Основные принципы работы систем стандарта DECT

Принцип MC/TDMA/TDD. В выделенном диапазоне частот DECT использует 10 частотных каналов (MC – Multi Carrier). 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 приема. В базовой речевой услуге DECT два временных слота – с разделением в 5 мс – образуют пару для обеспечения поддерживающей емкости обычно для полных дуплексных 32 kbit/s соединений (ADPCM – адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция – G.726 кодированная речь).

Рисунок 3.22 - Временной фрейм стандарта DECT

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"), как показано на рисунке 3.22 .

Использование радиоспектра. При использовании принципа MC/TDMA/TDD для базового DECT (частотные и временные измерения), устройству DECT в любой момент доступен общий спектр из 120 дуплексных каналов. При добавлении третьего измерения (пространства) – при условии, что емкость DECT ограничивается помехами от сопряженных сот и достигается соотношение C/I (Carrier-to-Interface) = 10 дБ – можно получить очень низкий коэффициент повторного использования канала. Различные каналы связи в прилегающих сотах могут использовать тот же канал (комбинация частота/временной слот). Следовательно, при высокой плотности установки базовых станций DECT (например, на расстоянии 25 м в идеальной модели покрытия в форме шестиугольника) можно достичь высокой емкости трафика для базовой технологии DECT (как уже указывалось – 10000 Эрл/кв. км для частных сетей и до 40000 Эрл/кв. км для коммерческих сетей).

Структура временного слота стандарта DECT. Длина временного слота равна 417 мкс, как показано на рисунке 3.23.

SYN – канал синхронизации; Signal – канал сигнализации; CRC – код защиты от ошибок; I – канал информации.

Рисунок 3.23 - Структура временного слота

Передаваемый в слоте пакет содержит:

- 32 бита для синхронизации, которые включают 16 бит тактовой последовательности;

- 48 бит отводятся на канал сигнализации;

- 320 бит предназначены для передачи информации;

- 4 бита проверочных;

- 60 бит представляют собой защитный интервал.

Скорость передачи сообщений по информационному каналу составляет 320 бит/10 мс=32 кбит/с. Скорость передачи сигнала управления составляет 64 бит/10 мс=6,4 кбит/с. Общая скорость передачи в пакете равна 416 бит/10 мс=41,6 кбит/с.

Непрерывная передача сигнала. Базовая станция (БС) DECT постоянно передает сигнал, по крайней мере, по одному каналу, таким образом, выступая в качестве маяка, для соединения с мобильными DECT-трубками (портативными абонентскими радиоблоками – ПАРБ). Передача может быть частью активной связи, а может быть холостой. Передача маяка БС содержит служебную информацию – в многофреймовой мультиплексной структуре – об идентификации базовой станции, возможностях системы, статусе БС и пейджинговую информацию для установления входящей связи. ПАРБ, подключенные к передаче маяка, проанализируют передаваемую информацию и определят, есть ли у ПАРБ права доступа к системе (только те ПАРБ, у которых есть права доступа, могут установить связь), соответствуют ли возможности системы услугам, требующимся ПАРБ и – в том случае, если связь необходима – есть ли у БС свободная емкость для установления радиосвязи с ПАРБ.

Динамический выбор и динамическое выделение канала. DECT определяет постоянный динамический выбор канала и динамическое выделение канала. Все оборудование DECT обязано регулярно сканировать свое локальное радиоокружение, по крайней мере, один раз каждые 30 секунд. Сканирование означает получение и измерение силы местного радиочастотного сигнала по всем свободным каналам. Сканирование осуществляется как фоновый процесс и представляет список свободных и занятых каналов, один для каждой комбинации "временной слот/несущая", который будет использоваться в процессе выбора канала.

Свободный временной слот не используется (временно) для передачи или приема. В списке RSSI низкие значения мощности сигнала означают свободные каналы без помех, а высокие значения означают занятые каналы или каналы с помехами. С помощью информации RSSI, DECT-ПАРБ или DECT-БС может выбрать оптимальный (с наименьшими помехами) канал для установления новой линии связи.
Каналы с самыми высокими значениями RSSI постоянно анализируются в DECT-ПАРБ для того, чтобы проверить, что передача исходит от базовой станции, к которой у носимой части есть права доступа. АРБ засинхронизируется с БС, имеющей самый мощный сигнал, как определено стандартом DECT.

Каналы с самыми низкими значениями RSSI используются для установления радиосвязи с БС, если пользователь ПАРБ решит установить связь, или в случае, когда мобильной DECT-трубке передается сигнал о входящем звонке через прием пейджингового сообщения. В базовой станции DECT каналы с низкими значениями RSSI используются при выборе канала для установления передачи маяку (холостой передачи).
Механизм динамического выбора и выделения канала гарантирует, что связь всегда устанавливается на самом чистом из доступных каналов.

