Передача данных в мобильных сетях: CSD и HSCSD

Введение

Стандарт передачи данных для мобильных телефонов

В области связи, передача данных по коммутируемому каналу (CSD) – это изначальная форма передачи данных, разработанная для систем мобильной связи с разделением по времени (TDMA), таких как Глобальная система мобильных коммуникаций (GSM). После 2010 года многие операторы связи отказались от поддержки CSD, и её сменили GPRS и EDGE (E GPRS).

Технические

ЦДЦК использует один радиочасовой слот для передачи данных со скоростью 9,6 кбит/с в подсистему коммутации сети GSM, где к ней можно подключиться через эквивалент обычного модема к общедоступной телефонной сети (PSTN), что позволяет совершать прямые звонки в любые службы dial-up. Для обеспечения обратной совместимости стандарт IS 95 также поддерживает CDMA Circuit Switched Data. Однако, в отличие от TDMA, временные интервалы отсутствуют, и все радиостанции CDMA могут быть активны постоянно, обеспечивая скорость передачи данных до 14,4 кбит/с. С развитием CDMA в CDMA2000 и 1xRTT использование IS 95 CDMA Circuit Switched Data сократилось в пользу более высоких скоростей передачи данных, доступных в новых технологиях. До появления ЦДЦК передача данных через системы мобильной связи осуществлялась с помощью модема, встроенного в телефон или подключенного к нему. Такие системы были ограничены качеством аудиосигнала до 2,4 кбит/с и менее. С внедрением цифровой передачи в системах на основе TDMA, таких как GSM, ЦДЦК обеспечивал почти прямой доступ к базовому цифровому сигналу, что позволяло достичь более высоких скоростей. При этом, ориентированное на речь аудиосжатие, используемое в GSM, фактически означало, что скорость передачи данных при использовании традиционного модема, подключенного к телефону, была бы даже ниже, чем в старых аналоговых системах. Вызов ЦДЦК функционирует аналогично обычному голосовому вызову в сети GSM. Между телефоном и базовой станцией выделяется один выделенный радиочасовой слот. От базовой станции к транскодеру выделяется выделенный "подслот" (16 кбит/с), и, наконец, от транскодера к мобильному коммутационному центру (MSC) выделяется еще один временной слот (64 кбит/с). В MSC можно использовать модем для преобразования сигнала в аналоговый, хотя обычно он фактически кодируется как цифровой сигнал с импульсно-кодовой модуляцией (PCM) при отправке из MSC. Также возможно непосредственное использование цифрового сигнала в качестве сигнала данных цифровой сети интегрированных услуг (ISDN) и передача его на эквивалент сервера удаленного доступа.

CSD uses a single radio time slot to deliver 9.6 kbit/s data transmission to the GSM network switching subsystem where it could be connected through the equivalent of a normal modem to the Public Switched Telephone Network (PSTN), allowing direct calls to any dial up service. For backwards compatibility, the IS 95 standard also supports CDMA Circuit Switched Data. However, unlike TDMA, there are no time slots, and all CDMA radios can be active all the time to deliver up to 14.4 kbit/s data transmission speeds. With the evolution of CDMA to CDMA2000 and 1xRTT, the use of IS 95 CDMA Circuit Switched Data declined in favour of the faster data transmission speeds available with the newer technologies. Prior to CSD, data transmission over mobile phone systems was done by using a modem, either built into the phone or attached to it. Such systems were limited by the quality of the audio signal to 2.4 kbit/s or less. With the introduction of digital transmission in TDMA based systems like GSM, CSD provided almost direct access to the underlying digital signal, allowing for higher speeds. At the same time, the speech oriented audio compression used in GSM actually meant that data rates using a traditional modem connected to the phone would have been even lower than with older analog systems. A CSD call functions in a very similar way to a normal voice call in a GSM network. A single dedicated radio time slot is allocated between the phone and the base station. A dedicated "sub time slot" (16 kbit/s) is allocated from the base station to the transcoder, and finally, another time slot (64 kbit/s) is allocated from the transcoder to the Mobile Switching Centre (MSC). At the MSC, it is possible to use a modem to convert to an analog signal, though this will typically actually be encoded as a digital pulse code modulation (PCM) signal when sent from the MSC. It is also possible to directly use the digital signal as an Integrated Services Digital Network (ISDN) data signal and feed it into the equivalent of a remote access server.

