Эволюция технологий сетей сотовой связи и широкополосного доступа. – ЧАСТЬ 1

 Развитие технологий сотовой связи обычно связано с изменением все^ составляющих системы: предоставляемых услуг, возможностей структурнь^ компонентов сети и связей между ними, сетевой архитектурой. В этом разв различают 3 поколения (этапа):

1-           е          поколение (1 Generation – 1G), относящееся к 80-м годам XX века;

2-           е          поколение (2G), относящееся к 90-м годам XX и началу XXI века;’

3-           е          поколение (3G), относящееся к текущему времени с прогнозируемым сроком завершения к началу 20-х годов XXI столетия.

Перечисленным поколениям предшествовала предыстория становления сотовой связи, иногда именуемая «поколением 0». Основополагающие идеи и технические решения систем сотовой связи были сформулированы в 40-50-х годах XX века, однако их аппаратурная реализация оставалась невозможной до начала 80-х – до появления твердотельной микроэлектронной техники. Су­щественным фактором развития сотовой связи являются вопросы, связанные с выделением радиочастотного ресурса для потребностей ее экспериментальной и коммерческой реализации. Основные сведения о вехах развития мобильной связи приведены в табл. 1.6.

В сетях Поколения 1G предоставляемые услуги ограничивались передачей речевых сообщений. Каждой соте, в зависимости от типа системы, выделя­лось несколько десятков частотных каналов шириной порядка 25-30 кГц, а передача сообщений осуществлялась с помощью аналоговых сигналов. Мно­жественный доступ был реализован по схеме FDMA (Frequency Division Mul­tiple Access, т.е. с частотным разделением каналов). Применение сотовой связи 1G началось с введения в коммерческую эксплуатацию осенью 1981 г. усо­вершенствованной системы мобильной телефонной связи (Advanced Mobile Phone System – AMPS), созданной в США, а затем и системы NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) в странах северной Европы (Швеция, Норвегия, Финлян­дия, Дания, Исландия).

К поколению 2G относятся системы, позволяющие обеспечить переда­чу речевых сообщений и низкоскоростную передачу данных посредством цифровых радиосигналов. Типовым способом доступа к частотным кана­лам в системах 2G стал множественный доступ с временным разделе­нием (Time Division Multiple Access – TDMA). Это прежде всего такие системы, как:

–                Global System for Mobile Communication (GSM): наиболее распростра­ненная система поколения 2G (применяется более чем в 200 странах мира); ее разработка инициирована европейскими странами в 1982 г., а коммерческая эксплуатация началась в 1991 г.; ширина частотных каналов GSM составляет 271 кГц (шаг сетки частот – 200 кГц);

–                цифровая AMPS (Digital AMPS – D-AMPS), разработка которой в 1989 г. была инициирована в США в связи с необходимостью усовершен­ствования аналоговой AMPS поколения 1G; коммерческая эксплуата­ция D-AMPS начата в 1990 г.; ширина частотных каналов D-AMPS составляет 30 кГц; система D-AMPS заменила аналоговую AMPS в странах, где та получила широкое распространение (в частности, в США и Японии).

Эволюция систем’ мобильной сотовой связи

Система

Год

Краткая характеристика системы —————————

I

2

3 ——————————————————————————————————————————————————————————————————— _

 

 

Поколение 0G " ~~—

MTS

1946

Мобильная телефонная связь (Mobile Telephone Ser vi сёГойггё^ полудуплексной радиосвязи операторского класса с обеспечением выхода в PSTN (до 25 каналов, диапазон частот 150 МГц)

AMTS

1965

Передовая мобильная телефонная система связи (Advancedlvlobiie" Telephone System) – портативная система полнодуплексной радио­связи, используемая в Японии (диапазон частот 900 МГц)

IMTS

1969

Усовершенствованная система мобильной телефонной связи (Improved Mobile Telephone Service) – двухдиапазонная система полнодуплексной связи с обеспечением выхода в PSTN (до 9 ка­налов в диапазоне 35-44 МГц, до 11 каналов в диапазоне 152-158 МГц, до 12 каналов в диапазоне 454-460 МГц; радиус зоны обслу­живания 60-100 км)

Поколение 0.5 G

PALM

1971

Public Automated Land Mobile – автоматизированная наземная сеть мобильной связи с обеспечением выхода в PSTN. Первая система с использованием цифровых сигналов для передачи управляющих со­общений и аналоговых сигналов для передачи голоса

ARP

1971

AutoRadioPuhelin – система автомобильной полудуплексной (поз­же полнодуплексной) радиосвязи операторского класса с разме­ром зоны обслуживания до 30 км (до 80 каналов в диапазоне ча­стот 150 МГц)

Поколение 1G

NMT

1979

Nordic Mobile Telephone – скандинавская двухдиапазонная аналоговая система мобильной сотовой телефонной радиосвязи операторского класса, ориентированная на покрытие больших территорий (ширина канала 12.5 кГц, рабочий диапазон частот 450 МГц и 900 МГц)

AMPS

1981

Advanced Mobile Telephone System – усовершенствованная под­вижная телефонная система мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц (более 600 дуплексных каналов, ширина канала 30 кГц, мощность передатчика БС – 45 Вт, мощность передатчика автомобильной подвижной станции – 12 Вт, мощность передатчи­ка переносного аппарата – 1 Вт) ——

TAGS

1983

Total Access Communication Systems – аналоговая система радио­связи общего пользования в частотном диапазоне 900 МГц (шири­на канала 25 кГц, «Европейская версия» AMPS) ———— —

Hicap

1985

Система мобильной сотовой радиосвязи – усовершенствованна* версия системы NTT (Nippon Telegraph and TelephoneJtaoH«L^

Mobitex

1988

Национальная общедоступная сеть беспроводной передачи ^ ^ ных – система передачи данных с общим доступом, включают^ сетевую службу двусторонней пейджинговой связи (ширина Ki ла 12.5 кГц, модуляция GMSK) —

Продолжение таблицы 1.6

!

2

з ………………………………………………………………………………….. —

DataTac

1990

Двухдиапазонная система беспроводной передачи данных, типа Mobitex (ширина канала 25 кГц, диапазоны частот 403-433 МГц и 806 -870 МГц, пропускная способность 19.2 кбит/с)

 

 

Поколение 2G

PHS

1990

Personal Handy-phone System – разработанная в Японии система радиосвязи, основанная на использовании портативных телефо­нов, (TDMA-TDD, диапазон частот 1880-1930 МГц, скорость передачи данных до 32 кбит/с)

GSM

1991

Global System for Mobile Communications – четырехдиапазонная глобальная система мобильной сотовой связи (TDMA; диапазо­ны частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц; модуляция GMSK, ширина канала 200 кГц)

Digital- AMPS

1991

Цифровой вариант аналоговой системы AMPS (FDMA, диапазон 825-890 МГц, модуляция тс/4-DQPSK, ширина канала 30 кГц)

PDC

1992

Personal Digital Cellular – стандарт персональной цифровой сото­вой связи (TDMA, диапазон частот 800 МГц, ширина канала 25 кГц). Используется только в Японии

CdmaOne

1995

Первая система с CDMA-доступом и прямым расширением спек­тра, известная как стандарт IS-95 или TIA-EIA-95 (CDMA, рабо­чий диапазон частот 800 МГц, ширина канала 1.25 МГц, модуля­ция BPSK/QPSK)

CSD

1997

Circuit Switched Data – технология передачи данных с коммутаци­ей каналов, изначально разработанная для систем GSM

Поколение 2.5G

WiDEN

1996

Wideband integrated Dispatch Enhanced Network – широкопо­лосная интегрированная диспетчерская усовершенствован­ная сеть (до 4 каналов по 25 кГц, пропускная способность 100 кбит/с)

GPRS

2000

General Packet Radio System – усовершенствованная технология пакетной передачи данных для систем GSM (ширина канала 200 кГц, максимальная пропускная способность 171,2 кбит/с)

HSCSD

2000

High-Speed Circuit Switched Data – усовершенствованная техноло­гия высокоскоростной передачи данных с коммутацией каналов, совместимая с GSM. Максимальная скорость передачи данных 57.6 кбит/с (качество выше, чем в GPRS)

Поколение 2.75G

cdma2000

2000

ЗС-эволюционный вариант развития стандарта cdmaOne (ско­рость передачи данных увеличена до 2,4 Мбит/с, насчитывает на сегодняшний день несколько ревизий/релизов (Revision))

EDGF

2003

Enhanced Data rates for GSM Evolution – усовершенствованная цифровая технология передачи данных для систем мобильной связи GSM (TDMA, модуляция 8-PSK, максимальная скорость передачи данных до 384 кбит/с, ширина канала 200 кГц)


1

2 3 ……………………………………………………………………………  ^—^

Поколение 3G

UMTS

1999

Universal Mobile Telecommunications System – универсальная"^ етема мобильной сотовой связи технологии W-CDMA (диапазоны частот: 850 МГц, 1900 МГц, 2100 МГц; ширина канала 5 МГц скорость передачи данных до 2 Мбит/с)

lxEV-DO

2000

Усовершенствованная версия системы cdma2000 (IS-856) (макси­мальная пропускная способность по линии «вниз» – 307 кбит/с, мак­симальная пропускная способность по линии «вверх» – 153 кбит/с ^

FOMA

2001

Freedom of Mobile Multimedia Access – первый W-CDMA 3G сер­вис японской торговой марки NTT DoCoMo (W-CDMA/FDD, для полос частот 1920-1980 МГц, 2110-2170 МГц)

GAN / UNA

2006

Generic access network – сеть общего доступа, ранее известная как нелицензированный мобильный доступ. Обеспечивает мобиль­ные услуги GSM и GPRS в нелицензируемых диапазонах частот

Поколение 3.5G

HSDPA

2006

High-Speed Downlink Packet Access – усовершенствованная тех­нология высокоскоростной пакетной передача данных по линии «вниз» для систем W-CDMA (скорость передачи данных до 14.4 Мбит/с)

Поколение 3.75G

HSUPA

2007

High-Speed Uplink Packet Access – усовершенствованная техно­логия высокоскоростной пакетной передачи данных по линии «вверх» для систем W-CDMA (скорость передачи данных до 5.76 Мбит/с)

Поколение 4G

Широкое применение технологий MIMO, MultiCarrier CDMA (MC-CDMA), OFDMA, UWB и программно-реконфигурируемого радио (Software Defined Radio)

К поколению 2G относят также первую систему сотовой связи с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access – CDMA) IS-95 (Qualcomm, США), прошедшую тестовые испытания в 1989 г. и введенную в коммерческую эксплуатацию в 1995 г. По перечню предоставляемых услуг и скорости передачи сообщений IS-95 соответствует второму поколению, однако используемый в ней метод множественного доступа широко применяется в следующем поколении сотовой связи – 3G. В то же время, доля систем CDMA по охвату пользователей связью «в эпоху 2G» составляла не более 1% (это обстоятельство акцентируется в условном наименовании систем CDMA поколения 2G – cdmaOne).

Поколение 3G отличается от предшествующих качественным изменением перечня предоставляемых услуг благодаря существенному увеличению скоро­сти передачи информации. Услуги сетей поколения 3G включают, помимо ре­чевой связи и низкоскоростной передачи данных, передачу видео- и мультиме­дийных сообщений, а также высокоскоростную передачу данных. Повышение скорости цифровых потоков обусловлено увеличением ширины частотных ка­налов систем 3G и применением широкополосных радиотехнологий.

Важная роль в системах третьего поколения отводится технологии доступа к каналу посредством разделения сигналов по форме (кодовая селекция сигналов или множественный доступ с кодовым разделением – CDMA). Технология CDMA позволяет использовать в множестве соседствующих сот каналы с одинаковой не­сущей частотой (коэффициент повторного использования частот равен едини­це). Благодаря этому, обеспечивается возможность существенного увеличения числа сот, в т.ч. за счет «вложения» сот меньшего размера в соты большего раз­мера: пикосот в микросоты, микросот в макросоты (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Многоуровневое «вложение» сот

Концепция систем 3G была предложена в 1996 г. Международным Союзом Электросвязи, инициировавшим программу IMT-2000 (International Mobile Tele­communication – 2000) создания систем мобильной связи. Соответствующая ей европейская программа имела целью разработку Универсальной системы мо­бильной связи (Universal Mobile Telecommunication System – UMTS). Качество связи и пропускная способность каналов этих систем приближаются к типовым характеристикам современных систем фиксированной связи. Коммерческое применение сотовой связи 3-го поколения началось в октябре 2001 г.

Сети BWA появились на два десятилетия позже, чем сети сотовой связи. Обусловлено это тем, что именно широкое распространение мобильных теле­фонов, наряду с распространением персональных компьютеров, вызвало рост потребительского спроса на беспроводную связь на малых расстояниях (едини­цы и десятки метров). Небольшие размеры территориальных зон сетей BWA и соответственно небольшие уровни сигналов делают возможным повторное ис­пользование частотных каналов независимых сетей в диапазонах частот, пред­назначенных для промышленного, научного и медицинского применения (In­dustrial, Scientific, Medical – ISM), в частности, в диапазоне 2.4-2.48 МГц [1]. Скорость передачи сообщений и, соответственно, ширина полос частотных ка­налов определяется назначением сети, например:


–                в локапьных беспроводных сетях (WLAN) как альтернативы проводной свя­зи между ПК, необходимая скорость передачи данных достигает нескольких Гбит/с;

–                в персональных беспроводных сетях (WPAN), обеспечивающих замену проводной связи между приборами бытового и мультимедиа назначения скорость передачи согласуется с производительностью источников сооб­щений: от десятков кбит/с для аудиосообщений до десятков Мбит/с для видеосообщений.

Обзорные сведения о характеристиках радиочастотных каналов сетей BWA (в т.ч. значения их спектральной эффективности) приведены в табл. 1.7. Обычно последние превосходят значения спектральной эффективности сетей сотовой связи. Это обусловлено фактором высокой подвижности станций сотовой связи, в частности, более существенным влиянием аддитивных и мультипликативных помех (замираний).

Таблица 1.7

Характеристики радиочастотных каналов сетей широкополосного доступа

Разновидности сетей BWA

Применяе­мый бренд

Частотный диапазон

Ширина

полосы, МГц

Скорость передачи, Мбит/с

Максимальная спектральная эффективность, бит/Гц

WLAN

Wi-Fi

ISM

22

1…54

2.45

WPAN

Bluetooth

ISM

l

0.7

0.7

WiMedia

ISM

15

11…55

3.66

ZigBee

ISM

2

0.25

0.125

WMAN

WiMax

2…II ГГц

20

75

3.75

В заключение отметим, что наряду с технологиями сетей BWA, в 90-х го­дах XX столетия изучалась возможность создания сверхширокополосных (Ultra Wide Band – UWB) сетей доступа. К таковым относят сети, где ширина рабочей полосы частот составляет около 20% от среднего значения частоты данной по­лосы (вплоть до 0.5 ГГц). Применение UWB-систем могло бы обеспечить ско­рости передачи данных, близкие к скоростям передачи информации по оптово­локонным линиям – порядка 1 Гбит/с. В связи с наличием предложений по двум альтернативным технологиям формирования UWB-сигналов и отсутствием со­гласованного решения, активность работ по стандартизации UWB-систем, на­чиная с 2006 г., была заметно снижена.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100