Antero Norkio, 42257b
antero.norkio@hut.fi
SISÄLLYSLUETTELO
1. JOHDANTO 2
2. ENNEN DECT:IÄ KÄYTETYT STANDARDIT 3
2.1 CT0 3
2.2 CT1 42.3 CT2 5
3. DECT 6
3.1 DECT - standardi 6
3.2 DECT - tekniikka 7
3.3 DECT - liikenne käytännössä 9
3.4 DECT:in mahdollistamia piirteitä 10
3.5 TYYPILLINEN PUHELINJÄRJESTELMÄ 11
3.6 DECT SOVELLUKSET 11
4. DECT - tulevaisuus 12
LÄHDELUETTELO 13
LYHENTEET 14
DECT - standardia suunniteltaessa lähdettiin perusajatuksesta
saada aikaan luotettava ja joustava lyhyen kantaman digitaalinen
radiotie. Lisäksi vaadittiin suurta liikennetiheyttä
ja siirtokapasiteettia.
Tälläinen standardi valmistui 1992. Digital Enhanced
Cordless Telecommunications (DECT) on standardi johdottomaan puhe-
ja dataviestintään. Lähteestä riippuen DECT
voi tarkoittaa myös Digital European Cordless Telecommunicationia,
sillä standardin levitessä Euroopan ulkopuolelle korvattiin
sana European sanalla Enhanced (tätä voisi verrata UDP:n
kehitykseen sanasta Unreliable sanaan User). Aikaan saatu standardi
on kuitenkin jätetty hyvin avoimeksi, jolloin sen käyttömahdollisuudet
ovat laajat. DECT:iä on sovellettu mm. langattomiin puhelinjärjestelmiin
ja langattomiin lähiverkkoihin.
Tämä yleiskatsaus DECT:iin tapahtuu langattoman puhelinjärjestelmän
näkökulmasta, joka on tällä hetkellä
DECT:in eniten käytetty sovellus. Lisäksi langattomien
puhelinjärjestelmien tulevaisuus on mielenkiintoinen, etenkin
tällä hetkellä kasvavan matkapuhelin markkinoiden
ansiosta; miksi siis hankkia langaton puhelin, jos matkapuhelin
ei rajoitu paikalliseen tukiasemaan ?
Myyntiargumentti langattomalle puhelinjärjestelmälle
on kuitenkin selvä; ilmaiset sisäpuhelut. Näin
on tietenkin perinteiselläkin puhelinjärjestelmällä,
joten toinen etu on langattoman puhelimen mukanaan tuoma liikkumisen
vapaus kuitenkin siten, että pysytään hyödyntämään
puhelinvaihteen lähes kaikkia ominaisuuksia. Matkapuhelimeen,
NMT tai GSM, verrattuna DECT:in etuna ovat mm. matkapuhelimilla
sisätiloissa usein esiintyvät katvealueet sekä
matkapuhelimen kalleus väärässä käyttötarkoituksessa,
esimerkiksi kahvin tilaamisessa neuvotteluhuoneeseen. Matkapuhelin
on tietenkin ylivoimainen työkalu matkakäytössä.
Johdottomiin puhelimiin liittyy useita nimityksiä ja kehityssuuntia.
Suomessa virallisesti hyväksyttyjä johdottomia puhelimia
on ollut kahden eri standardin mukaisia. Nämä standardit
ovat CT1 (CT = Cordless Telephone) ja CT2. Piraattipuhelimia,
eli tyyppihyväksymättömiä johdottomia puhelimia
kutsutaan Suomessa CT0:ksi. Ulkomailla on olllut käytössä
myös CT3 - standardi, jota on kutsuttu esi-DECT:ksi mutta
joka on poistunut DECT:in myötä.
Johdoton puhelin voidaan määritellä laitteeksi,
joka muodostuu käsipuhelimesta (luurista), joka liikennöi
langattomasti tukiaseman kanssa. Tukiasema puolestaan on liitetty
tavalliseen puhelinpistorasiaan. Johdottoman puhelimen toiminta-
ja liikkuvuusalue on riippuvainen radioaaltojen etenemisestä
ja rajoittuu useimmilla malleilla muutamasta kymmenestä metristä
muutamaan sataan metriin.
Seuraavaksi esitellään aiemmat standardit yleisellä
tasolla.
CT0 ei ole virallinen standardi vaan kyseessä on pikemminkin
valmistuttajien oma 'standardi'. Markkinoilla onkin ollut jo vuodesta
1970 standardoimattomia puhelimia, joita on valmistettu lähinnä
kaukoidässä. Niissä on kuitenkin puutteellisuuksia,
jotka ovat estäneet tyyppihyväksynnän.
