Технология DECT. История Dect, описание и применение стандарта

Статьи и Лайфхаки

Наверняка многие пользователи хотя бы раз слышали или читали такую аббревиатуру. Попробуем разобраться в том, что такое телефоны dect , а также подробнее остановимся на достоинствах, недостатках и особенностях данной технологии. И доступна ли для них - или она подходит только для GSM устройств?

Что же такое DECT? Особенности и примеры таких телефонов

Описываемый стандарт отвечает за беспроводную связь на определённых частотах (в диапазоне 1880-1900 мегагерц). По сути, телефоны DECT выступают чем-то вроде аналога домашнего или офисного мобильного устройства. Это радиотелефон с предусмотренным цифровым способом передачи информации.

Кроме того, что DECT обеспечивает вышеуказанную передачу информации, он также отвечает за интеграцию речевой связи. Данная система стала весьма популярной в Европе и других странах. В настоящий момент это самый распространённый стандарт. Его распространение стало возможным благодаря простоте монтажа сетей.

К основным преимуществам DECT можно отнести высокую степень защиты связи и надлежащее качество связи, превосходную интеграцию с корпоративной телефонией, безопасность для организма человека (меньший уровень облучения, получаемого пользователем) и хорошую устойчивость к помехам.

Конечно, у этого стандарта существуют также и недостатки. Среди них: невысокая скорость передачи информации (по сравнению с Wi-Fi) и сравнительно малая дальность связи в связи с тем, что сама система ограничивает её мощность.

Итак, мы разобрались в том, что такое телефоны dect. Свыше 40 производителей оборудования телекоммуникаций выпускают такие системы, как для домашней, так и для корпоративной связи. Среди них – такие известные фирмы, как Panasonic, Ericsson и Alcatel.

Системы телефонии DECT для офиса и дома. Насколько безопасна такая связь?

Самые первые радиотелефоны были не слишком удобны и, к тому же, опасны. Сигнал часто пропадал, и порой пользователи могли легко прослушать чужие разговоры (в том числе и случайно). С введением стандарта DECT очень многое изменилось, поскольку цифровые технологии вывели телефонию на должный уровень. Теперь были обеспечены повышенный уровень информационной безопасности, экономичность и надлежащее качество связи.

Основной диапазон стандарта, указанный выше (до 1900 мегагерц) сохраняется на всех 5-ти континентах, что означает, что он может быть применён в различных странах. Телефоны в системе DECT, изначально разработанные для офиса и домашнего использования, не создают помех для другого оборудования, поскольку имеют ограниченный уровень мощности. Это выгодно и пользователям, и самим производителям. Кроме того, им не приходится регулярно обновлять и других девайсов.

Как уже было сказано, в отличие от всей радиосвязи, которая существовала ранее, стандарт DECT обеспечивает повышенную степень безопасности благодаря тому, что были введены протоколы прописки/аутентификации надлежащего качества, а также защита от прослушивания.

Современные офисные системы, работающие по указанной системе, обеспечивает абсолютную мобильность пользователей в пределах организации или предприятия. В данном случае система DECT выступает чем-то вроде «надстройки» корпоративной АТС.

1 Краткий обзор стандарта

DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication) - технология беспроводной связи на частотах 1880-1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), используется в современных радиотелефонах. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. По оценкам 1999 года, DECT принят более чем в 100 странах, а число абонентских устройств DECT в мире приближается к 50 миллионам. В Европе DECT практически полностью вытеснил беспроводные телефоны стандартов CT2, CT3; на других континентах DECT успешно конкурирует с американским стандартом PACS и японским PHS. Стандарт DECT в России для домашнего пользования не требует лицензирования (получения частотного решения ГКРЧ, разрешения Роскомнадзора).

Диапазон радиочастот, используемых для приёма/передачи - 1880-1900 МГц в Европе, 1920-1930 МГц в США. Рабочий диапазон (20 МГц) разделён на 10 радиоканалов, каждый шириной в 1728 КГц. Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом - 10 мВт.

DECT относится к системам пакетной радиосвязи с частотно-временным разделением каналов (информация передаётся по радиоканалу в виде пакетов, организованных в кадры) и основана на технологиях:

TDMA - Time division multiple access (множественный доступ с временным разделением);

FDMA - Frequency division multiple access (множественный доступ с частотным разделением);

TDD - Time division duplex (дуплексный канал с временным разделением);

Обмен информацией производится кадрами с помощью временного разделения в каждом кадре. Каждый кадр длительностью 10 мс разделён на 24 временных интервала (ВИ, или слота англ. slot), причём первые 12 ВИ (0-11) служат для передачи пакетов в направлении ФЧ-ПЧ, а следующие 12 ВИ (12-23) для передачи пакетов в обратном направлении, ПЧ-ФЧ. Дуплексные каналы связи образуют последовательности из двух пакетов одного кадра с интервалом между ними в 12 ВИ. Передачу и приём информации в DECT ведут на одной частоте (дуплекс с временным разделением каналов). 16 кадров DECT объединяют в мультикадр. Все кадры DECT пронумерованы, номера кадров используют при шифрации сообщений и передают по вещающему каналу Q.

Передача соединения мобильного абонента от одной базовой радиостанции к другой во время разговора абсолютно незаметна для абонента (режим handover). При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приёма.

Реализация беспроводной связи (по стандарту DECT) происходит как в рамках аналоговой телефонии, так и IP-телефонии. Корпоративные радиотелефоны, работающие по принципу Voice over IP, являются одним из самых востребованных и быстрорастущих сегментов рынка IP-телефонии.

