Методическое пособие - Сети 3G _UMTS - Final.doc

Департамент абонентского обслуживания

Методическое пособие

«Сети 3G (UMTS)»

Для _____________________

2008 г.

Методическое пособие «Сети 3G (UMTS)»

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение в UMTS..........................................................................................41.1. История возникновения UMTS............................................................41.2. Эволюционный процесс развития UMTS. Релизы UMTS..............71.3. Базовые принципы UMTS..................................................................111.4. Частотные диапазоны для работы UMTS.......................................142. Принципы работы сетей UMTS................................................................172.1. Кодовое разделение каналов............................................................182.2. Основы работы широкополосных систем......................................202.3. Принципы кодирования информации.............................................222.4. Режимы FDD и TDD..............................................................................242.5. Управление мощностью.....................................................................252.6. Полумягкий (softer) и мягкий (soft) хэндоверы...........................282.7. AMR.........................................................................................................302.8. Качество обслуживания QoS в сетях UMTS....................................322.8.1. Определение понятия «Качество обслуживания (QoS)»..............322.8.2. Классы QoS UMTS................................................................................342.8.3. Механизмы обеспечения QoS...........................................................352.9. Итоги.......................................................................................................363. Архитектура сети........................................................................................393.1. Абонентское оборудование...............................................................403.1.2 Мобильное оборудование..................................................................413.1.2 USIM-карта.............................................................................................423.2. Сеть радиодоступа UMTS (UTRAN)...................................................433.2.1. Node B - Базовая станция UMTS.......................................................443.2.2. RNC – Контроллер радиосети............................................................453.3. Базовая сеть (Core Network)..............................................................493.3.1. Центр коммутации подвижной связи/Шлюзовой центр коммутации подвижной связи (MSC/GMSC).......................................................493.3.2. Шлюз среды (MGW).............................................................................503.3.3. Шлюз сигнализации (SGW)................................................................503.3.4. Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)...........................503.3.5. Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)......................................513.3.6. Домашний регистр (HLR)....................................................................513.3.7. Сервер абонентов домашней сети (HSS)........................................513.3.8. Гостевой регистр (VLR).......................................................................523.3.9. Центр аутентификации (AuC).............................................................523.3.10. Регистр идентификации оборудования (EIR).................................523.3.11. Подсистема IP-мультимедиа (IMS)....................................................534. Услуги в сетях UMTS..................................................................................574.1. Группы услуг.........................................................................................594.2. Виртуальная домашняя среда (VHE)................................................644.3. CAMEL....................................................................................................654.4. MExE.......................................................................................................66Глоссарий..................................................................................................................68

Версия от 23/12/07 2


Вопросы для самопроверки..................................................................................72



1. Введение в UMTS.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) – универсальная система мобильной связи. Это стандарт сотовой связи 3G предложенный европейскими компаниями: операторами и производителями, входящий в семейство стандартов сетей 3G одобренных ITU (Международным союзом электросвязи).

1.1. История возникновения UMTS

Работы по созданию систем мобильной связи 3G проводились ITU более 15 лет. Первые шаги были сделаны еще в 1986 году. Существование большого числа разобщенных мобильных сетей на фоне общей тенденции стран к экономической интеграции, требовало создание единого стандарта, способного обеспечить абонентам свободу перемещения и сохранение обслуживания в любой сети вне зависимости от места ее развертывания. Это обстоятельство послужило поводом для разработки концепции единого стандарта под названием «Перспективная сухопутная мобильная телекоммуникационная система общего пользования» – FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications System). По мере изучения и осмысления концепции единого стандарта сотовой связи начали вырисовываться и первые базовые принципы построения сетей третьего поколения.

В 1988 году управление процессом разработки последователя GSM взял на себя только что образованный ETSI (Европейский институт телекоммуникационных стандартов). Для европейских политиков, завидующих буму в области ИТ в США и странах Тихоокеанского региона, эта разработка становилась задачей номер один. В Европе сети нового поколения стали называть UMTS.

В продолжении второй половины 80-х и до середины 90-х были организованны первые исследовательские проекты, тестовые зоны и созданы опытные образцы оборудования мобильной связи нового поколения. Среди них можно назвать RACE 1, RACE2 ACTS, FAMOUS, CODIT, ATDMA и FRAMES. Особенно важное значение имели разработки CODIT (Code Division Testbed – Испытательная Лаборатория Кодового Разделения) и ATDMA (Advanced Time Division Multiple Access - Современное Временное Разделение с Множественным Доступом). В этих проектах исследовались широкополосные технологии радиодоступа CDMA (Code Division Multiple Access - Множественный Доступ с Кодовым Разделением) и TDMA (Time Division Multiple Access - Множественный Доступ с Разделением по Времени) как самые многообещающие для 3G. Обе они оставались в стадии изучения до 1998 года.

В рамках подготовки нового стандарта рассматривалось несколько базовых технологий и концепций – одна из них UMTS. Конкретная задача разработки нового стандарта связи для мобильных систем 3-го поколения UMTS была сформулирована ETSI в 1993 году.

В 1994 г. Европейская Комиссия определила важнейшие принципы построения перспективной общеевропейской инфраструктуры систем мобильной и персональной связи. Эти требования изложены в Зеленой книге (Green Paper on Mobile and Personal Communications – Зеленая Книга по Мобильной и Персональной Связи) - программном документе, определившем общеевропейское движение к системам третьего поколения.

Изменение взглядов ITU на концепцию развития мобильной связи затем нашло отражение в названии, которое было изменено в 1996 г. с FPLMTS на IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - Международные Мобильные Телекоммуникации). Новое название подчеркивало глобальный характер нового стандарта и ориентировочное время его появления - 2000 год. Концепция создания сетей связи третьего поколения IMT-2000 разработана с целью формирования единого общемирового информационного пространства.

Однако уже в середине 90-х стало понятно, что единого стандарта для сетей 3G не будет. В результате в качестве возможных стандартов сетей 3G было выбрано несколько вариантов, и UMTS оказался одним из них.



Для объединения усилий всех заинтересованных в развитии UMTS сторон в 1996 г. был образован UMTS Forum (Форум UMTS) - широкий по своим функциям международный координирующий орган, определяющий политику в области мобильной и персональной связи. Основной сферой его деятельности стала выработка согласованных решений по стандартизации UMTS и регулированию радиочастотных ресурсов. Форум создан и работает на добровольных началах, решения и рекомендации форума не являются обязательными для администраций связи и операторов

В 1998 году ITU объявил открытый конкурс на технологические проекты 3G и получил 15 предложений. Десять из них относились к наземным сотовым системам (шесть из них относились к технологии WCDMA в той или иной степени) и пять - к спутниковым системам. Из этих проектов выделились две наиболее предпочтительные. Предложенный ETSI и поддерживаемый Японией и ЕС проект UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access – Наземная Сеть Радио доступа UMTS) и выдвинутый американскими разработчиками проект, получивший название cdma2000 - развитие стандарта cdmaOne IS-95, широко распространенного в Северной Америке и Азии.

Так как технология WCDMA как технологический подход встречался в разных предложениях для координации усилий по разработке и продвижению этой технологии в декабре 1998 года был создан консорциум 3GPP (3rd Generation Partnership Project - Проект Партнерства 3-го Поколения) в рамках работы проекта IMT-2000. В этом консорциуме собрались компании и организации, заинтересованные в выработке спецификаций для мобильной телефонии третьего поколения стандарта UMTS на базе технологии WCDMA. Родоначальниками 3GPP были следующие организации: European Telecommunications Standards Institute (ETSI), Association of Radio Industries and Businesses/Telecommunication Technology Committee (ARIB/TTC) (Япония), Alliance for Telecommunications Industry Solutions (Северная Америка) и Telecommunications Technology Association (Южная Корея). Чуть позже к ним присоединилась China Communications Standards Association.

Помимо 3GPP существует консорциум 3rd Generation Partnership Project 2 (3GPP2), который выполняет такие же функции, но для разработки стандарта CDMA2000.



Рис. 1 Взаимодействие разных организаций при разработке стандарта UMTS

На заседании ETSI 28-29 января 1998 г. были выработаны общие принципиальные решения по созданию и применению нового стандарта UTRA, которые и определили его основное функциональное наполнение и архитектуру сети:

стандарт UTRA должен способствовать развитию GSM как усовершенствованной технологии, которая будет использоваться совместно с UTRA на первых этапах внедрения UMTS;

стандарт UTRA должен поддерживать и укреплять позиции UMTS как ведущей составляющей в семействе стандартов IМТ-2000.

в составе UTRA технология WCDMA должна применяться для парных частотных полос в режиме FDD (Frequency Division Duplex - Частотный Дуплексный Разнос);

в составе UTRA технология TD-CDMA должна применяться для непарных частотных полос в режиме TDD (Time Division Duplex - Временной Дуплексный Разнос);

мобильные терминалы UMTS должны работать в двух режимах FDD/TDD, обеспечивать низкую стоимость и совместимость с GSM технологией;

технология UTRA должна быть работоспособной как в малых спектральных полосах 2х5 МГц, так и в широких спектральных интервалах, обеспечивая в полном объеме новые мобильные мультимедийные применения.

Часть базовых подходов для UTRA – интеграция с GSM, реализация архитектуры UMTS и работа с широкой спектральной полосой - были реализованы, часть – режим TDD – нет (о режимах FDD и TDD будет сказано далее).



В начале 2000 года ITU принял окончательное решение по вопросу выбора стандарта для сетей 3G – было одобрено пять разных стандартов сотовой связи базирующихся на разных технологиях.

В итоге согласно стандартам принятым ITU вне зависимости от технической реализации, под мобильной связью третьего поколения понимается сеть, обеспечивающая следующие скорости передачи данных на первом этапе развертывания:

до 2,048 Мбит/с для обслуживания стационарных и передвигающихся со скоростью менее 3 км/ч абонентов);

до 384 кбит/с при низкой мобильности (скорость от 3 до 12 км/ч) и локальной зоне покрытия;

до 144 кбит/с при высокой мобильности (скорость от 12 до 120 км/час) и широкой зоне покрытия;

до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии.

Рис. 2 Процесс стандартизации 3G в ITU (заключительная фаза)

Первые лицензии 3G - на базе WCDMA - в 1999 году выдало правительство Финляндии, за которой в 2000-2001 годах последовали другие страны.

1.2. Эволюционный процесс развития UMTS. Релизы UMTS

Гигантские размеры и охват мировой индустрии сотовой связи означают, что в процесс вовлечено огромное число разработчиков, поэтому первостепенную важность имеет гарантия открытости и совместимости стандартов. В предыдущей главе уже было рассказано, как сложно проходил процесс согласования и принятия стандартов для сетей 3G.

Сети UMTS это огромный комплекс программного и аппаратного обеспечения. Разработать идеальную всеобъемлющую спецификацию на всю систему не представляется возможным. Кроме того технологии продолжают свое развитие и возникают все новые и новые дополнения для реализации в составе системы UMTS.

Таким образом, развитие UMTS это эволюционный процесс и проходит постепенно. Выбирается ряд вопросов и предложения для внедрения в систему на каждом из этапов



процесса разработки. Спецификации открыты для изучения всеми участниками индустрии. Пусть на достижение консенсуса требуется длительное время, его результаты - открытые стандарты - стали главным условием успеха многих мировых технологий, таких как GSM.

Развитие UMTS разбито на этапы и результатом каждого из этапов является принятие соответствующей финального набора спецификаций. Такой набор спецификации называется релизом (Release). Каждый новый релиз UMTS вносит дополнения к предыдущим релизам. Координирует работу по подготовке релизов 3GPP.

Параллельно с процессом принятия окончательного решения по выбору стандартов для 3G в ITU в 2000 году, производители готовили набор пригодных к практическому применению спецификаций на оборудование UMTS.

В 2000 году, когда завершился необходимый длительный процесс достижения индустрией консенсуса, вышла спецификация 3GPP Release 99. И только после этого компании производители смогли приступить выпуску стандартного, совместимого оборудования UMTS.

3GPP Release 99 включает все, что необходимо для внедрения коммерческих сетей 3G. Совместимое с ним оборудование составляет основу базовой функциональности 3G, которая расширяется релизами 4, 5, 6, 7 и 8. Это позволяет UMTS развиваться достаточно быстрыми темпами. Каждый релиз, совместимый с предыдущими, создает платформу для внедрения операторами еще более инновационных услуг.

Release 99 был назван так по году, когда планировалось его принятие (реально он был принят в 2000). После Release 99, релизы перестали именовать по годам планируемого принятия, так очень часто возникали задержки, и год в названии релиза не совпадал с реальной датой одобрения этого набора спецификаций.

Таблица 1. Релизы UMTS

GSM Release UMTS Release АббревиатураДата принятия(для непринятых документов планируемая дата)

Phase 2+ Release 8 Release 8Rel-8 2009

Phase 2+ Release 7 Release 7Rel-7

Стадия 1 - сентябрь 2005Стадия 2 - сентябрь 2006Стадия 3 - сентябрь 2007

Phase 2+ Release 6 Release 6 Rel-6 декабрь 2004 - март 2005

Phase 2+ Release 5 Release 5 Rel-5 март - июнь 2002

Phase 2+ Release 4 Release 4 Rel-4 март 2001

Phase 2+ Release 1999

Release 1999 R99 март 2000


- R98 начало 1999





Phase 2 - Ph2 1995

Phase 1 - Ph1 1992



Именно в Release 99 был представлен первый полный набор спецификаций, который предоставил компаниям производителям согласованный набор стандартов для создания аппаратного и программного обеспечения сетей UMTS.

3GPP Release 99 это базовый стандарт UTRA описывающий оба режима передачи данных с разделением по частоте FDD и по времени TDD. Он включает поддержку технологии ATM в качестве транспорта, CAMEL phase 3 (позволяет абонентам обращаться ко всему пакету своих IN-услуг даже при роуминге в зарубежной сети см. Главу 3); открытую архитектуру услуг, что позволяет взаимодействовать оборудованию от разных поставщиков; услуги, зависящие от местонахождения; и новый голосовой кодек AMR для сетей UMTS/GSM (позволяет улучшить качество речи см. Главу 2).

3GPP Release 4 (прежнее обозначение Release 2000) принят в марте 2001 года. Основная функциональная нагрузка этого релиза описание и спецификация All-IP базовой сети (CN, Core Network – базовая сеть) UMTS. All-IP сеть подразумевает строительство разнообразных узлов и сетевых подсистем базовой сети на основе протокола IP и передачу голоса в виде VoIP (Voice over IP – Голос по IP). Последнее означает, что голос от трубки к трубке будет передаваться не по сети с коммутацией каналов, а по IP-сети. Release 4 вводит понятие распределенной архитектуры базовой сети:

Шлюз среды (MGW – Media Gateway) – узел, которые по командам из MSC-S коммутирует абонентский трафик и обеспечивает дополнительные функции необходимые для работы с трафиком – генераторы звуковых сигналов (то что слышит абонент в качестве служебных сигналов в трубке – «вызов», «занято» и т.д.), эхо подавители, автоответчики.

Сервер центра коммутации подвижной связи (MSC-S – Mobile Switching Center Server) в виде гибкого программного коммутатора («soft-switch») – управляющая часть коммутационной системы выполненная в виде отдельного узла, «мозг» который отвечает за маршрутизацию вызова и выдает команды на соединение в MGW.

шлюз сигнализации (SGW – Signaling Gateway) – узел который преобразует разные типы сигнализации для существующих сетей и сетей нового поколения.

Подобная архитектура позволит логически разделять пользовательские данные и сигнализацию. Ранее система коммутации представляла монолитную архитектуру, на смену ему идет более гибкая архитектура, в которой за установление и управление звонком отвечает MSC-S, а непосредственно с трафиком работает MGW. Подобный подход позволяет более гибко строить сеть, наращивать емкость сети именно в тех узлах, где она наиболее необходима и разделить жизненный цикл узлов (т. е. модернизацию MSC-S и MGW можно делать независимо, в разное время в разных объемах).

3GPP Release 5 был принят в марте 2002 года и вводит ряд новых услуг. Основные дополнения этого релиза:

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA - Высокоскоростная Пакетная Передача Данных). Технология для сетей UMTS максимальная теоретическая скорость передачи данных 14,4 Мб/с от базовой станции к абоненту.

