1. Анализ принципов построения и функционирования сетей мобильной связи 3-го поколения

Современный этап развития телекоммуникаций характеризуется не только непрерывным увеличением числа пользователей, но и возрастающими требованиями к спектру услуг связи. В настоящее время возросла необходимость в обеспечении высоко-скоростного информационного обмена между абонентами без ограничения свободы их перемещения, обеспечении передачи информации любого формата: обычный телефонный разговор, компьютерные файлы, факсимильные, мультимедийные и аудиовизуальные сообщения, Internet-пакеты, электронная почта и др.

Внедрение сетей UMTS позволило обеспечить пиковую скорость передачи данных до 2,048 Мбит/c. Главным отличием сети UMTS от GSM/EDGE/GPRS стало использование широкополосных сигналов с полосой 5 МГц.

Расширение базы сигнала осуществляется путем введения частотной избыточности, которая и придает радиосигналу UMTS определенные положительные свойства: высокую помехоустойчивость, устойчивость к воздействию многолучевости. Кроме того, использование широкополосных сигналов позволило реализовать новый метод разделения каналов в сети — кодовый (CDMA).

Важная особенность алгоритма доступа, используемого UMTS для кодового разделения каналов CDMA заключается в его чувствительности к мощности принимаемых радиосигналов. Поэтому в UMTS реализовано быстрое управление мощностью излучения. Другими особенностями UMTS являются [2]:

• гибкое распределение радиоресурсов сети радиодоступа UTRAN;

• управление качеством услуг в цепочке (конечный пользователь — конечный пользователь), QoS Bearer Service;

• увеличение эффективности использования физической среды передачи путем введения нового типа каналов — транспортных;

• оптимизация трафика опорной сети Core Network путем внедрения медиашлюзов MGW и Soft Switch и максимальное расширение использования в сети протокола IP;

• широкое разнообразие адаптивных речевых кодеков (AMR-NB, AMR-WB, AMR-WB+);

• конвергенция с сетями фиксированной связи (использование SS7 поверх MTP3 или Sigtran);

• возможность реализации VoIP.

Дальнейшее развитие UMTS в целях повышения скоростей передачи данных и минимизации задержек передачи данных при использовании протоколов плоскостей пользователя и управления (User-plane, Control-plane) определило разработку технологий HSPA (HSDPA/HSUPA), в которых нашли свое применение многопозиционные сигналы с квадратурной амплитудной манипуляцией 16QAM, 64QAM. Особое внимание в этих технологиях в целях минимизации указанных задержек уделено модернизации протокола доступа к физической среде передачи MAC.

Технический бум вызванный использованием сигнала OFDM в беспроводных сетях передачи данных WiFi/WiMAX не обошел стороной и сети сотовой связи. Начавшийся путь разработки технологии HSOPA (High Speed OFDM Packet Access) вылился в концепцию длительной эволюции LTE (Long Term Evolution) системы UMTS. Совершенствование технологий сетей радиодоступа UTRAN/HSPA в направлении LTE

1. Архитектура современной сети мобильной связи

В связи с тем, что новые технологии внедряются постепенно, существующие сейчас сотовые сети связи являются совокупностью нескольких поколений мобильной связи. Структурная схема комбинированной сети представлена на рис. 1.1.

При организации таких сетей необходимо обеспечить интерфейсы с существующими сетями и сигнализацию на участках соприкосновения. Данные новшества должны быть введены таким образом, чтобы:

• все процедуры выполнялись, как это было при отсутствии нового фрагмента;

• качество предоставляемой связи было не ниже того, которое было в нерасширенной сети;

• внедрение нового участка не влияло на обеспечение мобильности абонента;

• на новых участках использовались все возможности данной технологии.

Рис 1.1. Схема комбинированной сети GERAN-UTRAN/IMS

В составе схемы комбинированной сети GERAN-UTRAN/IMS входят слдедующие элементы:

1. MS (Mobile Station) мобильная станция.

2. BSS (Base Station System) подсистема базовой станции состоит из :

• BTS - (Base Transceiver Station) базовая станция;

• BSC - (Base Station Controller) контроллер базовых станций;

• PCU - (Packet Control Unit) устройство контроля пакетной передачи;

• EGPRS TRU - (Enhanced GPRS).

3. UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) наземная сеть радиодоступа стандарта UMTS состоит из: 

• RNC - (Radio Network Controller) контроллер радиосети;

• Node B - Базовая станция сетей UMTS/LTE;

• RNS - (Radio Network Subsystem) радиосетевая подсистема.

4. CN (Core Network) базовая сеть состоит из:

• HLR (Home Location Register) адресный регистр;

• VLR - (Visit Location Register) визитный регистр;

• AuC - (Authentication Center) центр аутентификации абонентов;

• SGSN - (Serving GPRS Support Node) узел поддержки услуг GPRS;

• GGSN - (Gateway GPSR Support Node) шлюзовой узел GPRS;

• MSC - (Mobile Switching Centre) центр системы коммутации;

• EIR - (Equipment Identity Register) Регистр идентификации оборудования.

5. PLMN (Public land mobile network) зоны обслуживания мобильной сети.

6. LTE RAN (Long Term Evolution - Radio access network) – долгосрочное развитие сети радиодоступа состоит из:

• EPC - (Evolved Packet Core);

• MME - (Mobility Management Entity) узел управления мобильностью;

• Node B - Базовая станция сетей UMTS/LTE.

7. IMS (IP Multimedia Subsystem) – мультимедийная IP-подсистема состоит из:

• AS – (application servers) сервер приложений;

• CSCF - (Call session control functions) функция управления вызовами и сеансами;

• P-CSCF – (Proxy CSCF) посредник для взаимодействия с абонентским терминалами;

• I-CSCF – (Interrogating CSCF) посредник для взаимодействия с внешними сетями;

• HSS – (Home Subscriber Server HSS) Домашний сервер пользовательских данных.

Внешние интерфейсы:

Um – интерфейс между абонентским оборудованием и BSS;

Uu – интерфейс между абонентским оборудованием и Node B;

LTE-Uu – интерфейс между абонентским оборудованием и LTE RAN;

A – интерфейс между подсистемой базовой станции (BSS) и CN;

Gb – интерфейс между подсистемой базовой станции BSS (PCU) и SGSN;

Iu CS, Iu PS – интерфейсы между UTRAN и базовой сетью (CN);

Gp – интерфейс между зонам обслуживания мобильной сети и CN;

Gm – интерфейс между CN и мультимедийной IP-подсистемой (IMS);

S3/S4 – интерфейсы между сетью LTE и базовой сетью пакетной передачи GERAN

SGi/S6 – интерфейс между LTE RAN и мультимедийной IP-подсистемой (IMS);

Внутренние интерфейсы:

A-bis – интерфейс между базовой станицей и контролем базовых станции;

Iub – интерфейс между контроллерами RNC и Node B.

Iur – интерфейс между контроллерами радиосети;

C – интерфейс между центром системы коммутации MSC и HLR;

B – интерфейс между центром системы коммутации и VLR;

D – интерфейс между адресным регистром HLR и VLR;

Gb – интерфейс между адресным регистром HLR и SGSN/GGSN;

X2 – интерфейс между разными базовыми станциями Node B;

S1 – интерфейс между узлом управления мобильностью ММЕ и Node B.