Глава 9. Технические аспекты развития мобильных сетей связи третьего поколения

Ввод сетей 3G - один из важнейших факторов вступления в глс бальное информационное сообщество, к которому готовятся мировые экономические империи, средства массовой информации, телекоммуникационные операторы, культурные и образовательные учреждения, а также политические институты. Пользователи будущих мобильных сетей получат кроме обычной голосовой связи широкий диапазон мультимедийных услуг.

Общий принцип развития мобильных сетей - плавная конвергенция и развитие существующих сетей к сетям 3G, 4G и WLAN. В процессе развития должны значительно усовершенствоваться общие параметры эффективности передачи данных и возможности управления качеством услуг для мультимедийных приложений. Системы мобильной связи будут предоставлять мультимедийные услуги в широком диапазоне скоростей передачи от 2 Мбит/с до 40 Мбит/с. В гл. 9-15 рассмотрены технические, экономические и экологические аспекты внедрения сетей третьего поколения и беспроводные локальные сети, которые не являются альтернативой мобильным сетям, но могут сыграть немаловажную роль при их развертывании.

9.1. Стандартизация интерфейсов сетей IMT-2000

Одним из наиболее значительных проектов конца XX века являет ся реализация концепции международной мобильной связи (Intern tional Mobile Telecommunications-2000, IMT-2000). В ее основу полож на идея создания нового поколения семейства систем подвижной связи, охватывающего технологии беспроводного доступа, наземной сотовой и спутниковой связи. С организационной точки зрения IMT-2000 объединяет две предшествующие программы МСЭ: перспектив-j ную сухопутную подвижную телекоммуникационную систему общего пользования (Future Public Land Mobile Telecommunications System FPLMTS) и глобальную персональную систему спутниковой связи (Global Mobil Personal Communications by Satellite, GMPCS). Решений МСЭ о создании IMT-2000 явилось важнейшим шагом на пути принципиально нового направления развития телекоммуникаций - развертывания сетей подвижной связи 3-го поколения (3G) и открытия принципиально нового рынка интеллектуальных услуг. Ведущая роль в организации процесса глобальной стандартизации систем подвижной

Таблица 9.1. Интерфейсы семейства сетей радиодоступа

связи 3-го поколения IMT-2000 принадлежит Международному союзу электросвязи (International Telecommunications Union, ITU).

Работа по стандартизации интерфейсов семейства систем IMT-2000 в настоящее время завершена как в секторе радиосвязи, так и в секторе стандартизации телекоммуникаций. Глобальный подход ITU в разработке новых стандартов состоит в максимальной унификации соответствующих характеристик систем семейства IMT-2000, в основном радиоинтерфейса, для расширения возможностей работы оборудования разных радиотехнологий в различных средах радиодоступа и упрощения создания многорежимных абонентских терминалов. В результате этих работ по гармонизации в состав семейства сетей радиодоступа [1] ITU были включены 5 радиоинтефейсов (табл. 9.1).

На рис. 9.1 показаны возможные варианты взаимодействия между различными интерфейсами сетей радиодоступа и базовыми сетями семейства 3G.

Для эффективной реализации идеи создания глобальных стандартов IMT-2000 в 1999 г. основные региональные и крупные национальные органы стандартизации, а также ряд международных общественных организаций объединились и учредили совместный международный проект партнерства третьего поколения (Third Generation Partnership Project, 3GPP), целью которого является выработка на основе технологий радиоинтерфейса UTRA FDD и TDD, первоначально разрабатываемого в Европе, единых технических спецификаций на системы 3G. Однако этот партнерский проект не полностью учитывал интересы ряда американских производителей, продвигающих свои версии систем семейства IMT-2000, и вслед за 3GPP была учреждена аналогичная ей организация 3GPP2, в функции которой входит создание спецификаций 3G на основе американских Радиотехнологий.

Радиоинтерфейсы семейства 3G

UTRA

FDD: WCDMA TDD: TD-CDMA

UWC-136: EDGE

CDMA2000: многочастотная

Базовые сети семейства 3G

CS&PS

GPRS tP-CORE

IS-41 CORE

Рис. 9.1. Взаимодействие сетей семейства 3G

Несмотря на взаимодействия 3GPP и 3GPP2, полностью унифициро- i вать радиоинтерфейсы различных систем 1МТ-2СЮ0 не удалось, хотя и ряд взаимных существенных уступок позволил максимзировать сходство ключевых параметров радиоинтерфейсов разных радиотехнологий.

Работа в 3GPP и 3GPP2 направлена на своевременный выпуск соответствующих серий технических спецификаций (релизов), каждый из которых будет расширением и продолжением предыдущего и будет иметь с ним обратную совместимость. В 1999 г данные организации выпустили первые релизы своих спецификаций на системы 3G, после j чего в соответствии с мандатами ITU на их основе начался этап регио-; нальной и национальной стандартизации систем подвижной связи 3G в 1 соответствующих институтах стандартизации: Европейский институт] стандартов телекоммуникаций (European Telecommunications Standards Institute, ETSI), Ассоциация промышленников телекоммуникаций (Telecommunications Industry Association, TIA), Японская ассоциация радиовещания (Association Radio Industry and Broadcasting, ARIB).

