Повышение скорости передачи данных в системах связи третьего поколения

Системы связи первого и второго поколений были первоначально разработаны для передачи голоса, возможности передачи данных были ограничены. В беспроводных системах плюс ко всему этому также была предусмотрена возможность ваысокоскоростной передачи данных.

Глобальная система мобильной связи GSM имеет тенденцию поиска современных, удобных для абонентов решений, способных удовлетворить технические требования 21-го века и мобильных услуг третьего поколения. Когда GSM только что возникла, никто не смог бы предугадать огромного роста интернета и последующего спроса на мультимедийные услуги. Эти события поставили перед GSM ряд новых технических требований. Для операторов мобильной связи стандарта GSM задачей первостепенной важности становится теперь не развитие и продвижение мобильной передачи данных, а повышение скорости, качества, простоты, зоны покрытия и надежности инструментов и услуг, что поможет увеличить рыночный спрос.

Люди всё чаще хотят иметь доступ к нужной им информации и услугам в любое время и в любом месте. Система GSM предоставляет им такую возможность. Сочетание доступа ко всемирной сети и веб-браузеров, и весь диапазон мультимедийных возможностей мобильной связи – основной двигатель развития технологий более высокоскоростной передачи данных.

Операторы мобильной связи стандарта GSM могут использовать две не исключающие друг друга возможности для перехода к широкополосным мультимедийным услугам третьего поколения: (1) они могут использовать пакетную радиосвязь общего назначения (GPRS) и систему ускоренной беспроводной передачи данных (EDGE), известной также как 2,5 поколение, в существующем спектре радиочастот и в небольшой степени в новом спектре; или (2) они могут использовать широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов/универсальную систему мобильной связи – WCDMA/UMTS для передачи данных на новой частоте 2 ГГц. Оба подхода обладают достаточной степенью инвестиционной подвижности, так как динамика процесса соответствует рыночным требованиям и распространено повторное использование существующего сетевого оборудования и радиосайтов.

Первый шаг для увеличения скорости передачи данных в системах GSM – использование HSCSD – технологии высокоскоростной передачи данных с коммутацией каналов. Технология HSCSD – черта, которая делает возможным совместное расположение каналов передачи связи с полной скоростью (TCH/F) GSM в конфигурации HSCSD. Цель HSCSD – обеспечить разнообразные услуги с использованием одного физического уровня. Возможности HSCSD в несколько раз превосходят возможности TCH/F, что приводит к значительному увеличению скорости передачи данных.

Передача данных в основной поток происходит на более высокой скорости 14,4 кбит/с на временной интервал, а протоколы HSCSD приближают скорость кабельной передачи данных к 57,6 кбит/с посредством использования множественных временных интервалов в14,4 кбит/с. Рост с текущей базовой скорости 9,6 кбит/с до 14,4 кбит/с происходит из-за номинального снижения потерь при коррекции ошибок в протоколе радиосвязи GSM, что обеспечивает повышение скорости передачи данных.

Следующая фаза в схеме развития высокоскоростной передачи данных – эволюция существующей службы коротких посланий (SMS), такой, как быстрые послания и неструктурированные дополнительные сервисные данные, в направлении использования новой GPRS, пакетной связи с использованием новых технологий TCP/IP протокола управления передачей/интернет-протокола и протокола Х.25 для передачи данных со скоростью 115,2 кбит/с. GPRS была стандартизирована для оптимальной поддержки широкого спектра применений от передачи среднего объема данных до большого объёма на очень высокой частоте. Услуги GPRS совершенствуются для уменьшения времени установления соединения и оптимального использования радиоресурсов. GPRS обеспечивает пакетную радиосвязь для GSM, через неё могут мультиплексироваться пакеты данных с нескольких станций мобильной связи.

Подобная эволюционная стратегия, также с использованием GPRS, была разработана для DAMPS (IS-136) - цифровой модификации стандарта усовершенствованной службы мобильной телефонной связи. Для операторов, планирующих предложить абонентам высокоскоростные мультимедийные услуги, движение к пакетной передаче данных GPRS очень важно, так как это относительно маленький шаг в сравнении с построением совершенно новой сети третьего поколения. Использование сетевой структуры GPRS для услуг пакетной передачи данных в соответствии с IS-136 делает возможным роуминг данных в сетях системы GSM по всему миру там, где поддерживается GPRS и её модификации. Пакетная связь стандарта IS-136 известна как GPRS-136. GPRS-136 обеспечивает такие же возможности, как и GPRS стандарта GSM. Абоненты могут иметь доступ к сетям данных на базе протоколов Х.25 или IP.

GPRS предусматривает базовую сетевую платформу для нынешних операторов GSM не только для расширения рынка беспроводной передачи данных в преддверии услуг третьего поколения, но также и платформу, на которой можно использовать частоты универсальной системы мобильной связи UMTS.

GPRS значительно увеличивает диапазон услуг GSM путем соединений для сквозной пакетной передачи данных. Это особенно полезно для трафика интернета/интранета, при котором интенсивная передача данных в течение короткого периода времени сменяется длительными периодами неактивности. Так как не приходится устанавливать сквозное соединение, наладка вызова GPRS происходит практически мгновенно и пользователи постоянно могут быть на связи. Абоненты также выигрывают от оплаты действительного трафика, а не времени соединения.

Так как GPRS не требует предназначенного исключительно для него сквозного соединения, она использует только сетевые ресурсы и ширину спектра при передаче данных. Это означает, что данная ширина радиоспектра может быть эффективно использована одновременно многими пользователями.

