Лекция № 18 Тема: Мобильная связь 3-го поколения

Тема: Мобильная связь 3-го поколения. Стандарты WCDMA, UMTS.

Поколение 3G

3G - «третье поколение», набор услуг, которые объединяют как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создает канал передачи данных.

3G - это не просто быстрый доступ к Интернету, это кардинально новый подход к общению, доступу к информации и т. д. Другими словами, те возможности и те устройства, которые традиционно рассматривались как исключительно стационарные, станут мобильными. Пользователь сможет не только разговаривать со своим собеседником, но и видеть его с помощью видеотелефона, путешествовать по сети Интернет, вести бизнес, обучаться, развлекаться и все это с помощью небольшого устройства, напоминающего сегодняшний сотовый телефон. Естественно, такие услуги требуют высокоскоростной передачи данных. Для этого предусматривается пошаговая модернизация существующих сетей мобильной связи, которые изначально проектировались в расчете на узкополосную передачу данных, до широкополосных сетей, обеспечивающих необходимую скорость для мобильных услуг мультимедиа и доступа к Интернету.

Рисунок 60

Основой мобильной связи третьего поколения станет технология IP, которая основана на пакетной передаче данных, что означает постоянное пребывание абонента в режиме on-line; при этом оплачиваться будет только объем переданной и полученной информации, а не время соединения, как это происходит сегодня.

Для реализации систем третьего поколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартам мобильной связи: обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи; обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях; обеспечение национального и международного роуминга; поддержка нескольких местных и международных операторов; эффективное использование спектра частот; пакетная и канальная коммутация; поддержка многоуровневых сотовых структур; взаимодействие с системами спутниковой связи; поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 2 Мбит/с. Несмотря на то что конечная цель для всей индустрии телекоммуникаций - создать единую всемирную среду мобильной связи, поддерживающую широкополосные системы и обеспечивающую глобальную мобильность, в результате, скорее всего, возникнет некоторое семейство стандартов, обеспечивающее услуги третьего поколения.

Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяют организовать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д. В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (или W-CDMA) и CDMA2000. UMTS распространен в основном в Европе, CDMA2000 - в Азии и США. По данным Wireless Intelligence, на конец ноября 2006 г. в мире насчитывалось 364 млн абонентов 3G, из них 93,5 млн были подключены к сетям UMTS и 271,1 млн - к СDMA2000.

Решение этой проблемы (совместимость стандартов и глобальный роуминг) абсолютно аналогично уже применяющемуся сегодня - разработка многомодовых терминалов, способных работать в двух и более стандартах.

Термин 3G используется для описания сервисов мобильной связи стандарта следующего (третьего) поколения, которые обеспечивают более высокое качество звука, а также высокоскоростную интернет-связь и мультимедийные сервисы. Мобильные сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения (2G), таких как например цифровой стандарт мобильной связи GSM и переходного поколения (2.5G), таких как например GPRS - гораздо большей скоростью передачи данных, а также более широким набором и высоким качеством предоставляемых услуг.

Хотя существует много различных интерпретаций того, что представляет собой 3G, единственным определением, принимаемым универсально, является определение, опубликованное Международным Институтом Электросвязи (ITU). ITU, работающий с промышленными организациями по всему миру, определяет и утверждает технические требования и стандарты, а также правила использования спектра для систем 3G в рамках программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). IMT-2000 - это рекомендации, разработанные Международным Институтом Электросвязи (ITU), касающиеся вопросов использования частотного спектра и технических особенностей для всего семейства стандартов 3-го поколения. Рекомендации описывают пути эволюции существующих в мире стандартов 2-го поколения в стандарты 3-го поколения. ITU требует, чтобы сети IMT-2000 (3G), помимо прочих свойств, обеспечивали улучшенную емкость системы и эффективность использования спектра для систем 2G и поддерживали сервисы передачи данных со скоростями - минимум 144 кбит/с, при использовании в мобильном режиме (не в помещениях), и максимум 2 Мбита/с, в не мобильных условиях (в помещениях).

Основываясь на этих требованиях, в 1999 году ITU одобрил пять радиоинтерфейсов для стандартов IMT-2000, как часть рекомендаций ITU-R M.1457. CDMA2000 - это один из пяти упомянутых стандартов. Он также известен под названием IMT-CDMA Multi Carrier в классификации ITU.

