Московский Государственный Университет Связи и Информатики лекции

Вид материала

Лекции

Содержание канальный уровень сетевой уровень (овечает за радиоинтерфейс) (отвечает за соединения, доступом к среде Режим UTRA FDD несущие частоты нисходящих каналов используют диапозон 2110,0Гц - 2170,0Гц Технология ускоренной передачи данных для развития GSM - EDGE Технология H-SCSD Таблица 5. Сравнительные характеристики систем W-CDMA FDD и UTRA TDD W-cdma fdd Is-136 (d-amps)

Подобный материал:

• 16-19 марта 2011 г в Минске состоялся Европейский семинар по устойчивому развитию, 13.55kb.
• Методология формирования и реализации аппарата анализа и планирования рыночного потенциала, 598.83kb.
• Министерство Образования Российской Федерации Московский Государственный Университете, 1997.23kb.
• Федеральное агентство связи Сибирский государственный университет телекоммуникаций, 622.46kb.
• Московский государственный университет имени, 111.06kb.
• Министерство образования и науки, 38.9kb.
• Примерная программа 10. 00-11. 00 Регистрация, 36.7kb.
• II. Логика и язык, 5497.75kb.
• Курса, 405.14kb.
• Управление компетенциями в самообучающейся организации, 72.07kb.

U_U = U_m (GSM) I_U = A (GSM)
^

канальный уровень сетевой уровень

(овечает за радиоинтерфейс) (отвечает за соединения, доступом к среде,

приоритет, управление пакетами данных, все функции управления соединениями)

^ Режим UTRA FDD

В режиме FDD - Frequence Division Duplex - дуплекс с частотным разделением каналов системы наземного радиодоступа UTRA - используется широкополосная схема множественного доступа с кодовым разделением каналов W-CDMA. Применение дуплекса означает, что исходящие (от мобильной станции MS) и нисходящие (от базовой станции BTS) линии связи (каналы) действуют на различных частотах:

• несущие частоты исходящих каналов находятся в диапозоне1920,0Гц - 1980,0Гц;
  

^

- несущие частоты нисходящих каналов используют диапозон 2110,0Гц - 2170,0Гц;

Всего в таком режиме для передачи речевого сигнала выделяется 250 каналов, каждому из них выделяется своя несущая частота, распределительная система -

DS - Distribution System и относительная фаза (только для исходящих каналов). Пропускная способность каждого канала - до 2,048мбит/с.

Как и в системе GSM, в системе UTRA-FDD имеются логические и физические каналы:

• исходящие линии связи - для передачи пользовательских данных, начиная с канального - второго - уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС), используется выделенный исходящий физический канал данных - для передачи сигналов управления, для этого выделяется исходящий физический канал на первом - физическом уровне ЭМ ВОС;
  
• нисходящие линии связи - для передачи пользовательских данных и данных управления выделяется, начиная с первого - физического уровня нисходящий физический канал, при этом используется временнóе уплотнение каналов.
  

Режим UTRA TDD - Time Division Duplex - дуплекс с временным уплотнением - использует аналогичную схему с временным уплотнением, как и в системе GSM.

^

Технология ускоренной передачи данных для развития GSM - EDGE

EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution - ускоренная передача данных для развития GSM - переходная технология от нынешних GSM-сетей к сетям третьего поколения 3G - UMTS - Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система.

Впервые технология EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи (ESTI) в 1997 году. Использование EDGE позволяет ускорить процесс передачи информации в беспроводных сетях - до 384,0кбит/с (против максимально возможных ~171,2кбит/с в сетях GSM/GPRS).

Технология EDGE используется для обеспечения быстрой загрузки Web-страниц, файлов и приложений Интернет, а также ускоренного обмена сообщениями. Активно внедряется в Западной Европе, требует модернизации программно-аппаратных средств и обновления пользовательских терминалов.

Возможность делать покупки, совершать банковские операции, отправлять электронные сообщения и подключаться к Интернет, где бы вы ни находились - это реальность сегодняшнего дня, в котором есть технология EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции до 384,0кбит/с.

С технологией EDGE Операторы мобильной связи приближают будущее, предлагая услуги сетей третьего поколения 3G и превращая мобильный доступ в Интернет в реальность для всех пользователей.

Добавление EDGE к существующим сетям второго поколения сделает их совместимыми со стандартами международного союза телекоммуникаций - ITU-Т (МСЭ-Т) для сетей третьего поколения 3G.

Технология EDGE третьего поколения 3G - это решение, которое заставит существующую сетевую инфраструктуру предоставлять современные мультимедийные услуги. Реализация EDGE позволит расширить перечень основных преимуществ технологии общей пакетной радиослужбы - GPRS: более быстрое установление соединений для пакетной передачи и более высокая скорость в радиоканале последней мили.

Внедрение технологии EDGE не требует от Оператора сотовой связи значительного технического перевооружения.

В технологии EDGE используется та же структура кадра TDMA - множественный доступ с временным разделением (каналов) - см. в разделе "сети сотовой связи", тот же частотный диапазон для логического (виртуального) канала - 200,0кГц, что и в современных сетях GSM.

Для EDGE требуются относительно небольшие изменения в сетевом оборудовании (аппаратных и программных средствах), не нужно изменять топологию сети и, как следствие, получать новые лицензии.


3G - 3 Generation - третье поколение сетей мобильной связи, ориентированных не только на передачу речи, но и на высокоскоростную передачу данных, в том числе мультимедийной информации.