Высокоскоростные схемы переключения данных (HSCSD)

Высокоскоростная схема коммутации каналов для передачи данных (HSCSD) является усовершенствованием ЦСД, предназначенным для обеспечения более высоких скоростей передачи данных за счет более эффективного кодирования каналов и/или использования нескольких (до 4) временных слотов. Для этого требуется, чтобы используемые временные слоты были полностью зарезервированы для одного пользователя. Может быть достигнута скорость передачи данных до 57,6 кбит/с (т.е. 4 × 14,4 кбит/с), а в сетях, допускающих объединение 8 слотов вместо 4, – даже 115 кбит/с. Возможно, что в начале вызова или в его процессе полный запрос пользователя не сможет быть удовлетворен, поскольку сеть часто настроена на приоритет обычных голосовых вызовов перед дополнительными временными слотами для пользователей HSCSD. Одной из инноваций HSCSD является возможность использования различных методов коррекции ошибок при передаче данных. Изначальная коррекция ошибок, применяемая в GSM, была разработана для работы на границе зоны покрытия и в наихудших условиях, которые может обработать GSM. Это означает, что значительная часть пропускной способности GSM расходуется на коды коррекции ошибок. HSCSD предоставляет различные уровни коррекции ошибок, которые могут использоваться в зависимости от качества радиосвязи. Это позволяет, при оптимальных условиях, передавать 14,4 кбит/с через один временной слот, в то время как при использовании ЦСД пропускная способность составляла бы только 9,6 кбит/с, то есть увеличение пропускной способности на 50%. Обычно пользователю выставляется счет за HSCSD по тарифу выше, чем за обычный телефонный звонок (например, в зависимости от количества выделенных временных слотов) за все время, пока соединение активно. Это делает HSCSD относительно дорогим во многих сетях GSM и является одной из причин, по которой пакетная коммутация, используемая в службе общего радиопакета (GPRS), которая обычно имеет более низкие тарифы (основанные на объеме переданных данных, а не на продолжительности соединения), стала более распространенной, чем HSCSD. Помимо того, что пользователь HSCSD имеет в распоряжении всю выделенную полосу пропускания соединения, HSCSD также имеет преимущество в системах GSM в виде меньшей средней задержки радиоинтерфейса по сравнению с GPRS. Это связано с тем, что пользователю HSCSD-соединения не нужно ждать разрешения от сети для отправки пакета. HSCSD также доступен в системах с расширенными скоростями передачи данных для эволюции GSM (EDGE) и универсальной мобильной телекоммуникационной системе (UMTS), где скорости передачи пакетов данных значительно выше. В системе UMTS преимущества HSCSD по сравнению с пакетной передачей данных еще меньше, поскольку радиоинтерфейс UMTS специально разработан для поддержки высокоскоростных пакетных соединений с низкой задержкой. Таким образом, основной причиной использования HSCSD в этой среде может быть доступ к устаревшим системам набора номера.

High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) is an enhancement to CSD designed to provide higher data rates by means of more efficient channel coding and/or multiple (up to 4) time slots. It requires the time slots being used to be fully reserved to a single user. A transfer rate of up to 57.6 kbit/s (i. e., 4 × 14.4 kbit/s) can be reached, or even 115 kbit/s if a network allows combining 8 slots instead of just 4. It is possible that either at the beginning of the call, or at some point during a call, it will not be possible for the user's full request to be satisfied since the network is often configured to allow normal voice calls to take precedence over additional time slots for HSCSD users. An innovation in HSCSD is to allow different error correction methods to be used for data transfer. The original error correction used in GSM was designed to work at the limits of coverage and in the worst case that GSM will handle. This means that a large part of the GSM transmission capacity is taken up with error correction codes. HSCSD provides different levels of possible error correction which can be used according to the quality of the radio link. This means that in the best conditions 14.4 kbit/s can be put through a single time slot that under CSD would only carry 9.6 kbit/s, i. e. a 50% improvement in throughput. The user is typically charged for HSCSD at a rate higher than a normal phone call (e. g., by the number of time slots allocated) for the total period of time that the user has a connection active. This makes HSCSD relatively expensive in many GSM networks and is one of the reasons that packet switched General Packet Radio Service (GPRS), which typically has lower pricing (based on amount of data transferred rather than the duration of the connection), has become more common than HSCSD. Apart from the fact that the full allocated bandwidth of the connection is available to the HSCSD user, HSCSD also has an advantage in GSM systems in terms of lower average radio interface latency than GPRS. This is because the user of an HSCSD connection does not have to wait for permission from the network to send a packet. HSCSD is also an option in Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) and Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) systems where packet data transmission rates are much higher. In the UMTS system, the advantages of HSCSD over packet data are even lower since the UMTS radio interface has been specifically designed to support high bandwidth, low latency packet connections. This means that the primary reason to use HSCSD in this environment would be access to legacy dial up systems.