Jednou z významných charakteristik naší současnosti je nástup nejrůznějších mobilních služeb a aplikací. Pravdou je, že někdy je příslušným hnacím motorem spíše nabídka a snaha zvýšit odbyt určitých telekomunikačních služeb. Na druhé straně tyto mobilní služby a aplikace rozhodně nejsou samoúčelné a své místo na slunci a oblibu mezi uživateli si postupně nachází. Všechny tyto služby a aplikace ale jsou založeny na společném základě, kterým je možnost přenášet data mobilních způsobem - tedy odkudkoli, z kteréhokoli místa kde se právě uživatel nachází, případně i s možností pohybu. Jaké přenosové mechanismy ale něco takového dokáží? Je to specialita sítí GSM, nebo existují ještě nějaké další možnosti?
Vymezit pojem "mobilní přenos" není úplně jednoduché, protože samotná představa "mobility" může být v praxi dosti různorodá - od možnosti plnohodnotné práce i za seberychlejšího pohybu, až po nezávislost na pevné přípojce a nutnosti být v jejím dosahu, bez požadavků na možnost současného pohybu. Jedno je ale pro všechny druhy mobilních přenosů charakteristické. Je to použití bezdrátových přenosových technologií, využívající šíření vln různého kmitočtu volným prostorem - od klasických rádiových přenosů až po různé světelné přenosy (včetně infračervených, laserových atd.). Důvod je samozřejmě velmi prostý - jakékoli "drátové" přenosové technologie by vyžadovaly pokládku hmotných přenosových cest, což by vázalo uživatele jen na určitou konkrétní lokalitu svého vyústění.
Na druhou stranu je vhodné si uvědomit, že použití bezdrátových technologií nemusí vždy sledovat účely mobility. Tyto technologie se dnes s úspěchem využívají i tam, kde žádná mobilita koncového účastníka není očekávána. Důvodem pro jejich nasazení je snaha vyhnout se pokládce "hmotných" přenosových cest, což je často spojeno s nemalými obtížemi (rozkopávání veřejných prostranství, nutnost stavebních povolení atd.), či motivováno čistě ekonomickými důvody (je to lacinější), rychlostí a dalšími faktory. Příkladem mohou být technologie řazené do kategorie FWA (Fixed Wireless Access), u nás používané v licencovaných pásmech 26 GHz a 3,5 GHz, či různá řešení spadající do kategorie WLL (Wireless Local Loop) realizující bezdrátovou variantu místní smyčky.
Nejvzácnější zdroj - frekvence
Úzkým místem všech bezdrátových technologií jsou frekvence, na kterých vysílání probíhá - těch samozřejmě není neomezeně mnoho, ale naopak konečně mnoho, podle neúprosných zákonů přírody. S frekvencemi je tedy nutné velmi pečlivě hospodařit, tak aby každý přenos měl k dispozici takovou šířku pásma (rozsah frekvencí) jakou potřebuje, ale nedocházelo k nežádoucímu ovlivňování jednoho přenosu jinými přenosy, které by mohly používat stejná nebo blízká frekvenční pásma. Použití některých frekvenčních pásem přitom podléhá vlastnictví licence, zatímco v jiných pásmech licence k zapotřebí není. To samozřejmě má vliv na možnost nejrůznějšího vzájemného ovlivňování, které by v licenčních pásmech nemělo nastávat, ale u bezlicenčních pásem jej není možné zaručit. Právě proto také nejrůznější veřejné bezdrátové sítě (například sítě GSM, sítě FWA atd.) pracují v licenčních pásmech, zatímco v bezlicenčních pásmech nejčastěji pracují různé privátní dvoubodové spoje či privátní bezdrátové sítě, budované často ad-hoc způsobem.
Stupně volnosti bezdrátových sítí
Apriorně omezený rozsah frekvencí samozřejmě nutí k jejich co nejefektivnějšímu využívání. Zde obecně platí, že digitální techniky jsou na tom podstatně lépe než technologie analogové, a proto budoucnost patří právě digitálním sítím. Kromě toho je ale nutné používat různá opatření, aby se dosáhlo hospodárného využití těch frekvenčních pásem, která jsou k dispozici. Tato opatření vedou do následujících oblastí:
- k potřebě využít jedno konkrétní frekvenční pásmo pro více samostatných přenosů. Lze si představit, že jde o "dělení" tohoto frekvenčního pásma na několik samostatně využitelných přenosových kanálů (tzv. multiplexování). Mezi příslušné techniky patří: FDMA (frekvenční multiplex), TDMA (časový multiplex), CDMA (kódový multiplex), případně jejich různé obměny a varianty
- do celkové koncepci bezdrátových sítí, zahrnující i způsob hospodaření s přidělenými frekvencemi: zde je možné rozlišit zejména tzv. trunkové systémy, celulární (buňkové) systémy), a samostatnou kapitolou jsou i satelitní bezdrátové sítě (LEO, GEO a další).
