Введение

Стандарт ITU для беспроводных телефонных систем

Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT) — это стандарт беспроводной телефонии, поддерживаемый ETSI. Он возник в Европе, где является распространенным стандартом, заменяющим более ранние стандарты, такие как CT1 и CT2. Начиная со стандарта DECT 2020, он также включает в себя коммуникации IoT. Помимо Европы, его приняли Австралия и большинство стран Азии и Южной Америки. Внедрение в Северной Америке было задержано из-за правил регулирования радиочастот в Соединенных Штатах. Это вынудило разработать вариант DECT под названием DECT 6.0, использующий несколько иной диапазон частот, что делает эти устройства несовместимыми с системами, предназначенными для использования в других регионах, даже от одного и того же производителя. DECT почти полностью заменил другие стандарты в большинстве стран, где он используется, за исключением Северной Америки. Изначально DECT предназначался для быстрого роуминга между сетевыми базовыми станциями, а первым продуктом DECT стала беспроводная локальная сеть Net3. Однако наиболее распространенным его применением являются одноклеточные беспроводные телефоны, подключенные к традиционным аналоговым телефонным линиям, в основном в домашних и небольших офисных системах, хотя шлюзы с многоклеточными DECT и/или DECT-ретрансляторами также доступны во многих частных автоматических телефонных станциях (PBX) для средних и крупных предприятий, производимых компаниями Panasonic, Mitel, Gigaset, Ascom, Cisco, Grandstream, Snom, Spectralink и RTX. DECT также может использоваться для других целей, помимо беспроводных телефонов, таких как радионяни и промышленные датчики. DECT ULE и протокол "HAN FUN" являются вариантами, адаптированными для домашней безопасности, автоматизации и интернета вещей (IoT). Стандарт DECT включает в себя общий профиль доступа (GAP) — общий профиль совместимости для базовых телефонных функций, который реализуется большинством производителей. Соответствие GAP позволяет аппаратам и базам DECT от разных производителей взаимодействовать на самом базовом уровне функциональности, а именно совершать и принимать звонки. Япония использует свой собственный вариант DECT, J DECT, который поддерживается форумом DECT. Стандарт DECT нового поколения (NG DECT), продаваемый форумом DECT под названием CAT iq, предоставляет общий набор расширенных возможностей для аппаратов и базовых станций. CAT iq обеспечивает взаимозаменяемость между базовыми станциями IP DECT и аппаратами от разных производителей, сохраняя при этом обратную совместимость с оборудованием GAP. Он также требует обязательной поддержки широкополосного аудио. DECT 2020 New Radio, продаваемый как NR+ (New Radio plus), — это протокол передачи данных 5G, соответствующий требованиям ITU R IMT 2020 к сверхнадежной связи с низкой задержкой и массовым машинно-ориентированным взаимодействию, и может сосуществовать с более ранними устройствами DECT.

