Стандарты третьего поколения

5.1.4. Требования к спектру

В 1992 г. ITU рекомендовал, чтобы все страны мира распределяли для услуг 3G одни и те же частоты. Это позволило бы упростить глобальный роуминг, особенно при условии, что каждая страна использует один и тот же стандарт IMT-2000. Тогда пользователь независимо от местоположения мог бы быть уверен, что его мобильный телефон или устройство передачи данных будет работать.

К сожалению, единственной большой страной, которая фактически точно следовала рекомендациям ITU, был Китай. Европа и Япония уже использовали часть спектра для переносных телефонов и GSM. Америка (США) задействовала весь спектр для службы персональной связи и фиксированной радиосвязи [6, 114]. В России этот диапазон частот занят радиослужбами фиксированной, подвижной и космической связи [46]. Введение служб по стандарту IMT-2000 нуждается в освобождении полос частот в существующей инфраструктуре.

Единственная часть всемирного спектра, доступная 3G, относится к услугам спутниковой связи, при которых, конечно, частотный диапазон должен быть всюду один и тот же. Проблемы заключаются в том, что нет спутников, выведенных на орбиту, чтобы обеспечивать работу с мобильной станцией со скоростью 144 Кбит/c.

Наиболее экономичные спутники — широкополосные устройства. Они нуждаются в более высоких частотах, и это приводит к выводу, что на базе терминала для мобильной спутниковой службы нужно разработать совмещенный терминал, который можно применить и для сотовой связи стандарта IMT-2000.

Исходя из прогнозов UMTS (Universal Mobile Telecommunication Services) форума [15, 114], ITU вычислил дополнительный объем спектра, необходимый для размещения служб 3G в каждом из трех глобальных регионов. Эти результаты показаны на рис. 5.4, вместе со спектром частот, уже используемым службами 2G и распределенным для служб 3G.

Рис. 5.4. Требуемый спектр частот в различных регионах, прогнозируемый ITU

Предполагая, что существующие 2G-сети будут в конечном счете модернизированы к 3G, МСЭ прогнозирует, что в каждом регионе до 2015 г. потребуется дополнительно иметь по крайней мере 160 МГц. Где этот спектр будет найден, еще не ясно, хотя ITU и различные группы промышленности рассматривают несколько предложений.

Очевидно, что использование частотных полос вокруг уже распределенного спектра — не выход из положения.

Они уже широко задействованы организациями, подобными НАСА, чтобы поддерживать контакт с космонавтами и космическими кораблями. Последние, может быть, будут передавать полезную информацию в течение многих десятилетий после того, как были запущены, и поэтому управление ими на других частотах невозможно.

Рассмотрим возможности в каждом спектре [6, 44, 114].

420–806 МГц

Известный как УВЧ-диапазон. В большинстве стран эти частоты используются для аналогового широковещательного телевидения. Они могут быть отданы мобильным телефонам только тогда, когда цифровое телевидение полностью заменит аналоговое, хотя это вряд ли случится в планетарном масштабе до 2015 года.

1429–1501 МГц

Эта частотная полоса используется во всем мире для нескольких различных целей [46], включая переносные телефоны, фиксированное радио и широковещательную передачу. Часть этого диапазона оставлена свободной, чтобы ученые могли пытаться принять возможные сигналы, которые могут передавать другие цивилизации.

1710–1885 МГц

Некоторая часть этой полосы уже задействована для мобильных служб в Европе и Азии, но этот диапазон может обеспечить дополнительную канальную емкость в Америке. В Европе он интенсивно используется для управления воздушным движением.

2290–2300 МГц

Эта очень маленькая полоска спектра используется для фиксированного радио, а также радиоастрономами, проводящими исследование глубокого космоса.

2300–2400 МГц

Эта частотная полоса используется для фиксированной беспроводной связи и некоторых телеметрических измерений. Диапазон расположен близко к спектру, уже распределенному для IMT-2000.

2520–2670 МГц

Различные страны используют эту частотную полосу для различных приложений, таких как широковещательная передача и фиксированное радио. Часть этого диапазона также задействована спутниками, связывающимися с Землей. Эта частотная полоса одобрена UMTS-Форумом как резерв для дополнительного расширения.

2700–3400 МГц

Частоты более чем 2700 МГц используются главным образом для радаров, хотя некоторые имеют другие приложения, такие как спутниковая связь. В частности, частотные полосы 3260–3267 МГц, 3332–3339 МГц и 3345,8–3352,5 МГц необходимы радиоастрономии, так как они соответствуют частотам радиоизлучения звезд.

5.1.5. Совместимость

Для построения мобильной сети 3-го поколения ITU первоначально хотел создать единственный глобальный стандарт, но это оказалось невозможным. Вместо этого рассматриваются два главных типа стандартов CDMA, основанных на DS-CDMA (Direct Spectrum — расширение спектра) (WCDMA, CDMA-2000), и один тип стандарта, основанного на TDCDMA (EDGE — UWS-136). Эти стандарты с разной степенью подробности будут приведены далее.

Главная причина расхождения стандартов — совместимость с существующими системами. Такая совместимость может быть достигнута одним из трех способов.

Прямая модернизация. Сетевые операторы для новых сервисов должны развертывать систему, которая, по существу, является только модернизацией существующего оборудования для подключения абонентов, использующих новые услуги. При этом она должна быть реализована так, чтобы возможно было работать со старыми базовыми станциями, и наоборот, новые станции должны вписываться в старую систему. Типичным примером такой модернизации является добавление пакетной коммутации или лучшей модуляции, но сохранение существующих размеров сот и структуры каналов. Это существенно ограничивает варианты развития. В частности, большинство 2G-систем базируются на принципах TDMA, поэтому принцип прямой модернизации должен сохранить структуру TDMA.

Роуминг. В принципе, мобильное терминальное устройство может быть сделано так, чтобы взаимодействовать с любым числом отличающихся систем, давая возможность абонентам пользоваться ими во всем мире. Также не усматривается проблем с запросом терминала стандарта IMT-2000, если создать устройства с множественными режимами работы. Но наиболее желательным и самым дешевым решением является создание единого универсального типа терминала.

Хэндовер (передача соединения). Роуминг от одной системы к другой неудобен для большинства пользователей, поскольку соединение, как правило, сбрасывается, чтобы получить полномочия на работу в другой сети. Система 3G может быть сформирована так, чтобы она фактически передавала пользователей к сети 2G помощью процедуры хэндовера, при которой пользователь не должен заметить замены сети. Проблема заключается в передаче обслуживания при наличии мультимедиа-соединений, которые не реализуются сетью 2G. В этом случае абонент не получает доступа к службам 3G, недоступным в сети 2G. Это накладывает некоторые ограничения на проект 3G-систем и на средства, которые могли бы работать в сетях 2G и 3G.

Фундаментальная проблема для IMT-2000 — то, что единственный стандарт не может модернизировать хэндовер от cdmaOne к GSM. Это означает, что два устройства, работающие на очень похожих стандартах IMT-2000 на основе CDMA (WCDMA и CDMA-2000), могут быть установлены рядом, но их работа будет зависеть от того, какая 2G-система развернута в этом районе.