SISTEME D.E.C.T. (Digital Enhanced Cordless Telecommunications system)

SISTEME D.E.C.T. (Digital Enhanced Cordless Telecommunications system)

Standardul DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications system sistem digital imbunatatit de telecomunicatii fara fir) defineste sisteme duplex de comunicatii digitale prin radio de mica putere proiectate pentru a acoperi distante de pana la metri. In aplicatii speciale cu antene directive se pot atinge si distante de peste metri fata de emitator.

Spre deosebire de standardul GSM care are specificatii de foarte mare detaliu pentru comunicatii vocale standardul DECT defineste numai un cadrul general nefiind specific unei anumite aplicatii. Desi a fost elaborat pornind de la necesitatea cresterii calitatii comunicatiilor vocale, standardul permite definirea altor servicii de comunicatie: date, fax, paging, mesaje scurte etc.

Ansamblul specificatiilor cu ajutorul carora se poate defini un serviciu de comunicatie se numeste profil. Profilul asociat comunicatiilor vocale se numeste profil generic de acces GAP (Generic Access Profile). Alte profiluri se refera la transmisii de date tip ISDN, interconectarea cu sisteme GSM, UMTS, IP etc.

Istoricul sistemelor D.E.C.T.

CT0 Radiotelefonie analogica

CTl Sistem comercial MF analogic pe MHz cu arie extrem de redusa (de marimea unui supermarket, de exemplu), necelular.

CT3 (ulterior DECT) Sistem digital TDMA TDD, cu posibilitatea de a transmite si date.

Date de referinta:

Lansarea ideii unui standard european unic pentru comunicatii indoor si alegerea accesului multiplu TDMA/TDD.

Formarea grupului de lucru in cadrul ETSI.

Publicarea primului standard DECT, fara obligativitatea interoperabilitatii echipamentelor diversilor producatori pentru aplicatii private; viteza de transmisie de 1,152 Mb/s era cea mai mare valoare prevazuta de un standard pentru comunicatii mobile.

Definitivarea specificatiilor de baza ale standardului si stabilirea obligativitatii interoperabilitatii echipamentelor destinate comunicatiilor vocale indiferent daca aplicatiile erau publice sau private; primele implementari de echipamente DECT.

Corectia unor specificatii si definirea completa a GAP.

Publicarea specificatiilor pentru serviciul de transmisii in pachete (DPRS DECT Packet Radio Service), permitand interoperabilitatea echipamentelor DECT pentru transmisii vocale cu cele pentru date.

Adoptarea unor tipuri de modulatie suplimentare pentru cresterea

vitezei de transmisie la 3,456 Mb/s.

Acceptarea DECT ca interfata radio alternativa pentru sisteme de comunicatii mobile din generatia a treia (3G). Ulterior au fost definite profilurile de interoperabilitate cu alte sisteme DECT/GSM, DECT/ISDN, DECT/RLL (Radio Local Loop) etc. In continuare se fac cercetari pentru completarea specificatiilor in vederea atingerii unor viteze de transmisie de 20 Mb/s.

Primele retele DECT au fost implementate in 1995 in Germania. Din numarul unitatilor portabile DECT s-a dublat in fiecare an, ajungand in la cca. de milioane si se estimeaza ca in anul acesta va depasi de milioane.

Arhitectura sistemelor DECT

In cea mai simpla implementare (Figura un sistem DECT este un aparat telefonic construit din doua unitati separate fizic: una ce contine interfata cu utilizatorul uman (microfon si difuzor telefon portabil) si o a doua ce contine interfata cu linia telefonica (statie de baza). Implementari mai complexe interconecteaza mai multe statii de baza cu mai multe telefoane portabile (Figura Se observa ca standardul DECT precizeaza conditiile de comunicatie radio intre unitatile portabile si statiile de baza.

In elaborarea standardului DECT au fost urmarite trei obiective fundamentale: coexistenta cu alte sisteme, interoperabilitatea echipamente-lor de acelasi profil si coexistenta echipamentelor de profiluri diferite.

