3g - UMST / 3. Актанбаев Д.М. ИМС-52 (2 версия, 16.11.2017)

Таблица 1.2 - Стратегии внедрения услуг мобильной связи поколения 3G

При революционном подходе предполагается внедрение всех новейших технологий и интерфейсов, с полной заменой существующего оборудования систем мобильной связи и ПО, что влечет за собой большие инвестиции, с немаленьким коммерческим риском.

12

Эволюционное внедрение требует меньших вложений и предполагает плавную замену оборудования в зависимости от спроса на конкретные виды услуг. Данный подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети связи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации.

Характеристики радиоинтерфейсов стандарта 3G представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Характеристики радиоинтерфейсов для сетей поколения 3G

13

В настоящее время системы имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видам услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост емкости мобильных сетей поколения 3G без дополнительного расширения радиочастотного диапазона, реален только при переходе на полускоростные каналы (GSM), введения многосекторных антенн и использования спектрально-эффективных методов модуляции.

Согласно концепции IMT-2000, системы нового поколения подразделяется на две составные части:

сети радиодоступа;

магистральные базовые сети.

Подходы к их проектированию составных частей принципиально различны.

Эффективность сетей радиодоступа в основном зависят от новизны технологий,

в них используемых. Смена поколений также означает и смену архитектуры построения этих сетей. Магистральные сети всегда более «инерционны». В них вложены значительные средства, которые операторы хотят сохранить при переходе к поколению 3G. Также стоит уточнить, что существующие базовые сети не являются сдерживающим фактором для внедрения современных ЗG-услуг. Поэтому их инфраструктура развивается эволюционным путем, опираясь на существующие сети

GSM, TDMA, IP, IN и ISDN, что описано в стандарте IMT-2000.

В настоящее время в качестве магистральных сетей, предполагается использовать сеть, основанную на IP-технологии, а также модернизированные опорные сети GSM MAP и ANSI-41, которые развернуты для распространеных стандартов систем мобильной связи второго поколения GSM.

Взаимодействие между тремя магистральными сетями - GSM MAP, ANSI-41 и

базовой IP-сетью, планируется осуществлять через межсетевой интерфейс NNI (англ.

Network-to-Network Interface).

Стандартный модуль идентификации пользователя UIM (англ. User Identity

Module) обеспечивает глобальный бесшовный роуминг, вне зависимости от метода радиодоступа или типа транспортной сети в любом географическом регионе.

14

Современные тенденции дают возможность всем действующим операторам сетей мобильной связи использовать существующую инфраструктуру транспорта и доступа при реализации новых услуг стандарта 3G. Поэтому, комитет МСЭ инициировал разработки единого протокола NNI, обеспечивающего глобальный роуминг в рамках 3G-систем.

Транспортная сеть обеспечивает межсетевое взаимодействие и прозрачность доступа к услугам независимо от географического расположения абонента. Для реализации требований, предусматривается создание конвертора выполняющего роль шлюза IWG (англ. Interwoking Gateway), который поддерживает глобальный роуминг при любом протоколе радиодоступа.

Полному внедрению систем поколения 3G, предшествует продолжительный период совместного существования системам поколения 2G и 3G. Благодаря различиям в наборе и стоимости предоставляемых услуг новые технологии не конкурируют с базовыми услугами, а просто дополняют их.

Сети поколения 3G обеспечивают:

высокую скорость передачи данных на открытой местности и в помещениях;

симметричную и асимметричную передачу данных;

поддержку канальной и пакетной коммутации для обеспечения сервисов IP и

видео реального времени;

высокое качество звука;

большая компактность спектра и его эффективное использование;

возможность глобального бесшовного роуминга.

Для разворачивания сетей 3G в странах СНГ принята концепция UMTS, как наиболее гибкая и современная, позволяющая обеспечивать плавный переход на сети

4G/LTE.

1.3Принцип действия сети UMTS

Сети UMTS развёртываются путём внедрения технологий воздушного интерфейса WCDMA, TD-CDMA, или TD-SCDMA на «ядро» сети GSM. В настоящее

15

время большинство операторов мобильной связи, работающих как на сетях UMTS

выбирают в качестве технологии воздушного интерфейса W-CDMA.

