4 Общая характеристика мобильных систем связи umts

В 1997 г. Европейский комитет радиосвязи ERC утвердил решение относительно резервирования частотных полос в диапазоне 2 ГГц для эксплуатации UMTS с 2002 г. в следующих полосах частот:

-1920...1980 и 2110...2170 МГц - для наземных сетей UMTS, что работают с частотным дуплексным разносом (FDD) в парных полосах частот;

-1900...1920 и 2010...2025 МГц - для наземных сетей UMTS, что работают со временным дуплексным разносом (TDD) в непарных полосах частот;

-1980...2010 и 2170...2200 МГц - для спутниковых сетей UMTS.

Универсальная система мобильного связи UMTS основана на составном радиоинтерфейсе UTRA: на спаренных полосах частот используется частотный дуплекс - технология FDD (W-CDMA) для передачи речи и данных на скоростях до 384 кбит/с; на неспаренных полосах частот используется временной дуплекс TDD и технология кодо-часового деления (TD-CDMA) для асимметрической передачи данных на скоростях до 2 Мбит/с.

Радиоинтерфейс UTRA системы UMTS, как и все радиоинтерфейсы систем 3-го поколения, построены на базе технологии CDMA, предусматривает использование полосы частот 5 МГц и больше. Выбор такой полосы (5 МГц) обусловленный рядом причин.

Первой из них есть необходимость обеспечения системами 3-го поколения высоких скоростей передачи - к значениям 144; 384 кбит/с и больше - до 2,048 Мбит/с, что значительно превышает скорости передачи в системах второго поколения (GSM-900/1800/1900, CDMA-IS-95 и др.), максимальное значение которых не превышает 30 кбит/с. Для достижения указанных высоких скоростей передачи при приемлемой емкости сети целиком достаточной есть полоса частот 5 МГц.

Второй причиной, которая разрешает ограничиться полосой частот 5 МГц, есть дефицит свободных полос радиоспектра в случаях, когда новые системы занимают диапазоны частот, в которых уже работают системы второго поколения.

Третьей причиной достаточности полосы частот 5 МГц есть то, что уже при использовании этой полосы существенным образом увеличивается степень расхождения числа компонентов многолучевого сигнала, который в свою очередь повышает качество приема в сравнении с использованием полосы частот меньшей величины.

В режиме FDD полоса частот, выделенная в диапазоне 1920...1980 МГц, используется для передачи от АС до БС (линия “вверх”, обратный частотный канал), а другая, выделенная в диапазоне 2110...2170 МГц, используется для передачи от БС до АС (линия “вниз”, прямой частотный канал).

Рядом с частотным дуплексом (FDD) стандартом предусмотренный временной дуплекс (TDD) для работы в непарных полосах частот. При временном дуплексе часть временного кадра выделяется для передачи сообщения от БС к АС, а другая используется для передачи в обратном направлении. Для работы в режиме TDD выделенные непарные полосы частот 5 МГц в диапазонах 1900...1920 и 2010...2025 МГц. Режим TDD есть оптимальным для систем с асимметрическим трафиком.

UMTS поддерживает работу асинхронных базовых станций, так что в отличие от синхронной системы IS-95 отсутствует необходимость в глобальной привязке к времени, например к GPS. Развертывание базовых станций в середине помещений и миниатюрных базовых станций (для пикосот) вырабатывается проще, когда не требуется получать сигнал GPS.

UMTS использует когерентный прием для систем CDMA в восходящем и нисходящем каналах на основе применения пилот-символов или общих пилот-сигналов. Хотя когерентный прием уже используется в канале “вниз” в IS-95, его применение в канале “вверх” есть новым для систем CDMA общего пользования и приведет к увеличению общей зоны обхвата и пропускной способности восходящего канала.

Воздушный интерфейс UMTS построен таким образом, что оператор сети может использовать перспективные концепции построения приемников CDMA, например, рассчитанный на многопользовательский прием и применения интеллектуальных адаптивных антенн как способ повышения пропускной способности и/или зоны обхвата. В большинстве систем второго поколения отсутствуют возможности использования таких концепций построения приемника, в результате они или не могут применяться, или могут применяться лишь с большими ограничениями и дают лишь незначительное улучшение эксплуатационных показателей.

UMTS предназначена для использования вместе с GSM. Поэтому поддерживаются эстафетные передачи управления (хендовер) между GSM и UMTS для того, чтобы иметь возможность использовать зону действия GSM для внедрения UMTS. Основные параметры UMTS приведены в табл. 4. При передаче речи со скоростью 12,2 кбит/с выигрыш за счет расширения спектру составляет 25 дБ .

В системе UMTS для передачи речи Eb/N0 соотношение сигнал/шум по обыкновению, составляет порядку 5,0 дБ. Поэтому отношение широкополосного сигнала к помехе будет равно 5,0 дБ минус выигрыш при обработке. При скорости передачи информации 12,2 кбит/с и чиповой скорости 3,84 Мчип/с выигрыш на выходе приемника составляет 5-25= 20,0 дБ. Другими словами, мощность сигнала может быть на 20  дБ ниже за мощность помехи и теплового шума, а приемник WCDMA все еще будет способен принимать сигнал.

Таблица 4 Основные параметры UMTS

Метод множественного доступа	DS-CDMA
Дуплексное разнесение каналов	Дуплекс с частотным разделением/ дуплекс со временным разделением
Синхронизация базовой станции	Асинхронная работа
Скорость передачи чипов	3,84 Мчип/с
Продолжительность фрейма	10 мс
Мультиплексирование при обслуживании	Множество услуг по разными требованиями за качеством обслуживания
Концепция многоскоростной передачи	Сменный коэффициент расширения и мультикоды
Прием	Когерентный с использованием пилот-символов и общего пилот-сигнала
Рассчитанный на много пользовательский прием, интеллектуальные антенны	Поддерживается стандартом, необязательный в реализации

Отношение широкополосного сигнала к помехе называется также отношением сигнал/помеха на частоте несущей. Благодаря расширению и сжатию C/I в WCDMA может быть ниже, чем, например, в GSM. Речевой трафик в GSM требует отношения сигнал/помеха дБ.

Следует заметить, что в любой заданной ширине полосы частот канала (скорости передачи чипов) имеет место больший выигрыш при обработке для низших скоростей передачи данных пользователя, чем для высших. В частности, для скорости передачи данных пользователя 2 МГц выигрыш при обработке составляет меньше 2 (3,84Мчип/с)/(2Мбит/с)=1,92, что отвечает 2,8 дБ.

Следует также заметить, что само по себе расширение/сжатие спектра сигнала не обеспечивает какого-нибудь улучшения сигнала для беспроводного использования. На самом деле, выигрыш в отношении сигнал/помеха при обработке выходит за счет увеличенной ширины полосы частот при передаче (умноженной на величину выигрыша при обработке).