Считается, что для пользователей высокой скоростью передвижения, например людей, едущих в машине (120 км/ч), максимальная скорость передачи данных составит порядка 144,0кбит/с, для пешеходов (4,0км/ч) - 384,0 кбит/с, для пользователей стационарных терминалов - 2,048мбит/с.

Коммерческие сети третьего поколения 3G уже действуют во многих странах мира.

Сети мобильной связи третьего поколения 3G - это, прежде всего радиоинтерфейс, который обеспечивает канал связи между мобильной станцией MS пользователя и базовой трансиверной станцией BTS.

Другими важными элементами сетей третьего поколения 3G являются магистральная сеть, способы организации служб и предоставления услуг.

Технология 3G позволяет реализовать беспроводный, мобильный доступ к услугам Интернет.

3G характеризуется высокоскоростной беспроводной, мобильной передачей пакетов данных и мощными магистральными сетями пакетной коммутации.

До недавнего времени основным фактором, определяюшим развитие мобильных коммуникаций, была традиционная передача речевого сообщения.

Внедрение новых технологий высокоскоростной передачи данных, включая GPRS и EDGE, их эволюция к системам UMTS(UTRA) / W-CDMA - универсальная мобильная телекоммуникационная система (наземный радиодоступ UMTS)/ широкополосная схема множественного доступа с кодовым разделением (каналов), позволяет Операторам сотовой связи предоставлять пользователям с помощью беспроводного доступа неограниченное число мультимедийных услуг, например, электронные открытки, просмотр видео, Web-страниц, доступ к корпоративным сетям ит.д.

Современные сети сотовой связи второго поколения 2G являются основой, на которой внедряются системы третьего поколения 3G, а также системы четвертого поколения 4G.

UMTS - это один из стандартов систем третьего поколения 3G, который разрабатывается под эгидой Европейского Института Стандартизации Телекоммуникаций ETSI. Он был внедрен на основе самой распространенной технологии второго поколения 2G - GSM и имеет все перспективы стать действительно глобальным стандартом персональной мультимедийной связи.


Характеристики UMTS.

• Диапазоны рабочих частот: 1920,0мГц - 1980,0мГц (исходящая линия); 2110,0мГц - 2170,0мГц (нисходящая линия).
  
• Разнос несущих частот приема и передачи (дуплексный разнос) - 190,0мГц.
  
• Разнос несущих соседних частотных каналов - 5,0мГц, но в конкретной сети допускаются отклонения от этой величины с шагом 200,0кГц.
  
• Шаг несущих (ширина канала) - 200,0кГц.
  
• Возможные значения частотных каналов:
  

а) на исходящей линии связи - 9612,0мГц - 9888,0мГц;

б) на нисходящей линии связи - 10562,0мГц - 10838,0мГц.

• Полоса частот, занимаемая одним частотным каналом - 5,0мГц.
  
• Вид модуляции:
  

1. Квадратурная фазовая модуляция - QPSK;
   
2. При работе в режиме HSDPA в зависимости от условий радиоканала - квадратурная фазовая модуляция или квадратурная амплитудная модуляция QAM с числом уровней соответственно: 16 или 64.
   

• Разделение каналов в одном частотном канале - кодовое.
  
• Скорость передачи данных в 1-м канале - 384,0кбит/с.
  
• На исходящей линии связи - "вниз" (от базовой станции к абонентскому терминалу) при одном соединении передается один кодовый канал управления и от одного до шести кодовых каналов данных.
  
• Коэффициент расширения и скорость передачи:
  

а) на исходящей линии связи - от 256 до 4, соответственно максимальная скорость передачи данных - от 15,0кбит до 960,0кбит/с

(15,0 х 64слота = 960,0кбит/с);

б) на нисходящей линии связи - от 512 до 4, соответственно максимальная скорость передачи данных в 2 раза выше - от 7,5 кбит/с до 960 кбит/с.

• Передаваемый цифровой поток разделяется на кадры длительностью 10,0 мс, кадр разделяется на 15 временных интервалов (слотов), которые являются единицами регулировки уровня передаваемой мощности.
  
• Кодирование в радиоканале - сверточное, турбо и без кодирования. При услугах в режиме On-line - "реальном времени" используется только помехоустойчивое кодирование, при услугах в режиме Off-line - "не реального времени" - помехоустойчивое кодирование. Способ кодирования и, следовательно, скорость передачи устанавливаются автоматически на каждом кадре передачи в соответствии с загрузкой данного частотного канала другими кодовыми каналами, помеховой обстановкой в радиоканале и характером его многолучевости.
  

^ Технология H-SCSD

Технология H-SCSD – High- Speed Circuit Switched Data - высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов. Стандарт рассматривается специалистами как один из переходных этапов к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G, максимальная скорость передачи данных по этому стандарту 14,4мбит/с, практическая - до 3,0мбит/с. H-SCSD применяется на базе GSM-сетей.

В основе H-SCSD лежит коммутация каналов, то этот протокол больше подходит для таких приложений, как видеоконференции и мультимедиа-приложения, чем для приложений коротких сообщений типа электронной почты, SMS, которые эффективнее передаются при помощи протокола пакетной коммутации.

Так как сети GSM относятся к классу сетей с временным разделением каналов, то скорость обмена в H-SCSD прямо пропорциональна количеству временных интервалов (слотов), отведённых для передачи данных. При использовании одного временного интервала обеспечивается скорость 14.4кбит/с, а при использовании

4-х слотов достигается максимальная скорость 57,6кбит/с.

Сетевой модернизации применение технологии H-SCSD на существующих сетях GSM не требует, только абонентского оборудования.

На базовых трансиверных станциях и узлах коммутации меняется только программное обеспечение. Сегодня выпущены мобильные станции (телефоны) с поддержкой этого протокола.

.

.

.

.

.

Технология H-SDPA

Технология H-SDPA - High-Speed Downlink Packet Access - высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону - стандарт, один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G. Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4мбит/с, максимальная скорость - около 3,0мбит/с.

В основу технологии H-SDPA положены:

• схемы модуляции и кодирования фазовой квадратурной модуляции - QPSK и амплитудной квадратурной модуляции - 16 QAM;
  
• протокол ретрансляции - HARR - Hybrid Automatic Repeat Request;
  
• очередность передачи пакетов в базовой станции протоколом MAC-high speed.
  

H-SDPA базируется на высокоскоростном общем нисходящем канале - High-Speed Downlink Shared Channel - HS-DSCH, способном поддерживать высокие скорости передачи данных. Технология позволяет обслуживать пользователей, осуществляя мультиплексирование пакетов данных с временным и кодовым разделением (каналов), то есть идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательском режиме.

По сравнению с технологией UMTS, технология H-SDPA может передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше мобильных пользователей на одну ячейку (соту). В настоящее время скорость в нисходящем канале 3G

(к пользователю) составляет порядка 384,0кбит/с (теоретически скорость, согласно спецификации 3G, должна составлять 2,4мбит/с).

Кроме того, H-SDPA значительно улучшает качество мультимедийных услуг (именно за счет высокой скорости задержка становится неощутимой, а объем передаваемой информации увеличивается).

Во время тестирований музыкальный файл объемом 5,0 байт загружался менее чем за 30,0 секунд, а электронное почтовое сообщение с объемом вложения 3,0 мбайт загружалось за 20,0 секунд. Эти скорости сопоставимы с теми, что и в проводных каналах DSL.

Прогнозы аналитиков: коммерческие сети сотовой связи с поддержкой технологии HSDPA появятся в 2008-2009гг.

У технологии H-SDPA есть серьезный конкурент: WiMAX (EEEI 802.16) - стандарт широкополосной беспроводной передачи данных, который позволяет достигать (теоретически) скорость 70,0мбит/с, и ее реализация в России ближе, чем H-SDPA. Стандарту EEEI 802.16 - WMAN - компании WiMAX присущ ряд недостатков. Один из них - необходимость строить дополнительную инфраструктуру, чего технология HSDPA не требует, т.к. используется существующая сеть сотовой связи.


.

.

.

.

.

.

.

.

.

Технология H-SUPA

H-SUPA - "Highly (просто) Seductive (сногсшибательная) Ultra (ультра) Pace (скоростная) Technology (технология)"

На самом деле H-SUPA переводится: "High-Speed (высокоскоростная) Uplink (спутниковая) Packet (пакетная) Access (связь)".

Компания Samsung представила новую технологию передачи информации. С её помощью скорость загрузки и "скачивания" больших объемов картинок, файлов, игр и проч. возрастет в 5 раз по сравнению с W-CDMA, что приведет к значительной экономии времени и повышению эффективности. Первый мобильный H-SUPA телефон появился в 2007 г.

H-SUPA - это усовершенствованная версия W-CDMA, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных. Сетевое оборудование имеет скорость передачи пакетов данных до 2,0мбит/с при передаче данных в сеть Оператора связи (от MS к BTS - исходящий канал) и до 3,6мбит/с при загрузке данных в мобильный телефон (от BTS к MS - нисходящий канал) .

В режиме H-SDPA несколько кодовых каналов на линии связи от базовой станции к мобильной станции MS объединяются в один составной кодовый транспортный канал CCTrCH - Coded Composite Transport Channel, предоставляемый нескольким пользователям для совместного доступа к услугам.

В режиме H-SUPA используется усовершенствованный канал на исходящей линии связи, в котором применены методы адаптации канала, аналогичные, которые использутся в H-SDPA, более короткий интервал времени передачи, позволяющий увеличить пропускную способность канала и снизить задержку передачи.


^ Таблица 5. Сравнительные характеристики систем W-CDMA FDD и UTRA TDD

Показатель	^ W-CDMA FDD	UTRA TDD
Диапазон частот, мГц	2110,0 - 2170,0 нисх. 1920,0 - 1980,0 исх.	1900,0 - 1920,0 нисх. 2010,0 - 2025,0 исх.
Метод доступа	DS-CDMA	TD-CDMA
Полоса частот, мГц	2х5; 2х7,5; 2х15	5
Разнос между несущими, кГц	200	200
Скорость (базовая), мбит/с	3,84	3,84
Модуляция в канале данных:
нисх.	QPSK	QPSK
исх.	QPSK	QPSK
Максимальная излучаемая мощность, Вт	24	27,2
Максимальное расстояние между мобильной и базовой станциями, км	5,787 (нисх.)/ 4,475 (исх.)	6,041 (нисх.)/ 5,279 (исх)

Ведущие Российские Операторы сетей сотовой связи: так называемая "большая тройка" - "МТС", "Мегафон" и "Вымпелком", а также три других компании беспроводной связи, получили лицензию на предоставление связи 3G (три диапозона) третьего поколения.

Главным преимуществом связи 3G РФ перед другими видами беспроводной сотовой связи для пользователей является:

-увеличение скорости передачи данных до 1900,0-2200,0мГц,

-организация видеоконференций,

-возможность участвовать в режиме реального времени в играх на бирже и т.д.

-смотреть видеофильмы,

-расплачиваться в магазине в режиме On-line и др.

Услуги 3G будут активно предоставляться, начиная с 2008г.

