Мультисервисные сети2
.pdf9.7. Радиоканалы сети радиодоступа UMTS |
311 |
используется быстрое управление мощностью;
не используется мягкий хендовер;
пользовательские данные передаются по общему физическому ка-
налу пакетных данных (Physical Common Packet Channel, РСРСН);
требуется покрытие всей площади соты.
9.7.2. Каналы радиоинтерфейса WCDMA в линии «вниз» BS-UE
Выделенные транспортные каналы.
Выделенный канал (Dedicated Channel, DCH):
используется для передачи средних и больших объемов данных (данные реального масштаба времени: речь, видеосвязь, видеоигры);
используется для передачи управляющей информации более высоких уровней;
не используется для передачи данных с импульсным характером;
используется расширяющий код для максимальной скорости передачи данных;
скорость передачи данных может изменяться по кадрам;
используется быстрое управление мощностью;
используется мягкий хендовер;
пользовательские данные транспортного канала DCH передаются по выделенному физическому каналу данных DPDCH (Dedicated Physical Data Channel); управляющая информация транспортного канала DCH передается по выделенному физическому каналу уп-
равления DPCCH (Dedicated Physical Control Channel);
требуется покрытие всей площади соты.
9.7.3. Общие транспортные каналы сети
Вещательный канал (Broadcast Channel, ВСН):
содержит информацию о сети и своей соте: доступные коды случайного доступа, слоты доступа, типы используемых методов разнесенной передачи с другими каналами;
используется фиксированная низкая скорость передачи информации для возможности декодирования этого канала любыми терминалами, находящимися на границе соты;
пользовательские данные передаются по первичному общему фи-
зическому каналу управления (Primary Common Control Physical Channel, РССРСН);
требуется радиопокрытие для всей площади соты.
Канал прямого доступа (Forward Access Channel, FACH):
используется для передачи информации абонентам, местонахождение которых в конкретной соте заранее известно;
312 Глава 9. Технические аспекты развития мобильных сетей связи третьего поколения
используется для передачи малых объемов данных с импульсным характером (короткие текстовые сообщения, текстовая электронная почта);
используются определенные коды в каждой соте;
не используется быстрое управление мощностью;
не используется мягкий хендовер;
пользовательские данные передаются по вторичному общему фи-
зическому каналу управления (Secondary Common Control Physical Channel, SCCPCH);
требуется покрытие всей площади соты, поэтому один из каналов FACH в соте/секторе должен иметь низкую скорость передачи.
Канал вызова (Paging Channel, РСН):
содержит информацию об установлении соединения по другим транспортным каналам;
используются определенные коды в каждой соте;
не используется быстрое управление мощностью;
не используется мягкий хендовер;
пользовательские данные передаются в тех сотах, зона радиопокрытия которых охватывает ту область, где ожидается нахождение абонента (от одной до сотен сот);
требуется покрытие всей площади соты;
передается по вторичному общему физическому каналу управле-
ния (Secondary Common Control Physical Channel, SCCPCH).
Прямой разделяемый канал (Downlink Shared Channel, DSCH):
используется для передачи управляющей информации;
используется для передачи средних и больших объемов данных с импульсным характером (короткие текстовые сообщения, текстовая электронная почта);
каждый код используется несколькими абонентами;
скорость передачи данных может изменяться по кадрам;
используется быстрое управление мощностью;
не используется мягкий хендовер;
всегда связан с выделенным прямым каналом DCH;
пользовательские данные передаются по прямому разделяемому физическому каналу (Physical Downlink Shared Channel, PDSCH);
не требуется покрытие всей площади соты.
Обязательными общими транспортными каналами для сети явля-
ются RACH, FACH и РСН. Каналы DSCH и СРСН являются необязательными, и их использование определяется сетевой конфигурацией.
Общие транспортные каналы (RACH и FACH) не используют быстрое управление мощностью и мягкий хендовер, поэтому их характеристики хуже, чем у выделенных каналов, что должно учитываться при планировании радиопокрытия этих каналов.
Контрольные вопросы |
313 |
Решение о том, какой из каналов выбрать для передачи данных принимается в блоке распределения пакетов в RNC на основе следующей информации:
тип услуги и параметры физического канала, например, требования по задержке;
объем данных;
загрузка общих каналов и разделяемых каналов;
уровни помех на радиоинтерфейсе;
характеристики различных транспортных каналов.
9.7.4. Другие физические каналы
В сети UMTS (WCDMA) предусмотрен ряд физических каналов, которые выполняют функции сигнализации и не содержат информацию никаких транспортных каналов. Среди них наиболее важными являются следующие.