Воздушный интерфейс UMTS использует в своей работе пару каналов с полосой частот 5 МГц. Недостатком сетей связи W-CDMA является неэкономичное расходование спектра и необходимость освобождения занятых под другие службы частот, что в свою очередь замедляет развертывание сетей.

По спецификации, стандарт UMTS использует спектр частот: 1885 - 2025 МГц для передачи данных в режиме от МС к БС и 2110 - 2200 МГц для передачи данных в режиме БС-МС.

Для операторов связи переход в формат UMTS представляется простым с технической точки зрения и затратным одновременно. При создании сетей поколения

3G сохраняется значительная часть существующей инфраструктуры, но вместе с тем получение лицензий и приобретение нового оборудования для базовых станций требует значительных инвестиций в проект. Отличием UMTS от GSM является построение воздушной среды передачи данных на принципах сети общего радиодоступа GeRAN. Данное обстоятельство позволяет осуществлять стыки UMTS

с сетью Интернет, сетями GSM или другими сетями UMTS. Сеть общего радиодоступа GeRAN включает три нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (OSI), верхний из которых (третий, сетевой уровень) составляют протоколы, образующие системный уровень управления радиоресурсами (протокол

RRM). На этом уровне работают протоколы, ответственные за управление каналами между мобильными терминалами и сетью базовых станций (в том числе передача обслуживания терминала абонента между базовыми станциями).

1.4Архитектура сети радиодоступа UMTS

Система UMTS состоит из логических элементов сети, каждый из которых выполняет определенные функции. Элементы сети группируются на основе близости выполняемых функций или на основе подсети, к которой они принадлежат.

16

По своим функциям элементы сети группируются в сеть радиодоступа (RAN, UMTS территориального уровня - UTRAN), которая оперирует всеми функциями,

относящимися к радиосвязи, и в базовую сеть (CN), которая обеспечивает коммутацию и маршрутизацию вызовов, и каналы передачи данных во внешние сети.

Чтобы завершить систему, определяются оборудование пользователя (UE), которое взаимодействует с ним, и радиоинтерфейс (Uu).

Согласно стандарту, сети UE и UTRAN содержат полностью новые протоколы,

построение которых основано на потребностях технологии радиосвязи WCDMA.

Однако, построение сети CN основано на архитектуре GSM.

Архитектура сети UMTS представлена на рисунке 1.1.

Сеть поколения 3G строится на базе компонентов:

мобильная телефонная станция, в UMTS называется UE (User Equipment);

базовая телефонная станция, с UMTS называется - Note B;

17

контроллер базовой станции (BSC);

центр коммутации мобильной связи (MSC).

Так как присутствует возможность иметь несколько объектов одинакового типа, позволяет делить систему UMTS на подсети, работающие самостоятельно или вместе с другими подсетями, и которые являются тождественными друг другу. Такая сеть носит название UMTS PLMN (наземная мобильная сеть общего пользования).

Как правило одна PLMN эксплуатируется одним оператором и соединяется с другими

PLMNs также, как и с другими типами сетей, PSTN, Интернет и другие.

Сеть наземного радиодоступа

Iu PS

URTRAN

Рисунок 1.2 - Элементы сети в PLMN

Оборудование UE состоит из элементов:

подвижное оборудование (ME) – радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu;

модуль идентификации абонента UMTS (USIM), который является интеллектуальной платой, служащей идентификатором абонента, а также выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и данные об услугах доступных абоненту.

Сеть UTRAN состоит из элементов:

18

node B преобразует поток данных между интерфейсами Iub и Uu, а также участвует в управлении радиоресурсами;

контроллер радиосети RNC, который владеет и управляет радиоресурсами в своей области. Контроллер RNС реализует точку доступа к сервису для всех услуг,

которые наземная радиосеть предоставляет ядру сети и коммутации.

Основными элементами базовой мобильной сети поколения 3G являются ниже приведенные компоненты.