История стандартов

Стандарт DECT был разработан ETSI в несколько этапов, первый из которых состоялся в период с 1988 по 1992 год, когда был опубликован первый набор стандартов. Это были серии ETS 300 175, состоящие из девяти частей и определяющие воздушный интерфейс, и ETS 300 176, определяющие порядок типового утверждения устройств. Для разъяснения стандарта также был опубликован технический отчет ETR 178. Последующие стандарты были разработаны и опубликованы ETSI для профилей взаимодействия и стандартов тестирования. При запуске CEPT в ноябре 1987 года он назывался Digital European Cordless Telephone, но вскоре был переименован в Digital European Cordless Telecommunications по предложению Энрико Тосато из Италии, чтобы отразить более широкий спектр применения, включая услуги передачи данных. В 1995 году, в связи с более широким глобальным использованием, название было изменено с European на Enhanced. DECT признан ITU как соответствующий требованиям IMT 2000 и, следовательно, квалифицируется как система 3G. В рамках группы технологий IMT 2000 DECT обозначается как IMT 2000 Frequency Time (IMT FT). DECT был разработан ETSI, но впоследствии был принят многими странами по всему миру. Исходный частотный диапазон DECT (1880–1900 МГц) используется во всех странах Европы. За пределами Европы он используется в большинстве стран Азии, Австралии и Южной Америки. В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи в 2005 году изменила схему распределения каналов и стоимость лицензирования в близлежащем диапазоне (1920–1930 МГц или 1,9 ГГц), известном как Unlicensed Personal Communications Services (UPCS), что позволило продавать устройства DECT в США с минимальными изменениями. Эти каналы предназначены исключительно для голосовой связи и поэтому менее подвержены помехам от других беспроводных устройств, таких как радионяни и беспроводные сети. Стандарт New Generation DECT (NG DECT) был впервые опубликован в 2007 году; он был разработан ETSI при поддержке Home Gateway Initiative через DECT Forum для поддержки функций IP DECT в домашнем шлюзе/IP PBX. Серия ETSI TS 102 527 состоит из пяти частей и охватывает широкополосное аудио и обязательные функции взаимодействия между телефонными аппаратами и базовыми станциями. Ему предшествовал пояснительный технический отчет ETSI TR 102 570. DECT Forum поддерживает торговую марку и программу сертификации CAT iq; профиль широкополосной голосовой связи CAT iq 1.0 и профили взаимодействия 2.0/2.1 основаны на соответствующих частях ETSI TS 102 527. Стандарт DECT Ultra Low Energy (DECT ULE) был анонсирован в январе 2011 года, а первые коммерческие продукты были выпущены позже в том же году компанией Dialog Semiconductor. Стандарт был создан для обеспечения работы приложений для домашней автоматизации, безопасности, здравоохранения и мониторинга энергопотребления, работающих от батарей. Как и DECT, стандарт DECT ULE использует диапазон 1,9 ГГц и поэтому менее подвержен помехам, чем Zigbee, Bluetooth или Wi-Fi от микроволновых печей, работающих в нелицензируемом диапазоне 2,4 ГГц ISM. DECT ULE использует простую топологию сети типа «звезда», поэтому многие устройства в доме подключены к одному управляющему устройству. Новый аудиокодек с низкой вычислительной сложностью LC3plus был добавлен в качестве опции в редакцию стандарта DECT 2019 года. Этот кодек предназначен для высококачественных голосовых и музыкальных приложений и поддерживает масштабируемое узкополосное, широкополосное, сверхширокополосное и полнополосное кодирование с частотами дискретизации 8, 16, 24, 32 и 48 кГц и полосой пропускания звука до 20 кГц. Протокол DECT 2020 New Radio был опубликован в июле 2020 года; он определяет новый физический интерфейс на основе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов с циклическим префиксом (CP OFDM), способный обеспечивать скорость передачи данных до 1,2 Гбит/с при модуляции QAM 1024. Обновленный стандарт поддерживает многоантенную технологию MIMO и формирование луча, кодирование каналов FEC и гибрический автоматический запрос повторения. Существует 17 радиочастотных каналов в диапазоне от 450 МГц до 5875 МГц и полосы пропускания каналов 1728, 3456 или 6912 кГц. Прямая связь между оконечными устройствами возможна с использованием топологии сети типа «сетка». В октябре 2021 года DECT 2020 NR был одобрен для стандарта IMT 2020 для использования в автоматизации промышленности массовых машинных коммуникаций (MMTC), сверхнадежных коммуникациях с низкой задержкой (URLLC) и профессиональных беспроводных аудиоприложениях с точечным или многоадресным обменом данными; предложение было ускорено ITU R после реальных оценок. DECT Forum будет продвигать новый протокол под названием NR+ (New Radio plus). OpenD — это платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для обеспечения полной программной реализации протоколов DECT ULE на эталонном оборудовании от Dialog Semiconductor и DSP Group; проект поддерживается DECT Forum.

Применение

Стандарт DECT первоначально предусматривал три основные области применения: услуга продвигалась всего несколько месяцев и, достигнув пика в 142 000 абонентов, была закрыта в 2001 году. DECT использовался для беспроводных локальных сетей в качестве замены медных пар на "последней миле" в таких странах, как Индия и Южная Африка. Используя направленные антенны и жертвуя некоторой пропускной способностью, зона покрытия сотовой сети могла быть увеличена более чем на [укажите единицу измерения, если она есть в контексте, иначе опустите]. Примером является стандарт corDECT. Первым приложением для передачи данных в DECT была беспроводная локальная сеть Net3 от Olivetti, запущенная в 1993 году и прекращенная в 1995 году. Net3, являясь предшественником Wi-Fi, представляла собой микросотовую сеть, предназначенную исключительно для передачи данных, с быстрой передачей между базовыми станциями и скоростью передачи 520 кбит/с. Существуют и другие приложения для передачи данных, такие как электронные кассовые терминалы, светофоры и дистанционные открыватели дверей, но они были вытеснены Wi-Fi, 3G и 4G, которые конкурируют с DECT как в области голосовой связи, так и передачи данных.

