МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

Алматинский институт энергетики и связи

А.З. Айтмагамбетов, Г.С. Серикжан

СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Учебное пособие

В учебном пособии рассматриваются технологии и стандарты, используемые в системах подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов, приведена необходимая справочная информация. Учебное пособие может быть использовано не только для изучения дисциплины «Сети и системы мобильной связи 3-го поколения», но и для дисциплины «Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи» и может также использоваться при выполнении выпускной работы бакалавра.

Кроме того, учебное пособие может использоваться и магистрантами при изучении профильных дисциплин, в которых изучаются технологии кодового разделением каналов применительно к подвижной радиосвязи.

Учебное пособие дополняет лекционные курсы и предназначено студентам для помощи при выполнении семестровых, расчетно-графических и курсовых работ, а также для использования при проведении практических занятий по специальности "050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации" студентами всех форм обучения.

Содержание

Введение4

1 Состояние развития систем подвижной связи в мире4

1.1 Сети подвижной связи. Технические аспекты4

1.2 Системы сотовой связи стандарта GSM

1.3 Сотовая связь с кодовым разделением каналов (стандарты CDMA)

1.4 Система спутниковой связи Inmarsat

1.5 Cистема спутниковой связи GLOBALSTAR

1.6 Система спутниковой связи Thuraya

1.7 Спутниковая связь системы IRIDIUM

1.8 Сети транкинговой связи стандарта EDACS

1.9 Сети транкинговой связи стандарта TETRA

1.10 Сети транкинговой связи стандарта АРСО

1.11 Сети транкинговой связи стандарта Tetrapol

1.12 Сети транкинговой связи стандарта IDEN

2 Тенденция развития рынка подвижной связи

2.1 Перспективы развития

2.2 Проблемы создания и развития сетей третьего поколения

2.3 Основные требования к переходу на третье поколение

3 Системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов

3.1 Стратегии перехода к сетям третьего поколения

3.2 Радиоинтерфейсы для систем IMT-2000

3.3 Выделение частот для систем третьего поколения

3.4 Эволюция сетей GSM

3.5 Этапы развития CDMA 2000

4 Особенности построения сетей UMTS

4.1 Основные подсистемы сети UMTS

4.2 Направления развития архитектуры сетей UMTS

4.3 Варианты перехода к UMTS

Заключение

Литература

Введение

Связьодна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры современного общества. Этому способствуют постоянный рост спроса на услуги связи и информацию.

Современная жизнь характеризуется повышенной деловой активностью населения. Даже самая ценная информация бесполезна, если нет каналов связи для ее передачи и приема. Бурное развитие новых технологий, не в последнюю очередь, обусловлено совершенствованием средств связи. Необходимость получения информации в определенное время, увеличение объема передаваемой информации и сокращение срока ее доставки адресату, возможность ее оперативной передачи и приема делает мобильную связь неотъемлемым атрибутом действительности. Сейчас уже трудно вспомнить, как была устроена наша жизнь до появления средств мобильной связи.

Сегодня пользоваться сотовым телефоном или даже спутниковым терминалом стало актуально и экономически выгодно. Для предоставления деловым потребителям современных услуг связи зачастую уже недостаточно сети обычной телефонной связи. Особо актуальны средства мобильной связи в районах, где стоимость прокладки новых проводных линий слишком высока.

Существует великое множество систем и устройств мобильной связи, и очень трудно выбрать то, что необходимо для решения конкретной задачи при организации вашего бизнеса или жизнедеятельности. Ведь радиостанции, пейджеры, сотовые и спутниковые телефоны – это средства мобильной связи, отличающиеся по цене, характеру применения, техническим и другим характеристикам.

Преимущества систем подвижной связи заключаются в следующем:

• подвижная связь позволяет абоненту получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей;

• благодаря прогрессу в технологии производства средств связи, созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы (АТ), сопрягаемые с персональным компьютером (ПК) и имеющие интерфейсы для подключения к сетям подвижной связи всех действующих стандартов.

Введение новых разработок с кодовым разделением каналов, революционизирующих запросы рынка беспроводной связи, и постоянно возрастающее количество новых применений ведут к чрезвычайным потребностям в дополнительной емкости и в новых присвоениях диапазонов радиочастот.

1 Состояние развития систем подвижной связи в мире

1.1 Сети подвижной связи. Технические аспекты

В настоящее время во многих странах ведется интенсивное внедрение сетей подвижной связи. К сетям подвижной связи (СПС) относятся сотовые, спутниковые, транкинговые и персональный радиовызов (рисунок 1). Такие сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию и многое другое.

Рисунок 1 – Классификация сетей подвижной связи

В эволюционном развитии системы подвижной связи можно разделить на три поколения:

• аналоговые системы (первое поколение);

• цифровые системы (второе поколение);

• универсальные системы мобильной связи (третье поколение).

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развиваются сети сотовой связи. Их внедрение позволило решить проблему экономичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи речи на одних и тех же частотах и увеличить пропускную способность телекоммуникационных сетей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты). В настоящее время широкое распространение получили системы сотовой связи второго поколения, также интенсивно вводятся в эксплуатацию системы третьего поколения IMT-2000, предоставляющие доступ к наземному и спутниковому сегменту сети, системы первого поколения постепенно снимаются с эксплуатации.

Наряду с сотовыми сетями связи активно развиваются сети спутниковой подвижной связи (ССПС). Спутниковая подвижная связь достаточно органично сочетается с сотовой. Практически во всех сетях спутниковой подвижной связи предусмотрена довольно высокая степень интеграции с сотовой связью.

Применения подвижной спутниковой связи:

• расширение сотовой связи;

• использование спутниковой связи вместо сотовой в тех районах, где последней пока нет или ее развертывание нецелесообразно, например, из-за низкой плотности населения;

• использование спутниковой связи в дополнение к существующей сотовой, например, для обеспечения роуминга.

ССПС можно классифицировать на основе особенностей орбитального построения космического сегмента, предоставляемых услуг и функциональных возможностей. По типу орбитального построения космического сегмента имеются две разновидности систем: системы, реализованные на основе геостационарных спутниках, и системы на основе негеостационарных спутников связи, которые, в свою очередь, в зависимости от типа подразделяются на низкоорбитальные, среднеорбитальные и эллиптические.

Меньшее распространение получили сети транкинговой связи и сети персонального радиовызова Их расцвет пришелся на период 90-х годов, вплоть до становления систем сотовой связи. С развитием сетей сотовой связи на долю транкинговых систем приходится весьма специфические области применения, в которых проявляются их основные достоинства. Речь идет о диспетчерских службах в энергетических и транспортных сетях, о силовых ведомствах, оперативных службах и т. п.

Сети персонального радиовызова, или пейджинговые сети – это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы на абонентский приемник (пейджер). Возможности и услуги сетей персонального радиовызова практически реализованы в сетях сотовой связи. Поэтому непреспективность этих систем обуславливает нецелесообразность дальнейшего развития и дальнейшее их внедрение.

1.1.1 Сети сотовой связи

Появлению сетей сотовой подвижной связи предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны и совершенствовалась техника связи. Сети сотовой связи динамично развиваются во всех странах мира, в зоне их действия проживает около 60% населения Земли, и они являются одним из наиболее перспективных сегментов международного рынка телекоммуникаций.

Системы сотовой связи принято подразделять на несколько поколений. Первое поколение – это аналоговые системы, действующие, как правило, в рамках национальных границ. Цифровые системы сотовой связи появились в конце 80-х годов, охватывают большую часть регионов мира и составляют класс второго поколения (2G), в котором сегодня доминируют стандарты GSM, CDMA (IS-95), D-AMPS (IS-54 и IS-136) и JDS(Япония). Дальнейшее развитие систем сотовой связи осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения (3G). Программа IMT-2000 по созданию нового семейства систем подвижной связи третьего поколения охватывает технологии наземной сотовой, спутниковой связи и беспроводного доступа. Основные характеристики аналоговых и цифровых стандартов сотовой связи представлены в [1].

1.1.2 Системы подвижной спутниковой связи

Анализ развития мирового рынка услуг связи за последние годы показывает, что существует спрос не просто на мобильную спутниковую связь, а именно на персональную. Подвижные спутниковые системы предназначены для организации связи между мобильными объектами или между мобильным объектом и стационарным пользователем. Первоначально спутниковые сети создавались для организации связи при перевозке грузов морским, воздушным, транспортным путями и т.д. В настоящее время подвижные спутниковые системы в значительной степени ориентированы на обеспечение услуг персональной связи. Каждая из систем спутниковой связи обладает множеством характеристик: орбита и орбитальная группировка, пропускная способность космических аппаратов и системы в целом, скорость передачи в абонентской радиолинии и соответствующие ей режимы связи, услуги связи, тип ретранслятора и маршрутизация в системе, диапазоны частот и др.

В целом, любая спутниковая система связи состоит из трех сегментов: космического (или космической группировки), наземного (наземные станции обслуживания, станции сопряжения) и пользовательского сегмента (непосредственно терминалы, находящиеся у потребителя).

По типу используемых орбит спутниковые системы связи делятся на два класса: системы со спутниками на геостационарной орбите (GEO) (высота 36 000 км; количество спутников для GEO-группировки - 3, один спутник покрывает 34% земной поверхности, задержка при передаче речи для глобальной связи - 600 мс) и негеостационарные.

Негеостационарные спутниковые системы в свою очередь подразделяются на средневысотные МEO (высота - 5000-15000 км; количество космических аппаратов - 8-12; зона покрытия одним спутником - 25-28%; задержка при передаче речи для глобальной связи - 250-400 мс) и низкоорбитальные LEO (высота - 500-2000 км; количество космических аппаратов - 48-66; зона покрытия одним спутником - 3-7%; задержка при передаче речи для глобальной связи - 170-300 мс).

Большинство существующих спутниковых систем связи имеют геостационарные спутниковые группировки. Это объясняется небольшим количеством спутников и охватом всей поверхности земли. Однако большая задержка сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания. Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению стоимости пользовательского сегмента.

С внедрением цифровых методов связи и запуском негеостационарных космических аппаратов широкое развитие получила подвижная спутниковая связь. Отметим, что современные системы подвижной спутниковой связи, во-первых, совместимы с традиционными наземными системами подвижной связи (в первую очередь, с цифровыми сотовыми), и, во-вторых, взаимодействие сетей подвижной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования возможно на любом уровне (местном, внутризонном, междугороднем). В таблице 1 приведены краткие характеристики распространенных систем подвижной спутниковой связи.

Таблица 1 - Параметры систем подвижной спутниковой связи

Название системы	Inmarsat (Инмарсат) Доступна на территории Казахстана	Globalstar (Глобалстар) Доступна на территории Казахстана	Thuraya (Турайя) Доступна на территории Казахстана	Iridium (Иридиум) Доступна на территории Казахстана
Владелец	Inmarsat LTD - дочерняя компания холдинга Inmarsat Ventures PLC	Globalstar L.P. - консорциум телекоммуникационных компаний	THURAYA SATELLITE TELECOMMUNICATIONS COMPANY. Создана и поддерживается влиятельными компаниями из ОАЭ.	Iridium Satellite LLC (США) - правопреемник Iridium LLC (США). Министерство Обороны США
Предоставля-емые услуги	Голос, данные, факс, пейджинг, GPS	Голос, данные, пейджинг, GPS, Интернет, мониторинг транспортных средств.	Голос, данные, e-mail, GPS	Голос, данные, пейджинг
Совмести-мость с системами сотовой связи	Нет	GSM-900, AMPS, CDMA	GSM-900, GSM-1800	GSM 900, GSM 1800, CDMA 800, AMPS и TDMA - роуминг

1.1.3 Системы транкинговой связи

Транкинг (trunking) — это метод равного доступа абонентов к общей для них группе каналов связи, при котором конкретный канал предоставляется абоненту для каждого сеанса связи заново. Иными словами, это метод доступа многих пользователей к общему канальному ресурсу. В этом смысле термин «транкинговые сети» можно трактовать очень широко — подавляющее большинство современных систем связи, включая обычную проводную телефонию, действуют именно по этому принципу. Однако, вопреки определению, под транковыми сетями связи понимают вполне определенный класс систем связи, а именно: беспроводные корпоративные сети, использующие принцип свободного доступа абонентов к общему пулу каналов.

Расцвет транкинговых сетей пришелся на период 90-х годов, вплоть до становления систем сотовой связи. С развитием технологий сотовой связи на долю транковых систем остались весьма специфические области применения, где проявляются их основные достоинства. Это прежде всего малое время установления соединения (менее секунды), автономность сети (проще контролировать систему), возможность обеспечить высокую защищенность от несанкционированного доступа как к канальному ресурсу, так и к передаваемым данным. Транкинговые сети эффективны там, где стоимость самой дорогой системы связи несоизмерима с возможными последствиями сбоев, случайных или преднамеренных, или несанкционированного доступа к данным. Речь идет о диспетчерских службах в энергетических и транспортных сетях, о силовых ведомствах, оперативных службах и т. п.

По схеме построения транкинговые сети могут быть одно- и многозоновыми. В первом случае в систему входит одна базовая ретрансляционная станция (с одной зоной обслуживания). В многозоновых сетях базовых станций несколько. При этом управление может быть как сосредоточено в центральном контроллере (централизованное управление), так и возложено на оборудование базовых станций (распределенное управление). Как правило, все транкинговые системы строятся по модульному принципу, т. е. в минимальной конфигурации это может быть одна базовая станция с двумя каналами. Впоследствии оборудование можно наращивать, вплоть до общенациональных сетей.

При свободном доступе к каналам возможны два основных механизма распределения ресурсов: когда поиском и распределением свободных каналов занимается базовая станция и когда абонентская станция сама находит свободный канал. Оба метода требуют передачи специальных команд: вызов, отбой, групповой вызов, аутентификация и т. п. Совокупность этих команд называют системой сигнализации. Управляющие сообщения могут передаваться как в специальном сигнальном канале, так и в рабочих каналах. В последнем случае сигнализация транслируется в собственно разговорном канале (в полосе 300-4000 Гц, внутри-полосная сигнализация) либо вне его (в полосе 0-300 Гц, субтональная сигнализация) — все как в обычной проводной телефонии. Характерный пример распределенной системы транкинговой связи система SmarTrunk II.

Наибольшее распространение получили аналоговые транкинговые системы на основе группы стандартов Министерства почты и телекоммуникаций Великобритании (MPT — Ministry of Posts and Telecommunications). Центральным в этой группе выступает стандарт МРТ 1327. Система МРТ 1327 изначально разрабатывалась как многозоновая. В каждой зоне индивидуальные вызовы обрабатываются независимо. В случае обрыва межзонных связей базовая станция продолжает работать, но уже без обработки межзонных вызовов. Время соединения при внутризонных вызовах не превышает 0,5 с, при межзонных -1-2,5 с.

Теоретически сеть на базе МРТ 1327 может обслуживать до 1036 800 абонентов и состоять из 1024 зон по 24 канала в каждой. Однако даже наиболее крупные сети МРТ 1327 далеки от таких показателей.

Характерная особенность сетей стандарта МРТ 1327 — наличие выделенного канала управления, по которому происходит обмен управляющей информацией между базовыми и абонентскими станциями. Физически это один из частотных каналов базовой станции. Остальные каналы предназначены для обмена речевой информацией и данными. Отметим, что при большой загрузке системы канал управления также можно использовать для передачи голоса или данных, хотя и с потерей некоторых функций. Канал управления может автоматически переноситься с одного частотного канала на другой (например, при появлении сильных помех).

Приемопередающее оборудование стандартом МРТ 1327 не специфицируется. В соответствии с ним интервал между несущими соседних каналов должен составлять 12,5 кГц, разнос дуплексных каналов (нисходящий/восходящий) - 8 МГц, рабочий диапазон восходящих / нисходящих каналов - 201,2125-207,4875 и 193,2125-199,4875 МГц соответственно. При передаче речи предусматривается фазовая модуляция для передачи данных -FFSK.

На смену аналоговым системам пришли цифровые транкинговые системы. К наиболее популярным, заслужившим международное признание стандартам цифровой транкинговой радиосвязи, на основе которых во многих странах развернуты системы связи, относятся:

· EDACS, разработанный фирмой Ericsson;

· TETRA, разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов;

· АРСО 25, разработанный Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности;

· Tetrapol, разработанный фирмой Matra Communication (Франция);

· IDEN, разработанный фирмой Motorola (США).

Все стандарты отвечают современным требованиям к системам транкинговой радиосвязи. Они позволяют создавать различные конфигурации сетей связи: от простейших локальных однозоновых систем до сложных многозоновых систем регионального или национального уровня. Системы на основе данных стандартов обеспечивают различные режимы передачи речи (индивидуальная связь, групповая связь, широковещательный вызов и т.п.) и данных (коммутируемые пакеты, передача данных с коммутацией цепей, короткие сообщения и т.п.) и возможность организации связи с различными системами по стандартным интерфейсам (с цифровой сетью с интеграцией услуг, телефонной сетью общего пользования, учрежденческими АТС и т.д.). В системах радиосвязи указанных стандартов применяются современные способы речепреобразования, совмещенные с эффективными методами помехоустойчивого кодирования информации. Все системы допускают возможность использования дуплексной радиосвязи.

Функциональные возможности, представляемые системами стандартов цифровой транкинговой радиосвязи, представлены в таблице 2 [2].

Таблица 2 – Функциональные возможности систем транкинговой связи

Функциональные возможности системы связи

EDACS

TETRA

APCO 25

Tetrapol

IDEN

Поддержка основных видов вызова (индивид., групповой, широковещ.)

Выход СТОП

Передача данных и доступ к централизованным БД

Режим прямой связи

н/с

Автоматическая регистрация мобильных абонентов

Персональный вызов

Доступ к фиксированным сетям IP

Передача статусных сообщений

Передача коротких сообщений

Поддержка режима передачи данных о местоположении от системы GPS

н/с

Факсимильная связь

Возможность установки открытого канала

н/с

Множественный доступ с использованием списка абонентов

Наличие стандартного режима ретрансляции сигналов

н/с

Наличие режима «двойного наблюдения»

н/с

Примечание: (н/с – нет сведений)

1.1.4 Сети персонального радиовызова

В настоящее время в мире применяется три основных пейджинговых стандарта: POCSAG, ERMES, FLEX.

POCSAG

Наиболее распространенный международный стандарт POCSAG, который используется более чем в 80% сетей всего мира.

В однонаправленной сети POCSAG сообщения передаются пакетами, при формировании которых используется метод прямого исправления ошибок на основе избыточности с помощью специального циклического блочного кода. В начале каждого пакета имеется преамбула (кодовое слово) длиной не менее 576 бит, представляющая собой последовательность чередующихся единиц и нулей. Во время передачи преамбулы пейджер переводится в режим приема сообщений и осуществляет тактовую синхронизацию. После этого происходит передача «пачек», число которых в пакете может быть произвольным.

Каждая пачка состоит из слова синхронизации и восьми кадров. Каждый кадр содержит два кодовых слова. Структура кадров такова, что каждому из них (пронумерованных от 1 до 8) соответствует определенная группа пейджеров. Это означает, что каждый индивидуальный пейджер оказывается постоянно закрепленным за конкретным кадром и принимает сообщение, находящееся только в этом кадре. Когда сообщение в нем отсутствует, то вместо адреса передается «незанятое» кодовое слово, имеющее определенный формат. Адресная емкость протокола POCSAG равна 2097152 адресам.

В структуре кодовых слов имеется флаг для определения типа принятого слова. Адресное поле, равное 18 битам, предназначено для указания адреса пейджера. Информация, закодированная функциональными битами, используется для разрешения передачи на один пейджер многократных сообщений таких, как разные коды тональных посылок. Информационное поле состоит из 20 бит, но это не ограничивает размер передаваемого сообщения, поскольку следующая часть сообщения может быть передана в следующей пачке. Такой вариант передачи длинных сообщений применяется для сохранения структуры протокола. В соответствии с алгоритмом передачи информации пейджеры не анализируют все передаваемые сообщения, а лишь читают заголовки и обрабатывают сообщения, адресованные им. Это значительно снижает энергопотребление пейджеров, работающих в стандарте POCSAG.

Благодаря широкому применению стандарта POCSAG во многих странах, легко решается проблема роуминга, так как используется единый стандарт, что позволяет работать на несущей частоте диапазона метровых (146-174 МГц) и дециметровых (403-470 МГц) радиоволн [3].

Для кодирования передаваемых сообщений применяется частотная манипуляция (FSK).

ERMES

Стандарт ERMES позволяет организовать высокоскоростные сети большой абонентской емкости и площади охвата. Он был разработан для пользователей из сфер бизнеса и информации, а также для обеспечения национального международного роуминга, предоставления дополнительных информационных услуг, которые предполагают передачу большого объема информации в единицу времени. Если стандарт POCSAG обеспечивает скорость передачи 2400 бит/с, то стандарт ERMES - 6400 бит/с. Сейчас в стандарт включены наборы знаков кириллицы, китайские иероглифы и символы арабского алфавита.

Для приема сообщений в стандарте ERMES применяются пейджеры со сканирующим по частоте приемником. Вначале приемник пейджера опрашивает первый радиоканал, просматривая все его пачки. Если не обнаружено сообщение с адресом данного пейджера, он автоматически переходит на частоту следующего радиоканала. Процедура сканирования радиоканалов осуществляется до тех пор, пока не будет обнаружена и принята информация, адресованная данному абоненту.

Цифровые сети ERMES обладают высокой помехоустойчивостью, поскольку в передаваемом протоколе используется цифровое кодирование с избыточностью, что позволяет проводить коррекцию ошибок (искаженных символов) в принятой информации. Кроме того, протокол обмена позволяет осуществлять роуминг.