Konkrétní bezdrátové sítě, se kterými se můžeme v praxi setkat, jsou budovány na různých kombinacích výše citovaných opatření. Například sítě GSM fungují digitálně, s přidělenými frekvencemi hospodaří na buňkovém (celulárním) principu, a k "dělení" frekvencí používají techniky frekvenčního a časového multiplexu. Podobně budoucí sítě UMTS (mobilní sítě 3. generace) budou samozřejmě také digitální, budou budovány na buňkovém principu, ale budou založeny zejména na použití tzv. kódového multiplexu (CDMA). Stále se však používají i analogové sítě (na buňkovém principu). Jsou to např. sítě AMPS (Advanced Mobile Phone System, v USA v provozu od roku 1983), pracující v pásmu 800 MHz, či systém NMT (Nordic Mobile System, v pásmu 450 MHz), používaný ještě i v ČR. Tyto analogové sítě nutně musí používat k dělení přidělených frekvencí analogové techniky, tj. frekvenční multiplex (FDMA). Spíše pro speciální účely (např. pro dopravce, pro bezpečnostní složky, pro záchranné systémy apod.) se používají sítě nikoli na buňkovém, ale na tzv. trunkovém principu (viz dále).
Datové přenosy v bezdrátových sítích
Většina veřejných bezdrátových sítí je budována primárně pro potřeby přenosu hlasu, neboli pro telefonování (s výjimkou mobilních sítí 3. generace, které jsou již budovány pro hlasové i datové služby současně, viz dále). Neznamená to ale, že by je nebylo možné využít i pro potřeby přenosu dat, neboli pro poskytování přenosových služeb charakteru přenosu obecných (digitálních) dat.
Jednou z možných cest jak využít tyto sítě i pro přenos dat je namodulovat data na analogový signál a ten pak přenášet skrze příslušnou síť stejně jako hlas (což je stejný princip, na jakém jsou přenášena data skrze klasickou veřejnou telefonní síť). Toto řešení obecně připadá v úvahu pro všechny veřejné bezdrátové sítě určené pro přenos hlasu.
Další variantou, která připadá v úvahu pro většinu veřejných bezdrátových sítí, jsou samostatné přenosové služby, určené specificky pro přenos "obecných" digitálních dat, bez nutnosti jejich modulace uživatelem. Lze si představit, že takovéto přenosové služby vytváří digitální přenosový kanál skrze příslušnou bezdrátovou síť, který má vždy určité parametry. Jedním z nejvýznamnějších parametrů je jeho kapacita, vyjádřená v přenosové rychlosti (v bitech za sekundu, resp. v násobcích).
Dalším významným parametrem je to, zda příslušný přenosový kanál funguje na principu přepojování okruhů (circuit switching), či na principu přepojování paketů (packet switching). První případ odpovídá tomu, že pro přenosový kanál je příslušná přenosová kapacita vyhrazena a také garantována, což znamená že příslušnou přenosovou rychlost lze skutečně dosahovat po celou dobu přenosu, přesněji po celou dobu existence kanálu. Ve druhém případě nedochází k žádnému vyhrazení přenosové kapacity ale tato je sdílena, což znamená že efektivní (skutečně dosahovaná) přenosová rychlost nemusí být vždy dosahovat úrovně (nominální) přenosové rychlosti. Jde přitom o přesně stejný princip paketového přenosu, jaký je používán v drtivé většině datových sítí, s všemi jeho výhodami a nevýhodami.
K výhodám patří zejména to, že služby na principu přepojování paketů spotřebovávají určité zdroje sítě pouze tehdy, pokud něco skutečně přenáší, a naopak nic nespotřebovávají v době, kdy nic není přenášeno. Proto je také obvyklé je zpoplatňovat (tarifikovat) podle objemu skutečně přenesených dat. Naproti tomu přenosové služby na principu přepojování okruhů spotřebovávají určité zdroje sítě trvale, po celou existence příslušného přenosového kanálu. Proto je také zvykem je zpoplatňovat na časovém principu, podle doby existence spojení (bez ohledu na míru jeho využití).
Rozdíl mezi oběma variantami lze dokumentovat na konkrétním příkladu datových přenosových služeb v sítích GSM. Zde totiž existují vedle sebe obě varianty. "Základní" datové přenosy (CSD, Circuit Switched Data) a služba HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) fungují na principu přepojování okruhů a jsou zpoplatňovány podle délky spojení (tj. v minutách). Naproti tomu služba GPRS (General Packet Radio Service) funguje na principu přepojování paketů a je zpoplatňována na podle objemu skutečně přenesených dat (tj. v bajtech, resp. kilobitech atd.). Pro názornost lze rozdíl mezi nimi dokumentovat i následovně: pokud tyto služby používáte například pro připojení k Internetu odněkud "z terénu", v případě použití služby CSD či HSCSD platíte podle toho, jak dlouho jste připojeni k Internetu, bez ohledu na to co s ním děláte. Naproti tomu při využití služby GPRS je úplně jedno jak dlouho jste k Internetu připojeni (můžete být připojeni třeba trvale), ale důležité je, jak velký objem dat přenesete z/do Internetu.
Obdobná je situace i u bezdrátových sítí na buňkovém principu, které na rozdíl od digitální sítě GSM fungují analogově. Také zde existují dvě základní varianty přenosových služeb, z nichž jedna funguje na principu přepojování okruhů (ETC, Enhanced Throughput Cellular) a druhá na principu přepojování paketů (CDPD, Cellular Digital Packet Data).
Podobně je tomu i u tzv. trunkových systémů - asi nejznámější trunkový standard TETRA také nabízí datové přenosové služby jak na principu přepojování okruhů (V+D, Voice plus Data), tak i na principu přepojování paketů (PDO, Packet Data Optimized). Dosahované přenosové rychlosti závisí ještě na použité úrovni zabezpečení - bez zabezpečení jde o 28,8 kbps, se zabezpečením rychlost klesá.