Радиосеть с IP-ядром (в предыдущем релизе IP ядро применялось только к базовой сети);

поддержка SIP (Session Initiation Protocol — Протокол установления сессии). Протокол прикладного уровня для установки, изменения и завершения пользовательского IP сеанса, включающего мультимедийные элементы, такие как видео или голос, мгновенные сообщения (instant messaging), он-лайн игры;

полностью гарантированное качество обслуживания QoS (о QoS будет сказано подробнее далее);

мультимедийные услуги на базе IMS (IP Multimedia Subsystem – Мультимедийная IP Подсистема) IMS была разработана рабочей группой 3GPP, как часть работ по



стандартизации 3G-сетей и представляет собой универсальную, стандартную архитектуру для построения разнообразных мультимедийных услуг в сети UMTS. Внедрение IMS позволяет разработчикам приложений и услуг легче и быстрее внедрять их на сети UMTS (см. Главу 4);

мгновенный обмен сообщениями (IM – Instant Messaging);

CAMEL Phase 4 – дальнейшее расширение набора IN-услуг (о CAMEL будет сказано подробнее далее, см. Главу 4).

Вот неполный перечень новинок этого набора спецификаций.

Внедрение IP в качестве среды передачи данных и голоса, как в радио сети, так и в базовой сети открывает массу возможностей для новых услуг и позволяет посещать Интернет и отправлять e-mail, не прерывая разговора по телефону. Поддержка этим релизом технологии HSDPA позволит довести максимальную скорость загрузки данных до 14 Мбит/с.

Версия 3GPP Release 6, которую была принята в конце 2004 начале 2005 года, добавит еще несколько функциональных возможностей сетям UMTS, на базе которых можно реализовывать новые услуги. Среди них можно назвать такие как:

мультимедийное широкое вещание (MBMS - Multimedia Broadcast Multicast Service). Технология предназначена для организации услуг мобильного ТВ. В режиме широковещания по всей сети UMTS передается набор программ в специально выделенных для этого каналах передачи данных, вне зависимости от того, сколько человек смотрят ТВ в данный момент. Эти каналы передачи данных общие для всех пользователей;

Push to Talk over Cellular (PoC) и управление присутствием (presence) – услуги передачи речи в режиме «рации» многим абонентам через IP соединения и информация о статусе абонента в сети («доступен», «не доступен», «занят»);

взаимодействие с беспроводными локальными сетями Wireless LAN;

управление цифровыми правами (DRM – Digital Right Management) - контроль распространения (копирования с телефона на телефон, пересылки и т.д.) для контента (игр, картинок, мелодий) скачиваемого в мобильные телефоны;

распознавание речи.

3GPP Release 7 находится на финальной стадии согласования. Ключевые моменты, которые включены в этот релиз: механизмы по минимизации задержек передачи пакетов IP; улучшения в процедуры обеспечения QoS для приложений работающих в реальном режиме времени таких как VoIP; спецификации HSPA+ (High Speed Packet Access Evolution) – это набор новых технологий передачи данных в радио интерфейсе позволяющих достичь скорости 42 Мб/с в нисходящем канале (downlink) и 11 Мб/с в восходящем канале (uplink). Кроме того, Release 7 включает высокоскоростной протокол для SIM карт, и бесконтактный интерфейс Near Field Communication необходимый для организации мобильных платежей.

А прогресс тем временем продолжается. 3GPP Release 8 и следующие за ним релизы по предварительным планам будут включать дальнейшее развитие радио интерфейса UTRA для сетей 3G называемого E-UTRA (Evolved UTRA). Evolved UTRA прежде всего, позволяет достичь больших емкостей в радио сети и улучшить качество обслуживания. Кроме того, в Release 8 рассматриваются вопросы перехода к сетям 4G и возможности взаимодействия сетей 3G и 4G.

Версия от 23/12/07 10


Рис. 3 Релизы UMTS

1.3. Базовые принципы UMTS.

Концепция IMT-2000 применимая и к UMTS планировала внедрение несколько базовых принципов построения систем третьего поколения.

Принцип «всегда на связи» играет основополагающую роль в концепции IMT-2000 и подразумевает, что услуги связи должны быть доступны в любом месте на поверхности Земли и в любое время. Понимая, что невозможно обеспечить услуги связи в любой точки Земли в рамках одной сети, ITU предусмотрел интеграцию различных сетей – спутниковых и сотовых нескольких видов. Интеграция связи создает возможности, при которых пользователь может получить доступ ко всему спектру информационных услуг других сетей, распределенных по всей территории земного шара, т.е. независимо от окружающих условий. Реализация услуг осуществляется за счет глобального роуминга. ITU разработал рекомендации, позволяющие интегрировать в рамках IMT-2000 внутриофисные, городские, региональные и глобальные системы подвижной связи.

В создании систем 3-го поколения важное место занимает концепция Универсальной персональной связи (UPT - Universal Personal Telecommunication). Согласно концепции UPT каждому жителю Земли должен быть выделен персональный телефонный номер, по которому он мог бы войти в любую сеть связи, в любое время суток и в любом месте, где бы не находился.

Версия от 23/12/07 11


Рис. 4 Интеграция сетей наземной и спутниковой связи в рамках IMT-2000

С номером UPT ассоциирован профиль абонента, т.е. набор услуг связи, доступных конкретному абоненту, и персональные требования/режимы связи. Профиль UPT может разрешить мобильный доступ к Internet, отправку/прием факсимильных сообщений или режим конференц-связи, работу с e-mail.

В рамках различных сетей основанных на разных технологиях в разных условиях (неподвижный объект или движение с высокой скоростью) невозможно добиться равноценного качества услуг и именно поэтому ITU определила не одно, а набор требований для сетей 3G:

до 2,048 Мбит/с - это сегмент офисных сетей UMTS с pico-cell реализованных в режиме TDD;

до 384 кбит/с - это сегмент наземных сетей UMTS с micro-cell и macro-cell реализованных в режиме FDD

до 144 кбит/с это сегмент наземных сетей UMTS с micro-cell и macro-cell реализованных в режиме FDD;

до 64 (144) кбит/с - спутниковая связь.

Что же получилось в действительности?

1. Режим TDD не был реализован не одним из крупных производителей оборудования 3G. Вместо него компании стали серьезно развивать основной режим UMTS FDD в направлении увеличения скоростей с использованием HSPA. Так наземные сети UMTS FDD заместили собой сегмент внутриофисных сетей UMTS TDD.

2. Концепция UPT так и не была внедрена, интеграции спутникового и наземного сегмента 3G в том виде как это планировалось, не произошло.

Сегмент наземных сетей UMTS в режиме FDD обеспечивающих скорости на первом этапе до 384 кбит/с при низкой мобильности (скорость от 3 до 12 км/ч) и до 144 кбит/с при высокой мобильности (скорость от 12 до 120 км/час) и является на сегодня реальной реализацией 3G.

Версия от 23/12/07 12


Еще один важный принцип, который закладывался при разработке сетей 3G – это создание «единого информационного пространства».

В основе концепции построения IMT-2000 лежит принцип мобильного доступа ко всем ресурсам единого общемирового информационного пространства. Универсальный мобильный доступ к общемировым информационным ресурсам реализуется путем интеграции сетей 3G и Internet. На первом этапе мобильные терминалы получат доступ к фиксированным Web-узлам Internet. На последующих этапах мобильные абоненты (ноутбуки с 3G модемами) смогут выполнять функции Web-узлов, что обеспечит глобальную связность локальных ресурсов сотовых сетей и доступ к ним с любых типов абонентских устройств.

В сетях связи UMTS мобильный телефон станет персональным коммуникатором, пользователь которого будет обладать практически неограниченными возможностями доступа к информационным ресурсам мирового сообщества, прежде всего – через сеть Интернет

Ключевое требование концепции - использование портативных, дешевых, гибких универсальных, многофункциональных, «мультимедийных терминалов» для конечного пользователя. Принципиальным моментом при развитии сетей 3G стало предоставление услуг мультимедиа, включая высокоскоростную передачу информации, видео и речи, факсов и данных любому абоненту с использованием мобильного терминала. В век информационных технологий мобильный телефон перестает быть просто средством голосовой связи, а становится мультимедийным абонентским устройством, способным передавать и принимать графические данные и видеоизображения.

Конечная цель систем 3-го поколения – создание массового рынка для удовлетворения потребностей в персональной мультимедийной связи.

С принципом организации единого информационного пространства тесно связан принцип интеграции и «конвергенции услуг проводной/фиксированной и мобильной связи (FMC)», т.е. реализация принципа «один человек – один телефон/номер».

Сетевая конвергенция означает использование единой инфраструктуры для предоставления фиксированных, мобильных и конвергентных сервисов. Разработчики рассматривают FMC в трех аспектах:

конвергенция сервисов и приложений;

сетевая конвергенция;

конвергенция устройств.

При разработке сетей третьего поколения уже учитывались требования необходимые для конвергенции сетей, и в технические спецификации UMTS закладывалась поддержка технологий позволяющих создавать конвергируемые услуги. Это, прежде всего, наличие подсистемы IMS (IP Multimedia Subsytem) в архитектуре UMTS и поддержка SIP протокола.

Конвергенция услуг обеспечивает абонентам примерно идентичный набор конвергируемых услуг в обеих сетях – проводной и беспроводной. Услуги оказываются непосредственно там, где находится абонент. Ему предоставляется единый персональный номер с переключением между разными проводными сетями или сотовыми сетями.

Не менее важным является принцип «виртуальной домашней среды» (VHE - Virtual Home Environment). Идея VHE состоит в обеспечении идентичные пользовательских услуг и интерфейсов (одинаковых коротких номеров, IP адресов) и вне зависимости от используемого в данный момент терминала и сети. Таким образом, ситуация, когда в роуминге у абонента нет каких-то домашних услуг, или нужно пользоваться другими короткими номерами для доступа к сервисам, останется в прошлом.

Основными особенностями VHE являются: предоставление абоненту услуг, профиль которых адаптирован под его конкретные требования и не зависит от среды обслуживания (типа сети); переносимость (прозрачность) услуг без потери качества через границу различных

Версия от 23/12/07 13


сетей связи: мобильных и фиксированных. Персонализация услуг позволяет создать для абонента эффект присутствия в привычном сервисном пространстве, находясь в любой сети UMTS, фактически эффект ощущения единой (домашней) среды.

VHE - также может быть описана, как профиль пользователя, разделенный между терминалом, оператором сети и провайдером услуг. VHE обеспечивает провайдерам услуг доступ к абонентским данным, позволяя создавать персонифицированные услуги. Со стороны сети VHE должна базироваться на обновленных приложениях системы UMTS и наборе средств и инструментов (прежде всего IP и SIP), в том числе - технологии IN. Со стороны терминалов - на интеллектуальности предоставления услуг в сети, которая контролирует такие стандартные функции терминала, как установление вызова, контроль за перемещением и интерфейсы пользователя.

Предложенная для систем 3G концепция виртуальной домашней среды (Virtual Home Environment, VHE) открывает возможность переноса услуг через «границы сетей». Это дает возможность абоненту пользоваться одним и тем же набором услуг в любом месте, дома или в поездках, не теряя времени на то, чтобы освоиться в каждой новой сети.

1.4. Частотные диапазоны для работы UMTS

Когда системы 3G только разрабатывались, и решался вопрос о выделении полос частот рассматривались разные варианты. В условиях острого дефицита частотного ресурса свободных участков в наиболее привлекательных для мобильной связи полосах частот 450-960 МГц просто не существовало. Было решено на всемирной основе выделить два участка спектра: 1885-2025 и 2110-2200 МГц для систем IMT-2000, планируемых к развертыванию после 2000 г. Это так называемые - Корневые Полосы (Core Band).

Реально это означало передел спектра между разными службами, использующими радио электронные средства, и необходимость высвобождения частот для сетей 3G. В ряде стран, в том числе и в России, в этих участках спектра традиционно работали РРЛ и другие радиосредства. Именно поэтому сотовые операторы, в России получившие лицензии на 3G вынуждены решать вопросы освобождения частот.

Рис. 5 Распределение частотного ресурса для сетей 3G в разных регионах мира

Подход к выделению частотного ресурса необходимого для работы UMTS основывался на следующих принципах:

создание единого частотного пространства для систем 3G;

Версия от 23/12/07 14


гибкость в распределении спектра, предусматривающая реализацию разных сценариев использования полос частот в разных географических районах Земли;

выделение парных полос частот для дуплексной связи с частотным разделением (FDD) и непарных полос для дуплексной связи с временным разделением (TDD).

Гибкость распределения спектра характеризуется возможностью использования режимов FDD и TDD работы в различных комбинациях.

В IMT-2000 реализованы два режима работы: в парных (режим FDD) и непарных (TDD) полосах частот. Для реализации FDD требуется минимальная парная полоса 5 МГц в корневых полосах частот 1920-1980/2110-2170 МГц, а для TDD – 5 МГц в полосах 1900-1920 и 2010-2025 МГц. Режим FDD обладает преимуществом при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов. Режим TDD, напротив, предназначен для применения в пико – и микросотах, т.е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.

Кроме того, гибкость в распределении спектра заключается в том, что в регионах, где корневые полосы не возможно освободить, так как эта процедура экономически неоправданна, используются другие частотные диапазоны - 850 и 1900 МГц.

1900 МГц – диапазон для Северной Америки

850 МГц – диапазон для Южной Америки и Австралии, дополнительный для Северной Америки

Гибкое распределение спектра позволяет ускорить выход операторов на рынок, предоставляя им возможность быстро реагировать на изменения спроса на услуги, т.е. на предоставление новых и разнообразных услуг в том же диапазоне без создания новой сетевой инфраструктуры.

Рис. 6 Распределение частотного ресурса для сетей 3G в России

Компания ОАО «МТС» получила полосы частот 1950-1965 МГц, 2015-2020 МГц и 2140-2155 МГц для строительства сети UMTS в Российской Федерации.

Парная полоса 15МГц (3х5Мгц) для организации сети UMTS в режиме FDD.

Версия от 23/12/07 15


Диапазон 1950-1965 МГц для передачи от терминала к базовой станции – восходящий канал uplink.

Диапазон 2140-2155 МГц для передачи от терминала к базовой станции – нисходящий канал downlink

Непарная полоса 2015-2020 МГц для организации сети UMTS в режиме TDD

Конкуренты получили следующие полосы частоты:

«ВымпелКом» - 1965-1980 МГц, 2020-2025 МГц, 2155-2170 МГц

«МегаФон» - 1935-1950 МГц, 2010-2015 МГц, 2125-2140 МГц

Анализ тенденций развития UMTS позволяет прогнозировать стремительный рост трафика, обусловленный увеличением объема мультимедийных услуг. Очевидно, что выделенных полос не хватит уже в ближайшем будущем.

ITU в связи с этим рассматривает вопрос о дополнительных полосах частот для UMTS – полосы расширения и полосы замещения.

Полосы расширения. Основные дополнительные полосы, которые не перекрываются по спектру с корневыми, занимают участки спектра в пределах от 470 МГц до 2,9 ГГц. Распределение таких полос предполагается осуществлять на гармонизированной основе, как в европейских странах, так и других регионах мира. Крупнейшие производители оборудования для сотовых сетей уже поддержали этот подход. Так компания «Эрикссон» в октябре 2007 объявил о запуске инфраструктуры и аппаратных платформ, поддерживающих технологии WCDMA в частотном диапазоне 2,6 ГГц.

Полосы замещения. Полосы, находящиеся в пределах от 0,3 до 3 ГГц и используемые в настоящее время существующими сетями мобильной связи (1G и 2G), телевещания или службами фиксированной связи (радиорелейными, тропосферными). Так как по всем характеристикам сети, терминалы и услуги UMTS превосходят GSM, предполагается, что постепенно операторы будут сворачивать сети GSM в диапазоне 900МГЦ и использовать эти частоты для строительства сетей UMTS. Крупнейшие производители оборудования для сотовых сетей уже поддержали этот подход. Компании «Эрикссон» и «Нокиа-Сименс Нэтворкс» объявили о создание оборудования поддерживающих технологии WCDMA в частотном диапазоне 900 МГц и продемонстрировали первые опытные образцы базовых станций UMTS с поддержкой этого диапазона.