Канал синхронизации (Synchronization Channel, SCH). Данный ка-
нал используется для входа абонентской станции в синхронизм с базовой станцией. Это первый канал, данные которого декодируются при включении АО или ее вхождении в зону радиопокрытия для каналов трафика. Поэтому его зона радиопокрытия должна быть больше, чем у других каналов.
Общий пилот-канал (Common Pilot Channel, CPICH). Функция этого канала состоит в том, чтобы по его характеристикам оценивать характеристики выделенных каналов (данных и управления), измерять уровень мощности данного канала при принятии решения о выполнении хендовера и осуществлять начальный выбор доступной соты. Зона его радиопокрытия может динамически регулироваться для выравнивания загрузки соседних сот.
Кроме данных физических каналов в сети UMTS (WCDMA) предусмотрены следующие физические каналы:
канал индикации занятия (Acquisition Indication Channel, AICH), тре-
буется такое же радиопокрытие, как и для канала RACH;
канал индикации вызова (Paging Indication Channel, PICH), требу-
ется такое же радиопокрытие, как и для канала РСН;
канал индикации статуса СРСН (СРСН Status Indication Channel CSICH), требуется такое же радиопокрытие, как и для канала СРСН;
канал-индикатор обнаружения коллизии / присвоения канала (Collision Detection / Channel Assignment Indicator Channel CD/CA-ICH),
требуется такое же радиопокрытие, как и для канала СРСН.
Контрольные вопросы
1.Перечислите интерфейсы семейства систем IMT-2000.
2.Из каких основных подсистем состоят сети UMTS?
314 Глава 9. Технические аспекты развития мобильных сетей связи третьего поколения
3.В каком направлении развивается сетевая архитектура UMTS?
4.Дайте краткую характеристику каналов радиоинтерфейса WCDMA.
5.Перечислите виды общих транспортных каналов.
Список литературы
1.Рекомендация ITU-R М.1457
2.Тихвинский В.О. Сети подвижной связи третьего поколения: экономические и технические аспекты развития в России. – М.: Радио и связь, 2002. – 312 с.
3.Регламент Радиосвязи. Том 1. – Женева: МСЭ, 1998.
4.Тихвинский В.О. и др. Итоги ВКР-2000 и их влияние на развитие мобильной радио-
связи // Mobile Communications International / RE. – 2000. – № 5. – С. 6-13.
Глава 10. Архитектура сети радиодоступа
10.1. Архитектура системы
Система UMTS состоит из ряда логических элементов сети, каждый из которых выполняет определенные функции. В стандартах элементы сети определяются на логическом уровне, и это очень часто приводит к похожей физической реализации, особенно в силу того, что имеется несколько открытых интерфейсов. Элементы сети могут группироваться на основе близости выполняемых функций или на основе подсети, к которой они принадлежат.
Сфункциональной точки зрения элементы сети объединяются в сеть радиодоступа, которая выполняет все необходимые радиофункции и в базовую сеть, которая обеспечивает коммутацию и маршрутизацию вызовов, а также переключение данных к внешним сетям. К сети радиодоступа через радиоинтерфейс Uu подключено оборудование пользователя (User Equipment, UE). Архитектура системы показана на рис. 10.1.
Сточки зрения спецификации и стандартизации UE и UTRAN содержат полностью новые протоколы, построение которых основано на потребностях новой технологии радиосвязи WCDMA. И наоборот, построение CN взято из GSM. Это дает системе, использующей новую радиотехнологию, общую основу в виде хорошо известной и широко используемой технологии CN, которая ускоряет и способствует ее введению, а также дает возможность использовать такое конкурентное преимущество как всемирный роуминг.
Другим способом классификации элементов сети UMTS является их разделение на подсети. Система UMTS является модульной, т.е. может состоять из нескольких однотипных элементов сети [1]. Минимальным требованием для полностью сформированной и рабочей сети является наличие, по крайней мере, одного элемента логической
Рис. 10.1. Архитектура системы UMTS
316 |
Глава 10. Архитектура сети радиодоступа |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 10.2. Сетевые элементы PLMN
сети каждого типа. Возможность иметь несколько объектов одного и того же типа позволяет делить систему UMTS на подсети, работающие либо самостоятельно, либо вместе с другими подсетями. Такая сеть называется сетью сухопутной подвижной связи общего пользо-
вания (Public Land Mobile Network, PLMN). Обычно одна сеть PLMN
эксплуатируется одним оператором и соединяется с другими сетями PLMN и с другими типами сетей. На рис. 10.2 показаны элементы PLMN иллюстрирующие внутренние соединения и соединения с внешними сетями.
UE состоит из двух частей:
Подвижное оборудование (Mobile Equipment, ME) – радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu.