2 Структура DECT-систем

Ниже представлена стандартная схема структуры DECT-систем:

Контроллер предназначен для сопряжения системы DECT с внешними сетями, например, городской и/или учрежденческой АТС. При этом ЦКС, как правило, обеспечивает преобразование протоколов сигнализации между АТС и системой DECT. В некоторых случаях для этих целей используются специальные устройства – конвертеры протоколов. Кроме того, в ЦКС осуществляется преобразование речевой информации ADPCM ⇔ PCM при сопряжении по цифровым интерфейсам и ADPCM ⇔ аналоговый сигнал при сопряжении по аналоговым интерфейсам;

БС – Базовая станция (в иностранной литературе они называются – Radio Fixed Part) обеспечивают требуемое радиопокрытие. БС подключается к контроллеру по одной или двум парам проводов. Базовая станция представляет собой приемопередатчик, обеспечивающий одновременную работу по 4 – 12 каналам, работающий на две пространственно разнесенные антенны. БС выполняются в двух
вариантах – для внутреннего и наружного размещения;

УД – Устройства доступа представляют собой мобильную трубку или
стационарный абонентский терминал, который иногда именуется «радиорозеткой»;

Для увеличения зоны покрытия базовой станции может также применятся ретранслятор (репитер).

Стандартные характеристики современных систем DECT

3 Принцип MC/TDMA/TDD

Радиоинтерфейс DECT основывается на методологии радиодоступа с использованием нескольких несущих, принципа множественного доступа с временным разделением и принципа дуплекса с временным разделением (MC/TDMA/TDD). В стандарте DECT в выделенном
диапазоне 1880-1990 МГц используется 10 частотных каналов (MC - Multi Carrier). Временной спектр для DECT подразделяется на временные кадры (фреймы), повторяющиеся каждые 10 мс (рис. 3). Фрейм состоит из 24 временных слотов, каждый из которых доступен индивидуально (TDMA - Time Division Multiple Access).

В базовой речевой услуге DECT два временных слота - с разделением в 5 мс - образуют дуплексную пару для обеспечения 32 кБит/с соединений (ADPCM - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция - G.726). Для реализации базового стандарта
6 DECT временной фрейм в 10 мс разделяется на две половины (TDD – Time Division Duplex) - первые 12 временных слотов используются для передачи БС (“связь вниз”), а остальные 12 - для передачи АРБ (“связь вверх”). Структурой TDMA обеспечивается до 12 одновременных голосовых соединений DECT (полный дуплекс) на каждую БС, что дает значительные ценовые преимущества по сравнению с
технологиями, позволяющими только одно соединение на БС (например, CT2). Благодаря усовершенствованному радиопротоколу, DECT может предлагать полосы частот различной ширины, соединяя несколько каналов в одну несущую.

3.1 Использование радиоспектра

При использовании принципа MC/TDMA/TDD для базовой спецификации DECT (10 частотных и 12 временные номиналов) устройству DECT в любой момент доступен общий ресурс из 120 дуплексных каналов. При высокой плотности установки базовых станций DECT (например, на расстоянии 25 м в идеальной модели покрытия в форме шестиугольника) с учетом низкого коэффициента повторного использования канала (C/I = 10 дБ) можно достичь емкости трафика для базовой технологии DECT приблизительно до 10 000 Эрланг/км2 при отсутствии необходимости частотного планирования. Инсталляция оборудования DECT упрощена, так как необходимо учитывать только требования к радиопокрытию и трафику.

3.2 Динамический выбор и динамическое выделение канала

Вместо частотного планирования используется механизм непрерывного динамического выбора и распределения каналов (CDCS/CDCA). Суть этого механизма заключается в том, что каналы выбираются динамически из всего набора каналов по таким показателям, как качество прохождения сигнала и уровень помех. Причем канал не закрепляется за соединением на все время, он может меняться по мере необходимости. Происходит это следующим образом. Каждая БС непрерывно сканирует приемные таймслоты всех 120 каналов, измеряет
уровень принятого сигнала (RSSI - Received Signal Strength Indicator) и выбирает канал с минимальным уровнем (свободный канал без помех). В этом канале БС излучает служебную информацию, которая, в числе прочих, содержит данные:
-для синхронизации АРБ;
- об идентификаторе системы;
- о возможностях системы;
- о свободных каналах;
- пейджинговую.
Анализируя эту информацию, АРБ находит свою БС и прописывается к ней. При выходе из зоны действия одной БС происходит поиск следующей. Таким образом, АРБ всегда прописан к той или иной БС своей или дружественной системы. Далее АРБ синхронно с БС
начинает непрерывно сканировать все 120 приемных таймслотов и измерять силу сигнала в каждом из них. Номера каналов с наименьшими RSSI заносятся в память. Одновременно в памяти находятся не менее двух таких каналов. При необходимости организации исходящей связи АРБ направляет запрос БС, в которой она в данный момент прописана, предлагая установить связь в одном из свободных, с
точки зрения АРБ, каналов. Если этот канал отвергается БС, то АРБ предлагает следующий из списка свободных. После согласия БС на установление соединения по одному из предложенных каналов происходит обмен сигнализационной и другой служебной информацией, а затем установление соединения и разговор. Организация входящей связи осуществляется аналогичным образом. АРБ непрерывно
анализирует "пейджинговое" сообщение на наличие «своего» входящего вызова. После распознавания входящего вызова АРБ посылает запрос на установление связи в одном из свободных каналов. Таким образом, выбор канала для установления соединения происходит
динамически и только по инициативе и под управлением АРБ. Этот механизм называется непрерывным динамическим выбором канала (CDCS). Канал, в котором происходит разговор, не является постоянно выделенным на все время соединения. По тем или иным причинам (например, ухудшение качества связи при перемещении АРБ в зону «тени») АРБ может сменить канал. При этом АРБ выбирает канал из
списка свободных и предлагает его БС. При согласии БС происходит переход на новый канал. Переход может происходить и по инициативе БС. При этом БС о своем желании перейти на новый канал сообщает АРБ, далее все происходит так, как описано выше, т.е. выбор нового
канала осуществляется АРБ.
Если в процессе соединения новый канал запрашивается у той же БС, то переход называется "intercell handover", а если у другой БС - то "intracell handover". Этот механизм называется непрерывным динамическим распределением каналов (CDCA). Хендовер в DECT системе происходит мягким способом. Это значит, что во время хендовсра между АРБ и системой одновременно работают два канала: «старый» и «новый». В какой-то момент времени информация между АРБ и системой передается одновременно по обоим каналам. Только после успешного перехода на «новый» канал происходит деактивация «старого». Надо отметить, что хендовер происходит не только при ухудшении качества связи или при разрыве соединения, но и в том случае, когда АРБ находит лучший с его точки зрения
канал. Таким образом, для соединения всегда используется лучший свободный канал.
Механизм CDCS/CDCA существенно отличает DBCT от сотовых систем связи: управление каналами осуществляется не центральным контроллером, а мобильными терминалами. Уникальная возможность DECT по динамическому выбору и распределению каналов
гарантирует использование только лучшего канала. Эта способность DECT позволяет сосуществовать нескольким системам в одной и той же полосе частот, при сохранении в каждой из них высокого качества и безопасности связи. Кроме того, этот механизм существенно
увеличивает емкость трафика системы за счет минимизации каналов с несколькими путями распространения. Особенно это важно для офисных приложений, где происходит многократное отражение радиосигнала от стен помещения. Метод MC/TDMA/TDD совместно с механизмом CDCS/CDCA обеспечивает высокую емкость DECT системам даже в условиях высокого трафика и сложной помеховой обстановки.
При этом высокого качества услуг добиваются без использования частотного планирования.