Версия от 23/12/07 16


2. Принципы работы сетей UMTS

В данной главе представлены основополагающие принципы работы WCDMA. Основные характеристики радио технологии WCDMA применяющейся в сетях UMTS.

WCDMA представляет собой систему множественного доступа с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра (DS–CDMA), т.е. абоненты в одной соте передают информацию одновременно все сразу в широкой полосе частот, но каждый из абонентов работает со своим уникальным кодом.

Для передачи информации используется полоса в 5 МГц. Присущая системам WCDMA большая ширина полосы на несущей обеспечивает высокие скорости передачи данных пользователя, а также создает определенные преимущества в работе, например в условиях с повышенной многолучевостью. Оператор может иметь несколько таких несущих с полосой 5 МГц для увеличения пропускной способности, возможно, в виде ячеек иерархической структуры.

WCDMA поддерживает два основных режима работы: частотное разделение дуплексных каналов (FDD) и временное разделение дуплексных каналов (TDD). В режиме FDD для восходящего и нисходящего каналов используются раздельные несущие с частотой 5 МГц, тогда как в режиме TDD только одна несущая 5 МГц используется для восходящего и нисходящего каналов с разделением прием-передача во времени.

WCDMA предназначена для использования вместе с GSM. Поэтому поддерживаются эстафетные передачи управления (хэндоверы) между GSM и WCDMA для того, чтобы иметь возможность использовать зону охвата GSM для внедрения WCDMA.

Основные параметры WCDMA

Метод множественного доступа DS-CDMA

Дуплексный разнос FDD дуплекс с частотным разделением/ TDD дуплекс с временным разделением

Ширина полосы на несущей 5 МГц

Диапазон частот FDD - 1920-1980/2110-2170 МГц

TDD - 1900-1920/2010-2025 МГц

Версия от 23/12/07 17


2.1. Кодовое разделение каналов

Цифровая сотовая связь характеризуется возможностью многостанционного доступа или мультидоступа, что подразумевает одновременную передачу информации через одно устройство – базовую станцию - многими пользователями в общем канале. При этом разделение общего канала может производиться по частоте (FDMA), времени (TDMA) и коду (CDMA), что можно проиллюстрировать так, как это приведено на рисунках ниже.

Рис. 7 FDMA - Frequency Division Multiple Access

(NMT, TACS, AMPS)

Разговор «один на один»

Каждый разговор использует собственную выделенную частоту

При частотном разделении спектр передачи разделяется на участки, выделяемые для различных пользователей. Только этот метод может быть использован при аналоговой связи. На этом методе основаны все аналоговые стандарты сотовой связи: NMT, AMPS, TACS и др. Недостатки таких систем сейчас очевидны: плохая помехозащищенность и связанное с ней невысокое качество передачи речи, неэффективное использование дефицитного радио спектра, отсутствие защиты от прослушивания и т.д.

Рис. 8 TDMA - Time Division Multiple Access

(GSM, D-AMPS)

Версия от 23/12/07 18


Заседание коллектива

Все участники для разговора используют одну частоту, но не одновременно, а по очереди в свой временной интервал (time slots).

Два других метода используются при цифровой технологии и, как правило, в комбинации с частотным разделением. В случае мультидоступа TDMA с временным разделением каналов несколько абонентов передают свои сообщения на одной и той же радиочастоте, но в разное время, что позволяет увеличить объем речевого трафика и получить ряд других преимуществ, характерных для цифровых систем связи – хорошее качество речи, конфиденциальность связи, широкий набор услуг. На этом методе основаны такие узкополосные цифровые стандарты сотовой связи, как GSM а также D-AMPS, который стал логическим продолжением стандарта AMPS.

Рис. 9 CDMA - Code Division Multiple Access

cdmaOne IS-95, UMTS

Коктель пати (вечеринка)

Все говорят одновременно и на одной частоте, выделение нужной информации идет по коду – уникальному идентификатору информации

Принцип работы систем сотовой связи с кодовым разделением каналов CDMA/WCDMA можно пояснить на следующем примере. Предположим, что вы сидите в ресторане. За каждым столиком находится два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая на русском, третья на немецком и т.д. Получается так, что в ресторане все

Версия от 23/12/07 19


разговаривают в одно и то же время на одном диапазоне частот (обычная речь от 3 кГц до 20 кГц), при этом вы, разговаривая со своим собеседником, понимаете только его, но слышите всех.

Так же и в стандарте CDMA передаваемая в эфире информация от базовой станции к мобильному терминалу или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый терминал понимает только ту информацию, которая предназначена для него, т.е. русский понимает только русского, немец только немца, итальянец итальянца, а остальная информация отсеивается. Язык общения в данный момент является кодом. В CDMA это организовано за счет применения кодирования передаваемых данных. Устройство получателя узнает нужный код и автоматически отфильтровывает все данные, им не помеченные. Этот метод высвобождает в сети большую емкость, недоступную при ином подходе, а также обеспечивает повышенную безопасность.

WCDMA назначает каждому голосовому вызову и сессии передачи данных определенный код, и все вызовы осуществляются одновременно — отсюда и название «множественный доступ с кодовым разделением каналов».

2.2. Основы работы широкополосных систем

WCDMA называют широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными. Широкополосная - потому, что занимает широкую полосу частот. Для передачи информации используется полоса в 5 МГц. Шумоподобные сигналы - потому, что когда в эфире на одной частоте, (можно представить шум в ресторане, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая - потому, что при возникновении в широкой полосе частот сигнала-помехи, узкого диапазона, сигнал примется почти неискаженный. За счет помехоустойчивого кодирования потерянные данные система восстановит.

Рис. 10 WCDMA - помехоустойчивость отличительная черта широкополосных систем

В стандарте GSM такое не возможно. Из-за того, что GSM изначально сам узкополосный, то помеха полностью перекрывает спектр полезного сигнала и подавляет его. Ширина полосы, которая используется в GSM, равна 200 кГц.

Помехоустойчивость отличительная черта широкополосных систем построенных с использованием технологии WCDMA. Это обеспечивает абоненту лучшее качество речи

Версия от 23/12/07 20


по сравнению с GSM (меньше посторонних шумов, выпадений фрагментов речи, обрывов соединений).

Еще одной важной особенностью работы сетей WCDMA является возможность приема качественного сигнала в условиях с повышенной многолучевостью. Распространение радиоволн характеризуется наличием большого числа отражений и затуханием энергии сигнала. Причиной этому являются естественные препятствия, например здания, холмы и т. д., а результатом оказывается многолучевое распространение. Сигнал переносящий одну и ту же информацию может поступать на базовую станцию или терминал в различимые моменты времени из-за разных путей прохождения. Подобное явление приводит к искажению суммирующего сигнала в приемнике.

Рис. 11 Многолучевое распространение приводит к получению нескольких сигналов на приемном устройстве пришедших с задержкой по времени

В WCDMA используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. Кроме того, для определенного значения временной задержки обычно имеется множество лучей почти равной длины, по которым распространяется радиосигнал. В результате в приемнике, имеет место подавление полезного сигнала, называемое быстрыми замираниями. Подавление полезного сигнала лучше всего представляется как сложение нескольких векторов, которые получают фазовый сдвиг и из-за этого сдвига суммарный сигнал искажается.

Для борьбы с этими явлениями в WCDMA используются Rake приемник (корреляционный приемник). Приемник может разделить эти многолучевые компоненты и сложить их когерентно (когерентно, то есть согласовано по параметрам сигнала, например, фазе) при многолучевом распространении. Рассеянная энергия сигналов с задержкой складывается за счет использования множества каналов Rake (корреляционных приемников), настроенных на те значения задержки, с которыми поступают сигналы со значительной энергией.

Rake – в переводе с английского это «грабли». Используя очень простую аналогию можно сказать что каждый «зубец» этих граблей, работает со своим лучом (сигналом основным или отраженным), обрабатывает его, а потом суммирует уже выровненные и синхронизированные по параметрам лучи. В результате получается качественный принимаемый сигнал.

Версия от 23/12/07 21


При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на мобильном терминале 3 коррелятора.

Rake приемник (корреляционный приемник) разделяет многолучевые компоненты сигнала и суммирует их когерентно (то есть, согласовано по параметрам сигнала, например, фазе) при многолучевом распространении. Благодаря этому обеспечивается передача информации с минимальными потерями – то есть качество речи и скорость передачи данных будет наилучшим.

2.3. Принципы кодирования информации

Передачи от разных источников – мобильных терминалов - разделяются кодами. Кодирование информации в радио интерфейсе WCDMA один из наиболее сложных вопросов, но он будет рассмотрен на высоком уровне.

Итак, в WCDMA все активные абоненты одновременно передают сигнал на одной частоте, и базовая станция различает сигналы только по специальным меткам - «кодам».

Терминалы передают информацию – голос и данные - не сплошным потоком, а разбитые на фреймы (интервалы) по времени (так же как и в GSM). В начале каждого фрейма присутствует уникальный код, уникален он для данного конкретного терминала (абонента). По разным кодам базовая станция различает разных абонентов.

Рассмотрим на простом примере, как мы можем идентифицировать абонентов по кодам. В качестве меток будут использованы «0» и «1».

Таблица 2. Примеры кодирования информации

Один абонент Требуется один регистр кода

1 абонент - метка «0»

Два абонента Требуется один регистр кода



Три абонента Требуется два регистра кода




Четыре абонента Требуется два регистра кода





Пять абонентов Требуется три регистра кода





5 абонент – метка «100»

Версия от 23/12/07 22


И так далее

В WCDMA используются коды различной длины. Коды берутся с кодового дерева показанного на рисунке 12. В реальности вместо «1» и «0», используется «1» и «-1», но принципа кодирования это не меняет, важно чтобы комбинация «1» и «-1» не повторялась ни у одного из терминалов работающих в соте.

Рис. 12 Структура дерева кодов

Имеются определенные ограничения в отношении того, какие коды можно использовать в дереве для передачи от одного источника. Другой мобильный телефон может использовать определенный код в дереве, если ни один другой подлежащий передаче канал, использующий то же самое кодовое дерево, не использует код, который находится на лежащей ниже ветви, т.е. использует код с более высоким коэффициентом расширения, получаемым из подлежащего к использованию кода расширения. Нельзя также использовать код с меньшим коэффициентом расширения на пути к основанию дерева. То есть с ростом числа абонентов происходит движение вглубь кодового дерева. Коды на каждой базовой станции управляются в сети контроллером радиосети (RNC).

Количество кодов заранее заложено в характеристики оборудования и конечно. Максимальное число возможных кодов ограничено их длиной. Каждый уровень кодового дерева определяет длину кодовых слов (коэффициент расширения спектра, SF - Spreading factor), причем на каждом последующем уровне возможное число кодов удваивается. Так, если на уровне 2 может быть образовано только два кода (SF=2), то на уровне 3 генерируются уже четыре кодовых слова (SF=4) и т.д.

В системах WCDMA количество кодов под одним кодом скремблирования = коэффициенту расширения (SF).

Восходящий канал: несколько миллионов

Нисходящий канал: 512

Версия от 23/12/07 23


Отсюда следует важный вывод – количество абонентов в системе WCDMA в пределах одной соты, в том числе, ограничено количеством доступных кодов.

Существуют и другие ограничения, такие как контроль мощности и качество покрытия, но об этих ограничениях будет сказано позже.

Для передачи от одного источника, либо от терминала, либо от базовой станции, используется одно кодовое дерево с одним уникальным кодом скремблирования на вершине дерева. Это означает, что различные терминалы и различные базовые станции могут оперировать своими кодовыми деревьями независимо друг от друга; нет необходимости согласовывать использование ресурсов кодового дерева между различными базовыми станциями или терминалами.

Есть и другой аспект использования кодирования в системах WCDMA. Как уже упоминалось источник – терминал или базовая станция - передает не непрерывным потоком, а фреймами. В начале каждого фрейма передается уникальный код. Но коды в WCDMA переменной длины. И их длина зависит от количества активных абонентов в соте.

Рис. 13 C увеличением длины кода, уменьшается объем полезной информации передаваемой внутри фрейма

Таким образом, чем больше активных абонентов в соте, тем длиннее будет код и тем больше информации потребуется для его передачи внутри фрейма. А так как фреймы имеют фиксированную длину и объем информации также неизменен, для трафика абонента останется меньше места.

Основываясь на этом можно сделать еще одно важное замечание – скорость передачи данных в сетях WCDMA будут падать при увеличении числа абонентов, так как потребуется больше длинных кодов, которые будут отнимать место во фреймах у абонентского трафика.

2.4. Режимы FDD и TDD

В соответствии с концепцией IMT-2000 в системах 3G предполагается создание единого частотного пространства шириной 230 МГц с разными вариантами использования - режимы FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex).

Комбинированное использование этих двух режимов делает систему гибкой, позволяя изменять пропускную способность и способы организации связи. Режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов, а TDD,

Версия от 23/12/07 24


напротив, предназначен для работы в пико- и микросотах, т. е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.

Режим FDD обеспечивает парную полосу часто для передачи данных и речи. Одна полоса используется для восходящего канала, другая для нисходящего. Таким образом, потоки передаваемой и принимаемой информации разнесены по спектру.

Двусторонняя радиосвязь в режиме TDD обеспечивается на одной несущей с временным уплотнением каналов передачи и приема. То есть основным отличительным признаком режима TDD является использование одной и той же частоты для восходящего (uplink) и нисходящего каналов (downlink). То есть одна полоса 5МГц используется попеременно то для приема информации, то для передачи. Такой режим представлялась разработчикам очень важным. Не будем забывать об асимметричном характере трафика абонента, пользователь больше получает/скачивает информации из Интернет, чем передает. Таким образом, при скачивании большого файла из Интернет в режиме FDD полностью будет загружен нисходящий канал (причем возможно это будет достаточно длительное время), а восходящий канал будет полностью свободен, т.е. будет простаивать. Именно желание занять весь доступную полосу под передачу информации и привело к разработке режима TDD.

Рис. 14 Принципы передачи сигнала в FDD и TDD режимах

Структура кадра в режиме TDD позволяет наиболее оптимально перераспределять ресурсы сети при асимметричном трафике. Так в радио канале обеспечивается изменение соотношения трафика в направлении «вниз»/«вверх» с 15/1 до 2/14 соответственно. Это означает, что в первом случае в 15 раз больше времени полоса будет выделена под передачу «вниз», чем под передачу «вверх». Если наоборот абонент посылает со своего ноутбука большой объем информации и ничего не скачивает из сети Интернет, то соотношение можно изменить до 2/14. То есть на два периода времени передачи «вниз» будет приходиться 14 периодов передачи «вверх». Возможны и любые другие комбинации в этих границах.

В UMTS структура кадра TDD идентична FDD, что упрощает процедуру их гармонизации и создание двухрежимных терминалов.

Необходимость совместимости режимов TDD и FDD требует двухрежимных FDD/TDD-терминалов. Сегодня это возможно благодаря использованию одних и тех же микросхем как в двух-, так и в однорежимных радиотелефонах. При этом двухрежимное абонентское устройство FDD/TDD будет ненамного сложнее обычного FDD-терминала.

Однако, никто из крупных производителей оборудования UMTS (Эрикссон, Нокиа-Сименс Нэтворкс, Алкатель-Лусент) серьезно режимом TDD не заинтересовался и оборудования TDD не выпускает.

Версия от 23/12/07 25


Комбинированное использование двух режимов FDD и TDD делает систему гибкой в части использовании выделенных полос частот и позволяет изменять пропускную способность в зависимости от условий эксплуатации и видов обслуживания.

2.5. Управление мощностью

Управление мощностью является, возможно, наиболее важным аспектом в WCDMA в особенности в восходящем канале. Без него одна подвижная станция с повышенным уровнем мощности может заблокировать всю ячейку.