FLEX

Стандарт FLEX и соответствующее ему семейство высокоскоростных протоколов Re-FLEX и InFLEXion позволят значительно расширить возможности систем персонального радиовызова.

Максимальная скорость передачи сообщений в стандарте FLEX составляет 6400 бит/с, что в пять раз больше, чем в стандарте POCSAG.

Протокол ReFLEX предназначен для организации двухсторонней цифровой перелачи сообщений, т.е. передача сигналов подтверждения осуществляется пейджером на частоте 901-902 МГц. Предусмотрена также высокоскоростная передача сообщений (от 12800 до 25600 бит/с).

Протокол InFLEXion предусматривает еще большую скорость передачи сообщений -112 кбит/с, что позволяет более чем в 10 раз увеличить пропускную способность системы и, соответственно, число абонентов. Кодирование сообщений в протоколах производится при помощи четырехуровневой FSK.

В протоколе стандарта FLEX предусматривается синхронная передача сообщений пакетами фиксированной длины, каждый из которых имеет свое конкретное положение во времени. За 1 мин передается 32 пакета (1,875 с на один пакет), за полный цикл - 128 пакетов, что занимает 4 мин. Следовательно, за 1 ч повторяется 15 циклов сообщений. Рекомендуется синхронизировать начало каждого 0-го пакета 0-го цикла с началом астрономического часа по сигналам точного времени спутниковой системы GPS. Это необходимо для пейджинговых сетей, поддерживающих роуминг.

1.2 Системы сотовой связи стандарта GSM

Стандарт GSM (Global System for Mobile Communication) является европейским цифровым стандартом сотовой подвижной связи, разработанным под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи — ETSI. В настоящее время сети сотовой связи стандарта GSM функционируют во всех странах мира. Ему принадлежит около 70% абонентской базы (более чем в 130 странах). В системах стандарта GSM имеются интерфейсы трех видов: для соединения с внешними сетями; между различным оборудованием сетей GSM; между сетью GSM и внешним оборудованием. Они полностью соответствуют требованиям рекомендаций ETSI/GSM 03.02.

В стандарте GSM 900 для передачи информации прямого канала используется полоса 935...960 МГц, а обратного — 890...915 МГц, т.е. дуплексный разнос по частоте составляет 45 МГц [4]. Один f-частотный канал занимает полосу 200 кГц. Всего в полной полосе частот GSM , с учетом защитных полос, размещается 124 частотных канала. Каждый частотный канал используется для организации 8 цифровых каналов. Каждый цифровой канал представляет собой отдельный физический канал. Используя временное уплотнение, на базе 124 радиоканалов можно получить 992 (124x8) физических канала.

Центральная частота канала (в МГц) связана с его номером N соотношениями:

• обратный канал: f = 890,200 + 0,200 N, 1 < N< 124;

• прямой канал: f = 935,200 + 0,200 N, l<N< 124.

Одна из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM - использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи. Главное назначение таких скачков (SFH - Slow Frequency Hopping) - обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн. SFH используется во всех подвижных сетях, что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских станций. Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA кадра (577 мкс), в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте. В соответствии со структурой кадров время для перестройки частоты составляет около 1 мс.

В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется дуплексный разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие ортогональные формирующие последовательности, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами в соте. Параметры последовательности переключения частот (частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются каждой подвижной станции в процессе установления канала. Ортогональность последовательностей переключения частот в соте обеспечивается начальным частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формирования) последовательности. В смежных сотах используются различные формирующие последовательности.

В стандарте GSM используется гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying — GMSK). По сути это MSK-модуляция. Термин «гауссовская» в названии метода модуляции соответствует дополнительной фильтрации модулирующей битовой последовательности относительно узкополосных гауссовских фильтров, именно эта дополнительная фильтрация отличает метод GMSK от метода MSK. Ширина полосы В фильтра по уровню 3 дБ выбирается равной В = 0,3F, где F-частота битовой модулирующей последовательности. В стандарте GMSK F=270,833 кГц, полоса гауссовского фильтра B=81,3 кГц. Введение гауссовского фильтра приводит к сужению главного лепестка и снижению боковых лепестков спектра на выходе модулятора, чем обеспечивается допустимый уровень помех по соседним частотным каналам.

1.3 Сотовая связь с кодовым разделением каналов (стандарты CDMA)

В настоящее время метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов реализован в нескольких стандартах. Эти стандарты значительно отличаются друг от друга по способу кодирования в каналах и методу расширения спектра.

Под сетями сотовой связи стандарта cdmaOne обычно подразумевают сети стандарта с кодовым разделением каналов -IS-95A и IS-95В.

Сеть IS-95 A предоставляет абонентам голосовые услуги и услуги передачи данных, основанные на канальной коммутации со скоростью передачи данных до 64 кбит/с. Стандарт IS-95B позволяет повысить скорость передачи данных до 115 кбит/с за счет пакетной коммутации. Основным преимуществом стандартов IS-95A и IS-95В является совместимость радиоинтерфейса со стандартом CDMA 2000 1X. Это выделяет определенные особенности в эволюции стандартов. Так мобильный терминал стандарта IS-95 может работать в сетях CDMA 2000 1X. Это возможно благодаря унификации использования частотного ресурса, так как ширина несущей для всех стандартов одинакова и составляет примерно 1,25 МГц. Сети стандарта cdma 2000 представляют собой сети стандарта IMT-2000 c радиоинтерфейсом IMT-MC, который, в свою очередь, подразделяется на две фазы — cdma 2000 1Х и cdma 2000 3Х. Переход от cdma 2000 1Х к cdma 2000 3Х включает cdma 2000 1X EV-DO и cdma 2000 1X EV-DV Эволюция сетей стандарта CDMA показана на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2 – Эволюция от стандарта IS-95A к стандартам третьего поколения

Рисунок 3 – Эволюция стандарта CDMA

Сети сотовой связи стандарта cdmaOne

Система связи cdmaOne работает в диапазонах частот 824-849 МГц (обратный канал) и 869-894 МГц (прямой канал) с дуплексным разносом 45 МГц. Общая полоса частот, занимаемая в эфире, –1,25 МГц.

Передача речи и данных по стандарту IS-95 осуществляется кадрами длительностью 20 мс. При этом скорость передачи в пределах сеанса связи может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с, но в течение одного кадра она остается неизменной. Если количество ошибок в кадре превышает допустимую норму, то искаженный кадр удаляется.

В стандарте CDMA передаваемую информацию кодируют, и код превращают в шумо-подобный широкополосный сигнал (ШШС) так, что его можно выделить снова, только располагая кодом на приемной стороне. Одновременно в широкой полосе частот можно передавать и принимать множество сигналов, не мешающих друг другу.

Широкополосной называется система, которая передает сигнал, занимающий очень широкую полосу частот, значительно превосходящую ту минимальную ширину полосы частот, которая фактически требуется для передачи информации. В широкополосной системе исходный модулирующий сигнал (например, сигнал телефонного канала) с полосой всего несколько килогерц распределяют в полосе частот, ширина которой может быть несколько мегагерц. Это осуществляется путем двойной модуляции несущей передаваемым информационным сигналом и широкополосным кодирующим сигналом. Основной характеристикой широкополосного сигнала является его база В, определяемая как произведение ширины спектра сигнала F на его период Т. В результате перемножения сигнала источника псевдослучайного шума с информационным сигналом энергия последнего распределяется в широкой полосе частот, т.е. его спектр расширяется (рисунок 4).

Информация может быть введена в широкополосный сигнал (ШПС) несколькими способами. Наиболее известный способ заключается в наложении информации на широкополосную модулирующую кодовую последовательность перед модуляцией несущей для получения ШШС.

Рисунок 4 – Спектр шумоподобного сигнала

Узкополосный сигнал умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом Т, состоящую из N бит. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП. Этот способ пригоден для любой широкополосной системы, в которой для расширения спектра высокочастотного сигнала применяется цифровая последовательность.

Рисунок 5 – Схема расширения спектра частот цифровых сообщений

Сущность широкополосной связи состоит в расширении полосы частот сигнала, передаче ШПС и выделении из него полезного сигнала путем преобразования спектра принятого ШПС в первоначальный спектр информационного сигнала.

Перемножение принятого сигнала и сигнала такого же источника псевдослучайного шума (ПСП), который использовался в передатчике, сжимает спектр полезного сигнала и одновременно расширяет спектр фонового шума и других источников интерференционных помех. Результирующий выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе приемника есть функция отношения ширины полос широкополосного и базового сигналов: чем больше расширение спектра, тем больше выигрыш. Во временной области - это функция отношения скорости передачи цифрового потока в радиоканале к скорости передачи базового информационного сигнала. Для стандарта IS-95 данное отношение составляет 128 раз, или 21 дБ. Это позволяет системе работать при уровне интерференционных помех, превышающих уровень полезного сигнала на 18 дБ, так как обработка сигнала на выходе приемника требует превышения уровня сигнала над уровнем помех всего на 3 дБ. В реальных условиях уровень помех значительно меньше. Кроме того, расширение спектра сигнала (до 1,23 МГц) можно рассматривать как применение методов частотного разнесения приема. Сигнал при распространении в радиотракте подвергается замираниям вследствие многолучевого характера распространения. В частотной области это явление можно представить как воздействие режекторного фильтра с изменяющейся шириной полосы режекции (обычно не более чем на 300 кГц).

В стандарте CDMA для кодового разделения каналов используются ортогональные коды Уолша. Кодирование по Уолшу применяется в прямом канале (от базовой станции к абонентскому терминалу) для разделения пользователей. В системах, использующих стандарт IS-95, все АС работают одновременно в одной полосе частот. Согласованные фильтры приемников БС квазиоптимальны в условиях взаимной интерференции между абонентами одной соты и весьма чувствительны к эффекту «далеко-близко». Для максимизации абонентской емкости системы необходимо, чтобы терминалы всех абонентов излучали сигнал такой мощности, которая обеспечила бы одинаковый уровень принимаемых БС сигналов. Чем точнее управление мощностью, тем больше абонентская емкость системы.

В технических решениях компании Qualcomm расширение спектра обеспечивается за счет модуляции сигнала псевдослучайной последовательностью с частотой следования дискретов 1,23 МГц. Более точно эта частота составляет 1,2288 МГц, причем 1228,8 = 9,6x128, так что при частоте информационной битовой последовательности 9,6 кбит/с длительности одного бита соответствует 128 дискретов псевдослучайной модулирующей последовательности. Полоса сигнала с расширенным спектром по уровню 3 дБ составляет 1,23 МГц, причем при помощи цифрового фильтра формируется спектр, близкий к прямоугольному.

Для модуляции сигнала используется три вида функций: «короткая» и «длинная» ПСП и функции Уолша порядков от 0 до 63. Все они являются общими для базовых и мобильных станций, однако реализуют разные функции. В прямом канале модуляция сигнала функциями Уолша (бинарная фазовая манипуляция) используется для различения разных физических каналов данной БС; модуляция длинной ПСП (бинарная фазовая манипуляция) - с целью шифрования сообщений; модуляция короткой ПСП (квадратурная фазовая манипуляция двумя ПСП одинакового периода) - для расширения полосы и различения сигналов разных БС.

Различение сигналов разных станций обеспечивается тем, что все БС используют одну и ту же пару коротких ПСП, но со сдвигом на 64 дискрета между разными станциями, т.е. всего в сети 511 кодов, при этом все физические каналы одной БС имеют одну и ту же фазу последовательности.

На БС формируется 4 типа каналов: канал пилот-сигнала (PI), синхроканал (SYNC), вызывной канал (РСН) и канал трафика (ТСН).

Сигналы разных каналов взаимно ортогональны, что гарантирует отсутствие взаимных помех между ними на одной БС. Внутрисистемные помехи, в основном, возникают от передатчиков других БС, работающих на той же частоте, но с иным циклическим сдвигом.

Излучение пилот-сигнала происходит непрерывно. Для его передачи используют функцию Уолша нулевого порядка. Пилот-сигнал -это сигнал несущей, который используется ПС для выбора рабочей ячейки (по наиболее мощному сигналу), а также в качестве опорного для синхронного детектирования сигналов информационных каналов. Обычно на пилот-сигнале излучается около 20% общей мощности, что позволяет подвижной станции обеспечить точность выделения несущей частоты и осуществить когерентный прием сигналов.

В синхроканале (SYNC) входной поток со скоростью 1,2 кбит/с перекодируется в поток, передаваемый со скоростью 4,8 кбит/с. Синхросообщение содержит технологическую информацию, необходимую для установления начальной синхронизации на мобильной станции (МС): данные о точном системном времени, о скорости передачи в канале РСН, о параметрах короткого и длинного кода. Скорость передачи в синхроканале ниже, чем в вызывном (РСН) или канале трафика (ТСН), благодаря чему повышается надежность его работы. По завершении процедуры синхронизации МС настраивается на канал вызова РСН и постоянно его контролирует.

При передаче сигнала от БС используется сверточное кодирование со скоростью R=l/2 и кодовым ограничением К=9. Для борьбы с замираниями в стандарте IS-95 предусмотрено поблочное перемежение символов, позволяющее декоррелировать пакеты ошибок. Скорость передачи по каналу ТСН может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с, что позволяет гибко адаптировать трафик к условиям распространения радиоволн. Для приема сигналов используется RAKE-приемник, имеющий несколько каналов для их параллельной обработки.

В IS-95 допускается использование нескольких типов речевых кодеков: CELP (8 кбит/с), QCELP (13 кбит/с) или EVRC (8 кбит/с). Типовые значения оценки качества по шкале MOS для алгоритма CELP составляет 3,7 балла (9600 бит/с) и 3,0 балла (4800 бит/с). Вносимая алгоритмом CELP задержка не превышает 30 мс. Качество передачи речи в вокодере QCELP (Qualcomm CELP) очень близко к качеству передачи по проводным линиям (4,02 балла).

В обратном канале (от подвижной станции к базовой) модуляция сигнала короткой ПСП используется только для расширения спектра, причем все подвижные станции используют одну и ту же пару последовательностей с одинаковым (нулевым) смещением. Модуляция сигнала длинной ПСП, кроме шифрования сообщений, несет информацию о подвижной станции (ПС) в виде ее закодированного индивидуального номера и обеспечивает различение сигналов от разных ПС одной ячейки за счет индивидуального для каждой станции сдвига последовательности.

В МС предусмотрено два типа информационного обмена: доступ (АСН) и трафик (ТСН). Пилот-сигнала в обратном канале нет, поэтому синхронное детектирование не используется, БС осуществляют некогерентную обработку сигналов, а помехоустойчивость обеспечивается, в основном, за счет пространственного разнесения.

В кодеках МС тоже применяются ортогональные коды Уолша, но не для уплотнения каналов (как на БС), а для повышения помехоустойчивости. С этой целью входной поток данных со скоростью 28,8 кбит/с разбивается на пакеты по 6 бит, и каждому из них однозначно ставится в соответствие одна из 64 последовательностей Уолша. В итоге скорость кодированного потока на входе модулятора возрастает до 307,2 кбит/с. Это кодирование одинаково для всех физических каналов, а на приемном конце используются 64 параллельных канала, каждый из которых настроен на свою функцию Уолша, и эти каналы распознают (декодируют) принятые 6-битовые символы.

В обратном канале, как и в прямом, для защиты от ошибок используется сверточное кодирование с длиной ограничения 9, но со скоростью 1/3 (т.е. с вдвое большей избыточностью-это мера компенсации отсутствия синхронного детектирования) и перемежение на интервале 20 мс. В результате кодирования скорость в информационном канале увеличивается до 28,8 кбит/с. Принцип работы системы сотовой связи стандарта CDMA основывается на кодировании информационного сигнала по Уолшу, затем смешивается с несушей, спектр которой предварительно расширяется перемножением с сигналом источника псевдослучайного шума. Каждому информационному сигналу назначается свой код Уолша, затем они объединяются в передатчике, пропускаются через фильтр, и общий шумоподобный сигнал излучается передающей антенной.

На вход приемника поступают полезный сигнал, фоновый шум, помехи от БС соседних ячеек и от ПС других абонентов. После ВЧ-фильтрации сигнал поступает на коррелятор, где происходит сжатие спектра и выделение полезного сигнала в цифровом фильтре с помощью заданного кода Уолша. Спектр помех расширяется, и они появляются на выходе коррелятора в виде шума. На практике в ПС используются несколько корреляторов для приема сигналов с различным временем распространения в радиотракте или сигналов, передаваемых различными БС.

Число абонентов в системе CDMA зависит от уровня взаимных помех. Согласованные фильтры БС весьма чувствительны к эффекту «ближний-дальний» (far-near problem), когда МС, расположенная вблизи базовой, работает на большой мощности, создавая недопустимо высокий уровень помех при приеме других, «дальних» сигналов, что приводит к снижению пропускной способности системы в целом. Эта проблема существует у всех системах мобильной связи, однако наибольшие искажения сигнала возникают именно в CDMA-системах, работающих в общей полосе частот, в которых используются ортогональные шумоподобные сигналы. Если бы в этих системах отсутствовала регулировка мощности, то они существенно уступали бы по характеристикам сотовым сетям на базе TDMA. Поэтому ключевой проблемой в CDMA-системах можно считать индивидуальное управление мощностью каждой станции. Эффективная работа системы с кодовым доступом возможна лишь при условии выравнивания сигнала от различных абонентов на входе базовой станции. Причем чем выше точность выравнивания, тем больше зона покрытия системы. Следует отметить, что прямой канал менее подвержен искажениям сигнала за счет внутрисистемных помех и многолучевых замираний, так как на БС всегда существует запас по мощности. Поэтому основные проблемы возникают при регулировке мощности в обратном канале -от абонента к БС.

Чем выше точность управления мощностью, тем ниже уровень взаимных помех. В стандарте IS-95 регулировка мощности МС осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ, т.е. с точностью ±0,5 дБ. Интервал между соседними измерениями равен 1,25 мс. Биты управления мощностью передаются по каналу трафика со скоростью 800 бит/с, Раздельная обработка многолучевых сигналов с последующим их сложением обеспечивает требуемое отношение сигнал/шум в 6-7 дБ. Применение нескольких параллельно работающих каналов при раздельной обработке лучей позволяет осуществить «мягкий» режим переключения при переходе абонента из одной соты в другую.

Абонентская емкость ячейки системы CDMA оптимизируется использованием алгоритма регулировки, который ограничивает мощность, излучаемую каждым AT, до необходимого уровня для получения приемлемой вероятности ошибки. В системе предусматриваются три механизма регулировки мощности: в прямом канале - разомкнутая петля; в прямом канале - замкнутая петля; в обратном канале (ОК) - внешняя петля регулирования.

Процесс регулирования мощности передающих устройств в ОК (от абонента к БС) заключается в следующем. Каждая ПС непрерывно передает информацию об уровне ошибок в принимаемом сигнале. На основании этой информации БС распределяет излучаемую мощность между абонентами таким образом, чтобы в каждом случае обеспечить приемлемое качество речи. Абоненты, на пути к которым радиосигнал испытывает большее затухание, получают возможность излучать сигнал большей мощности. Основная цель регулировки мощности в ОК - оптимизация площади соты.

В процессе регулирования мощности в прямом канале (от БС к абоненту) возможны два варианта регулирования: по открытому циклу (разомкнутая петля) и по замкнутому циклу (замкнутая петля). При открытом цикле ПС после включения ищет сигнал БС. После синхронизации ПС по этому сигналу производится замер его мощности и вычисляется мощность передаваемого сигнала, необходимая для обеспечения соединения с БС. Вычисления основываются на том, что сумма уровней предполагаемой мощности излучаемого сигнала и мощности принятого сигнала должна быть постоянна и равна-73 дБ. Этот процесс повторяется каждые 20 мс, но он все же не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности, так как прямой и обратный каналы работают в разных частотных диапазонах (разнос частот 45 МГц) и, следовательно, имеют различные уровни затухания при распространении и по-разному подвержены воздействию помех.

При замкнутом цикле возможно точно отрегулировать мощность передаваемого сигнала. БС постоянно оценивает вероятность ошибки в каждом принимаемом сигнале. Если она превышает программно заданный порог, то БС дает команду соответствующей ПС увеличить мощность излучения. Регулировка осуществляется с шагом 1 дБ. Этот процесс повторяется каждые 1,25 мс. Цель такого процесса регулирования заключается в том, чтобы каждая ПС излучала сигнал минимальной мощности, достаточный для обеспечения приемлемого качества речи. За счет того, что все ПС излучают сигналы необходимой для нормальной работы мощности, и не более, их взаимное влияние минимизируется, и абонентская емкость системы возрастает. ПС должны обеспечивать регулирование выходной мощности в широком динамическом диапазоне -до 85 дБ.

При процедуре мягкой эстафетной передачи (переходе абонента из зоны обслуживания одной БС в зону другой) схема регулирования мощности несколько иная. ПС принимает одновременно несколько команд управления мощностью от разных БС (обычно двух) и сравнивает их между собой. Если все команды указывают на необходимость увеличения мощности, то ПС последовательно увеличивает свою мощность с шагом 1 дБ.

Основные характеристики стандарта CDMA фирмы Qualcomm приведены в таблице 3.

Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне 800 МГц. Система построена по методу прямого расширения спектра частот на основе 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется алгоритм CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400 и 1200 бит/с. В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью 1/2 (в прямом канале) и 1/3 (в обратном канале), декодер Витерби с мягким решением и перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса частот канала связи составляет 1,25 МГц.

Состав оборудования сетей стандарта CDMA во многом сходен с составом оборудования сетей стандарта GSM и включает в себя MS и BS, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, различные дополнительные системы и устройства.