3.3 Разнесенные антенны

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 борьбы с быстрыми
интерференционными замираниям (БИЗ) стандартом DECT предусматривается механизм пространственного разнесенного приема. БИЗ возникают в результате интерференции нескольких лучей в точку приема, которая перемещается относительно БС. В результате чего
меняется разность хода между этими лучами и, как следствие этого, уровень суммарного сигнала претерпевает колебания, которые могут достигать 30 и более дБ. При использовании двух пространственно разнесенных антенн разность хода лучей от каждой из них в точке
приема будет различной. В офисных и WLL системах к каждой БС подключаются две коммутируемые пространственно разнесенные в горизонтальной плоскости антенны, причем разнос антенн в офисных системах приблизительно равен λ (длине волны), а в WLL системах –
10 λ. Поэтому эффективность этого метода в офисных системах сказывается при малых удалениях. В системах WLL АРБ стационарны и причина замираний заключается в воздействии эффекта рефракции на разность хода прямого и отраженного лучей. Из теории известно, что при разносе антенн на 10 λ и более суммарные сигналы, принимаемые каждой из антенн практически не коррелированны. Переключение антенн и выбор рабочего канала происходит под управлением АРБ.

4 Безопасность DECT-систем

В настоящее время все больше внимания уделяется проблемам защищенности систем связи к несанкционированному доступу. Стандарт DECT предусматривает меры защиты доступности телекоммуникационных систем, характерной для беспроводной связи. Перечень штатных услуг и процедур по обеспечению безопасности в системах стандарта DECT включает в себя:

Прописку АРБ;
- аутентификацию АРБ;
- аутентификацию БС;
- взаимную аутентификацию АРБ и БС;
- аутентификацию пользователя;
- шифрование данных.

4.1 Прописка АРБ

Прописка – это процесс, благодаря которому система допускает конкретный АРБ к обслуживанию. Оператор сети или сервис-провайдер обеспечивает пользователя АРБ секретным ключом прописки (PIN-кодом), который должен быть введен как в КБС, так и в АРБ
до начала процедуры прописки. До того, как трубка инициирует процедуру фактической прописки, она должна также знать идентификатор БС, в которую она должна прописаться (из соображений защищенности процедура прописки может быть организована даже для системы с
одной БС). 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.
АРБ может быть прописан на нескольких базовых станциях. При каждом сеансе прописки, АРБ просчитывает новый ключ аутентификации, привязанный к сети, в которую он прописывается. Новые ключи и новая информация идентификации сети добавляются к списку,
хранящемуся в АРБ, который используется в процессе соединения. Трубки могут подключиться только к той сети, в которую у них есть права доступа (информация идентификации сети содержится в списке). В процессе аутентификации любого уровня используется криптографическая процедура ""запрос-ответ"", позволяющая выяснить, известен ли проверяемой стороне аутентификационный
ключ.

4.2 Аутентификация АРБ

Аутентификация АРБ позволяет предотвратить его неправомочное использование (например, с целью избежать оплаты услуг) или исключить возможность подключения похищенного или незарегистрированного АРБ. Аутентификация происходит по инициативе БС при каждой попытке установления соединения (входящего и исходящего), а также во время сеанса связи. Сначала БС формирует и
передает запрос, содержащий некоторый постоянный или сравнительно редко меняющийся параметр (64 бита), и случайное число (64 бита), сгенерированное для данной сессии. Затем в БС и АРБ по одинаковым алгоритмам с использованием аутентификационного
ключа К вычисляется так называемый аутентификационный ответ (32 бита). Этот вычисленный (ожидаемый) ответ в БС сравнивается с принятым от АРБ, и при совпадении результатов считается, что аутентификация АРБ прошла успешно.