Рис. 15 Мощность - это общий системный ресурс, требующий согласованной работы всех излучающих устройств

Мобильные телефоны MS1 и MS2 работают на одной частоте, разделяемой на базовой станции только по их соответствующим кодам. Может случиться так, что MS1 на краю ячейки испытывает потери на трассе, значительно больше по сравнению с MS2, находящейся рядом с базовой станцией BTS. При отсутствии механизма приведения мощности для MS1 и MS2 к одинаковому уровню на базовой станции, MS2 могла бы легко «перекричать» MS1 и тем самым заблокировать значительную часть ячейки. Не будем забывать, что WCDMA это технология с шумоподобными сигналами. Передача в эфире других терминалов воспринимается конкретным мобильным телефоном как посторонний шум.

Еще раз вернемся к модели WCDMA на примере ресторана. Предположим, что за каждым столиком находится два человека, и каждая пара разговаривает между собой на своем языке (отличном от других). Представим, что есть пара которая решила поговорить друг с другом находясь на разных концах зала ресторана. Чтобы быть услышанными они начинают кричать, так что люди перестают слышать своих собеседников, которые сидят рядом. Даже если этот крик будет на непонятном вам языке, его громкость не позволит нормально общаться со своей парой.

Мощный сигнал MS2 просто заглушит все остальных абонентов. Они не смогут нормально принимать радио сигнал от базовой станции, и соединение – голосовой вызов или Интернет сессия будут потеряны.

Версия от 23/12/07 26


При управлении мощностью в восходящем канале базовая станция производит частые оценки принятого отношения сигнал/помеха (SIR - Signal-to-Interference Ratio, отношение сигнал шум). Если измеренное SIR выше необходимого, то базовая станция дает команду мобильному телефону понизить мощность; если оно слишком мало, она скомандует мобильному телефону увеличить мощность. Цикл измерение команда реакция выполняется со скоростью 1500 раз в секунду (1,5 кГц) для каждой подвижной станции и, таким образом, действует быстрее, чем может произойти какое-либо существенное изменение потерь на трассе.

Такой же метод управления мощностью используется также и в нисходящем канале, хотя причина здесь другая: в нисходящем канале не существует проблемы «ближней-дальней» зоны. Все сигналы в ячейке исходят от одной базовой станции с одинаковой мощностью (достаточной для нормальной работы и на краю соты и в центре) и передаются мобильным телефонам. Однако желательно иметь резервный дополнительный запас мощности для мобильных телефонов, находящихся на краю ячейки, поскольку они больше подвергаются помехам от другой ячейки.

Однако есть один серьезный недостаток технологии CDMA/WCDMA. Возникновение взаимных помех, ухудшающих условия приема при возрастании числа активных абонентов начинает сказываться на качестве связи для периферийных мобильных терминалов. Но система контроля мощности не дает мобильным терминалам на границах соты «докричаться» до базовой станции. Возникает два следующих случая:

когда мобильный терминал, находящийся на границе соте WCDMA работает один (ему не мешает шум от других терминалов) и даже при наличии контроля мощности он в состоянии установить соединение с базовой станцией.

когда мобильный терминал находящийся на границе соте WCDMA работает не один (ему мешает шум от других терминалов) и при наличии контроля мощности он не в состоянии установить соединение с базовой станцией. При чем больше активных абонентов в соте, тем сложнее каждому из абонентов работать в радиоканале.

Так, по мере увеличения загрузки системы, могут уменьшаться размеры зоны обслуживания и ухудшаться помеховая обстановка, так называемое явление «дыхание» соты (cell breathing). То есть в нагруженной соте на границе зоны покрытия мобильному терминалу просто невозможно работать. И зона покрытия соты (зона, где возможна нормальная работа абонентов) будет реально меняться.

Условия: 5 МГц полоса; 12.2 Кб/с речь (голосовая активность 50%); пешеходная скорость 3 км/с; покрытие в условиях городской застройки

Версия от 23/12/07 27


Рис. 16 Изменение размеров соты (зоны гарантированного предоставления услуг) при увеличении количества пользователей в соте

Борьба с «дыханием» сот осуществляется правильным радио планированием. Учет нагрузки и взаимных помех, более плотная установка базовых станций и контроль мощности позволяют минимизировать проблемы связанные с «дыханием» сот.

Управление мощностью позволяет максимизировать пропускную способность соты избежать блокирования других вызовов одним терминалом, работающим с высокой мощностью. Базовая станция постоянно контролирует и управляет мощностью всех мобильных телефонов в соте.

2.6. Полумягкий (softer) и мягкий (soft) хэндоверы

Для того чтобы не прерывать, установленного соединения при переходе мобильного терминала абонента сети UMTS из зоны действия одной базовой станции в зону другой станции осуществляется хендовер (эстафетная передача или автоматическая передача абонента).

Управление хендовером может быть реализовано несколькими способами:

В пределах одной соты (полумягкий хэндовер);

В пределах одной группы сот, с переходом между двумя сотами, когда подвижная станция в процессе переключения связана одновременно с несколькими базовыми станциями (мягкий режим переключения).

Хендовер стандартная часть функционала сетей GSM, но нужно отметить, что в сетях GSM осуществляется «жесткий» хендовер. Жесткий хендовер означает кратковременное прерывание абонентского соединения (голосового вызова или сеанса передачи данных) при переходе из одной соты в другу. Соединение со старой базовой станцией прерывается, а с новая базовая станция уже подготовлена к установлению соединения и моментально «подхватывает» терминал. Тем не менее, сам момент хендовера представляет собой критическую точку – в этот момент возможно кратковременное ухудшение связи, а в сложных условиях (перегрузка сети, помехи) и прерывание соединения.

Стандарт UMTS и технология WCDMA гораздо более совершенны в вопросе организации хендовера и обеспечения наилучшего качества передачи голоса или данных. В сети WCDMA существуют два вида хендовера - полумягкий (softer) и мягкий (soft) - и в обеих случаях соединение не прерывается.

При полумягком хэндовере подвижная станция находится в зоне охвата соты, перекрывающей два соседних сектора базовой станции. Связь между подвижной станцией и базовой станцией поддерживается постоянно по двум каналам воздушного интерфейса: по одному для каждого сектора. Это требует использования двух отдельных кодов в направлении нисходящего канала с тем, чтобы подвижная станция могла различать сигналы. Эти два сигнала принимаются подвижной станцией с использованием обработки приемником Rake, очень близкой к обработке, принятой для приема многолучевых сигналов, за исключением того, что для сигналов должно быть генерированы соответствующие коды для каждого сектора.

Версия от 23/12/07 28


Рис. 17 Полумягкий хэндовер – в каждом из секторов есть соединение с мобильной станцией

В направлении восходящего канала на базовой станции происходит подобного же рода процесс: канал с кодом подвижной станции принимается в каждом секторе, затем направляется к тому же приемнику группового сигнала Rake, где обычным образом производится суммирование. При полумягком хэндовере активным будет только один контур управления мощностью на каждое направление. Полумягкий хэндовер при соединениях обычно происходит приблизительно в 5 – 15% случаев.

При мягком хэндовере подвижная станция находится в зоне перекрывающейся двумя секторами, принадлежащих разным базовым станциям. Как и при полумягком хэндовере связь между подвижной станцией и базовой поддерживается постоянно по двум каналам воздушного интерфейса от каждой станции отдельно. Как и при полумягком хэндовере оба канала (сигнала) принимаются подвижной станцией с использованием обработки приемником Rake на основе суммирования по максимальному отношению. Если смотреть с позиций подвижной станции, то отличия между полумягким и мягким хэндоверами весьма незначительные.

Версия от 23/12/07 29


Рис. 18 Мягкий хэндовер – в каждом из секторов есть соединение с мобильной станцией

Однако в восходящем направлении мягкий хэндовер отличается от полумягкого хэндовера: канал с кодом подвижной станции принимается от обеих базовых станций, но затем принятые данные направляются к RNC (Контроллер радиосети – Radio Node Contrioller) радиосети для суммирования.

Следует отметить, что при мягком хэндовере активными являются два контура управления мощностью на соединение – по одному на каждую базовую станцию.

Мягкий хэндовер производится для 20 – 40% соединений. Для обслуживания соединений при мягком хэндовере система должна обеспечить следующие дополнительные ресурсы, что должно быть учтено на этапе планирования:

Дополнительные каналы приемника Rake на базовых станциях.

Дополнительные каналы передачи между базовой станцией и RNC.

Дополнительные «тракты» Rake в подвижных станциях.

Кроме мягкого/полумягкого хэндоверов WCDMA обеспечивает и другие типы хэндоверов:

Жесткие хэндоверы при переходе с частоты на частоту, которые могут использоваться, например, для передачи подвижной станции с одной несущей частоты WCDMA на другую. Одним из приложений такого рода будут базовые станции с несколькими несущими, обеспечивающие высокую пропускную способность;

Межсистемные жесткие хэндоверы, которые используются для перехода с системы WCDMA на систему GSM.

Таким образом, как и управление мощностью, мягкие/полумягкие хэндоверы являются важным средством уменьшения помех в WCDMA и обеспечения наилучшего качества связи для абонента. Мягкие/полумягкие хэндоверы серьезный шаг вперед по сравнению с хендовером в сети GSM.

2.7. AMR

При передачи речи в сети GSM используется кодирование речи с полосой пропускания 13 Кб/с, т.е речь преобразовывается в поток цифровой информации кодеком встроенным в телефон и передается со скоростью 13 Кб/с. Это так называемый (Full Rate или FR или GSM-

Версия от 23/12/07 30


FR – полная скорость). Этот способ кодирования речи был разработан как неотъемлемая часть стандарта GSM в начале 90-х и представляет собой компромисс между не очень большой полосой пропускания и хорошим качеством передаваемой речи.

Но в связи с необыкновенной популярностью сетей GSM и ограниченностью частотного ресурса и как следствие невозможностью обслужить все вызовы, возникла проблема увеличения емкости сети. Для этих целей был разработан новый кодек (Half Rate или HR или GSM-HR – Половинная скорость). Скорость передачи в нем уже составляет 5,6 Кб/с (то есть половина FR) и таким образом используя HR можно передать два разговора по 5,6 Кб/с вместо одного 13 Кб/с. Емкость соты удваивается в условиях перегрузки, но и резко падает качество речи. Некоторые операторы не внедряют на своих сетях HR, считая, что лучше потерять вызов, чем осуществлять передачу речи с плохим качеством.

Пытаясь найти компромиссное решение и понимая, что такие же проблемы с перегрузками возникнут и в сетях UMTS компании поставщики предложили новое поколении кодеков AMR (Аdaptive multi rate – Адаптивная мульти скорость). Кодек AMR может применяться как в сетях UMTS, так и в сетях GSM. AMR позволяет динамически изменять скорость потока данных (bitrate) от 4,5 до 12,2 кб/с. Это новый кодек, который поможет передавать голос со значительной экономией спектра. Эта технология, «зашитая» в трубку, позволяет устройству выбирать оптимальные условия для голосовой связи. В нормальных условиях AMR работает со скоростью 12,2 кб/с. При возрастание нагрузки и малом уровне помех AMR сужает полосу пропускания, но не резко в два раза, а шагами, для передачи речи переговорного качества какая требуется в большинстве современных сотовых сетей. Но по мере возрастания плотности пользователей в данной ячейке сети или при значительном уровне помех кодек AMR может временно еще больше сузить полосу пропускания, жертвуя качеством передачи голоса ради сохранения общего качества обслуживания, доступного всем пользователям.

Спецификация AMR была принята 3GPP в октябре 1998.

Таблица 3. Режимы работы AMR кодека

AMR полоса пропускания

12.20 Кб/с

10.20 Кб/с

7.95 Кб/с

7.40 Кб/с

6.70 Кб/с

5.90 Кб/с

5.15 Кб/с

4.75 Кб/с

1.80 Кб/с

Применение AMR не слишком отличает сеть UMTS от сети GSM. Но разработчики сетей 3G подготовили дальнейшее развитие этого кодека AMR-WB (Adaptive Multi Rate Wide Band – Широкополосная Адаптивная мульти скорость) — звуковой кодек, являющийся широкополосным вариантом AMR. А это уже серьезный шаг вперед.

Версия от 23/12/07 31


Таблица 4. Режимы работы AMR-WB кодека

AMR-WB полоса пропускания

23.85 Кб/с

23.05 Кб/с

19.85 Кб/с

18.25 Кб/с

15.85 Кб/с

14.25 Кб/с

12.65 Кб/с

8.85Кб/с

6.60Кб/с

То есть теперь появилась не только не ухудшать, а даже и улучшать качество передаваемой речи. Используя самые высокие скорости (если сеть свободна, и активных абонентов мало) можно обеспечить качественную передачу музыки, т. е в сетях UMTS качество речи приближается к звучанию музыкальной техники при условии достаточной емкости сети. И это, несомненно, большой плюс сетей 3G по сравнению с сетями 2G.

В октябре 2006 года первая сеть UMTS с внедренным AMR-WB была запущена в тестовую эксплуатацию оператором T-Mobile (Германия) на оборудовании компании Эрикссон.

Таким образом, сети UMTS предлагает операторам не только новый частотный спектр для разгрузки сетей GSM, но и гораздо более эффективные средства управления голосовым трафиком и возможности передавать человеческую речь с малейшими нюансами и высочайшим качеством.

2.8. Качество обслуживания QoS в сетях UMTS

Для операторов UMTS возможность добиться успеха состоит в том, чтобы сосредоточить внимание не только на скорости передачи или самой лучшей технологии, а на создании пакета новейших услуг и предоставлении их с высоким качеством QoS (Quality of Service - Качество обслуживания). Именно в качестве предоставления VAS услуг кроется большая проблема операторов сетей 2,5G. На сетях GSM были внедрены технологии GPRS/EDGE, и как результат теоретическая скорость передачи данных в сети GSM может быть и 100-200Кб/с при. Но QoS в сетях 2,5G на должном уровне обеспечить нельзя. В результате реальные скорости передачи – 20-50Кб/с - сильно отличались от теоретических, соединении часто прерывалось, во время сеанса передачи данных возникали непредсказуемые паузы, потом процесс передачи возобновлялся и т.д. В целом сети IP предлагают огромный потенциал для новейших услуг, но в тоже время это самая сложная среда для достижения высоких показателей QoS.

2.8.1. Определение понятия «Качество обслуживания (QoS)»

Сети IP проводной связи и подвижной радиосвязи - это два фундаментально разных типа сетей, и для них требуются разные стратегии для обеспечения QoS. Чтобы достигнуть

Версия от 23/12/07 32


QoS для сквозного соединения, должен быть учтен участок между проводной и беспроводной сетью.

В IP-сетях в проводной связи механизмы обеспечения QoS имеют дело, в основном, с обеспечением готовности полосы пропускания и обработкой трафика по приоритетам при обслуживании трафика от разных пользователей. Но на сегодняшний день проводная инфраструктура достаточно развита, оптические каналы предлагают достаточную, а иногда и избыточную полосу пропускания. Сети радио доступа имеют ограниченную пропускную способность в радио канале, которая должна быть разделена между пользователями. Методы обеспечения QoS для подвижной связи должны гарантировать справедливый доступ к ограниченной полосе радио канала и использовать метод управления мобильностью для оптимизации передачи данных IP по сети подвижной связи.

Рис. 19 Сегменты QoS при организации услуги через сеть UMTS

Качество обслуживания является ключевым параметром для IP-сетей подвижной связи. Так как же можно оценить QoS? Параметры QoS пытаются оценивать опытным путем, основываясь на результатах измерений возможностей сети в предоставлении конкретных услуг. К данным, полученным опытным путем, относится качество сеанса и время отклика сети, а также общая готовность услуги и сети.

Качество сеанса передачи данных оценивается по:

Задержке в сети (delay) - характеризует интервал между приемом и передачей пакетов на линии между точкой отправки и приема пакетов.

Пропускной способности, т.е. скорости, с которой пакеты данных могут передаваться без потерь (throughput) - скорость передачи пакетов в сети, которая характеризуется средней и пиковой скоростью. соответственно - average rate и peak rate

Здесь нужно пояснить, что если часть пакетов теряется при передаче в радиоканале, происходит повторная посылка пакетов и эффективная скорость передачи уменьшается. Пример. Телефон передает 1Мбит информации за секунду и все пакеты приняты без ошибок. Скорость передачи в этом случае - 1Мб/с. Телефон передает 1Мбит информации за секунду, и все пакеты приходят с ошибками из-за помех, информация потеряна. Телефон повторно посылает 1Мбит информации за секунду, и на это раз все пакеты приняты. Получается, что за две секунды мы передали 1Мбит, то есть скорость передачи информации 0,5Мб/с, несмотря на то, что в радиоканале пакеты передаются со скоростью 1Мб/с.