Таблица 3 - Основные технические характеристики стандарта CDMA

Характеристика	Значение
Диапазон частот передачи MS, МГц	824,040-848,860
Диапазон частот передачи BTS, МГц	869,040-893,970
Относительная нестабильность несущей частоты BTS	±5x10^-8
Относительная нестабильность несущей частоты MS	±2,5x10^-6
Вид модуляции несущей частоты	QPSK (BTS), O-QPSK (MS)
Ширина спектра излучаемого сигнала, МГц: - по уровню -3 дБ; - по уровню - 40 дБ.	1,25 1,50
Тактовая частота ПСП, МГц	1,2288
Число каналов BTS на одной несущей	1 пилот-канал, 1 канал сигнализации, 7 каналов персонального вызова, 55 каналов связи
Число каналов MS	1 канал доступа, 1 канал связи
Скорость передачи данных, бит/с: - в канале синхронизации - в канале персонального вызова и доступа; - в каналах связи.	1200 9600, 4800 9600,4800,2400, 1200

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов. Конфигурация сотовой сети стандарта CDMA представлена на рисунке 6 [3].

MS -подвижная станция.

BTS- базовая станция.

SU -устройство выбора кадра.

MSC -центр коммутации подвижной связи.

BSC -контроллер базовой станции.

ОМС -центр управления и обслуживания.

DB -база данных.

PSTN -телефонная сеть общего пользования.

ISDN -цифровая сеть с интеграцией служб.

PDN - сеть пакетной коммутации.

Рисунок 6–Конфигурация сети стандарта CDMA

Одно из важных требований, предъявляемых к системам второго поколения, - гибкость технологии и возможность ее постепенного развития, проходящего без кардинального изменения существующей инфраструктуры сетей.

Версия IS-95B основана на объединении нескольких каналов CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной). Скорость может увеличиваться до 28,8 кбит/с (при объединении двух каналов по 14,4 кбит/с) или до 115,2 кбит/с (8 каналов по 14,4 кбит/с). Сети на основе IS-95B смогут обеспечивать доступ в Internet до появления систем третьего поколения. Однако для того, чтобы предоставлять услуги пакетной передачи, контроллер БС необходимо дооснастить маршрутизатором. В спецификациях стандарта предусмотрено качественное улучшение характеристик обслуживания за счет снижения потерь при переходе абонента от одной БС к другой, а также повышение точности контроля мощности до 0,25 дБ, организация каналов приоритетного доступа и другие усовершенствования.

1.4 Система спутниковой связи Inmarsat

Inmarsat - первая и проверенная временем система мобильной спутниковой связи (существует более 25 лет). Сейчас функционирует уже третье поколение системы. Четыре геостационарных спутника обеспечивают покрытие всего земного шара за исключением полюсов. Звонок с терминала Inmarsat попадает на спутник, который спускает его на наземную станцию (LES). LES отвечает за перенаправление звонков в/за телефонных сетей общего пользования и Интернет. Если в каком-либо районе наблюдается повышенная активность абонентов, спутник выделяет несколько дополнительных лучей на работу с этим регионом.

В дополнение к стандартным телефонам система поддерживает оборудование, позволяющее отслеживать местонахождение абонентов. Терминалы стандарта Inmarsat-С применяются как для передачи текстовых сообщений, так и для мониторинга подвижных объектов (судов, автомобилей, самолетов). Система применяется для обеспечения безопасности мореплавания (ГМССБ) и для управления воздушным движением.

1.5 Cистема спутниковой связи GLOBALSTAR

Globalstar — это глобальная цифровая система персональной связи, основанная на использовании низкоорбитальных спутников. При разработке системы Globalstar был использован опыт создания сотовых систем связи с кодовым разделением каналов фирмы QUALCOMM, Inc. Набор услуг системы Globalstar включает передачу речи, данных, факсимильных сообщений, сигналов персонального радиовызова (пейджинговых сообщений) и определение координат подвижных объектов.

Система Globalstar включает три основных сегмента: космический (космические аппараты), наземный и пользовательский.

В соответствии с проектом космический сегмент состоит из 48 основных ИСЗ и 4 резервных, расположенных на 8 орбитах — по 6 основных ИСЗ на каждой. Орбиты - наклонные, круговые с наклонением к экватору — 52°, что сужает ширину зоны обслуживания системы в целом. Период обращения ИСЗ на орбите равен 113 мин. Высота орбит составляет 1414 км. Большая высота орбиты обусловливает, с одной стороны, большую зону обслуживания каждого ИСЗ и больший срок службы КА (7,5 лет), с другой — большее запаздывание и затухание сигнала, более дорогой вывод спутника на орбиту. Космический сегмент построен так, чтобы обеспечить наилучшее обслуживание пользователей в средних широтах. Именно в средних широтах доступными являются не менее двух КА. Ширина всей зоны обслуживания ограничена 70 ° северной и южной широты. Поэтому в Антарктиде, на Северном полюсе, в некоторых районах Северного морского пути пользование системой Globalstar невозможно.

ИСЗ Globalstar представляет собой ретранслятор с преобразованием частот, осуществляющий прием сигналов в пределах зоны обслуживания, их преобразование и передачу на земную станцию. Все операции по обработке вызовов, их коммутации, преобразованию сигналов и разделению каналов производятся на Земле, где реализация данных функций обходится дешевле, аппаратура доступна для технического обслуживания и может быть со временем модернизирована.

Наземный сегмент системы спутниковой подвижной связи (ССПС) Globalstar состоит из земной станции сопряжения, центров управления и контроля орбитальной группировкой (Satellite Operations Control Center) и наземными средствами (Ground Operations Control Center). Центр управления и контроля орбитальной группировки на основе телеметрической информации контролирует текущее состояние ИСЗ и параметры их орбит, при необходимости выдает соответствующие команды. Центр управления и контроля наземных средств отвечает за планирование и распределение ресурсов системы, контроль за ее функционированием. Центры расположены на территории США и связаны между собой и с другими земными станциями системы с помощью специальной сети передачи данных GDN (Globalstar Data Network).

При установлении связи, мобильный терминал Globalstar сначала проверяет возможность работы в наземной сотовой сети связи и лишь при невозможности устанавливает соединение через спутник. Сигнал с абонентского терминала (телефонного аппарата пользователя) передается через спутник на ближайшую земную станцию сопряжения, которая соединяет его с требуемым абонентом обычной телефонной сети, сотовой сети или с абонентом системы Globalstar. Принцип действия системы показан на рисунке 7. При этом максимальная задержка сигнала не должна превышать 150 мс, а время установления соединения — 5 с. Мировой роуминг позволит дозвониться до абонента по одному и тому же номеру, вне зависимости от его географического местоположения.

Рисунок 7 – Система связи Globalstar

В системе Globalstar используются шумоподобные сигналы (ШПС) и комбинация методов мпогостанционного доступа с кодовым (CDMA) и частотным разделением каналов (FDMA). Это позволяет решить ряд проблем и, в первую очередь, проблему многократного использования частот и повышения пропускной способности. В отличие от узкополосных сигналов, предъявляющих жесткие требования к уровню развязки между лучами многолучевой антенны, ШПС сигналы позволяют существенно снизить требования к развязке между лучами. В результате можно использовать одни и же частоты в разных лучах. Одновременно могут быть снижены требования к электромагнитной совместимости с другими системами, работающими в том же диапазоне частот на первичной основе. Другое преимущество ШПС сигналов состоит в возможности борьбы с помехами в виде отраженных сигналов путем их сложения с основным сигналом в многоканальном приемнике Globalstar. За счет МДКР, учета речевой активности и применения многолучевой антенны обеспечивается повторное использование частот, в результате чего каждый ИСЗ способен к одновременной ретрансляции около двух тысяч телефонных каналов.

Суммарная ширина полосы частот, отведенная для связи, равна 16,5 МГц в L- и S-диапазонах. В этой полосе размещаются 13 частотных каналов. Ширина полосы каждого канала равна 1,25 МГц.

Внутри каждого из частотных каналов разделение производится по форме сигналов, т.е. по номеру последовательности Уолша. Всего для связи используется 127 CDMA-каналов (последовательностей Уолша).

В системе используются следующие каналы:

· канал пилот-сигнала Скорость передачи -1,2 Мбит/с. Вид модуляции – QPSK;

· синхроканал. По каналу синхронизации передается поток данных со скоростью 1200 бит/с. В нем содержится следующая информация: текущее время, код идентификации СС, эфемериды КА, расписание каналов пейджинга;

· канал персонального вызова. По каналу передается технологическая информация, необходимая для установления соединения (частота, код идентификации пользователя, номер вызываемого абонента);

· прямой информационный канал. Канал предназначен для передачи информационных сообщений абонентам сети Globalstar. Все абоненты системы используют одну и ту же последовательность, но с различным (уникальным для каждого пользователя) временным сдвигом;

· канал доступа. Канал предназначен для передачи запросных пакетов длительностью 60 мс. Скорость передачи в канале доступа - 4,8 кбит/с.

1.6 Система спутниковой связи Thuraya

Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI) и американская Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) совместно разработали два набора спецификаций радиоинтерфейсов для региональных систем мобильной связи на базе геостационарных спутников (Geostationary Mobile Satellite Systems, GMSS). Оба эти набора основаны на стандарте GSM.

Эти наборы спецификаций, получили названия Geo Mobile Radio-1 (GMR-1) и Geo Mobile Radio-2 (GMR-2). В созданных на основе этих спецификаций системы используют малогабаритные двухрежимные (GSM/GMR) терминалы, позволяющие осуществить роуминг между наземными GSM-сетями и спутниковыми сетями, исходя из предпочтений пользователя или географического покрытия спутниковых сетей.

Радиоинтерфейс GMR-1 разработан для спутниковой системы Thuraya, а радиоинтерфейс GMR-2 - для работы Азиатской сотовой системы (Asia Cellular System, ACeS) и спутника Garuda 1.

Сильное сходство протоколов верхнего уровня систем GMR с наземными системами GSM позволяет интегрировать в новые системы стандартные услуги GSM с максимальным использованием таких элементов сетевой инфраструктуры GSM, как центры коммутации мобильной связи (MSC), регистры перемещения (VLR), центры обслуживания коротких сообщений (SMSC) и др. Стратегия развития GMR предусматривает также возможности эволюции к спутниковой системе UMTS.

В спецификации GMR-1 введен ряд методов повышения эффективности речевого канала через GSM, в том числе улучшенная модуляция и улучшенный речевой кодек с малой скоростью передачи. Стандарт GSM поддерживает 8 полноскоростных речевых каналов на каждые 200 кГц или 40 таких каналов на 1 МГц, а GMR-1 - 256 речевых каналов на 1 МГц.

Космический сегмент Thuraya-1 имеет отражатель L-диапазона - 250-300 узких лучей (spot beam), цифровую систему формирования лучей (которая обеспечивает динамическое покрытие территории и его оптимизацию применительно к изменениям трафика) и большую мощность. Он обеспечивает возможность соединения двух мобильных терминалов через один спутник.

Единым точечным источником всех узких лучей является спутник мобильной связи, что позволяет синхронизировать все управляющие каналы. Это имеет очень большое значение для выбора и переключения узких лучей. Сигналы управления сотами GSM-сети имеют разные источники и асинхронны, что учитывается в конструкции и протоколе каналов управления GSM. Для ускорения и повышения точности выбора узких лучей, а также для некоторого повышения эффективности каналов управления в системе GMR-1 используется синхронизация каналов. Быстрота переключения каналов GMR-1 обеспечивается именно тем, что они всегда синхронны.

Поскольку архитектура протоколов GMR-1 тесно привязана к GSM, усовершенствования протоколов GSM могут использоваться в GMR-1. Важнейшим этапом эволюции GSM является включение в этот стандарт услуг пакетной коммутации на основе протоколов GPRS, EGPRS и протоколов 3-го поколения. Система GMR-1 обеспечивает быстрое определение местоположения как собственными средствами, так и с использованием системы GPS. Возможности системы GPS сокращают время определения местоположения с 90 с до 5 с и меньше.

1.7 Спутниковая связь системы IRIDIUM

Концепция создания системы Iridium была предложена в 1987 г. специалистами отделения спутниковой связи компании Motorola.

Система включает в себя: космический сегмент; станция сопряжения; абонентские терминалы.

В системе Iridium станция сопряжения предназначена для организации доступа пользователей к системе и обеспечения сопряжения с наземными коммутируемыми телефонными сетями общего пользования. Взаимодействие станции сопряжения с ТФОП в каждой стране или регионе осуществляется с учетом национальной системы нумерации и вида сигнализации (SS №7 и др.). По каналу сигнализации передаются сигналы начала и окончания разговора, тональные посылки вызова, сигналы оповещения и индикации условий разговора.

На станции сопряжения ведется база данных зарегистирированных абонентов, производится учет поступающих вызовов, времени разговора абонента и других показателей, необходимых для выставления абонентских счетов. Орбитальная группировка системы Iridium состоит из 66 основных КА, выведенных на орбиту высотой 780 км над поверхностью Земли, и 6 резервных КА (высота орбиты около 645 км). Спутники на основной орбите распределены в 6 равноудаленных друг от друга орбитальных плоскостях по 11 КА в каждой плоскости. Угловой разнос между КА в одной плоскости составляет примерно 32,7°. Соседние орбитальные плоскости разнесены примерно на 31,6°, а разнос между 1-ой и 6-ой плоскостями составляет 22,1°. Вид орбиты - квазиполярная круговая с наклонением 86,4°. Период обращения - 100 мин 28 сек.

Конфигурация орбитальной группировки выбрана управляемой, что позволяет наиболее эффективно осуществить глобальное обслуживание абонентов. Система с заданной конфигурацией обеспечит 100% охват поверхности Земли в течение 99,5% времени.

Между КА организуется межспутниковая связь. Любой спутник может одновременно связаться с четырьмя другими спутниками:

· двумя спутниками, расположенными спереди и сзади в той же орбитальной плоскости;

· двумя спутниками, расположенными слева и справа в соседних орбитальных плоскостях.

Связь между абонентами в сети Iridium осуществляется через станции сопряжения (СС), Первоначально пользователь регистрируется в одной из СС, расположенной в ближайшем географическом регионе. База данных с указанием местоположения всех абонентов системы Iridium хранится на каждой СС, а обобщенная база банных - в центре управления сетью. Если в регионе отсутствует наземная сотовая система радиотелефонной связи, то радиотелефонный терминал Iridium напрямую связывается с ближайшим КА, а далее - с нужным абонентом или другой СС. Вследствие того, что в Iridium имеются межспутниковые линии, то нет необходимости, чтобы СС находилась одновременно в зоне радиовидимости нескольких КА.

В состав системы Iridium входят два основных типа абонентских терминалов: мобильные и портативные. В зависимости от условий эксплуатации они отличаются конструктивным исполнением, например, воздушные, морские и др. Для обозначения абонентских терминалов используется сокращение ISO (Iridium subscriber unit).

Персональные терминалы системы Indium производятся двумя фирмами - Motorola (США) и Куосега (Япония). По внешнему виду и размерам эти аппараты мало чем отличаются от существующих моделей сотовых телефонов и по своему назначению они разделяются на

два основных типа:

• однорежимные, работающие только в сети Iridium;

• двухрежимные, рассчитанные на обслуживание абонентов региональной сети сотовой связи соответствующего стандарта и обеспечения глобальной спутниковой связи.

Защита от несанкционированного доступа организована на уровне не ниже стандарта сотовой связи GSM.

В состав каждого портативного терминала входит сменный или постоянно устанавливаемый элемент -модуль идентификации абонента (SlM-карта), который содержит индивидуальный номер телефона и другую информацию (данные об абоненте, блокирующие коды и т.д.). Абонент системы Iridium будет иметь единый номер телефона, доступный в любом уголке мира, где разрешено пользоваться услугами системы.

Радиотелефонный терминал обеспечивает работу в двух режимах: режиме сети Iridium и в режиме сотовой сети одного из стандартов (GSM, AMPS и др.). Первоначально абонент делает попытку установить связь через наземную сотовую сеть. Если его попытка неудачна, то тогда он входит в связь через спутниковую сеть.

Приняв вызов абонента, станция сопряжения прежде всего определяет, принадлежит ли данный абонент системе Iridium. Если да, то тогда местоположение вызываемого абонента находится с помощью собственной базы данных. После этого задается направление маршрутизации вызова и формируется маршрутный заголовок. Эти данные передаются на КА, где с их помощью выбирается положение коммутатора на спутнике. После окончания переговоров станция сопряжения подготавливает счет к оплате.

На КА использована 48-лучевая антенная система, состоящая из 6 активных фазированных антенных решеток (АФАР), каждая из которых формирует 8 лучей. Один луч высвечивает на поверхности Земли зону обслуживания диаметром порядка 600 км. В совокупности 48 лучей формируют квазисплошную подспутниковую зону диаметром более 4000 км.

В системе Iridium используется комбинация частотного и временного методов многостанционного доступа FDMA/TDMA, Для разделения смежных лучей используют различные частоты (метод FDMA). В каждой парциальной зоне (соте) формат многостанционного доступа - ТDМА. Каждая 8-лучевая структура обеспечивает возможность многократного использования частот.

Связь по радиолинии «Абонент-КА» осуществляется по 64 каналам (из них 9 каналов сигнализации). Разнос между каналами равен 160 кГц, полоса частот каждого канала -126 кГц. В радиолинии «КА-Абонент» организовано 29 каналов (4 - для сигнализации) с разносом 350 кГц и полосой частот каждого канала - 280 кГц. Кадры ТDМА для радиолиний «Абонент-КА» и «КА-Абонент» идентичны по структуре, но отличаются по скорости передачи. Скорость передачи информации в линии «Абонент-КА» составляет 180 кбит/с, а линии «КА-Абонент» - 400 кбит/с. Метод модуляции - QPSK со сглаживанием фазы по закону приподнятого косинуса.

Каждый абонент работает в пакетном режиме, используется метод передачи «один пакет на несущую». Кадр ТDМА состоит из 8 временных окон (сегментов). Длительность кадра равна 90 мс. Время передачи пакета составляет 8,28 мс. Для устранения внутрисистемных помех предусматривается защитный временной интервал длительностью 22,48 мс. Такой защитный интервал уменьшает эффективность ТDМА до 73%.

Передача осуществляется в выделенном временном окне. Доплеровский сдвиг частоты корректируется в каждой индивидуальной линии связи.

Одним из ключевых аспектов в системе Iridium является механизм перехода абонента из луча в луч (из одной соты в другую), а также с одного КА на другой. При максимальном времени пребывания абонента в зоне радиовидимости одного КА порядка 8-10 мин и при 48 лучах на каждом КА, интенсивность переходов может составить до одного раза в минуту. Учитывая то, что в соседних лучах используются разные рабочие частоты, процедура перехода в новую зону (соту) должна повлечь за собой и смену рабочей частоты абонентского терминала, т.е. в системе применяется достаточно сложный алгоритм переключения рабочих частот наземных терминалов.

Виды предоставляемых услуг:

· речевая связь. В речевом кодере используется алгоритм с линейным предсказанием VSELP. Скорость передачи речи 2,4 кбит/с. В линии связи речь передается дискретными блоками. Каждый передаваемый блок защищен от ошибок с помощью помехоустойчивого кода с прямым исправлением ошибок (FEC). Средняя оценка качества составляет 3,2 (оценка MOS). Время установления связи аналогично времени установления связи между абонентами наземной сотовой связи и не превышает 2 с. Максимальная задержка сигнала при международной связи - 410 мс, для местной и зоновой связи - в среднем 240 мс;

· передача данных. Осуществляется прозрачная передача данных с переменной длиной сообщения и скоростью передачи 2,4 кбит/с. Предусматривается также возможность передачи коротких сообщений, определяющих местоположение и статус абонента;

· факсимильные сообщения. Обмен факсимильными сообщениями осуществляется со скоростью 2,4 кбит/с, с использованием факсимильных аппаратов, способных принимать и хранить в памяти факсимильные сообщения, которые абонент может просмотреть, прокручивая телеграмму на экране дисплея;

· персональный вызов. Сигналы персонального вызова могут приниматься как с помощью специальных приемников (пейджеров), так и портативных радиотелефонных терминалов. Обьем передаваемых буквенно-цифровых сообщений составляет 200 знаков и 20 знаков цифрового сообщения в тоновом режиме. При передаче пейджинговых сообщений абонент указывает до 10 зон, где он может находиться, и в эти зоны будут передаваться сообщения. Используя телефон с тоновым набором или позвонив на доступный номер «домашней» станции сопряжения, абонент может изменить область доставки сообщения;

· определение местоположения. Определение координат пользователей предполагается осуществлять без специальной радионавигационной аппаратуры. Для этих целей используется метод РОСА (Point of closest approach). В основе его лежит измерение разности между реальным и ожидаемым временем прихода сигналов. При однократной процедуре измерения точность определения местоположения не превышает 1,6 км.

1.8 Сети транкинговой связи стандарта EDACS

Одним из первых стандартов цифровой транкинговой радиосвязи был стандарт EDACS (Enhanced Digital Access Communication System), разработанный фирмой Ericsson (Швеция).

Система EDACS работает в соответствии с закрытым фирменным протоколом, отвечающим требованиям по безопасности пользования системами транкинговой радиосвязи, которые были разработаны рядом фирм-производителей оборудования подвижной связи совместно с правоохранительными органами.

Цифровые системы EDACS работают в диапазоне частот 138-174 МГц, 403-423, 450-470 МГц и 806-870 МГц с разносом частот 30; 25; и 12,5 кГц.

В системах EDACS применяется частотное разделение каналов связи с использованием высокоскоростного (9600 бит/с) выделенного канала управления, который предназначается для обмена цифровой информацией между радиостанциями и устройствами управления работой системы. Это обеспечивает высокую оперативность связи в системе, время установления канала связи в однозоновой системе не превышает 0,25 с. Скорость передачи информации в рабочем канале также соответствует 9600 бит/с.