4.3 Аутентификация БС
Аутентификация БС исключает возможность неправомочного использования станции. С помощью этой процедуры обеспечивается защита служебной информации (например, данных о пользователе), хранящейся в АРБ и обновляемой по команде с БС. Кроме того, блокируется угроза перенаправления вызовов абонентов и пользовательских данных с целью их перехвата. Алгоритм аутентификации БС аналогичен последовательности действий при аутентификации АРБ. Взаимная аутентификация может осуществляться двумя способами:
- При прямом методе последовательно проводятся две процедуры аутентификации
АРБ и БС;
- Косвенный метод в одном случае подразумевает комбинацию двух процедур - аутентификации АРБ и шифрования данных (поскольку для шифрования информации необходимо знание аутентификационного ключа К), а в другом - шифрование данных с использованием статического ключа SCK (Static Cipher Key), известного обеим станциям.

4.4 Аутентификация пользователя

Аутентификация пользователя позволяет выяснить, знает ли пользователь АРБ свой персональный идентификатор. Процедура инициируется БС в начале вызова и может быть активизирована во время сеанса связи. После того, как пользователь вручную наберет свой персональный идентификатор UPI (User Personal Identity), и в АРБ с его помощью будет вычислен аутентификационный ключ К, происходит процедура, аналогичная последовательности действий при аутентификации АРБ.

4.5 Аутентификационный ключ

Во всех описанных процедурах аутентификационный ответ вычисляется по аутентификационному запросу и ключу аутентификации К в соответствии со стандартным алгоритмом (DSAA-DECT Standard Authentication Algorithm) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям безопасности связи. Алгоритм DSAA является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI. Использование другого алгоритма будет ограничивать возможности абонентских станций, так как возникнут трудности при роуминге в сетях общего пользования DECT.

Аутентификационный ключ К является производной от одной из трех величин или их комбинаций, приведенных ниже.

1. Абонентский аутентификационный ключ UAK (User Authentication Key) длиной до 128 бит. UAK является уникальной величиной, содержащейся в регистрационных данных пользователя. Он хранится в ПЗУ абонентской станции или в карточке DAM (DECT Authentication Module).
2. Аутентификационный код АС (Authentication Code) длиной 16-32 бита. Он может храниться в ПЗУ абонентской станции или вводиться вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации. Необходимо отметить, что нет принципиальной разницы между параметрами UAK и АС. Последний обычно используется в тех случаях, когда требуется довольно частая смена аутентификационного ключа.
3. Персональный идентификатор пользователя UPI (User Personal Identity) длиной 16- 32 бита. UPI не записывается в устройства памяти абонентской станции, а вводится вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации. Идентификатор UPI всегда используется вместе с ключом UAK.

4.6 Шифрование данных

Шифрование данных обеспечивает криптографическую защиту пользовательских данных и управляющей информации, передаваемых по радиоканалам между БС и АРБ.

В АРБ и БС используется общий ключ шифрования СК (Cipher Key), на основе которого формируется шифрующая последовательность KSS (Key Stream Segments), накладываемая на поток данных на передающей стороне и снимаемая на приемной. KSS вычисляется в соответствии со стандартным алгоритмом шифрования DCS (DECT Standard Cipher) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям криптографической стойкости. Алгоритм DSC является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI.

В зависимости от условий применения систем DECT могут использоваться ключи шифрования двух типов: вычисляемый – DCK (Derivation Cipher Key) - и статический – SCK (Static Cipher Key). Статические ключи SCK вводятся вручную абонентом, а вычисляемые DCK обновляются в начале каждой процедуры аутентификации и являются производной от аутентификационного ключа К. В ПЗУ абонентской станции может храниться до 8 ключей.

Статический ключ обычно используется в домашних системах связи. В этом случае SCK является уникальным для каждой пары ""абонентская /базовая станция"", формирующей домашнюю систему связи. Рекомендуется менять SCK один раз в 31 день (период повторения номеров кадров), иначе риск раскрытия информации существенно возрастает.

5 Организация протоколов DECT

5.1 Архитектура протоколов DECT

Архитектура протоколов DECT включает:
- физический уровень (PHL Layer);
- уровень доступа к среде (MAC Layer);
- уровень управления звеном передачи данных (DLC layer);
- сетевой уровень (NWK. layer);
- прикладные уровни (Application profiles)

5.2 Физический уровень

Первый уровень, PHL, обеспечивает среду для связи АРБ с БС и описан в стандарте ETS 300 174-2. Этот стандарт определяет параметры радиотракта DECT. В частности, в стандарте определены диапазон частот, излучаемая мощность, метод модуляции, структура временного разделения TDMA и др. Именно PHL уровень отвечает за механизм MC/TDMA/TDD.
Для обеспечения высокоскоростной передачи данных (до 2Мбит/с) базовый стандарт ETS 300 175 был дополнен методом высокоскоростной передачи на основе фазовой модуляции. Используются две схемы модуляции: 4-уровневая (π /4-DQPSK) и 8-уровневая (π /8-D8PSK). Высокоуровневая модуляция (4-х и 8-ми уровневая) используется только для модуляции информационного канала (данные пользователя), а для модуляции каналов синхронизации и управления используется частотная манипуляция. Таким образом, обеспечивается совместимость новых систем с высокоуровневой модуляцией с существующими системами. Каждый таймслот (рис. 4) содержит защитный интервал длительностью 25 мкс, 32 бита синхронизации (SYN), 64 бита управления (С) и биты данных (В). Поскольку биты синхронизации присутствуют в каждом физическом канале, синхронизация может проводиться перед каждым физическим каналом. Биты С и В образуют 2 логических канала соответственно для управления и передачи пользовательских данных (как в ISDN).

