2. 23.2.2. Сравнение систем tdma/fdma и cdma

Сравнение систем TDMA/FDMA и CDMA проведем в порядке перечисления преимуществ и недостатков первых, а затем вторых [79]. Преимущества систем TDMA/FDMA:

• самая распространенная технология беспроводных сотовых сетей в мире;

• более дешевая сеть;

• международный роуминг. Глобальное присутствие GSM позволяет абонентам использовать свой телефон по всему миру.

Недостатки систем TDMA/FDMA:

• жесткий роуминг. TDMA/FDMA использует «жесткий» перевод пользователя из одной соты в другую. Для каждого пользователя выделен специальный временной слот, но, когда абонент переходит в другую соту, может случиться так, что пользователю просто некуда будет присоединиться (при отсутствии свободного слота);

• искажения. Отношение «сигнал/шум» меньше и, поэтому вероятность искажения сигнала больше.

Преимущества CDMA:

• эффективное использование полосы, что дает дополнительную емкость и более высокую пропускную способность. В широко распространенной реализации системы CDMA IS-95 скорость передачи данных 115,2 кбит/с может быть достигнута без внесения изменений на физическом уровне;

• мягкий роуминг. Мобильная станция может плавно переключаться между двумя сотами. Это достигается с помощью установки соединения с двумя базовыми станциями одновременно. В CDMA это реализуется с использованием одинаковых кодов, что приводит к меньшему числу отказов, чем в сетях TDMA/FDMA;

• меньшее искажение. У CDMA отношение «сигнал/шум» больше, что обеспечивает более высокое качество связи.

Недостатки CDMA:

• дороговизна;

• отсутствие международного роуминга. Из-за ограниченного распространения CDMA по миру, эти сети не могут обеспечить международный роуминг;

• планирование размеров ячеек в системах CDMA сложнее, чем в более жестких системах TDMA/FDMA. При добавлении нового пользователя в ячейку CDMA ячейка уменьшается, в ней повышается уровень шума.

23.2.3. Сети сотовой связи стандарта umts

Международным cоюзом электросвязи была разработана концепция развития мобильных сетей связи третьего поколения 3G под названием IMT-2000, задачей которой было достичь более высоких скоростей передачи данных в сравнении с сетями поколений 2 и 2,5. При этом основные требования по минимальной пропускной способности были сформулированы не менее:

• 2 Мбит/с внутри помещений и для терминалов, перемещающихся с пешеходной скоростью;

• 384 кбит/с для терминалов, перемещающихся со скоростью не более 120 км/ч в областях городской застройки;

• 144 кбит/с в сельской местности и для быстро перемещающихся транспортных средств.

Было предложено несколько стандартов IMT - 2000, одним из которых является европейский и называется универсальная система мобильной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Эта концепция содержит также следующие требования:

• Все технические характеристики системы должны быть точно определены (как в системе GSM), а основные интерфейсы должны быть стандартизованными и открытыми. При этом разработанные технические требования должны выполнятся во всем мире.

• По сравнению с GSM система 3G должна выйти на совершенно новый уровень, причем во всех аспектах. Однако на начальном этапе такая система должна быть совместимой, по крайней мере, с GSM и ISDN.

• Система 3G должна поддерживать мультимедийную среду со всеми ее компонентами.

• Система 3G должна обеспечивать широкополосный радиодоступ с тем, чтобы стать пригодной во всем мире. Термин «широкополосный» используется, чтобы отразить промежуточные требования к пропускной способности систем 3G, между узкополосными системами 2G и средствами фиксированной, проводной, связи.

• Услуги, предоставляемые конечному пользователю, не должны зависеть от особенностей используемых технологий радиодоступа, а сетевая инфраструктура не должна ограничивать появление новых услуг. Другими словами, речь идет о полном разделении технологической базы и услуг, использующих эту базу.

В основу UMTS положена технология широкополосного доступа с кодовым разделением WCDMA. По сравнению с другими стандартами CDMA принятый в UMTS стандарт более устойчив и хорошо помехозащищён, надёжен в отношении перехвата. Для реализации этих преимуществ WCDMA занимает более широкую полосу частот - 5 МГц.

Для разработки стандартов систем 3G было проведено объединение шести организаций, одной из которых ETSI. Это объединение, занимающееся стандартизацией, получило название 3GPP (Third Generation Partnership Project, партнерство в области технологий 3G). Идентификатор документов3GPP начинается с префикса 3GPP, за которым следуют две буквы: TS (Technical Specification) для технических спецификаций или TR (Technical Reports) для технических отчетов.

Спецификациями на UMTS в развитие последовательно разрабатывались предусмотрено следующие версии (release) -R99, R4, R5, R6, R7. Версия R99 основана на принципах GPRS и включает две наземные сети доступа и две области базовой сети (с коммутацией каналов КК и коммутацией пакетов КП). На рис. 23.5 приведена структура сети UMTS версии R99. UMTS версии R99 совместима с сетью GSM на уровне базовой сети. Область наземного радиодоступа BSS и базовая сеть КК практически такая же, как и в GSM. Область базовой сети КП - это по существу усовершенствованная система GPRS.