Характеристики

Стандарт DECT определяет способ доступа портативного телефона или "Портативной части" к фиксированной телефонной сети по радиосвязи. Базовая станция или "Фиксированная часть" используется для окончания радиосоединения и обеспечения доступа к фиксированной линии. Шлюз затем используется для подключения вызовов к фиксированной сети, такой как общедоступная коммутируемая телефонная сеть (телефонный разъем), офисная АТС, ISDN или VoIP через Ethernet-соединение. Типичные возможности системы DECT Generic Access Profile (GAP) для домашнего использования включают несколько трубок для одной базовой станции и одного телефонного разъема. Это позволяет разместить несколько беспроводных телефонов по всему дому, все работающие от одного телефонного разъема. Дополнительные трубки имеют зарядное устройство, которое не подключается к телефонной системе. Во многих случаях трубки могут использоваться как домофоны, для связи друг с другом, а иногда и как рации, для связи друг с другом без подключения к телефонной линии. DECT работает в диапазоне 1880–1900 МГц и определяет десять частотных каналов от 1881,792 МГц до 1897,344 МГц с шагом между каналами 1728 кГц. DECT работает как многоканальная система с частотным разделением каналов (FDMA) и временным разделением каналов (TDMA). Это означает, что радиочастотный спектр разделен на физические несущие в двух измерениях: частоте и времени. Доступ FDMA обеспечивает до 10 частотных каналов, а доступ TDMA – 24 временных слота на каждый кадр длительностью 10 мс. DECT использует метод разделения времени для дуплексной связи (TDD), что означает, что восходящая и нисходящая линии связи используют одну и ту же частоту, но разные временные слоты. Таким образом, базовая станция обеспечивает 12 дуплексных речевых каналов в каждом кадре, при этом каждый временной слот может занимать любой доступный канал, что дает в сумме 10 × 12 = 120 несущих, каждый из которых имеет скорость 32 кбит/с. DECT также обеспечивает расширение спектра с помощью частотно-прыгающей связи (frequency hopping) поверх структуры TDMA/TDD для приложений в ISM-диапазоне. Если частотно-прыгающая связь не используется, каждая базовая станция может обеспечить до 120 каналов в спектре DECT до повторного использования частоты. Каждый временной слот может быть назначен на другой канал для использования преимуществ частотно-прыгающей связи и избежания помех от других пользователей асинхронным способом. DECT обеспечивает беспроводную связь без помех на открытом воздухе на расстоянии до нескольких сотен метров. Производительность внутри помещений снижается, когда внутреннее пространство ограничено стенами. DECT обеспечивает надежную работу в типичных условиях перегруженного радиоэфира в жилых помещениях. Он, как правило, не подвержен помехам от других систем DECT, сетей Wi-Fi, видеопередатчиков, технологии Bluetooth, радионянь и других беспроводных устройств.

Физический слой

Физический уровень DECT использует доступ FDMA/TDMA с TDD. Применяется модуляция сдвига частоты Гаусса (GFSK): двоичная единица кодируется увеличением частоты на 288 кГц, а двоичный ноль – уменьшением частоты на 288 кГц. При высококачественных соединениях может использоваться дифференциальная PSK-модуляция (DBPSK, DQPSK или D8PSK) 2, 4 или 8 уровней, аналогичная QAM 2, QAM 4 и QAM 8, для передачи 1, 2 или 3 бит на символ. Модуляции QAM 16 и QAM 64 с 4 и 6 битами на символ могут использоваться только для пользовательских данных (поле B), обеспечивая скорость передачи до 5,068 Мбит/с. DECT обеспечивает динамический выбор и назначение каналов; выбор частоты передачи и временного слота всегда осуществляется мобильным терминалом. В случае возникновения помех в выбранном частотном канале мобильный терминал (возможно, по предложению базовой станции) может инициировать либо передачу внутри сети, выбрав другой канал/передатчик на той же базовой станции, либо передачу между сетями, выбрав другую базовую станцию. Для этого устройства DECT регулярно, с интервалом в 30 секунд, сканируют все свободные каналы для формирования списка индикаторов силы принятого сигнала (RSSI). При необходимости нового канала мобильный терминал (PP) или базовая станция (FP) выбирают канал с минимальными помехами из списка RSSI. Максимально допустимая мощность для портативного оборудования и базовых станций составляет 250 мВт. Во время разговора портативное устройство излучает в среднем около 10 мВт, поскольку использует только один из 24 временных слотов для передачи. В Европе ограничение мощности выражалось в эффективной излучаемой мощности (ERP), а не в более распространенной эквивалентной изотропной излучаемой мощности (EIRP), что позволяло использовать направленные антенны с высоким коэффициентом усиления для достижения значительно более высокой EIRP и, следовательно, большей дальности.

