2,5G Technologia komórkowa

W zaleceniach GSM fazy 1 (koniec lat 80. XX w.) określono podstawowe cechy i usługi łączności bezprzewodowej w zakresie: transmisji mowy (kodowanie z przepływnością 13 kb/s), transmisji danych (standardowa szybkość 9,6 kb/s), dostępu do kanału radiowego ze zwielokrotnieniem czasowym i ramką TDMA (Time Division Multiple Access), współpracy z publiczną siecią pakietową (protokół X.25), przesyłania krótkich komunikatów SMS (Short Message Service), realizacji połączeń alarmowych i niektórych usług dodatkowych (przenoszenie i blokowanie połączeń).

Podstawową wersję standardu, przeznaczoną do najprostszej komunikacji głosowej, rozszerzono (w 1995 r.) do fazy 2, w której ujęto normy obejmujące: transmisję telefaksową, interfejs komputerowy i usługi dodatkowe (telekonferencje, wywołania grupowe, kolejkowanie wywołań, identyfikacja abonenta wywołującego i in.), obecnie już powszechnie implementowane w telefonach komórkowych. Uzupełnieniem tej fazy są usprawnienia w procedurze identyfikacji abonenta za pomocą karty SIM (Subscriber Identity Module) oraz opcja dwukrotnego podwyższenia efektywności przekazu z połówkowym kodowaniem mowy HR (Half Rate Speech Coding) – do szybkości kodowania 5,3 kb/s lub 6,3 kb/s. Opcja ta, obejmująca stosunkowo niewielkie zmiany wymagane w infrastrukturze sieci komórkowej, wkrótce znalazła zastosowanie w połówkowych przekazach mowy przez sieci GSM (niestety nieco gorsza jakość).

Następny etap ewolucji sieci GSM, ujęty w fazie 2+ standardu (jako 2,5G zamiast fazy 3), ma sugerować, że rozwój standardów przebiega stopniowo i selektywnie, bez skokowych zmian w sprzęcie i oprogramowaniu między kolejnymi fazami. Dzięki temu z wielu modyfikacji opisanych w fazie 2+ każdy z operatorów może sobie dobrać indywidualnie zestaw usług najbardziej odpowiedni do jego wymagań i oczekiwań abonentów, co sprzyja zróżnicowaniu ofert operatorów i dobrze pojętemu wzrostowi konkurencji między nimi.

Zestaw cech fazy 2+ (czyli 2,5G), przewidzianej początkowo jako uzupełnienie fazy 2 tylko o usługi dodatkowe, został powiększony o funkcje umożliwiające płynne przejście z systemu GSM do systemów trzeciej generacji (3G), wprowadzanych po 2000 r. Integralna część zaleceń fazy 2+, traktowana nie jako zestaw obligatoryjny, ale jako zbiór cech opcjonalnych, pozostaje do wyboru dla poszczególnych operatorów. Zbiór ten obejmuje:

• zaawansowane usługi połączeń głosowych (transmisje rozsiewcze, wywołania grupowe, priorytetowanie połączeń, inne);
• profilowanie różnych zestawów usług użytkowników (prywatnych, firmowych), łącznie z możliwością przyporządkowania im wspólnych, grupowych lub oddzielnych numerów z wielowariantową taryfikacją;
• integrację sieci GSM z innymi sieciami, takimi jak: sieć telefonii bezprzewodowej DECT/RLL, amerykańskim standardem PCN, bezprzewodową centralką WPABX, sieciami przewodowymi czy sieciami satelitarnymi;
• współpracę z sieciami o odmiennej hierarchii architektury i strukturze wewnętrznej (CDMA, szerokopasmowa WB-CDMA);
• rozszerzenie grupy usług związanych z pakietową transmisją danych;
• pracę terminali w dwóch zakresach częstotliwości Dual Band lub w różnych trybach pracy Dual Mode;
• transmisję danych w trybie komutacji łączy typu HSCSD (High Speed Circuit Switched Data);
• pakietową transmisję danych w kanale radiowym klasy GPRS (General Packet Radio Services);
• pełną i wielowymiarową taryfikację połączeń;
• nową generację sieci inteligentnych związaną ze standardem CAMEL (Customized Application for Mobile Enhanced Logic);
• usprawnianie koderów głosowych bezprzewodowej usługi telefonicznej.