CDMA-2000 3G предлагает практически осуществимое решение для любого существующего на рынке сотового или PCS оператора - а также операторов, уже имеющих новую лицензию 3G. CDMA-2000 был разработан таким образом, что любой беспроводный носитель, вне зависимости от интерфейса, частоты или стандартов базовой сети, может извлечь пользу из его спектральной эффективности. С учётом специфики существующих в мире на сегодняшний день сетей сотовой связи, были разработаны варианты миграции этих сетей в сети третьего поколения.

В продолжение описания преимуществ сетей третьего поколения, можно утверждать, что помимо услуг интернет-доступа и видеоконференц-связи, клиенты 3G смогут воспользоваться удаленным доступом к корпоративной сети. Третье поколение сотовой связи в корне изменит такое понятие, как мобильная работа. Сотрудник сможет выполнять свои задачи в любом месте, даже не выходя из дома.

Важным элементом услуг 3G станет мобильная электронная коммерция, когда оплатить товары и услуги можно будет через мобильный телефон. Он тем самым превратится в виртуальный кошелек. Кроме того, разработчики всерьез рассматривают возможность запуска такой услуги, как удаленная медицинская диагностика. IMT-2000 обеспечивает:

» высокую скорость передачи данных как внутри помещений, так и на открытой местности;

» симметричную и асимметричную передачу данных;

» поддержку канальной и пакетной коммутации для обеспечения таких сервисов, как Internet Protocol (IP) и Real Time Video;

» высокое качество голоса, не уступающее качеству голоса при передаче по проводной линии;

» большую компактность спектра и более эффективное его использование;

» возможность глобального роуминга.

Программа IMT-2000 базируется на ряде признаков, определяющих принципы построения систем 3-го поколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:

» до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;

» до 144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;

» до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).

Сегодня в мире существуют две основные конкурирующие концепции 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems - универсальная мобильная телекоммуникационная система), поддерживаемая европейскими странами, и CDMA 2000 (Code Division Multiple Access - мультидоступ с кодовым разделением каналов), сторонниками которой традиционно являются азиатские страны и США. В принципе эти две технологии предполагают два различных подхода к организации сетей 3G: революционный (UMTS) и эволюционный (разновидности CDMA - CDMA2000, CDMA2000 IX, CDMA2000 IX EvDo). Эволюционный путь подразумевает сохранение частот и постепенный переход к новым технологиям, путем наращивания технических мощностей оператора. UMTS - совершенно новый стандарт, в то время как разновидности CDMA, предложенные для 3G, являются развитием уже эксплуатирующейся в мире технологии второго поколения cdmaOne (IS-95).

В настоящее время сети 3G уже работают в Азии, США, в то время как в Европе существует пока только в тестовых вариантах. Наиболее впечатляющих успехов в области 3G на мировом фоне добилась Япония. Там сегодня работают два оператора, которые предоставляют услуги третьего поколения, - это NTT DoCoMo и KDDI. К 2003 году в Японии появится третий оператор, владеющий сетью 3G - J-Phone Communications. Используя CDMA2000 и WCDMA технологии, первые всемирные коммерческие 3G сети уже обслуживают миллионы абонентов. К концу октября 2002 года, KDDI подключил 3,9 миллиона абонентов CDMA2000, NTT DоCоMо - 149,000 абонентов FOMA (WCDMA). Также к концу октября общее количество абонентов в Корее составило более чем 15 миллионов абонентов CDMA2000. По данным на 16 декабря 2002 года в мире запущено 32 сети третьего поколения в 16 странах.

WCDMA

WCDMA (англ. Wideband Code Division Multiple Access — широкополосный CDMA) — технология радиоинтерфейса, избранная большинством операторов сотовой связи для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг 3G.

Технология оптимизирована для предоставления высокоскоростных мультимедийных услуг типа видео, доступа в Интернет и видеоконференций; обеспечивает скорости доступа вплоть до 2 Мбит/с на коротких расстояниях и 384 Кбит/с на больших с полной мобильностью. Такие величины скорости передачи данных требуют широкую полосу частот, поэтому ширина полосы WCDMA составляет 5 МГц.