5.3 Уровень доступа к среде

Уровень доступа к среде отвечает за установление радиоканала между АРБ и БС. Основными функциями этого уровня являются:
- установление соединений;
- обеспечение сигнализации;
- управление хендовером.
Именно MAC уровень отвечает за "мягкий" хендовер и механизм CDCS/CDCA. Кроме того, MAC уровень обеспечивает канал для передачи пейджинговой информации и сигнализации.

5.4 Уровень управления звеном передачи данных

Уровень DLC отвечает за надежную передачу управляющей информации по физическому каналу. На этом уровне решаются задачи по:
- защите передаваемых данных от ошибок;
- управлению качеством физического соединения;
- управлению процедурой выбора канала на МАС уровне.
На уровнях MAC и DLC используются так называемые протокольные блоки данных, состоящие из:
- заголовка;
- поля данных MAC уровня;
-поля данных DLC уровня;
- циклического проверочного кода (CRC).
Заголовок сообщения определяет тип сообщения и тип DECT системы (домашняя, офисная или общего пользования). Кроме того, передается идентификатор системы, информация о поддерживаемых функциях системы и пейджинговая информация.

5.5 Сетевой уровень

Этот уровень отвечает за сигнализацию и осуществляет:
- управление уровнями MAC и DLC;
- управление вызовами;
- управление мобильностью (внешний хендовер, роуминг и т.д.);
- передачу информации с/без установления соединения;
- обеспечение ДВО.
Для обеспечения внутреннего хендовера не требуется участие третьего уровня, т.к. за это отвечает только второй уровень. В этом заключается основное (принципиальное) отличие DECT от GSM.

История стандарта DECT

Ещё в начале 1980-х годов, когда беспроводные аналоговые телефоны начали доходить до европейских рынков с Дальнего Востока, инженеры осознали что телефония станет лучше благодаря переходу от аналогового стандарта к цифровому.

К концу 1987 года появилось две технологии, стремящиеся к выполнению этой задачи: английский стандарт CT2 и шведский CT3. Но в целях единства Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) принял решение о создании единого стандарта, который возьмёт лучшее от двух предшествующих. Так в 1992 г был официально опубликован новый беспроводной стандарт – DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunications) – стандарт цифровой беспроводной связи. Этот стандарт радиодоступа эффективно использует полосу радиочастот и открывает новые приложения беспроводной связи для дома, офиса и частных локальных коммерческих зон.

Архитектура системы DECT

Рис. 1 Архитектура DECT-системы

Контроллер предназначен для сопряжения DECT-системы с внешними сетями, например, городской АТС. В некоторых случаях для этих целей используются специальные устройства – конвертеры протоколов.

БС – базовая станция DECT обеспечивает требуемое радиопокрытие. БС DECT подключается к контроллеру по одной или двум парам проводов. Она представляет собой приемопередатчик, обеспечивающий одновременную работу по 4 – 12 частотным каналам, работающий на две пространственно разнесенные антенны. БС DECT выполняются в двух вариантах – для внутреннего и наружного размещения.

УД – устройства доступа представляют собой телефон DECT или стационарный абонентский терминал, который иногда именуется «радиорозеткой».

Основные технические характеристики стандарта DECT

Табл. 1 Основные технические характеристики стандарта DECT

Радиоинтерфейс стандарта DECT основывается на следующих технологиях:

1) Multi Carrier – радиодоступ с использованием нескольких несущих;

2) Time Division Multiple Acces – принцип множественного доступа с временным разделением каналов;

3) Time Division Duplex – дуплексная связь с временным разделением.

Технология DECT использует 10 частотных каналов (MC - Multi Carrier) в диапазоне 1880-1900 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 приёма. 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») (рис. 2).

Рис. 2. Временной фрейм технологии DECT

Динамическое распределение и выбор канала в технологии DECT

Вместо частотного планирования сети используется механизм Непрерывного Динамического Выбора и Распределения Каналов (CDCS/CDCA). Суть этого механизма заключается в том, что каналы выбираются динамически из всего набора каналов по следующим показателям: качество прохождения сигнала и уровень помех. Причём канал не закрепляется за соединением на всё время, он может меняться по мере необходимости. Происходит это следующим образом:

Каждая базовая станция DECT непрерывно сканирует все 120 частотных каналов, измеряет уровень принятого сигнала (RSSI – Received Signal Strength Indicator) (низкие значения мощности сигнала означают свободные каналы без помех, а высокие значения означают занятые каналы или каналы с помехами) и выбирает канал с минимальным уровнем помех. В этом частотном канале базовая станция DECT излучает служебную информацию, которая, в числе прочих, содержит данные:

1) Для синхронизации телефона DECT;

2) Об идентификаторе системы;

3) О возможности системы;

4) О свободных каналах;

5) Пейджинг.

Анализируя эту информацию, телефон DECT находит свою базовую станцию и прописывается к ней. При выходе из зоны действия одной базовой станции DECT происходит поиск следующей. Т.о., телефон всегда приписан к той или иной базовой станции своей или дружественной системы. Далее телефон синхронно с базовой станцией начинает непрерывно сканировать все 120 каналов и измерять силу сигнала в каждом из них. Номера каналов с наименьшими RSSI заносятся в память. Одновременно в памяти находятся не менее двух таких каналов.

При необходимости организации исходящей связи телефон направляет запрос базовой станции DECT, к которой она в данный момент приписан, предлагая установить связь в одном из свободных, с точки зрения телефона, каналов. Если этот канал отвергается базовой станцией, то телефон предлагает следующий из списка свободных. После согласия базовой станции на установление соединения по одному из предложенных каналов происходит обмен сигнализационной и другой служебной информацией, а затем установление соединения и разговор.