Banda de frecventa alocata sistemelor DECT nu este exclusiva, de aceea in anumite zone sistemele DECT trebuie sa functioneze in prezenta interferentei create de functionarea altor echipamente si, de asemenea, echipamentele DECT sunt surse de interferenta pentru alte aparate existente in vecinatate. Coexistenta acestora inseamna ca fiecare dintre ele trebuie sa-si adapteze functionarea la conditiile particulare ale zonei pastrand la valori minime efectele negative asupra serviciului propriu datorate interferentei create de celelalte sisteme si, in acelasi timp, sa creeze interferente minime asupra celorlalte sisteme. Din punctul de vedere al coexistentei cu alte sisteme, echipamentele DECT pot fi caracterizate ca fiind 'timide': ocuparea unui canal de comunicatie se face numai daca nivelul puterii electromagnetice pe acesta este sub un nivel minim prestabilit (semnificand faptul ca nu exista deja o alta comunicatie), iar daca pe parcursul utilizarii unui canal nivelul interferentei creste peste un prag prestabilit, canalul este eliberat si se aloca un alt canal comunicatiei interferate.

Pentru definirea unui profil trebuie implementate in echipamente o parte din caracteristicile definite de standardul DECT: unele sunt obligatorii, iar altele sunt optionale. Evident ca alegerea caracteristicilor optionale implementate este optiunea producatorului de echipament, dar orice caracteristica implementata trebuie sa fie in conformitate cu specificatiile standardului. Interoperabilitatea echipamentelor provenite de la producatori diferiti consta in posibilitatea stabilirii unei comunicatii intre echipamentele de acelasi profil, indiferent de caracteristicile optionale implementate in echipamentele implicate in comunicatie.

Coexistenta echipamentelor de profiluri diferite inseamna neinfluentarea lor reciproca. Ele pot comunica pe baza caracteristicilor obligatorii implementate in fiecare dintre ele, dar daca pe parcursul comunicatiei un echipament invoca o caracteristica pe care corespondentul nu o are implementata, aceasta nu trebuie sa cauzeze iesirea din functie sau functionarea necorespunzatoare a nici unuia dintre echipamentele implicate.

Consideratii privind alegerea parametrilor standardului

Accesul multiplu

Tipul accesului multiplu a fost ales pentru a asigura o buna eficienta spectrala pentru complexitate minima de implementare. Practic alegerea trebuia facuta intre TDMA si CDMA, tehnica FDMA avand o eficienta spectrala mult prea mica in comparatie cu celelate doua si fiind utilizata numai pentru definirea unor purtatoare distincte in banda alocata. Avand in vedere ca standardul DECT este orientat cu preponderenta catre comunicatii vocale s-a considerat ca tehnica TDMA este mai adecvata ca simplitate de implementare, complexitatea asociata CDMA fiind justificata doar de capacitatea ei de a prelua eficient trafic intermitent de date cu viteza variabila. Ca si in cazul GSM s-a optat pentru o varianta mixta FDMA/TDMA: spectrul alocat a fost divizat in canale de banda ingusta, pe fiecare din ele definindu-se ferestre de timp.

Numarul de canale TDMA

Din punctul de vedere al numarului maxim de utilizatori simultan activi pe o purtatoare FDMA este evident ca numarul ferestrelor de timp definite intr-un cadru TDMA trebuie sa fie cat mai mare. La o viteza constanta de transmisie un numar mare de ferestre inseamna insa viteze mari de transmisie pe fiecare fereastra din cauza duratei mici a acesteia. Ca urmare, banda necesara de frecventa pentru un canal FDMA este mare si rezulta un numar mic de purtatoare FDMA. In plus, puterea de emisie creste pentru a asigura o valoare impusa a energiei pe bit, iar intarzierea de transmisie devine comparabila cu durata unui bit, ceea ce impune, in conditii de propagare multicale, utilizarea unui bloc de egalizare la receptie, adica un receptor mai complex, deci, mai scump. Pentru sistemul DECT durata de milisecunde a cadrului TDMA si numarul de de ferestre pe cadru au fost alese pentru a facilita receptia fara egalizare pentru comunicatiile indoor, fara a exclude introducerea unui bloc de egalizare daca producatorul decide astfel sau daca echipamentele sunt destinate comunicatiilor outdoor.

