Сотовая связь

Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций, малогабаритных мобильных станций (сотовых радио-телефонов) и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).

Сотовая связь первого поколения (1G). Стандарты первого поколения сотовой связи (1G) - это стандарты аналоговой мобильной связи NMT (Nordic Mobile Telephone), AMPS (Advanced Mobil Phone Service), TACS (Total Access Communication System) которые были введены в эксплуатацию в начале 80 годов. В этих сетях используется технология передачи данных с коммутацией каналов.

Стандарты второго поколения (2G) - это цифровые каналы связи: GSM (Global System for Mobile Communications) и CDMA (Code Division Mutiple Access), которые появились в начале 90 годов. GSM- это базовый стандарт цифровой мобильной связи. В базовом стандарте GSM, используют технологию передачи данных с коммутацией каналов (Circuit Switched Data - CSD, называемую GSM Data) или доступ с временным разделением каналов по технологии TDMA (Time Division Multiple Access). Транспортные сети сотовой связи основаны на технологиях SDH/SONET или ATM.

Рис. 4 Структурная схема сети мобильной связи по радиоканалу GSM

Сотовая телефония (с первого – 1G по третье поколение 3 G включительно) для передачи голоса использует технологию коммутации каналов. Cети GSM изначально не были приспособлены для передачи данных.

Стандарты второго с половиной поколения (2,5G). В сотовой связи 2,5G сеть стандарта GSM обеспечивает поддержку пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service). Таким образом, к первоначальной архитектуре GSM был добавлен структурный элемент — GPRS Core Network для доступа в Интернет. GPRS — это надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных.

Рис. 5. Структурная схема сети сотовой связи 2,5G

SGSN (Serving GPRS Support Node) — узел обслуживания GPRS. Технология GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Kbps. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет.

Стандарты третьего поколения (2,75G). EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) - цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G (GPRS) сетями. Эта технология работает в TDMA и GSM сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD - ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD, EHSCSD - по каналу HSCSD, и EGPRS - по каналу GPRS. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.

Все цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access - TDMA).

Стандарты третьего поколения (3G). Стандарт системы сотовой связи 3го поколения основан на методе множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access— CDMA). Сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, приёмник, настроенный на аналогичный код, может выделить из передаваемых радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику.

В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (или W-CDMA) и CDMA2000. UMTS распространён в основном в Европе, CDMA2000 — в Азии и США.

UMTS - это стандарт мобильных сетей связи третьего поколения (сетей 3G), в основе которого применяется широкополосная технология передачи данных W-CDMA с кодовым разделением канала. UMTS использует инфраструктуру сети GSM, однако при этом сеть радиодоступа на основе UMTS абсолютно другая и состоит из иных компонентов.

UMTS также часто называют 3GSM с целью подчеркнуть принадлежность технологии к сетям третьего поколения 3G и его преемственность в разработках от сетей стандарта GSM.

Опорная сеть мобильной связи 3го поколения делится на сеть с коммутацией каналов (Channels Switching, о ней мы говорили выше) и сеть с коммутацией пакетов (Packets Switching).

Сеть радиодоступа структурно повторяет систему базовых станций стандарта GSM, но состоит из других компонентов (NodeB — базовой станции и RNC - Контроллера радиосети). Поэтому для осуществления покрытия территорий этой сетью, операторам сотовой связи приходится заново проектировать и вводить в эксплуатацию сеть радиодоступа (параллельно с системой BSS).

Рис. 6. Структурная схема сети сотовой связи 3G

Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с.

В декабре 2006 компания «Телесистемы Украины» объявила о запуске с января 2007 года сети 3G «PeopleNet» стандарта CDMA2000 1xev-do (стандарт США).

Июль 2007 года – компания «МТС Украина» (ЗАО “Украинская Мобильная Связь”) запускает 3G сеть высокоскоростного беспроводного интернет на базе технологии CDMA-450 rev a.

1 ноября 2007 государственное предприятие “Укртелеком» запустил сеть мобильной связи 3G под брендом «Utel». Сеть «Utel» работает в стандарте UMTS 2100 с надстройкой HSDPA (3,5G).

Поколение 3,5G мобильной связи и его стандарт. HSDPA (англ. High-speed downlink packet access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) — стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующих сетях — около 3 Мбит/сек.

Стандарты четвертого поколения (4G). В 2010 году ITU (международный союз электросвязи) признал технологии LTE и WiMAX стандартами 4G. LTE (Long Term Evolution — что можно перевести как «долгосрочная эволюция»). Достоинства LTE перед WiMAX как эволюционный путь развития сетей сотовой связи: GSM/CDMA/UMTS. Основой стандарта является коммутация пакетов по протоколу IP.

В настоящее время технология LTE стремительно развивается, так как стала результатом эволюции стандарта 3G – UMTS. Но сети WiMax уже развернуты, эта технология развилась намного быстрее, и скорей всего, будет использоваться до полного перехода на сети LTE. Далее технологии WiMAX отводится роль широкополосного беспроводного доступа

При передаче сигнала стандарт LTE использует технологию кодирования и передачи данных - OFDM-MIMO. OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) — ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием. MIMO (Multiple Input Multiple Output) — технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами. Передающие и приёмные антенны разнесены настолько, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.

Архитектура сети LTE

В сетях LTE главенствует принцип all-IP и коммутация пакетов. Сеть LTE состоит из двух важнейших компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети SAE (System Architecture Evolution) или EPC (Evolved Packet Core Network ­ Развитая сеть ядра пакета). (Рис. 7)

Рис. 7. Структурная схема сети сотовой связи LTE (4G)

Обмен данными в сети EPC происходит только по IP протоколу с коммутацией пакетов, что существенно отличает сеть LTE от сетей предыдущих поколений, в которых использовалась коммутация каналов между отдельными элементами. В данную сеть входят элементы, отвечающие за управление, маршрутизацию, коммутацию и хранение различных данных.

Сеть радиодоступа E-UTRAN, состоящая из базовых станций (eNodeB) берет на себя функции радиоинтерфейса и является связующим звеном между пользовательскими терминалами(UE) и сетью EPC. Основной особенностью, отличающей сеть LTE от сетей других поколений, является то, что базовые станции eNodeB могут обмениваться между собой информацией и осуществлять функции управления. В отличие от стандарта GSM, где подсистема базовых станций BSS состояла из базового приемопередатчика BTS и контроллера базовых станций BSC в сети LTE в одном элементе eNodeB объединены функции передатчика и контроллера.

В сети LTE существует два вида трафика: передача пользовательских данных(UP – User Plane) и передача сигнальной информации(CP – Control Plane). На рис.7 они обозначены сплошной и пунктирной линиями соответственно.

Технологию передачи голоса внутри сети LTE (VoLTE) на основе IMS разработала GSM-Ассоциация (GSMA). Пока VoLTE реально нигде не реализована, хотя намерение ее внедрять высказали ряд операторов. Проблема VoLTE в том, что эту технологию имеет смысл вводить только при наличии обширного покрытия и многочисленной абонентской базы.

Скорости передачи данных в LTE. Теоретическая скорость передачи данных — 326,4 Мбит/с на приём, и 172,8 Мбит/с на отдачу.

Дата добавления: 2014-01-20