Стандарты третьего поколения

5.1. Стандарты третьего поколения

5.1.1. Пути эволюции систем третьего поколения

Многие из будущих приложений мобильных систем третьего поколения (3G) обнаруживаются по мере разработки стандартов этого поколения [105]. В первую очередь разрабатываются и внедряются такие услуги, как доступ к беспроводным услугам Интернет, постоянный доступ к Сети, диалоговому видео и речи для сопровождения компьютерных услуг.

Термин 3G стал довольно неопределенным. Ранее положение о системах третьего поколения были определены достаточно точно в рамках стандартов. Они ставили цель обеспечить пользователям мобильной связи характеристики услуг не хуже, а может быть и лучше, чем в системе ISDN при скорости обмена 144 Кбит/с.

Некоторые первоначальные стандарты, переходные от поколения 2G к 3G, такие как стандарт "общая служба пакетной радиопередачи" (GPRS — General Packet Radio Service) и IS-95, могли обеспечивать характеристики, близкие к намеченным в 3G при некоторых оптимальных условиях. Например, служба пакетной передачи составляет не более 115 Кбит/с. Системы третьего поколения вначале не были предназначены для широкого использования из-за дорогих терминалов и оборудования базовых станций.

Технологически увеличение скоростей реализуется несколькими способами: расширением используемого спектра и новыми методами модуляции, применяющими сжатие данных при заданном частотном диапазоне. Например, новые методы модуляции заменяют традиционную двоичную систему системой с большим значением одного разряда (амплитудно-фазовая модуляция).

Требования к системам 3G наиболее полно сформулированы в рекомендациях IMT-2000 Международным союзом электросвязи (МСЭ). Наиболее важные из них:

• глобальный роуминг;
• сочетание пакетной коммутации данных и коммутации каналов;
• эффективное использование спектра частот;
• открытая архитектура;
• обеспечение передачи речи, данных и мультимедийных услуг;
• качество речи, сопоставимое с проводной связью;
• защита информации, сопоставимая с уже имеющейся системой в ТфОП/ISDN;
• взаимная работа со спутниковыми системами;
• высокая скорость передачи данных;
• поддержка иерархической структуры сот (HCS — Hierarchical Cell Structure);
• поэтапный подход к повышению скорости передачи данных до 2 Мбит/с.

В Европе ( рис. 5.1) преобладает тенденция разработки систем на основе CDMA, совместимых с GSM (в частности, с японскими системами), но не предусматривается совместимость в глобальном масштабе.

В США имеется много сторонников эволюционного развития CDMA One к системе CDMA-2000. При этом ни один из стандартов не предполагает взаимодействия с европейской и японской системой.

Операторы DAMPS и GSM являются сторонниками дальнейшего развития систем на базе временного разделения каналов (TDMA). В результате пока глобальный роуминг видится возможным только с использованием многорежимного телефона.

Последнее требование особенно важно для поставщиков услуг, операторов и производителей аппаратуры. Они заинтересованы в том, чтобы предоставлять лучшие услуги (естественно, получая прибыли), но при этом сохранить доходы с уже вложенных средств (защита инвестиций). Поэтому наиболее подходящим является эволюционный путь развития. Один из многих вариантов [21, 65, 82, 83, 114, 130] такой эволюции показан на рис. 5.1.

увеличить изображение
Рис. 5.1. Пути эволюции к системе 3G

В связи с этим разрабатываемые стандарты должны предусматривать совместимость с их предшественниками. Конечная цель заключается в том, чтобы имеющиеся телефоны могли обслужить соединение при перемещении мобильной станции между сотами, базирующимися на старых и новых технологиях.Имеются различные направления эволюции.

В апреле 2007г. Федеральным агентством связи (Россвязь) проводился конкурс на право предоставления услуг подвижной радиотелефонной связи с использованием полос частот в трех диапазонах 1935-1950 МГЦ, 2010-2015 МГЦ, 2125, 2140 МГЦ. Это по сути явилось началом внедрения услуг 3G на территории России. Если рассмотреть сегодняшние прогнозы систем 3G, то они сводятся к трем моментам:

1. Системы, относящиеся к 3G, являются наиболее совместимыми с существующим оборудованием, дешевыми и имеют большие перспективы развития, поскольку в них вложены большие средства и имеется хорошая административная база.
2. Россия имеет уникальный шанс сразу перейти на широкополосную систему (наиболее вероятно – это система WiMAX, о ней будет сказано далее).
3. Система 3G и широкополосные системы имеют разные сектора применения на рынке услуг и могут существовать параллельно.

Рассмотрение доводов в защиту каждого из этих направлений выходит за рамки этой книги. Ниже приведены основные сведения о системах, охватываемых понятием систем 3G, и их характеристикам. Естественно, что системы развиваются стремительно во времени, и в ближайшее время можно ожидать новых свойств, например, повышения скоростей и расширения услуг до уровня, сравнимого с сиcтемами широкополосной мобильной связи

5.1.2. IMT-2000

Работы по созданию системы 3G начались в 1992 г., когда стало ясно, что мобильные системы играют все более и более важную роль. Международная исследовательская группа предсказала, что через 10 лет мобильные телефоны составят конкуренцию стационарной сети [128]. Однако в некоторых странах это предсказание осуществилось несколько раньше.