Tällaisia puutteellisuuksia on mm. puhelimen toiminta väärällä
taajuudella. Tästä seuraa erilaisia häiriöitä.
Esimerkiksi CT0:n käyttämä 46 MHz:n taajuus on
sama kuin kaapelitelevision ja Ylen lähetyksissä käyttämä
taajuus. Näin ollen CT0 - tyyppisten puhelimien kytkeminen
suomalaiseen puhelinverkkoon on kielletty.
Muita ongelmia saattaa syntyä, sillä puhelinlaskujen
oikeellisuutta ei voida taata ja salakuuntelu on helppoa analogisuudesta
johtuen. Piraattipuhelimen ollessa kysessä on myös varaosien
saatavuus mitätön eikä luonnollisesti huoltoakaan
ole.
Radioliikenteen ominaisuudet on esitetty yhteenvedon omaisesti taulukossa 1.
Taulukko 1. CT0 - puhelinten RF - ominaisuudet
CT1 eli ensimmäisen sukupolven langaton puhelin on CEPT:n
suositukseen perustuva analoginen johdoton puhelin, jonka pohjalta
on tehty ETSI:n standardi I-ETS 300 235. CT1:n tarkoituksena
oli poistaa standardoimattomien puhelimien aiheuttamat epäkohdat.
Laitteita tuli markkinoille 80 - luvun puolivälissä
mutta niiden yleistymistä rajoitti korkea hinta, suuri koko
ja pieni toimintaetäisyys.
Teknisiä parannuksia CT0:n verrattuna ovat vapaan kanavan
haku, signaalitason valvonta ja aikavalvonta. Analogisen signalonnin
vuoksi puhelinsalaisuutta on edelleen mahdoton taata.
CT1 - puhelimet tulevat kuitenkin poistumaan, sillä taajuusalue
on sama kuin GSM - puhelimilla.
RF - ominaisuudet on esitetty taulukossa 2.
Taulukko 2. CT1 - puhelinten RF - ominaisuudet
ETSI:n seuraava johdottomien puhelimien standardi oli CT2/CAI.
Siinä analoginen radiosignalointi korvattiin digitaalitekniikalla
siten, että digitalisoitu puhe siirretään puhelinten
välillä kahdessa aikavälissä. Näin kumpikin
vuorotellen kuuntelee ja lähettää samalla radiokanavalla.
Liikennekapasiteetti ei kuitenkaan ollut CT1 parempi. CT2 tekniikalla
toteutettujen puhelinten salakuuntelu on digitaalitekniikan ansiosta
kuitenkin vaikeampaa kuin CT1 puhelinten. Digitaalitekniikka mahdollistaa
lisäksi pienemmän puhelimen koon sekä paremman
äänenlaadun.
CAI (Common Air Interface) on standardi, joka mahdollistaa eri
valmistajien puhelimien toiminnan saman tukiaseman yhteydessä.
Näin puhelinta voitaisiin käyttää esimerkiksi
kaupungilla sijaitsevien Telepoint- tai Pointer - tukiasemien
yhteydessä. Telepoint palvelussa ei yleensä voi vastaanottaa
puheluita ja sen käyttöönotto kaatui matkapuhelinten
hintojen romahdettua.
RF - ominaisuudet on esitetty taulukossa 3.
Taulukko 3. CT2 - puhelinten RF - ominaisuudet
Vaatimukset langattomalle puhelimelle ovat ammattimaisessa puhelinliikenteessä
korkeat; toimistoympäristössä on otettava huomioon
suuri puhelinliikenne yhdistettynä korkeisiin käyttäjämääriin,
yhteyden on oltava häiriötön ja puhesalaisuus pitää
pystyä turvaamaan.
Lisäksi, johdottoman puhelimen on voitava soittaa ja vastaanottaa
puheluita riippumatta siitä missä se kulloinkin sijaitsee.
Puhelu ei myöskään saa katketa eikä muulla
tavalla häiriintyä siirryttäessä tukiasemalta
toiselle.
CT2:ta alettiin näin ollen edelleen kehitettämään,
jolloin saatiin kolmas johdottomien puhelimien (televiestimien)
standardi, DECT.
DECT on ETSI:n standardi, joka on julkaistu vuonna 1992 ja laitteita
on tullut markkinoille vuonna 1993. Myös laitevalmistajat
olivat voimakkaasti mukana kehitystyössä, erityisesti
Oy L M Ericsson.