Речевое кодирование в системе производится путем компрессии импульсно-кодовой последовательности со скоростью 64 Кбит/с, полученной с помощью аналого-цифрового преобразования сигнала с тактовой частотой 8 кГц и разрядностью 8 бит. Алгоритм компрессии, реализующий метод адаптивного многоуровневого кодирования (разработка фирмы Ericsson), обеспечивает динамическую адаптацию к индивидуальным характеристикам речи абонента и формирует низкоскоростную цифровую последовательность, которая подвергается помехоустойчивому кодированию, доводящему скорость цифрового потока до 9,2 Кбит/с. Далее сформированная последовательность делится на пакеты, в каждый из которых включаются сигналы синхронизации и управления. Результирующая последовательность передается в канал связи со скоростью 9600 бит/с.

Основными функциями стандарта, обеспечивающими специфику служб общественной безопасности, являются различные режимы вызова (групповой, индивидуальный, экстренный, статусный), динамическое управление приоритетностью вызовов (в системе может использоваться до 8 уровней приоритета), динамическая модификация групп абонентов (перегруппировка), дистанционное выключение радиостанций (при утере или краже радиосредств). Системы стандарта EDACS обеспечивают возможность работы радиосредств как в цифровом, так и в аналоговом режиме, что позволяет пользователям на определенном этапе использовать старый парк технических средств радиосвязи.

Одной из основных задач, которая ставилась при разработке системы, было достижение высокой надежности и отказоустойчивости сетей связи на основе данного стандарта. Эта цель была достигнута, что подтверждается надежной и устойчивой работой систем связи в различных регионах мира. Высокая отказоустойчивость обеспечивается реализацией в аппаратуре системы EDACS распределенной архитектуры и заложенным принципом распределенной обработки данных. Базовая станция сети связи сохраняет работоспособность даже в случае отказа всех ретрансляторов, кроме одного. Последний работоспособный ретранслятор в этом случае в исходном состоянии работает как ретранслятор канала управления, при поступлении вызовов обрабатывает их, назначая свой собственный частотный канал, после чего переходит в режим ретранслятора рабочего канала. При выходе из строя контроллера базовой станции система переходит в аварийный режим, при котором теряются некоторые функции сети, однако, сохраняется частичная работоспособность (ретрансляторы работают автономно).

В системе EDACS возможно сквозное шифрование информации, однако, в связи с закрытым протоколом приходится применять либо стандартный алгоритм защиты, предлагаемый фирмой Ericsson, либо согласовывать с ней возможность использования собственных программно-аппаратных модулей, реализующих оригинальные алгоритмы, которые должны быть совместимы с системным протоколом EDACS.

1.9 Сети транкинговой связи стандарта TETRA

Система стандарта TETRA (трансевропейская система транкинговой связи) представляет собой совокупность спецификаций, разработанных ETSI и определяющих цифровую транкинговую систему связи (ТСС). Стандарт TETRA базируется на технической идеологии GSM. Стандарт TETRA включает в себя две спецификации: TETRA Voice + Data (TETRA V+D) и TETRA Packet Data Optimized (TETRA PDO). TETRA V+D - это стандарт на интегрированную систему передачи речи и данных, TETRA PDO - стандарт, описывающий специальный вариант ТСС, ориентированный только на ПД .

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц. Дуплексный разнос для систем стандарта TETRA составляет 10 МГц. В радиоканале используется относительная фазовая модуляция типа π/4-DQPSK с постоянной огибающей. Таким образом, каждому символу модуляции соответствует передача двух бит информации. Для преобразования речи в стандарте TETRA V+D используется кодек с алгоритмом CELP. Скорость цифрового речевого потока на выходе кодека составляет 4,8 кбит/с. До поступления на вход модулятора к речевому потоку добавляется корректирующий код, после чего производится межблочное перемежение.

Полная пропускная способность одного канала в системе стандарта TETRA V+D составляет 7200 бит/с. Стандарт TETRA PDO обеспечивает ПД со скоростью 28,8 кбит/с. ПД может производиться по схемам «точка-точка» и «точка-многоточие». Кроме того, стандарт TETRA предусматривает поддержку протокола Х.25 для пользовательских приложений. Наличие в стандарте спецификаций на шлюз с ISDN и PDN обеспечивает возможность взаимодействия с внешними системами передачи данных.

Спецификация стандарта TETRA не накладывает ограничений на архитектуру сети связи. Благодаря модульному принципу построения, могут быть реализованы разнообразные конфигурации сетей с различной географической протяженностью. Сети стандарта TETRA предполагают распределенную инфраструктуру управления и коммутации, обеспечивающую быструю передачу вызовов и сохранение локальной работоспособности системы при отказе ее отдельных элементов. Основными элементами сетей TETRA являются базовые и мобильные станции, устройства управления БС, контроллеры БС, диспетчерский пульт (ДП), терминалы технического обслуживания и эксплуатации(ТОЭ).

В стандарте TETRA предусматривается не только прямая связь между АТ, но и использование АТ в качестве ретрансляторов для расширения зоны обслуживания. Система стандарта TETRA может функционировать в следующих режимах: транкинговой связи; с открытым каналом; непосредственной связи.

В режиме транкинговой связи обслуживаемая территория перекрывается зонами действия БС. Стандарт TETRA позволяет строить как системы с выделенным частотным каналом управления КУ, так и с распределенным. При работе сети связи с выделенным КУ приемопередающие станции предоставляют абонентам несколько частотных каналов, один из которых (КУ) специально предназначается для обмена служебной информацией. При работе сети с распределенным КУ служебная информация передается либо в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте), либо в контрольном кадре мульти-кадра (одном из 18).

Каналы передачи сообщений могут выделяться в соответствии со следующими способами:

1. Транкинг сообщений. Канал присваивается в начале сеанса связи и освобождается по его окончанию.

2. Транкинг передач. Канал присваивается только на время одной транзакции (периода передача/прием), после чего он освобождается. Для следующей транзакции может быть выделен новый канал.

3. Квазитранкинг передач. Канал так же, как и в транкинге передач освобождается после транзакции, однако, с некоторой задержкой, что позволяет снизить количество сигналов управления.

В режиме с открытым каналом группа пользователей имеет возможность устанавливать соединение «один пункт – много пунктов» без установочной процедуры. Любой абонент, присоединившись к группе, может в любой момент использовать этот канал. В этом режиме радиостанция (PC) работают в двухчастотном симплексе. В режиме непосредственной (прямой) связи между терминалами устанавливаются двух- и многоточечные соединения по радиоканалам, не связанный с КУ сетью, без передачи сигналов через БС.

В системах стандарта TETRA мобильные станции могут работать в режиме «двойного наблюдения» (Dual Watch), при котором обеспечивается прием сообщений от абонентов, работающих как в режиме транкинговой, так и прямой связи. В системах стандарта TETRA поддерживаются передача речи и данных.

При этом речь и данные могут передаваться одновременно с одного терминала по различным логическим каналам. Для передачи речи используются службы речевой связи, обеспечивающие следующие режимы:

· речевая связь с индивидуальным вызовом абонентов (коммутируемое двухточечное соединение между двумя МА или между МА и стационарным терминалом для обеспечения прямой двухсторонней связи в режиме дуплекса или двух частотного симплекса);

· многосторонняя речевая связь, предполагающая групповой вызов абонентов (коммутируемые многопунктовые двунаправленные соединения между вызывающей стороной и несколькими вызываемыми абонентами при использовании симплексного режима связи);

· циркулярная связь с широковещательным вызовом (односторонняя передача речевой информации от вызывающей стороны нескольким вызываемым абонентам).

Все режимы речевой связи предусматривают возможность передачи как открытой речевой информации, так и речи, защищенной с помощью определенных алгоритмов шифрования.

В стандарте описываются следующие виды ПД:

· ПД с коммутацией цепей. Данный вид имеет режимы передачи, аналогичные речевому обмену (двухточечное и многоточечное соединение, широковещательная передача). Скорость обмена определяется числом временных интервалов, выделенных для связи, и классом защиты от ошибок;

· коммутируемые пакеты данных. Транслируются по виртуальным цепям или в виде датаграмм. В первом случае возможны только двухточечные соединения, во втором - многоточечные соединения и широковещательная передача;

· короткие сообщения (до 2048 бит). Передаются оперативно независимо от передачи речи и данных.

Транкинговая система связи предоставляет пользователям ряд дополнительных услуг:

· вызов, санкционированный диспетчером (режим, при котором вызовы поступают только с санкции диспетчера);

· приоритетный доступ (в случае перегруженности сети доступные ресурсы присваиваются в соответствии со схемой приоритетов);

· приоритетный вызов (присвоение вызовов в соответствии со схемой приоритетов);

· избирательное прослушивание (перехват поступающего вызова без влияния на работу других абонентов);

· дистанционное прослушивание (дистанционное включение АР на передачу для прослушивания обстановки у абонента);

· динамическая перегруппировка (динамическое создание, модификация и удаление групп пользователей);

· идентификация вызывающей стороны (возможность получения информации о персональном идентификаторе вызывающего абонента) и др.

Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности передаваемой информации: стандартный, использующий шифрование радиоинтерфейса (обеспечивается уровень защиты информации, аналогичный системе сотовой связи GSM); высокий, использующий сквозное шифрование (от источника до получателя). Средства защиты радиоинтерфейса стандарта TETRA включают механизмы аутентификации абонента и инфраструктуры, обеспечения конфиденциальности трафика за счет потока псевдоимен и специфицированного шифрования информации. Определенная дополнительная защита информации обеспечивается возможностью переключения информационных каналов и КУ в процессе ведения сеанса связи.

Функциональные схемы построения различных транкинговых систем связи стандарта TETRA представляются как совокупность элементов сети, соединенных определенными специфицированными интерфейсами. Сети стандарта TETRA содержат следующие основные элементы:

· базовая приемопередающая станция (BTS) - обеспечивает связь в определенной зоне (ячейке). БС выполняет основные функции, связанные с передачей радиосигналов: сопряжение с мобильной станцией, шифрование линий связи, пространственно-разнесенный прием, управление выходной мощностью мобильных радиостанций, управление радиоканалами;

· устройство управления БС (BCF) - элемент сети с возможностями коммутации, который управляет несколькими БС и обеспечивает доступ к внешним сетям ISDN, СТОП, PDN, РАВХ, а также используется для подключения ДП и терминалов ТОЭ;

· контроллер БС (BSC) - элемент сети с большими по сравнению с устройством BCF коммутационными возможностями, позволяющий обмениваться данными между несколькими BCF. Так же, как и BCF, обеспечивает доступ к внешним сетям. BSC имеет гибкую модульную структуру, позволяющую использовать большое число интерфейсов разного типа. В сетях TETRA контроллеры БС могут выполнять функции сопряжения с другими сетями TETRA и управления централизованными БД;

· диспетчерский пульт - устройство, подключаемое к контроллеру БС по проводной линии и обеспечивающее обмен информацией между оператором (диспетчером сети) и другими пользователями сети;

· мобильная станция (MS) – радиостанция, используемая подвижными объектами;

· стационарная радиостанция (FRS - Fixed Radio Station) - PC, используемая абонентом в определенном месте;

· терминал ТОЭ - терминал, подключаемый к устройству управления (УУ) базовой станцией BCF и предназначенный для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации и т.п. С помощью таких терминалов реализуется функция управления локальной сетью (LNM - Local Network Management).

Благодаря модульному принципу разработки оборудования, ТСС стандарта TETRA могут быть реализованы с разными иерархическими уровнями и различной географической протяженностью (от локальных до национальных). Функции управления БД и коммутации распределяются по всей сети, что обеспечивает быструю передачу вызовов и сохранение ограниченной работоспособности сети даже при потере связи с ее отдельными элементами.

На национальном или региональном уровне структура сети может быть реализована на основе сравнительно небольших подсетей TETRA, соединенных друг с другом с помощью межсистемного интерфейса ISI для создания обшей сети. Под подсетью обычно понимают автономную и самосогласующуюся сеть. При этом возможно централизованное управление сетью. Вариант построения такой сети показан на рисунке 8 [3].

Рисунок 8 – Структура сети ТЕТRА

Каждая подсеть ТЕТRА выполняет свои функции управления и коммутации, а также предоставляет возможность для централизованного управления сетью более высокого уровня. Структура подсети зависит от трафика, а также от требований к эффективности установления связи.

В транкинговой сети связи стандарта ТЕТRА предусматриваются различные способы обеспечения отказоустойчивости, позволяющие в случае отказа отдельных элементов сети сохранять полную или частичную работоспособность, возможно, с ухудшением ряда параметров таких, как время установления соединения и т.д. Для сетей национального уровня, как правило, используется несколько альтернативных маршрутов соединения сетей регионального уровня путем соединения контроллеров БС. Кроме этого, для региональных сетей предусматривается взаимное копирование БД в контроллерах БС.

В системах стандарта TETRA V+D используется метод ТDМА. На одной несущей частоте организуется четыре разговорных канала. Каждый кадр имеет длительность 56,67 мс и содержит четыре временных интервала. Последовательность из 18 кадров образует мультикадр длительностью 1,02 с. Один ТDМА кадр в мультикадре является контрольным; 60 мультикадров образуют гиперкадр.

Каждый временной интервал в составе кадра содержит 510 бит, 432 из которых являются информационными (два блока по 216 бит). В начале временного интервала передается пакет радиоабоненту (РА) (управление излучаемой мощностью, 36 бит), за ним следует первый информационный блок (ИБ) (216 бит), далее - синхропоследовательность SYNC (36 бит) и второй ИБ. Соседние временные интервалы разделяются защитными интервалами (GP) длительностью 0,167 мс, что соответствует 6 битам.

1.10 Сети транкинговой связи стандарта АРСО 25

Стандарт АРСО 25 разработан Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности (Association of Public safety Communications Official International), которая объединяет пользователей систем связи, работающих в службах общественной безопасности.

Основополагающими принципами разработки стандарта АРСО 25, сформулированными его разработчиками, были требования:

· по обеспечению плавного перехода к средствам цифровой радиосвязи (т.е. возможности совместной работы на начальном этапе базовых станций стандарта с абонентскими аналоговыми радиостанциями, используемыми в настоящее время);

· по созданию открытой системной архитектуры для стимулирования конкуренции среди производителей оборудования;

· по обеспечению возможности взаимодействия различных подразделений служб общественной безопасности при проведении совместных мероприятий.

Системная архитектура стандарта поддерживает как транкинговые, так и обычные системы радиосвязи, в которых абоненты взаимодействуют между собой либо в режиме непосредственной связи, либо через ретранслятор. Основным функциональным блоком системы стандарта АРСО 25 является радиоподсистема, определяемая как сеть связи, которая строится на основе одной или нескольких базовых станций. При этом каждая базовая станция должна поддерживать Общий радиоинтерфейс (CAI — Common Radio Interface) и другие стандартизованные интерфейсы (межсистемный, с СТОП, с портом передачи данных, с сетью передачи данных и сетевым управлением).

Стандарт АРСО 25 предусматривает возможность работы в любом из стандартных диапазонов частот используемых системами подвижной радиосвязи: 138-174, 406-512 или 746-869 МГц. Основной метод доступа к каналам связи - частотный (МДЧР). Шаг сетки частот составляет 12,5 кГц или 6,25 кГц. При этом при полосе 12,5 кГц осуществляется четырехпозиционная частотная модуляция по методу C4FM со скоростью 4800 символов в секунду, а при полосе 6,25 кГц -четырехпозиционная фазовая модуляция со сглаживанием фазы по методу CQPSK.

Речевая информация в радиоканале передается кадрами по 180 мс, сгруппированными по 2 кадра. Для речевого кодирования в стандарте используется кодек IMBE (Improved MultiBand Excitation), который применяется также в системе спутниковой связи Inmarsat. Скорость кодирования - 4400 бит/с. После помехоустойчивого кодирования речевой информации скорость информационного потока увеличивается до 7200 бит/с, а после формирования речевых кадров путем добавления служебной информации — до 9600 бит/с.

Предусмотренная в стандарте АРСО 25 система идентификации абонентов позволяет адресовать в одной сети не менее 2 миллионов радиостанций и до 65 тысяч групп. При этом задержка при установлении канала связи в подсистеме, в соответствии с функциональными и техническими требованиями к стандарту АРСО 25, не должна превышать 500 мс (в режиме прямой связи - 250 мс, при связи через ретранслятор - 350 мс) [5]. Системы АРСО 25, в соответствии с функциональными и техническими требованиями, должны обеспечивать 4 уровня криптозащиты. Используется поточный метод шифрования информации с применением нелинейных алгоритмов формирования шифрующей последовательности. При использовании специального режима OTAR (Over-the-air-re-keying) ключи шифрования могут передаваться по радиоканалу.

1.11 Сети транкинговой связи стандарта Tetrapol

Стандарт Tetrapol описывает цифровую транкинговую систему радиосвязи с выделенным каналом управления и частотным методом разделения каналов связи. Стандарт позволяет создавать как однозоновые, так и многозоновые сети связи различной конфигурации, также обеспечивает возможность прямой связи между подвижными абонентами без использования инфраструктуры сети и ретрансляции сигналов на фиксированных каналах.

Системы связи стандарта Tetrapol имеют возможность работы в диапазоне частот от 70 до 520 МГц, который в соответствии со стандартом определяется как совокупность двух поддиапазонов: ниже 150 МГц (VHF) и выше 150 МГц (UHF). Большая часть радиоинтерфейсов для систем этих поддиапазонов является общими, различие заключается в использовании различных методов помехоустойчивого кодирования и кодового перемежения. В поддиапазоне UHF рекомендуемый дуплексный разнос каналов приема и передачи составляет 10 МГц.

Частотный разнос между соседними каналами связи может составлять 12,5 или 10 кГц. В дальнейшем разнос между каналами предполагаются 6,25 кГц. В системах стандарта Tetrapol поддерживается ширина полосы до 5 МГц, что обеспечивает возможность использования в сети 400 (при разносе 12,5 кГц) или 500 (при разносе 10 кГц) радиоканалов. При этом в каждой зоне может использоваться от 1 до 24 каналов.

Скорость передачи информации в канале связи составляет 8000 бит/с. Передача информации организуется по кадрам длиной 160 бит и длительностью 20 мс. Кадры объединяются в суперкадры длительностью 4 с (200 кадров).

В стандарте определяются три основных режима связи: транкинговый, режим прямой связи и режим ретрансляции.

В сетевом режиме (или режиме транкинговой связи) взаимодействие абонентов осуществляется с помощью базовых станций (БС), которые распределяют каналы связи между абонентами. При этом сигналы управления передаются на отдельном, специально выделенном для каждой БС частотном канале. В режиме прямой связи обмен информацией между подвижными абонентами производится напрямую без участия базовой станции. В режиме ретрансляции связь между абонентами осуществляется через ретранслятор, который имеет фиксированные каналы передачи и приема информации.

В системах стандарта Tetrapol поддерживается 2 основных вида информационного обмена: передача речи и передача данных.

Службы речевой связи позволяют осуществлять следующие виды вызовов: широковещательный вызов, вызов установки открытого канала, групповой вызов, индивидуальный вызов, множественный вызов с использованием списка абонентов, аварийный вызов.

Службы передачи данных предоставляют ряд услуг прикладного уровня, поддерживаемых заложенными в радиотерминалах функциями, таких, как межабонентский обмен сообщениями в соответствии с протоколом Х.400, доступ к централизованным базам данных, доступ к фиксированным сетям в соответствии с протоколом TCP/IP, передача факсимильных сообщений, пересылка файлов, передача сигналов персонального вызова, передача коротких сообщений, передача статусных вызовов, поддержка режима передачи получаемых с помощью приемников GPS данных о местоположении объекта, передача видеоизображений. В стандарте Tetrapol предусмотрены стандартные сетевые процедуры, обеспечивающие современный уровень обслуживания абонентов: динамическая перегруппировка, аутентификация абонента, роуминг, приоритетный вызов, управление передатчиком абонента, управление «профилем» абонента (дистанционное изменение параметров абонентского радиотерминала, заложенных в него при программировании) и др. В связи с тем, что с самого начала стандарт Tetrapol был ориентирован на обеспечение требований правоохранительных органов, в нем предусмотрены различные механизмы обеспечения безопасности связи, направленные на предотвращение таких угроз, как несанкционированный доступ в систему, прослушивание ведущихся переговоров, создание преднамеренных помех, анализ трафика конкретных абонентов и т.п.

1.12 Сети транкинговой связи стандарта IDEN

Технология IDEN (Integrated Digital Enhanced Network) была разработана компанией Motorola в начале 90-х годов. Первая коммерческая система на базе этой технологии была развернута в США компанией NEXTEL в 1994 г.

С точки зрения статуса стандарта, IDEN можно охарактеризовать как корпоративный стандарт с открытой архитектурой. Это означает, что компания Motorola, сохраняя за собой все права по модификации системного протокола, предоставляет, вместе с тем, лицензии на производство компонентов системы различным производителям.

Данный стандарт разрабатывался для реализации интегрированных систем, обеспечивающих все виды подвижной радиосвязи: диспетчерской связи, мобильной телефонной связи, передачи текстовых сообщений и пакетов данных. Технология IDEN ориентирована на создание корпоративных сетей крупных организаций или коммерческих систем, предоставляющих услуги как организациям, так и частным лицам.

При реализации диспетчерских сетей подвижной радиосвязи IDEN предоставляет возможности группового и индивидуального вызова, а также режима сигнализации вызова, при котором в случае недоступности абонента вызов запоминается в системе, а затем передается абоненту, когда тот становится доступным. Число возможных групп в IDEN составляет 65535, в результате чего нет необходимости использования в системе функции динамической перегруппировки. Абоненты систем IDEN имеют возможность передавать и получать на свои терминалы текстовые сообщения, а также передавать данные (в коммутационном режиме со скоростью 9,6 Кбит/с, а в пакетном — до 32 Кбит/с), что обеспечивает возможность организации факсимильной связи и электронной почты, а также взаимодействия с фиксированными сетями, в частности, с Internet. Пакетный режим передачи данных поддерживает протокол TCP/IP.