9.2. Распределение полос частот для IMT-2000

Вопрос о распределении полос частот для сетей 3-го поколения в рамках МСЭ рассматривался с середины 1980-х годов. К 1992 г. МСЭ подготовил рекомендацию ITU-R М.687-2 по вьщелению полос частот для систем 3-го поколения. На основании данной рекомендации Всемирная административная конференция радиосвязи в 1992 г. (ВАКР-92) распределила полосы частот 1885...2025 МГц и 2110...2200 МГц общей шириной 230 МГц для системы IMT-2000. При этом полосы ра-

1850

распределение МСЭ

Европа

Китай

1900 -1-

1885 1900

Япония Корея (PHS)

Северная Америка

1950

2000

2050

2100

2150

2200 2250 МГц

1980 2010 202 5

IMT 2000

PHS IMT 2000

1990j

2110

2170

IMT 2000

UMTS

IMT 2000

IMT 2000

Резерв

2160

Резерв

2200

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2260 МГц

Рис. 9.2. Распределение корневых полос согласно решению ВАКР-92

бочих частот 1885... 1980 МГц, 2010...2025 МГц и 2110...2170 МГц были определены для использования в наземном сегменте, а полосы частот 1980...2010 МГц и 2170...2200 МГц - для спутникового сегмента системы IMT-2000. Данные полосы частот, вследствие их изна-чальности, получили обозначение корневых полос, однако в настоящее время этот термин не используется. Распределение полос частот, предложенное на ВАКР-92 по различным районам и отдельным государствам, представлено на рис. 9.2.

Решения ВАКР-2000 по полосам расширения для сетей 3G. В силу технических причин весь необходимый для реализации услуг системы 3G спектр должен быть найден в диапазоне ниже 3 ГГц. На конференции были подготовлены и утверждены два новых Примечания к территориальному разносу частот Регламента радиосвязи по полосам расширения наземного сегмента сетей IMT-2000 (рис. 9.3): S5.XXX - полоса 806...960 МГц и S5.AAA - полосы 1710... 1885 и 2500...2690 МГц [3]. Указанные полосы, назначенные подвижной службе на первичной основе, определены для использования национальными Администрациями связи, желающими внедрять системы МТ-2000. Однако это не препятствует использованию этих полос другими системами радиосвязи, которым данные полосы распределены, и не создает приоритетности для развития системы IMT-2000.

Все полосы расширения IMT-2000 определены в пределах полос частот, вьщеленных сухопутной подвижной службе по районам, определенным в Регламенте радиосвязи. Резолюции закрепляют право администраций на внедрение других технологий сухопутной подвижной радиосвязи в пределах полос расширения IMT-2000.

1000

2000

3000

Корневые полосы 3G, МГц

Полосы расширения , МГц

1900

2170 МГц

806 960 1710 1885

2500 2690

Рис. 9.3. Полосы расширения сетей 3G

Среди положений, отражающих интересы национальных админи-1 страций при планировании использования полос расширения 7наи- более важными являются:

- право определения на национальном уровне размера спектра, который необходимо предоставить сетям IMT-2000 в полосах частот расширения ;

- разработка собственных планов перехода от существующих систем к IMT-2000, которые при необходимости должны учитывать особенности использования полос расширения суиествующими системами;

- возможность использования полос частот, определенных для расширения IMT-2000, системами других радиослужб, которым данные полосы распределены;

- право на самостоятельное определение времени обеспечения доступности полос расширения для IMT-2000 с учетом различных требований рынка и других национальных решений.

В частности, полосы частот 1710...1885 МГц и 2500...2690 МГц (или их части) выделены системе IMT-2000. Некоторые национальные администрации связи планируют для развития системы IMT-2000 полосы частот 698...806 МГц (в некоторых странах эта полоса вьщелена сухопутной подвижной службе на первичной основе), 2300...2400 МГц и часть полосы 806...960 МГц, которая выделена подвижной службе на первичной основе.

Отдельное примечание, добавленное на ВАКР-2000 в Регламент радиосвязи, посвящено полосам частот для базовых станций IMT-2000, располагающихся на высоко поднятых платформах (High Altitude Platform Station, HAPS), обеспечивающих максимальную зону покрытия. В районах 1 и 3 для станций HAPS могут использоваться полосы частот 1885...1980; 2010...2025 и 2110...2170 МГц, а в районе 2 - полосы частот 1880... 1980 и 2110...2170 МГц.

9.3. Основные подсистемы сети UMTS

Эволюционный переход от сетей 2-го к сетям 3-го поколения предполагается осуществить через использование технологии беспроводной передачи пакетных данных (General Packed Radio System, GPRS), дальнейшую ее модернизацию (Enhanced Data rates for GSM Evolution, EDGE) и выход на технопогии радиодоступа, обеспечивающие скорость передачи до 2 Мбит/с.

Такой подход позволяет осуществить поэтапную модернизацию оборудования и программного обеспечения существующих сетей 2-го поколения. Внедрение дополнительного оборудования позволило ввести функции пакетной коммутации в системы сотовой связи. Это расширило набор предоставляемых услуг. Следующий шаг связан с повышением пропускной способности радиоинтерфейса для услуг пакетной коммутации. При этом реализация услуг, предоставляемых ранее средствами, выполняющими функции коммутации каналов, остаются без изменения. Использование многоуровневой модели открытых интерфейсов как методологической основы позволяет рассматривать архитектуру универсальной системы мобильной связи (Universal Mobile Telecommunications System, UMTS) как иерархическую систему, на каждом уровне которой реализуется набор функций, а связь между уровнями осуществляется через стандартизованные ETSI интерфейсы.

На рис. 9.4 показаны основные подсистемы UMTS.

Концепция построения архитектуры системы UMTS как многоуровневой иерархической системы предполагает объединение физических уровней системы на основе доменных подсистем и объединение функциональных уровней на основе деления на слои вертикального и

Домен домашней сети

. USIM домен

Домен оборудо- вания подвижной связи

joweH абонентского оборудования

Домен сети доступа

Домен сети обслуживания

Домен тран- зит-ной сети

Домен базовой сети

Домен инфраструктуры

Рис. 9.4. Подсистемы UMTS