Безопасность

Уровень управления доступом к среде DECT включает аутентификацию телефонных аппаратов базовой станцией с использованием стандартного алгоритма аутентификации DECT (DSAA). При регистрации аппарата на базе, оба устройства сохраняют общий 128-битный уникальный ключ аутентификации (UAK). Базовая станция может запросить аутентификацию, отправив два случайных числа аппарату, который вычисляет ответ, используя общий 128-битный ключ. Аппарат также может запросить аутентификацию, отправив 64-битное случайное число на базовую станцию, которая выбирает второе случайное число, вычисляет ответ, используя общий ключ, и отправляет его обратно вместе со вторым случайным числом. Стандарт также предоставляет услуги шифрования со стандартным шифром DECT (DSC). Шифрование достаточно слабое, использующее 35-битный вектор инициализации и 64-битное шифрование голосового потока. Хотя большая часть стандарта DECT находится в открытом доступе, часть, описывающая стандартный шифр DECT, была доступна только производителям телефонов от ETSI на основании соглашения о неразглашении. Характеристики протокола DECT затрудняют перехват кадра, его изменение и последующую отправку, поскольку кадры DECT основаны на временном мультиплексировании и должны передаваться в определенный момент времени. После неподтвержденного сообщения об успешной атаке в 2002 году, участники проекта deDECTed.org в 2008 году фактически провели реверс-инжиниринг стандартного шифра DECT, и с 2010 года существует работоспособная атака, позволяющая восстановить ключ. В 2012 году улучшенный алгоритм аутентификации DECT Standard Authentication Algorithm 2 (DSAA2) и улучшенная версия алгоритма шифрования DECT Standard Cipher 2 (DSC2), оба основанные на 128-битном шифровании AES, были включены в качестве опциональных в пакет NG DECT/CAT iq. DECT Forum также запустила программу сертификации DECT Security, которая обязывает использовать ранее необязательные функции безопасности в профиле GAP, такие как раннее шифрование и аутентификация базовой станции.

DECT 6.0

DECT 6.0 — североамериканский маркетинговый термин для устройств DECT, произведенных для Соединенных Штатов и Канады и работающих на частоте 1,9 ГГц. «6.0» не обозначает полосу спектра; было решено, что термин DECT 1.9 может ввести в заблуждение покупателей, которые ассоциируют большие числа (например, 2,4 и 5,8 в существующих беспроводных телефонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц) с более новыми продуктами. Термин был придуман Риком Крупкой, директором по маркетингу Siemens и рабочей группой DECT USA / Siemens ICM. В Северной Америке DECT имеет недостатки по сравнению с DECT в других регионах, поскольку полоса UPCS (1920–1930 МГц) подвержена сильным помехам. Пропускная способность вдвое меньше, чем в Европе (1880–1900 МГц), средняя мощность передачи 4 мВт снижает дальность по сравнению с 10 мВт, разрешенными в Европе, а широкое отсутствие совместимости GAP среди американских поставщиков привязывает покупателей к одному производителю. До того, как полоса 1,9 ГГц была одобрена FCC в 2005 году, DECT мог работать только в нелицензируемых полосах 2,4 ГГц и 900 МГц региона 2 ISM; некоторые пользователи телефонов Uniden WDECT 2,4 ГГц сообщали о проблемах совместимости с оборудованием Wi-Fi. Ненадежный источник: дата=июнь 2018.

Североамериканские продукты DECT 6.0 нельзя использовать в Европе, Пакистане, Шри-Ланке и Африке, поскольку они создают помехи и подвержены помехам в местных сетях сотовой связи. Использование таких продуктов запрещено европейскими органами регулирования в области связи, PTA, Комиссией по регулированию телекоммуникаций Шри-Ланки и Независимым органом связи Южной Африки. Европейские продукты DECT нельзя использовать в Соединенных Штатах и Канаде, поскольку они также создают помехи и подвержены помехам в американских и канадских сетях сотовой связи, а их использование запрещено Федеральной комиссией по связи и Innovation, Science and Economic Development Canada. DECT 8.0 HD — это маркетинговое обозначение североамериканских устройств DECT, сертифицированных с профилем CAT iq 2.0 "Multi Line".