Система выполнена на базе технологии МДВР. В каждом частотном канале шириной 25 кГц передается 6 речевых каналов. Это достигается путем разбиения кадра длительностью 90 мс на временные интервалы по 15 мс, в каждом из которых передается информация своего канала.

В стандарте используется частотный диапазон 805-821/855-866 МГц. IDEN имеет самую высокую спектральную эффективность среди рассматриваемых стандартов цифровой транкинговой связи, он позволяет разместить в 1 МГц до 240 информационных каналов. Вместе с тем, размеры зон покрытия базовых станций (ячеек) в системах IDEN меньше, чем в системах других стандартов, что объясняется малой мощностью абонентских терминалов (0,6 Вт для портативных станций и 3 Вт для мобильных).

Архитектуре системы IDEN присущи черты, характерные как для транкинговых, так и для сотовых систем, что подчеркивает ориентацию IDEN на обслуживание большого количества абонентов и интенсивный трафик. При создании коммерческих систем для обслуживания различных организаций или предприятий в системе может быть создано до 10000 виртуальных сетей, в каждой из которых может быть до 65500 абонентов, объединенных при необходимости в 255 групп. При этом каждая из групп абонентов может использовать всю зону связи, обеспечиваемую данной системой.

2 Тенденция развития рынка подвижной связи

2.1 Перспективы развития

Архитектура сети 3G основывается на двух базовых принципах: сети 3G, во-первых, должны быть спланированы и построены таким образом, чтобы была максимизирована их емкость, и, во-вторых, должны предоставлять мультимедийные услуги независимо от расположения оконечных пользователей. Понятие 3G включает ряд конкурирующих технологий беспроводной связи, а именно CDMA 2000 и WCDMA.

Необходимость взаимодействия сетей 2G и 3G определяет направления процесса эволюции сетей подвижной связи. Модернизация сетей GSM привела к созданию технологий HSCSD (высокоскоростная передача данных по сетям с коммутацией каналов), GPRS (общие услуги пакетной радиосвязи) и EDGE (расширенная высокоскоростная передача данных для систем GSM). Все они позволяют обеспечить более высокие скорости передачи данных и постепенный переход к 3G [6], как показано на рисунке 9.

Рисунок 9 - Этапы перехода к сетям IMT-2000 (UMTS)

Целью эволюционного перехода к сетям 3G является амортизация вложенных средств в сети GSM и постепенное достижение высокого качества и увеличение набора услуг связи сетей IMT-2000 (UMTS).

Для систем 2.5G в настоящее время определены пути развития, так что вопрос о том, какие из них окажутся наиболее приемлемыми — универсальными, эффективными в экономическом отношении, способными удовлетворять запросы пользователей, — это вопрос конкурентной борьбы на рынке телекоммуникаций [6].

Подтверждением успеха услуг 3G на телекоммуникационном рынке является востребованность услуг передачи данных в виде SMS через сети GSM. Услуги SMS оказались дополнительными платными услугами, которые в начале внедрения сетей GSM в 90-х г. не предполагалось предоставлять. Большой спрос на услуги SMS привел к значительному увеличению дохода операторов и показал, что абоненты намерены использовать мобильные телефоны не только для голосовой связи. В настоящее время доходы европейских операторов от предоставления услуг SMS составляют в среднем 20 % от общих доходов.

Дальнейшая структура доходов будет меняться, что обусловлено началом использования других форм передачи данных в сетях подвижной связи, например мобильного Интернета. Иллюстрацией возможности получения доходов от мобильного Интернета служит то, что услуги SMS могут быть легко приспособлены для получения данных из Интернета на абонентские устройства подвижной связи.

Политика операторов сетей 3G, среди которых большинство являются операторами сетей 2G, заключается в том, чтобы в первую очередь, окупить свои инвестиции в существующие сети 2G и 2.5G и постепенно создавать новые возможности развития сетей. Поэтому процесс внедрения стандарта 3G будет иметь эволюционный, а не революционный характер.

Пока в Европе и США телекоммуникационные компании занимаются развертыванием сетей 3G, японская корпорация NTT DoCoMo сообщила о перспективных разработках систем подвижной связи четвертого поколения (4G) и начала предоставление услуг в 2007 г. Услуги 4G позволят получать на мобильные терминалы видеоизображение высокого разрешения и телевизионные программы. Максимальная скорость обмена данными в системах 4G может достигать 20 Мбит/с, что в две тысячи раз больше, чем в существующих сетях подвижной связи и в десять раз больше, чем в сетях 3G.

2.2 Проблемы создания и развития сетей третьего поколения

Несмотря на некоторые финансовые проблемы и сложности лицензирования, сети 3G развиваются в большинстве стран достаточно динамично. Сегодня сети 3G развернуты и эксплуатируются в 85 странах, и с каждым годом наблюдается увеличение числа операторов, предоставляющих услуги связи нового поколения. Некоторые операторы работают в нескольких сетях. К сетям 3G можно отнести и EDGE, поскольку технология позволяет возможность предоставлять услуги по передаче данных со скоростями, характерными для третьего поколения мобильной связи. Рост популярности EDGE стал следствием разумной политики производителей телефонов с поддержкой технологии.

Большая часть европейских операторов испытывает определенные трудности, связанные с развертыванием сетей 3G, которые заключаются:

· в потребности привлечения для создания новых сетей дополнительных инвестиций, более существенных по сравнению с инвестициями 2G;

· в высокой стоимости лицензий, выданных на основе аукциона;

· в риске невыполнения сроков сдачи новых сетей в эксплуатацию и как следствие — в потере лицензий;

· в отсутствии возможности или сложности возврата вложений на приобретение лицензий в случае невыполнения условий лицензии компаний, предоставляющих услуги 3G.

Таким образом, наиболее важными проблемами развития сетей являются привлечение инвестиций в развитие сетей 3G с учетом стоимости сетевого и терминального оборудования, выдача лицензий и получение экономического эффекта

2.3 Основные требования к переходу на третье поколение

Главными стимулами разработки систем третьего поколения являются стремление обеспечить абоненту новые услуги, требующие повышенные скорости передачи, и желание повысить спектральную эффективность систем мобильной связи с целью экономии занимаемых полос радиочастот. В настоящее время для сетей третьего поколения в МСЭ принято название IMT-2000 (International Mobile Telephone), а в Европе - UMTS (Universal Mobile Telecommunications Services).

Программа IMT-2000 (International Mobile Telecommunication — 2000) представляет собой программу создания глобальной системы подвижной радиосвязи общего пользования 3-го поколения, которая будет включать ряд международных региональных и национальных систем с возможностью всемирного роуминга. Системы 3-го поколения смогут предоставлять абонентам широкий спектр услуг связи, характерных как для фиксированных сетей (телефонных сетей общего пользования, цифровых сетей с интеграцией служб и т.д.), так и специфичных для подвижных абонентов. Различные виды оконечного абонентского (терминального) оборудования IMT-2000 предоставят доступ к наземному и к спутниковому сегменту сети.

В Европе разработкой стандартов для системы 3-го поколения занимается Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI). В рамках Европейского союза система 3-го поколения Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), технология радиоинтерфейса наземного сегмента получила название UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA).

Основные цели при разработке рекомендаций по радиоинтерфейсу для IMT-2000 были сформулированы следующим образом:

· полное покрытие зоны обслуживания и высокая мобильность при скорости передачи 144 кбит/с, желательно достичь скорости 384 кбит/с;

· ограниченное покрытие зоны обслуживания и ограниченная мобильность при скорости передачи до 2 Мбит/с;

· более высокая спектральная эффективность по сравнению с существующими системами;

· большая гибкость при введении новых услуг.

Желаемая скорость передачи данных для систем 3-го поколения выбрана в соответствии с аналогичными требованиями к цифровым сетям с интеграцией служб ISDN. Скорость передачи данных 144 кбит/с в ISDN используется для организации так называемого базового доступа, при котором передаются два информационных канала В (по 64 кбит/с) и канал сигнализации D (16 кбит/с) [7]. В сетях IMT-2000 скорость 144 кбит/с предполагается для уровня макросот, обеспечивающего 100%-ное покрытие и обслуживание абонентов с высокими скоростями передвижения (до 250 км/ч).

Скорость 384 кбит/с в ISDN предназначена для организации каналов НО (6x64 кбит/с каналов передачи данных), а в сетях IMT-2000 — для уровня микросот, обеспечивающего локальное покрытие областей с высокими требованиями по загрузке и обслуживание абонентов с малыми и средними скоростями передвижения (более 10 км/ч). Скорость 2 Мбит/с в ISDN предназначена для организации каналов Н12 (30x64 кбит/с каналов передачи данных), а в сетях IMT-2000 — для уровня пикосот, обеспечивающего покрытие отдельных помещений внутри зданий и обслуживание, в основном, стационарных или перемещающихся внутри зданий абонентов.

Исходя из общей идеологии развития UMTS, планируется осуществление эволюционного перехода от существующих технологий 2-го поколения подвижной связи (GSM) к новым возможностям систем UMTS. Зоны покрытия UMTS будут иметь иерархическую структуру (рисунок 10) [4].

Рисунок 10 – Иерархия уровней сот сетей 3-го поколения

1. Пикосоты — предназначены, в основном для обеспечения покрытия внутри помещений и в тех зданиях (или этажах зданий), где отмечается повышенный спрос на услуги высокоскоростной передачи данных (видеоконференции, мультимедиа и т.д.). Принципы развертывания уровня пикосот будут во многом зависеть от максимально требуемого радиуса действия в тех или иных окружающих условиях (внутри или вне помещений). Радиус действия пикосот может составлять от 10 до 75 м. Абоненты здесь будут иметь низкую подвижность (скорость передвижения менее 10 км/ч) и пользоваться высокоскоростными услугами (до 2 Мбит/с).

2. Микросоты — предназначены для обслуживания абонентов вне помещений путем покрытия отдельных улиц и обеспечения дополнительной емкости для удовлетворения трафика, не поддерживаемого уровнем макросот. По структуре покрытия микросоты будут либо обслуживать локальные площадные области (группы территориально объединенных зданий — бизнес и выставочные центры, университеты, аэропорты и т.д.), либо максимально приближаться к форме улиц и повторять их топографию. При этом их длина может составлять от 100 до 400 м. Абоненты здесь будут иметь среднюю подвижность (скорость передвижения более 10 км/ч) и пользоваться услугами речевыми и по передаче данных (до 384 кбит/с); эти группы сот, как ожидается, будут обрабатывать наибольшую нагрузку в сети.

3. Макросоты — предназначены для обеспечения сплошного покрытия обширных районов городских и пригородных зон, где абоненты будут иметь высокую подвижность (скорость передвижения на автомобиле) и пользоваться услугами по передаче речи и данных (до 144 кбит/с).

Системы 3-го поколения IМТ-2000 будут обладать следующими отличительными чертами:

• высокой степенью унификации оборудования в глобальном масштабе;

• совместимостью услуг IMT-2000 с услугами стационарных сетей;

• высоким качеством обслуживания пользователей;

• удобным портативным абонентским оборудованием для всемирного использования;

• всемирным роумингом;

• высокой степенью гибкости сетей к возможности поддержания вновь появляющихся видов услуг;

• предоставлением услуг мультимедиа.

Основными факторами, обусловившими эволюцию от существующих систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования 2-го поколения к системам 3-го поколения, стали: рост потребностей в услугах высокоскоростной передачи данных и необходимость в повышении эффективности использования радиочастотного спектра.

3 Системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов

3.1 Стратегии перехода к сетям третьего поколения

В рамках концепции IMT-2000 рассматриваются две стратегии перехода к услугам 3-го поколения: постепенное (эволюционное) и «одномоментное» (революционное); или: N (Narrowband — узкополосная) и W (Wideband — широкополосная) стратегии (рисунок 11) [8].

Рисунок 11 – Две стратегии перехода к системам 3-го поколении

Приверженцы двух наиболее массовых технологий 2-го поколения -ТDМА/AMPS и GSM встали на эволюционный путь 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 спектра возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), введения многосекторных антенн или использования спектрально-эффективных методов модуляции (8PSK и др.).

Для стран с развитой телекоммуникационной инфраструктурой типичными станут две стратегии перехода к 3-му поколению (таблица 4) [8].

Таблица 4-Стратегии внедрения услуг 3-го поколения мобильной связи

Определяющий фактор	Эволюционный подход	Революционный подход
Метод использования частотного ресурса	Работа в старых диапазонах	Освоение новых диапазонов
Принцип предоставления услуг	Постепенно расширяемый ассортимент услуг	Новые услуги с начала развертывания
Пропускная способность	Постепенно наращиваемая	Изначально высокая
Стратегия создания сетевой инфраструктуры	Медленный и постепенный переход от 2G к 3G по мере появления спроса на услуги	Создание опытных районов («островков») с полным набором услуг
Технологический уровень	Новые технологии в отдельных элементах	Все технологии - новейшие
Архитектура сети	Максимальное использование существующей инфраструктуры	Новая
Коммерческий риск	Низкий	Высокий
Состав операторов	В основном те же, что и в 2G	Операторы, купившие лицензии на услуги 3G
Глобальный роуминг	С ограничениями	Без ограничений
Капитальные затраты	Незначительные	Значительные

Эволюционное внедрение требует меньших капитальных затрат и предполагает плавную замену оборудования в зависимости от уровня спроса на конкретные виды услуг. Такой подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети связи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации. Основной недостаток эволюционного подхода - отсутствие возможности использования всех преимуществ новых технологий и организации глобального роуминга.

Очевидно, что массивность и инерционность общемирового рынка не позволит осуществить в короткие сроки переход всех сетей мобильной связи к новым техническим стандартам и режимам обслуживания абонентов. Очевидно, что рыночные факторы и особенности региональных рынков Европы, Северной Америки и Азии будут препятствовать быстрому переходу от существующих технологий к стандартам 3-го поколения.

3.2 Радиоинтерфейсы для систем IMT-2000

Для решения спорных вопросов при определении единых гармонизированных решений и разработки спецификаций по стандартам радиоинтерфейсов 3-го поколения были созданы два партнерских объединения — Партнерские проекты по системам 3-го поколения (3 Generation Partnership Project) 3GPP и 3GPP2.

В первое партнерское объединение 3GPP входят Европейский институт телекоммуникационных стандартов ETSI (Европа), ARIB (Япония), Комитет T1 ANSI (США), а также три организации по стандартизации от Азиатско-Тихоокеанского региона — CWTS (Китай), Ассоциация технологий связи ТТА (Корея) и Комитет по технологиям связи ТТС (Япония). Во второе партнерское объединение 3GPP2 входит Ассоциация промышленности связи TIA (представленная подкомитетами TIATR-45.3 и TIATR-45.5), а также организации АRIВ, CWTS, ТТА и ТТС. Основная цель 3GPP2 — эволюционное развитие технологий сотовой связи 2-го поколения, которые в настоящее время получили широкое распространение в США: TDMA (IS-136) и cdmaOne (IS-95). Основной вклад партнерства 3GPP в программу IMT-2000 — это гармонизация пяти проектов UTRA FDD (ETSI), WCDMA (ARIB), WCDMA NA (T1P1, США), WIMS (TR-46.1, США) и CDMA II (ТТА) в один вариант радиоинтерфейса IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread), создаваемый на базе проектов WCDMA (UTRA FDD) с прямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD) для применения в парных полосах частот.

Второй тип радиоинтерфейса, который был представлен партнерством 3GPP в ITU, основан на кодово-временном разделении каналов ТDМА/CDMA с временным дуплексным разносом (TDD) для применения в непарных полосах частот. Вариант, который получил название IMT-ТС (IMT-2000 Time-Code), фактически представляет собой чисто формальное объединение двух различных технических решений — европейского предложения UTRA TDD и китайского TD-SCDMA. С технической точки зрения основное отличие вариантов IMT-DS и IMT-ТС от ранее поступивших в ITU предложений — это изменение в базовом варианте скорости с 4,096 на 3,84 Мбит/с [9].

Еще одному предложению DECT ЕР, которое поступило от ETSI, была присвоена новая аббревиатура IMT-FT (IMT-2000 Frequency Time). Стандарт на микросотовую систему DECT разрабатывается с комбинированным частотно-временным дуплексным разносом и предназначен для применения как в парных, так и непарных полосах частот. В варианте IMT-FT предложены три градации скоростей передачи: 1,152; 2,304 и 3,456 Мбит/с. Такая возможность реализуется за счет введения новых методов модуляции π/2-DPSK, π/4-DQPSK, π/8-DSPSK .

Члены объединения 3GPP2 предлагают фактически эволюционный путь — варианты развития технологий D-AMPS (UWC-136) и cdmaOne (cdma2000). Данные предложения представлены ITU как проекты IMT-SC и IMT-MC, в которую вошли Ассоциация промышленности связи TIA (представленная подкомитетами TIATR-45.3 и TIATR-45.5), а также организации АRIВ, CWTS, ТТА и ТТС. Предложения от этого партнерского объединения представлены в виде двух вариантов радиоинтерфейсов, получивших обозначение IMT-MC (IMT-2000 Multi Carrier) и IMT-SC (IMT-2000 Single Carrier). Радиоинтерфейс IMT-MC основан на варианте многочастотной системы CDMA-2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с cdmaOne (IS-95). Увеличение пропускной способности реализуется за счет одновременной передачи информации на нескольких несущих.

Радиоинтерфейс IMT-SC базируется на проекте стандарта UWC-136 и предполагает поэтапное расширение возможностей существующей системы ТDМА при работе в парных полосах частот. После завершения процедуры гармонизации в состав семейства сетей радиодоступа были включены 5 радиоинтерфейсов (рисунок 12 и таблица 5) [4].

Рисунок 12 – Укрепленная архитектура наземной сети IMT-2000

Таблица 5 - Характеристики радиоинтерфейсов для IMT-2000

Показатель	Технология
Показатель	IMT-DS	IMT-MC	IMT-TC	IMT-SC	IMT-FT
Базовая технология	WCDMA, UTRA FDD	cdma2000	UTRA TDD TD-SCDMA	UWC-136	DECT EP
Метод доступа	DS-CDMA	MC-CDMA	TDMA/CDMA	TDMA	MC-TDMA
Дуплексный разнос	FDD	FDD	TDD	FDD	FDD/TDD
Чиповая скорость, Мчип/с	3,84	3,6884	3,84 (UTRA) 1,28 (SCDMA)	Н/д	Н/д
Скорость передачи, кбит/c	Н/д	Н/д	Н/д	384; 2048	1152; 2304; 3456
Вид модуляции	QPSK/BPK; HPSK*	QPSK/BPSK	QPSK/BPSK; HPSK*	BOQAM; QOQAM	GFSK; p/2-DPSK; p/4-DQPSK; p/8-D8PSK
Длина кадра, мс	10	5 и 20	10	4,6	10
Примечание- Н/д — нет данных. * HPSK (Hybrid Phase-Shift Keying) — гибридная фазовая манипуляция (известная также как OCQPSK).

В таблице 5 использованы следующие обозначения радиоинтерфейсов:

· IMT-TC (IMT-2000 Time-Code) — стандарт на комбинированную систему ТDМА/CDMA с временным дуплексным разносом (TDD) для применения в непарных полосах частот;

· IMT-SC (IMT-2000 Single Carrier) — стандарт на одночастотную систему ТDМА для применения в парных полосах частот;

· IMT-FT (IMT-2000 Frequency Time) — стандарт на микросотовую систему DECT с комбинированным частотно-временным дуплексным разносом для применения как в парных, так и непарных полосах частот.

3.3 Выделение частот для систем третьего поколения

Одной из важных проблем на этапе внедрения систем сотовой связи третьего поколения IMT-2000 является рациональное решение вопроса о назначении радиочастотного спектра, позволяющего предоставлять в этих сетях полный набор услуг.

Подход к распределению частотного ресурса, реализованный в концепции IMT-2000, основывается на следующих принципах:

· создание общего частотного пространства для систем беспроводного доступа, сотовой и спутниковой связи;

· сочетание разных стратегий внедрения услуг 3-го поколения (революционной и эволюционной);

· гибкость в распределении спектра, предусматривающая возможность реализации разных сценариев использования полос частот в разных географических районах;

· выделение парных полос частот для дуплексной связи с частотным разделением и непарных полос для дуплексной связи с временным разделением.

В марте 2004 года Комитет по электронным средствам связи (Electronic Communications Committee, ECC) Европейской конференции администраций почт и электросвязи (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) одобрил Решение «О доступности полос частот для развертывания широкополосных цифровых систем подвижной связи PMR/PAMR в диапазонах 400 и 800/900 МГц». Это решение, открывает возможности для широкого внедрения сетей CDMA-450 в Европе и мире. Принятый документ определяет условия развертывания. В первую очередь - это диапазоны частот, а также технологии, которые могут быть использованы при развертывании широкополосных цифровых систем подвижной связи. В качестве таких технологий в Приложении к Решению обозначены TETRA TAPS с шириной канала 200 кГц (европейская система, построенная на основе спецификаций GSM) и CDMA-PAMR с шириной канала 1,25 МГц (американская система - по сути версия CDMA 2000 с поддержкой типичных PAMR-услуг для диапазонов 400 и 800/900 МГц). Также в октябре 2005 г. в МСЭ был представлен документ 8F/606-E «Преимущества идентификации полосы частот 450-470 МГц для будущего развития IМТ-2000 и систем последующих поколений» от имени Регионального содружества в области связи (РСС): Азербайджан, Армения, Беларусь, Грузия, Казахстан, Кыргызстан, Литва, Российская Федерация, Таджикистан, Узбекистан. Данный документ содержит позицию стран РСС и Литвы относительно преимуществ полосы частот 450-470 МГц как полосы-кандидата для будущего развития IMT-2000 и систем последующих поколений. В первую очередь, они внедряются для обеспечения связи в сельских районах и регионов с низкой плотностью населения. В 1992 году МСЭ подготовил Рекомендацию ITU-R М.687-2 по выделению полос частот для систем IМТ-2000. На основании данной рекомендации Всемирная административная конференция радиосвязи в 1992 году (ВАКР-92) распределила полосы частот в диапазоне 2 ГГц (1885...2025 и 2110...2200 МГц) общей шириной 230 МГц для системы IМТ -2000. Данное распределение было закреплено в примечании S5.388 Регламента радиосвязи в соответствии с Резолюцией 212 ВКР-97. При этом полосы частот 1885...1980; 2010...2025 и 2110…2170 МГц были определены для наземного сегмента, а полосы 1980...201 0 и 2170... 2200 МГц – для спутникового сегмента сетей 3G. Данные полосы частот получили название корневых полос (рисунок 13) [10]. В Европе принято решение о резервировании радиочастотного спектра для наземных сетей UMTS в следующих полосах частот с суммарной шириной 155 МГц:

• 1920- 1980, 2110-2170 МГц – для радиоинтерфейса с частотным дуплексом UMTS FDD;

• 1900- 1920, 2010-2025 МГц – для радиоинтерфейса с временным дуплексом UMTS TDD.