Время отклика оценивается по:

Времени передачи при двойном прохождении (RTT - Round Trip Time), т.е. промежутка времени от момента передачи пакета до момента приема пакета в точке отправки.

Версия от 23/12/07 33


Времени задержки однонаправленного сквозного соединения, также называемой временем запаздывания (latency).

Пропускной способности (полоса пропускания)

Готовность и надежность оценивается по:

Возможности получения доступа к ресурсам сети для передачи информации [service availability] - определяет надежность связи пользователей с сервис-провайдером;

Результатам контроля уровня обслуживания 24/7

Основываясь на контрольных результатах для этих параметров, можно спроектировать QoS в сети и использовать в качестве эталона во время эксплуатации для получения реальных рабочих показателей сети. В сетях подвижной связи критичным фактором для всех параметров будет радио звено и мобильность пользователей.

2.8.2. Классы QoS UMTS

Основываясь на вышеуказанных параметрах в сети UMTS происходит приоритезация трафика. Чтобы обеспечить дифференцирование потоков трафика в сети, было определено четыре различных класса услуг для связанных приложений: разговорный, потоковый, интерактивный и фоновый. Каждый класс обслуживания предназначен для переноса потоков трафика различных типов приложений. Речевой сигнал и видео - примеры разговорных услуг, однонаправленное потоковое аудио и видео - потоковые услуги, web-браузер - типичная интерактивная услуга, тогда как электронная почта и передача файлов - фоновые услуги.

Основным отличительным фактором между этими классами является то, насколько трафик чувствителен к задержкам. Разговорный класс предназначен для трафика, который очень чувствителен к задержкам, тогда как фоновый класс наименее чувствителен к ним. Далее в таблице проводится обзор четырех классов и атрибутов QoS, связанных с каждым классом.

Таблица 5. Классы QoS UMTS

Класс трафика

Разговорный класс

Потоковый класс

Интерактивный класс

Фоновый

Характеристики

Сохранение временного соотношения (изменение) между информационными элементами потока

Диалоговая структура (точная и малая величина задержки, основанная на человеческом восприятии)

Сохранение временного соотношения (изменение) между; информационными элементами потока;

Стационарный и непрерывный поток;

Допускается буферизация;

Обычно ассиметричный.

Работа по запросам, дискретные транзакции («клики»);

Сохранение содержимого загрузки (загрузка полносвязанной WEB страницы)

Возможность получения потока данных с изменяющейся скоростью.

Задержка для классов трафика

Интерактивные данные с минимальной задержкой и контролируемой полосой

поток данных с контролируемой полосой пропускания и некоторыми допустимыми

Данные, передаваемые и принимаемые терминалом при «общении» с web-серверами

Низкоприоритетные данные, например, загружаемые файлы.

Версия от 23/12/07 34


пропускания, такие как для VoIP и видеосвязи.

Задержка значительно меньше 1 сек

задержками.

Меньше секунды

без контроля полосы пропускания, допустимы задержки до 10 сек.

Пример применения

Речь Потоковое видео Web-браузер Фоновая загрузка электронной почты, передача файлов FTP

2.8.3. Механизмы обеспечения QoS

Чтобы обеспечить QoS для сквозного соединения – e2e (end-to-end), требуются гарантированные уровни обслуживания во всех узлах сети. Чтобы обеспечить QoS сквозного соединения, которое охватывает беспроводные и наземные IP-сети, каждый элемент в тракте передачи данных должен соответствовать соглашению о трафике SLA (Service Level Agreement - Соглашение о качестве предоставляемых услуг или уровне сервиса). Это набор требований, которые должны выполнять смежные узлы IP сети, чтобы QoS обеспечивался на всей сети и не деградировал в отдельных узлах, что повлечет за собой общее снижение качества предоставления услуги. Как показано на рисунке 19, для сети подвижной связи требуется три механизма обеспечения QoS:

QoS сети подвижной связи UMTS;

Межсетевое взаимодействие QoS;

QoS стационарной (проводной) внешней IP сети.

Из трех элементов значительно труднее добиться QoS в сети сотовой связи, чем в высокоскоростных проводных сетях. Сети радиосвязи в отличие от проводной сети свойственны более высокие коэффициенты ошибок, более значительные задержки и более ограниченные ресурсы доступа. Многие методы (например, кодирование), используемые в пределах UTRAN для минимизации коэффициента ошибок, приводят к увеличению задержки сквозного соединения. В то же время ограничения доступной пропускной способности часто приводят к перегрузке. Механизмы обеспечения QoS фокусируются на предоставлении равноправного доступа к имеющимся ресурсам с целью устранения перегрузки. Большой проблемой также является соединение сети подвижной связи и базовой сети IP (интерфейс Gi в GPRS/UMTS). Операторы должны преобразовать классы обслуживания сети на базе протоколов IP (или специфических приложений IP) в классы обслуживания QoS сети радиосвязи, чтобы гарантировать обеспечение QoS в сетях доступа.

Чтобы гарантировать QoS для сети подвижной связи в UMTS, была определена архитектура услуг QoS, основанная на иерархии служб переноса. Заданное QoS транслируется в службы переноса с четко определенными характеристиками, которые должны быть настроены от источника до получателя. Трафик должен переносить разные службы переноса по сетям на пути от источника к получателю.

Версия от 23/12/07 35


Рис. 20 Архитектура QoS UMTS

Сквозная е2е услуга, используемая мобильным терминалом, будет реализовываться с помощью нескольких разных служб переноса, как показано на Рисунке 20: локальная служба переноса оконечного оборудования (TE)/мобильного терминала (MT), служба переноса UMTS и внешняя служба переноса, например, Интернет. Важно иметь в виду, что для обеспечения сквозной услуги требуется трансляция/сопоставление с внешними услугами, например, с Интернетом. Каждая служба переноса предлагает индивидуальные рабочие характеристики, основанные на услугах, предоставляемых нижними уровнями (например, ATM или IP). Например, подсистема UMTS сети осуществляет QoS, базируясь на услуге радиопередачи RAN (Radio Access Network – сеть радио доступа) и службах переноса CN (Core network – базовая сеть), которые опять используют радиоинтерфейс WCDMA или IP/ATM в качестве услуг нижнего уровня.

Когда пользователь запрашивает услугу с определенным качеством, например, во время процедуры активизации сессии передачи данных, приложение согласовывает через CN услугу радио передачи с определенными атрибутами. Таким способом UMTS позволяет пользователю согласовать характеристики передачи, которые наиболее подходят для переноса информации. Кроме того, можно изменить свойства сессии, используя процедуру повторного согласования во время действия активного соединения.

2.9. Итоги

Подведем итоги и сравним сети сотовой связи второго поколения (GSM) и третьего поколения UMTS. По всем параметрам UMTS выигрывает у GSM

Помехоустойчивость отличительная черта широкополосных систем построенных с использованием технологии WCDMA. Это обеспечивает абоненту лучшее качество речи по сравнению с GSM (меньше посторонних шумов, выпадений фрагментов речи, обрывов соединений).

В WCDMA используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости.

Версия от 23/12/07 36


Управление мощностью позволяет работать терминалу так, что в каждый конкретный момент у телефона мощность минимальна. Это увеличивает время работы терминала от аккумулятора и снижает уровень излучения, что благотворно сказывается на здоровье абонентов.

WCDMA наиболее защищен от прослушивания. Причина в принципе шумоподобной кодировки сигнала, благодаря которой никакой приемник не в состоянии выделить из общей массы излучения в широкой полосе частот отдельные фрагменты, кодирующие разговор. Кроме того, в структуру CDMA интегрирован специальный принцип кодирования, обеспечивающий максимальную степень защиты.

Применение AMR-WB звукового кодека позволяет операторам максимально эффективно использовать емкость сети, а абонентам получить качество передачи голоса сравнимое в некоторых случаях с музыкальными дисками.

Системы UMTS включают механизмы обеспечения QoS, которые отсутствуют в GSM.

По сравнению с узкополосными CDMA системами третьего поколения cdma2000 системы WCDMA также выигрывают за счет более перспективных и инновационных решений.

Использование широкой полосы для передачи сигнала, позволяет «вместить» больше полезной информации и поэтому максимальная скорость передачи информации в WCDMA 14МБ/с, в cdmaOne только 3,1 Мб/с

Помехоустойчивость широкополосных систем выше, и по этому параметру WCDMA также опережают cdmaOne

Системы с широкополосным сигналом лучше работают в условиях многолучевости Благодаря этому обеспечивается передача информации с минимальными потерями – то есть качество речи и скорость передачи данных будет наилучшим.

По емкости сети для услуг передачи голоса WCDMa и cdma2000 практически идентичны

Рис. 21 Голосовая емкость. Преимущества WCDMA от обработки в широкой полосе компенсируются большей долей мощности для передачи служебной информации

А по емкости и пропускной способности сети при передаче данных WCDMA выигрывает, и это, прежде всего из-за широкополосного характера передачи

Версия от 23/12/07 37


Рис. 22 Емкость для пакетного трафика. Различие в емкости тем больше, чем выше качество сервиса, при высоких скоростях емкость WCDMA становится значительно больше.

Таким образом. WCDMA оптимальный технологический выбор для компании МТС, позволяющий предоставлять широкий диапазон услуг для абонентов и гарантирующий дальнейшее развитие бизнеса наряду с GSM.

Версия от 23/12/07 38


3. Архитектура сети

В этой главе дается широкий обзор архитектуры системы UMTS, включая ознакомление с логическими элементами сети и интерфейсами. Система UMTS использует ту же хорошо известную архитектуру, которая применяется в системе второго поколения GSM.

Система UMTS состоит из ряда логических элементов сети, каждый из которых выполняет определенные функции.

CS - сегмент, включающий оборудование поддержки услуг связи на базе технологии коммутации каналов

PS - сегмент, включающий оборудование поддержки услуг связи на базе технологии коммутации пакетов

Рис. 23 Архитектура сети UMTS высокого уровня

По своим функциям элементы сети разделяются на:

оборудование пользователя (UE – User equipment)

сеть радиодоступа (RAN – Radio Access Network), которая оперирует всеми функциями, относящимися к радиосвязи,

базовую сеть (CN – Core Network), которая обеспечивает коммутацию и маршрутизацию голосовых и видео вызовов, передачу данных и интерфейсы во внешние сети.

Версия от 23/12/07 39


Рис. 24 Эталонная архитектура сети UMTS/GSM

3.1. Абонентское оборудование

Абонентское оборудование UE это комбинация двух элементов:

Мобильное оборудование (ME – mobile equipment) – радио терминал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu и обеспечивающий доступ пользователя к услугам

USIM - Модуль идентификации абонента UMTS (USIM – UMTS Subscriber Identity Module), представляющий собой аппаратное и программное обеспечение, которое служит идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и некоторые данные об услугах, которыми имеет право пользоваться абонент, необходимое при пользовании терминалом.

Составляющие части взаимодействуют по интерфейсу Cu. Это интерфейс между интеллектуальной платой (смарт-карточкой) Интерфейс удовлетворяет формату стандарта для смарт-карточек.

Стандарт UMTS не накладывает строгих ограничений на набор функций, который обеспечивает UE, но минимальную обязательную функциональность определяет четко. Одна из важнейших функций UE обеспечение безопасности и аутентификации, для этого используются следующие типы идентификаторов (которые используются и в GSM также):

International Mobile Subscriber Identity (IMSI)

Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI)

Packet Temporary Mobile Subscriber Identity (P-TMSI)

Temporary Logical Link Identity (TLLI)

Mobile station ISDN (MSISDN)

International Mobile Station Equipment Identity (IMEI)

Версия от 23/12/07 40


Существует два основных режима работы UE – нерабочий режим и подсоединенный режим. Подсоединенный режим можно в дальнейшем разделить на состояния обслуживания, которые определяют, какой вид физических каналов (в радио канале) использует UE.

В нерабочем режиме после включения UE подготавливается (либо автоматически, либо вручную) для установления связи с сотовой сетью. UE отыскивает подходящую соту выбранной PLMN по заранее определенной процедуре, выбирает эту соту для обеспечения имеющихся услуг и настраивается на ее канал управления. Этот выбор называют «остановкой в соте». После «остановки в соте» в нерабочем режиме UE может принимать информацию о системе и широковещательные сообщения соты. UE остается в нерабочем режиме до тех пор, пока оно не передаст запрос на установление соединения. В нерабочем режиме UE распознается элементами рабочей среды без доступа, как, например IMSI, TMSI и P-TMSI. Кроме того, RAN не имеет своей собственной информации об индивидуальных UEs в нерабочем режиме и может адресоваться только, например, всем UEs в ячейке или всем UEs, прослушивающим поисковый вызов.

UE покидает подсоединенный режим и возвращается в нерабочий режим, когда соединение прекращается по инициативе кого-либо из абонентов или происходит сбой соединения.

3.1.1. Мобильное оборудование

Для мультимедийных, высоко скоростных услуг третьего поколения потребуется использование новых абонентских терминалов поддерживающий стандарт UMTS. Рассмотрим основные параметры сотовых телефонов UMTS.

Ключевой параметр любого мобильного телефона - это поддерживаемые частотные диапазоны. Телефоны UMTS должны работать в одном или нескольких диапазонах частот, которые используются для сетей 3G – это 850, 1900 и 2100 МГц. Для России и роуминга в соседних странах достаточно поддержки диапазона 2100 МГц. Поддержка остальных двух диапазонов будет полезна абонентам, выезжающим в Северную или Южную Америку, Австралию.

Однако даже если телефон UMTS не поддерживает все три диапазона, то он может работать в сетях GSM в странах, где отсутствуют сети UMTS, или если сети UMTS работают в диапазонах, которых нет в телефоне. Мобильные терминалы 3G можно разделить на следующие группы:

Мобильный телефон 3G;

Смартфон или коммуникатор 3G;

Модемы для передачи данных: карты доступа для ноутбуков, радиомодемы для компьютеров.

Следующим важным параметром UMTS телефона является поддержка только 3G или также и 3,5G и соответственно максимальная скорость передачи информации. Именно скорость передачи информации определяет насколько быстро и без задержек будут работать услуги – доступ в Интернет, e-mail, Мобильное ТВ.

Возможные варианты:

- для телефонов поколения 3G без поддержки технологий HSPA:

o скорость передачи данных от базовой станции к абоненту - 384Кб/с

o скорость передачи данных от абонента к базовой станции - 64Кб/с

- для телефонов поколения 3,5G с поддержки технологий HSPA:

o HSDPA передача данных от базовой станции к абоненту: 1,2Мб/с; 1,8Мб/с; 3,8Мб/с; 7,2Мб/с; 10,2Мб/с; 14,4Мб/с

Версия от 23/12/07 41


o HSUPA передача данных от абонента к базовой станции: 0,73Мб/с; 1,46Мб/с; 2Мб/с; 2,93Мб/с; 5,76Мб/с.

Уровень излучаемой мощности и экологическая безопасность оборудования сотовой связи один из важных вопросов, горячо обсуждаемых специалистами и пользователями. Благодаря механизмам контроля мощности в UMTS этот показатель значительно уменьшен по сравнению с GSM. UE подразделяется на четыре класса по уровню излучаемой мощности в зависимости от условий использования и размера UE. Наиболее высокий уровень излучения будет, например, для встроенных автомобильных сотовых терминалов, наименьший - для обычных трубок (тот же самый принцип действует и для телефонов GSM).

Таблица 6. Классы мощности терминалов GSM и UMTS

WCDMA FDD Класс мощности

Максимальный уровень мощности передатчика

Power Class 1 2.0 Вт (33 dBm)




GSM 900 Класс мощности Максимальный уровень мощности передатчика

Power Class 1 20 Вт (43 dBm) использовался только в GSM Phase 1

Power Class 2 8 Вт (39 dBm)




3.1.2. USIM-карта

USIM-карта - пластиковая карта со встроенным микропроцессором. Она содержит в себе всю необходимую информацию и обеспечивает защиту от несанкционированного использования абонентского номера.