Приложения

DECT NR+ (называемый DECT 2020 NR в ETSI) в первую очередь ориентирован на удовлетворение потребностей локальных развертываний в двух областях применения: массовая машинного типа связь (mMTC) и сверхнадежная связь с низкой задержкой (URLLC), как определено для областей применения сетей 5G. Первая версия стандарта ориентирована на ряд приложений в этих областях, включая интеллектуальный учет и интеллектуальные сети, промышленный интернет вещей, автоматизацию зданий и профессиональную аудиоаппаратуру.

Децентрализованная и автономная сетевая функциональность DECT NR+ была специально разработана для приложений интеллектуального учета и интеллектуальных сетей, а также для сетевых приложений с mesh-топологией в целом. Технология может масштабироваться до миллионов устройств в пределах одной сети. URLLC с низкой задержкой подходит для различных вариантов использования в рамках концепции "Индустрия 4.0". Эти приложения охватывают робототехнику, мониторинг и прогнозирующее обслуживание, и другие. NR+ поддерживает эти варианты использования благодаря низкой задержке и высокой надежности, выделенному частотному диапазону, высокой плотности и масштабируемости.

В отношении профессиональной аудиоаппаратуры и приложений PMSE, DECT NR+ предлагает необходимые характеристики – низкую задержку и высокую надежность. Это делает его подходящим для приложений, требующих передачи и обработки звука в реальном времени, как того требуют профессиональные аудиосистемы, на каналах 1, 2 и 9 в диапазоне частот 1880–1930 МГц. Зарезервированные радиодиапазоны DECT не требуют лицензирования, но устройства должны пройти сертификацию, гарантирующую правильную работу в этих диапазонах.

Будущая работа DECT-2020 в ETSI

Технический комитет DECT начал разработку спецификаций для выпуска 2 стандарта в июне 2023 года.

DECT для сетей передачи данных

В наборе стандартов DECT существуют и другие профили взаимодействия, и в частности DPRS (DECT Packet Radio Services) объединяет ряд предыдущих профилей взаимодействия для использования DECT в качестве беспроводной локальной сети и службы беспроводного доступа в Интернет. Благодаря хорошей дальности (до помещений и с использованием направленных антенн на открытом воздухе), выделенному спектру, высокой помехоустойчивости, открытой совместимости и скорости передачи данных около 500 кбит/с, DECT в свое время казался превосходной альтернативой Wi-Fi. Возможности протокола, встроенные в стандарты сетевого протокола DECT, особенно хорошо поддерживали быстрый роуминг в общественном пространстве между точками доступа, управляемыми конкурирующими, но связанными провайдерами. Первым продуктом DECT, вышедшим на рынок, был Net3 от Olivetti – беспроводной локальный сетевой узел, а немецкие фирмы Dosch & Amand и Hoeft & Wessel создали нишевые предприятия по поставке систем передачи данных на основе DECT. Однако, появление DECT в середине 1990-х годов оказалось слишком ранним для широкого применения беспроводных данных за пределами узкоспециализированных промышленных приложений. В то время как современные провайдеры Wi-Fi сталкивались с теми же проблемами, провайдеры DECT перешли на более немедленно прибыльный рынок беспроводных телефонов. Ключевым недостатком также была недоступность рынка США из-за ограничений спектра, установленных FCC в то время. К тому времени, когда появились массовые приложения для беспроводного Интернета, и США открылись для DECT, уже в новом веке, отрасль значительно продвинулась в плане производительности, и время DECT как технически конкурентоспособного средства беспроводной передачи данных прошло.

Здоровье и безопасность

DECT использует радиосвязь в УВЧ-диапазоне, аналогично мобильным телефонам, радионяням, Wi-Fi и другим беспроводным телефонным технологиям. В Северной Америке средняя мощность передачи 4 мВт ограничивает дальность действия по сравнению с 10 мВт, разрешенными в Европе. Агентство по охране здоровья Великобритании (HPA) утверждает, что благодаря способности мобильных телефонов адаптировать мощность, излучение европейского беспроводного телефона DECT может фактически превышать излучение мобильного телефона. Излучение европейского беспроводного телефона DECT имеет среднюю выходную мощность 10 мВт, но представляет собой 100 импульсов в секунду по 250 мВт, что сопоставимо с мощностью некоторых мобильных телефонов. Большинство исследований не смогли продемонстрировать какую-либо связь с воздействием на здоровье или дали неубедительные результаты. Электромагнитные поля могут влиять на экспрессию белков в лабораторных условиях, но клинически значимого эффекта в реальных условиях пока не выявлено. Всемирная организация здравоохранения опубликовала заявление о медицинских последствиях использования мобильных телефонов, в котором признается, что долгосрочные эффекты (в течение нескольких десятилетий) требуют дальнейшего изучения.