markol

Mobilne komunikacije sledeće generacije (prelazak na 4G)

GSM mreže predstavlja dominantan svetski standard u oblasti mobilne telefonije. Pojava prelaznih tehnologija, od druge ka trećoj generaciji mobilnih mreža, predstavlja veoma značajan trenutak u razvoju savremenih mobilnih komunikacija. Uvođenje tehnologija kao što je GPRS od velike je važnosti, jer se operateri  jasno usmeravaju ka težnji povećanja efikasnosti prenosa podataka. Od posebnog značaja jeste, svakako, prelazak sa tehnike prenosa komutacije kola na komutaciju paketa. Na ovaj način paketskim prenosom omogućuju se znatno veće brzine prenosa.

Bazični koncepti usluga su zajednički drugoj i trećoj generaciji. Ali mehanizam prenosa kao i korisnički aparati, odnosno terminali i sami interfejsi znatno su unapređeni sa 3G. Aplikacije napravljene za web i korporativne Internete su ključni izvor mobilnih aplikacija 3G. Ljudi će birati da priđu informatičkom autoputu putem mobilnih pre nego putem personalnih računara. Najveći broj mobilnih korisnika će koristiti Internet drugačije nego korisnici personalnih računara: opredelće se pre za kratke poruke i brze transakcije pre nego za komotno pretraživanje.

Postoji snažna uzajamna interakcija izmedu potreba za razmenom informacija i ubrzanog razvoja bežičnih komunikacionih sistema, tako da je prelaz sa 2G na 3G mobilne sisteme u toku, a uveliko se radi na razvoju koncepata 4G tehnologije. Bežični sistemi treće generacije obezbeđuju mobilnim korisnicima veliku brzinu prenosa podataka, do 2 Mb/s i podršku za  široki opseg multimedijalnih servisa, uključujući glas, podatke i video. Za sisteme četvrte generacije očekuju se brzine prenosa podataka preko 100 Mb/s i daleko efikasnija integracija razlicitih vidova bežicnih komunikacija.

Zbog deficitarnog propusnog opsega u okviru frekvencijskog spektra bežicnih sistema, a radi obezbedivanja zadovoljavajućeg kvaliteta servisa, potrebno je poboljšati postupke za efikasno korišćenje ograničenih resursa. Četvrta generacija sistema će obuhvatiti sve sisteme različitih mreža, biće interoperabilna sa 2G i 3G sistemima, širokodifuznim, kao i sa širokopojasnim satelitskim sistemima, a u osnovi će predstavljati potpuni, IP-bazirani Internet.

Da bi se prognozirani trend u razvoju novih tehnologija u celini ostvario, od novih mobilnih sistema se očekuje da podrže integrisane servise govora, podataka, multimedija u realnom vremenu, za potrebe audiovizuelnih komunikacija i prenosa podataka velikim brzinama. Uspeh mobilnih sistema druge generacije u prošloj dekadi podstakao je proizvodače i ubrzao tehnološki razvoj mobilnih sistema treće generacije (3G). Dok su 2G sistemi bili osmišljeni da prenose govor i malu količinu podataka, 3G sistemi su projektovani da obezbede servise za veću količinu i brži prenos podataka.

Sledeću generaciju bežicnih mreža, koja bi trebala da zameni 3G sisteme, predstavljaju mobilni sistemi četvrte generacije (4G), za koje postoji mnogo kompleksnih definicija. Sistemi 4G predstavljaju trenutno već prepoznatljiv okvir i izazov su za istraživačke timove vodećih svetskih kompanija (Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo i dr.), sa dinamikom realizacije zavisnom, pored ostalog, od ostvarenih očekivanja u vezi sa 3G.

Sa sadašnje tačke gledišta, 4G mobilni sistemi će se zasnivati na kombinaciji postojećih i novih tehnologija, ili na isključivoj primeni novih tehnologija, koje će biti u stanju da ubrzo omoguće brzine prenosa podataka do 100 Mbit/s. Takođe se predviđa da će u okruženju više radio pristupa glavnu ulogu imati koncept softverski definisanog radia.

 Još na početku razvoja ove mreže (2002. godine) planirano je da se sa uvođenjem otpočne 2005. godine, dok je puna komercijalizacija planirana za 2010. Međutim, najnoviji planovi pokazuju izvesne promene u strategiji. Sredinom 2005. uvedena je prelazna 3,5G mreža kao nadogradnja na postojeću 3G mrežu. Ona je povećala brzinu prenosa podataka oko 35 puta u odnosu na mrežu treće generacije (14 Mb/s download i 2-4 Mb/s upload). Snizila se i cena za trećinu, uz minimalne promene infrastrukture. Posle ovoga napravljen je postepeni prelaz na 4G mrežu.

