Файл: Сети и системы телекоммуникаций.pdf

2.3 2G: 2-е поколение -

цифра

Существенные недостатки аналоговых систем радиосвязи послужили в начале 1980-х годов причиной разработки систем сотовой связи, осно- ванных на цифровых методах кодирования речи и сигналов сигнализа- ции
7
в приемо-передающем тракте. С целью разработки единого европей- ского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях частотного диапазона 900 Мгц в 1982 г. была создана рабочая группа
Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стан- дарту (позднее GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile
Communications). Результатом работы данной группы стали опубликован- ные в 1990 г. требования к сетям сотовой связи стандарта GSM.
Рис. 2.4: Мобильная станция стандарта GSM
В США в этом же году был утвержден новый национальный теле- коммуникационный стандарт IS-54 8
- стандарт цифровой сотовой связи,
более известный под аббревиатурой D-AMPS
9
. Новая система работала в той же полосе частот – более того, большинство новых абонентских станций сохраняли режим совместимости с старым AMPS. D-AMPS был достаточно популярен в Российской Федерации и использовался, в част- ности, в Республике Татарстан компанией Татинком.
7
Сигналы сигнализации или просто

сигнализация

- управляющие сигналы, транслиру- ющиеся в системе связи.
8
IS - intercommunication standard - телекоммуникационный стандарт.
9
Digital AMPS - цифровой AMPS.
25

Рис. 2.5: Мобильная станция стандарта DAMPS
Чуть меньший по популярности, но абсолютный лидер по инноваци- онности - третий известный стандарт 2-го поколения - первый граждан- ский стандарт цифровой радиосвязи с использованием кодового разделе- ния каналов, разработанной не государством, а частной компанией... Это стандарт IS-95 (также именуемый по названию схемы кодового разделе- ния каналов - CDMA
10
разработки Qualcomm Inc. Данный стандарт по- служил предком и идейным вдохновителем для абсолютного большинства стандартов третьего поколения и оказал невероятное влияние на принци- пы построения современных телекоммуникационных систем. CDMA был принят в США как внутренний стандарт цифровой сотовой связи IS-95
в 1993 г.; в 1995 г. было осуществлено его первое международное внед- рение в Гонконге. В России стандарт являлся достаточно непопулярным,
что явилось, прежде всего, следствием жесткой лицензионной полити- ки Qualcomm. Одним из немногих провайдеров сотовых услуг на базе
CDMA являлся Казанский провайдер Метротел, осуществлявший полу- легальную эксплуатацию базовой модификации IS-95 и обладая лицензией от Qualcomm на оказание услуг лишь фиксированной радиосвязи.
Рис. 2.6: Мобильная станция стандарта CDMA
Уже первые цифровые системы радиосвязи имели три принципиаль- ных отличия от аналоговых:
10
CDMA - code division multiple access - множественный доступ с кодовым разделением каналов
26

• Возможность использования спектрально-эффективных методов модуляции в сочетании с ресурсоемкими, но инновационными мето- дами временного и кодового разделения каналов в противовес тра- диционному частотному разделению. Применение указанных техно- логий привело к существенному увеличению допустимой абонент- ской емкости систем сотовой связи.
• Наличие базовых возможностей по передаче не только голоса, но и данных позволило внедрить целый перечень дополнительных услуг.
• Значительное повышение защищенности связи благодаря использо- вания криптостойких алгоритмов шифрования.
2.4 Промежуточные поколения - 2,25; 2,5;
2,75G
Достаточно быстро рынком была осознана необходимость в поддерж- ке передачи данных на скоростях, сравнимых хотя бы с коммутируемым доступом (64-144 кбит\с). Данный функционал позволил реализовать пер- вые услуги по организации

мобильного офиса

и существенно расширил возможности и популярность сотовых сетей связи. Для развертывания се- тей передачи данных поколений 2,25; 2,5 и 2,75 в основном использовалась существующая инфраструктура благодаря необходимости лишь в относи- тельно небольшом и постепенном апгрейде существующего оборудования.
Ярким примером миграции является постепенная реализация стандартов
HSCSD (2,25G)
11
; GPRS (2,5G)
12
и EDGE (2,75G)
13
. Для CDMA также были выпущены аналогичные усовершенствования исходного стандарта,
предоставляющие сравнимые с GSM сетями поколений 2G+ возможности.
11
HSCSD - High Speed Circuit Switch Data transfer - высокоскоростная передача данных с обеспечением коммутации каналов; теоретическая скорость передачи данных до 57,6 кбит\с.
12
General Packet Radio Service - служба пакетной передачи данных; теоретическая скорость передачи данных до 114 кбит\с.
13
Enhanced Data rate for Global Evolution - служба передачи данных с повышенной скоро- стью - теоретическая скорость передачи данных до 474 кбит\с.
27

Рис. 2.7: Мобильные телефоны поколений 2G+
2.5 Поколения 3G и 3G+ - интегрированные беспроводные сети
Третье поколение стало поколением, в которое зародились смартфо- ны и коммуникаторы; поколением, обеспечившим действительно высокие скорости передачи данных
14
и возможность интеграции всех мобильных устройств в единую информационную инфраструктуру. Основными тре- бованиями, предъявляемым к беспроводным сетям связи и передачи дан- ных третьего поколения явились требования к обеспечению комплексного перечня телекоммуникационных услуг, связанных с передачей данных и требованиями к самой скорости передачи данных (не менее 1 Мбит\с в обратном канале связи в первоначальной ревизии стандартов).
На самом деле, именно эти цели и преследовались при создании кон- цепции IMT
15
-2000, в рамках которой создавалось большинство стандар- тов сетей связи и передачи данных, которые возможно отнести к поко- лениям 3G и 3G+. Все стандарты третьего поколения, рассматриваемые в IMT-2000 строятся на основе технологий, заложенных в CDMA. Необ- ходимо отметить, что первоначальное разворачивание сетей 3-го поколе- ния было существенно затруднено необходимостью больших финансовых вложений операторов на замену всей существующей инфраструктуры и высокой стоимостью лицензий.
14
Вплоть до теоретических 28 Мбит\с. в прямом и 56 Мбит\с. в обратном канале поздних
GSM-стандартов HSUPA+ и HSDPA+.
15
International Mobile Telephony - концепция международной мобильной телефонии.
28

Рис. 2.8: Краткое описание стандартов IMT2000 (3G; 3G+)
Развертывание существующих сетей третьего поколения началось в
2002-м году; на рубеже второго десятилетия XXI-го века началась их мас- совая модернизация до 3G+ – на этот раз исключением из мирового теле- коммуникационного бума не стала и Россия - первым оператором с сетью
CDMA450 в 2002-м году Санкт-Петербурге стал достаточно известный и на сегодняшний день провайдер SkyLink.
Рис. 2.9: Смартфоны эпохи IMT2000 (3G; 3G+)
2.6 Поколение сверхширокополосного доступа - 3,9G; 4G
Идейными продолжателями сверхуспешных сетей 3-го поколения явились сети сверхширокополосного мобильного радиодоступа - сети 4-го поколения. Первоначальные спецификации стандартов Mobile WiMAX
16
и LTE
17
, являющихся сетями 3,9G были опубликованы Международным
16
Worldwide Interoperability for Microwave Access - всемирный стандарт высокочастотного радиодоступа.
17
LTE - Long Term Evolution -

результат долговременной эволюции.
29

Союзом Электросвязи (МСЭ
18
) в марте 2008 года в рамках концепции
IMT-Advanced. В рамках концепции IMT-Advanced были выдвинуты тре- бования к обеспечению беспрецедентных скоростей передачи информации
- до 100 Мбит\с. для высокомобильных абонентов и 1 Гбит\с. для стаци- онарных терминалов!
Требования, предъявляемые концепцией IMT-Advanced оказались настолько велики, что им смогли удовлетворить лишь вторые ревизии описанных выше стандартов - Mobile WiMAX rev.2 и LTE-Advanced, опуб- ликованные весной 2011 г., полностью соответствующие заявленным тре- бованиям. Первые LTE-A и WiMAX rev.2 сети планируются к разворачи- ванию ведущими мировыми телекоммуникационными операторами лишь в конце 2013-начале 2014 г.
На сегодняшний день бурное развитие сетей LTE и Mobile WiMAX
rev.1 происходит по всему миру - так, ведущий оператор, обеспечивающий подключение к данным сетям связи в столице и регионах РФ - альянс
Скартел+Мегафон, предоставляющий услуги под брендом Yota.
Рис. 2.10: Смартфон 4-го поколения от Samsung
2.7 Перспективные конвергентные сети связи
- 5G
Вскоре после появления первых сетей и стандартов мобильной радио- связи 4-го поколения, в специализированной литературе стали появляться
18
Англ. - ITU – International Telecommunication Union.
30

предположения о структуре и требованиях к перспективным конвергент- ным сетям радиодоступа - перспективного поколения 5G. Несмотря на то, что ряд экспертов пессимистично говорят о невозможности появления данных сетей ранее 2020 года, уже сейчас возможно сформировать ряд ключевых требований, принципиально отличающих их от уже разверну- тых телекоммуникационных систем и комплексов:
• Использование технологий CDR
19
- т.н. когнитивного радио, обес- печивающего бесшовную эксплуатацию абонентского устройства од- новременно в нескольких разнородных телекоммуникационных си- стемах.
• Внедрение концепции SDR
20
- программно определяемых радиоин- терфейсов - когда любые возможности радиоинтерфейсов букваль- но программируются на универсальных аппаратных платформах и,
таким образом, могут быть обновлены до новых возможностей бук- вально перепрошивкой устройства!
• Использование новейших технологий, таких как модуляция с ча- стотным разделением по подпространствам Вандермонда, повсе- местное использование IPv6, широкое использование принципов нечеткой логики и алгоритмов нейронных сетей в управлении ин- фраструктурой и при реализации алгоритмов управления качеством обслуживания.
19
CDR - Cognitive Defined Radio.
20
SDR - Software Defined Radio.
31

Рис. 2.11: Концепт телефона будущего
32

Контрольная работа - вводные темы
Варианты вопросов
1 Приведите классификацию АССиПД по зоне обслуживания. Дета- лизируйте ответ.

2 Для каких целей могут использоваться сверхвысокие скорости пе- редачи данных в сетях поколений 4G, 4G+ (за исключением прими- тивного медиастриминга). Целесообразно ли дальнейшее повыше- ние пропускной способности беспроводных каналов связи базовая станция-абонент? Ответ обоснуйте.
34

Лекция 3
Технологии множественного доступа. Методы коммутации
Под технологиями множественного доступа понимаются методы обес- печения одновременной работы нескольких пользователей в рамках одной системы связи
1
. Вопросы обеспечения множественного доступа являются фундаментальными для телекоммуникационных систем. Именно принци- пам обеспечения множественного доступа, а также связанным вопросам о технологиях коммутации и будет посвящена данная лекция.
3.1 Технологии множественного доступа в сеть
Различают четыре основных технологии множественного доступа - с пространственным (ПРК), частотным (ЧРК), временным (ВРК) и кодо- вым (КРК) разделением каналов. В современных телекоммуникационных системах также используется множество их смешанных разновидностей и модификаций. Рассмотрим далее базовые принципы организации всех трех вышеперечисленных методов обеспечения множественного доступа.
3.1.1
Пространственное разделение каналов (SDMA)
Технология ПРК (SDMA
2
) - исторически первый из типов разделе- ния каналов, примененный еще в первых проводных коммуникациях - телефонных сетях 19-го века. Первоначально под ПРК имелась в виду
1
Или, более корректно, разделение общего ресурса линии связи между различными ин- формационными источниками - согласно терминологии теории информации.
2
SDMA - Space Division Multiple Access - множественный доступ с пространственным раз- делением.
35