MSS (Mobile Satellite Service) – подвижная спутниковая служба;

PHS (Personal Handyphone System) – система персональной портативной связи;

PCS (Personal Communication System) – система персональной связи;

MDS (Multipoint Distribution System) – система распределения данных

Рисунок 13 - Распределение «корневых» полос для сетей 3G

Европейской организацией UMTS-Forum рекомендовано на первоначальной стадии создания сетей связи UMTS выделять для одного оператора минимальный частотный ресурс, необходимый для организации трех каналов с частотным дуплексом с суммарной шириной (3 х 5) х 2 МГц и одного канала с временным дуплексом 5 МГц. Эти рекомендации были учтены рядом европейских стран при выдаче лицензий.

Кроме того, на основе проведенных в рамках СЕРТ исследований по совместному использованию в диапазоне 2 ГГц различных радиоинтерфейсов IMT2000 и радиосредств фиксированных служб определены основные требования к распределению полос частот 1900-1980, 2010-2025 и 2110-2180МГц между сетями UMTS. В частности, определены требования по минимальному разносу между несущими частотами и защитные частотные интервалы на границах этих полос:

· разнос между несущими FDD является переменной величиной, получаемой из минимального значения разноса между каналами в системе UMTS 0,2 МГц, и может составлять менее 5 МГц;

· минимальный разнос между несущими TDD 4,8 МГц;

· ближайшие несущие частоты к 1900; 1980; 2010; 2025; 2110 и 2170 МГц должны иметь значения 1902,4; 1977,2; 2013,0; 2022,2; 2112,8 и 2167,2 МГц соответственно.

Учет перечисленных требований при распределении полос частот между сетями UMTS позволит обеспечить:

• гармонизированное использование радиочастотного ресурса в сетях UMTS в региональном масштабе;

• выполнение условий координации сетей UMTS на территории различных государств в приграничных районах, особенностью которой является наличие дополнительной возможности производить помимо частотной координацию сетей на основе использования предпочтительных кодов (метод кодовой координации). Данный метод предполагает соответствие несущих частот РЭС координируемых сетей. Эта возможность является не необходимой, но желательной;

• выполнение условий функционирования сетей UMTS разных операторов на одной территории, а также условий функционирования РЭС в рамках одной сети на общей несущей частоте.

Увеличение эффективности спектра может быть осуществлено за счет усовершенствования приемопередающей аппаратуры, применения новых спектрально-эффективных технологий абонентского радиодоступа, методов модуляции и помехозащищенного кодирования. Большие надежды возлагаются на перспективные технологии разнесения, интеллектуальные следящие антенны и методы пространственной селекции помех.

Другое направление работ связано с повышением эффективности использования каналов за счет оптимальной обработки потоков данных, передаваемых как от асимметричных, так и от интерактивных источников информации. Значительные резервы по пропускной способности могут быть реализованы за счет более эффективных методов сжатия мультимедийной информации, а также гибкого управления радиоресурсами с целью снижения потерь пропускной способности при передаче потоков данных с разным качеством обслуживания (QoS). Одним из проблемных является вопрос о совместном использовании общих полос частот наземными и спутниковыми сетями. Наличие существенной разницы в уровнях принимаемых и излучаемых сигналов в мобильных терминалах, особенно при работе внутри помещений, не позволяет пока найти приемлемое решение, что и обусловило выделение для наземных и спутниковых систем разных участков спектра.

В исследовательских комиссиях ITU прорабатывается вопрос о создании спектрально-эффективной системы радиодоступа, в которой мобильному абоненту предоставляется возможность доступа одновременно ко всем или нескольким операторам, работающим в одном и том же географическом регионе. В этом случае не операторы, а абоненты будут разделять общий частотный ресурс. В условиях острого дефицита спектра большая роль придается конверсии спектра, как одному из наиболее рациональных путей перераспределения спектра в уже освоенных диапазонах частот. Другой радикальный путь — это так называемый «фарминг» частотного спектра, т.е. перенесение традиционных систем беспроводной связи, например, сетей широкополосной передачи данных на стационарные линии связи.

Важная роль придается и организационно-техническим мерам по повышению эффективности использования спектра. Так, совместное использование несколькими операторами одних и тех же частотных полос может привести к более высокой загрузке соединительных линий и снижению потерь в защитных полосах.

3.4 Эволюция сетей GSM

Прогресс в области подвижной связи обуславливает стремительное развитие и внедрение на телекоммуникационном рынке новых технологий. Сотовая связь сегодня является наиболее быстрорастущей и привлекательной отраслью телекоммуникационной индустрии. Одним из ориентиров ее развития является мобильная широкополосная связь. Это понятие объединяет целое семейство стандартов для организации удобных интерактивных, мультимедийных услуг для абонентов сотовых сетей.

К настоящему времени наметились следующие основные этапы совершенствования систем на базе GSM [11]:

· высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов HSCSD (High Speed Circuit Switched Data);

· реализация общей радиослужбы пакетной передачи GPRS (General Packet Radio Service);

· реализация технологии EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution — повышение скорости передачи данных для глобальной эволюции).

Значительно более широкие возможности могут быть обеспечены при реализации в рамках стандарта GSM технологий GPRS и EDGE. Эту фазу развития стандарта GSM принято обозначать «2G+» или «2.5G».

HSCSD

Внедрение HSCSD со скоростью до 28,8 кбит/с требует, в основном, модификации программных средств и протоколов обмена, при этом инфраструктура действующей сети GSM остается неизменной. Несмотря на возможность увеличения в несколько раз скорости передачи, технология HSCSD не позволяет избавиться от главного недостатка существующих GSM сетей – неэффективной обработки небольших по объему потоков данных и соответственно нерационального управления радиоресурсами. Принятый в сетях GSM метод начисления платы – за время соединения, а не за реальное использование канала – стал одним из основных тормозов на пути внедрения услуг передачи данных HSCSD.

GPRS

Вторым шагом на пути внедрения новых услуг стало внедрение технологии пакетной передачи данных по радиоканалу (GPRS). На сегодняшний день GPRS-системы внедрены у 350 операторов по всему миру. Важно отметить три характерные черты мирового рынка GPRS-услуг, проявившиеся к началу 2005 г.:

· количество GPRS абонентов уже набрало критическую массу и составляет 10–15%, а в некоторых сетях – до 20%;

· цена одного мегабайта информации за 2004 г. существенно снизилась. Это объясняется как тем, что первоначальные затраты на внедрение GPRS-технологии уже окупились, так и желанием операторов привлечь новых абонентов и сделать сервис массовым;

· услуги на основе технологии GPRS – доступ в Интернет, WAP-доступ, электронная почта, доступ в корпоративные сети, телематика и т. д.– начали приносить операторам серьезные доходы за счет массового спроса.

Система GPRS обеспечит сквозную передачу данных (от абонента до абонента) в пакетном режиме по IP-протоколу с повышением скорости передачи до 115,2 кбит/с [12]. Одно из важнейших достоинств пакетной коммутации — очень быстрое установление соединения. Абонент занимает канал только в момент передачи. Поэтому тарификация может происходить на основе реально переданной информации (числа пакетов), а не пропорционально времени нахождения в сети, как при коммутации каналов. Скорости обмена могут гибко меняться. Кроме того, пакетный режим позволяет мобильному телефону работать как персональная радиостанция в режиме постоянно установленного соединения (виртуального). Голос при этом передается по IP-протоколу в пакетном режиме, используя технологию GPRS. Поскольку трафик расходуется только при непосредственной передаче данных, все остальное время телефон остается «на связи» (точнее, в состоянии постоянной готовности к связи, собственно соединение при GPRS устанавливается за пренебрежимо малое время), но пользователь за это не платит. Здесь важно отметить, что именно служба GPRS способна предоставить новые виды услуг 3-го поколения уже сейчас, т.е. еще до начала развертывания сетей IMT-2000.

Для внедрения технологию GRPS в существующие сети GSM не требуется кардинальной модернизации существующей сетевой инфраструктуры. Необходимо дооснастить сеть оборудованием пакетной передачи (основные устройства — шлюзовые и управляющие узлы, GGSN и SGSN), а каждый GSM-контроллер — блоками управления пакетной связью (PCU). Сервисный узел SGSN обеспечивает маршрутизацию пакетов, аутентификацию и шифрование, а также управление мобильностью для всех абонентов, находящихся в его зоне обслуживания. На более высоком сетевом уровне узел SGSN поддерживает функции, аналогичные тем, которые обеспечивает центральный коммутатор с визитным регистром положения MSC/VLR в сетях с коммутацией каналов (рисунок 14) [4].

Исходящий трафик из узла SGSN перенаправляется на контроллер базовой станции, а от него – на мобильные терминалы абонентов.

Связь сети GSM с внешними сетями передачи данных по протоколам Х.25 и IP реализуется через узел GGSN, который играет роль шлюза между SGSN и PDN. Узел GGSN перенаправляет пакеты данных, поступающие из внешней сети PDN в узлы SGSN, а от них по радиоканалу пакеты поступают к мобильным терминалам.

Рисунок 14 - Структурная схема GPRS-сети

В оборудовании GGSN реализованы функции обеспечения безопасности, обработки счетов абонентов и динамического выделения IP-адресов. С точки зрения внешней сети узел GGSN выглядит как некая «диспетчерская» станция, владеющая адресами всех IP-абонентов, обслуживаемых системой GPRS.

Вновь введенные узлы GPRS предназначены для наращивания сетевой инфраструктуры на базе IP-протокола. Что же касается их конкретного расположения в сети, то оно может быть различным: они могут быть физически объединены в одном узле сетевой структуры или распределены по сети. Основное отличие технологии GPRS от высокоскоростной передачи HSCSD – иной механизм тарификации, допускающий возможность совместного использования несколькими абонентами одного канала (канального интервала) и одновременного предоставления нескольких видов услуг, например, прием сообщения от третьего абонента во время сеанса связи со вторым. В этом случае оплата перераспределяется между разными абонентами, использующими один и тот же канал. Фактически абонент в GPRS платит не за время занятия канала, а только за объем передаваемой информации. В то же время потенциал GPRS в значительной степени ограничен возможностями сети радиодоступа. Так даже при наличии свободных канальных ресурсов абонент GPRS часто не может их задействовать для увеличения скорости передачи данных из-за существования предельного числа временных слотов, доступных одному мобильному терминалу. Технология GPRS не в состоянии удовлетворить всех потребностей абонентов, прежде всего из-за низкой и негарантированной скорости передачи. Скорость передачи данных при работе GPRS зависит от нескольких составляющих:

· скорости CS1 –CS4 передачи данных в одном временном интервале (таймслоте) в радио-тракте, или схемы кодирования. Самая большая скорость обеспечивается при работе с CS4 –21,4 кбит/с [13]. На большинстве сетей используются первые две схемы кодирования: CS1 и CS2. Необходимо отметить, что не все базовые станции поддерживают схемы кодирования CS3 –S4;

· количества временых интервалов, которые могут быть выделены для одного абонента. Этот параметр зависит от оборудования. Современное оборудование позволяет выделять до восьми временных интервалов;

· количества временных интервалов, которые в данный момент доступны для использования. Этот параметр зависит от загрузки сети, и его трудно спрогнозировать;

· количества временных интервалов, которые может поддерживать абоненский терминал для загрузки информации (класса телефона). В настоящий момент самые современные модели имеют класс 10, или режим работы 4 + 2, т.е. поддерживают максимум четыре таймслота на загрузку.

Таким образом, в лучшем случае, при полностью свободной сети и при схеме кодирования CS4 скорость составляет 85,6 кбит/с. В реальной сети не всегда можно получить четыре слота.

Основные причины тормозящие развитие услуг на базе GPRS:

· отсутствие высокоприбыльного бизнес-кейса в плане использования услуг на базе GPRS и, как следствие, отношение к GPRS как к вторичной услуге в сравнении с передачей голоса. Именно поэтому не выделяется достаточно средств на то, чтобы сделать GPRS-передачу данных действительно надежной, высокоскоростной, доступной абонентам в любой момент без сбоев и перегрузок;

· операторы решают задачу привлечения абонентов путем предложения им все более выгодных тарифов, что приводит не только к перераспределению абонентской базы, но и способствует увеличению голосового трафика, что увеличивает нагрузку на сеть. Таким образом, мощный рост голосового трафика практически сводит на нет усилия по оптимизации работы GPRS-системы.

EDGE

Дальнейшим развитием пакетной передачи стала технология EDGE (Enhanced Data for Global Evolution).

Созданный на основе стандартов GSM новый радиоинтерфейс EDGE (фаза 1) обеспечивает плавный переход к 3-му поколению, позволяя увеличить скорость передачи данных до 384 кбит/с на несущую. Основная задача фазы 1 – увеличить скорость передачи данных до 384 кбит/с при минимальных инвестициях. При этом новый радиоинтерфейс надстраивается над существующей схемой радиодоступа GSM, не требуя трансформации инфраструктуры сетей GSM/GPRS, и использует тот же спектральный диапазон. EDGE совместим с другими службами GSM, в том числе с HSCSD и GPRS. Кроме того, технология EDGE пригодна для использования в сетях GSM, работающих в диапазонах частот 900 и 1800 МГц.

Второй этап — EDGE (фаза 2) нацелен на модернизацию служб в реальном времени, улучшение качества передачи голоса, поддержку VoIP и video-over-IP. Предусмотрена одновременная передача голоса и данных. Предполагается увеличение скорости в радиоканале до 2 Мбит/с.

К основным преимуществам EDGE следует отнести использование спектрально эффективной модуляции и адаптивной настройки канала в зависимости от требований абонента и реальной помеховой обстановки. Первоначально в качестве базового метода модуляции в EDGE была предложена квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (QPSK), однако затем предпочтение было отдано 8-позиционной фазовой модуляции 8PSK (рисунок 15). По мнению разработчиков стандарта, использование модуляции 8PSK приводит к меньшему снижению средней мощности (около 2 дБ) по сравнению с QPSK. В технологической связке GSM/GPRS применяется GMSК-модуляция с возможностью передачи 1 бита на символ, в GSM/GPRS/EDGE используется новый тип модуляции 8PSK с возможностью передачи 3 бит на символ. Отсюда и более высокие скорости. Но за более высокие скорости приходится платить меньшей помехозащищенностью: при удалении от базовой станции скорость передачи при применении EDGE падает, причем более быстрыми темпами, нежели просто в GSM/GPRS. Использования спектра EDGE почти в 3 раза выше, чем в GPRS. При развертывании системы в полосе 600 кГц (модель повторного использования частот 1/3) может быть обеспечена спектральная эффективность более 0,45 бит/Гц на соту.

Рисунок 15 – Методы модуляций используемые в EDGE

Режим пакетной передачи предусматривает девять скоростей, отличающихся схемой защитного кодирования и видом модуляции несущих. Скорость автоматически изменяется от пакета к пакету в зависимости от условий в эфире. На физическом уровне протокол EDGE совпадает с GSM, включая структуру кадров и мультикадра. Общая скорость на несущую — до 384 кбит/с, что позволяет рассматривать EDGE как технологию сетей третьего поколения.

EDGE может послужить базой для эволюции не только сетей GSM, но и D-AMPS. В январе 1998 года консорциум UWCC (Universal Wireless Communications Consortium) принял EDGE за основу дальнейшего развития сетей D-AMPS, создав концепцию UWC-136. Она предусматривает расширение полосы канала D-AMPS с 30 до 200 кГц с соответствующим ростом скорости. Данный проект внесен на рассмотрение ITU как система 3G (проект IMT-SC). На платформе EDGE возможна и интеграция сетей D-AMPS с сетями GSM.

Основные характеристики технологии EDGE представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Основные характеристики технологии EDGE

Технология	EDGE
Скорость передачи в условиях высокой мобильности в локальных зонах покрытия, кбит/с	128
Скорость передачи в условиях низкой мобильности в локальных зонах покрытия, кбит/с	384
Используемые диапазоны частот, МГц	GSM (900, 1800)
Ширина полосы канала, МГц	0,2
Метод доступа/ модуляция	TDMA/GMSK/8PSK
Мощность передатчика мобильного терминала, Вт	1

Отметим, что прорабатываются два варианта EDGE-сетей: COMPACT и Classic. Последний ориентирован на стандартные GSM-системы, тогда как COMPACT — это решение в условиях ограниченного частотного ресурса. При этом БС должны быть синхронизированы, с помощью сигналов системы GPS. Таким образом, технология EDGE открывает для оператора мобильной связи возможность предоставлять своим абонентам услуги по передаче данных в существующем частотном спектре GSM со скоростями, характерными для третьего поколения мобильной связи (3G).Тем самым увеличивается число мобильных приложений и доход на абонента (ARPU), который с ростом насыщения рынка сотовой связью (% проникновения) имеет тенденцию к быстрому падению с ростом числа абонентов.

WCDMA

Следующим этапом развития должна стать широкополосная технология 3G—технология WCDMA (Wideband Code Division Multiply Access). WCDMA (UMTS) изначально разрабатан как замена сетей GSM с возможностью плавного перехода. Ее сетевая инфраструктура совместима с MAP/GSM. WCDMA ориентирована на глобальные сети с пакетной коммутацией (IP, X.25). Операторы могут создавать «островки» WCDMA в особо густонаселенных районах, постепенно расширяя их. Поэтому предполагается, что все абонентские терминалы для WCDMA будут поддерживать GSM (рисунок 16) [14].

Рисунок 16 – Переотражения и принцип работы суммирующего приемника

Основная особенность WCDMA заключается в том, что он может использовать переотраженные сигналы, складывая их в суммирующем приемнике.

В процессе разработки WCDMA для улучшения характеристик было введено много новых функций. Одна из важнейших функций — использование адаптивной антенны управляемой пилотным сигналом каждого канала. Ориентация диаграммы антенны в надлежащем направлении обеспечивает увеличение ее коэффициента усиления и уменьшение интерференции с другими пользователями. В мобильных системах 3G голосовые услуги еще рассматриваются как основные.

Технология HSDPA

Технология HSDPA повышает производительность мобильных систем третьего поколения, обеспечивая более высокую скорость передачи данных в нисходящих каналах (14 Мбит/с). В настоящее время эта технология находится в стадии разработки, коммерческая эксплуатация начнется в конце 2005 г. Технология HSDPA представляет собой составную часть стандарта WCDMA 3GPP версии 5, касающегося услуг высокоскоростной передачи данных с широкой зоной покрытия и возможностью мобильности. HSDPA-технология реализуется в рамках существующего спектра и на существующих несущих. Пользователь может одновременно получать доступ к услугам голосовой связи и передачи данных [15].

В основе технологии HSDPA лежат следующие основные компоненты:

• адаптивные схемы модуляции и кодирования — QPSK и 16-значная QAM (16QAM);

• протокол ретрансляции HARQ;

• оперативное определение очередности передачи пакетов на станции Node В с помощью высокоскоростного протокола МАС-уровня MAC-hs.

Стандарт 3GPP версии 3 предусматривает внедрение технологии HSDPA в несколько этапов.

На первом этапе (базовая версия HSDPA), который описан в 5-й версии стандарта 3GPP и ставит целью достижение пиковой скорости передачи данных 10,8 Мбит/с, предполагается внедрить несколько базовых новшеств:

• общий высокоскоростной нисходящий канал (HS-DSCH) со вспомогательными каналами управления;

• адаптивную модуляцию (QPSK и 16QAM) и согласование скоростей передачи;

• управление доступом к совместно используемой среде передачи (MAC-hs) на Node В.

На втором этапе (улучшенная версия HSDPA), регламентируемом 6-й версией стандарта 3GPP, будут внедрены различные технологии обработки сигналов направленных антенн, что позволит повысить скорость передачи до 30 Мбит/с.

Применение технология UTRA FDD предполагает поддержку разных методов передачи с использованием многоэлементных антенн, позволяющих расширить зону покрытия, увеличить пропускную способность и повысить эффективность использования спектра системами HSDPA. Некоторые из этих методов уже включены в 5-ю версию спецификации 3GPP, другие пока еще только изучаются на предмет их возможного включения в шестую и последующие версии.

Основная цель передачи с использованием многоэлементных антенн в макросотовой среде — увеличение радиуса покрытия при средних и высоких скоростях передачи данных (384 кбит/с и выше). Типовая конфигурация насчитывает от двух до четырех передающих (Тх) антенн на сектор. Рассмотрим вкратце методы передачи с использованием многоэлементных антенн, предусмотренные технологией HSDPA.