EDGE

EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) je nova tehnologija koja omogućava GSM operaterima da koriste postojeće GSM frekvencijske opsege (900, 1800, 1900 MHz) za pružanje multimedijalnih usluga na bazi IP-a brzinama do 384 kb/s. Cilj nove tehnologije je da se povećaju brzine prenosa i iskorišćenost spektra i da se omoguće nove aplikacije i poveća kapacitet sistema.

EDGE može biti uveden na dva načina:

(1) kao nadogradnja GPRS sistema i

(2) kao nadogradnja sistema baziranog na komutaciji kanala.

Osnovna razlika između ranijih tehnologija i EDGE tehnologije je što  EDGE uvodi novu tehniku modulacije i novo kanalsko kodiranje, pa u principu, zahteva male promene u hardveru i softveru u odnosu na postojeću GSM/GPRS arhitekturu. Dakle, pod pretpostavkom da je već implementiran GPRS, potrebno je izvršiti hardverske izmene u radio delu (baznim stanicama i kontrolerima baznih stanica), pri čemu je potrebno i izvesno replaniranje mreže (snaga, pokrivenost, raspodela frekvencija, upravljanje GSM kanalima) i određene softverske izmene u preostalom delu mreže izuzimajući SGSN i GGSN. GPRS i EDGE imaju različite protokole u delu baznih stanica, dok se u preostalom delu mreže koriste isti protokoli. Dakle, EDGE u suštini najviše izmena donosi u delu baznih stanica i otuda ga je mnogo lakše uvesti nego GPRS.

Kod EDGE sistema jedan vremenski kanal može podržati više korisnika. Ovo omogućava veći kapacitet saobraćaja za servise govora i servise podataka. Takođe, lakša je koegzistencija circuit-switched i packet-swiched saobraćaja. Isti radio resursi su efikasnije iskorišćeni.

Brzina od 384 kb/s se često koristi u vezi sa EDGE. Naime, ITU je definisao ovu brzinu kao graničnu da bi se ispunio IMT-2000 standard. Ovo odgovara 48 kb/s po vremenskom slotu, podrazumevajuci terminal sa 8 vremenskih kanala.

U standardnoj GSM mreži prenos podataka vrši se preko circuit switched data (CSD) GSM servisa. Ovo znači da se konekcija koristi tokom celokupnog trajanja sesije, čak i dok se podaci ne prenose. Nasuprot tome, GPRS - General Packet Radio Service , koji je startovao 2000. godine, koristi tzv. packet switched data (PSD) tehniku prenosa. Dok je kod CSD prenosa radio kanal između tačaka A i B duž koga može biti više čvornih tačaka sve vreme zauzet, to nije slučaj kod PSD, naime jedan radio kanal može se deliti između više korisnika, a paketi podataka se isporučuju onda kada je to potrebno pri čemu se ne zauzima ceo kanal. Tako teorijski jedna mobilna stanica može koristiti do 8 vremenskih slotova.

GPRS je, dakle, standardizovani packet switched data (PSD) servis za GSM, koji omogućava prenos podataka i pristup paketskim mrežama. Dakle, GPRS na postojeću GSM mrežu dodaje paketsku komutaciju koja omogućava slanje paketa podataka radio interfejsom i to brzinom od 115 kb/s. Ovaj standard nije razvijen samo za GSM mreže, već je razvijena i varijanta koja se primenjuje za američki TDMA IS-136 sistem.

GPRS je, kako se često naziva, "druga i po" generacija mobilne telefonije. Eksperti smatraju da uvođenje GPRS-a predstavlja mnogo važniji korak nego prelaz sa GPRS-a na treću generaciju mobilnih sistema, jer predstavlja novu, paketski orijentisanu tehnologiju koja po prvi put u potpunosti omogućava funkcionalnost mobilnog Interneta. On zamenjuje CSD i SMS servise. Njegove ključna karakteristike su:

• veća brzine prenosa,
•  neprekidna priključenost na Internet (always on),
•  nove i kvalitetnije aplikacije, što praktično znači da je moguće korišćenje svih opcija koje današnji fiksni Internet pruža (E-mail, Web pretraživanje, Internet četovanje, .FTP (File Transfer Protocol) servis itd.)

Kod GPRS sistema se uspostavlja Internet Protocol (IP) konekcija sa kraja-na-kraj, od mobilnog terminala (MS - Mobile Station) ka Internet Service Provider (ISP) serverima i na taj način se omogućuje mobilno korišcenje Interneta. Pri tome, GPRS radio kanali se dodeljuju korisniku samo kada se podaci primaju ili šalju. Radio kanal nije unapred dodeljen MS-u, već kada MS generiše paket podataka, mreža ga prosleđuje ka dostavnoj adresi preko prvog slobodnog radio kanala. Pri tome, nekoliko GPRS korisnika mogu da dele jedan kanal na osnovu dinamičke alokacije resursa. Zato korisnici GPRS sistema mogu biti on-line a da pri tome konstantno ne okupiraju radio kanal, pa se i naplata korišcenja GPRS servisa može vršiti na osnovu količine primljenih i/ili poslatih podataka.