USIM включает две части:

программную Universal SIM (Universal Subscriber Identity Module)

аппаратную UICC (Universal Integrated Circuit Card).

UICC мультисервисная платформа, позволяющая на одной и той же карте запускать различные для смарт-карт приложения. При этом на одной карте могут параллельно работать несколько таких приложений. Такое технологическое решение повышает эффективность предоставления значительного набора новых услуг. Если USIM это программный интерфейс, то UICC физический и логический интерфейс. Совместимость некоторых функций на платформе UICC может обеспечиваться, например в Java-среде. Механизмы взаимодействия приложений, содержащихся на UICC, с любым МЕ могут быть реализованы посредством специальных прикладных инструментов (Application Toolkit).

USIM является мультисервисной картой и обеспечивает доступ пользователя к услугам. В общем случае в USIM содержатся: данные пользователя; алгоритмы и ключи идентификации; подписные данные пользователя на услуги; данные для доступа к сети GSM. Основными функциями USIM являются:

Аутентификация

Версия от 23/12/07 42


Установление подлинности пользователя к USIM;

Установление подлинности USIM к сети и сети к USIM;

Обеспечение безопасности (конфиденциальность данных пользователя, шифрование и обеспечение целостности данных, хранение ключей аутентификации и шифрования PKI, определение различных уровней безопасности);

Выбор и обеспечение услуг: список, проверка полномочий доступа, управление персонализацией услуг, информация об их кредитной стоимости, вычисление стоимости услуг в выбранной валюте, информация о местоположении пользователя в виде временного идентификатора мобильного пользователя TMSI, информация о режиме работы (тип сети, оборудования), фиксация времени звонка, список имен точек доступа, настраиваемое меню, идентификация изображений (формат, параметры разрешения), поддержание синхронизации с внешними базами данных, список услуг, предоставляемых через сеть GSM;

Хранение телефонной книги (телефонный номер, номера факса, телефонов экстренных вызовов адреса электронной почты, операции выбора номеров из телефонной книги, параметры вызовов);

Хранение данных пользователя (класс контроля управления доступом с учетом приоритета и т. п.); параметры сети (несущие частоты сот и т. п.);

Взаимодействие с сетью GSM.

Некоторые отличия USIM от SIM:

расширенные возможности по безопасности

Длина ключей шифрования увеличена до 128 бит.

В USIM введен ряд новых функций шифрования. Обеспечиваются PKI-услуги (сделки, мобильная торговля).

Введено взаимное установление подлинности между сетью и пользователем (защита в элементах сети).

увеличен объем памяти для размещения возросшего объема телефонной книги и новых приложений (мультимедиа, определение местоположения абонентов, мобильная торговля и т. п.);

перенос функций доступа к Интернет в МЕ.

Технология на базе USIM предоставляет возможность добавлять новые приложения с помощью инструментальных средств для их разработки на USIM-карте (STK). STK может обеспечить множество услуг, которые управляются отдаленно операторами сети и могут быть обновлены (изменены) по радиоканалу. Пользователю предоставляется набор меню, показывающих соответствующую информацию. В настоящее время ведутся разработки технологий, позволяющих оптимизировать размещение меню между USIM в пользовательском оборудовании и Web-серверами в сети. Они обеспечат набор услуг, не ограниченный емкостью USIM-карты.

3.2. Сеть радиодоступа UMTS (UTRAN)

Основная задача RAN или UTRAN (UTRAN – UMTS Terrestrial RAN) обеспечивать соединение между мобильным телефоном UMTS и базовой сетью CN. Определены два открытых интерфейса Uu и Iu которые использует RAN для взаимодействия с UE и CN. Так как существуют два домена базовой сети - CS (коммутция каналов) и PS (коммутация пакетов) - для различных услуг, то и интерфейс Iub разделяется на два интерфейса Iub-CS и Iub-PS. Интерфейс между UTRAN и доменом PS базовой сети (Iu-PS) используется для передачи данных методом коммутации пакетов, а интерфейс между UTRAN и доменом CS базовой сети (Iu-CS) используется для передачи данных методом коммутации каналов. Фактически существует третий домен - домен широковещательной передачи (BC), который может

Версия от 23/12/07 43


использоваться для трансляции короткого сообщения в заданной географической зоне ("зона обслуживания", состоящая из одной или более ячеек). Интерфейс с областью BC называется Iu-BC.

RAN включает в себя одну или несколько подсистем радиосети (RNS – Radio Node subsystem). RNS – это подсеть в RAN, состоящая из контроллера радиосети (RNC – Radio Node Controller) и одного или нескольких базовых станций называемых Node B (Узел B). RNC могут соединяться друг с другом через интерфейс Iur. RNC и Node B соединяются с помощью интерфейса Iub.

RAN состоит из двух функциональных элементов:

Node B представляет собой базовую станцию сети 3G, организует радиоинтерфейс Uu к абонентскому оборудованию и формирует поток данных по интерфейсу Iub в сторону контроллера. Node B также участвует в управлении радио ресурсами.

Контроллер радиосети (RNC – Radio Node Contrioller) контролирует и управляет радио ресурсами в своей области (к ней подключены несколько Node B). RNС представляет собой точку доступа для всех сервисов (передача данных и голоса), которые RAN обеспечивает для CN.

Рис. 25 Архитектура UTRAN

3.2.1. Node B - Базовая станция UMTS

Базовые станции Node B применяются на сети для обеспечения оптимального радио покрытия в стандарте UMTS и предоставления достаточной емкости для голосового сервиса и передачи данных. Логически Node B соответствует BTS (радио базовой станции) в GSM.

Базовые станции обеспечивают связь между абонентом UMTS и контроллером радиодоступа. Базовая станция имеет два интерфейса: Iub и Uu. Iub – интерфейс между контроллером и базовой станцией, работающей в стандарте UMTS; Uu – интерфейс между базовой станцией и абонентским терминалом, также работающим в стандарте UMTS. Связь с сетью общего пользования осуществляется через контроллер радиодоступа RNC.

Node B поддерживает радио интерфейс между сетью и абонентскими терминалами и осуществляет передачу следующих видов сообщений:

телефония;

Версия от 23/12/07 44


передача данных, максимальная пиковая скорость передачи 384 Кбит/с которых составляет (не реализован режим HSDPA):

При наличии в Node B режима HSDPA максимальная пиковая скорость передачи данных одному пользователю на линии вниз может составлять, в зависимости от уровня помех и загруженности сети до 14,4 Мбит/с.

Рис. 26 Внешний вид Node В (на примере семейства базовый станций Nokia UltraSite WCDMA BTS: Optima Indoor, Optima Compact Outdoor, Supreme Indoor и Supreme Outdoor)

Основные функции Node B перечислены ниже:

Управление радио интерфейсом. Работа с радио трактом, контроль потерь на Uu интерфейсе

Работа с радио каналами. Размещение логических радио каналов на физические каналы, кодирование/декодирование абонентского трафика и сигнализации.

Управление транспортными потоками. Управление АТМ коммутацией и мультиплексированием на Iub интерфейсе. Контроль соединений на уровне AAL2/AAL5. Организация физических интерфейсов для транспортной технологии – Е1, PDH, SDH.

Функции эксплуатации и обслуживания. Взаимодействие с центром Эксплуатации и обслуживания сети, выдача аварийных и диагностических сообщений.

.

3.2.2. RNC – Контроллер радиосети

RNC представляет собой элемент, обеспечивающий управление радио ресурсами в RAN. Он сопрягается с CN (обычно с одним MSC и одним SGSN). Логически он соответствует BSC (контроллеру базовой станции) в GSM.

RNC поддерживает интерфейс Iub в направлении к Node В. RNC отвечает за управление нагрузкой и предотвращение перегрузки в сотах обслуживаемых его базовыми

Версия от 23/12/07 45


станциями, а также осуществляет управление доступом и выделение кодов для новых радиоканалов (вызовов), которые будут устанавливаться в этих сотах.

Основные функции контроллера RNC следующие:

1. Управление оптимальным использованием радио ресурсов системы радиодоступа (RAN);

Управлении радио ресурсами включает передачу всех параметров, требующихся для установления соединения, видоизменения и разъединения соединения.

2. Управление хэндовером;

управление мобильностью пользовательского оборудования в подсоединенном режиме осуществляется с помощью сигнализации, которая передает параметры радио измерений, осуществление самого хэндовера, обновление информации о соте.

3. Управление нагрузкой;

Выбор кодеков, осуществление межсистемных хендоверов UMTS/GSM в случае перегрузки в сети UMTS

4. Управление мощностью;

Управление мощностью во внешнем контуре означает установление заданного значения SIR в каждом радио канале. Фактические заданные значения SIR не передаются от UTRAN в UE, но контроллер радиосети всегда может сделать так, что UE не будет увеличивать свое заданное значение SIR.

5. Поддержка в RAN услуг передачи канальных и пакетных данных;

Включат в себя организацию каналов трафика для передачи абонентских данных, поддержка услуг 3G на основе классов 3GPP QoS и обеспечение заданного уровня QoS для разных классов услуг,

6. Поддержка функций безопасности, проверки целостности данных и шифрования;

Процедуры управления режимом обеспечения безопасности используются для того, чтобы обеспечить шифрование и защите целостности передачи UE и RAN и запустить процесс изменения ключей шифрования и защиты целостности передачи во время установления соединения.

7. Поддержка зональных широковещательных услуг;

Широковещательной/многоадресной передача используется для передачи через радиоинтерфейс сообщений, исходящих из широковещательного центра соты и доставляемых всем абонентам, находящимся в этой соте. В версии-99 спецификаций 3GPP единственной определенной широковещательной услугой является широковещательная услуга SMS (службы передачи коротких сообщений);

8. Поддержка интерфейсов линий передачи;

Организация транспортных потоков в сторону RNC и управление обработкой данных на уровне транспортной сети резервирование каналов трафика между RNC и BTS, ATM коммутация и мультиплексирование

9. Поддержка функций технического обслуживания и эксплуатации;

10. Выполнение измерений параметров радиосети, сети связи и характеристик контроллера.

Версия от 23/12/07 46


Рис. 27 Внешний вид контроллера RNC (на примере оборудования NokiaSiemens RNC 450)

Интерфейс Iu соединяет RAN c CN и является открытым интерфейсом, который делит систему, ориентированную на радиосвязь и систему, которая оперирует коммутацией, маршрутизацией и управлением сервисом. Интерфейс Iu может иметь два различных варианта – Iu CS (Iu с коммутацией каналов) для соединения RAN с базовой сетью (CN) с коммутацией каналов (CS – Circuit switching) и Iu PS (Iu с коммутацией пакетов) для соединения RAN с базовой сетью с коммутацией пакетов (PS – Packet switching). Первоначальной идеей при стандартизации была идея разработать только один интерфейс Iu, но затем было признано, что полностью оптимизированные средства передачи (транспортный протокол) пользователя для услуг CS и PS могут быть получены, если разрешены различные технологии передачи. Следовательно, сигнализация управления транспортной сетью будет разной.

Контроллеры RNC могут взаимодействовать через интерфейс Iur. Подобной связи не было в сетях GSM. В сетях UMTS стык между контроллерами необходим для обеспечения мягкого/полумягкого хендовера.

Роли RNC в сети UTRAN могут различаться:

Управляющий RNC (CRNC)

o Каждый RNC отвечает за ресурсы своего набора сот и за Node B в RNS. В этой роли RNC называется управляющим RNC (CRNC)

Обслуживающий RNC (SRNC)

Версия от 23/12/07 47


o Для каждого подключенного мобильного терминала контроллеры существует обслуживающий RNC (SRNC), обеспечивающий подключенное UE через радио ресурсы. SRNC организует интерфейс Iu в направлении к CN

Рис. 28 Обслуживающий RNC

Дрейфующий RNC

o Чтобы минимизировать влияния от передачи обслуживания между сегментами сети, контроллеры RNC могут играть и другую роль: Дрейфующий RNC (DRNC). DRNC предоставляет ("дает во временное пользование") ресурсы контроллеру SRNC для конкретного UE. Обычно DRNC также действуют как SRNC для других UE подключенных непосредственно к нему.

Версия от 23/12/07 48


Рис. 29 Дрейфующий RNC

3.3. Базовая сеть (Core Network)

Базовая сеть (CN) строится на основе базовой сети GSM/GPRS. Основные задачи базовой сети обеспечение коммутации, маршрутизации, транспортных каналов для абонентского трафика, а также хранение и управление абонентскими данными, и обеспечение дополнительных услуг. Как было уже сказано выше, в сетях UMTS Release 4 и 5 будут модернизированы некоторые подсистемы и компоненты с целью поддержки IP протокола, а также добавятся новые, например IMS. Если радио сеть RAN нужно строить с нуля, то базовая сеть прямой наследник и эволюционное развитие базовой сети GSM. Это позволит операторам существующих сетей GSM/GPRS извлечь выгоду при строительстве UMTS, в то же время, защищая свои капиталовложения в систему 2G и снижая риски от внедрения 3G. Используются те же принципы построения сигнализации, что облегчает взаимодействие сетей 2G и 3G.

Рис. 30 Архитектура базовой сети - CN

Так же как и в GSM базовая сеть логически разделяется на домен CS (circuit-switched) и домен PS (packet-switched). CS сегмент включает следующие узлы MSC, VLR и Gateway MSC (GMSC).PS segment включат SGSN и GGSN и оборудование IP сети (маршрутизаторы, сервер DNS/ DHCP) для передачи данных.

Сеть GSM/GPRS/UMTS взаимодействует с другими наземными сетями подвижной связи общего пользования (PLMN), включая коммутируемые телефонные сети общего пользования (PSTN) и другие мультимедийные сети на базе IP.

Базовая сеть включает так же ряд элементов EIR, HLR, AuC, Radius которые обслуживают и CS и PS сегменты.

Версия от 23/12/07 49


3.3.1. Центр коммутации подвижной связи/Шлюзовой центр коммутации подвижной связи (MSC/GMSC)

Центральным компонентом домена CS в базовой сети является MSC. MSC - это коммутатор, который выполняет все функции коммутации и сигнализации для MS, расположенных в географической зоне, назначенной в качестве зоны MSC. Основное различие между MSC и коммутатором проводной сети состоит в том, что MSC должен принимать в расчет влияние распределения радио ресурсов и подвижность абонентов. Это означает, что MSC должен выполнять такие процедуры, как:

Процедуры, необходимые для регистрации местоположения при включении телефона

Процедуры, необходимые для передачи обслуживания при перемещении абонента

MSC/GMSC обеспечивает интерфейс между сетью UMTS и стационарными сетями. MSC выполняет все функции, необходимые для обработки услуг с коммутацией каналов в направлении к и от мобильных станций. MSC отвечает за управление голосовым соединением (установление, коммутация, управление и завершение соединений), управление передачей обслуживания между MSC и управление дополнительными услугами, а также за сбор информации о тарификации абонентов. MSC подключается к регистрам местоположения (HLR и VLR) и оборудования (EIR) и другим MSC в той же сети.

GMSC действует в качестве шлюза для соединения с другими сетями подвижной связи и коммутируемыми сетями общего пользования (телефонная сеть, ISDN, сети передачи данных).

3.3.2. Шлюз среды (MGW)

Чтобы обеспечить в Release 4 сетевую архитектуру CS, основанную IP, следовательно, обеспечить универсальные сети, MSC разделяется на шлюз среды (MGW Media Gateway), обеспечивающий передачу пользовательского трафика, и сервер MSC для обеспечения сигнализации. Разделение на MGW и сервер MSC также приводит к созданию более независимой среды для обслуживания, когда управление обслуживанием становится независимым от устройства коммутации.

Сервер MSC обеспечивает, главным образом, две функции: управления соединениями (Call Control) и управления мобильностью (Mobility management) для MS.

MGW является узлом транспортной сети PSTN/PLMN и связывает UTRAN с CN через интерфейс Iu. MGW обрабатывать трафик в сети с коммутацией каналов и потоков данных разных форматов в сети с коммутацией пакетов (например, потоки RTP (транспортный протокол реального времени) в IP-сети). MGW физически обеспечивает коммутацию потоков трафика, обеспечивает работу вспомогательных устройств таких как: эхо-подавители, генераторы акустических сигналов, авто-ответчики, и предоставляет данные для тарификации услуг.