DECT - standardia varten on olemassa ns. CTR (Common Technical
Regulations) normeja. CTR 6 normissa määritellään
DECT - laitteiden käyttämän radiotekniikan minimivaatimukset
esim. taajuusalue, kanavajako ja modulaatiomenetelmä. CTR
10:ssä määritellään, miten DECT:ssa siirretään
puhetta, jotta puhelinverkostojen signalointivaatimukset tulisi
täytettyä. Tähän sisältyvät siis
myös puhelaatuvaatimukset.
On jo kehitetty tai ollaan osittain kehittämässä
myös muita normeja, joissa määritellään
sellaisia signalointiin, kuten käsipuhelinten tunnistamiseen,
liittyviä asioita, jotka mahdollistavat eri valmistajien
käsipuhelinten käytön samassa verkostossa. Lisäksi
kehitellään DECT/ISDN ja DECT/GSM yhteensopivuus-normeja.
Tällä hetkellä on jo olemassa DECT/GSM - puhelimia
eli puhelimia, jotka toimivat sekä DECT - puhelimena, että
DECT - verkon ulkopuolella GSM - puhelimena. Näiden puhelimien
hinta on kuitenkin vielä korkea.
Eritasoisten normien ansiosta voivat laitevalmistajat kehittää
eritasoisia radioviestimiä. Jos DECT-laite viestittää
esim. pelkkää dataa (ei siis puhetta) eikä sitä
liitetä yleiseen puhelinverkkoon, eikä myöskään
signalointi vaadi yhteensopivuutta muiden DECT-laitteiden kanssa,
riittää jos CTR 6 tulee täytetyksi.
DECT:ssä käytetään 1,88 - 1,90 GHz radiotaajuusaluetta,
joka on jaettu edelleen 10:een radiokanavaan (eli siis 10 kantoaaltoa
2 MHz:in kanavavälillä).
Lähetysteho per radiokanava on 250 mW. Yksittäisen käsipuhelimen
käyttämä keskiteho on 10,4 mW. Tällä
suhteellisen alhaisella lähetysteholla on pyritty pitämään
ns. solukokoa (tukiaseman toiminta-aluetta) riittävän
pienenä, jotta rajallista määrää liikennekanavia
(120 kpl) voitaisiin käyttää uudelleen riittävän
lyhyen matkan päässä. Tukiasemien muodostama solurakenne
onkin suunniteltu siten, että kentät menevät osittain
päällekkäin ja uusien tukiasemien lisääminen
on vaivatonta. Tämä vuorostaan mahdollistaa suuren käyttäjätiheyden,
jopa 50 000 - 100 000 käyttäjää / neliökilometri.
Liikenne radiotiellä tapahtuu digitaali- (bitti-) muodossa
1,152 Mb/s. Tämä bittijono on jaettu 10 ms:n mittaisiin
aikakehyksiin. Yhteen aikakehykseen (siis yhteen sadasosasekuntiin)
mahtuu dataa 11520 bittiä.
Jokainen aikakehys on vuorostaan jaettu 24:ään aikaväliin.
DECT:ssä liikenne tapahtuu siten, että 12:ssa ensimmäisessä
aikavälissä tukiasemat lähettävät dataa
ja seuraavassa 12:ssa käsipuhelimet lähettävät
dataa. Tällä tavalla saamme 12 aikajakoista duplexkanavaa
yhtä radiokanavaa kohti, ja kun radiokanavia on kymmenen,
niin DECT - tekniikka tarjoaa siis 120 eri liikennekanavaa.
Kuva 1. DECT:ssä käytetty aikajakoperiaate
Toteutus esitetään kuvassa 1 ja aikavälin "2"
sisältö on kuvattu tarkemmin. Luvut aikavälissä
kertovat kunkin paketin pituuden, eli 24 aikaväliä *
480 bittiä on edellä mainittu 11520 bittiä. Sync
- osa on synkronisointiin liittyvää tietoa ja suojaväli
erottaa paketin seuraavasta aikavälistä.
Puhe puolestaan digitoidaan käyttämällä hyväksi
Adaptive Differential Pulse Code Modulationia (ADPCM). Digitalisointi,
eli puheen muuttaminen dataksi tapahtuu siten, että ääniaaltojen
mikrofonissa aikaansaamasta vaihtojännitteestä otetaan
näytteitä 8000 kertaa sekunnissa. Näytetulos muutetaan
biteiksi, 8 bittiä/näyte, jolloin taajuus on 64 kb/s.