Формирование луча. Энергетический потенциал каналов может быть увеличен путем сфокусированного повышения мощности сигнала, посылаемого в направлении пользователя, например, удвоение количества передающих антенн обеспечивает прирост в 3 дБ. Направленные антенны с элементами, разнесенными на полдлины волны, часто применяются для формирования луча. В технологии UTRA FDD принято различать формирование луча для конкретного пользователя и формирование луча с получением сетки фиксированных лучей. В последнем случае за каждым лучом может быть закреплен свой скремблирующий код, что делает дерево кодов разделения каналов доступным в каждом луче. Увеличенное кодовое пространство может быть использовано путем закрепления за каждым лучом планировщика пакетов. В качестве альтернативы в масштабах соты может быть использован единый код скремблирования.

Технология множественного доступа с пространственным разделением каналов (Space Division Multiple Access, SDMA) может быть использована для увеличения пропускной способности нисходящих каналов соты путем одновременной посылки пакетов пользователям, обслуживаемым разными лучами. Это позволяет снизить уровень взаимных помех между пользователями, давая возможность повторно использовать одни и те же коды разделения каналов. Для применения технологии SDMA требуются дополнения к планировщику пакетов MAC-hs, позволяющие активировать пространственное разделение пользователей и повторное использование кода.

Разнесение на передаче. Выгода от пространственного разнесения может быть достигнута путем передачи одной и той же информации по каналам с некоррелированным замиранием сигнала. Для этого передающие антенны разносятся либо по их физическому положению (например, на 10—20 длин волны), либо по поляризационной ориентации. 5-я версия стандарта 3GPP предусматривает две схемы разнесения двух передающих модулей (т. е. использования двух антенн) при передаче по каналам HS-DSCH: Open Loop Space Time Transmit Diversity (STTD) и Closed Loop Mode 1. Схемы разнесения для более чем двух антенн будут описаны в последующих версиях стандарта 3GPP. Предлагаемая компанией Alcatel схема разнесения 4Тх Open Loop — Closed Loop для четырех антенн рассчитана для конфигурации, предусматривающая применение антенных подрешеток. Эта схема обеспечивает эффект пространственного разнесения путем применения схемы 2Тх STTD между подрешетками и дополнительное увеличение энергетического потенциала каналов в режиме формирования луча путем применения схемы 2Тх Closed Loop Mode 1 в каждой подрешетке.

Технологии MIMO для мобильных терминалов с 2–4 антеннами. В многоканальных MIMO-системах многоэлементные антенны применяются как на стороне передачи, так и на стороне приема. Обычно в этих системах используется пространственное мультиплексирование: поток данных, подлежащих передаче, разбивается, например, на два потока, каждый из которых передается со скоростью вдвое меньшей, чем скорость исходного потока. Эти потоки направляются посредством разных антенн с использованием одних и тех же кодов разделения каналов. Обычно для обнаружения пространственно мультиплексированных потоков данных требуются некоррелированные каналы передачи, несколько принимающих (Rx) антенн и приемники с системой подавления помех. Пространственное мультиплексирование позволяет наращивать пиковые скорости передачи данных за счет увеличения числа передающих антенн.

На третьем этапе системы HSPDA пополнятся новым радиоинтерфейсом, который позволит еще больше повысить среднюю скорость передачи данных:

· ортогональное частотное мультиплексирование каналов (OFDM) на физическом уровне в сочетании со схемами модуляции более высокого порядка и обработкой сигналов направленных антенн;

· управление доступом MAC-hs к среде OFDM в сочетании с оперативным определением очередности передачи, используемая как средство оптимизации параметров передачи путем подбора для каждого мобильного терминала выделенных наборов вспомогательных несущих частот в соответствии с качеством радиоинтерфейса;

· управление доступом Мх-МАС (Multi-standard MAC) как элемент управления оперативным переключением между каналами доступа с ортогональным частотным разделением и с кодовым разделением.

Содержание третьего этапа окончательно не определено и пока еще изучается в рамках проекта 3GPP.

3.5 Этапы развития CDMA 2000

Стандарт CDMA имеет несколько этапов развития:

• CDMA 2000 1Х;

• CDMA 2000 1X EV-DO (Single carrier EVolution-Data Only).Стандарт позволяет передавать голос и данные на разных частотах;

• CDMA 2000 1X EV-DV (Single carrier EVolution-Data and Voice). В стандарте предусмотрено передача данных и голоса на одной частоте.

Технология 1X EV-DV была стандартизирована в последних стандартах 3GPP2 для CDMA 2000 (C.S0002-C, физический уровень). Стандарт 1X EV-DO содержится в отдельном документе (C.S0024).

Стандарт 1X EV-DO отличается от CDMA 2000 только увеличенной скоростью передачи данных (благодаря применению видов модуляции высшего порядка).

Стандарт 1X EV-DV– еще более позднее развитие стандарта cdma2000. В нем появляется возможность одновременной передачи голоса и данных за счет динамического выделения каналов и видов модуляции еще более высокого порядка (до 16-уровневой квадратурной амплитудной модуляции, 16-QAM). Пакеты данных делятся на части и передаются во временных слотах (как в 1X EV-DO), в то время как голосовой трафик непрерывен (как в cdma2000).

Оба стандарта, 1X EV-DO и 1X EV-DV, внесли изменения в управление сетью, повышающие эффективность ее работы. В системах 1X EV-DO базовая станция всегда передает сигнал на полной мощности, и скорость передачи данных будет зависеть от уровня мощности в месте приема. Каждая подвижная станция посылает базовой станции запрос на скорость передачи данных в пределах каждого временного слота, и базовая станция решает, какой телефон получит очередной пакет. Кроме того, базовая станция следит за средним уровнем запросов на скорость передачи для каждого работающего телефона. Если последний запрос скорости передачи от телефона будет больше, чем его средний уровень, то телефон будет выбран для передачи пакета данных, а если меньше, то он получит меньший приоритет.

В системах 1X EV-DV управление мощностью в прямом канале (от базовой станции к подвижной станции) при передаче голоса происходит так же как в CDMA 2000, с пошаговым изменением уровня мощности. Однако пакеты данных передают с постоянным уровнем мощности, а при ухудшении условий связи просто снижают скорость передачи. Телефон постоянно передает информацию о качестве канала связи на базовую станцию, которая использует ее и другие показатели для установления скорости передачи данных на телефон. Базовая станция получает больше возможностей по адаптации скорости передачи данных к существующим условиям, чем это допускается в стандарте 1xEV-DO.

Другим улучшением в системах 1X EV является применение более эффективного по сравнению со сверточным кодом кодирования с исправлением ошибок. Также в случае достаточной мощности в канале связи, для передачи пакетов данных применяются виды модуляции высшего порядка (8-PSK или 16-QAM). Эти виды модуляции требуют больше затрат энергии в расчете на бит (при неизменном уровне шума и помех), но обеспечивают большую скорость передачи данных.

Рисунок 17 - Спектр сигналов в технологии CDMA2000 1X EV-DO и EV-DV

Сети сотовой связи стандарта CDMA 2000 1X

Основными отличиями стандарта CDMA 2000 1X от IS-95 являются:

· наличие пилота в обратном канале, т. е. реализован когерентный прием в обратном канале;

· использование большего количества кодов Уолша и, соответственно, большего числа служебных каналов и каналов трафика на одном частотном канале;

· наличие быстродействующей схемы контроля мощности в прямом и обратном канале;

· организация дополнительных каналов трафика в случае необходимости передачи больших массивов данных.

Это позволяет увеличить пиковую скорость передачи данных до 153,6 Кбит/с и величить спектральную эффективность в 1,7 раза для голосового трафика и передачи данных. С применением той же топологии базовых станций, антенн и антенно-фидерных трактов, что и в cdmaOne при развертывании сети CDMA2000 1X необходимо установка дополнительных базовые станций. Это обусловлено тем, что отношение сигнал/шум влияет на скорость передачи данных и для получения однородного качества услуги по всей сети может понадобится некоторое улучшение покрытия по сравнению с сетью IS-95.

Отличительной чертой стандарта CDMA 2000 1X является большое количество каналов.

Общие физические каналы:

• Forward Pilot Channel(F-PICH);

• Forward Synchronous Channel(F-SYNC);

• Forward Paging Channel(F-PCH);

Логические каналы:

• Forward Broadcast Control Channel (F-BCCH);

• Forward Quick Paging Channel (F-QPCH);

• Forward Common Power Control Channel (F-CPCCH);

• Forward Common Assignment Channel (F-CACH);

• Forward Common Control Channel (F-CCCH).

Кроме общих каналов также существуют каналы трафика, собственно, являющиеся каналами передачи основной информации. Выделяют следующие логические типы данных каналов:

• Forward Dedicated Control Channel(F-DCCH);

• Forward Fundamental Channel (F-FCH);

• Forward Supplemental Channel (F-SCH).

По каналу F-DCCH передается абонентская сигнализация во время вызова. В свою очередь, по фундаментальному каналу F-FCH возможна передача голосовой информации, а также данных. При необходимости получения больших скоростей задействуются дополнительные каналы F-SCH.

Так, для передачи данных со скоростью 153,6 кбит/с необходимо использование 16 F-SCH. Всего при использовании конфигурации RC3 в одном секторе на одной несущей возможна организация 64 каналов по 9,6 кбит/с. В свою очередь, с учетом общих каналов максимально теоретически возможное число доступных голосовых каналов для абонентов в одном секторе составляет 61 (несколько общих каналов занимают один физический канал на радиоинтерфейсе). В реальной ситуации емкость системы в одном секторе меньше, это обусловлено интерференцией и алгоритмами хэндовера.

Для достижения высокой скорости передачи данных объединяются несколько каналов, при этом уменьшается длина кода, но также уменьшается и коэффициент расширения, что приводит к уменьшению зоны покрытия на данной скорости, либо к необходимости увеличения мощности прямого канала для достижения приемлемого покрытия. Простое увеличение мощности в полосе приводит к ухудшению отношения сигнал/шум. Отсюда следует, что практически никогда мощность, излучаемая сектором базовой станции, не достигает пиковой величины. Именно с этим и связана относительно небольшая область покрытия на больших скоростях, а также небольшая емкость для высокоскоростных абонентов.В качестве модуляции в прямом канале используется QPSK-модуляция.

В отличие от прямого канала в обратном канале можно выделить следующие типы общих каналов:

• Reverse Pilot Channel(R-PICH);

• Reverse Access Channel(R-ACH);

• Reverse Enhanced Access Channel(R-EACH);

• Reverse Common Control Channel(R-CCCH).

Выделенных каналы:

• Reverse Dedicated Control Channel(R-DCCH);

• Reverse Fundamental Channel(R-FCH);

• Reverse Supplemental Channel(R-SCH);

• Reverse Supplemental Code Channel(R-SCCHT).

Общие каналы используются абонентским терминалом для связи с базовой станцией и доступа в сеть. Обратный пилот-канал используется для первоначального захвата абонентским терминалом базовой станции, трассировки и последующего контроля мощности. Каналы трафика по своей структуре и функциям аналогичны прямому каналу. В отличие от прямого канала, в обратном канале используется HPSK-модуляция.

Несмотря на то, что применение CDMA 2000 1X по различным оценкам дает также увеличение покрытия для голосового сервиса примерно на 35% с применением той же топологии базовых станций, антенн и антенно-фидерных трактов, при развертывании сети потребуется установка дополнительных базовых станций или репитеров. Это обусловлено тем, что отношение сигнал/шум влияет на скорость передачи данных и для получения однородного качества услуги по всей сети может понадобится некоторое улучшение покрытия по сравнению с сетью IS-95A.

Для перехода от сетей IS-95 к CDMA 2000 1X необходимо произвести модернизацию на базовых станциях, программного обеспечения и установить новые или модернизировать существующие элементы доступа в IP-сеть.

Сети сотовой связи стандарта CDMA2000 1Х EV-DO

Если в стандарте CDMA 2000 1Х пропускная способность прямого и обратного канала одинакова, то в стандарте EV-DO пропускная способность прямого канала значительно больше. Стандарт CDMA 2000 1Х, в основном используется для голоса и данных и трафик достаточно симметричен. Стандарт 1Х EV-DO рассчитан только на передачу данных, этим обусловлена большая скорость в прямом канале.

Структура формирования каналов в EV-DO практически аналогична формированию стандарта CDMA 2000 1Х, но добавляются специфические каналы, и сам стандарт обратно совместим со стандартом CDMA 2000 1Х. В прямом канале - это каналы оценки активности и контроля мощности обратного канала, а также блокирование канала контроля передачи данных, которое используется сетью для запрещения абонентскому терминалу выбора сектора.

Обратный канал по типу модуляции отличается наличием двух новых логических каналов: информации о скорости передачи данных в обратном канале (абонентский терминал сообщает скорость передачи данных в обратном канале) и контроля передачи данных (DRC). При этом терминал сообщает максимально возможную скорость передачи данных в прямом канале.

Максимальная скорость передачи данных для абонента 1X EV-DO в прямом канале может достигать величины 2,4 Mбит/с. Такая скорость достижима благодаря принципиальным отличиям прямого канала.

1. В прямом канале используется технология временного разделения абонентов. Технология временного разделения наиболее оптимально подходит для пакетной передачи данных. При этом в прямом канале в стандарте EV-DO используются 16 тайм-слотов длительностью по 1,67 мс каждый, в которых и передается абонентская информация. То есть в какой-то момент времени передается информация одного абонента. Это позволяет выделить полную мощность передатчика для каждого конкретного абонента. Нет необходимости контроля мощности в прямом канале. Соответственно, в прямом канале нет источников интерференции внутри соты, присутствуют помехи от соседних сот.

2. В зависимости от типа передаваемой информации используется адаптивная модуляция. От типа модуляции, применяемой в прямом канале, зависит скорость передачи данных, система оценивает размер кодируемого пакета, состояние радиоинтерфейса и назначает в соответствии с этим вид модуляции QPSK, 8-PSK или 16-QAM.

3. Применяются алгоритмы контроля скорости передачи данных. Скорость передачи данных зависит от состояния радиоинтерфейса в соте, и если в системе CDMA 2000 1X для достижения больших скоростей производилось управление мощностью передаваемой информации, то, так как в системе EV-DO передаваемая мощность постоянна, производится оценка состояния радиоинтерфейса, и быстрая подстройка скорости передачи данных.

При передачи данных большого объема абонентский терминал оценивает отношение сигнал/шум в секторе и вместе с информационным запросом передает индекс DRC, в соответствии с которым система определяет максимально возможную скорость передачи данных в прямом канале. Данный индекс динамически меняется во время сеанса в зависимости от уровня интерференции. В соответствии с количеством бит в кодируемом пакете система назначает вид модуляции, количество тайм-слотов и соответственно скорость передачи данных (таблица 7).

Таблица 7 - Изменение скорости в зависимости от значения сигнал/шум

R do	Индекс DRC	Пороговое С/Ш, дБ
38,4 кбит/с 76,8 кбит/с 153,6 кбит/с 307,2 кбит/с 307,2 кбит/с 614,4 кбит/с 614,4 кбит/с 921,6 кбит/с 1,2288 Мбит/с 1,2288 Мбит/с 1,8432 Мбит/с 2,4576 Мбит/с	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	–12 –9,6 –6,8 –3,9 –3,8 –0,6 –0,8 1,8 3,7 3,8 7,5 9,7

Таким образом, например, при значении DRC-индекса 12 и передачи пакетов большого объема скорость передачи данных абонента достигает 2,4 Mбит/с. При этом он занимает всего лишь один тайм-слот. Вся остальная емкость доступна для других абонентов. То есть система управляет скоростью передачи и никогда не выделит больше ресурсов абоненту, находящемуся в худших условиях.

При передаче данных в направлении к базовой станции абонентский терминал принимает широковещательный RA-канал, в котором содержится информация о загрузке обратного канала. Данный канал содержится в каждом тайм-слоте. Вместе с данными передается иинформация о скорости передачи в обратном канале, что упрощает работу базовой станции.

Технология IMT-MC-450

Технология IMT-MC (International Mobile Telecommunications – Multi Carrier) включена Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) в спецификацию радиоинтерфейсов систем подвижной связи третьего поколения IMT-2000.

В сети IMT-MC (CDMA 2000) с одной несущей (1X) максимальная скорость передачи данных на абонента составляет 153,6 кбит/с. Последующие версии системы IMT-MC – IMT-MC–1XEV-DO (Evolution – Data Only) и IMT-MC-1X EV-DV (Evolution – DataVoice) - позволяют увеличить максимальные значения скорости передачи данных до 2,4 Мбит/с.

Очевидным достоинством технологии IMT-MC является высокая пропускная способность при минимальных затратах частотного спектра и возможность поэтапного наращивания емкости системы за счет постепенного добавления частот в пределах полосы 4,5 МГц, занимаемой в настоящее время сетью NMT-450. Преимущества сетей IMT-MC-450 обусловлены и особенностями распространения радиоволн в низких диапазонах и, прежде всего, – это уверенный прием сигнала на больших расстояниях, что минимизирует число устанавливаемых базовых станций и сокращает сроки разворачивания сети.

IMT-MC-450 является полностью готовым коммерческим решением для частотного диапазона 450 МГц. Сети IMT-MC-450 – это первый этап постепенного перехода к полнофункциональным сетям связи следующего поколения.

Принятое Комитетом по электронным средствам связи Европейской конференции администраций почт и электросвязи CEPT ECC (Electronic Communications Committee, European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) в середине марта 2004 г. решение о доступности частот для развертывания цифровых систем подвижной связи в диапазонах 400 и 800/900 МГц дает шанс развитию сетей на основе технологии CDMA-450 в Западной Европе. О своей готовности внедрить на национальном уровне решение регулятора в настоящее время заявили европейских страны, входящих в CEPT, среди которых Россия, Белоруссия, Румыния, Германия, Великобритания, Испания, Португалия, Австрия, Ирландия, Нидерланды, Литва, Швеция, Финляндия, Норвегия, Дания и другие.

Благодаря своей структуре, стандарт IMT-MC-450 обладает следующими преимуществами по отношению к другим сотовым стандартам:

· большая абонентская емкость за счет большего количества используемых частотных каналов и их повторного использования. Емкость IMT-MC-450 от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три-шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних тех же частот в сети;

· самое высокое из существующих в настоящее время в сотовых стандартах качество передачи речи.

· высокая скорость передачи данных;

· высокая помехоустойчивость (технология создавалась как военная система связи, с высокой степенью защиты от специально создаваемых сверхмощных помех);

· способность взаимодействовать с другими радиосистемами, в том числе с низкоорбитальными спутниковыми системами связи;

· высокая надежность связи в движении за счет «мягкой» передачи канала связи от одной базовой станции к другой («мягкий», устойчивый «hand-off»). В отличных от IMT-MC-450 системах связи, например в GSM, используется так называемый «жесткий hand-off», когда в момент перемещения абонента из соты в соту происходит моментальный обрыв и восстановление связи, воспринимаемое абонентом как щелчок в трубке или даже временное прерывание разговора. Иногда в такой момент связь с трубкой может быть потеряна, так как соединение с радиотелефоном одномоментно поддерживает только одна базовая станция. В IMT-MC-450, напротив, трубку постоянно «отслеживают» две или более базовых станций, радиотелефон одномоментно «говорит» сразу с двумя базовыми станциями пока уровень сигнала от одной из них не станет таким, что она сможет обслужить данного абонента эксклюзивно. Так реализуется принцип «мягкого hand-off»:

- более надежная защита от несанкционированного доступа конфиденциальность переговоров (благодаря уникальной системе кодирования речи);

- в 1,5-2 раза большее время работы радиотелефонов в автономном режиме (благодаря низкому уровню средней излучаемой мощности);

- уменьшение воздействия электромагнитного излучения на организм человека (благодаря низкому уровню средней излучаемой мощности и самому характеру излучения). Радиотелефоны стандарта IMT-MC - самые экологичные, так как их мощность не превышает 0,2 Вт;

- отсутствие «эффекта эха», характерного для других систем сотовой связи.

4 Особенности построения сетей UMTS

4.1 Основные подсистемы сети UMTS

Системная архитектура сети UMTS и функции ее элементов разрабатывались с учетом обеспечения максимального использования широко развитой инфраструктуры сетей GSM и внедрения минимального числа элементов.

Использование многоуровневой модели открытых интерфейсов как методологической основы позволяет рассматривать архитектуру сети UMTS как иерархическую систему, на каждом уровне которой реализуется набор функций, а связь между уровнями осуществляется через стандартизованные ETSI интерфейсы.

Построения системной архитектуры UMTS как многоуровневой иерархической системы предполагает объединение физических уровней системы на основе доменов (подсистем) и объединение функциональных уровней на основе слоев вертикального и горизонтального уровней. Деление системы UMTS на домены, показанные на рисунке 18, является результатом выполнения требований по обеспечению эволюции существующей сетевой инфраструктуры. Домен базовой сети может быть модернизирован в ходе развития существующей инфраструктуры сетей связи, например GSM, N-ISDN, B-ISDN или PDN.

Рисунок 18 – Подсистема UMTS

Взаимодействие между подсистемами (доменами) сети UMTS как сложной системы обеспечивается введением опорных точек входа и выхода взаимодействующих доменов и увязывающих их в единую систему по совокупности стандартизованных входных и выходных информационных, технических и сетевых параметров. Совокупность опорных точек сети UMTS включает:

· Сu — опорную точку между доменом модуля идентификации абонента (USIM) и доменом оборудования подвижной связи (ME);

· Iu — опорную точку между доменом сети доступа и доменом сети обслуживания;

· Uu — опорную точку между доменом абонентского оборудования и доменом инфраструктуры (радиоинтерфейс UMTS);

· Yu — опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом транзитной сети;

· Zu — опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом домашней сети.