Технология может быть добавлена к существующим сетям GSM и PDC, что делает стандарт WCDMA наиболее перспективным с точки зрения использования сетевых ресурсов и глобальной совместимости.

Сети 3G — реальность сегодняшнего дня

Мобильная телефония третьего поколения, или сети 3G, такие как WCDMA (Wideband Code-Division Multiple Access, «широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов») и UMTS (Universal Mobile Telephone System, «универсальная система мобильной связи»), — это передача данных на более высокой скорости, чем в сетях GPRS и EDGE, а также возможность разговаривать по телефону одновременно с передачей данных.

Преимущества WCDMA

Технология WCDMA обеспечивает повышенную скорость передачи данных по сетям мобильной связи: на данный момент — до 384 кбит/с. В следующих поколениях технологии WCDMA эта цифра может увеличиться до 10 Мбит/с.

Вы можете делать то же, что и обычно: отправлять SMS- или MMS-сообщения, загружать игры и мелодии вызова, синхронизировать телефон со своим календарем на компьютере или в корпоративной сети, просматривать интернет-страницы. Скорость передачи данных в сети WCDMA достаточна для потокового видео.

Телефоны стандартов GPRS или EDGE не позволяют вам воспользоваться этими функциями во время разговора. Стандарт WCDMA базируется на несколько другой технологии, предоставляющей вам возможность одновременного голосового соединения и передачи данных. Теперь вы можете отправлять фотографии и проверять свой почтовый ящик прямо во время разговора.

Как и в случае GPRS/EDGE, вы оплачиваете только объем передаваемых данных, а не время подключения; таким образом, вы можете оставаться подключенным практически постоянно.

Доступность и стоимость 3G-подключения следует уточнять у оператора сети или поставщика услуг.

Как работает WCDMA?

Широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов представляет собой достаточно новую технологию доступа к радиоканалам (среде обмена данными) посредством мобильных устройств.

Справка: FM-радио

Чтобы было понятнее, давайте посмотрим, как работает обычное радио. FM-радиостанции вещают на определенных частотах (95,6, 102,1 и т. д.). Несколько станций могут использовать одну и ту же частоту, если они располагаются на существенном расстоянии друг от друга. Возможно, вы когда-нибудь замечали, как во время автомобильной поездки две станции словно соперничают за место на одной частоте и вы слышите их одновременно. Это бывает, если вы проезжаете область, где зоны действия двух станций, работающих на одной (или очень близкой) частоте, немного накладываются друг на друга.

Разобраться помогут коды

Как правило, сотовые сети работают по аналогичной схеме. Когда вы звоните кому-нибудь, вам выделяется канал на время вашего вызова. Когда передаете данные по GPRS, ваш телефон ищет свободный канал для использования. WCDMA назначает каждому голосовому вызову и сессии передачи данных определенный код, а не выделяет определенный частотный канал — отсюда и название «множественный доступ с кодовым разделением каналов». Устройство получателя узнает нужный код и автоматически отфильтровывает все данные, им не помеченные. Этот метод высвобождает в сети большую емкость, недоступную при ином подходе, а также обеспечивает повышенную безопасность.

Широкополосный доступ ускоряет передачу данных

Представьте себе, как из бутылки вытекает вода. Если бутылочное горлышко узкое, то сколько бы воды у вас ни было, вытекать она будет не быстрее, чем позволяет ширина горлышка. Именно здесь и приходит на помощь «широкополосная» часть WCDMA: теперь это похоже на вытекание воды из вазы. Дело не в том, что отдельные молекулы воды (или биты данных) двигаются быстрее, а в том, что за определенный промежуток времени их можно передать намного больше.

Конечно, это очень упрощенный взгляд на принципы работы WCDMA.

Если сеть WCDMA недоступна

Если ваш телефон использует WCDMA, а вы находитесь там, где сети еще не поддерживают этот стандарт, телефон автоматически переключится на GPRS или EDGE, в зависимости от их доступности. Эта возможность встраивается в модели телефонов Nokia, и они называются «мультирежимными WCDMA/EDGE-терминалами».