Näin saatu signaali koodataan DECT:ssä uudelleen siten,
että näytteen jännite-ero edelliseen näytteeseen
verrattuna muutetaan muotoon 4 bittiä/näyte. Näin
saadaan 8000*4b/s, joka tekee 32 kb/s. Tämä on puolestaan
DECT:in käyttämä digitaalinen puheensiirtotaajuus.
DECT - käsipuhelimessa käytetään muistia,
johon mahtuu 320 bittiä puhedataa. Kun puhelimeen puhutaan,
muisti täyttyy jatkuvasti. Käsipuhelimen ja tukiaseman
välinen liikenne toimii siten, että puhemuisti tyhjenee
nopeina bittipurskeina 100 kertaa sekunnissa aina silloin, kun
käsipuhelin osuu siihen aikaväliin, jonka se on valinnut
liikennekanavakseen. Liikenne tukiasemilta käsipuhelimille
päin tapahtuu samalla periaatteella vastaavissa aikaväleissä.
Yksittäinen käsipuhelin käyttää näin
ollen kaksi 416 ms:n
mittaista aikaväliä eli yhteensä n. 0.8 ms jokaisesta
10 ms:n mittaisesta aikakehyksestä varsinaiseen signaalinvaihtoon
tukiaseman kanssa. Näin ollen jokaiselle käsipuhelimelle
jää n. 92% joutoaikaa, jonka se voi käyttää
119:n muun DECT - kanavan tarkkailuun eli skannaamiseen.
Tietoa muista kanavista hyödynnetään, mikäli
puhelimen tarvitsee esimerkiksi häiriöiden vuoksi siirtyä
toiselle kanavalle.
Kuva 2 esittää seitsemän eri puhelimen (a - f) ja tukiaseman keskustelua. Aikavälillä "0", tukiasema lähettää signaalin kantoaallolla 1 käsipuhelimelle a, joka vastaa takaisin aikavälillä "12".
Kuva 2. Tukiaseman ja puhelimen vuorottelu
Jokaisella DECT - käsipuhelimella voi olla katsottuna muutama
muu kanava, johon se voi tarpeen niin vaatiessa vaihtaa eli suorittaa
"hand-overin". Se voi tapahtua kahdella eri tavalla:
Kanavanvaihto tapahtuu käyttäjältä täysin
huomaamattomasti, sillä se tapahtuu yhdessä aikakehyksessä
eli siis sekunnin sadasosassa.
Kuvan 3 esimerkki havainnollistaa asiaa: käsipuhelin a
liikennöi kantoaallolla 1, aikaväleillä "0"
ja "12". Ulkoisen häiriötekijän vuoksi
kantoaalto tulee käyttökelvottomaksi. Käsipuhelimella
on jo valmiiksi katsottuna sekundäärikanava esimerkiksi
9, jossa se jatkossa liikennöi aikaväleillä 2 ja
14.
Kuvassa 3 aikavälissä "12" näkyvä a on vain esimerkin omainen (lähtötilanne), jatkossa kyseistä aikaväliä ei siis enää käytetä. Ennen siirtymistään puhelin on kuitenkin vaihtanut tukiaseman kanssa hand-overiin liittyvää dataa, jonka jälkeen se siirtää yhteyden kantoaallolle 9 kokonaisuudessaan.
Kuva 3. Siirtyminen kantoaallolta toiselle
DECT - tekniikka mahdollistaa useita erilaisia piirteitä.
Ne eivät välttämättä näy käyttäjälle,
mutta parantavat käytettävyyttä huomattavasti kuten
esimerkiksi:
Edellä kuvattu puhelinjärjestelmä koostuu tyypillisesti
kolmesta eri komponentista; radiovaihteesta, tukiasemaverkosta
ja langattomista puhelimista.
Radiovaihde toimii rajapintana puhelinvaihteen ja tukiasemaverkon
välillä. Liitäntä puhelinvaihteeeseen tehdään
vaihteen analogisten alaliittymäpaikkojen kautta. Puhelujen
kytkeminen, koodaus, verkon hallinta ja järjestelmän
ylläpito tapahtuu radiovaihteessa. Radiovaihde käyttää
hyväkseen siihen liitetyn puhelinvaihteen toimintoja, ts.
kaikki puhelut reitetään puhelinvaihteen kautta, myös
kahden langattoman puhelimen välinen liikenne. Näin
taatan puhelimille tyypilliset alaliittymä toiminnot.
Tukiasemat kaapeloidaan normaaliin puhelinsisäjohtoverkkoon.
