Введение

Введение

Характерная черта современного мира — широкое использование подвижной связи. В настоящее время в большинстве стран количество абонентов подвижной связи начинает превосходить количество абонентов стационарной сети. Уже появилось мнение, что в скором времени многие абоненты от стационарной связи откажутся. Пока же она имеет некоторые преимущества по надежности и качеству услуг, в основном в части широкополосной сети и возможностей мультимедиа.

Надежность сотовой связи и ее качество в настоящее время зависит от местности, погодных и радиоэлектромагнитных условий. Абонент не всегда может быть уверен, что связь будет предоставлена в любом месте и в любое время.

Услуги мультимедиа, предоставляемые сетями подвижной связи, в ближайшее время должны быть дополнены доступом в Интернет и приемом подвижных изображений с качеством не хуже, чем предоставляемые в xDSL. Поэтому исследования в этих направлениях составляют основу современной науки и практики развития мобильных систем.

Этот курс рассматривает принятые в настоящее время направления технологий реализации сетей и систем сотовой связи. В ней представлены основные системы и, следовательно, основные направления реализации. Это оборудование, протоколы и процессы цифровых систем на базе стандартов GSM (часть 1), набора стандартов, связанных с технологией CDMA (часть 2), CDMA 2000, UMTS (часть 3) и очень перспективная в настоящее время система (часть 4) WiMAX (стандарт IEEE 802.16e).

В курсе автор придерживался нейтральной позиции и излагал лишь строгие факты и сведения об архитектурах и процессах. Ниже во введении изложена точка зрения автора на предпочтительность рассмотренных в курсе технологий.

GSM, которая рассматривается в части 1, не требует представления и пока является самой распространенной системой в Европе. В США имеется модификация этой системы. Ее сторонники подчеркивают хорошее качество речи, наличие службы коротких сообщений (SMS), работу в сложных метеоусловиях, в условиях многолучевого распространения и минимального отношения сигнал-помеха.

Конкурентом GSM в борьбе за потребителя является система с кодовым разделением каналов (CDMA), о которой говорится в части 2.

Эта система построена на очень интересных принципах, отличающихся от традиционных теоретических (функции Уолша, псевдослучайные последовательности).

Сторонники этой технологии приводят следующие преимущества: максимальное использование частотного диапазона, экономный расход мощности батареи терминала и, следовательно, более долгий срок службы, максимальная для подвижных систем конфиденциальность и скрытность информации, устойчивость к многолучевым замираниям и индустриальным помехам. К недостаткам системы относится необходимость сложного и точного механизма регулирования мощности.

Наиболее широкие исследования предприняты в рамках программы IMT-2000, рассмотренной в части 3. Основные задачи этого направления упрощенно можно сформулировать как достижение рабочего диапазона 2 Мбит/c, т. е. диапазона, характерного для сетей интегрального обслуживания ISDN, и соответственно — предоставление аналогичных услуг.

На базе этого проекта разработано множество подпроектов (CDMA-2000, UWC-136 и другие), которые кратко приведены в этом курсе. Наиболее подробно рассмотрен общеевропейский проект UMTS. В концепции этого проекта основное внимание уделяется организации взаимодействия с системами стандарта GSM и их последующими модификациями (GPRS, EDGE).

Основные задачи этих систем можно концентрированно выразить в следующих положениях:

• глобальный роуминг, благодаря всеобщей стандартизации или согласованности протоколов;
• совмещение услуг передачи речи со скоростной передачей данных;
• двусторонняя работа со спутниковыми системами.

По мнению автора, указанные задачи не были полностью решены, и внедрению этих систем реально угрожает конкуренция с новой системой внутригородской связи WiMAX, базирующейся на стандарте IEEE.802.16e, которой посвящена часть 4.Этот стандарт является результатом большой работы над сетями радиодоступа.

Поставленные задачи весьма сложны, если принять во внимание предоставляемый абоненту частотный диапазон 1–5 МГц и обеспечение качественной связи в условиях отсутствия прямой видимости 3 км. Перспектива, которую ставят перед собой разработчики широкополосной системы мобильной связи, — передача данных со скоростью 134 Мбит/с и дальность обмена 50 км (без прямой видимости). Указанные данные порождают массу прикладных задач, которые достаточно усложняют процессы передачи вызова (хэндовера) и перехода между сетями (роуминга).

Эти амбициозные задачи подкрепляются новыми или существенно доработанными решениями. В частности, это наращиваемый ортогональный многочастотный доступ с применением быстрых преобразований Фурье, применение многоэлементных антенн (MIMO), с пространственно-временным кодированием, а также адаптивная модуляция, дифференцированное качество обслуживания и т. п.

Перечисленные выше решения — это серьезные и объемные теоретические вопросы, решаемые с помощью современных математических методов (например, коды Аламоути). Их рассмотрение позволяет проследить возможные пути развития данной области техники и проанализировать возможные практические пути реализации новых технологий.

Структура курса предусматривает изучение этих систем в порядке их сложности по принципу наращивания знаний.

Следует отметить, что развитие сетей мобильной связи не остановилось на перечисленных выше системах. В настоящее время уже проводятся исследования в области программно ориентированных средств радиопередачи (SDR — Software Defined Radio).

Функции такой системы в основном определяются программным обеспечением, что позволяет легко адаптировать систему к различным приложениям. Они требуют отдельного изучения и в этом курсе не рассматриваются.