Контрольная работа: Развитие сотовых сетей радиосвязи с подвижными объектами
В качестве альтернативы концепции FPLMTS/IMT-2000 в начале 90-х годов была разработана европейская программа создания универсальной системы подвижной связи UMTS, которая стала возможной благодаря впечатляющему успеху такого масштабного международного проекта как GSM.
В настоящее время Европейский институт стандартизации связи (ETSI) (проект UMTS) и Международный Союз Электросвязи (ITU-R) (FPLMTS/IMT-2000) ведут свою работу параллельно и в определенной степени скоординировано.
Концепции UMTS и IMT-2000 во многих чертах взаимосвязаны, однако с точки зрения реализации UMTS имеет ряд существенных преимуществ: более детальные и продвинутые НИР/ОКР, четко организованные работы по стандартизации, активное участие в исследовательских и демонстрационных проектах крупных фирм-производителей (Nokia, Ericsson, Alcatel, Siemens, Italtel и др.).
Обобщенная сеть UMTS строится на основе действующих сетей 2-го поколения (GSM, DECT, Internet и т.п.), которые через сетевые адаптеры могут взаимодействовать с другими компонентами UMTS. Каждый сетевой адаптер должен выполнять транспортные функции и операции по управлению (сигнализация, управление мобильностью и т.д.).
Богатый опыт развития проводных сетей предоставляет разработчикам мобильных систем широкий выбор технических вариантов. В частности, для обработки мультимедийной информации в мобильных системах будут использоваться беспроводные АТМ-сети, стандарты кодирования аудио - и видеоинформации (MPEG-1, - 2 и - 4), методы интеграции мобильных терминалов с широкополосными сетями В-ISDN.
Организационно-финансовые успехи внедрения сотовых сетей связи 2-го поколения оказывают существенное влияние на быстроту смены поколений. Десятки миллионов новых пользователей радиосетей 2-го поколения в различных регионах мира обострили необходимость решения таких задач как международный роуминг, унификация радиотелефонов, интеграция с другими службами связи, доступ к мультимедийной информации. Благодаря тому, что доходы от мобильной связи стали составлять сотни миллиардов долларов в год, появились экономические предпосылки крупномасштабных инвестиций в новые проекты мобильных систем.
Прогнозируется, что к планируемому вводу в действие UMTS (2005 г) ожидается расширение абонентской базы GSM до 300 млн. человек. В техническом плане усовершенствованные стандарты GSM (GSM-900, DCS-1800 и PCS-1900), соответствующие так называемой фазе 2.5, начинают удовлетворять требованиям UMTS и интенсивно развиваются рядом ведущих фирм (Nokia, Ericsson и др.).
В ETSI работает специальная группа (SMG), отвечающая за эволюционный переход к технологиям UMTS, являющимся основами создания общемирового мультимедийного коммутационного стандарта. В рамках SMG над усовершенствованием технологий GSM работают подгруппы: SMG1 - услуги и технологии UMTS; SMG2 - аспекты радиоинтерфейсов и радиооборудования; SMG3 - сетевые аспекты; SMG4 - услуги передачи данных; SMG5 - концепция и координация UMTS; SMG6 - операционные и эксплуатационные процедуры.
Новые высокотехнологические решения, предусмотренные фазой 2.5 стандарта GSM (2.5 G), позволяют существенно расширить возможности сети. Это даст возможность предложить абонентам услуги связи на уровне, очень близком к только еще разрабатываемым сетям связи 3-го поколения (3 G).
Примером такой технической эволюции является технология PacketGSM, которая позволяет интегрировать передачу речи и данных через пакетную подсистему инфраструктуры сетей GSM. Эта технология дает возможность операторам плавно перейти от преобладающих в настоящее время мобильных сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов, которые могут работать в режиме реального времени как для речевого графика, так и для графика передачи данных.
Привлекательность концепции передачи речи через GPRS (VoGPRS) объясняется тем, что использование принципов пакетной передачи существенно увеличивает статистическую пропускную способность радиоинтерфейса.
Еще одним примером расширения набора услуг для абонентов мобильных сетей является разработанный протокол WAP для доступа в Internet через мобильные телефоны и другие беспроводные устройства. WAP будет скрывать сложность прикладного уровня GSM, точно так же, как Web это сделал для сети Internet. Разработанный для независимой доставки информации протокол WAP позволит максимально использовать транспортные возможности каждого устройства. Таким образом, WAP объединит в себе массу транспортных функций, включая службу коротких сообщений (SMS), передачу данных со скоростью 9,6 кбит/с в GSM, высокоскоростную передачу данных с канальной коммутацией (HSCSD), множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA), множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), широкополосный CDMA (W-CDMA) и общие службы с пакетной коммутацией (GPRS).
Проблема выбора наилучшего метода многостанционного доступа к радиоканалу для систем 3-го поколения оказалась наиболее сложной. Мнения специалистов и экспертов разделились между двумя стандартами - TDMA и CDMA. В последнее время для мультимедийной связи ведущие фирмы-производители отдают предпочтение широкополосному варианту CDMA, получившему название W-CDMA.