Организация входящей связи осуществляется аналогичным образом. Радиотелефон DECT непрерывно анализирует «пейджинговое» сообщение на наличие «своего» входящего вызова. После распознавания входящего вызова он посылает запрос на установление связи в одном из свободных каналов. Таким образом, выбор канала для установления соединения происходит динамически и только по инициативе и под управлением телефонной трубки DECT. Этот механизм называется непрерывным динамическим выбором канала (CDCS).

Канал, в котором происходит разговор, не является выделенным на всё время соединения. По тем или иным причинам (например, ухудшение качества связи при перемещении трубки в зону «тени») радиотелефон может сменить его. При этом радиотелефон DECT выбирает канал из списка свободных и предлагает его базовая станция. При согласовании с базовой станцией DECT происходит переход на новый канал. Переход может происходить и по инициативе базовой станции. При этом она о своем желании перейти на новый канал сообщает радиотелефонной трубке, далее всё происходит так, как описано выше, т.е. выбор нового канала осуществляется радиотелефоном. Этот механизм называется непрерывным динамическим распределением каналов (CDCA).

Хэндовер в стандарте DECT

Благодаря Непрерывному Динамическому Выбору и Распределению Каналов и возможностям DECT, обеспечивающим хэндовер без прерывания связи, АС может 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 передаётся 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. Если АС перемещается из одной соты в другую, мощность получаемого сигнала базовой станции, измеряемая с помощью динамического выбора и выделения канала носимой частью, будет постепенно уменьшаться. Мощность сигнала базовой станции DECT, обслуживающей соту, в направлении которой движется АС, будет постепенно возрастать. В тот момент, когда сигнал новой базовой станции становится сильнее сигнала старой базовой станции, происходит хэндовер без прерывания связи к новой БС. Этот процесс остаётся незамеченным для пользователя, т.к. не происходит прерывания связи.

Применение разнесённых антенн в DECT

Однако хэндовер происходит недостаточно быстро, чтобы противодействовать ситуациям быстрого замирания. Для борьбы с быстрыми интерференционными замираниям (БИЗ) стандартом DECT предусматривается механизм пространственного разнесённого приёма. БИЗ возникают в результате интерференции нескольких лучей в точку приёма, которая перемещается относительно базовой станции. В результате чего меняется разность хода между этими лучами и, как следствие этого, уровень суммарного сигнала претерпевает колебания, которые могут достигать 30дБ и более. При использовании двух пространственно разнесённых антенн разность хода лучей от каждой из них в точке приёма будет различной. К каждой базовой станции подключаются две коммутируемые пространственно разнесённые в горизонтальной плоскости антенны, причём разнос антенн в офисных системах приблизительно равен λ (длине волны), а в WLL (Wireless Local Loop) системах (системах фиксированного радиодоступа) – 10λ. Поэтому эффективность этого метода в офисных системах сказывается при малых удалениях. В системах WLL АС стационарны и причина замираний заключается в воздействии эффекта рефракции на разность хода прямого и отражённого лучей. Из теории известно, что при разносе антенн на 10λ и более суммарные сигналы, принимаемые каждой из антенн практически не коррелированны.

Беспроводные телефоны приобрели популярность в 90-е годы, заменив многим традиционные проводные аппараты. Пользователям понравилась свобода, которую они обрели, избавившись от привязи Эту возможность оценили и любители находиться на открытом воздухе - в своих дворах, гаражах или садах. Так они не пропустят важные звонки, не теряя в качестве приема или звучания.

Как работает беспроводный телефон?

Принцип работы радиотелефона довольно прост. Он состоит из трубки, которая питается от аккумулятора и обменивается данными с базой, подключенной к электрической и телефонной розетке. DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) — технология беспроводной связи на частотах 1880-1900 МГц с модуляцией GMSK.

Сегодня домашние телефоны не так распространены, как раньше, из-за засилья сотовой связи, но до сих пор осталось много преимуществ, ради которых стоит иметь наземную линию связи. Качество передачи голоса такими устройствами намного превышает возможности даже самых лучших мобильных моделей, и они обеспечивают более высокую надежность при служб.

Гнездо для подключения гарнитуры

Эта функция очень удобна при работе дома, проведении вебинаров, для конференц-связи или даже при транскрипции, когда нужно, чтобы руки оставались свободными, чтобы печатать во время прослушивания вызова. Гарнитура пригодится при перемещении по всему дому, если во время разговора надо будет делать еще что-то, при наличии на трубке крепления, позволяющего разместить ее на ремне. Гарнитура обычно недорогая, просто следует убедиться, что размер штекера соответствует разъему в телефоне.

Резервная батарея

Вероятно, это одна из самых популярных функций, которую только телефон DECT способен предоставить, а также одна из самых важных. Беспроводные системы могут перестать работать, если прекратится подача электроэнергии, но с резервным питанием от батарей устройство будет продолжать функционировать даже в этом случае. Независимо от наличия такой возможности, хорошей идеей будет на случай аварийной ситуации и прекращения работы аккумуляторов иметь про запас обычный проводной телефон.

Определитель номера

Это очень популярная и часто используемая функция, которая позволяет узнать, кто звонит и каков его номер телефона. В некоторых моделях есть голосовое оповещение, но в основном информация просто высвечивается на ЖК-экране.

Ожидание вызова

Данная функция очень полезна, если абонент в настоящее время разговаривает, но ожидает еще один звонок. Это пригодится работающим на дому, так как можно говорить с одним человеком и принимать звонки по работе, не разочаровывая сигналом занятой линии, что во многих случаях может привести к потере клиентов. Телефон DECT предупреждает о наличии звонка, ожидающего на линии, с помощью звукового сигнала. Можно выбрать удержание текущего вызова, ответить на него (что делается автоматически, когда происходит правильное переключение) или перенаправить входящий вызов на автоответчик, продолжая текущий разговор.

