Переход к стандартам 3го поколения

Содержание

1.      Введение                                                                                                                              2

2.      Программы UMTS и IMT-2000                                                                                    3

3.      Архитектура сети, способы ее реализации                                                        5

4.      Структура радиоинтерфейсов для IMT-2000                                                        7

5.      Базовые сети                                                                                                                              9

6.      Проблемы спектра                                                                                                                11

7.      Заключение                                                                                                                              13

8.      Список литературы                                                                                                                14

1. Введение.

Одним из наиболее грандиозных проектов конца XX века является программа IMT-2000. В ее основе лежит идея создания нового семейства систем подвижной связи третьего поколения (3G), охватывающего технологии беспроводного доступа, наземной сотовой и спутниковой связи. В настоящее время в Международном союзе электросвязи (МСЭ) завершается процесс стандартизации новых технологий, участие в которой принимали многие региональные и национальные организации Европы, Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанского региона.
После ряда безуспешных попыток выработать и согласовать единые требования к системам 3-го поколения МСЭ решил подойти к этой проблеме с других позиций. Суть новой концепции состоит в сохранении идеи глобального роуминга, но лишь в качестве идеологической основы для объединения существующих аналоговых и цифровых сетей с системами, базирующимся на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems). Приняв как данность не один, а семейство стандартов и отказавшись тем самым от принципа глобального международного стандарта, МСЭ активизировал свои усилия на их гармонизации.

Концепция систем 3-го поколения нацелена на создание условий для предоставления услуг мультимедиа, включая высокоскоростную передачу информации, видео и речи, факсимильных сообщений и данных любому абоненту с помощью мобильного терминала, имеющего единый номер. Стоимость услуги должна быть минимальна при приемлемом качестве и уровне безопасности. Главная цель разработки систем 3-го поколения — удовлетворение потребности массового рынка в персональной связи, и ее достижение будет зависеть как от тарифов для сетей общего пользования, так и от стоимости абонентского терминала.

Программа IMT-2000 базируется на ряде признаков, определяющих принципы построения систем 3-го поколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:

до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;

до 144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;

до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).Вид услуги Скорость передачи, кбит/с Средняя длитель-

ность сообщения, с Режим работы Услуги

Голосовая связь 4—32 60 Коммутация каналов Речь, голосовая почта

Низкоскоростной обмен данными 9,6—14,4 30 Коммутация пакетов SMS, определение местоположения

Передача к коммутируемым данным (ISDN) До 64 156 Коммутация каналов Услуги сетей ISDN

Интерактивный обмен мультимедиа-данными 128—384 144 Коммутация каналов Видеотелефонная связь, передача изображений и больших объемов информации

Асимметричная передача мультимедиа-данных 384—2048 14—53 Коммутация пакетов Работа с сетями Internet и интрасетями.

Что же касается набора услуг, то он фактически приближается к предоставляемому в сетях фиксированной связи. Это и высокоскоростной доступ в Internet, и мультимедиа. Очевидно, что достижение таких высоких скоростей при ограниченном частотном ресурсе и работе в каналах с замираниями потребует разработки принципиально новых подходов к построению радиоинтерфейса.

2. Программы UMTS и IMT-2000

Стандарт UMTS - это совершенно новый этап развития системы GSM, краеугольный камень того, что называется третьим поколением мобильной радиосвязи как для передачи речи и данных, так и использования технологий коммутации каналов и коммутации пакетов. В UMTS разнос между частотными диапазонами приема и передачи значительно больше, чем в GSM, что позволяет избавиться от узких мест, свойственных GSM-системам. Благодаря высоким скоростям передачи UMTS проложит дорогу широкому спектру мультимедийных услуг и сделает осуществимыми мобильные услуги, связанные с определением местоположения, а также параллельные приложения, например, позволит осуществлять платежи по мобильному телефону во время разговора по нему. В области 3G-технологий существует несколько конкурирующих систем модуляции и кодирования, которые МСЭ в рамках программы IMT-2000 рассматривает как "семейство стандартов".

В рамках стандарта UMTS/IMT-2000 предлагаются две системы радиопередачи: широкополосная система W-CDMA, которая будет доминирующей в 3G-радиотехнологиях, и TD-CDMA - дополнительная. Важным новым свойством системы W-CDMA будет исключительная гибкость изменения скоростей передачи в пределах выделенной ширины полосы в зависимости от текущего уровня спроса, требований к уровню безопасности и качеству услуг (QoS), что обеспечит высокую экономичность.

Система W-CDMA реализована на основе дуплексной передачи с разделением по частоте (FDD), а система TD-CDMA - на основе дуплексной передачи с разделением по времени (TDD). Ниже приводится краткая сводка достоинств FDD и TDD.

В FDD одновременно используются два отдельных частотных соединения, одно из которых служит для передачи в направлении от сети к абоненту (линия "вниз"), а другое - для передачи от абонента к сети (линия "вверх"). Это обеспечивает хорошие характеристики приема и передачи, особенно в отношении покрытия в более крупных (микро- и макро-) сотах, встречающихся вне крупных городов с пригородами, и, что особенно важно, в случае связи с быстро движущимися транспортными средствами (например, скорость передачи данных 384 кбит/с обеспечивается при скорости движения до 120 км/ч). Система же TDD удобна для меньших по размеру сот (микро- и пико) в центральных районах с интенсивным пользованием - так называемых горячих точках (в районах с интенсивной застройкой, аэропортах, ярмарках и т. п.) - и для связи главным образом с неподвижными или медленно движущимися объектами (например, при скорости движения до 12 км/ч обеспечивается скорость передачи до 2 Мбит/с).

Более того, в отличие от FDD, система TDD хорошо подходит для асимметричных приложений, когда по линии "вниз" передается значительно больший поток данных, чем по линии "вверх". Например, для запроса видеоклипа через Интернет нужно передать очень короткое сообщение, а движущиеся изображения, передаваемые в обратном направлении, образуют большой объем данных. Однако TDD допускает и симметричные приложения, например в речевой телефонии. Различие характеристик радиосистем с FDD и TDD позволяет оптимизировать сеть в отношении зоны покрытия, мобильности пользователей и ширины полосы.

Элементы мобильных радиосетей - мягкая и экономичная интеграция

Стратегия модернизации оборудования GSM основана на концепции "совмещения" - не замены существующих систем, а обеспечения им возможности экономичного взаимодействия с новыми системами. Такое решение позволяет продолжить использование GSM-инфраструктуры после внедрения UMTS. В течение какого-то периода времени оба стандарта будут сосуществовать и дополнять друг друга.

Введение GPRS (в качестве промежуточного шага для перехода к UMTS) потребует, прежде всего, создания сети с коммутацией пакетов. При этом оборудование сети на участке от антенн до контроллера базовой станции (BSC) остается тем же, что для GSM-сети. Контроллер BSC - это компьютер, выполняющий роль коммутатора, который отправляет и получает сигналы от подключенных к нему базовых станций. При этом каждая базовая станция может обслуживать несколько территориально разнесенных антенн. Возможность работы в режиме GPRS обеспечивается простой модернизацией программного обеспечения базовых станций. В BSC данные посредством нового блока управления пакетами PCU (Packet Control Unit) отделяются от речевых сигналов и маршрутизируются в сеть с коммутацией пакетов, предназначенную для передачи данных, а также доступа в Интернет. Прием данных из радиосети осуществляется с помощью обслуживающего узла поддержки GPRS (SGSN), а шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN) служит переходным звеном к сети передачи данных.

Для дальнейшей оптимизации GSM-инфраструктуры применительно к технологии EDGE также требуется некоторая модификация сети. Необходимо разработать новое ПО и заменить два модуля - высокочастотный на базовой станции (EDGE Carrier Unit) и низкочастотный - в контроллере BSC (EDGE Packet Control Unit).

3. Архитектура сети, способы ее реализации.

В рамках концепции IMT-2000 допустимы две стратегии перехода к 3G-системам: постепенное (эволюционное) и «одномоментное» (революционное). Рассмотрим те преимущества и недостатки, которые таит каждая из них.

Определяющий фактор: эволюционный подход или революционный подход.

Метод использования частотного ресурса: работа в старых диапазонах или освоение новых диапазонов

Принцип предоставления услуг: постепенно расширяемый ассортимент услуг или новые услуги с начала развертывания

Пропускная способность: постепенно наращиваемая или изначально высокая

Стратегия создания сетевой инфраструктуры: медленный и постепенный переход от 2G к 3G по мере появления спроса на услуги или создание опытных районов («островков») с полным набором услуг

Технологический уровень: новые технологии в отдельных элементах или все технологии — новейшие

Архитектура сети: максимальное использование существующей инфраструктуры или новая

Коммерческий риск: низкий или высокий

Состав операторов: в основном те же, что и в 2G или операторы, купившие лицензии на услуги 3G

Глобальный роуминг: с ограничениями или без ограничений

Революция предполагает внедрение всех новейших технологий и новых интерфейсов, однако предусматривает полную замену существующего оборудования и ПО, что сопряжено с большими капитальными затратами и определенным коммерческим риском. Для отработки данной стратегии в разных районах мира уже создаются экспериментальные сети.

Один из важнейших признаков, принципиально разделяющих два подхода, — способ освоения частотного ресурса. При революционном сценарии требуется новый частотный ресурс. Япония и Европа намерены пойти по этому пути и выделить для систем 3-го поколения «индивидуальные» полосы радиочастот (подробнее см. «Сети», 2000, № 1, с. 34). Подход в США абсолютно иной — там спектр, выделенный для IMT-2000, уже занят службой PCS и 3G-системы будут работать в старых полосах частот вместе с существующими сетями стандартов TDMA/AMPS.

Эволюционное внедрение требует меньших капитальных затрат и предполагает плавную замену оборудования в зависимости от спроса на конкретные виды услуг. Такой подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети связи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации.

Приверженцы двух наиболее массовых технологий 2-го поколения — TDMA/AMPS и GSM — стали сторонниками эволюционного пути развития. Сегодня эти системы имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видам услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост их емкости без дополнительного расширения радиочастотного спектра возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), введения многосекторных антенн или использования спектрально-эффективных методов модуляции (8PSK и др.).

Единство и борьба противоположностей

В борьбе за лидерство при принятии мировых стандартов 3-го поколения образовались два лагеря, оформившиеся в виде двух партнерских объединений: 3GPP и 3GPP2.

В первое объединение — 3GPP — входят ETSI (Европа), ARIB (Япония), Комитет T1 (США), а также три региональных органа стандартизации от Азиатско-Тихоокеанского региона — CWTS (Китай), TTA (Корея) и TTC (Япония). Важно отметить, что совместные позиции ETSI и ARIB должны упрочиться с внедрением экспериментальных сетей на базе WCDMA, активно разрабатываемых с участием компаний DoCoMo, Ericsson и Nokia.

Основной вклад партнерства 3GPP в программу IMT-2000 — гармонизация пяти проектов: UTRA FDD (ETSI), WCDMA (ARIB), WCDMA NA (T1P1, США), WIMS (TR-46.1, США) и CDMA II (TTA). Его участники намерены предложить два варианта радиоинтерфейса. Первый — IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread) — построен на базе проектов WCDMA (UTRA FDD) с прямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD), ориентированным на использование в парных полосах частот.