Для традиционных применений (голосовая телефония, низкоскоростная передача данных) с учетом совместимости с действующими GSM сетями предпочтение отдается адаптивной версии TDMA.
К настоящему времени разработано два варианта многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, претендующих на роль международного стандарта 3-го поколения мобильных систем.
Североамериканский проект стандарта cdma 2000 прямо происходит от стандарта IS-95. В стандарте cdma 2000 предполагается использовать псевдослучайные последовательности, которые полностью совпадают с IS-95.
Частота следования чипов (чип - один элемент ПСП) во всех режимах работы cdma 2000 выбрана кратной частоте следования чипов IS-95, что, естественно, ведет к необходимости создания двухрежимных БС и АС.
Стандарт cdma 2000 предусматривает возможность работы с использованием различных частотных полос в зависимости от отведенного частотного диапазона и уровня сервиса. Полоса частот, занимаемая сигналом системы cdma 2000, равна nx1,25 МГц, где N = 1, 3, 6, 9,12. При этом в прямом канале возможны два варианта. Первый предполагает прямое расширение спектра с использованием ПСП с чиповой скоростью nx1,2288 Mchips/sec. Второй предусматривает использование N несущих, на каждой из которых спектр сигнала расширяется посредством ПСП с чиповой скоростью 1,2288 Mchips/sec. В обратном канале возможно только прямое расширение спектра посредством ПСП с чиповой скоростью Nx 1,2288 Mchips/sec.
Всего используются две короткие ПСП длиной по 215 чипа и одна длинная ПСП длиной 2 чипа. При этом все БС и все мобильные станции (МС) используют одни и те же короткие ПСП. Базовые станции предполагается синхронизировать с помощью системы GPS. Для того, чтобы можно было отличить сигналы соседних БС, в стандарте cdma 2000 на всех БС применяют короткие ПСП с различными сдвигами. Минимальный временной сдвиг для соседних БС составляет 64 чипа ПСП, кратность сдвига - также 64 чипа. Длинная ПСП, персональная для каждого пользователя, используется в прямом канале (БС - МС) для скремблирования передаваемых данных, что способствует сохранению конфиденциальности сообщения. В прямом направлении для кодового разделения каналов используются функции Уолша.
В обратном направлении (МС - БС) длинная ПСП обеспечивает кодовое разделение каналов.
В режиме передачи со многими несущими для модуляции всех несущих используются одинаковые схемы модуляторов.
Европейский проект стандарта W-CDMA не преследует целей совместимости с какой-либо существующей мобильной системой. Поскольку предполагается совместная эксплуатация оборудования стандартов GSM и W-CDMA, то это предполагает разработку двухрежимных радиотелефонов, что, однако, не создает особых проблем и не должно привести к значительному увеличению стоимости.
Промодулированный сигнал европейского стандарта W-CDMA занимает полосу частот, равную 5 МГц, причем используется только прямое расширение спектра с помощью ПСП, чиповая скорость которой составляет 4,096 Mchips/sec.
Асинхронное построение сети БС системы W-CDMA делает ее независимой от внешнего механизма синхронизации (GPS). В прямом направлении для разделения БС используются фрагменты кодов Голда длиной 40960 чипов (10 мс). Информационные каналы одной БС в прямом направлении разделяются с помощью ортогональных кодов переменной длины.
В обратном направлении для разделения мобильных станций предполагается использовать два вида комплексных кодовых последовательностей вида с, + jCy .
В первом случае последовательности с/ и Су представляют собой коды Касами длиной 256 чипов (короткий код). Во втором случае последовательности с, и Сд представляют собой фрагмент кодов Голда длиной 40960 чипов (длинный код). Выбор конкретного кода для мобильной станции определяется командой с соответствующей БС. В прямом направлении в стандарте W-CDMA общий пилот-сигнал для всех МС не предусматривается. Вместо него группы пилот-символов передаются персонально каждому пользователю в начале каждого слота.
Для увеличения скорости передачи информации вплоть до 2 Мбит/с оба стандарта предусматривают возможность многокодовой передачи, т.е. возможность выделения одному пользователю нескольких канальных кодов одновременно.
Для реализации европейской концепции UMTS была разработана программа ACTS, содержащая около 160 международных проектов НИР/ОКР в области перспективных технологий связи, мультимедиа, мобильных систем и ключевых приложений. В рамках программы ACTS были исследованы многие архитектурные, технологические и прикладные проблемы, касающиеся построения мобильных систем 3-го поколения. Все эти проблемы нашли свое решение в проектах ASPECT, AWACS, COBUCO, CRABS, SECOMS/ABATE, SINUS, SUCOMS, TOMAS и др.
В частности, проект COBUCO имел целью построить полностью функционирующую демонстрационную систему UMTS для оценки различных технических аспектов при использовании мультимедийных служб. В качестве ключевых вопросов были исследованы: