieniem odpowiedniej jakości usług QoS. Zwiększenie przepływności stało się możliwe dzięki istotnym zmianom w sposobie modulacji, zwiększającym skuteczność kodowania informacji w kanale radiowym powyżej 1,45 b/Hz/s, do tej pory stosowanej w cyfrowych sieciach komórkowych 2G. Dla zapewnienia komunikacji starych i nowych terminali ruchomych z obydwoma sposobami kodowania (wymagana modernizacja techniczna i programowa stacji bazowych BTS i mobilnych MS) w jednej sieci GSM będą pracować przejściowo dwa rodzaje modulatorów kanału radiowego: dla terminali dotychczasowych i zmodernizowanych.