GPRS koristi zajedničke fizičke resurse u koegzistenciji sa postojećim CSD GSM-om, ali na mnogo efikasniji način. Zapravo, GPRS predstavlja ekstenziju GSM arhitekture. Uvodjenje GPRS sistema ne zahteva novo frekvencijsko planiranje, vec se koriste postojece GSM frekvencije. Uvodjenjem GPRS sistema u GSM sistem, moguće je koristiti i CSD i PSD komunikaciju, a funkcije paketskih podataka ne ometaju CSD servise podržane u GSM sistemu.

Ograničenja koja su imali prve generacije mobilnih sistema (analogni sistemi sa malim kapacitetom mreže, ograničena zona pokrivanja, brojni nekompatibilni standardi u Evropi i svetu itd), podstakla su razvoj sistema druge generacije koji se pojavljuju početkom 90-tih godina i koji su zasnovani na digitalnoj tehnologiji.

Četiri osnovna svetska standarda koji su korišćeni kod druge generacije digitalnih celularnih sistema su:

-         GSM (Global System for Mobile Communications) tj. globalni sistem za mobilne komunikacije, uveden je 1992. godine i to je prvi komercijalni digitalni standard.

-         TDMA (Time Division Multiple Access) ili, kako se još naziva, IS-136 ili TDMA IS-136 je sistem sa višestrukim pristupom na bazi vremenske raspodele kanala koji se obično predstavlja kao digitalni standard Severne Amerike mada je on razvijan i u Južnoj Americi, Aziji i Istočnoj Evropi.

-         CDMA ili IS-95 je baziran na "uskopojasnoj" (kaže se uskopojasnoj zbog ograničene količine informacija koja može proći kroz ovu mrežu) CDMA (Code Division Multiple Access) tehnologiji tj. tehnologiji sa višestrukim pristupom baziranim na raspodeli kodova. Koristi se uglavnom u Južnoj Koreji i Severnoj Americi.

-         PDC (PersonalDigital Communications) je sistem personalne digitalne komunikacije koji predstavlja osnovni digitalni standard u Japanu.

Svi ovi standardi podržavaju prenos podataka brzinom od 9,6 Kb/s.U samom početku standardizacije GSM mreža je projektovana da podrži govorni servis. Servisi prenosa podataka su počeli da se primenjuju kasnije (npr. Fax servis je otpočeo 1994., a SMS 1996. godine). Kako se mobilna mreža na tržištu javlja kao konkurent fiksnoj mreži, a korisnici servisa prenosa podataka sve više zahtevaju mobilnost, poslednjih godina se operatori mobilnih mreža u razvoju usmeravaju prema mobilnim sistemima koji omogućavaju efikasan prenos podataka. Uloga prenosa podataka je posebno naglašena razvojem računarskih mreža i masovnim korišcenjem Interneta.

Prenos podataka ne zahteva sinhronizaciju izmedu izvora informacije i prijemnika informacije, dakle moguće je prihvatiti značajnije kašnjenje u prenosu; moguće je koristiti sisteme sa čekanjem. Karakteristika bežičnog prenosa je da postoji primetno kašnjenje u prenosu signala kako zbog različitih dužina puteva propagacije signala, tako i zbog primenjenih metoda modulacije signala. Međutim, zbog same prirode informacije, ova karakteristika bežičnog prenosa bitno ne utiče na kvalitet prenosa podataka. Za prenos podataka karakteristično je da se značajna količina informacija šalje u vrlo kratkom vremenskom periodu (paket podataka). Veličina paketa podataka i brzina prenosa tog paketa zavise od raspoložive širine frekvencijskog opsega za datu komunikaciju. Osnovno ograničenje za bežični prenos je ograničena širina frekvencijskog opsega.

Međutim, prenos podataka je veoma osetljiv na bitske greške, što postavlja stroge zahteve pred mrežu i posebno terminale korišcene u bežičnom prenosu podataka.

Tržište mobilnih komunikacija pratilo je trend porasta zahteva za prenosom podataka i zahvaljujuci tome, u okviru sistema druge generacije razvili su se i sistemi poboljšane odnosno usavršene druge generacije. Često se mogu sresti i oznake 2G+ i 2G++ koje označavaju sisteme koji su razvijeni na osnovu standarda 2G sistema i koji predstavljaju prelaznu fazu ka sistemima treće generacije.

Kada se radi o GSM sistemima, u cilju povećanja protoka podataka razvijena su tri standarda na putu ka trećeoj generaciji i to:

1)   High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)

2)   General Packet Radio Service (GPRS)

3)   Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE)