45287

Эволюция стандартов и технологий мобильной связи. Концепции технологии 4G и IMS

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Технология кодового разделения каналов CDM благодаря высокой спектральной эффективности является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.51 Эволюция технологий мобильной связи WCDM считается стандартом 3G в эволюционном развития GSM систем. GSM системы поддерживают скорость передачи данных не более 96 кбит с это позволяет предоставлять пользователям услуги голосовой связи и SMS.

Русский

2013-11-16

737.5 KB

10 чел.

  1.  Эволюция стандартов и технологий  мобильной связи. Концепции технологии 4G и IMS.

Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.

Рисунок 28.51 - Эволюция технологий мобильной связи

WCDMA считается стандартом 3G в эволюционном развития GSM систем. В реальности эта совместимость осуществляется на уровне терминального оборудования, при использовании многомодовых терминалов поддерживающих WCDMA, EDGE и GSM. GSM системы поддерживают скорость передачи данных не более 9,6 кбит/с - это позволяет предоставлять пользователям услуги голосовой связи и SMS.

Для увеличения скорости канала в сетях GSM и предоставления новых видов услуг необходимо установление оборудования GPRS и EDGE. GPRS базовые станции - это практически те же базовые станции, что и для GSM, но используются другие контроллеры позволяющие работать с объединенными каналами. Хотя теоретически в GPRS скорость передачи должна составить 115 кбит/св реальности существует только 67 кбит/с, что позволяет предоставлять, помимо услуг голосовой связи и передачи коротких сообщений, услуги электронной почты, работу с базами данных, передачу неподвижных изображений и данных.

И хотя GPRS используют формат GSM канала путем объединения 8 временных интервалов, она является системой наложенной на GSM систему и для работы в GPRS необходимо иметь двухстандартный терминал GSM/GPRS. Для EDGE объединяются не только временные интервалы, а до трех несущих. EDGE реально тоже не обеспечивают скорость передачи 384 кбит/с, а намного меньше и так же является системой наложенной на GSM систему и для работы необходим терминал GSM/EDGE.

Технологии GPRS и EDGE являются технологиями 2,5G, но их внедрение осуществляется путем построения наложенной системы на сеть GSM - это ведет к значительным затратам на оборудование и сложность частотного планирования для оператора. А при переходе на WCDMA потребует получение дополнительно частотного диапазона и лицензии.

Стандартом 3G в эволюционном развития сетей cdmaOne (основанных на IS-95) является cdma2000. Технология стандарта CDMA непрерывно развивается, при этом основные принципы (версия IS-95A) сохраняются неизменными. Новые возможности предоставляет версия стандарта IS-95B, в которой определены условия объединения нескольких каналов CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной). Скорость передачи в IS-95B увеличивается до 64 кбит/сза счет объединения нескольких каналов, или в перспективе, до 115,2 кбит/с. Даннаяверсия стандарта позволяет еще до появления систем 3-го поколения предоставлять услуги Internet и других мультимедийных приложений с асимметричным графиком.

Рисунок 28.52 - Эволюция стандартов мобильной связи

Более совершенная версия стандарта IS-95C направлена на повышение частотной эффективности и увеличения емкости телефонной сети в 2 раза. Данное предложение основано на введении квадратурного канала, по которому может передаваться такой же кодовый ансамбль сигналов (т.е. 64 кода Уолша), что и по синфазному каналу. Несмотря на эти изменения, система сохранит обратную совместимость со стандартами IS-95A и IS-95B, и занимает прежнюю полосу частот, равную 1,25 МГц. По сравнению с предыдущими версиями стандарта система позволяет увеличить скорость передачи до 144 кбит/с. Предлагаемые усовершенствования обеспечивают возможность сокращения энергопотребления терминала.

Помимо этого разрабатывается модификация стандарта IS-95-HDR, которая призвана расширить возможности существующего стандарта IS-95 по высокоскоростной передаче данных. Новая версия дает возможность организовать канал передачи данных со скоростью свыше 1 Мбит/с в прямом канале при значительно более низкой скорости в обратном канале. Возможности, которые предоставит IS-95-HDR, в первую очередь, ориентированы на асимметричный трафик сетей передачи данных. Совместное использование IS-95C и IS-95-HDR позволит сблизить характеристики существующих технологий с требованиями систем 3-го поколения. Несмотря на то, что предлагаемые усовершенствования продлят срок жизнеспособности cdmaOne, однако имеющиеся в радиоинтерфейсеIS-95 ограничения не позволят обеспечить предоставление новых видов услуг. Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии cdma2000. Большинство фирм производителей CDMA оборудования отказались от производства оборудования IS-95C и IS- 95-HDR, а начали выпускать оборудование по технологии cdma2000 IX.

При построении системы мобильной связи на основе технологии cdma2000 IX первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью 144 кбит/с, что позволит предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернетом, базами данных, передачу данных и неподвижныхизображений, а так же просмотр медленного видео. При этом будет возможность работы в системе терминалов поддерживающих только cdmaOne. Переход ко второй фазе cdma2000 IX происходит при использовании той же полоса частот и канал 1,23 МГц, скорость передачи будет 384 кбит/с, что даст возможность, наряду с ранее существующими, предоставлять услугу передачи полного видео. Дальнейшее увеличение скорости передачи и переход к системам мобильной связи 3G, может происходить путем использования нескольких несущих (cdma2000 ЗХ - 2,4 Мбит/с) или с применением технологии cdma2000 1XTREME (в лабораторных условиях получена скорость передачи 5,1 Мбит/с). При применении любого из путей дальнейшего развития cdma2000, обратная совместимость терминального оборудования сохраняется, выделение дополнительного диапазона частот не требуется.

Основными компонентами коммерческого успеха системы cdma2000 будут: более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг. Данная технология обеспечивает высокую помехозащищенность, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания, что делает его привлекательным в использовании для всех категорий абонентов.

Архитектура системы cdma2000 предусматривает возможность гибкого изменения конфигурации в зависимости от требований оператора и выделенной полосы частот. Полоса частот системы может изменяться от 1,25 МГц до 15 МГц в зависимости от региона обслуживания и требований по частотной совместимости с другими сетями подвижной связи.

Отличительными особенностями архитектуры cdma2000 являются:

  •  универсальность в предоставлении широкого ассортимента услуг (передача речи, пакетной информации, коммутируемых данных и мультимедиа) с возможностью выполнения требований IMT-2000 к качеству обслуживания для различных категорий пользователей;
  •  эффективность в построении системы сигнализации за счет снижения затрат пропускной способности на ее реализацию при передаче различных видов информации (речь, данные или одновременно речь и данные);
  •  гибкость в обеспечении интерфейса с существующими и перспективными IP- сетями или сетями с коммутацией каналов ISDN;
  •  расширяемость в части введения новых видов услуг и протоколов без предъявления дополнительных требований к существующим сетям;
  •  наращиваемость пропускной способности сети за счет введения новых сот, секторных антенн и базовых станций;
  •  плавнаядеградируемость в случае отказа отдельных элементов сети;
  •  согласованность с иерархической структурой систем 3-го поколения, описанной в рекомендации ITU М. 1225;
  •  эволюционный переход от существующих систем cdmaOne к перспективным сетям 3-го поколения

В последние годы мобильная связь является самым быстроразвивающимся сектором телекоммуникационного рынка.По прогнозам темпов развития мобильных систем за десятилетие тысячелетия количество абонентов сетей мобильной связи может превысить число пользователей стационарной телефонной связи. Однако дальнейший рост числа абонентов систем мобильной связи напрямую связан с возможностями выполнения этими системами требований о предоставлении услуг с качеством и составом не хуже, чем в сетях фиксированной связи. На передний план выдвигаются сами услуги связи, а не телекоммуникационные технологии, как это имеет место в настоящее время.Поэтому при разработке мобильных систем третьего поколения (3G) основной задачей стало предоставление массовому потребителю средств и услуг персональной связи во всех областях бизнеса, обеспечения безопасности, образования, домашней жизни, развлечений и т.д. При этом эти услуги должны обеспечиваться в любом месте, в любое время и при помощи одного универсального терминала.

Перспективы развития сотовой связи непосредственно связаны с развитием подвижной связи третьего поколения. Работы по разработке систем подвижной связи третьего поколения продолжаются уже более четырнадцати лет. Специально созданной комиссией международным телекоммуникационным союзом ITU (InternationalTelecommunicationUnion) выработана концепция построения систем сотовой связи третьего поколения IMT-2000 (InternationalMobileTelecommunicationsYear 2000 Initiative). В качестве идеологической основы выбран путь объединения систем второго поколения и плавный (эволюционный) переход к системам третьего поколения.

На первом этапе внедряются стандарты GPRS (для GSM) и IS-136+ (для D-AMPS, IS-136). Данные стандарты позволят организовать беспроводный доступ к сети Internet и дополнительным видам услуг (SMS, e-mail и др.).

GPRS (GeneralPacketRadioServices) - это услуга пакетной передачи данных, которая позволяет предоставлять полную мобильность и глобальный охват при скорости передачи до 115 Кбит/с., однако на сегодняшний день в мировой практике достижимы скорости ниже 50Кбит/с.

IS-136+ поддерживает диапазоны 800 МГц и 1900 МГц, совместим со стандартом IS-136. Улучшается качество речи за счет использования вокодера с увеличенной битовой скоростью. Благодаря использованию модуляции высокого уровня скорость передачи по радиоканалу увеличивается до 64 Кбит/с.

На втором этапе внедряются стандарты EDGE (EnhancedDataratesforGlobalEvolution) для GSM - широкополосная версия стандарта GPRS и стандарт IS-136 HS (HighSpeed - высокоскоростной) для D-AMPS. В стандарте EDGE увеличение скорости возможно до 384 Кбит/с. и осуществляется за счет использования улученной модуляции и связанных с ней методов. IS-136 HS использует спецификации радиоинтерфейса на основе технологии EDGE. В этом случае обеспечивается большая емкость, качество передачи речи и дополнительные услуги.

Переход к третьему этапу, после реализации объединения и слияния стандартов GSM и D-AMPS, позволит предоставлять абоненту по требованию несущих с разной шириной полосы частот, в зависимости от степени подвижности:

  •  до 144 Кбит/с. - для транспортных средств;
  •  до 384 Кбит/с. - для пешеходов;
  •  до 2048 Кбит/с. - для фиксированного применения.

Дальнейшее развитие систем сотовой связи планируется по пути объединения стандартов (GSM, D-AMPS и CDMA) и наращивание скорости передачи (до 2 048 Кбит/с). В последствии стандарты третьего поколения будут включать в себя основные достоинства стандартов предыдущих поколений и будут иметь возможность организации роуминга между операторами, использующими разные модификации стандартов сотовой связи третьего поколения.

Предпосылки для слияния GSM и D-AMPS уже созданы на базе технологии EDGE/UWC-136. Между всемирным консорциумом мобильной связи UWCC и североамериканским альянсом GSM подписаны соглашения, которые закладывают основы для их глобального слияния. Достигнутые соглашения охватывают вопросы взаимной интеграции, разработку гармонизованных спецификаций для абонентских терминалов и применение новых технологий GPRS и EDGE. Такой подход обеспечит не только взаимную совместимость технологий GSM и TDMA, но и позволит уменьшить затраты на внедрение.

Не все эксперты однозначно оптимистично оценивают перспективы внедрения сетей 3G. Здесь основная причина кроется в необходимости колоссальных затрат на создание будущих систем мобильной связи. По прогнозам ряда операторов сотовой связи, развертывание сетей третьего поколения обойдется, как минимум, в три раза дороже, чем приобретение необходимых частот для этих сетей,а только в Европе сюда вложены десятки миллиардов долларов.

С технической точки зрения, причина заключается в необходимости увеличения числа базовых станций по сравнению с сетями второго поколения.В связи с переходом на новые диапазоны частот в районе 2 ГГц зоны обслуживания базовых станций уменьшаются,и их количество, необходимое для покрытия той же территории, возрастает. Проведенные исследования показывают, что связь третьего поколения потребует увеличения количества базовых станций ориентировочно на 70 %. В целом, по прогнозам аналитиков, суммарная стоимость общеевропейской сети 3G, которая должна быть введена в строй не ранее 2003 г., составит от $200 до 300 млрд. Даже по наиболее оптимистичным мнениям, сроки окупаемости этих вложений будут находиться в пределах от 5 до 7 лет.

Поэтому даже по прогнозу форума UMTS, операторы сетей GSM и DAMPS при условии внедрения технологий GPRS и EDGE смогут уверенно работать на рынке до 2007 - 2010 г.г.,успешно сдерживая конкуренцию со стороны новых систем третьего поколения.

Ситуация осложняется еще и тем, что внедрение новых технологий в мобильной связи идет не столь быстрыми темпами, как предполагалось. Например, сейчас популярность ныне действующего стандарта беспроводного доступа в Интернет - WAP - находится под вопросом. Г од назад операторы сотовых сетей предполагали, что к концу 2000 г. услугами мобильногоИнтернетабудет пользоваться около 10 млн. абонентовпо всей Европе. Однако на сегодняшний день пользователей WAPпримерно в 5 раз меньше.Поэтому многие маркетологи считают, что в ближайшее время новые технологии типа GPRS и EDGE не станут движущей силой рынка сотовых систем связи, что, в свою очередь, осложнит продвижение мобильных систем третьего поколения.

Прогнозы на ближайшие 10 лет:

  1.  большая часть траффика будет создаваться межмашинными коммуникациями;
  2.  GSM доживёт до 20 года, на него будут накладываться апгрейды в виде технологий передачи данных с одновременным постепенным переходам к сетям 3 поколения и наступлением высокоскоростных широкополосных технологий;
  3.  технология 4G базируется на бесшовной интеграции ШП беспроводного доступа и глобальной мобильности;
  4.  радиоинтерфейс на технологии множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов OFDM;
  5.  для бесшовной интеграции разработана технология программно определяемого радиооборудования SDR;
  6.  поколение 4G не связывается с какой-то определённой технологией и рассматривается как технологически независимое;
  7.  технологии 4G полностью строятся на пакетной передача.

Концепция IMS – она подсистемы мультимедийных услуг на базе IP.  Описывает сетевую архитектуру, основной элемент которой – пакетная транспортная сеть, поддерживающая все возможные технологии доступа и обеспечивающая неограниченное число инфокоммуникационных услуг. Концепция разрабатывалась консорциумом 3GPP применительно к сетям 3G, базирующихся на IP, – All-IP. Задача казалось трудоёмкой и её разбили на релизы:

4-й: разделение транспорта и управления: декомпозиция MSC на функции транспортного шлюза MGW (media-шлюз) и функции управления обслуживания вызовов с поддержкой мобильности, возлагаемой на сервер коммутатора.

5-й: вводятся 2 основных объекта: CSCF – управляет состоянием сеансов связи, MGCF – управляет медиашлюзами. Сформулирована цель концепции IMS – поддержка мультимедийных услуг в мобильных сетях на базе протокола IP. Архитектура сети 3G в соответствии с концепцией подразделяется на плоскости: медиашлюзов и доступа, управления и приложений. IMS становится независимой от технологии доступа и должна обеспечивать взаимодействие со всеми существующими сетями. Определены основные сетевые элементы, интерфейсы и функции начисления оплаты.

6-й: добавлены вопросы взаимодействия с беспроводными сетями и защитой информации (ключи, абонентские сертификаты).

7-й: конвергенция мобильных фиксированных сетей на основе 2 функций: функция NetworkAttachment, обеспечивающая механизм аутентификации абонентов, и ResourceAdmission, резервирующая сетевые ресурсы для … в сетях фиксированной связи.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4760. Парадигмы и стили программирования 133.5 KB
  Парадигмы и стили программирования Исторический очерк. Стили программирования. Понятия парадигмы программирования. Основные виды парадигм. Особенности функционального и логического программирования. Исторический о...
4761. Введение в язык Пролог (Prolog) 55.5 KB
  Введениев язык Пролог История происхождения языка Prolog. Prolog в России Версии языка Пролог Диалект SWI-Prolog Prolog — это язык программирования для символических, нечисловых вычислений. Он особенно хорошо...
4762. Основные понятия языка Prolog 112 KB
  Основные понятия языка Prolog. Теоретические принципы Пролога Синтаксис языка Prolog Теоретические принципы Пролога Пролог существенно отличается от языков, традиционно используемых в программировании. В языках Бейсик, Алгол и Паскаль о...
4763. Математическое программирование. Линейное программирование 1.79 MB
  Переход от административных к экономическим методам управления производством, развитие рыночных отношений, распространение договорных цен – все это нацеливает экономические службы на поиск наилучших хозяйственных решений, обеспечивающи...
4764. Теория математического программирования в экономическом производстве 1.44 MB
  Введение На практике для выпуска ассортимента своей продукции производственные предприятия располагает определенным запасом, как правило, ограниченных ресурсов (сырьевых, трудовых, энергетических, топливных, денежных), некоторым набором взаимозаменя...
4765. Решение ЗЛП с помощью инструмента Поиск решения 7.3 MB
  Решение ЗЛП с помощью инструмента Поиск решения При решении ЗЛП с использованием встроенного инструмента Поиск решения изначально необходимо представить исходную математическую модель в удобном для заполнения таблиц EXCEL виде. Рассмотрим использова...
4766. Решение задач линейного программирования симплексным методом с использованием таблиц EXCEL 4.94 MB
  Решение ЗЛП симплексным методом с использованием таблиц EXCEL Пусть исходная ЗЛП приведена к каноническому виду, а ее система ограничений имеет предпочтительный вид. Например, для Задачи об использовании сырья математическая модель соо...
4767. Решение задач линейного программирования с использованием Microsoft EXCEL for WINDOWS 18.9 MB
  Линейное программирование – наиболее изученный раздел дисциплины Методы исследования операций. Математические модели большинства экономических задач относятся к классу задач линейного программирования (ЗЛП). Любая ЗЛП, приведенная к ка...
4768. Метод искусственного базиса. Понятие двойственной задачи линейного программирования 69 KB
  Метод искусственного базиса М -задача. Для многих задач линейного программирования, записанных в форме основной задачи и имеющих опорные планы, среди векторов Pj не всегда есть m единичных. Рассмотрим такую задачу. Пусть требуется найти максимум...