W niniejszym wydaniu "Monitora" kontynuuję rozważania na temat telefonów komórkowych; miesiąc temu opisałem ich powstanie jak i zasady działania systemu analogowego. W obecnym numerze, zgodnie z obietnicą, przedstawię systemy cyfrowe, czy też, jak ktoś woli, digitalne. Sam fakt istnienia "dwóch" systemów - analogowego i cyfrowego wprowadził wiele zamieszania. Miało to miejsce szczególnie w okresie początkowym, ale i obecnie istnieje wiele niejasności z tym związanych.
Systemy cyfrowe.
Zacznijmy od rzeczy podstawowej - nie istnieje jeden system analogowy i jeden system cyfrowy - stąd też cudzysłów w poprzednim akapicie. Istnieją mianowicie dwa rodzaje systemów telefonii komórkowej - systemy analogowe i systemy cyfrowe. Samych systemów analogowych na całym świecie istnieje wiele, natomiast tak się szczęśliwie złożyło, że w Stanach Zjednoczonych przyjął się powszechnie jeden (opisany miesiąc temu AMPS).
Powstanie telefoni cyfrowej spowodowało wywołanie ogólnego odczucia, że powstał jeden system digitalny, co, niestety, jest dalekie od prawdy. W chwili obecnej istnieją w USA trzy podstawowe systemy digitalne: TDMA, GSM i CDMA. Systemy te nie tylko nie są wzajemnie kompatybilne, ale jeszcze na dokładkę w chwili obecnej zaczynają powstawać różne wersje wewnątrz danego systemu. Dodatkowego uroku całej sprawie dodaje obecność dwóch podstawowych pasm częstotliwości przeznaczonych dla telefonii komórkowej w Stanach Zjednoczonych, jak już o tym wcześniej wspomniałem. Ograniczę się tutaj do Ameryki, na całym świecie istnieje dużo więcej zarówno pasm jak i systemów - opisywanie tego przekracza ramy "Monitora".
Systemy cyfrowe zostały powszechnie wprowadzone nie w celu polepszenia jakości połączeń, jak próbują wmówić nam to kompanie telefoniczne, ale przede wszystkim w celu zwiększenia przepustowości systemu. Większa przepustowość, więcej jednocześnie prowadzonych rozmów - większy dochód dla kompani. Na szczęście, kompanie dzielą się ze swoimi klientami zyskiem wynikłym z powyższego - ceny za rozmowy z telefonów komórkowych, po wprowadzeniu planów digitalnych, drastycznie zmalały i nie było to wyłącznie wynikiem działania konkurencji. Oczywiście jakość połączeń uległa znacznej poprawie w większości przypadków, ale nie zawsze nastąpiło to bezpośrednio w momencie wprowadzenia połączeń digitalnych.
Wraz z pojawieniem się telefonów cyfrowych, pojawiły się nowe serwisy oferowane nam przez nasze kompanie. I tutaj także istnieje spore niedoinformowanie w zakresie tego co nam naprawdę przyniosła cyfrówka. Takim klasycznym przykładem jest tutaj "Caller ID", czyli ujawnienie nam na wyświetlaczu numeru telefonu osoby do nas dzwoniącej. Był on mocno podkreślaną nowinką jaką nam przynosi telefon digitalny. I, oczywiście, w pierwszym okresie kompanie nawet kazały nam sobie za niego płacić. Prawda zaś jest taka, że system analogowy także w pełni suportuje Caller ID, i nawet istniały na rynku telefony analogowe, które miały możliwość jego wyświetlania. Jednakże w danych technicznych przy tej opcji znajdowała się gwiazdka i odnośnik mówiący, że jest to cecha zależna od kompani. Obecne telefony cyfrowe są także w stanie odbierać Caller ID w czasie gdy znajdują się one w analogowym serwisie. Można to nawet czasami na nich zaobserwować. Podstawową przyczyną dla której opcja ta nie została wprowadzona dla planów analogowych była chęć dodania klientom jeszcze jednej "zachęty" do przejścia na plany digitalne.
Tak nawiasem mówiąc, zwiększona przepustowość systemu wyraźnie poprawia jakość połączeń, a konkretnie redukuje liczbę przerwanych połączęń. Wynika to z faktu, że w nowoczesnym systemie cyfrowym nie można praktycznie wjechać w komórkę, której wieża nie posiada żadnych wolnych kanałów. Co więcej, sam system przełączania pomiędzy wieżami w niektórych systemach cyfrowych gwarantuje praktycznie 100- procentową niezawodność tegoż przełączenia - o czym dalej.
A teraz pokrótce opis samych systemów digitalnych, ich wady i zalety.
TDMA
- pioner systemów cyfrowych.
System ten powstał jako pierwszy cyfrowy, nazwa jego - to po prostu skrót od T ime Divided Multiple Access, czyli Zwielokrotnienie Dostępu przy Podziale Czasowym. Już sama nazwa systemu wyraźnie wskazuje o co nam tutaj chodzi - zwiększyć liczbę jednocześnie prowadzonych rozmów poprzez wykorzystanie podziału czasowego. W systemie tym podział na kanały pozostał praktycznie taki sam jak w systemie analogowym - kanały są oddalone od siebie o 30KHz i pracujemy z modulacją FM. (Dla porównania stacje radiowe zakresu FM są rozmieszczane w USA w odstępie co 200kHz i większość odbiorników radiowych nawet nie umożliwia nam wstrojenia się w częstotliwości pośrednie. W Europie jest to rozwiązane nieco inaczej - odbiornik umożliwia dużo gęściejsze strojenie.)
Zwiększenie ilości rozmów prowadzonych w tym systemie uzyskujemy metodą "poszatkowania" sygnałów poszczególnych rozmówców i przepuszczania ich na zmianę w jednym kanale, w wydzielonych przedziałach czasowych. Można to zobrazować w taki sposób: w czasie prowadzenia rozmowy poprzez zwykly telefon na obydwu końcach połączenia ustawiamy kilka par rozmówców i później jednocześnie, co kilka sekund ich zmieniamy na obu końcach. Oczywiście w systemie TDMA przełączenia pomiędzy rozmówcami są przeprowadzane kilkadziesiąt tysięcy razy w ciągu sekundy i teoretycznie nie powinny być one zauważalne dla użytkownika. Odpowiedni układ elektroniczny uzupełnia brakujące części przebiegu sygnału w czasie w którym kanał jest wykorzystywany przez pozostałych rozmówców. Praktyka pokazuje jednak, że nie zawsze to kodowanie przebiega prawidłowo i szczególnie starsze modele telefonów zniekształcają nasz głos.
Zaletami tego systemu są:
- ‑Relatywnie proste obwody obróbki cyfrowej sygnału, zarówno telefonu jak i sieci telefonicznej
- ‑Niski koszt aparatów telefonicznych
- ‑Duża liczba modeli telefonów dostępnych na rynku
- ‑Duży pokrycie terytorialne
Wady jego to:
- ‑Najmniejsza pojemność z pośród systemów cyfrowych (3x większa od analogowej)
- ‑Najniższa jakość transmisji, szczegónie gdy telefon znajduje się w ruchu (zjawisko Dopplera)
- ‑System ten jest powoli zarzucany na rzecz nowszych
Używany jest przez:
- ‑Cingular (dawny CellularOne) 800MHz- powoli zaczyna wycofywać się z niego.
- ‑AT&T 1900MHz- także wprowadza równolegle inny system (GSM)
System GSM - nowy w USA,
popularny w Europie i Azji.
System ten jest "de facto" ulepszoną wersją TDMA. Nazwa pochodzi od G lobal System for Mobile, czego tłumaczyć chyba nie trzeba. System ten faktycznie w chwili obecnej jest system o globalnym zasięgu, ale nie w USA. Zasada działania jego jest podobna do opisanego powyżej TDMA. Ulepszenia w stosunku do poprzedniego to wyższa przepustowość systemu, a przyde wszystkim system ten został opracowany z położeniem dużego nacisku na transmisję danych w sieci telefoni komórkowej. Właśnie w tym systemie został zapoczątkowany cieszący się obecnie taką dużą popularnością SMS, czyli możliwość przesyłania krótkich wiadomości tekstowych pomiędzy telefonami.
Ciekawą cechą tego systemu jest tzw. SIM card. Jest to karta zawierająca w sobie wszystkie informacje o telefonie, między innymi numer telefonu, numer rozpoznawczy karty, książkę numerów telefonów i inne. W wszystkich pozostałych systemach, zarówno analogowych jak i digitalnych to właśnie telefon posiada zakodowane w sobie te wiadomości i zawsze zgłasza się do systemu numerem telefonu i swoim ESN, czyli elektronicznym numerem seryjnym. W systemie GSM kartę SIM można przełożyć do innego telefonu (w przypadku, gdy nasz się np. zepsuł) i używać tamten telefon ze wszystkimi naszymi danymi. Problem może pojawić się w momencie gdy ten drugi telefon jest z innej kompanii i ma zablokowaną możliwość korzystania z kart SIM nie swojej kompanii. Blokowanie takie jest powszechną praktyką, gdyż kompanie telefonii komórkowej dotują telefony komórkowe i chcą aby je wykorzystywać w swoim systemie - czyli używać ich airtime i oczywiście płacić za niego.