Podstawa szybkości transmisji danych 9,6 kb/s, uzyskiwana w nastarszych sieciach cyfrowych GSM drugiej generacji, wzrasta stopniowo w kolejnych technologiach przekazu radiowego, zbliżając się do granic 2 Mb/s - wymaganej wyłącznie w wielopunktowych seansach wideokonferencyjnych o wysokiej jakości przekazu. Dla większości multimedialnych zastosowań całkowicie wystarczającą jest przepływność 384 kb/s (technologia przekazu radiowego EDGE).

Istotą fazy 2+ są dwa typy szybszej transmisji (HSCSD i GPRS), zapewniające wyższą przepływność danych, niezbędną przy korzystaniu przez abonentów ruchomych z większości usług oferowanych współcześnie przez sieć Internetu (e-mail, e-commerce, faks przez IP, VoIP, pliki tekstowe, proste strony webowe klasy MMM – Mobile Media Mode, usługi LAN/intranet, inne). 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. Będą one dostępne dopiero w systemach mobilnych trzeciej generacji (3G), o przepływnościach od 384 kb/s do 2 Mb/s).

Efektywność istniejącej infrastruktury sieci GSM udało się poprawić przez zmienną pojemność systemu dla transmisji głosowych w zależności od natłoku w sieci komórkowej (kodek podwójny FR/HR przełączany automatycznie w razie potrzeby przez stacje bazowe dla 8 lub 16 kanałów radiowych). Z kolei stosunkowo niską jakość komórkowych przekazów głosowych usprawniono poprzez instalację kodeków o pełnej przepływności EFR (Enhanced Full Rate) – zapewniających jakość mowy równą klasycznym łączom przewodowym. Coraz częściej mówi się również o uruchomieniu kolejnego pasma GSM 400 na niższych częstotliwościach pracy (450–470 MHz), lecz z większym zasięgiem komórek i stacji bazowych niż w dotychczas użytkowanych pasmach GSM.

Narastający problem braku odpowiednio szybkich transmisji przez sieci GSM jest stopniowo rozwiązywany przez kolejne udoskonalenia i modyfikacje systemowe. Niewielka standardowa szybkość transmisji danych klasycznej telefonii GSM (9,6 kb/s) jest zastępowana technologią z komutacją łączy HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) – pierwszym rozwiązaniem podnoszącym przekaz danych przez przydzielenie połączeniu nie jednego, lecz kilku kanałów radiowych jednocześnie, co odpowiednio podnosi szybkość przesyłania informacji w zakresie od 38,4 kb/s do 57,6 kb/s (przez 4 kanały z kodowaniem 9,6 kb/s lub 14,4 kb/s).

Niedogodność trwałego rezerwowania kanałów radiowych na pełny czas trwania transmisji przez sieć GSM usuwa powszechnie implementowana w telefonach komórkowych [[[GSM]] (faza 2+) najnowsza technologia pakietowa GPRS (General Packet Radio Service), w której transmisja zajmuje medium radiowe jedynie na czas rzeczywistego przekazywania pakietów przez sieć. Pomimo iż teoretyczna przepływność przekazu w tej technologii sięga ponad 170 kb/s, z wielu powodów w rozwiązaniach praktycznych nie przekracza się szybkości kilkudziesięciu kb/s – co w zasadzie wystarcza do mobilnego przekazu informacji tekstowych, plików danych lub wolno zmiennych obrazów graficznych i prostego kontaktowania się z Internetem.

Ostatnim etapem usprawniania technologii komórkowej GSM i równocześnie przybliżającym do następnej generacji telefonii 3G jest jeszcze szybszy przekaz danych, stanowiący ulepszony GPRS (nowe schematy kodowania), oznaczany jako EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) i umożliwiający transmisje o szybkościach nie mniejszych niż 384 kb/s (384–473 kb/s). Stanowi on pomost między sieciami pochodzącymi z różnych rozwiązań komunikacyjnych stosowanych w GSM i TDMA, umożliwiając abonentom tych sieci bezpośredni roaming na wszystkich częstotliwościach pracy.

Dual Band i Dual Mode

Przystosowanie telefonu komórkowego do pracy w dwóch lub kilku rozłącznych zakresach systemów radiowych tego samego typu stanowi jedną z istotnych cech telefonii mobilnej generacji 2,5G. Oferta jednorodnej cyfrowej sieci dwuzakresowej DB (Dual Band), znanej jako GSM 900/1800, lub wielozakresowej MB (Multi Band), np… GSM 900/1800/1900, stwarza znacznie większe możliwości korzystania z sieci komórkowych użytkownikom wyposażonym w dwu- lub trójpasmowe telefony GSM. Integracja dwóch lub więcej (nadal odrębnych), ale wspólnie świadczących podstawowe usługi sieci komórkowych zwiększa pojemność tych sieci na terenach miejskich o dużym trafiku (GSM 1800, GSM 1900) i jednocześnie rozszerza ich zasięg oraz powszechność dostępu do sieci cyfrowych na dużym obszarze (GSM 900, GSM 400). Daje też większe możliwości implementacji najnowszych osiągnięć technicznych i usług oferowanych przez współczesne sieci GSM, jako że sieci te prezentują jednorodną strukturę telekomunikacyjną.

Inaczej niżw terminalach dwupasmowych, które różnią się głównie nadawczo-odbiorczym blokiem antenowym, w telefonach dwusystemowych zawarto dwa niemal odrębne rozwiązania techniczne, każde działające zgodnie ze swoim standardem. W przyszłości większość układów obróbki sygnałów urządzeń wielosystemowych będzie wspólna i programowana, co wpłynie na obniżenie kosztów produkcji takich telefonów.

Korzystanie z zalet telefonii wielozakresowej (MB, DB) wymaga stosowania zmodyfikowanych telefonów komórkowych, wyposażonych w dodatkowe bloki nadawczo-odbiorcze – przystosowane do nadawania i odbioru w odrębnych pasmach radiowych. Usługi w sieci dwuzakresowej GSM 900/1800 są dostępne za pomocą tej samej karty identyfikacyjnej SIM (Subscriber Identity Module), bez potrzeby jej wymiany w telefonie i zmiany dotychczasowych numerów. W Polsce wszyscy trzej operatorzy telefonii mobilnej oferują usługi sieci dwuzakresowej GSM 900/1800 (od marca 2000 r.). Trójzakresowe terminale GSM 900/1800/1900 są elementem realizacji koncepcji łączności globalnej.

Korzystanie z usług i zasięgów sieci wielozakresowej wiąże się z wyszukiwaniem i przełączaniem odpowiednich kanałów i stacji bazowych. Dzieje się to samoczynnie, bez udziału i wiedzy użytkownika, gdyż operacja wyboru kanałów o najlepszych parametrach obsługi dokonuje się automatycznie przez stacje bazowe, w oparciu o bieżący stan wykorzystania kanałów radiowych. Użytkownikowi pozostawia się opcjonalnie wybór, z jakiej sieci chce korzystać (najsilniejszy sygnał, najmniejsze opłaty, dedykowany operator).

Wielozakresowej lub dwuzakresowej sieci komórkowej nie należy mylić z rozwiązaniami dwusystemowymi DM (Dual Mode), lub wielosystemowymi MM (Multi Mode) – działającymi w niespójnych strukturach bezprzewodowych typu lokalnego GSM]/DECT lub satelitarnego: GSM/Iridium (w zaniku), GSM/Globalstar i innych. Wysiłek inwestycyjny i konstrukcyjny jest w tym przypadku znacznie większy. O ile od strony użytkownika integracja wewnątrz standardu GSM nie zmienia w sposób istotny cech użytkowych systemu, o tyle bezpośrednie współdziałanie z siecią DECT ma daleko idące konsekwencje. Integracja bezprzewodowego standardu DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) z siecią GSM jest krokiem w stronę konwergencji sieci komórkowych z sieciami lokalnej telefonii stacjonarnej PABX. Z zagadnieniem tym wiąże się koncepcja tworzenia nowego typu przedsiębiorstwa, w którym obieg dokumentów i informacji dokonuje się bezprzewodowo: w obrębie przedsiębiorstwa za pośrednictwem systemu łączności DECT, natomiast poza nim – siecią komórkową GSM.