Важность технологии EDGE (также называемой системой 2,5 поколения) для нынешних операторов связи стандарта GSM в том, что она увеличивает скорость передачи данных до 384 кбит/с, а в благоприятной высококачественной радиосреде, использующей текущий спектр GSM и несущие структуры наиболее эффективно, и более того. Технология EDGE будет одновременно и дополнением, и альтернативой новой технологии WCDMA. EDGE также выполнит функцию объединения GSM, DAMPS и WCDMA посредством использования двухрежимных терминалов.

Операторы связи GSM, получившие лицензия на новую частоту спектра 2 ГГц, получат возможность введения новой технологии широкополосной передачи данных UMTSв районах, где спрос на неё будет наибольшим. Двухрежимные терминалы EDGE/UMTS обеспечат полноценный роуминг и переадресацию вызовов с одной системы на другую, с преобразованием данных между двумя системами. EDGE будет способствовать коммерческому успеху систем третьего поколения на ранних фазах их внедрения, гарантируя при этом абонентам UMTS полноценный роуминг и работу в глобальной сети

В то время как EDGE и GPRS и требуют обновления функциональных возможностей сети GSM для работы с новыми типами внешних сетей с коммутацией пакетов данных, они в значительной степени являются расширенными возможностями GSM. Движение в направлении создания базовой сети GSM/UMTS будет также являться расширением возможностей данной сети.

EDGE обеспечивает операторам GSM вне зависимости от того, есть ли у них лицензия на связь третьего поколения, коммерчески выгодное решение для развития рынка широкополосных мультимедийных услуг. Использование знакомого интерфейса Интернета и прогрессивного роста скорости передачи данных уничтожит некоторые барьеры широкомасштабного спроса на услуги беспроводной передачи данных. Движение к услугам системы третьего поколения будет эволюцией сегодняшних услуг передачи данных в системе GSM с использование GPRS и EDGE. В таблице 1.1 сравниваются услуги передачи данных GSM.

Таблица 1.1 Сравнение услуг передачи данных системы GSM.

Тип услуги	Единица данных	Макс. поддерживаемая скрость передачи данных	Технология	Используемые ресурсы
Короткие послания (SMS)	Один 140- октетный пакет	9 бит/с	симплексная схема	SDCCH or SACCH
Передача данных с коммутацией каналов	30-октетные блоки	9.6 кбит/с	дуплексная схема	TCH
HSCSD	192-октетные блоки	115 кбит/с	дуплексная схема	1-8 TCH
GPRS	1600-октетные блоки	115 kbps	Коммутация пакетов вирутального канала	PDCH (1-8 TCH)
EDGE (2.5G)	различные	384 кбит/с	Виртуальный канал/ коммутация пакетов	1-8 TCH

Примечание: SDCCH: автономный выделенный канал управления; SACCH: контрольный канал медленного соединения; TCH: информационный канал; PDCH: канал коммутации пакетов данных (все относятся к логическим каналам связи GSM)

Использование технологии CDMAначалось в США с появлением стандарта IS-95 в 1990 г. Стандарт IS-95 был разработан для улучшения качества передачи голоса и работы с другими спектрами (IS-95A), а также для обеспечения повышения скорости передачи данных (до 115,2 кбит/с) (IS-95В).Для дальнейшего улучшения эффективности передачи голоса и обеспечения еще более высокой скорости передачи данных для услуг передачи данных с коммутацией пакетов и каналов, в промышленности был разработан новый стандарт cdma2000 в 2000 г. Так как концепция беспроводного Интернета потихоньку вживается в реальность, потребность в системе эффективной высокоскоростной передачи данных возрастает. Высокоскоростная передача данных HDR технологии CDMA была разработана компанией Qualcomm. Разработка системы CDMA-HDR (теперь называемая 3G 1X EV-DO (улучшенная версия передачи данных 1Х)) увеличивает пропускную способность системы посредством использования обратной связи для оценки скоростного канала, разветвления сдвоенной принимающей антенны и алгоритмов планирования с использованием преимуществ разветвлённой сети пользователей. Система 3G 1X EV-DO значительно улучшила структуру нисходящей спутниковой линии связи, включив адаптивную модуляцию с 8-позиционной фазовой манипуляцией и 16-позиционной квадратурно-амплитудной манипуляцией (QAM), алгоритмы автоматического запроса повторной передачи (ARQ) и турбокодирование. С этими улучшениями, система 3G 1X EV-DO может передавать данные на настолько высокой скорости, как 2,4 Мбит/с, реалистичная скорость нисходящей спутниковой передачи отдельным пользователям при этом составит 0,5-1 Мбит/с. Конструкция восходящей линии аналогична cdma2000. Недавно ассоциацией TIA был завершён стандарт 3G 1X EV-Data and Voice (данные и голос), коммерческие производители оборудования в настоящее время готовятся к его внедрению. Система 3G 1X EV-DV может передавать и данные, и голос на одной несущей, была зафиксирована максимальная нисходящая скорость передачи данных 3,09 Мбит/с.

В качестве альтернативы компанией Сименс и китайским правительством была разработана система TD-SCDMA (синхронный вариант CDMA с временным мультиплексированием). В TD-SCDMA используется адаптивная модуляция с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK) и 8-позиционная фазовая манипуляция, а также турбокодирование для получения скорости передачи данных по нисходящей линии связи до 2 Мбит/с. В TD-SCDMA используется временное мультиплексирование 1,6 МГц (TDD), в то время как в cdma2000 применяется частотное дуплексирование несущей 2 Х 1,25 МГц (FDD) (всего 2,5 МГц). Временное мультиплексирование позволяет TD-SCDMA задействовать меньшую ширину спектра для применения любых технологий третьего поколения.