Модуль идентификации абонента UMTS USIM, представляющий собой интеллектуальную плату, которая служит идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и содержит информацию об услугах, которыми пользуется абонент. Сеть UTRAN содержит два элемента:
Узел B преобразует поток данных между интерфейсами Iub и Uu. Он также участвует в управлении радиоресурсами.
Контроллер радиосети (Radio Network Controller, RNC) управляет радиоресурсами в своей области (к нему подключены узлы B). RNС представляет собой точку доступа к сервису для всех услуг,
которые UTRAN предоставляет CN, например, управление соединениями с UE.
Основными элементами базовой сети GSM (есть другие элементы, не показанные на рис. 10.2, например, те, которые используются для обеспечения интеллектуальных услуг) являются следующие [2]:
Регистр домашнего местонахождения – это база данных, помещаемая в домашнюю систему абонента, которая хранит в памяти основной экземпляр профиля обслуживания абонента. Профиль обслуживания содержит информацию о предоставляемых абоненту услугах, запрещенные зоны районов роуминга и дополнительную
10.1. Архитектура системы |
317 |
сервисную информацию. Профиль обслуживания создается, когда новый абонент прописывается в системе, и остается в памяти до тех пор, пока сохраняется эта прописка. Для маршрутизации входящих сообщений к UE (т.е. вызовов или коротких сообщений) HLR также записывает данные о местоположении UE на уровне MSC/VLR, т. е. на уровне системы обслуживания.
MSC/VLR – это коммутатор (MSC) и база данных (VLR), которые предоставляют услуги по текущему местоположению UE с коммутацией каналов (CS). Функция MSC используется для коммутации сообщений CS, и функция VLR сохраняет экземпляр профиля обслуживания гостевого пользователя, а также более точную информацию о местоположении UE в системе обслуживания. Часть сети, к которой обеспечивается доступ через MSC/VLR, называют областью обслуживания CS.
GMSC (шлюзовой MSC) – это коммутатор подсоединяемый в точке, где UMTS PLMN соединяются с внешними сетями коммутации каналов. Все входящие и исходящие соединения проходят через GMSC.
Функции SGSN подобны функциям MSC/VLR, но используются для услуг с коммутацией пакетов.
GGSN (узел по обеспечению межсетевого перехода GPRS) функционально близок к GMSC, но связан с предоставлением услуг коммутации пакетов.
Внешние сети делятся на две группы:
Сети с коммутацией каналов (Circuit Switching, SC). Они обеспечивают соединения с коммутацией каналов, существующие сети проводной телефонной связи.
Сети с коммутацией пакетов (Packet Switching, PS). Они обеспечивают соединения с коммутацией пакетов. Одним из примеров сети
PS служит Интернет.
Стандарты UMTS построены таким образом, что функции внутри элементов сети подробно не задаются [3]. Вместо этого определены интерфейсы между логическими элементами сети. Определены следующие основные открытые интерфейсы:
Интерфейс Cu. Это электрический интерфейс между интеллектуальной платой (смарт-картой) USIM и ME. Интерфейс удовлетворяет формату стандарта для смарт-карт.
Интерфейс Uu. Это радиоинтерфейс WCDMA, через который UE получает доступ к стационарной части системы, и поэтомуявляется самым важным интерфейсом в UMTS.
Интерфейс Iu. Он соединяет UTRAN с CN. Открытый интерфейс Iu дает операторам UMTS возможность производить закупку UTRAN и CN у разных производителей. Создание конкуренции в этой области явилось одним из факторов, обусловивших успех GSM.
318 |
Глава 10. Архитектура сети радиодоступа |
Интерфейс Iur. Открытый интерфейс Iur позволяет осуществлять мягкий хэндовер между RNCs от различных производителей, и поэтому он дополняет открытый интерфейс Iu.
Интерфейс Iub. Iub соединяет узел B и RNC. UMTS является первой коммерческой системой подвижной телефонной связи, где интерфейс контроллер-базовая станция стандартизован как полностью открытый интерфейс. Ожидается, что подобно другим открытым интерфейсам, открытый интерфейс Iub будет стимулировать конкуренцию между производителями оборудования в этой области. Вероятно, что на рынке появятся новые производители, сосредоточивающие усилия исключительно на изготовлении узлов B.
10.2. Архитектура сети UTRAN
Архитектура сети UTRAN представлена на рис. 10.3.
UTRAN включает в себя одну или несколько подсистем радиосети
(Radio Network Sub-system, RNS). RNS – это подсеть в UTRAN, со-
стоящая из контроллера радиосети (RNC) и одного или нескольких узлов B. RNC могут соединяться друг с другом через интерфейс Iur. RNC и узлы B соединяются с помощью интерфейса Iub.
