Система мобильной связи UMTS

6.1. Архитектура системы UMTS

Архитектура системы UMTS [2, 28] показана на рис. 6.1. Она использует ту же хорошо известную архитектуру, которая применяется во всех основных системах второго поколения. Она подобна уже рассмотренной архитектуре системы GSM ( рис. 1.1).

увеличить изображение
Рис. 6.1. Архитектура сети и интерфейсы UMTS

Сеть 3G строится на базе тех же компонентов, что и и рассмотренные выше подвижные сети [28]. Это: мобильная телефонная станция, в системе UMTS она называется UE (User Equipment); базовая телефонная станция (по терминологии UMTS — узел B); контроллер базовой станции (BSC) и центр коммутации мобильной связи (MSC).

В системе WCDMA вместо термина "контроллер базовой станции" применяется термин "контроллер управления радиосетью" (RNC — Radio Network Controller).

UE и UTRAN (сеть наземного доступа UMTS) работают в соответствии с полностью новыми протоколами, построение которых основано на потребностях новой технологии радиосвязи WCDMA. И наоборот, построение основной сети CN — Core Network — повторяет GSM [102, 106]. Это дает системе с новой технологией радиосвязи глобальную базу из известной и испытанной технологии CN, что способствует ускорению ее внедрения и позволяет использовать такое замечательное преимущество, как глобальный роуминг. Но в перспективе UMTS ориентируется на быстродействующую сеть на базе ATM-технологии

По своим функциям сеть состоит из сети наземного радиодоступа (UTRAN — UMTS Terrestrial RAN), которая оперирует всеми функциями, относящимися к радиосвязи, и базовой сети (CN — Core Network) [102, 106]. Они обеспечивают коммутацию и маршрутизацию вызовов и каналы передачи данных во внешние сети. В системе UMTS применяется оборудование пользователя (UE — User Equipment), которое взаимодействует с ним, и радиоинтерфейс (Uu).

Другим способом группирования элементов сети UMTS служит деление их на подсети. Система UMTS является модульной в том смысле, что она может иметь несколько элементов сети одного и того же типа. В принципе, минимальным требованием для того, чтобы сеть работала и обеспечивала все свои функциональные возможности, является наличие по крайней мере одного логического элемента сети каждого типа (отметим, что некоторые функции и, следовательно, некоторые элементы сети являются необязательными). Возможность иметь несколько объектов одного и того же типа позволяет делить систему UMTS на подсети, которые работают либо самостоятельно, либо вместе с другими подсетями и являются тождественными друг другу. Такая сеть называется UMTS PLMN (наземная мобильная сеть общего пользования). Обычно одна PLMN [108] эксплуатируется одним оператором и может соединяться с другими PLMN так же, как и с другими типами сетей, например, ISDN, PSTN, Интернет (TCP/IP) и т. д. На рис. 6.1 показаны элементы PLMN, а также для того, чтобы проиллюстрировать внутренние соединения, – внешние сети.

Краткие сведения обо всех элементах архитектуры UTRAN приводятся ниже.

6.1.1. Пользовательское оборудование (UE)

Пользовательское оборудование (UE) включает две части:

• подвижное оборудование (UE) — радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu;
• модуль идентификации абонента UMTS-SIM (USIM- UMTS - Subscriber Identification Module), представляющий собой интеллектуальную плату, которая аналогично SIM-карте служит идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и содержит некоторые данные об услугах, которыми имеет право пользоваться абонент, необходимые при работе с терминалом.

Мобильная станция должна быть рассчитана на поддержку всех видов услуг сети третьего поколения. Она должна обеспечивать:

• передачу речи с принятым для системы набором скоростей (табл. 5.4 в "Стандарты третьего поколения" );
• услуги службы видео — видеоконференции и приложения видеотелефонии, как основанные на коммутации каналов (от установок ISDN), так и использующие передачу пакетов (TCP/IP);
• услуги сети Интернет со скоростями до 473,6 Кбит/с при работе в обычном режиме и в режиме best effort (с максимально возможной скоростью);
• удаленный доступ к корпоративным локальным сетям с передачей для работы с файловыми серверами, базами данных приложений, для совместной работы;
• приложения электронной почты.

UTRAN состоит из двух элементов:

• Базовая станция (по терминологии 3GPP — узел B) преобразует поток данных между интерфейсами Iub и Uu. Она также участвует в управлении радиоресурсами. Базовая телефонная станция должна обеспечить пропускную способность базовых и управляющих каналов для поддержания этих служб;
• Контроллер базовой станции (по терминологии 3GPP — контроллер радиосети — RNC) обеспечивает интерфейсы со станциями с коммутацией каналов — I-CS или пакетной коммутацией I-PS.

Каждая из этих станций имеет традиционную архитектуру, но с учетом новых сервисов и технологий. Рассмотрим кратко архитектуру RNC. Поскольку она зависит от места станции в сети и связи с другими станциями этой и другой систем, архитектура может быть различной. Поэтому приведем конкретный пример. В этом примере дан некоторый типовой состав устройств, обеспечивающий набор услуг [16]. Архитектура ориентирована на работу в быстродействующей сети ATM. Эта система демонстрирует возможности станций 3-го поколения.

6.1.2. Архитектура контроллера радиосети (RNC)

Контроллер управления радиосетью (RNC), архитектура которого показана на рис. 6.1, обеспечивает функции:

• управления радиоресурсом, обработки принятых сигналов и мягкого хэндовера;
• кодирования и декодирования сигналов (если кодеры и декодеры установлены в контроллере);
• приема и передачи информации каналов, которая поступает от мобильных станций по интерфейсу, обеспечивающему взаимодействие с ATM-системой со скоростью 1,5-2 Мбит/с (по интерфейсу Iub [106]);
• передачи информации к центру коммутации мобильной связи по ATM-каналам со скоростью 155 Мбит/с по Iu-интерфейсу;
• отсчета времени и синхронизации.

К одному контроллеру радиосети могут быть подключены как минимум три базовые станции. При этом каждая из них может использовать до двух 1,5 или 2 Мбит/с Iub-каналов. Транспортная емкость конфигурации, представленной на рис. 6.2, составляет около 160 мобильных станций, которые могут установить соединения друг к другу или к сети фиксированной связи. Каждое подключение коммутируется в MSC через ATM-коммутатор.

увеличить изображение
Рис. 6.2. Архитектура контроллера радио сети

В последнее время проводятся работы по замене ATM-коммутаторов на коммутаторы soft switch [18].

UMTS во время мягкого хэндовера с одним UE могут работать два контроллера RNC. Тогда один из них (завершающий соединение) называется обслуживающим (SRNS — Service RNC), а другой — дрейфующим (Drift RNC). Принцип работы и задачи станций при мягком хэндовере были изложены при описании работы сети CDMA и будут рассмотрены для UMTS далее.