Sítě GSM

V našich tuzemských podmínkách jsou pro širší veřejnost nejdostupnější datové služby sítí GSM, konkrétně služby HSCSD a GPRS. Podívejme se proto na ně poněkud podrobněji, včetně sítí GSM jako takových.

Sítě GSM (Global System Mobile) jsou plně digitální sítě, které standardně pracují v pásmu 900 MHz, konkrétně v rozsahu 890-915 Mhz pro tzv. uplink, neboli pro komunikaci směrem od koncového zařízení k základnové stanici, a 935-960 MHz pro downlink (opačný směr). Oba tyto frekvenční rozsahy jsou na bázi frekvenčního multiplexu rozděleny na menší části - konkrétně na 124 kanálů šířky 200 kHz. Z této "zásoby" pak národní správce kmitočtového spektra (u nás Český telekomunikační úřad) v rámci udělení licence alokuje určitý počet přenosových kanálů příslušnému operátorovi, který je použije ve své síti - určitou část těchto kanálů přidělí konkrétní buňce, všem sousedním buňkám přidělí jiné kanály atd. Obdobně je tomu i v pásmu 1800 MHz, které sítě GSM dnes již také využívají.

Pro potřeby hlasových přenosů (telefonních hovorů) jsou ale jednotlivé kanály o šířce 200 kHz příliš "velké", resp. "široké". Proto jsou dále rozděleny, a to na 8 částí, prostřednictvím techniky časového multiplexu (TDMA). Tím vznikají tzv. sloty (časové sloty) - v rámci každého kanálu je jich 8, a každý jednotlivý telefonní hovor "spotřebuje" 1 slot na uplinku (pro komunikaci směrem k základnové stanici) a 1 slot na downlinku (pro komunikaci od základnové stanice).

Celková kapacita každé buňky, měřená v počtu současně probíhajících telefonních hovorů, je tedy dána počtem přidělených kanálů * 8 (za předpokladu že počet přidělených kanálů je fakticky dvojnásobný, neboli že stejný počet kanálů je přidělen jak pro uplink tak pro downlink).

Datové přenosy v sítích GSM

Celý přenosový kanál o šířce 200 kHz by při stávajícím fungování sítí GSM bylo možné využít pro přenos dat rychlostí až 271 kbps. Vzhledem k rozdělení celého kanálu na 8 částí, prostřednictvím časového multiplexu, připadá na jeden časový slot jedna osmina této rychlosti, tj. cca 33,8 kilobitů za sekundu. Tuto hodnotu je ale nutné chápat jen jako "nominální" hodnotu, nikoli jako hodnotu fakticky využitelnou pro datové přenosy koncovými uživateli. Na fungování sítě GSM totiž připadá určitá režie, která jde na vrub samotnému buňkovému (celulárnímu) principu sítě (například na zajištění "přechodu" mezi buňkami apod.), a dále na zajištění spolehlivosti přenosu (vlivem různé kvality a síly signálu totiž může docházet k chybám při přenosu, které je nutné zpětně korigovat). Velikost této režie je cca 24,2 kbps (z toho připadá cca 11 kbps na fungování celulární sítě jako takové a 13,2 kbps na mechanismy korekce chyb).

Výsledkem, po odečtení režie (ve výši 24,2 kbps) od celkové kapacity připadající na jeden slot (33,8 kbps) vychází 9,6 kbps - a právě to je standardní přenosová rychlost, kterou pro potřeby datových přenosů dokáží nabídnout sítě GSM. Zdůrazněme si, že se tak děje při spotřebě stejného objemu zdrojů jako při jednom běžném hlasovém hovoru (spotřebovává se 1 slot, přesněji jeden slot pro uplink a jeden slot pro downlink, protože datový přenos se realizuje jako plně duplexní, neboli s možností probíhat oběma směry současně).

Datové přenosy rychlostí 9,6 kbps tak mohou nabízet úplně všechny sítě GSM (pokud přenosy dat vůbec nabízí). Někdy se tato služba označuje také jako CSD (Circuit Switched Data), neboť funguje jako přenosová služba na principu přepojování okruhů.

14,4 místo 9,6

Snahy o zvýšení rychlosti 9,6 kbps naráží na principiální bariéry, dané velikostí přenosového kanálu a jeho dělení na 8 částí pomocí časového multiplexu (tj. oněch nominálních 33,8 kbps na 1 slot). Dále není možné "hýbat" s tou částí režie, která připadá na samotné fungování mobilní sítě na buňkovém (celulárním) principu - jde o režii ve výši 11 kbps. S čím ale je možné v určitém rozmezí "hýbat", je režie připadající na zajištění spolehlivosti přenosu, resp. na opravu chyb. V případě dostatečně kvalitní sítě s dostatečně hustým pokrytím je možné tyto mechanismy poněkud oslabit, tak aby jimi vyvolaná režie byla o něco nižší. V praxi lze dosáhnout snížení až na cca 8,4 kbps, což pro "užitečný" přenos ponechává celých 14,4 kbps! Z našich operátorů to ve své síti nabízí pouze Eurotel. Oba ostatní operátoři (Radiomobil a Český Mobil) ve svých sítích nabízí pouze CSD přenosy s rychlostí 9,6 kbps.

Rychlost 9,6 kbps, resp. 14,4 kbps (v obou směrech) je v současných GSM sítích skutečně maximem, kterého lze dosáhnout v rámci 1 hovorového kanálu (po 1 slotu na uplink a downlink). Další zvyšování přenosové rychlosti se ale může ubírat cestou vyšší spotřeby zdrojů sítě, neboli současným použitím více hovorových kanálů, resp. více slotů. Zde se hovoří o tzv. bundlování (slučování) slotů, které jsou používány současně pro potřeby jednoho datového přenosu.

Použití více slotů současně ale může vést ke dvěma principiálně odlišným službám pro přenos dat - jedné, která bude fungovat na principu přepojování okruhů, a druhé na principu přepojování paketů. Jak jsme si již uvedli výše, v prvním případě jde o služby HSCSD, ve druhém případě o službu GPRS.