Codarea semnalului vocal

Deoarece echipamentele DECT sunt gandite ca alternativa sau extensie a unui post telefonic fix, calitatea comunicatiei vocale trebuie asigurata cel putin la nivelul celei existente in sistemele telefonice fixe, adica foarte buna. In acelasi timp pretul de cost al echipamentului trebuie sa fie accesibil utilizatorului individual mediu, Tehnica ADPCM (modulatie cu codarea diferentiala adaptiva a impulsurilor) a fost aleasa pentru calitatea buna asigurata comunicatiei vocale, iar viteza de Kbps pentru complexitatea redusa de implementare. Nu in ultimul rand a contat si compatibilitatea cu echipamentele telefonice fixe moderne care folosesc, de asemenea, o tehnica digitala diferentiala adaptiva de prelucrare a semnalului vocal analogic, precum si faptul ca este posibila transmisia semnalelor de control cu modulatie in frecventa (DTMF) necesare pentru unele servicii digitale de mica viteza (accesarea casutei postale vocale, de exemplu).

Duplex

Definirea canalelor de comunicatie prin FDMA/TDMA impune alegerea uneia dintre aceste tehnici pentru asigurarea caracterului duplex al comunicatiei. Alegerea tehnicii TDD a tinut seama de volumul, greutatea si pretul de cost ale receptorului care ar fi devenit prea mari prin includerea filtrelor de separare a celor doua sensuri de comunicatie in cazul FDD. In

plus, fadingul difera mai putin pe aceeasi frecventa intre doua momente de timp apropiate, decat la momente de timp identice, dar pe doua frecvente ce nu pot fi prea apropiate din considerente de filtrare. Ca urmare, un eventual bloc de egalizare poate fi introdus in cazul TDD numai la unul din capetele lantului de comunicatie (statia de baza) scumpind nesemnificativ costul acesteia. Pentru compensarea efectului fadingului la nivelul unitatii portabile, statia de baza predistorsioneaza semnalul emis pe baza informatiei despre fading obtinuta din semnalul receptionat. Alegerea tehnicii TDD faciliteaza si planificarea retelelor radio DECT carora le pot fi alocate frecvente purtatoare unice dintre cele definite de standard, pe cand in cazul FDD ar fi avut nevoie de cel putin doua frecvente purtatoare.

Utilizarea tehnicii TDD a permis definirea comunicatiilor directe intre terminalele portabile (fara interventia unei statii de baza) si, astfel, constructia unor retele locale de calculatoare interconectate prin terminale DECT.

Alocarea canalului de comunicatie

Alocarea complet dinamica a canalelor de comunicatie este o caracteristica distinctiva a sistemelor DECT. Aceasta sarcina este sub controlul direct si exclusiv al unitatii portabile care realizeaza continuu masuratori ale raportului semnal/interferenta si alege pentru fiecare noua salva de comunicatie purtatoarea de radiofrecventa si fereastra de timp cea mai favorabila. Astfel, se asigura o calitate foarte buna a comunicatiei, se evita interferentele cu alti utilizatori sau cu alte sisteme si se simplifica mult transferul comunicatiilor: la urmatoarea salva de comunicatie, unitatea mobila foloseste o fereastra de timp disponibila de pe purtatoarea de radiofrecventa alocata unei statii de baza vecine, daca masuratorile arata ca ea asigura cel mai bun raport semnal/interferenta. Nu sunt necesare schimburi de mesaje intre statii de baza si unitati mobile ca in cazul GSM. Alocarea dinamica a canalelor de comunicatie conduce si la cresterea eficientei spectrale a sistemului, prin aceea ca ferestre de timp cu acelasi nivel de interferenta, ce nu pot fi folosite de unitatile mobile aflate la marginile celulei, pot fi ocupate de cele aflate mai in apropierea statiei de baza deoarece receptioneaza purtatoarea de radiofrecventa cu nivel mai ridicat si raportul semnal/interferenta depaseste valoarea de prag.