System GSM są relatywnie nowy na terenie Stanów Zjednoczonych i ciągle znajduje się w okresie burzliwego rozwoju.
Zaletami tego systemu sa:
- ‑Średnio skomplikowana elektronika
- ‑Bardzo niskie ceny telefonów (wynik bardzo długich serii - ogromny zbyt)
- ‑Bardzo duża różnorodność telefonów
- ‑Możliwość dokupienia różnorodnych akcesoriów
Wady jego to:
- ‑Znikome pokrycie serwisem terenu Stanów Zjednoczonych
- ‑Bardzo duża różnorodność telefonów - niewymienność akcesoriów
- ‑Brak kompatybilności z systemami analogowymi
- ‑Możliwość niepołączenia się z numerem alarmowym 911 w pewnych warunkach!
Używany przez:
- ‑ VoiceStream (T-Mobile) 1900MHz
- ‑ Cingular 1900MHz (przejściowo na niektórych rynkach)
- ‑AT&T 1900 MHz- równolegle do TDMA.
CDMA
- technologia wojskowa
w cywilnym zastosowaniu
System CDMA jest najnowszym systemem digitalnym używanym w telefonii komórkowej i rokującym największe nadzieje, szczególnie dla szybkiego przesyłania danych. Nazwa pochodzi od C ode Divided Multiple Access, i oznacza zwielokrotnienie dostępu przy podziale kodowym. W systemie tym kanał transmisyjny jest bardzo szeroki, bo 1.23MHz, ale za to umożliwia jednoczesne prowadzenie kilkuset i więcej rozmów na tym jednym kanale. Każda z prowadzonych rozmów jest kodowana w postaci cyfrowej z użyciem innego słowa kodującego. Porównuje się to do jednoczesnego prowadzenia kilkudziesięciu rozmów w jednym pomieszczeniu w różnych językach. Osoby rozmawiające nie znają żadnego innego języka poza własnym i prowadzona obok nich rozmowa w innym języku zupełnie im nie przeszkadza, jest to tylko rodzaj szumu w tle. Wszyskie pary w danym pomieszczeniu mogą się rozumieć, nie rozumieją zaś innych par i dopóki ogólny poziom hałasu nie zacznie być ogłuszający, nie przeszkadzają sobie wzajemnie.
System CDMA był początkowo opracowany dla potrzeb militarnych, jest to system praktycznienie do podsłuchania, gdyż jest w nim używanych 4.4 Triliona różnych kodów. Ponieważ telefon ten pracuje małą mocą w szerokim paśmie jest on praktycznie niewykrywalny prze np. Spectrum Analyzer. Emisja telefonu jest praktycznie na poziomie naturalnych szumów. Telefon CDMA może poprawnie pracować z mocą około 8 dB poniżej poziomu szumów!
Zastosowane w technologii CDMA specjalnego rodzaju odbiorniki umożliwiają telefonowi współpracę z kilkoma wieżami transmisyjnymi jednocześnie. Pozwala o na tzw. miękkie przełączanie telefonu pomiędzy wieżami (soft handofff) w czasie gdy się przemieszczamy i praktycznie całkowicie eliminuje możliwość zgubienia połączenia w czasie tej operacji.
System ten będąc najnowszym standartem w USA jest adoptowany przez coraz więcej kompanii, ciekawym przypadkiem jest tutaj Cingular, który docelowa ma przejść na CDMA, ale chwilowo przechodzi na system GSM. Wynika to z faktu, że TDMA i GSM są mocno do siebie zbliżone, i możliwa jest jednoczesna transmisja na wieżach TDMA i GSM z wykorzystaniem częściowo wspólnego osprzętu. CDMA jest całkowicie inny i wymaga stuprocentowej wymiany oprzyrządowania zarówno wież, jak i centrali (czas i koszty).
Zalety tego systemu to:
- ‑Najlepsza jakość transmisji audio
- ‑Niemożliwy do podsłuchania
- ‑Najwyższa szybkość transmisji danych (teoretyczna >2Mb/s, w chwili obecnej 144Kb/s)
- ‑Najlepsze pokrycie terytorium USA
Wady jego to:
- ‑Skomplikowana elektronika
- ‑Relatywnie wysokie ceny aparatów telefonicznych
- ‑Mały wybór telefonów (technologia jest trudna do zaadoptowania)
Używany przez:
- ‑ Verizon Wireless 800MHz i 1900 MHz
- ‑ Sprint PCS 1900MHz
- ‑Primco 1900 MHz
Tak w ogromnym skrócie można opisać aktualnie występujące w USA cyfrowe systemy telefonii komórkowej. Za miesiąc nieco bliżej o tym jak wykorzystać potencjał zawarty w tych telefonach. VoiceMail, SMS i tym podobne rzeczy już w następnym numerze Monitora.