Установление связи. Установление связи, инициируемое пользователем (исходящая связь) Инициатива установления радиоканала в базовых приложениях DECT всегда принадлежит ПАРБ. ПАРБ выбирает (используя динамический выбор канала) наилучший из доступных каналов и связывается по нему с БС. Чтобы обнаружить попытки установления связи со стороны ПАРБ, БС должна принимать на этом канале, когда ПАРБ передает свой запрос на доступ. Чтобы ПАРБ могли использовать все 10 радиочастотных несущих DECT, БС постоянно последовательно сканирует свои незанятые принимающие каналы в поисках попыток ПАРБ установить связь. ПАРБ синхронизируются с этой последовательностью с помощью постоянно передаваемой базовой станцией служебной информации. На основе этой информации ПАРБ могут определять точный момент, когда возможен успешный доступ к БС на выбранном канале.
Установление связи, инициируемое сетью (входящая связь) При поступлении входящего вызова на DECT-ПАРБ, сеть доступа информирует об этом ПАРБ, отправив соответствующий идентификатор об этом ПАРБ по пейджинговому каналу. ПАРБ, приняв пейджинговое сообщение со своим идентификатором, устанавливает радиоканал для обслуживания входящего вызова, используя ту же процедуру, которая применяется при установлении исходящей связи.

Хэндовер.Благодаря мощному динамическому выбору и выделению канала и возможностям DECT, обеспечивающим хэндовер без прерывания связи, ПАРБ могут 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 передается 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 DECT-ПАРБ перемещается из одной соты в другую, мощность получаемого сигнала БС, измеряемая с помощью динамического выбора и выделения канала носимой частью, будет постепенно уменьшаться. Мощность сигнала БС, обслуживающей соту, в направлении которой движется ПАРБ, будет постепенно возрастать. В тот момент, когда сигнал новой БС становится сильнее сигнала старой БС, происходит хэндовер без прерывания связи (как описано выше) к новой БС. Хэндовер без прерывания связи, совершенно независимо инициируемый мобильной DECT-трубкой, остается незамеченным для пользователя. Хотя хэндовер всегда инициируется DECT-ПАРБ, возможны ситуации, в которых линия связи "АРБ-БС" не обеспечивает требуемого качества. На этот случай в DECT предусмотрены протоколы оповещения, которые позволяют БС передать сообщение о воспринимаемом качестве соединения ПАРБ, который может затем инициировать хэндовер.

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 этой цели DECT-БС может быть оборудована разнесенными антеннами. Стандартом предусмотрен протокол сигнализации для контроля за выбором антенны БС с мобильной DECT-трубки. Благодаря тому, что радиолиния между БС и ПАРБ имеет природу дуплекса с временным разделением (симметрии), выбор лучшей антенны БС улучшает не только качество "восходящей линии связи", но и качество "нисходящей линии связи", на низкой скорости.

Совместимость. Свойства совместимости технологии радиодоступа в основном базируются на возможности ухода (хэндовера) в частотной области от зашумленной радиолинии, не полагаясь на информацию, переданную по первоначальному каналу (подверженному воздействию). MC/TDMA/TDD, постоянный динамический выбор и выделение канала и процедуры хэндовера в стандарте DECT демонстрируют отличные возможности совместимости даже в условиях сильной интерференции.

Защищенность. Использование технологии радиодоступа, предоставляющей мобильность, подразумевает значительный риск в отношении защищенности. Стандарт DECT предусматривает меры противодействия естественным дефектам защищенности, свойственным бесшнуровой связи.

Для предотвращения несанкционированного доступа были введены эффективные протоколы прописки и аутентификации, а концепция усовершенствованного кодирования обеспечивает защиту от прослушивания.

Прописка.Прописка – это процесс, благодаря которому система допускает конкретную мобильную DECT-трубку к обслуживанию. Оператор сети или сервис-провайдер обеспечивает пользователя ПАРБ секретным ключом прописки (PIN-кодом), который должен быть введен как в БС, так и в ПАРБ до начала процедуры.

До того, как трубка инициирует процедуру фактической прописки, она должна также знать идентификацию БС, в которой она должна прописаться (из соображений защищенности область прописки может быть ограничена даже одной выделенной (маломощной) БС системы). 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.

Мобильная DECT-трубка может быть прописана на нескольких базовых станциях. При каждом сеансе прописки, ПАРБ 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).

Аутентификация. Аутентификация трубки может осуществляться как стандартная процедура при каждом установлении связи. Во время сеанса аутентификации базовая станция проверяет аутентификационный ключ, не передавая его по эфиру.

Принцип нераскрытия идентификационной информации по эфиру заключается в следующем: БС посылает трубке случайное число, которое называется "запрос". Трубка рассчитывает "ответ", комбинируя аутентификационный ключ с полученным случайным числом, и передает "ответ" базовой станции. БС также просчитывает ожидаемый "ответ" и сравнивает его с полученным "ответом". В результате сравнения происходит либо продолжение установления связи либо разъединение.

Если кто-то подслушивает по эфирному интерфейсу, для того чтобы украсть аутентификационный ключ, ему необходимо знать алгоритм для выявления ключа из "запроса" и "ответа". Этот "обратный" алгоритм требует огромной компьютерной мощности. Поэтому стоимость извлечения ключа подслушиванием процедуры аутентификации невероятно высока.

Шифрование.Процесс аутентификации использует алгоритм для вычисления "ответа" из "запроса" и аутентификационный ключ в трубке и на базовой станции. Он представляет собой способ отправки идентификационной информации пользователя в зашифрованной форме по эфиру для предотвращения кражи идентификационной информации.
Этот же принцип может быть применен для данных пользователя (например, для передачи речи). Во время аутентификации обе стороны также просчитывают ключ шифрования. Этот ключ используется для шифрования данных, передаваемых по эфиру. Получающая сторона использует тот же ключ для расшифровки информации. В DECT процесс шифрования является частью стандарта (хотя и необязательной).