2G. D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System)
Введение
Стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System – цифровая улучшенная система мобильной связи) – цифровая система сотовой связи второго поколения (2G), известная также под аббревиатурой IS-54. Этот стандарт нашел наибольшее распространение в Северной Америке, преимущественно в США и Канаде.
В обозначении стандарта IS-54 буквенная аббревиатура означает Interim Standard. Он был разработан EIA (Electronic Industries Alliance – альянс отраслей электронной промышленности), а также TIA (Telecommunications Industry Association – ассоциация телекоммуникационной индустрии). Позднее он был переименован в American National Standard когда был доработан Североамериканской организацией по стандартизации (ANSI - American National Standards Institute ). Когда Interim Standard превартился в American National Standard его обозначение было изменено в ANSI/TIA/EIA-627. Однако до сих пор стандарт D-AMPS часто упоминается под аббревиатурой IS-54.
Предыстория
Исторически сложилось, что сотовая связь развивалась параллельно в трех географических областях: Европа (к которой можно отнести Россию), Северная Америка и Япония. Ранние системы сотовой связи были полностью аналоговыми и относились к первому поколению (1G). В частности, в США одним из самых первых стандартов был AMPS (Advanced Mobile Phone System). Этот стандарт был разработан Bell Labs в 1970-х годах, а первая коммерческая сеть AMPS была запущена в 1983 году. Успех первых сетей сотовой связи дал хороший толчок для дальнейшего развития стандартов мобильной связи.
В скором времени после запуска первых AMPS сетей рынок показал увеличение спроса на услуги мобильного доступа. Одной из наиболее острых проблем, которые обнаруживали сети 1G была низкая емкость сети. Так, например, сеть сотовой связи в Нью-Йорке могла поддерживать одновременно лишь 12 голосовых соединений. В стандарте AMPS применялся частотный метод множественного доступа (FDMA - Frequency Division Multiple Access). Это означает, что для увеличения пропускной способности требовалось использовать большее число приемо-передатчиков и ближе друг к другу устанавливать базовые станции (BTS). Кроме ограничений по пропускной способности, AMPS имел и другие недостатки. В частности, системы безопасности оставляли желать лучшего: передаваемая по радио интерфейсу речь не подвергалась шифрованию. Кроме того не были предусмотрены какие либо процедуры аутентификации доступа в сеть, что, в свою очередь, давало возможность несанкционированному использованию услуг сети. Указанные выше проблемы были решены в первом Североамериканском стандарте второго поколения D-AMPS (IS-54). Также данный стандарт добавил системам сотовой связи новые важные услуги: SMS, передача данных (доступ в Интернет) и роуминг.
Особенности D-AMPS
Рассмотрим технические особенности D-AMPS, которые позволяют достичь указанные преимущества. Главным отличием D-AMPS предыдущего стандарта был способ доступа абонентов в сеть: вместе с FDMA использовался TDMA (Time Division Multiple Access), т.е. множественный доступ с временным разделением. Это метод разделяет соединения по времени, размещая части каждого соединения одну за одной на одинаковой частоте. Только лишь благодаря этому нововведению емкость сети была увеличена в 3 раза.
Стандарт D-AMPS предусматривает аналого-цифровое преобразование (АЦП) голосового потока, благодаря чему появляется возможность использовать алгоритмы обеспечения безопасности доступа, дополнительные сервисы и, самое главное, более эффективное использование выделенного спектра частот. При этом новый стандарт задействует те же частотные каналы по 30 кГц в том же частотном диапазоне (824-849 и 869-894 МГц), что и AMPS.
В стандарте IS-54 предусмотрено в два раза большее число служебных каналов, чем в стандарте AMPS. Однако половина из них аналогична набору каналов из предшествующего аналогового стандарта, т.е. используются те же протоколы и схема модуляции. Это позволяет удовлетворять принципу «обратной совместимости», который закладывался как базовое требование к новой системе. Основной его смысл заключается в том, чтобы свести к минимуму изменения в существующей AMPS-сети и тем самым уменьшить перерыв в предоставлении услуг и снизить расходы на модернизацию.
Принцип построения радиоинтерфейса системы стандарта AMPS
Принцип построения радиоинтерфейса системы стандарта DAMPS
В стандарте D-AMPS, как отмечалось ранее, используется временной метод множественного доступа TDMA. Он был принят ассоциацией TIA в 1992 году. TDMA разделяет каждый частотный FDMA-канал (30 кГц) на 3 TDMA-канала, каждый из которых способен передавать одно голосовое соединение. Позднее, благодаря появившемуся новому речевому кодеку каждый из TDMA-канала так же мог быть разделен на 2 подканала, каждый из которых так же может передавать голос, но с большей степенью сжатия. Таким образом, благодаря новому методу множественного доступа емкость сети может быть увеличена в 3-6 раз.
В стандарте D-AMPS также используется другой способ модуляции DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying), которая является разновидность фазовой манипуляции (ФМ). Благодаря этому спектральная эффективность была увеличена до 1,62 бит/сек/Гц, что на 20% лучше чем GSM. Это позволяет более эффективно использовать частотный спектр. Однако энергетическая эффективность у D-AMPS ниже чем у GSM что приводит к повышенному расходу электроэнергии базовых станций и ускоренному разряду аккумуляторов мобильных телефонов (MS).
Для устранения избыточности голосового потока в стандарте D-AMPS применяется голосовой кодек под названием VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction), который принадлежит к семейству речевых кодеков CELP (Code-Excited Linear Prediction) – речевые кодеки с линейным предсказанием. После сжатия скорость голосового потока достигает 7,95 кбит/сек (13 кбит/сек) при качестве, почти не уступающем AMPS. Для полускоростного кодека (Half Rate) скорость составляет 6,5 кбит/сек при незначительном ухудшении качества.
К нововведениям D-AMPS также можно отнести новый алгоритм аутентификации CAVE (Cellular Authentication, Voice Privacy and Encryption) и шифрования CMEA (Cellular Message Encryption Algorithm). В отличие от AMPS в этом стандарте применяется интерливинг (Interleaving - перемежение) для борьбы с быстрыми замираниями.
Жизненный путь D-AMPS
Первая коммерческая сеть стандарта D-AMPS появилась в 1990 году и быстро нашла широкое распространение в Североамериканских странах. Однако Digital AMPS нашел распространение еще в 80 странах по всему миру, в том числе и в России. В 1997 году в Красноярском крае была построена первая сеть стандарта D-AMPS в России.
Не смотря на большой перечень преимуществ данного стандарта, все же D-AMPS обладает очень большим недостатком: поменять абонентский номер (оператора) невозможно так же легко как в сетях стандарта GSM, где для этого достаточно лишь поменять SIM-карту. Это и привело к постепенно вытеснению D-AMPS стандартом GSM.
Закат этого стандарта можно обозначить на 2007-2008 года, когда по всему миру прошла волна завершения. В России последняя сеть данного стандарта была выключена в конце 2007 года.
Однако, не смотря на проигрыш GSM, стандарт D-AMPS придал сетям сотовой связи новый функционал, который указал новые вектора развития для последующих стандартов и возможные недостатки, которые были учтены в новых системах сотовой связи.