3.3.3. Шлюз сигнализации (SGW)

Шлюз сигнализации (SGW) преобразует сигнальную информацию на транспортном уровне между сигнализацией на базе SS7, используемой в сетях до Release 4, и сигнализацией на базе протоколов IP, которая использоваться для мультисервисных сетей. Шлюз SGW будет необходим для обеспечения универсальной IP-сети UMTS.

Функцию шлюза сигнализации можно реализовать как отдельный элемент или внутри другого элемента, например внутри MSC-S.

Версия от 23/12/07 50


3.3.4. Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)

SGSN действует как пакетный коммутатор и маршрутизатор в домене PS базовой сети. SGSN управляет доступом мобильной станции к базовой сети и маршрутизирует пакеты в правильный RNC. Он выполняет функции управления мобильностью (MM), как это делает MSC в домене CS базовой сети, такие как регистрация местоположения, корректировки зоны маршрутизации и пейджинг. SGSN также обрабатывает функции обеспечения секретности, такие как аутентификация и шифрование (между MS/UE и SGSN).

3.3.5. Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)

GGSN действует как пакетный маршрутизатор в домене PS базовой сети и является шлюзом между маршрутизацией пакетов IP в сети UMTS и маршрутизацией пакетов IP в стационарных сетях Интернета. Он выполняет перенос пакетов между сетями IP-мультимедиа и соответствующим SGSN, который в текущий момент обслуживает MS/UE. Если MS меняет SGSN в течение режима готовности, GGSN используется в качестве буфера пакетов данных. GGSN сохраняет данные абонента для активных MS/UE и выполняет функции обеспечения секретности, такие как система защиты доступа и предотвращение незаконных действий.

3.3.6. Домашний регистр (HLR)

Домашний регистр (HLR) является независимым элементом базовой сети до и включая Release 4. В сети Release 5 HLR заменяется на HSS (сервер абонентов домашней сети - см. следующий раздел), который является расширенным вариантом HLR. HLR включает в себя всю административную информацию по каждому абоненту, зарегистрированному в определенной сети, информацию о разрешенных услугах и текущем местоположении мобильной станции. Местоположение мобильной станции обычно представляется в форме адреса сигнализации гостевого регистра (VLR), связанного с MS. Логически существует один HLR на сеть, хотя он может быть реализован как распределенная база данных.

HLR обеспечивает следующие функциональные возможности:

Поддержка элементов в домене PS, таких как SGSN и GGSN через интерфейсы Gr и Gc. Это необходимо для того, чтобы обеспечить доступ абонента к услугам области PS

Поддержка элементов в домене CS, таких как MSC/сервер MSC, через интерфейсы C и D. Это необходимо для того, чтобы обеспечить доступ абонента к услугам домена CS и роуминг в традиционных сетях GSM/домене CS сети UMTS.

3.3.7. Сервер абонентов домашней сети (HSS)

В сети UMTS Release 5 HSS заменяет HLR. HSS является расширенным вариантом HLR и включает все функциональные возможности HLR плюс дополнительные функции для поддержки функций IM подсистемы IP-мультимедиа (IMS).

HSS является общим элементом доменов PS и CS. HSS - это основная база данных для заданного пользователя и содержит информацию, связанную с подпиской, чтобы поддерживать сетевые компоненты, обрабатывающие вызовы/сеансы, например, поддержка серверов управления соединениями для выполнения процедур маршрутизации/роуминга путем решения взаимозависимостей аутентификации, авторизации, разрешение присваивания имен/ адресации и определения местоположения.

Сеть UMTS может включать один или несколько HSS в зависимости от количества абонентов подвижной связи, пропускной способности оборудования и организации сети.

В HSS предусматриваются следующие функциональные возможности:

Версия от 23/12/07 51


Функциональные возможности IM для обеспечения поддержки управляющих функций IMS, таких как функция управления состоянием соединения (CSCF). Это необходимо для обеспечения доступа абонента к услугам подсистемы IM CN

Расширенное множество функций HLR, требующееся для домена PS

Расширенное множество функций HLR, требующееся для домена CS, если требуется обеспечить доступ абонента к домену CS или обеспечить роуминг в традиционных сетях GSM/домене CS сети UMTS.

HSS включает следующую информацию, относящуюся к пользователю:

Информация идентификации пользователя, нумерации и адресации

Информация по обеспечению защиты пользователя. Информация управления доступом к сети для аутентификации и авторизации

Информация о местоположении пользователя на межсистемном уровне. HSS обеспечивает регистрацию пользователей и сохраняет информацию о местоположении на межсистемном уровне и др.

Информация о профиле пользователя (т.е. установки параметров для определенных услуг)

3.3.8. Гостевой регистр (VLR)

Гостевой регистр содержит выборочную административную информацию, полученную от HLR, необходимую для управления соединением и предоставления подписанных услуг каждому абоненту подвижной связи, находящемуся в настоящий момент в зоне местоположения (LA), управляемой VLR. Каждый раз при выполнении MS роуминга в новой LA гостевой регистр, охватывающий эту LA, информирует HLR о новом местоположении абонента. Затем HLR информирует VLR об услугах, доступных данному абоненту. VLR также управляет процессом присваивания TMSI.

Регистры HLR и VLR вместе с MSC обеспечивают возможности маршрутизации вызовов и роуминга в сети. В большинстве реализаций VLR интегрирован с MSC, а в UMTS версии 4 будет являться частью сервера MSC.

3.3.9. Центр аутентификации (AuC)

Центр аутентификации - это защищенная база данных, которая включает в себя индивидуальные идентификационные ключи абонентов (которые также включены в USIM) и предоставляет данные абонента в HLR и VLR (через HLR), используемые для аутентификации (проверки подлинности) и шифрования соединений.

3.3.10. Регистр идентификации оборудования (EIR)

Регистр EIR - это база данных, которая включает в себя перечень всего оборудования, действующего в сети подвижной связи, и в которой каждая MS идентифицируется с помощью IMEI. Идентификатор IMEI помечается как неправильный, если был представлен отчет о краже мобильной станции или если MS несанкционированного типа.

Версия от 23/12/07 52


3.3.11. Подсистема IP-мультимедиа (IMS)

Рис. 31 Подсистема IP-мультимедиа

Подсистема IMS является основным отличием сети UMTS версии 4 от версии 5. IMS включает все элементы для обеспечения мультимедийных услуг. Так как этот элемент сети не имеет прямых аналогов в GSM, остановимся на нем подробнее.

Подсистема IMS позволяет операторам PLMN предлагать мультимедийные услуги своим абонентам, базируясь на стандартизованных приложениях, услугах и протоколах Интернета. 3GPP не стремиться стандартизировать такие услуги в пределах IMS, но была стандартизована платформа и процедуры. Цель состоит в том, чтобы эти услуги были развернуты операторами PLMN и независимыми поставщиками (провайдерами), как можно более легко используя в качестве фундамента IMS. Подсистема IMS должна обеспечить для пользователей радиосвязи конвергенцию и доступ к различным технологиям: телефония, видео, передача сообщений, передача данных и технологии на базе WEB, а также объединить развитие Интернета с развитием подвижной связи. Далее описываются специфические функциональные элементы IMS.

CSCF (Call Session Control Function - Функция контроля сессии вызова) - это «мозг» IMS, узел который обрабатывает сигнализацию и отвечает за маршрутизацию потока информации от сервера услуги к абоненту. CSCF, который включает три функциональных блока:

Полномочный (Proxy)-CSCF (P-CSCF) - это первая контактная точка для UE в пределах IMS. Функция управления доступом является логическим элементом P-CSCF (что можно и что нельзя абоненту в мире IP услуг)

Опрашивающий (Interrogating)-CSCF (I-CSCF) - это контактная точка в пределах сети оператора для всех соединений с другими IMS, то есть это контактный узел при роуминге абонентов из/в сеть, что бы IMS услуги предоставлялись и в сетях других операторов.

Обслуживающий (Serving)-CSCF (S-CSCF) выполняет услуги управления сеансом для UE

Функция Мульти ресурсов (MFR - Media Resource Function) выполняет функции коллективных соединений и проведения мультимедийных конференций. MRF работает с абонентским трафиком и осуществляет его коммутацию, с серверами приложений. MRF включает две части

Media Resource Function Controller part (MRFC) – управляющую часть.

Media Resource Function Processor part (MRFP) – исполнительную часть.

Версия от 23/12/07 53


Функция управления шлюзом среды (MGCF) выполняет преобразование протоколов между традиционными сетями ISDN и протоколами управления IP соединениями IMS (например, преобразование ISUP/SIP (протокол инициирования сеанса))

Шлюз среды IP-мультимедиа (MGW) организует каналы-носители из сети с коммутацией каналов и потоки мультимедиа из сети с коммутацией пакетов. Шлюз MGW может поддерживать преобразование среды, управление носителем и обработку загрузки (например, кодек, эхо-компенсатор, мост конференц-связи)

Для пользователей услуги, основанные на IMS, обеспечивают связь между двумя абонентами, и между абонентом и контент-ресурсом в различных режимах (включая передачу голоса, текста, изображений и видео или любую их комбинацию) с максимумом персонализации и контроля.

IMS обеспечивает сервисную архитектуру, в которой многие функции могут быть использованы с различными приложениями и у разных провайдеров. Это позволяет быстро и эффективно создавать новые услуги и предоставлять их.

В основе концепции лежит способность IMS передавать сигнальный трафик и трафик в канале через IP-уровень и выполнять функции маршрутизатора или механизма управления сессиями абонентов с использованием информации об их состоянии.

IMS упрощает создание и предоставление мультимедийных сервисов, базирующихся на общих средствах оказания услуг по типу «однократное создание – многократное использование». То есть IMS включает набор функций, которые могут быть использованы для конструирования различных услуг. За счет многократного использования этих функций ускоряется и упрощается внедрение новых услуг на сети оператора. Эти ключевые элементы архитектуры IMS называют средствами предоставления услуг. Они представляют из себя общие «строительные» блоки многократного использования для создания сервисов. Средства оказания услуг, созданные для разнообразных приложений, могут становиться «глобальными» и автоматически включаться в новые приложения и услуги.

Средств оказания услуг может быть большое количество, но основными из них являются управление присутствием и управление списками групп.

Управление присутствием

Средство оказания услуги присутствия позволяет информировать определенный круг пользователей о доступности и способах связи с членами данной группы. Это позволяет, например, давать возможность пользователям «видеть» друг друга до установления соединения (активная адресная книга) или получать оповещения о том, что другие пользователи стали доступны.

Управление списками групп

Средство управления списками групп позволяет пользователям создавать и управлять определениями сетевой группы для использования любым сервисом, развернутым в сети. Существуют общие механизмы для извещения об изменениях в определениях групп. Примеры приложений для управления группой включают: «списки друзей», списки заблокированных абонентов, открытые/закрытые группы (например, простое определение VPN-ориентированных сервисных пакетов), списки управления доступом, открытые или закрытые чаты; и любые другие приложения, в которых есть список коллективных идентификаторов.

Совместимость сервисов

IMS позволяет упростить связи между операторами. Вместо того чтобы устанавливать различные связи и соглашения о взаимодействии для каждого сервиса, IMS обеспечивает установление и развитие связей между операторами один раз, и уже к взаимосвязанным IMS подключается столько услуг, сколько хочет оператор.

На сегодняшний день, если один пользователь желает получить доступ к сервису другого пользователя – например, проверить статус или местоположение – маршрутизация к сервису другого пользователя является специфической услугой, и потребует запрос сервиса от оператора пользователя. Более того, для каждого сервиса должен существовать

Версия от 23/12/07 54


специфический межсетевой интерфейс, маршрутизация, точка доступа к сервису и средства обеспечения безопасности – а, следовательно, и специфическое соглашение об услуге между операторами.

Если IMS функционирует, доступ к сервисам других пользователей является задачей сети IMS, общей для всех персональных сервисов IMS, как это показано на рисунке 32.

Рис. 32 Разница в совместимости сервисов между сетью, существовавшей до появления IMS и операторами, работающими с IMS

Услуги оператора запрашивающего пользователя не требуются для маршрутизации запроса. Межсетевой интерфейс между операторами действует в IMS, а общее сервисное соглашение между операторами IMS, маршрутизация, точка доступа к сервисной сети и средства безопасности могут использоваться неоднократно.

Хотя мультимедийные сервисы на базе существующей технологии были доступны и в прошлом, они всегда представляли большие сложности с точки зрения развертывания, высокой стоимости и неэффективности в использовании сетевых ресурсов. На базе IMS можно организовать большое количество разных типов новых сервисов, в том числе:

Голосовые

Видео

Присутствие и мгновенный обмен сообщениями

Игры

Организация коллективной конференц-связи с использованием различных типов информационных средств

Интерактивное телевидение

Видео по запросу

Текстовые чаты

Усовершенствование телефонной связи с помощью комбинационных сервисов, объединяющих сервисы традиционной коммутируемой голосовой телефонной связи и передачи данных через IP, дает возможность пользователю мгновенно и интерактивно

Версия от 23/12/07 55


обмениваться в процессе разговора информацией – изображениями, реальным видео и web-контентом.

IP Multimedia Subsystem (IMS) является ключевым элементом в переходе к полномасштабным IP-услугам и конвергенции сетей. Как проводные, так и беспроводные сети будут переходить к IMS, поскольку последняя предоставляет преимущества IP, сохраняя ожидаемый уровень качества для пользователей, а также расширяя сферы применения, поддерживая новые равноправные связи и мультимедийные возможности.

Версия от 23/12/07 56


4. Услуги в сетях UMTS

Системы 3G способны предоставить пользователю настолько широкий спектр услуг, что профиль конкретной услуги 3G, как правило, можно понять только из контекста. Для преодоления этой неопределенности представляется целесообразным классифицировать телекоммуникационные услуги по двум видам - основные и дополнительные (дополнительные виды обслуживания /услуги с добавленной стоимостью), а каждый вид услуг - по типам. Предлагаемая классификация показана на рис.28.

В соответствии с этой классификацией к основным отнесены услуги передачи сообщений между пользователями (абонентами). При этом к основным услугам 1-го типа относятся услуги предоставления пользователю дискретного канала для передачи цифрового потока (bearer service). Дискретный канал организуется между точками доступа, размещенными, в общем случае, на совокупности взаимодействующих разнородных сетей связи. При этом могут быть задействованы различные транзитные сети и сети завершения вызова такие как: IP-сети в составе Интернета, сети Интранет, локальные сети (LAN) и др. Каждая сеть может вносить свой вклад в качество услуг, воспринимаемое пользователем. Основным отличием услуг bearer service, поддерживаемых в сетях 3G, является увеличение (в сравнении с сетями 2G) скорости передачи цифрового потока до 2Мбит/с при перемещении терминала со скоростью пешехода и до 144 кбит/с при перемещении со скоростью автомобиля.

Рис. 33 Классификация телекоммуникационных услуг

Основные услуги 2-го типа (teleservice), помимо передачи цифрового потока, полностью поддерживают возможность связи требуемого вида между пользователями (передача речи, видео, данных), в том числе на базе технологии мультимедиа. Рис. 34 иллюстрирует приведенные выше определения основных услуг связи.

Версия от 23/12/07 57


UE- оборудование пользователя, MT- точка завершения мобильности, TE - терминал, TAF- функция адаптации терминала

Рис. 34 Bearer/ Tele Service

Дополнительные услуги или услуги с добавленной стоимостью предоставляются только в сочетании с основными и позволяют абоненту использовать ресурсы сети (программные средства, базу данных) для решения задач, не связанных непосредственно с передачей сообщений на расстояние. Эти услуги здесь разделены на три типа (по месту размещения логики и данных услуги в сетевой инфраструктуре).

К дополнительным услугам 1-го типа отнесены услуги, логику которых лучше размещать в абонентском терминале. Примером услуг этого типа являются услуги автоматического повтора набранного номера, сокращенный набор номера и др. Далее эти услуги из-за их простоты далее не рассматриваются.