Tarvittava kaapeliparimäärä muodostuu tukiaseman
ja radiovaihteen välisestä etäisyydestä. Useimmiten
2 - 3 paria riittää sekä puheen siirtoon että
tukiaseman jännitteensyöttöön. Tukiaseman
tehtävänä on ulottaa radioverkon peittoalue tarvittaviin
osiin kiinteistöä ja taata paras mahdollinen äänenlaatu.
Mikäli jollakin alueella yhtäaikaisten puhelujen määrän
odotetaan kasvavan, voidaan alueen puhelumäärää
nostaa lisäämällä tukiasemia ja pientämällä
solun kokoa.
Langattomat puhelimet käyttävät hyväskeen
jo edellä mainittuja toimintoja ja niiden koko on tyypillisesti
n. 100 - 200 g ja puheaika n. 2 - 10 tuntia.
Tällä hetkellä DECT:illä voidaan katsoa olevan
5 pääsovellusta:
DECT:in tulevaisuus näyttää hyvälle. Standardi
on levinnyt jo Euroopan ulkopuolelle ja mm. Yhdysvalloissa, sitä
ollaan soveltamassa heidän järjestelmiinsä. DECT:in
ja GSM:n erot voidaan nähdä toisiaan täydentäviä,
joten DECT/GSM - standardi tulee olemaan tärkeä tekijä
tulevaisuudessa. Tämä erityisesti siksi, että toteutuessaan
DECT - tukiasemat yhdistyisivät GSM - tukiasemien kanssa.
Näin DECT - käyttäjä säilyttää
DECT:in edut mutta hyötyy GSM - verkon kattavuudesta; samaa
puhelinta voisi käyttää sekä työmaalla,
kotona, että ulkona liikkuessa. GSM - operaattorit puolestaan
saisivat enemmän taajuuskaistaa ja suuremman asiakaskunnan.
Myös ISDN toiminnot lisäävät DECT:in 'elinvoimaa'
kun ne saadaan siihen integroitua.
Samaan aikaan kehitetään kuitenkin uusia standardeja,
jotka saattavat toteutuessaan muuttaa alan nopeastikin. Tälläisia
vaihtoehtoja on mm:
DECT, OY L M Ericsson AB, Helsinki, 1996
Freeset System Overview, OY L M Ericsson AB, Amsterdam, 1996
GSM and DECT: Getting their act together, Ericsson, Ruotsi, 1995
http://www.ericsson.com/Connexion/connexion1-95/tech.html
Hämeen-Anttila, R, Hölttä, P, Niinioja, S, Tietoliikennejärjestelmät.
Painatuskeskus Oy, Helsinki, 1993
Langaton Puhelinjärjestelmä, OY L M Ericsson AB, Suomi,
1995
Ruismäki Rauno, Radiopuhelinjärjestelmät pähkinänkuoressa,
Telehallintokeskus, Suomi, 1996
ADPCM - Adaptive Delta Pulse Code Modulation, adaptiivinen
deltapulssikoodimodulaatio
CAI - Common Air Interface, standardi eri valmistajien
langattomille puhelimille, jotka toimivat saman tukiaseman yhteydessä
CEPT - Conference Europeenne des Administrations des Postes
et des Telecommunications, Euroopan telehallintojen yhteistyöelin
CLAN - Cordless Local Area Networks
CT - Cordless Telephone, langattoman puhelimen standardi,
jotka on jaettu eri sukupolviin (0,1,2,3)
CTR - Common Technical Regulations, yhteiset tekniset säädökset
DECT - lähteestä riippuen, Digital Enhanced Cordless
Telecommunications tai Digital European Cordless Telecommunications
ETSI - European Telecommunications Standards Institure,
Euroopan telealan standardointilaitos
FPLMTS - Future Public Land Mobile Telecommuncation Systems
FSK - Frequency Shift Keying
GSM - Global System for Mobile Communication, yleiseurooppalainen
matkaviestinjärjestelmä
ISDN - Integrated Services Digital Network, digitaalinen
monipalveluverkko
NMT - Nordic Mobile Telephone, yleispohjoismainen matkaviestinjärjestelmä
Pointer - PTL - Telen Telepoint palvelu
RF - Radio Frequency, radiotaajuus
Telepoint - palvelu langattomalle puhelimelle, jonka avulla
voidaan ottaa vastaan puheluita n. 200 m päässä
sijaitsevasta Telepoint - tukiasemasta
UMTS - Universal Mobile Telecommuncation System
UPT - Universal Personal Telecommunications