Регистр домашнего местонахождения по месту регистрации HLR.

Содержит базу данных, помещаемую в домашнюю систему абонента, которая хранит в памяти основной экземпляр профиля обслуживания абонента. Профиль обслуживания содержит, информацию о предоставляемых услугах, запрет на роуминг и дополнительную сервисную информацию. Для маршрутизации входящих сообщений к UE, регистр HLR записывает данные о местоположении UE на уровне

MSC/VLR (узла по обеспечению услуг и/или SGSN).

Коммутатор (MSC) и база данных (VLR).

Предоставляют услуги по текущему местоположению UE по коммутации каналов (CS). Функция MSC используется для коммутации сообщений CS, и функция

VLR сохраняет экземпляр профиля обслуживания гостевого абонента, а также более точную информацию о местоположении UE в системе обслуживания.

Шлюзовой MSC (GMSC).

Коммутатор в точке, где UMTS PLMN соединяются с внешними сетями CS. Все входящие и исходящие соединения CS проходят через GMSC.

Внешние сети разделяют на группы:

сети CS обеспечивающие соединения с коммутацией каналов;

сети PS обеспечивающие соединения с коммутацией пакетов данных.

Стандарты UMTS построены по принципу, что функции внутри элементов сети подробно не определяются. Это заменяется определением интерфейсов между логическими элементами сети.

Определены следующие основные открытые интерфейсы:

19

интерфейс Cu, который представляет электрический интерфейс между смарт-

картой USIM и ME;

интерфейс Uu, который представляет радиоинтерфейс WCDMA;

интерфейс Iu, который соединяет UTRAN с CN;

интерфейс Iur, который является открытым интерфейсом Iur и позволяет осуществлять мягкий хэндовер между RNCs от различных вендоров;

интерфейс Iub, который соединяет узел B и RNC.

Архитектура наземной сети радиовещания UTRAN представлена на рисунке

1.3.

Сеть наземного радиодоступа

Iu PS

URTRAN

Рисунок 1.3 - Архитектура UTRAN

Сеть наземного радиовещания UTRAN включает в себя несколько подсистем радиосети (RNS). Подсистема радиосети RNS – это подсеть в UTRAN, состоящая из контроллера радиосети (RNC) и одного или нескольких узлов node B. RNC могут соединяться друг с другом через интерфейс Iur. RNC и узлы node B соединяются с помощью интерфейса Iub.

20

Основные характеристики UTRAN, определяющие основные требования для

построения архитектуры UTRAN, ее функций и протоколов:

поддержка UTRA и всех относящихся к нему функций, основное воздействие на построение UTRAN оказало требование обеспечения мягкого хэндовера и ориентированных на WCDMA алгоритмов управления радиоресурсами;

максимизация унификации при обработке данных с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов при использовании уникального пакета протоколов воздушного интерфейса и при использовании одного и того же интерфейса для соединения UTRAN с областями обслуживания PS и CS базовой сети;

максимизация сопряжения с GSM;

использование транспортного протокола ATM в качестве транспорта в

UTRAN.

Контроллер радиосети RNC представляет собой элемент, обеспечивающий управление радиоресурсами в UTRAN. Он сопрягается с опорной сетью CN, а также реализует протокол RRC (управления радиоресурсами), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и UTRAN.

Основная функция БС node B состоит в осуществлении обработки на уровне L1

в воздушном интерфейсе (канальное кодирование и перемежение, адаптация скорости, расширение спектра и так далее).

1.5Технология HSDPA

В настоящее время для мобильных сотовых сетей существует несколько протоколов, увеличивающих скорость передачи данных. Протокол HSDPA призван повысить производительность сети за счет более эффективного использования радиоканала, в частности сокращением задержек при передаче пакетов. Технология

HSDPA изменяет представление пользователя о мобильных сетях передачи данных поколения 3G.

Технология HSDPA (англ. High Speed Downlink Packet Access) - это технология высокоскоростной передачи данных в downlink. Наряду с HSUPA входит в семейство

21