Сети UMTS можно разделить на два основных домена: домен абонентского оборудования и домен инфраструктуры. Первый используется абонентом для доступа к услугам 3G. Доступ абонента к сетевой инфраструктуре осуществляется через стандартный радиоинтерфейс, входящий в семейство радиоинтерфейсов 3G. Сетевая инфраструктура состоит из доменов, выполняющих различные функции, необходимые для поддержки радиоинтерфейса с целью предоставления совокупности услуг 3G, запрашиваемых абонентами. Сетевая инфраструктура обеспечивает разделение ресурсов сети UMTS между пользователями, предоставляя услуги 3G всем зарегистрированным в сети абонентам внутри зоны покрытия сети. Опорная точка между доменом абонентского оборудования и доменом инфраструктуры называется опорной точкой Uu (радиоинтерфейс UMTS).

Домен абонентского оборудования (UE) включает в себя различные типы абонентского оборудования с различным уровнем функциональных связей, которое может быть совместимо с одним или несколькими радиоинтерфейсами сетей 2G и 3G, например абонентское оборудование, работающее в двух стандартах (UMTS/GSM). Абонентское оборудование содержит съемную смарт-карту, которая может использоваться как в различных типах абонентского оборудования, так и в сетях различных стандартов. Домен абонентского оборудования подразделяется на домен оборудования подвижной связи (ME) и домен модуля идентификации пользователя (USIM). Опорная точка между ME и USIM называется опорной точкой Сu.

Домен оборудования подвижной связи (ME) выполняет передачу и прием информации по радиоканалу и поддерживает различные приложения. Домен оборудования подвижной связи состоит из:

• модуля, обеспечивающего прием/передачу радиосигналов (mobile termination — МТ);

• модуля, обеспечивающего взаимодействие модулей МТ и ТЕ (terminal adapter — ТА);

• модуля оконечного оборудования (terminal equipment — ТЕ). Данное деление домена ME используется при описании функциональных связей основных подсистем.

Домен модуля идентификации абонента (USIM) содержит совокупность данных и алгоритмов распознавания, которые позволяют безошибочно на основе криптостойких кодов идентифицировать абонента. Эта функция реализована в отдельной смарт-карте. USIM связан с определенным пользователем и позволяет идентифицировать пользователя независимо от того, какое мобильное оборудование он использует.

Домен инфраструктуры (ID) разделяется на домен сети доступа, который характеризуется прямым контактом с оборудованием пользователя, и домен базовой сети. Это разделение упрощает разграничение функций, связанных и не связанных с радиодоступом, и соответствует общему принципу модульности, принятому в архитектуре UMTS. Домен сети доступа реализует функции, специфичные для технологии радиодоступа, в то время как функции домена базовой сети могут использоваться информационными потоками независимо от технологии радиодоступа. Это разделение позволяет при различных подходах к созданию домена базовой сети выбрать тип базовой сети, подключаемый к домену сети доступа, и наоборот, выбрать соответствующий тип сети доступа, подключаемой к домену базовой сети. Опорная точка между доменом сети радиодоступа и доменом базовой сети называется опорной точкой Iu.

Домен сети доступа (AN) состоит из физических модулей, которые управляют ресурсами сети радиодоступа (RAN), и предоставляет абоненту доступ к домену базовой сети через эфир посредством открытого радиопротокола Uu.

Домен базовой сети (CN) состоит из физических модулей, которые обеспечивают поддержку сетевых возможностей и набор услуг 3G. Системная поддержка включает реализацию таких функций, как управление информацией о местоположении абонента, управление сетевыми функциями и услугами, коммутация и передача информации, формируемой по запросу пользователем. Домен базовой сети подразделяется на домен сети обслуживания, домен домашней сети и домен транзитной сети. Опорная точка между доменом сети обслуживания и доменом домашней сети называется опорной точкой Zu. Опорная точка между доменом сети обслуживания и доменом транзитной сети называется опорной точкой Yu.

Домен сети обслуживания (SN) является частью домена базовой сети, к которой подсоединяется домен сети доступа, обеспечивающий доступ пользователей. Он обеспечивает реализацию функций базовой сети, которые определяются местом доступа пользователя к сети и изменяются при перемещении пользователя. Домен SN отвечает за маршрутизацию вызовов и транспортировку данных пользователя от источника к получателю. Он имеет возможность взаимодействовать с доменом домашней сети, для того чтобы обеспечивать услуги, связанные с пользователями, и с доменом транспортной сети, для того чтобы обеспечить услуги, не связанные с пользователями.

Домен домашней сети (HN) реализует ряд функций базовой сети, которые выполняются в постоянном (определенном) месте, независимо от местоположения пользователя. В домене домашней сети обслуживаются запросы модуля идентификации абонента USIM, связанные с подпиской на услуги 3G. Поэтому этот домен постоянно хранит специфические данные пользователя и отвечает за управление информацией о наборе услуг 3G, предоставляемом конкретному абоненту (его подписке). Кроме того, он может выполнять специфические услуги домашней сети, потенциально не предлагаемые доменом сети обслуживания.

Домен транзитной сети (TN) является частью базовой сети, расположенной между доменом сети обслуживания и территориально удаленной частью сети. Если для конкретного вызова удаленная часть сети расположена в той же сети, что и порождает вызов АО, то активация домена транзитной сети не просходит.

4.2 Направления развития архитектуры сетей UMTS

В настоящее время спецификациями 3GPP предусмотрены 4 варианта перехода к UMTS на основании релизов Release’99(R99), Release’4(R4), Release’5(R5) и Release’6(R6). R6 появился совсем недавно и говорить о его коммерческом применении еще рано.

Релиз 99 определяет путь развития архитектуры UMTS на среднесрочную перспективу. Ключевые требования R99 к архитектуре первой фазы развития UMTS обеспечивает техническими требованиями стандарта GSM и включают: совместимость с сетями GSM, обеспечение доступа к высокоскоростным услугам передачи данных и управление качеством предоставляемых услуг. Кроме того, важнейшие требования Релиза 99 состоят в следующем:

· за основу базовой сети UMTS выбрана базовая сеть GSM, ее развитие должно осуществляться совершенствованием подсистем MSC и SGSN;

· сетевая архитектура и стандарты UMTS фаза 1 (R99) должны позволять оператору услуг 3G выбирать тип создаваемой базовой сети (интегрированная базовая сеть или базовая сеть, разделенная на CS- и PS-домены). CS-доменподсистема базовой сети, обеспечивающая режим передачи данных с коммутацией каналов. PS-домен подсистема базовой сети, обеспечивающая режим передачи данных с коммутацией пакетов;

· расположение транскодеров должно соответствовать требованиям технических спецификаций TS 23.930 «Развитие платформы GSM в направлении UMTS»;

· абонентское оборудование должно предоставлять ручной выбор между режимами CS и PS базовой сети и обеспечивать возможность использования терминалов класса А;

· развитие UMTS должно проводиться в направлении передачи части услуг от CS-доменов к PS-доменам базовой сети без изменения протоколов обмена высокого уровня и их функций;

· должны обеспечиваться гибкое развитие сети и совместимость с абонентским оборудованием.

Дальнейшее развитие сети UMTS отразилось в Релизе R4 и Релизе R5. В этих релизах предполагается дополнить сетевую архитектуру мультимедийной IP-подсистемой. Основные требования R4, R5 включают: совместимость с требованиями R99, дополнение мультимедийными услугами, основанными на IP-протоколах, обеспечение высокой эффективности IP-телефонии для мультимедийных услуг.

Подсистема базовой сети, обеспечивающая передачу данных с коммутацией каналов, должна согласно R99 предоставлять 100%-ную совместимость с CS-доменом базовой сети. PS-домен должен поддерживать IP-протокол, а также предоставлять возможность модернизации подсистемы пакетной коммутации базовой сети для обеспечения мультимедийных услуг. Дополнительные IP-подсистемы должны предоставлять новые услуги мультимедиа, чтобы дополнить существующий набор услуг, обеспечиваемый CS-доменом.

Развитием системной архитектуры сети UMTS станет создание интегрированной сетевой платформы, базирующейся на принципах пакетной коммутации каналов, а целью дальнейшего развития предоставляемых услуг должны быть переход большинства пользователей к услугам IP-мультимедиа и возможность доступа к этим услугам за пределами сетей UMTS.

Release’99. Структура сети UMTS R99 мало чем отличается от сетей GSM и состоит из тех же функциональных модулей, только с поддержкой сети радиодоступа UMTS (UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)), в радиоинтерфейсе которой используется не ТDМА, а технология широкополосного доступа с кодовым разделением каналов (WCDMA). Для работы UTRAN отводится диапазон частот 2 ГГц.

Основным ее достоинством является емкость соты, которая в среднем в 10 раз больше емкости соты GSM. Это делает ее идеально подходящей для оказания услуг, требующих высокой скорости передачи данных, таких как мобильное телевидение, онлайн-игры, видеозвонок и др. При этом в одной соте может быть организовано несколько одновременных сессий со скоростями 384 кбит/с. Для сравнения, технология EDGE обеспечивает такую скорость только одному абоненту и то при занятии им всего ресурса соты, что в реальной ситуации практически невозможно.

Помимо этих очевидных преимуществ имеет смысл отметить еще ряд особенностей технологии WCDMA. Во-первых, она более эффективна с точки зрения переиспользования частот, поскольку все соты работают на одной и той же частоте. Во-вторых, радиоинтерфейс системы WCDMA менее чувствителен ко всякого рода помехам и обеспечивает более эффективную работу в условиях многолучевого распространения. В-третьих, система UMTS обладает способностью плавного изменения качества связи. Например, при резком возрастании интенсивности трафика снижается уровень качества обслуживания абонентов в соте, в то время как в сети GSM часть из них просто получает отказ. Все это, в конечном итоге, с одной стороны, положительно сказывается на качестве связи и решает проблему нехватки канальных ресурсов, с другой — дает оператору дополнительное конкурентное преимущество и способствует увеличению среднего дохода на абонента, благодаря внедрению качественно новых услуг.

Release’4. Более интересное решение опорной сети подразумевает стандарт R4 (рисунок 19). В основе архитектуры опорной сети этого релиза лежит программный коммутатор или Soft Switch. Он представляет собой два совершенно разных функциональных модуля: MSC Server и Media Gateway (MGW). MSC-сервер является центральным элементом опорной сети. На него возложены функции обработки сигнализации, контроля над предоставлением услуг абонентам и управления медиашлюзами MGW, которые в свою очередь отвечают за коммутацию голосового трафика абонентов. Таким образом, процессы обработки сигнализации и трафика оказываются полностью разделенными на всех уровнях.

Рисунок 19 – Структура сети R4

Типичной конфигурацией сети при использовании технологии Soft Switch является конфигурация с распределенной коммутацией. При такой конфигурации один MSC-сервер осуществляет управление и обслуживание группы территориально рассредоточенных коммутационных элементов MGW. Каждый коммутационный элемент MGW может обслуживать несколько BSC/RNC. Это дает целый ряд преимуществ по сравнению с традиционным подходом. Одним из главных достоинств такого решения является возможность оптимизации использования магистральных каналов за счет локализации трафика внутри малых городов путем размещения в них MGW, который коммутирует весь локальный трафик, при этом сигнализация обрабатывается в MSC-cepвере. Как показывает практика, такой трафик может составлять до 70 %. В результате значительно снижается себестоимость предоставления услуг местной мобильной связи, в некоторых случаях даже давая возможность операторам устанавливать тарифы для абонентов ниже уровня себестоимости пропуска голосового трафика конкурентов. Таким образом, в руках оператора оказывается грозное маркетинговое оружие.

Кроме того, значительно упрощается процесс добавления новых услуг. Если раньше операторам приходилось обновлять все коммутаторы в отдельности, то теперь достаточно произвести обновления MSO-серверов.

Дополнительным преимуществом может стать использование IP-трансмиссии между MGW. Поскольку, с одной стороны, это позволяет сократить стоимость аренды каналов, а с другой — упростить структуру сети в целом за счет сокращения количества транзитных коммутаторов, функции которых берет на себя IP-сеть.

Release’5. Следующим шагом развития UMTS является релиз R5 (рисунок 20). Он обладает двумя принципиальными отличиями от двух предыдущих стандартов.

Рисунок 20 – Структура сети R5

Первое — добавление платформы IMS (IP Multimedia Subsystem). Она включает в себя следующее оборудование: MGSF (для управления вызовами), CSCF (для управления сессиями внутри одного вызова), MRFC (обеспечивает управление медиаресурсами), MRFP (для конференций, воспроизведения медиаинформации, распознавания речи, проигрывания тональных вызовов и т.п.), HSS (для хранения информации об абонентах и выполнения функций аутентификации).

Второе — внедрение технологии HSDPA в радиоинтерфейсе, благодаря которой скорость передачи данных может быть увеличена до 14,4 Мбит/с.

Решение IMS предусматривает также принципиально иной подход к оказанию услуг. Теперь абоненты могут управлять услугами со своего телефона в режиме реального времени и организовывать несколько мультимедийных сессий одновременно. Наряду с этим в IMS предусмотрено управление качеством связи и такими показателями, как скорость передачи данных, задержки и т.д. Однако тут возникает проблема отсутствия телефонов с поддержкой таких возможностей. По этой причине, а также из-за того, что этот стандарт еще не до конца отработан, внедрение R5 пока не представляется целесообразным.

4.3 Варианты перехода к UMTS

Из этих трех релизов в мире нашли коммерческое применение только первые два [16]. Из них более перспективным представляется решение Release’4, поскольку, с одной стороны, оно обладает неоспоримыми преимуществами, а с другой — имеет возможность дальнейшей миграции к Release’5/ Release’6.

О путях внедрения UMTS Release’4 можно судить по конкретным примерам, основанным на опыте компании Huawei.

Первый путь–это строительство сети UMTS в национальном масштабе на территории практически всей страны. При этом она, как правило, накладывается на существующую сеть GSM. Примером такого варианта может служить сеть оператора Etisalat в ОАЭ.

При ее строительстве использовались два коммутатора Soft Switch–один для GSM, другой для UMTS. Она стала первой коммерческой сетью, где был успешно осуществлен роуминг между 3G и 2G, что является ключевым моментом при переходе к UMTS для обеспечения покрытия.

Примечательна также сеть голландского оператора Telfort. Она включает 3 МSC сервера, 10 MGW и 3100 Node-B. При строительстве такой крупномасштабной сети особое внимание уделяется как капитальным, так и эксплуатационным затратам. Для их снижения широко применялись распределенные базовые станции Huawei (рисунок 21).

Суть данного решения заключается в разделении базовой станции на модули обработки основной частоты (BBU) и выносной радиомодуль (RRU). Как видно из рисунка 21, блок BBU занимает совсем мало места и может быть установлен в существующие базовые станции GSM или в любую девятнадцатидюймовую стойку. К нему по оптическому кабелю подключается RRU, устанавливаемый, как правило, вблизи антенны, чтобы избежать потерь в антенно-фидерном тракте, причем к одному BBU может быть подключено несколько выносных радиомодулей. Расстояние между ними может составлять до 40 км. Очевидно, что при внедрении такого решения будут переиспользованы существующие площадки для базовых станций, а это значит, что оператору не придется производить поиск новых помещений, заключать контракты на размещение дополнительного оборудования. Стоит отметить, что и управлять такой сетью гораздо проще.

Рисунок 21 - Распределенная базовая станция Node-B

Второй – это когда UMTS-сеть является обособленной. Для такой сети возникает необходимость бесшовного покрытия. Такая задача стояла перед оператором Sunday в Гонконге. Как известно, этот город является мировым бизнес-центром со множеством небоскребов и многомиллионным населением, что значительно усложняло задачу обеспечения покрытия, тем не менее она была успешно решена. Для этого использовалась практически вся линейка базовых станций UMTS Huawei. Однако для того чтобы такая сеть стала конкурентоспособной, одного покрытия не достаточно. Поэтому оператор Sunday внедрил 18 дополнительных услуг, среди них различные видеоуслуги, LSC, PIT, MMS, интеллектуальные и комбинированные с WLAN-сетью услуги. Немаловажно, что все оборудование поддерживает технологию HSDPA на аппаратном уровне, а это является необходимым условием дальнейшей эволюции.

Третий вариант подходит для стран, где сотовая связь еще недостаточно развита. Количество абонентов не велико, вследствие чего конкуренция и борьба за них у операторов достаточно жесткая. Поэтому внедрение услуг третьего поколения создает оператору дополнительное конкурентное преимущество. Кроме того, с точки зрения развития более целесообразно строить сразу сети третьего поколения, а не вкладывать средстве в GSM, поскольку, в конечном счете, цена оказывается не намного дороже.

Показательный пример–сети операторов TT-mobile (дочерняя компания ОАО «Мегафон») и Babylon в Таджикистане. Обе эти сети были запущены практически в одно время. При этом сеть каждого оператора объединяет стазу две технологии–GSM и UMTS–внутри одного коммутатора Soft Switch. На сегодня это первые и единственные сети UMTS в СНГ. Возможно, они послужат стимулом к внедрению данной технологии и в Казахстане.

Четвертый путь–это постепенный переход на UMTS. Его можно разделить на два этапа. Первый – внедрение коммутатора Soft Switch в действующую GSM-сеть. В результате оператору становятся доступны все преимущества разделенной коммутационной архитектуры. Вторым этапом является постепенное строительство подсистемы радиодоступа UMTS и внедрение новых услуг. Такое решение наименее рискованное с точки зрения инвестиций. Поэтому в странах, где ситуация с 3G до сих пор не определена, такое решение для эволюции к UMTS, возможно, является наиболее перспективным, поскольку наряду с модернизацией и оптимизацией существующей сети оператор одновременно строит сеть 3G. Плюс к тому при замене существующего оборудования его можно использовать в регионах, где еще нет сотовой связи.

Заключение

В ХХI веке в эпоху бурного развития и конвергенции информационных и телекоммуникационных технологий, призванных ускорить развитие экономики и социальной среды общества, наиболее перспективным сегментом международного рынка телекоммуникаций является подвижная связь. Расширение объема и улучшению качества услуг, предоставляемых сетями подвижной связи, призвано способствовать внедрение новейших достижений науки и техники.

Основными факторами, обусловившими эволюцию от существующих систем подвижной связи второго поколения (2G) к системам третьего поколения с кодовым разделением каналов (3G), стали рост потребностей в услугах высокоскоростной передачи данных и необходимость повышения эффективности использования радиочастотного спектра.

Сети 3G обладают следующими отличительными особенностями:

· совместимостью услуг 3G с услугами стационарных сетей;

· высоким качеством обслуживания пользователей;

· всемирным роумингом;

· высокой гибкостью в поддержке появляющихся новых видов услуг связи;

· предоставлением услуг мультимедиа.

Сети 3G могут обеспечить абонентам широкий спектр услуг связи, характерных как для фиксированных сетей (телефонных сетей общего пользования, цифровых сетей с интеграцией служб и т.д.), так и для сетей подвижной связи общего пользования, специфичных для подвижных абонентов. Различные виды абонентского оборудования обеспечат доступ как к наземному, так и к спутниковому сегменту сети, а конструктивно будут производиться и для подвижного, и для стационарного использования.

Назначение, структура и функциональные возможности сетей 3G во многом определяются потребностями рынка услуг связи.

Сети второго поколения должны развиваться в направлении, обеспечивающем предоставление услуг массового спроса и выполнение функций каркаса, на основе которого будут создаваться сети третьего поколения. Этим условиям отвечают только крупные операторские компании, способные привлечь достаточно большие инвестиции для покрытия больших территорий сетями с услугами национального и международного роуминга.

Внедрение сетей связи третьего поколения в Казахстане признано актуальным и наиболее перспективным направлением, что отразилось в пятом разделе документа «Концепция развития сетей подвижной радиосвязи Республики Казахстан».

Литература

1. Коньшин C.В., Сабдыкеева Г.Г. Основы теории систем подвижной связи: Учебное пособие / - Алматы: АИЭС, 2006.

2. Овчинников А.М., Воробьев С.В., Сергеев С.И. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи. Серия изданий «Связь и бизнес». – М.: МЦНТИ, ООО «Мобильные коммуникации», 2000.

3. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи.– М.: Эко–Трендз, 2001.

4. Закиров З.Г., Надев А.Ф., Файзуллин Р.Р. Сотовая связь стандарта GSM.Современное состояние, переход к сетям третьего поколения. – М.: Эко–Трендз, 2004.

5. The World Mobile Market 1996-2008. OMSYC. http:// www.omsyc.fr.

6. Тихвинский В.О., Володина Е.Е. Подвижная связь третьего поколения. Экономика и качество услуг. – М.: Радио и связь, Горячая линия – Телеком, 2005.

7. World Telecommunication Development Report 2002. ITU.

8. Горностаев Ю.М. Перспективные рынки мобильной связи. Серия изданий « Связь и бизнес». – М.: МЦНТИ, ООО «Мобильные коммуникации», 2000.

9. http://www.sotovik.ru.

10. Перспективы внедрения сетей связи третьего поколения в России. Выпуск 2. Ассоциация операторов сетей связи третьего поколения 3G. Под ред., А.Е. Крупного. ИТЦ «Мобильные коммуникации», 2003.

11. Ерохин В. Мобильная широкополосная связь:GSM, GPRS, EDGE, WCDMA. // Мобильные телекоммуникации – 2005. - №4. - С. 50-55.

12. GSM Europe, Facts & Figures, http://www.gsmworld.com.

13. The World GSM Association, GSM Statistics, http://www.gsmworld.com.

14. Фуруя Ю. Технологии мобильной связи, тенденции и сценарии развития в России // Мобильные системы– 2005. - №1. - С. 6-10.

15. Хаберланд Б. Блох С. Браун Ф. Технология HSDPA как путь развития систем третьего поколения// Мобильные коммуникации – 2004. -№ Спец. вып. - С. 34-40.

16. http://www.3 gnews.ru.