С технической точки зрения, основное отличие сетей четвертого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу речевого трафика и передачу пакетов данных.

Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций (МСЭ-Т) определяет технологию 4G как будущее технологий беспроводной телекоммуникации, которая позволит достичь скорости передачи данных до 1,0гбит/с в условиях движения источника и/или приемника и до 100,0мбит/с в условиях обмена данными между двумя движущимися мобильными устройствами на скорости 120,0км/час.

Технология 4G, в частности, обеспечивают пользователям просмотр телепередач высокой четкости и управление "умным домом" (домашней бытовой техникой, охранно-пожарной сигнализацией, водоснабжением, отоплением и т.д.) с помощью мобильного устройства. Сегодня уверенно внедряются технологии поколения 3,5G. Страны, которые недавно внедрили сети второго поколения (например Китай), пытаются "перескочить" на целое поколение вперед, начав эксплуатацию систем 4G, которые позволят увеличить скорость передачи данных по сравнению с 3,5G в несколько десятков раз. В сетях сотовой связи смена поколений технологий идет более быстрыми темпами, чем в других отраслях промышлености, например, производство компьютерной техники.

В телекоммуникациях с беспроводным абонентским доступом все четко:

• 1G - первое поколение - это аналоговая связь (стандарт NMT).
  
• 2G - второе поколение - это цифровая связь с коммутацией каналов (стандарты GSM, CDMA, AMPS, D-AMPS).
  
• 3G - третье поколение - (стандарты GPRS, UMTS) - предусматривает наряду с коммутацией каналов и пакетную передачу данных. О сетях третьего поколения 3G сейчас говорят как о символе прогресса, но технологии 3G уже обгоняют системы следующего поколения сетей сотовой связи - 4G. В некоторых странах системы третьего поколения 3G так и не разовьются в полную силу - их место займут технологии четвертого поколения - 4G.
  
• 4G - четвертое поколение сетей сотовой связи. К 4G, как правило, относят технологии, ориентированные на высокоскоростную передачу пакетов данных в сетях сотовой связи со скоростью 100,0мбит/с и выше (EDGE, GMM, OFDM и др.).
  
• 5G - пятое поколение сетей сотовой связи ориентировано на скорость передачи пакетов данных свыше 1,0гбит/с.
  

4G - технологии четвертого поколения сетей сотовой связи


4G - это технологии беспроводной передачи данных Интернет, Wi-Fi (скоростные варианты этого стандарта) и WiMAX (в теории скорость может превышать 1,0гбит/сек).

Наиболее распространенный сейчас в мире стандарт сотовой связи GSM/EDGE (2G) предел скорости передачи данных составляет всего: 240,0кбит/сек.

EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution - ускоренная передача данных для развития GSM.

В сетях третьего поколения 3G, развернутых сейчас только в Европе, США и некоторых странах Азии (Япония, Тайвань, Сингапур), скорость передачи данных составляет 7,0 - 14,0мбит/сек.

Возможности сетей мобильной (беспроводной) связи поколения 4G

Южнокорейская компания Samsung Electronics на проходящем ежегодном форуме Samsung 4G Forum продемонстрировало возможность сетей сотовой связи четвёртого поколения 4G.

Для демонстрации достоинств сетей 4G использовались специально оборудованный автобус и павильон. При этом скорость передачи данных 100,0мбит/с при скорости автобуса 60,0 км/час.

Скорость передачи данных 1,0гбит/с для сотовых сетей связи четвёртого поколения 4G также не является предельной.

Специалисты компании Samsung Electronics утверждают, что при использовании мультиплексоров множественного ввода/вывода - Multiple Input Multiple Output - MIMO - можно добиться скорости передачи 3,5гбит/с.

IPv6 - IPng ''IP next generation'' (следующее поколение IP) - универсальный интерфейс четвертого поколения сетей сотовой связи четвертого поколения 4G (предположительно и 5G)

IPv6 (также называемый IPng ''IP next generation'') является новой версией широко известного протокола IP (называемого также IPv4). Как и другие современные системы *BSD, FreeBSD включает эталонную реализацию IPv6 от KAME. Так что система FreeBSD поставляется со всем, что вам нужно для экспериментирования с IPv6. Этот раздел посвящён настройке и запуску в работу IPv6.

В начале 1990-х Операторы связи стали беспокоиться о том, что быстро иссякает адресное пространство IPv4. Принимая во внимание темпы роста Интернет, имелись основные проблемы:

• Нехватка адресов. Сегодня это не такая большая проблема, так как стали применяться адресные пространства для частных сетей (RFC1918) (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/24) и технология преобразования сетевых адресов (NAT - Network Address Translation).
  
• Таблицы маршрутов становятся чересчур большими. Это всё ещё является проблемой сегодня.
  

IPv6 решает эти многие вопросы:

• 128-бит адресный пакет. Это означает плотность примерно в 6,67 · 10²⁷ адресов IPv6 на квадратный метр поверхности Земли.
  
• Маршрутизаторы будут хранить в своих таблицах только адреса сетей, что уменьшает средний размер таблицы маршрутизации.
  

Имеется также множество других необходимых особенностей IPv6, таких, как:

• Автоматическая настройка адреса.
  
• Групповые адреса (''один к нескольким из многих'').
  
• Обязательные адреса множественной рассылки.
  
• IPsec (IP security - безопасный IP).
  
• Упрощённая структура заголовка.
  
• Мобильный IP.
  
• Взаимодействие IPv6 с IPv4
  

Предполагается, что коммерческая эксплуатация сотовых сетей четвёртого поколения 4G начнётся активно в 2012 году.


Главное отличие сетей четвертого поколения 4G от предыдущего, третьего поколения 3G, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G объединяет в себе передачу речевого трафика и пакетов данных. Международный союз электросвязи сектор телекоммуникаций (МСЭ-Т) определяет технологию 4G как технологию беспроводной телекоммуникации, которая позволяет достичь скорости передачи данных до 1,0гбит/с в условиях движения источника или приемника и до 100,0мбит/с в условиях обмена данными между двумя мобильными устройствами.

Передача данных в сетях 4G осуществляется по протоколу

IPv6 (IP версия 6) - для широкополосных высокоскоростных систем передачи пакетов данных.

Это заметно облегчает взаимодействия телекоммуникационных сетей, особенно если они разных типов. Для обеспечения необходимой скорости используются частоты 40,0гГц и 60,0гГц.

Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили испытанный в цифровых сетях прием - технологию мультиплексирования с ортогональным разделением частот - OFDM. Такая методика манипулирования сигналом позволяет значительно "уплотнить" данные без взаимных помех и искажений.

При этом происходит разбиение частот с соблюдением ортогональности:

максимум каждой несущей частоты приходится на тот момент, когда соседние несущие частоты имеют нулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр - не нужны защитные ("противоинтерференционные") интервалы.

Для передачи сигнала применяется одна из самых распространенных схем модуляции - квадратурная фазовая манипуляция (со сдвигом фазы) -QPSK - Quadrature PSK, с помощью которой передается бóльший объем информации или схема, в которой объединяются схемы фазовой и амплитудной модуляции - квадратурная амплитудная модуляця - QAM.

Квадратурная амплитудная модуляция QAM - более современная схема, позволяющая получить максимум из пропускной способности канала.

QAM используется в стандартных модемах, обеспечивающих скорость передачи данных 9,6кбит/с.

Конкретный тип модуляции выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается в единый поток на приеме.
Для уверенного приема и передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую трансиверную станцию BTS. Но в условиях города таким антеннам в определении правильного направления могут помешать замирания сигнала и его искажения, возникающие в процессе распространения.

Особенность ортогональной частотной модуляции OFDM - устойчивость к "замираниям" сигнала (для разных типов модуляции есть свой запас на замирания), работа антенн в условиях отсутствия прямой видимости, что не мешает приему сигналов мобильными станциями MS, как это наблюдается в системах второго поколения - GSM.

Недостатки ортогональной частотной модуляции ODFM - чувствительность к искажениям и высокая требовательность к качеству электронных схем.

В Европе также готовятся к запуску первые сети мобильной связи четвертого поколения 4G. О своем участии в проекте LTE (Long-Term Evolution) заявили крупные европейские операторы T-Mobile International, Orange и Vodafone Group, а также производители мобильного оборудования Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Nortel Networks и Ericsson.

В коммерческую эксплуатацию первые сети четвертого поколения будут запущены в 2010-2012 годах. Эксперты полагают, что к этому сроку можно развернуть сети 4G, но зоны покрытия базовых станций будет скорее "очаговыми".

Специалисты уверены, что вряд ли услуги 4G станут популярными у европейских пользователей в ближайшие годы. После запуска первых сетей третьего поколения 3G в Европе, они используются менее чем на 50,0% своих возможностей.

Аналитики связывают непопулярность у пользователей систем 3G с завышенными тарифами на услуги этой связи. В успехе внедрения технологий 4G будет играть ценовая политика европейских Операторов связи. Далеко не все пользователи заинтересованы в услугах Интернет - большинству нужна обычная телефонная связь (речевые и текстовые сообщения). Учитывая проблемы 3G, существенное влияние технологий связи четвертого поколения 4G на рынок телекоммуникационных услуг в Европе станет заметным лишь к 2020 году.
Сейчас в США Оператор мобильной связи Nextel рассматривает возможность отказаться от 3G в пользу системы 4G компании Flarion.

Проверка жизнеспособности 4G охватит 150 базовых трансиверных станций BTS в крупнейших городах юга Америки. Испанская Telefonica не отказывается от внедрения сетей третьего поколения, а только ограничивает масштабы их применения для того, чтобы сконцентрироваться на "прыжке" через одно поколение.

На пути введения в эксплуатацию сетей 4G есть ряд проблем:

• Первая: на рынке практически нет мобильных абонентских устройств, обеспечивающих связь с системами четвертого поколения.
  

Мобильные телефоны поколения 4G, если бы и существовали, потребляли бы слишком много энергии и не могли бы долго работать на аккумуляторах (подобные проблемы есть и у мобильных телефонов поколения 3G).

• Вторая: скоростной доступ в Интернет и видеосервисы потребуют больших по размеру и более качественных дисплеев, чем те, которые встроены в мобильные телефоны сегодня.
  
• Третья: главная проблема - капиталовложения в развертывание сетей четвертого поколения должны быть намного больше, чем в технологии 2G и в системы 3G. Быстрая экономическая отдача от реализации проектов четвертого поколения 4G проблематична.
  

Производители предлагают объединить технологии 4G сетей сотовой связи и беспроводные широкополосные сети WMAN. В разных ситуациях пользователь будет иметь возможность выбирать наиболее подходящие способы подключения.

Но в любом случае в основном варианте использования 4G, технология

Wi-Fi получит сильного конкурента.

Новые возможности в передаче огромных объемов пакетов данных, которые предоставляются технологиями 4G, уже сейчас заставляют поставщиков мобильного оборудования задуматься о расширении своего бизнеса.

Если сегодня основным товаром на этом рынке являются мелодии и простенькие игры, то появление 4G сделает намного более актуальным мобильное телевидение - video-on-demand - VOD - "видео по запросу", "продвинутые" игры и т.п.

Благодаря 4G станут возможны мобильные видеоконференции (видеочаты) и сети подвижной связи PTP (P2P) - Peint-to-Point - двухточечный (точка-точка).

По прогнозам исследовательской компании Screen Digest, к 2011 году во всем мире будет 140,0 млн пользователей сервисов мобильного телевидения. Ежегодный совокупный доход этого рынка в Европе через пять лет достигнет 4,7 млрд. евро. Аналитики полагают, что потенциально сервисы мобильного ТВ могут приносить гораздо бóльшие доходы, чем игры и музыка для мобильных телефонов.
Объем рынка мобильных игр в настоящее время составляет порядка 1,6 млрд. евро, причем 50% из этой суммы приходится на Южную Корею и Японию.

К 2011 году этот рынок увеличится ненамного - до 2,0 млрд. евро. Причиной столь незначительного роста специалисты Screen Digest называют стремление Операторов сотовой связи сфокусироваться на музыкальных и телевизионных сервисах, а не на играх.

На рынке музыкального мобильного оборудования в течение следующих пяти лет, напротив, ожидается взрывной рост. Объем рынка в сравнении с 2007г увеличится в 8 раз и составит 1,5 млрд. евро. Одним из основных факторов роста станет доступность сервисов, которые предлагают пользователям не только аудиотреки, но и сопутствующие сервисы. В 2011 году большинство музыкальных композиций пользователи будут, как и сегодня, загружать в мобильные телефоны с персональных компьютеров.


Краткий итоговый обзор основных сетей сотовой связи


Изначально все абоненты обслуживались одной базовой трансиверной станцией станции BTS,что вызывало следующие проблемы:
- Ограничение передвижения в зоне действия базовой станции BTS.
- Затухание радиосигнала к периферии.
- С увеличением мощности базовой станции, возрастает вредное воздействие на человека, окружающую среду и создаются промышленные помехи, которые в свою очередь, ухудшают качество связи.
- Ограниченное число радиоканалов (узкий частотный диапазон) - не позволяет увеличивать число обслуживаемых абонентов.
- Большие и тяжелые мобильные станции MS (телефоны).
Для того чтобы устранить большинство недостатков такой системы необходимо:
- Увеличить количество базовых станций.
- Разделить территорию покрытия на зоны (ячейки, или соты).
- В центре каждой ячейки установить базовую станцию BTS.
- Мощность передатчиков MS и BTS уменьшить до минимальной величины, но достаточной для устойчивой связи между мобильной станцией и базовой станцией.
С увеличением числа BTS, появляются новые проблемы, т.к. называемые "мертвые зоны" или места перекрытия сигналов, для устранения которых используется гексагональная форма зон покрытия (ячеек, сот). В системе, которая использует в качестве геометрической формы ячеек равносторонний шестиугольник, нет зон перекрытия радиосигналов и пропусков участков покрытия - "мертвых" зон.
В шестиугольной сотовой структуре повтор одинаковых частот возможен через две ячейки, что решает проблему дефицита радиоканалов.
Используя семь несущих частот, можно покрыть зону обслуживания всей сети сотовой связи.
Радиус сот увеличивается к периферии от густо населенных центров, что позволяет экономить количеств базовых станций BTS, увеличивая их мощность.

Разделение сот, в зависимости от их зоны обслуживания:
- Пикосота - до 100,0м - дома, крупные офисные центры, выставки, магазины.
- Микросота - от 50,0м до 300,0м - города.
- Макросота - от 1,0км до 20,0км - пригороды крупных городов.

• Гиперсота - больше 20,0км - малонаселенная местность.
  Все базовые станции соединены с центром коммутации сотовой связи
  

(коммутатором). Коммутатор осуществляет связь с городской телефонной сетью, междугородными и международными линиями связи.
Основной принцип сотовой связи состоит в следующем: в мобильном телефоне сотовой связи встроен приемо-передатчик, который при переходе из одной соты в другую, перестраивается на частоту другой базовой станции, сигнал которой выше по уровню мощности. Это происходит, кода мобильный телефон включен, не зависимо от того, находится в рабочем режиме или режиме ожидания.

Таким образом, система всегда "знает" местоположение мобильной станции.


Множественный доступ и организация каналов в сети GSM.
Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сети GSM работают в диапазоне 900,0мГц, 1800,0мГц, 1900,0мГц.

Частотный диапазон, используемый для стандартов GSM900, GSM1800, разделяется на две полосы: нижняя полоса (от MS к BTS - исходящая линия связи) и верхняя полоса (от BTS к MS - нисходящая линия связи).

Физическое соединение обеспечивается двумя несущими частотами в верхней и нижней полосах и временным интервалом (стандарт TDMA - множественный доступ с разделением каналов).
Каналы передачи от мобильной станции MS к базовой станции BTS называются восходящими (исходящими), каналы передачи от базовой станции к мобидьной станции - нисходящими. Один частотный канал занимает полосу 200,0кГц.

Всего в полном диапазоне системы GSM 900 размещается 124 частотных канала, в системе GSM1800 - 374 частотных канала. В стандарте GSM применяется множественный доступ с временным разделением каналов TDMA. В стандарте TDMA каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими мобильными станциями пользователей, т.е. частотный канал предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени.

На одной несущей частоте можно организовать 8 временных интервалов.


Технолоия CSD - Circuit Switched Data - передача данных по коммутируемым каналам связи. Основные характеристики:

- При использовании CSD информация передается по одному выделенному радиоканалу.

- Скорость передачи данных - 9,6кбит/с.

- Зона CSD соответствует зоне GSM.

- Тарификация CSD-услуг зависит от времени занятия канала связи и не зависит от объема переданных или полученных данных.

- СSD-соединение надежно.

Технология WAP - Wireless Application Protocol - протокол беспроводных приложений

WAP - технология (стандарт) доступа к ресурсам Интернет посредством мобильного телефона, без дополнительных устройств: компьютера, модема.

WAP - Wireless Application Protocol - это стандарт, с помощью которого информация из Интернет передается на небольшой дисплей мобильного телефона. В этом заключается основное отличие технологии WAP от привычных методов доступа в Интернет, которые обеспечивают обмен информацией и просмотр Web-сайтов (протоколы HTTP и TCP/IP).

Стандарт WAP учитывает особенности мобильных станций MS, а также беспроводного доступа:

- малый объем памяти мобильной станции MS;

- малый размер дисплея мобильной станции, а также ограниченные возможности клавиатуры;

- низкую скорость процессора;

- низкую пропускную способность канала связи;

- возможные большие задержки в передаче данных.

Внедрение WAP позволяет оптимально использовать для доступа в Интернет мобильный телефон, однако влечет определенные изменения в структуре доступа пользователя к информации на сайтах в Интернет.


Большинство информации в Интернет хранится в виде файлов, написанных определенным образом на языке программирования HTML - Hyper Text Markup Language - язык гипертекстовой разметки - простой язык гипертекстового форматирования, в котором используются тэги - tag - признаки, определяющие тип данных.


Домашний компьютер с помощью модема загружает из Интернет (с различных Web-серверов - хранилищ информации) файлы.

Специальная программа, называемая браузером (Internet Explorer, и др.) расшифровывает эти файлы и переводит информацию из запрограммированного вида в обычное наглядное изображение на дисплее.
Место модема и компьютера в системах GSM занимают модем и специальный браузер, встроенный в мобильную станцию пользователя. Запрос с мобильной станции поступает в WAP-шлюз Оператора связи. Этот шлюз является "переводчиком" между мобильной станцией MS и обычным Web-сервером Интернет. Для осуществления обмена информацией используется специальный "беспроводный гипертекстовый язык" - WML. WAP-браузер расшифровывает и преобразует информацию из запрограммированного вида в изображение на дисплее мобильного телефона. WML позволяет использовать для оформления страниц текст и простейшую графику. Чтобы пользоваться WAP, необходимо иметь мобильный телефон с WAP-браузером, который позволит просматривать WAP-страницы. WAP-браузер имеют не все мобильные телефоны. Важно не только наличие WAP-браузера, но и его версия (модификация).

В настоящий момент их четыре: версия 1.0, 1.1, 1.2 и 2.0 . Версия 1.0. давно не используется, а WAP 1.2 и 2.0 используются во многих моделях мобильных станций MS. Для работы с WAP мобильные станции должны быть предварительно настроены, согласно требованиям Операторов связи.

Технология GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу

Для достижения высокой скорости передачи данных, а также изменения идеологии системы оплаты была разработана технология GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу.
Принцип ее работы заключен в названии. Весь объем информации, передаваемый пользователем, разбивается на пакеты, каждый из которых "становится в очередь на передачу". При освобождении каналов базовой трансиверной станции BTS мобильная станция MS начинает осуществлять передачу этих пакетов.

Мобильная станция может одновременно отслеживаться и, соответственно, обслуживаться несколькими базовыми станциями.

Маршрут любого из пакетов данных может быть различным.

Каждый пакет имеет адрес, где записан конечный пункт передачи пакета данных, поэтому на приеме вся информация собирается воедино.

В результате увеличивается скорость за счет одновременной передачи нескольких пакетов по разным маршрутам.
Благодаря тому, что "пакеты" данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи, введение GPRS будет способствовать более рациональному распределению радиочастотного ресурса.

Речевой трафик имеет безусловный приоритет перед передачей данных, поэтому скорость передачи информации (пакетов данных) определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и нагрузкой сети (трафиком).


Схемы кодирования.

Технология GPRS предусматривает использование четырех схем кодирования (Coding Schemes - CS - схемы кодирования): CS1, CS2, CS3, CS4. -CS1.

В режиме GPRS каждой мобильной станции MS может предоставляться от 1 до 8 временных интервалов.


Схемы кодирования определяют скорость передачи пакетов данных:
- при использовании CS1 скорость почти не отличается от скорости передачи

GSM 900 - 9,6кбит/с - в одном временном интервале (тайм-слоте), но при использовании всех 8 тайм-слотов - скорость достигнуть 72,4кбит/с;
- при использовании CS2 - соответственно: 13,4кбит/с и 107,2кбит/с;

- при использовании CS3 - соответственно: 15,6кбит/с и 124,8кбит/с;
- при использовании CS4 - соответственно: 21,4кбит/с и 171,2кбит/с;

Во время передачи пакетов данных ресурсы каналов связи могут выделяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация симметричного и асимметричного режимов передачи данных. Теоретически скорость передачи данных в GPRS-системе может достигать 171,2 (8х21,4)кбит/с - если применить схему кодирования CS4.

Сервис MMS

MMS - Multimedia Message Service - сервис мультимедиа сообщений - это сервис мультимедийных сообщений. Благодаря этой технологии, появляется возможность передавать и принимать на мобильный телефон текст, графику, музыку и видео.


ММS во многом напоминает SMS - Short Messaging Service - службу коротких сообщений, но в отличие от SMS обеспечивает обмен мультимедийными сообщениями.

Это означает, что отправляемый текст может быть, иллюстрирован рисунком или фотографией формата GIF и JPEG, снабжен аудиоклипы или видеоклипом MPEG4, MP3 и MIDI.
Любое мультимедийное сообщение состоит из одного или нескольких элементов, которые могут комбинироваться. Это может быть фотография, сопроводительный текст и аудиоклип с синхронным проигрыванием. Пользователь мобильного устройства может самостоятельно создавать мультимедийные сообщения, используя готовые шаблоны, или загружать фотоизображения из встроенной или подключенной цифровой камеры. Кроме того, видеоклипы и аудиоклипы, а также графические изображения с высоким разрешением могут быть загружены из специализированных WAP-сайтов.


MMS-сообщения можно посылать не только с мобильного телефона на другой мобильный телефон, но и по электронной почте в компьютер адрессата. Для этого вместо номера мобильного телефона получателя нужно ввести адрес его электронной почты.

Технология MMS представляет собой комплексное решение, которое состоит из поддерживающих передачу и прием мультимедийных сообщений мобильных станций MS, MMSC - Multimedia Messaging Service Center - центра обработки мультимедиа-сообщений и дополнительных мультимедия-приложений (новости, игры и т. д.). Мобильным терминалом может быть мобильный телефон, коммуникатор или подсоединенный к сети Оператора сети сотовой связи,

PDA - Personal Digital Assistant - персональный цифровой помощник (карманный компьютер).

Передача мультимедийных сообщений не зависит от каналов передачи данных и не ограничивается сетями стандартов GSM или

W-CDMA. Сообщение может передаваться по каналам CSD, GPRS и HSCSD (см. словарь) в сетях сотовой связи второго поколения 2G, в сетях, основанных на стандарте GPRS, и в сетях стандарта UMTS третьего поколения 3G.
Для обеспечения работы MMS в сеть добавляется новый элемент - MMSC - Multimedia Messaging Service Center - центр обработки мультимедиа-сообщений, именно с помощью этого элемента сети сообщения хранятся до момента их приема пользователем, кроме того, MMSC обеспечивает функционирование других услуг, например, электронной почты.
В сеть включаются специальные шлюзы, которые определяют тип телефона, принимающего MMS-сообщения. Если мобильный телефон не поддерживает технологию MMS, ему направляется простое SMS-собщение со ссылкой на адрес в Интернет, где можно увидеть MMS-сообщение. Это будет похоже на просмотр Интернет-открыток, так как пользователю приходит не само сообщение, а только ссылка на него. Практически любой мобильный телефон, в котором имеется

WAP-броузер, способен принимать MMS-сообщения, но это нельзя назвать встроенной поддержкой сервиса мультимедийных сообщений. При разработке технологии MMS изначально была предусмотрена возможность просмотра сообщений на дисплеях мобильных телефонов, не поддерживающих эту технологию. Это было сделано для того, чтобы не возник барьер между пользователями, у которых уже имеется и пока еще нет доступа к этой функции. Минимальным требованием для приема MMS-сообщения является наличие в телефоне WAP-броузера.

Сеть сама определяет, оснащен ли мобильный телефон полноценной поддержкой MMS. Если нет, то пользователю мобильного телефона придет обычное SMS-сообщение, содержащее номер отправителя, размер сообщения в килобайтах и ссылка на ресурс, где хранится это сообщение. Информация в сервере хранится в универсальной кодировке, которую "понимает" любое современное устройство.
Максимальный размер сообщения определяет Оператор сотовой связи.

С внедрением MMS необходимо быстро передавать большие объемы информации использование технологии высокоскоростной передачи данных GPRS. Без нее обмен мультимедийными сообщениями невозможен.
извне.


.

.

.

Технология EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции


EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции.
Впервые EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи - ETSI в начале 1997г в качестве эволюции существующего стандарта GSM. Однако разработки технологии велись параллельно в Европе (ETSI) и в США, где основные положения концепции EDGE стали фундаментом проекта стандарта UWC-136 - технологии построения системы третьго поколения 3G на базе широко используемого в США стандарта ^ IS-136 (D-AMPS).

Таким образом, EDGE внедряется не только в среде GSM, но также на рынке TDMA (IS-136) в США с применением тех же технических стандартов.

EDGE - стандарт пакетной передачи данных переходного этапа: от второго поколения (2G) к третьему поколению (3G) сетей сотовой связи. Он совместим с такими службами GSM, как GPRS.
Первый этап (phase I) развития технологии EDGE (стандарт 1999 г.) использует функции GPRS, позволяет обеспечить скорость передачи данных до 384,0кбит/с. Более высокие скорости передачи данных - до 2,048мбит/с, которые определены в документе МСЭ-Т: IMT-2000 для сетей поколения 3G, предполагается реализовать на втором этапе реализации стандарта EDGE, который должен предоставлять обслуживание в режиме реального времени (On-line), например передачу мультимедиа сообщений (текста, речи, звука и видео).
На первом этапе технология EDGE предусматривает организацию двух служб:

-усовершенствованной службы коммутации пакетов (EGPRS, Enhanced GPRS); - усовершенствованной службы коммутации каналов (ECSD, Enhanced Circuit Switched Data). 384,0кбит/с - это скорость передачи данных, которая поддерживается уже на первом этапе внедрения сетей сотовой связя третьего поколения 3G.

Технология EDGE может стать альтернативой для Операторов сетей сотовой связи GSM, которые по каким либо причинам, например, не получат лицензию на функционирование сетей сотовой связи третьего поколения.

I-MODE - служба мобильного доступа в Интернет