Заложив фундамент технологии GSM, стандарты первого этапа обеспечили достаточно гибкую платформу для дальнейшего развития каналов передачи речи GSM. Первоначально для кодирования речи в GSM был выбран метод RPE-LTP (Regular Pulse Excitation , Linear Predictive Coding), определяющий преобразование речевого сигнала в битовый поток со скоростью 13 Кбит/с. Этот выбор был сделан еще в 1987 г., когда уровень технологии кодирования речи с низкой скоростью битового потока был далек от современного. Однако, как показало время, метод кодирования был выбран достаточно разумно. В других стандартах сотовых сетей второго поколения, таких как японский PDC, североамериканские TDMA и CDMA, отправной точкой послужило кодирование с существенно более низкой выходной скоростью битового потока. Вообще говоря, более низкая скорость часто означает также и более низкое качество. А пользователи не очень хорошо относятся к низкому качеству речи в цифровых сотовых сетях. Тот факт, что некоторые системы передают речь с низким качеством, плохо повлиял на имидж всех цифровых сотовых систем второго поколения, включая GSM, поскольку, многие до сих пор считают, что проблема с качеством речи является общей для всех цифровых сотовых систем.
Сейчас, когда стало очевидным, что системы GSM имеют коммерческий успех, самое время продолжить совершенствование технологии передачи речи, а также начать разработку стандартов, повышающих гибкость и производительность систем в целом.
Улучшение качества речи
Реализованное в системах GSM полноскоростное кодирование речи предоставляет хорошее "сотовое качество" передаваемой речи. Однако благодаря быстрому развитию в течение последних нескольких лет алгоритмов кодирования речи с низкой скоростью битового потока сейчас стало возможным полностью избавиться от имиджа "сотового качества" и достигнуть в сотовых сетях такого же качества речи, как в обычной телефонной сети.
Комитет Special Mobile Group (SMG) Института ETSI уже начал определять требования и рабочие процедуры для стандартизации метода улучшенного полноскоростного кодирования речи для систем GSM. В соответствии с графиком, предложенным Институтом, новый стандарт должен быть готов осенью 1996 г. (работы над этим стандартом были начаты весной 1995 г.). Ниже приведены некоторые требования, предъявляемые к новому кодеку:
График ETSI может показаться достаточно растянутым, и возникает вопрос, когда же новые кодеки будут реализованы в сетях GSM. Другой очевидный вопрос - действительно ли стоит так долго ждать, пока технология кодирования речи с низкой скоростью битового потока достигнет уровня, соответствующего требованиям ETSI.
Один из ответов на эти вопросы можно получить, рассмотрев положение стандарта PCS-1900 в США. Следует заметить, что стандарты для низкоуровневых интерфейсов PCS-1900 практически совпадают со стандартами для GSM. Отличаются они лишь полосами частот. Однако полосы частот PCS-1900 и DCS-1800 близки, следовательно, вполне логично предположить, что существенных различий между этими системами в условиях распространения сигналов нет. Поэтому с точки зрения как качества речи, так и разработки кодеков речи системы DCS-1800 и PCS-1900 функционируют практически в одинаковых условиях. В США четыре производителя систем GSM (фирмы Ericsson, Motorola, Nokia и Northern Telecom) уже пришли к соглашению относительно использования единого кодека, обеспечивающего улучшенное полноскоростное кодирование речи. Этот кодек разработан фирмой Nokia и университетом г. Шербрук (Канада).
Новый кодек имеет выходную скорость битового потока 13 Кбит/с и использует уже существующую схему кодирования каналов. Результаты тестов показали, что новый кодек обеспечивает такое же качество речи, как и обычная телефонная линия, практически по всей зоне обслуживания систем GSM и даже на ее границах, в самых тяжелых условиях распространения сигнала. На рисунке показано качество речевой информации, передаваемой при помощи нового метода, метода RPE-LTP и метода ADPCM со скоростью битового потока 32 Кбит/с. Метод кодирования ADPСM используется, например, в системе DECT.
Увеличение пропускной способности
С точки зрения передачи речи имеется еще одно направление развития GSM: дальнейшее уменьшение скорости битового потока кодированной речи и связанное с ним увеличение числа пользователей (число доступных речевых каналов) в системе. На это и направлена разработка кодирования с половинной скоростью. Выходная скорость такого кодирования с учетом кодирования каналов ровно в два раза меньше выходной скорости полноскоростного кодирования. Поэтому пропускная способность систем GSM может быть увеличена примерно в два раза. В то же время качество речи, сравнимое с качеством речи современных систем GSM с полноскоростным кодированием, достигается главным образом благодаря более развитой технологии обработки сигналов.
Техническое описание кодирования с половинной скоростью было одобрено Комитетом SMG в январе 1995 г. и сейчас опубликовано, хотя до окончательного принятия оно должно пройти ряд официальных процедур в Институте ETSI. Однако поскольку стандарт опубликован, в принципе, уже сейчас может начаться реализация соответствующих ему кодеков в конечных устройствах и инфраструктуре сетей GSM.
Увеличение размеров сот.
На самом деле новое кодирование с половинной скоростью предоставляет еще одну интересную возможность дальнейшего развития речевых каналов GSM. Если при таком кодировании используется полноскоростной канал GSM, то может быть реализована дополнительная защита от ошибок (дополнительное кодирование каналов), что существенно повысит число исправляемых ошибок. Эта технология в настоящее время не зарегистрирована в ETSI.
На практике дополнительное кодирование каналов позволяет увеличить их потенциал (link budget) примерно на 5 дБ, что дает возможность увеличить радиус соты приблизительно в 1,4 раза и, соответственно, общую площадь соты в два раза. Эти вычисления показывают, что при помощи кодирования с половинной скоростью на полноскоростных каналах одну и ту же область в сельской местности можно обслуживать вдвое меньшим числом базовых станций, чем при полноскоростном кодировании. А это весьма важный фактор, снижающий стоимость развертывания новых сетей GSM. Недостатком такого подхода является то, что качество речи на площади увеличенной соты будет всего лишь качеством кодирования с половинной скоростью, то есть примерно таким же, как в существующих кодеках RPE-LTP. Ведь этот подход не позволяет использовать улучшенное полноскоростное кодирование.
Некоторые могут подумать, что вероятность успешного установления связи в увеличенных сотах значительно уменьшится по сравнению с нормальными сотами. Однако это не так. Дело в том, что в системах GSM каналы управления имеют большую производительность, чем речевые. Поэтому вероятность установления связи заметно уменьшаться не будет.
Упомянутое выше предложение по использованию кодирования с половинной скоростью на полноскоростном канале можно применить не только для увеличения размера соты, но и для повышения устойчивости и расширения зоны надежной связи внутри зданий в структуре с нормальными размерами сот. Этот способ может быть очень привлекательным для повышения качества услуг, предоставляемых сетями GSM.