Přes GPRS se dnes připojuje k internetu víc lidí, než přes ADSL a kabel dohromady. Pro kódování signálu na rádiovém rozhraní specifikovala ETSI (3GPP TS 05.03) pro GPRS čtyři různé systémy kódování označované jako CS1 až CS4 (Coding Scheme). Ty se liší především v propustnosti a robustnosti zabezpečení uživatelských dat.
GPRS (General Packet Radio Service) bylo navrženo primárně pro přenos dat. Díky tomu je datová propustnost mnohem vyšší než u GSM. GPRS umožňuje během přenosu přecházet mezi různými kódovými schématy a optimalizovat tak rychlost připojení vzhledem ke kvalitě signálu. O tom, jaké kódové schéma se bude právě používat, rozhoduje síť na základě údajů o kvalitě mobilem přijímaného signálu a chybovosti na radiovém rozhraní.
Graf ukazuje kombinace propustnosti a zabezpečení přenášených dat u jednotlivých druhů kódování.
Jak je to s podporou zmíněných kódování? Výrobce mobilních telefonů příliš na vybranou nemá – mobilní stanice musí být schopny pracovat se všemi typy kanálového kódování. U operátorů je ovšem situace jiná. Technologie je zavazuje v podpoře pouze kódování v rámci CS-1 (kódování signalizace). Zda bude mobilní síť podporovat i další kódové schéma či nikoli, záleží plně na uvážení provozovatele sítě.
Jednou z hlavních zbraní operátorů při snaze o maximální rychlost GPRS je tedy volba vhodného typu kanálového kódování. Pojďme si nyní jednotlivé typy kódování trochu přiblížit.
CS1
Kódování CS1 je totožné s kódováním, které je používáno v sítích GSM pro přenos signalizační informace na kanálech SDCCH, SACCH nebo FACCH.
Do procesu kanálového kódování, které je vykonáváno na druhé (linkové) vrstvě RM OSI, vstupuje blok o 184 informačních bitech. Ten je nejprve zabezpečen algoritmem cyklického kódu (kód FIRE), jehož výsledkem je 40 kontrolních bitů sloužících pro korekci a detekci chyb. Dále je blok doplněn o čtyři nulové výplňové bity (´0000´bin ) a výsledný blok 228 bitů je poté podroben konvolučnímu kódování s kódovým poměrem r = ½ . Na výstupu tohoto konvolučního kodéru dostáváme blok obsahující 456 bitů, což odpovídá počtu bitů standardního GSM bloku. Protože jeden "burst" může nést pouze 114 bitů, je blok dat rozdělen do čtyř "burstů".
CS-2 a CS-3
Proces kanálového kódování aplikovaný na CS-2 a CS-3 je považován za zcela odlišný od CS-1 a CS-4. CS-2 nabízí ke kódování 271 informačních bitů, ale CS-3 umožňuje dokonce 315 bitů. To už stojí za porovnání s počtem bitů v CS-1. Pro směr přenosu k uživateli (downlink) obsahuje MAC hlavička tři bity USF (Uplink State Flag), které jsou kódovány a rozšířeny na 6 bitů. K tomuto bloku skládajícího se z 256/304 bitu dat protokolu RLC (Radio Link Control Protocol), rozšířené MAC hlavičky a 7/3 výplňových bitů je ještě přidáno zabezpečení v podobě 16ti paritních bitů plus čtyř bitů ´0000´bin.
Tím získáme 294/338 bitů na které aplikujeme konvoluční kódování, které známé již z CS-1. Konvolučním kódováním, tj. zabezpečením a přidáním redundantní informace, nám však náš blok narostl až na hodnotu 588/676 bitů, takový počet ovšem nemůžeme vměstnat do radiového bloku o 456 bitech. Proto je oněch 132/220 bitů, které jsou "navíc", na pevně stanovených pozicích ve výstupní sekvenci odstraněno. Tento proces se nazývá Puncturing a způsobuje že je kódování CS-2 a CS-3 více náchylné vůči chybám během přenosu přes radiové rozhraní v porovnání s CS-1. Na druhou stranu puncturing zajišťuje flexibilnější navýšení kódové rychlosti (2/3 , 3/4) v porovnání s možností změny celého kodéru. Hlavní rozdíl mezi CS-2 a CS-3 na jedné straně a CS-1 a CS-4 na straně druhé spočívá právě v aplikaci procesu zvaném Puncturing.
CS-4
Schéma CS-4 dokonce počítá s ohromujícím počtem 431 informačních bitů, které narostou po doplnění šestnácti paritními bity a překódováním tří bitů USF na dvanáct bitů, přesně na hodnotu 456 bitů odpovídající GSM bloku.
Není zde aplikováno žádné kanálové kódování, tudíž můžeme hovořit o kódovém poměru 1. Důslednějšího zabezpečení se dočkalo pouze USF, které je tak mnohem více odolné vůči chybovosti během přenosu než zbývající data.
Výpočet dosahované rychlosti
Na následujícím obrázku vidíte výpočet přenosové rychlosti pro CS-1 až CS-4:
Samotná kalkulace vychází z počtu bitů vstupujících do procesu kanálového kódování a skutečnosti, že jeden radiový blok je přenášen každých 20ms. Na jedné straně vidíme, že nejvyšší propustnost nabízí CS-4. Jak již ale víme, vyšší propustnost je na úkor zabezpečení. Naproti tomu CS-1 umožňuje nižší rychlosti a zahrnuje robustní zabezpečení proti výskytu chyb.
Je zřejmé, že na to abychom data přenášeli pomocí CS-4 budeme potřebovat velmi kvalitní signál a jakmile se zvýší četnost chyb, bude docházet k tzv. retransmissi – opakovanému vyžádání poškozených bloků dat a výsledná přenosová rychlost rapidně poklesne. Opačná situace nastává v případě sytému CS-1, který je určen pro bezpečný přenos informace zarušeným radiovým kanálem a nevhodný pro použití v případě silného signálu z důvodu neefektivního přenosu redundantní informace v podobě zabezpečení.
Kompromis přináší CS-2 s CS-3 a především samotná pružnost technologie GPRS umožňující variabilně přecházet během přenosu mezi jednotlivými typy kódování CS-1 až CS-4 v závislosti na jejich podpoře mobilním operátorem.
A jak cestou se dali naši mobilní operátoři? Většina mobilních operátorů včetně Eurotelu a Oskara vsadila především na zabezpečená data, tudíž zvolili podporou CS-1 a CS-2. T-Mobile se vrhl i na podporu CS-3 a CS-4 tedy rychlejších dat s nízkým zabezpečením. Nedá se ovšem jednoznačně rozhodnout, zda užití kódování CS3 a CS4 je v každém případě lepším řešením než např. CS-1 nebo CS-2.