Работы были начаты в проекте, который получил название FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System — будущая система мобильной телефонной связи) [125]. Акроним был несколько неуклюжий даже по сравнению с другими принятыми в жаргоне телекоммуникаций, так что ITU скоро принял немного более удобное название IMT-2000 (International Mobile Telecommunication — 2000 — Международная мобильная связь – 2000).

Проект ITU-2000 ставил цели:

• предполагаемое ITU начало работы этой системы — 2000 год;
• скорость передачи данных 2000 Кбит/с;
• область значения частоты, которую ITU хотел бы сделать доступной для новой технологии, — 2000 МГц.

Ни одна из этих задач не была полностью выполнена, но название закрепилось.

Скорость данных, поставленная в виде цели, в настоящее время достижима, но только при некоторых оптимальных условиях.

Наиболее важно, что не каждая страна разрешила запрошенный ITU частотный диапазон. Европа и многие из азиатских стран это сделали, но США пока не могут отвести для IMT-2000 весь запрашиваемый спектр. Технология IMT-2000 в США считается важной, и в перспективе отсутствие новой пропускной способности заставит США вступить на этот путь.

FPLMTS (будущая система мобильной телефонной связи) [125] рассматривала только мобильную телефонную связь и мобильную передачу данных. IMT-2000, как предполагалось, сможет охватывать все возможные применения беспроводной связи. Например:

• беспроводные сети доступа и локальные вычислительные сети (LAN) смогут обеспечить пользователям высокие скорости передачи данных на улице, в офисе и дома;
• связь через спутники позволила бы людям обращаться к основным речевым службам и услугам передачи данных буквально из любой точки Земли, даже если они находятся вне области, охваченной сотовой сетью. Она называется мобильной спутниковой службой (MSS — Mobile Satellite Service) и мобильной глобальной персональной спутниковой связью (GMPCS — Global Mobile Personal Communication by Satellite).

Беспроводные сети IMT-2000 могли бы впервые предоставить связь более бедным странам, обеспечивая их сравнительно дешевым и быстрым путем совместного развития наземных и мобильных линий связи.

Теоретически, ориентируясь на использование всех типов беспроводных услуг по единственной системе радиосвязи, пользователи могли приобретать для них единое устройство. Они могли использовать мобильный телефон как домашний переносной телефон или даже делать вызовы через спутник посреди океана. Промышленность могла бы экономить деньги, потому что составляющие устройство компоненты развивались бы для одного типа технологии и могли бы легко применяться в разных странах.

Первоначально МСЭ надеялся создать единый стандарт универсальной системы подвижной связи, однако по прошествии времени стало ясно, что, несмотря на относительную несложность формулировки основных требований к системе 3G, весьма непростым вопросом оказалась разработка стратегии достижения этих требований. Большинство этих идей было оставлено к 1999 г., когда были созданы первые прототипы оборудования IMT-2000.

Рис. 5.2. Конвергенция различных технологий в IMT-2000

Фиксированные беспроводные системы (беспроводный доступ и локальные сети) лучше всего работают на намного более высоких частотах, чем обычные мобильные телефоны.

Спутниковые телефоны являются более дорогими и имеют намного большие размеры, чем те, которыми готово воспользоваться большинство людей. Беспроводные LAN получают развитие в некоторых областях — например, беспроводная работа по Интернету на улице и в движении, но реализация этих стандартов в рамках IMT-2000 маловероятна, поэтому IMT-2000 сегодня имеет наиболее эффективную цель — это высокоскоростная передача данных по сотовой сети.

Первоначально ITU IMT-2000 определяло только скорости передачи данных.

Предложены три различных скорости, каждая для различного типа информации ISDN, а также стандарт на несущие частот для основных сетей передачи речи.

Предлагаются следующие скорости:

• 144 Кбит/с. Та же скорость, как и у ISDN - линии цифровой сети интегрального обслуживания (базовый доступ). Этот тип линий может использоваться в движении и в тех местностях, где этот сервис не может быть реализован иными способами;
• 384 Кбит/с. Эта скорость — одна из ближайших реальных целей. Она соответствует каналу цифровой сети интегрального обслуживания H-скорости (H0), часто используемому для видео-конференц-связи. Хотя передача видео возможна и на много более медленных скоростях, эта скорость считается минимально необходимой по качеству;
• 2048 Кбит/c. Скорость, которая может быть достигнута внутри здания при низкой мобильности пользователя (скорость перемещения объекта до 3 км/час). Она соответствует скорости обмена первичного доступа линии цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN). Обычно для этого используется кабель, несущий до 30 отдельных телефонных каналов до распределительного щита.

Идея применения высоких скоростей заключается в создании маленьких пикосот (picocells), которые могли бы быть установлены в общественных местах, таких как вокзалы или залы прибытия и отправления в аэропортах, давая людям возможность обращаться к высоким скоростям передачи данных.

Эти рекомендации по скоростям были предложены для служб, показанных на рис. 5.2, в 1992 г., когда Интернет не был еще широко известен вне академических и технических кругов. IMT-2000 задумывался для того, чтобы формировать только мобильную часть Интернета, дополняя наземную службу.

Когда Интернет вошел в общественное и коммерческое пользование, ITU убедилось, что интернет-сеть стала одним из наиболее важных аспектов использования технологии IMT-2000. Это повлекло за собой дополнительные требования для поддержания протоколов, связанных с сетью коммутации пакетов. Предварительно установленные скорости обмена данных коммутационных каналов, как в цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN), остались неизменными.