Panasonic KX-TGE233B

Если требуется средство связи высокого уровня, то можно приобрести телефон DECT Panasonic KX-TGE233B. Большие кнопки не будут проблемой даже для людей с пониженным зрением, а улучшенная система шумоподавления позволит разобрать звонки из очень шумных мест. Встроенный эквалайзер позволит настроить звучание индивидуально. Три трубки избавят от необходимости носить телефон с собой по дому - он всегда будет под рукой. Аккумулятор обеспечивает питание устройства даже во время отключения электричества. Большую дальность приема отмечают те, кто любит подолгу находиться в своем огороде или саду. Автоответчик цифровой и дружественный пользователю.

Gigaset S820A-DUO

Одними из лучших устройств по цене до 250 долларов США являются телефоны Gigaset DECT 6.0 S820A-DUO. Трубка между подзарядками обеспечивает 20 ч разговора и 250 ч работы в Наличие Bluetooth и быстрой синхронизации позволяет обмениваться с телефоном данными. Автоответчик рассчитан на 55 мин записи. Есть 2,4-дюймовый экран. Согласно отзывам, поддерживается блокировка входящих звонков и функции управления вызовами.

Philips D4552B/05

Радиотелефон Philips D4552B/05 отличается возможностью запрета определенных входящих и выходящих звонков, наличием будильника, поддержки до 4 трубок, автоопределителя номера, возможностью удержания звонка, ведением списков пропущенных и принятых вызовов. Дисплей - с белой подсветкой, диагональю 1,8 дюйма. Отзывы отмечают звук высокого качества, наличие 10 полифонических мелодий. Радиотелефон Philips способен хранить в памяти 30 мин сообщений и обеспечивает до 16 ч разговора. Дальность действия устройства - до 50 м в помещении и до 300 м на открытом пространстве.

Вывод

Беспроводные системы проделали долгий путь с момента их появления в 90-е годы и с каждым годом продолжают наращивать свой функционал и технологичность. Большинство моделей предлагает широкий спектр полезных возможностей, включая выбор количества подключенных трубок. Независимо от конкретных потребностей каждого пользователя, всегда найдется телефон стандарта DECT, который сможет их удовлетворить.

DECT - стандарт уникальный. Задуманный для телефонии, он практически сразу стал использоваться в системах передачи данных. Изначально предназначенный для Европы, распространился по всему миру. DECT конкурирует со стандартами сотовой связи, радиорелейными технологиями, проникает в домашние мультимедийные системы, становится средством первичного доступа в общественные телефонные сети, входит в пул стандартов сотовой телефонии третьего поколения IMT-2000. Рынок систем DECT до сих пор остается одним из наиболее динамичных в мире.

Исторически DECT был призван избавить пользователей телефонных аппаратов от соединительных шнуров. С развитием интегральных полупроводниковых технологий телефоны стали оснащать приемопередающими блоками: появились первые радиоудлинители - обычные аналоговые телефоны, в которых шнур заменен радиотрактом. Это поколение телефонов называют СТ-0 (Cordless Telephone). Такие устройства существуют и поныне. Их основное назначение - позволить владельцу свободно перемещаться в радиусе десятков- сотен метров от точки подключения к телефонной сети. Главные недостатки данных устройств - относительно высокая мощность излучения (до 1 Вт), взаимные помехи, абсолютная открытость для подслушивания и несанкционированного подключения к радиотракту. В 80-х годах в Европе появились системы стандарта СТ-1 - те же аналоговые радиоудлинители, но с зачатками функций современных беспроводных средств связи, такими как роуминг и перемещение между сотами без разрыва соединения.

Однако подлинным прорывом стало появление цифровой спецификации СТ-2 табл. 1.5). Разработана эта спецификация в Великобритании в 1989 году (общий беспроводной стык Commmon Air Interface, CAI/CT-2, стандарт MPT 1375). В 1992 году ETSI принял CAI/CT-2 в качестве европейского стандарта. На основе СТ-2 была создана система Telepoint, получившая достаточно широкое распространение во всем мире. В ней фактически впервые была реализована микро сотовая архитектура.

Таблица 1.5.

Основные характеристики систем связи стандартов СТ-2 (Tangara RD), СТЗ и DECT

Системам СТ-2 предрекали большое будущее, однако после резкого снижения цен на услуги сотовой связи во второй половине 90-х. годов прошлого века интерес к ним упал. В начале 90-х появились системы на основе стандарта СТ-3 фирмы Ericsson. Они были установлены в ряде стран, однако вскоре внимание европейского телекоммуникационного сообщества переключилось на новую спецификацию, названную Digital European Cordless Telecommunications - DECT.

В 1988 году новый стандарт был одобрен Конференцией европейских администраций почты и электросвязи (СЕРТ). Под него был выделен диапазон 1880-1900 МГц. В 1992 году ETSI публикует первые спецификации DECT - ETS 300 175 и 176 (DECT Common Interface (CI) и DECT Approval Test Specification соответственно). В этих документах были заложены базовые основы DECT.

Фактически DECT - это набор спецификаций, определяющих радиоинтерфейсы для различных видов сетей связи и оборудования. DECT CI содержит требования, протоколы и сообщения, обеспечивающие взаимодействие сетей связи и оконечного оборудования. Организация самих сетей и устройство оборудования в стандарт не входят.