Nivelul fizic al DECT

Interfata radio

Banda de frecventa de MHz MHz) alocata sistemelor DECT este divizata in canale FDMA de cate MHz latime. Frecventa centrala a unui canal FDMA este data de relatia:

f_c n . [MHz] n 09

Pe fiecare purtatoare radio au fost definite cadre de timp cu durata de milisecunde, fiecare cadru incluzand cate de ferestre. Caracterul duplex al comunicatiei este asigurat prin diviziune in timp (TDD): ferestrele sunt folosite pentru sensul de la statia de baza catre terminalul portabil, iar ferestrele pentru sensul opus (Figura 2 Intervalul de timp de garda dintre doua ferestre succesive este de microsecunde, o valoare suficient de mare pentru a compensa diferente de timp de propagare intre utilizatori in celule cu raza maxima de Km.

Un canal de trafic reprezinta ferestrele cu aceeasi pozitie in fiecare semicadru al unui cadru TDMA de pe acelasi canal FDMA. In fiecare fereastra cu durata de 10/24 milisecunde microsecunde se transmit biti, ceea ce inseamna ca viteza de transmisie pe canal este Kb/s.

Puterea maxima de emisie pe durata unei ferestre este de 250 mW dBm) pentru echipamentele DECT standard si de mW dBm) pentru echipamentele DECT de putere redusa. Producatorii pot alege orice valoare a puterii de emisie pana la limita maxima stabilita de standard pentru fiecare din clasele de emisie, insa aceasta nu poate cobori sub mW dBm) pentru echipamentele destinate transmisiilor vocale. Valoarea medie a puterii de emisie depinde de numarul de ferestre dintr-un cadru in care echipamentul emite. Astfel, pentru modul de lucru uzual in care echipamentul DECT emite puterea de varf de mW intr-o singura fereastra din cadrul de de ferestre puterea medie de emisie este de aproximativ mW.

Puterea de emisie de varf caracterizeaza capacitatea echipamentului DECT de a lucra in celule de dimensiuni mari, iar puterea de emisie medie exprima consumul de la bateria de alimentare si este important pentru stabilirea duratei de viata a acesteia.

Modulatia

Modulatia de baza definita de standardul DECT este cea cu comutarea frecventei si prefiltrare gaussiana (GFSK) avand produsul dintre banda filtrului si durata simbolului BT=- fiecare bit fiind considerat un simbol. Pentru valoarea logica a bitului de informatie frecventa de emisie este crescuta cu KHz fata de frecventa centrala a canalului, iar pentru valoarea logica a bitului de informatie frecventa de emisie este micsorata cu aceeasi valoare. In acest fel se obtine un semnal de banda relativ mica cu o anvelopa aproape constanta, deci se poate utiliza la emisie un amplificator de putere neliniar cu eficienta energetica mare. De asemenea, se poate utiliza un receptor simplu cu detectie necoerenta, cu refacerea frecventei de tact din sirul de date si esantionare la jumatatea perioadei de bit.

Ulterior au fost adoptate alte doua tipuri de modulatie cu comutarea fazei (PSIC) cu 4 niveluri (π/4-DQPSK) si, respectiv, niveluri (π/8-D8PSK) in vederea cresterii vitezei nete de transmisie la peste MB/s necesara sustinerii comunicatiilor multimedia. Tipurile suplimentare de modulatie nu se aplica grupurilor de biti de sincronizare pentru a asigura interoperabilitatea echipamentelor DECT apartinand aceluiasi profil, dar cu caracteristici tehnice diferite.