Рис. 23.5. Структура сети UMTS версии R99

Основное отличие от GSM состоит в том, что в сети радиодоступа UMTS используется технология широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Когда говорят конкретно о системе UMTS с технологией WCDMA, используют для обозначения области радиодоступа терминологию UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network, универсальная наземная сеть радиодоступа). Как видно из рис. 23.5 UTRAN включает широкополосную базовую станцию WBTS (Wide Base Transceiver Station) и контроллер радиосети RNC (Radio Network Controller). Оконечное оборудование в сети UMTS называется оборудованием пользователя UE (User Equipment). UE, как и MS в сети GSM, состоит из мобильного абонентского устройства ME (Mobile Equipment) и модуля идентификации абонента USIM (UMTS Subscriber Identity Module) - чипа, аналогичного SIM-карте в GSM. Базовая станция UMTS называется узлом B (Node B). Каждый Node В подсоединен к одному контроллеру радиосети RNC (Radio Network Controller). Контроллер RNC управляет ресурсами подсоединенных к нему узлов В (базовых станций) и является аналогом контроллера BSC в сети GSM. Область базовой сети КК способна поддерживать как абонентов сети GSM (MS), так и абонентов UE. Это приводит к изменению в оборудовании MSC (в UMTS оно называется 3GMSC), HLR, VLR, AUC, EIR. Механизм обеспечения информационной безопасности по-разному устанавливается в сети 2G и 3G. Поэтому область базовой сети КК должна поддерживать оба эти механизма.

Разработка R99 на систему UMTS проходила в то время, когда технология, основанная на IP-протоколе, стала использоваться для передачи не только данных, но и речи, видео. Передача речевых услуг поверх IP-протокола в обычных фиксированных сетях связи явилось причиной создания и развития мультисервисных сетей связи. Поэтому целью последовавших за R99 версий UMTS была ее полная интеграция в сеть IP c одновременным сосуществованием двух различных сетей, построенных на базовой сети с коммутацией каналов и базовой сети с коммутацией пакетов. Версия R99 обеспечивала скорость передачи до 384 Кбит/с.

Версия R4. Определены изменения в базовой сети с коммутацией каналов, при которых новые функциональные возможности не добавляются. Введены понятия медиашлюза MGW, сервера MSC и шлюза сигнализации SGW, что позволило логически разделять пользовательские данные и информацию сигнализации в центре коммутации подвижной связи MSC. Введены усовершенствования, обеспечивающие повышение скорости передачи для подвижных пользователей.

Версия R5 предусматривает полный переход к коммутацией пакетов, ввод новой модели вызова, домашний регистр HLR заменяется/дополняется сервером HSS домашней сети. С точки зрения услуг главную роль в R5 и более поздних версиях будет играть мультимедийная система IMS (IP Multimedia Subsystem). IMS представляет собой отдельное системное решение, способное использовать различные сети, одна из которых и есть UMTS. IMS позволяет абоненту использовать сложные услуги по передаче сообщений и мультимедиа. Технология IMS обеспечивает предоставление мультимедийных услуг через сеть IP. Она позволяет однократно реализовать общую базовую функциональность и затем использовать ее всем приложениям IMS. Общая функциональность включает создание услуг, взаимодействие с подсистемой обеспечения качества обслуживания и др. IMS рассматривается как один из базовых элементов, определяющих будущее развитие телекоммуникаций. Европейский институт стандартизации в области злектросвязи ETSI одобрил IMS в качестве основы сетевой инфраструктуры сетей следующего поколения NGN (Next Geneneration Networks) [80]. Среди основных свойств архитектуры IMS можно выделить следующие:

• многоуровневость - разделяет уровни транспорта, управления и приложений;

• независимость от среды доступа — позволяет операторам и сервис-провайдерам конвергировать фиксированные и мобильные сети;

• полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального времени;

• наличие разнообразных интерфейсов, с помощью которых услуги можно адаптировать вне зависимости от типа сети и организации роуминга;

• наличие элемента IMS базы данных абонентов HSS (Home Subscriber Server), где содержится вся информация об оконечном оборудовании, упрощает задачу адаптации услуг для разных абонентских устройств и предоставление унифицированных услуг. В HSS размещается база абонентов фиксированного и мобильного сектора. Сервер HSS является основным отличием архитектуры IMS от более ранних архитектур NGN. Именно он дает возможности для развертывания новых услуг на базе архитектуры IMS. В модели IMS уровень доступа может осуществлятся через различные сети: фиксированные (телефонные, xDSL, волоконно-оптические, Ethernet), мобильные (GSM/GPRS/EDGE, 3G, WiMAX и др.).

В версию R5 введена также технология высокоскоростной пакетный доступ в линию "вниз" HSDPA (High Speed Downlink Packet Access - высокоскоростной пакетный доступ в нисходящем канале). Скорость передачи данных до 14,4 Мбит/с (эта величина при благоприятных условиях, когда кодирование не используется). В реальных условиях помех каналов связи скорость значительно ниже.

В версии 6 добавлена технология высокоскростной пакетный доступ "вверх" HSUPA (High Speed Uplinc Packet Access) — сервис в восходщем канале, увеличивающий скорость в восходящем канале до 5,76Мбит/с. Введение в коммерческую эксплуатацию HSUPA началось в 2007 году. Совместно с HSDPA эти технологии стали называться высокоскоростной пакетный доступ HSPA (High-Speed Packet Access).

Версия 7. Развитие технологии HSPA (HSPA+ или HSPA Evolution) и EDGE (EDGE Evolution). Теоретически максимальная скорость возросла до 42 Мбит/с в нисходящем и до 11 Мбит/с в восходящем каналах. Работы по развитию версии 7 были приостановлены в 2007 году [81].

Таким образом, к настоящему времени совершенствуется система UMTS, предназначенная для предоставления мультимедийных услуг связи с возможностью передачи изображений и видеоинформации высокого качества на основе высокоскоростного радиодоступа в сетях общего пользования и корпоративных сетях.