Важнейшая задача DECT - обеспечить совместимость оборудования различ­ных изготовителей. Для этого был разработан ряд профилей взаимодействия различных систем. В 1994 году появился первый из них, унифицированный профиль доступа GAP (Generic Access Profile) - ETS 300 444. Он определяет работу оконечных устройств DECT (телефоны, базовые станции, беспроводные офисные АТС) для всех приложений голосовой связи с полосой пропускания речевого тракта 3,1 кГц. Позднее появились профили взаимодействия DECT и GSM, DECT и ISDN, взаимодействия абонентов с ограниченной мобильностью с сетями общего пользования (Cordless Terminal Mobility, CTM), со средствами абонентского радиодоступа (Radio Local Loop, RLL) и т. д.

Изначально DECT был ориентирован на телефонию - радиоудлинители, беспроводные учрежденческие АТС, предоставление радиодоступа к телефонным сетям общего пользования. Но стандарт оказался столь удачным, что его стали использовать в системах передачи данных, беспроводного абонентского доступа к сетям связи общего пользования. DECT нашел применение в приложениях мультимедиа и домашних радиосетях, для доступа в Интернет и к факсимильной связи.

Системы и устройства DECT распространены во всех странах мира. На мировом рынке представлены более 200 различных продуктов DECT. Не случайно сейчас аббревиатура DECT расшифровывается как Digital Enhanced (вместо European) Cordless Telecommunication.

В диапазоне шириной 20 МГц (1880-1900 МГц) выделено 10 несущих частот с интервалом 1,728 МГц. В DECT применяется технология доступа с временным разделением каналов - TDMA (Time Division Multiple Access). Временной спектр разделен на отдельные кадры по 10 мс (рис. 1.14). Каждый кадр разбит на 24 временных слота: 12 слотов Для приема (с точки зрения носимого терминала) и 12 - для передачи. Таким образом, на каждой из 10 несущих частот формируется 12 дуплексных каналов - всего 120. Дуплекс обеспечивается временным разделением (с интервалом 5 мс) приема/передачи (TDD, Time Division Duplex). Для синхронизации применяется 32-битная последовательность «101010...». В DECT предусмотрено сжатие речи в соответствии с технологией адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции АДИКМ (ADPCM) со скоростью 32 кбит/с (рекомендация ITU-T G.726). Поэтому информационная часть каждого слота 320 бит. При передаче данных возможно объединение временных слотов. В радиотракте использована частотная модуляция с фильтром Гаусса (GFSK).

Рисунок 1.14 - Передача информа ции в системе DECT

Базовые станции (БС) и абонентские терминалы (AT) DECT постоянно ска­ируют все доcтупные каналы (до 120). При этом измеряется мощность сигнала на каждом из каналов, которая заносится в список RSSI (Recieved Signal Strength Indication). Если канал занят или сильно зашумлен (например, помехами от дру­гого DECT-устройства), показатель RSSI для него высокий. БС выбирает канал с самым низким значением RSSI для постоянной передачи служебной информации о вызовах абонентов, идентификаторе станции, возможностях системы и т. д. Эта информация играет роль опорных сигналов для AT - по ним абонентское устройство определяет, есть ли у него право доступа к той или иной БС, предоставляет ли она требуемые абоненту услуги, есть ли в системе свободная ёмкость, и выбирает базовую станцию с наиболее качественным сигналом.

В DECT канал связи всегда выбирает AT. При запросе соединения от базовой станции (входящее соединение) AT получает уведомление и выбирает радиоканал. Служебная информация передается БС и анализируется AT постоянно, следовательно AT всегда синхронизируется с самой близкой из доступных БС. При установлении нового соединения AT выбирает канал с самым низким значением RSSI - это гарантирует, что новое соединение происходит на самом «чистом» канале из доступных. Данная процедура динамического распределения каналов DCS (Dinamic Channel Selection) позволяет избавиться от частотного планирования - важнейшее свойство DECT.

Поскольку AT постоянно (даже при установленном соединении) анализирует доступные каналы, может происходить их динамическое переключение во время сеанса связи. Такое переключение возможно как на другой канал той же БС, так и на другую БС. Эта процедура называется «хэндовер» (handover). При хэндовере AT устанавливает новое соединение, и какое-то время связь поддерживается по обоим каналам. Затем выбирается лучший. Автоматическое переключение между каналами разных Б С происходит практически незаметно для пользователя и полностью инициируется AT. Это особенно важно для построения микросотовых систем, позволяющих абоненту переходить из соты в соту без прерывания соединения. Отметим, что, хотя выбор каналов всегда за AT, в DECT предусмотрена возможность оповещения абонентского терминала со стороны БС о низком качестве связи, что может инициировать хэндовер.

Существенно, что в радиотракте аппаратуры DECT мощность сигнала весьма мала - от 10 до 250 мВт. Причем 10 мВт - практически номинальная мощность для микросотовых систем с радиусом соты 30-50 м внутри здания и до 300-400 м на открытом пространстве. Передатчики мощностью до 250 мВт используют для радиопокрытия больших территорий (до 5 км при направленной антенне). Столь низкая мощность делает устройства DECT наиболее безопасными для здоровья. Недаром в европейских медицинских учреждениях разрешено применение систем радиотелефонии только этого стандарта.

Кроме того, при мощности 10 мВт возможно располагать базовые станции на расстоянии 25 м. В результате достигается рекордная плотность одновременных соединений - до 10000 Эрл./км 2 (около 100 тыс. абонентов) при условии расположения БС по схеме шестиугольника в одной плоскости (на одном этаже). Это лучший показатель и с точки зрения эффективности использования радиоспектра (в пересчете на 1 МГц полосы). Сравните - 500 Эрл./МГц/км 2 для DECT против 100 Эрл./МГц/км 2 в наиболее емких сотовых сетях GSM-1800 (DCS 1800).