Основные характеристики UTRAN, которые определили основные требования для построения архитектуры UTRAN, ее функций и протоколов, представлены в следующих пунктах:
поддержка Access и всех относящихся к нему функций. В частности, основное воздействие на построение UTRAN оказало требование обеспечения мягкого и ориентированных на WCDMA алгоритмов управления радиоресурсами;
максимальная унификация при обработке данных с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов при использовании уникального
Рис. 10.3. Архитектура сети UTRAN
10.2. Архитектура сети UTRAN |
319 |
пакета протоколов воздушного интерфейса и одного и того же интерфейса для соединения UTRAN с областями обслуживания (доменами) как PS, так и CS базовой сети;
максимальная унификация с GSM;
использование транспортного протокола ATM в качестве основного транспортного механизма в UTRAN;
использование протокола IP в качестве вспомогательного транспортного механизма в UTRAN.
Контроллер радиосети представляет собой элемент, обеспечи-
вающий управление радиоресурсами в UTRAN. Он сопрягается с CN (обычно с одним MSC и одним SGSN), а также реализует протокол управления радиоресурсами (Radio Resource Control, RRC), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и
UTRAN.
Логическая роль RNC. RNC управляющий одним узлом B обозначается как управляющий RNC (Control RNC, CRNC) узла B. Управляющий RNC отвечает за управление нагрузкой и перегрузкой в собственных ячейках, а также осуществляет управление доступом и выделение кодов для новых радиоканалов, которые будут устанавливаться в этих ячейках.
Если одно соединение UE-UTRAN использует ресурсы более, чем одной RNS (рис. 10.4), то участвующие в этой операции RNCs играют две отдельные логические роли:
Обслуживающий RNC (Serving RNC, SRNC). SRNC для одной под-
вижной станции – это RNC, который завершает процедуру как канала Iu для передачи данных пользователя, так и соответствующую сигнализацию RANAP к/от базовой сети (это соединение называется соединением RANAP). SRNC также завершает сигнали-
Рис. 10.4. Логическая роль RNC для соединения между UE и UTRAN
а) представляет один комплект UE, использующий ресурсы только одного узла B, управляемого DRNC; б) UE при мягком хэндовере между RNC (сложение производится в SRNC)
320 |
Глава 10. Архитектура сети радиодоступа |
зацию управления радиоресурсами, т.е. протокол сигнализации между UE и UTRAN. Он осуществляет обработку для данных поступающих и исходящих на радиоинтерфейс. В SRNC выполняются основные операции по управлению радиоресурсами: отображение параметров широкополосного канала радиодоступа на параметры канала передачи воздушного интерфейса. SRNC может также служить в качестве CRNC какого-либо узла B, используемого UE для подключения к UTRAN. Одно UE, подключенное к UTRAN, имеет один и только один SRNC.
Дрейфовый RNC (Drift RNC, DRNC). DRNC – это любой RNC, от-
личный от SRNC, управляющий ячейками, используемыми подвижной станцией. В случае необходимости DRNC может осуществлять сложение и разделение при макроразнесении. DRNC не выполняет обработку данных пользователя, а маршрутизирует данные прозрачным образом между интерфейсами Iub и Iur за исключением того случая, когда UE использует общий или совмещенный канал передачи. Один комплект UE может иметь один или несколько DRNCs или не иметь их вовсе. Один физический RNC обычно содержит в себе все функции CRNC, SRNC и DRNC.
Узел B (Base Station, BS). Основная функция узла B состоит в
осуществлении обработки в воздушном интерфейсе (канальное кодирование и чередование, регулирование скорости, расширение спектра и т.д.). Кроме того, узел B выполняет одну из основных операций по управлению радиоресурсами – управление мощностью в внутреннем контуре. Логически он соответствует базовой станции в системе GSM. Термин «Узел B» был принят в качестве временного термина в процессе стандартизации, но затем так и не поменялся.
10.3.Общая модель протокола для наземных интерфейсов
UTRAN
Структуры протоколов в наземных интерфейсах UTRAN построены в соответствии с одной и той же общей моделью. Эта модель показана на рис. 10.5. Структура основана на том принципе, что уровни и плоскости являются логически независимыми друг от друга, и при необходимости, отдельные части структуры протоколов могут в будущем изменяться, тогда как прочие части остаются нетронутыми [4].
Горизонтальные уровни. Структура протокола состоит из двух основных уровней: уровня радиосети и уровня транспортной сети. Все вопросы, относящиеся к UTRAN, отражены только для уровня радиосети, а уровень транспортной сети представляет стандартную технологию передачи, которая выбрана для использования в UTRAN, но без каких-либо специальных изменений для UTRAN.