К дополнительным услугам 2-го типа отнесены услуги, логику которых целесообразно размещать на сетевом уровне в коммутационном оборудовании. К услугам этого типа относятся, например, услуги маршрутизации входящего вызова при отсутствии ответа абонента, постановка вызова на ожидание (уведомление одного из двух разговаривающих абонентов о поступлении вызова от третьего абонента) и др. Отличительной особенностью услуг этого типа является необходимость размещения в памяти коммутационного оборудования индивидуальных для каждого абонента данных при заказе им такой услуги. Таким образом, для реализации дополнительных услуг 2-го типа требуется использование вычислительных ресурсов и базы данных коммутационного оборудования. Как правило, такие услуги стандартизируются для облегчения сопряжения коммутационного оборудования разных фирм-производителей.

Подмножество дополнительных услуг 3-го типа включает те услуги, логика и данные которых размещаются (с учетом экономической целесообразности и перспектив развития) в оборудовании интеллектуальной платформы, содержащей серверы с соответствующей базой данных (например, оборудование IN в системах стандарта UMTS) или выделенных серверах приложений.

Основные услуги, поддерживаемые ресурсами CS-сегмента, могут дополняться стандартизированными дополнительными услугами 2-го типа. Основные услуги на базе IP-технологии поддерживаются ресурсами PS- сегмента.

Услуги с добавленной стоимостью 3-го типа включают широкий спектр различных специфических услуг/приложений оператора сети, которые, как правило, не подлежат стандартизации. Это различные игровые приложении, мультимедийный контент, услуги основанные на знании и местоположения абонента и т.д.

Версия от 23/12/07 58


4.1. Группы услуг

Для упрощения процедуры обработки большого основных услуг (при их запросе) определены группы основных услуг 3G, приведенные в таблице

Таблица 7. Список групп основных услуг

Группа основных услуг Основная услуга

Номер п.п.

Название Тип Название

1 Речь TS Телефония

TS Экстренный вызов

2 SMS TS Короткие сообщения прием, отправка Р2Р

TS Широковещание коротких сообщений

3 Услуги факсимильных сообщений (Факс)

TS Голос/факс группы 3

4 Услуги асинхронной передачи данных через CS-сегмент

BS Услуга асинхронной передачи данных

5 Услуги синхронной передачи данных через CS-сегмент

BS Услуга синхронной передачи данных

Примечание: TS- Teleservice, BS- Bearer Service

Перечень дополнительных услуг 2-го типа, поддерживаемых в сетях 3G, представлен в таблице 8.

Таблица 8. Дополнительные услуги 2-го типа

Группа доп. услуг Название услуги Аббревиа-тура

eMLPP enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption

eMLPP

Call Deflection

Call Deflection CD Отклонение звонков

Number Identification Идентификация номера

Calling Line Identification Presentation

CLIP Определение номера звонящего

Calling Line Identification Restriction

CLIR Запрет определения номера звонящего

Версия от 23/12/07 59


Connected Line Identification Presentation

CoLP Определение линии соединения

Connected Line Identification Restriction

CoLR Запрещение определения линии соединения

Call Offering Управление вызовом

Call Forwarding Unconditional

CFU Безусловное перенаправление вызова

Call Forwarding on Mobile Subscriber Busy

CFB Перенаправление вызова при занятости

Call Forwarding on No Reply

CFNRy Перенаправление вызова , если нет ответа

Call Forwarding on Mobile Subscriber Not Reachable

CFNRc Перенаправление вызова, если недоступен

Call Completion Завершение вызова

Call Waiting CW Ожидание вызова

Call Hold HOLD Удержание вызова

Multi Party Многосторонняя связь

Multi Party Service MPTY Конференц-связь

Comm. of Interest Общие интересы

Closed User Group CUG Закрытая группа пользователей

User-to-User Пользователь-пользователь

User-to-user signalling UUS Сигнализация пользователь-пользователь

Charging Тарификация

Advice of Charge (Information)

AoCI Информация о стоимости предоставленной услуги

Advice of Charge (Charging)

AoCC

Call Restriction Ограничение вызовов

Barring of All Outgoing Calls

BAOC Запрет всех исходящих вызовов

Barring of Outgoing International Calls

BOIC Запрет исходящих международных вызовов

Barring of Outgoing International Calls

BOIC-exHC Запрет исходящих международных

Версия от 23/12/07 60


except those directed to the Home PLMN Country

вызовов за исключением направляемых в страну дом. сети

Barring of All Incoming Calls

BAIC Запрет всех входящих вызовов

Barring of Incoming Calls when Roaming Outside the Home PLMN Country

BAIC-Roam Запрет всех входящих вызовов при роуминге вне страны дом. сети

Call Transfer Перевод вызова

Explicit Call Transfer ECT Перевод завершенного вызова

Completion of Calls to Busy Subscribers

Завершение вызова к занятому подписчику

Completion of calls to busy subscribers

CCBS SS

CCBS Requests

Name Identification Идентификация имени

Calling Name Presentation

CNAP Представление имени вызывающего абонента

Multicall

MC Мультивызов

Unstructured Supplementary Service Data

Unstructured Supplementary Service Data

USSD

Услуга доставки неструктурированных данных

Все дополнительные услуги, представленные в таблице, поддерживаются в сетях 3G. Подписчики могут использовать эти услуги как при вызове внутри сети 3G, так и при взаимодействии с ТфОП/ISDN. При этом накладываются требования на интерфейс man-machine (человек-машина), относящийся к дополнительным услугам: интерфейс в сетях 3G должен быть совместим насколько возможно с аналогичным интерфейсом в фиксированных сетях, например, информация на клавишах клавиатуры или функциональные клавиши должны быть аналогичны. В ситуации взаимодействия с внешними сетями передачи данных доп. услуги могут использоваться только в фазе установления вызова (например, услуги перенаправления вызова). При установлении вызова между мобильным пользователем и сетью передачи данных, терминал пользователя выступает в качестве терминала сети ПД и, следовательно, может использовать только доп. услуги, поддерживаемые этой сетью.

Дополнительные услуги 3-го типа

Поскольку элементы множества дополнительных услуг 3-го типа, потенциально поддерживаемых в сетях 3G, не поддаются перечислению, далее приводятся только некоторые сведения относящиеся к таким услугам.

Значительная часть дополнительных услуг 3-го типа, предоставляемых пользователям в сетях 3G, представляют собой услуги с добавленной стоимостью, которые поддерживаются в соответствии с концепцией Интеллектуальной Сети (Оплата за счет вызываемого абонента - FreePhone, Карта предоплаты - Pre-paid, предоставление платной информации - Premium Rate

Версия от 23/12/07 61


и др.). Поддержка таких услуг в сочетании с услугой мобильного терминала реализуется на базе ресурсов платформы CAMEL UMTS, и об этом будет сказано далее.

Проводимые в настоящее время маркетинговые исследования показывают, что предоставление мультимедийных услуг абонентам сети 3G может дать большое количество коммерчески эффективных приложений. Смысловое содержание мультимедийной связи между человеком и/или компьютером, реализуемой на базе ресурсов сети 3G, может быть использовано при разбиении соответствующих мультимедийных услуг связи на четыре категории, а именно:

предоставление информации – WEB, телеобразование, информация по требованию и др.

телекоммуникации - телефония, передача факсимильных сообщений, передача данных, электронная почта, пейджинг и др. с использованием единого номера (E.164).

решение производственных задач - электронная коммерция, телемедицина, банковские операции по каналу связи и др.

развлечения - телеигры, музыка по требованию, видео по требованию и др.

На рисунке 35 приведена иллюстрация спроса на услуги сетей 3G разных категорий со стороны подгрупп потенциальных пользователей.

Рис. 35 Распределение спроса на услуги сетей 3G по группам пользователей

Способ организации UMTS предполагает отделение, насколько это возможно, части сети, выполняющей фактические соединения, от части, обеспечивающей предоставление услуг. Это способствует большей открытости и повышению потенциала в условиях рынка, обеспечивает концепцию раздельных поставщиков (провайдеров) информации, услуг и телекоммуникационных компаний. Благодаря наличию подсистемы IMS становится возможным внедрение самого широкого набора услуг 3-го типа. Некоторые из этих услуг приводятся ниже

Услуги, основанные на местоположении

Версия от 23/12/07 62


Географическое положение оборудования пользователя (UE) может быть определено путем измерения уровня радиосигналов. Функции позиционирования для оптимизации эксплуатационных характеристик системы радиосвязи могут использоваться дополнительными сетевыми услугами, самим UE и услугами "третьей стороны". К типичным коммерческим услугам относятся следующие услуги:

Информация о движении городского транспорта

Управление парком автотранспорта

"Следуй за мной"

"Ближайшая услуга"

Услуги экстренных вызовов

Развлечения и контент

Контент (от англ. Content – содержание). Под "контентом" в широком смысле понимают информационное наполнение контент-услуг. Информационное наполнение – тексты, графика, мультимедиа и иное информационно значимое наполнение контент-услуг. Мобильный контент – любая информация в виде мелодий, картинок, анимаций, видеороликов, фильмов, игр, программ, которая может быть передана на мобильный телефон или смартфон.

Информация и развлечения — две основные движущие силы в информационном обществе. Раньше радио и телевидение были единственными беспроводными каналами массового распространения развлечений. В последнее время быстро растет интерес к Веб-вещанию через Интернет. Однако недостаточная пропускная способность GSM каналов связи ограничивает возможность телепередач нормального качества. Передавать можно только небольшие изображения, а прием отличается ненадежностью. Такие широкополосные технологии, как системы UMTS, значительно улучшат положение дел.

Телевещание предоставляет ограниченное число телевизионных каналов, а системы 3-го поколения обеспечат почти неограниченное число услуг.

Услуги в области образования

В способах и времени получения образования происходят большие перемены. Все больше людей сегодня и работают, и учатся. Многие студенты живут вдали от своих университетов. Интернет открывает возможность дистанционного (заочного) обучения. Хотя у существующих сетей пропускная способность недостаточна для эффективного распространения учебных материалов, использование средств дистанционного обучения становится все более популярным.

Через системы UMTS услуги в области дистанционного обучения можно экономически эффективно предоставлять в тех регионах, где прокладка фиксированных линий связи обойдется слишком дорого например, в сельских районах с малой плотностью населения. Дистанционное обучение может оказаться экономически оправданным также в России, где степень проникновения проводных сетей мала. В этих случаях поддержка мобильности может и не быть главным фактором. Важным преимуществом здесь может оказаться способность систем UMTS/HSDPA обеспечить большую пропускную способность сети. Системы UMTS позволят также студентам и преподавателям получать доступ к дополнительным учебным и вспомогательным материалам.

В заключении представляется исключительно важным подчеркнуть, что все виды и типы перечисленных услуг сетей 3G согласно концепциям IMT-2000 должны предоставляться в сочетании с услугой глобального роуминга, включая межсистемный роуминг.

Электронная торговля через мобильный телефон

Электронная торговля открыла перед бизнесом небывалые возможности. Розничная торговля через Интернет, дающая возможность охватить весь мировой рынок, принесет торговым организациям миллиардные доходы. Кроме того, она позволит намного сократить

Версия от 23/12/07 63


издержки в торговом цикле и построить более прочные интерактивные взаимоотношения с потребителями. Рынок торговли через Интернет предоставит многим мелким предприятиям новые шансы глобальной конкурентной борьбе, позволив конкурировать с гигантами отрасли на совершенно новом игровом поле.

Использование мобильного терминала позволяет осуществить покупку с минимальными затратами времени и сил, магазин у вас всегда под рукой в любой точке где есть покрытие UMTS. Это ускоряет и упрощает этап сравнения товаров, а возможность купить что-либо одним прикосновением к мобильному терминалу намного упрощает процесс самой покупки.

4.2. Виртуальная домашняя среда (VHE)

Помимо богатого набора самых разнообразных приложений, сети 3G выгодно отличаются от сетей GSM еще и подходом к предоставлению услуг. Важно те только предоставить выбор абоненту, но и сделать пользования услугами максимально удобным. Именно для этого при разработке сетей третьего поколения был сделан акцент на концепции Виртуальной домашней среды (VHE). VHE - это концепция предоставления услуг в пределах UMTS, которая позволяет пользователю иметь один и тот же персональный интерфейс с сетью, не обращая внимания на доступную сеть. Про концепцию VHE уже упоминалось в главе 1.3 «Базовые принципы UMTS». Не будем повторяться, но остановимся на ней подробнее.

VHE определена3GPP и поддерживает идентичные пользовательские интерфейсы и услуги вне зависимости от используемого в данный момент терминала и сети, в любой момент времени в любой сети (домашней или в роуминге) абонент должен быть «окружен» идентичными услугами. Абонент в среде VHE получает эффект "домашней виртуальной обстановки".

VHE - также может быть описана, как профиль пользователя, разделенный между терминалом, оператором сети и провайдером услуг. VHE обеспечивает провайдерам услуг доступ к абонентским данным, позволяя создавать персонифицированные услуги. Ключевые аспекты VHE могут быть формулированы как:

Персонализированные абонентские сервисы

Персонализированные абонентские интерфейсы на терминалах

Набор идентичных абонентских сервисов идентичных с точки зрения конечного пользователя в любой сети (проводной или сотовой, домашней или гостевой).

Глобальная доступность услуг.

Самое очевидное преимущество для пользователя - возможность использования услуг в гостевых сетях в привычной форме.

Со стороны терминалов VHE базируется на интеллектуальности предоставления услуг в сети, которая контролирует такие стандартные функции терминала, как установление вызова, контроль за перемещением и интерфейсы пользователя.

Со стороны сети VHE должно базироваться на приложениях и наборе средств обеспечивающих переносимость информации о профилях пользователей, о тарифах, услугах и множественной совместимости, которая, принимая во внимание сложность сетей, является непростой задачей.

VHE включает целый набор инструментов (технологий, протоколов, спецификаций) среди которых:

UMTS SIM Application Toolkit (USAT)

технологии Intellegent Network (IN, Интеллектуальные сети) CAMEL - для межсетевого взаимодействия.

MExE (Mobile Station Application Execution Environment) - среда, в которой выполняются приложения для мобильных станций.

Версия от 23/12/07 64


Роль и функционал USAT аналогичен SAT для сетей GSM, поэтому не будем на нем подробно останавливаться, а более детально рассмотрим CAMEL и MExE.

4.3. CAMEL

CAMEL - Customised Applications for Mobile Networks Enhanced Logic (Приложения для расширенной логики сетей мобильной связи) – дальнейшее развитие IN в сетях сотовой связи. IN -это функциональность сети сотовой связи, позволяющая расширять возможности сети, добавляя ей интеллектуальную функциональность (Intelligent Network). В телефонии словосочетание "интеллектуальная сеть" появилось достаточно давно имеет два конкретных значения — это удобство и быстрота определения и введения новых услуг и отделение базовых функций коммутации вызовов от дополнительных сервисов. Поясним на простом примере. Изначально телефония предлагала самую простую услугу – соединение одного абонента с другим. но разработчикам хотелось внести дополнительные возможности в обычный телефонный звонок. Так появилась функциональность IN. Что же она может дать для простого вызова? Например, более гибкую логику обработки звонка. Если один абонент звонит другому, и на вызов никто не отвечает, то с помощью IN можно:

Перевести звонок на секретаря, если этот звонок осуществляется в рабочее время с 9.00 до 18.00;

Переключить звонок на голосовую почту во время обеденного перерыва с 12.00 до 13.00;

Переключить звонок на корпоративный мобильный телефон в период с 18.00 до 21.00;

Переключить звонок на голосовую почту во время обеденного перерыва с 21.00 до 08.00 следующего дня.

Как мы видим в этом примере, предлагается достаточно сложная логика обработки звонка в зависимости от времени и условия (нет ответа). Можно строить такие же сценарии и для схем оплаты, для дополнительных голосовых услуг. Так появились услуги «800» - бесплатный вызов, услуги MVPN (мобильная частная виртуальная сеть) и т.д.

Кроме того, телефония — это, наверно, единственная область, где "интеллектуализация" нашла выражение в конкретных стандартах. Одним из таких стандартов и является CAMEL. CAMEL (CAP, CAMEL-1/2/3 (CAP 1/2/3), CAMEL Phase 1/2/3, Customised Applications for Mobile Enhanced Logic) - стандартизованный протокол для использования в мобильных сетях услуг, построенных на базе интеллектуальных платформ.

CAMEL используется во время роуминга, позволяя базовой сети отслеживать и контролировать звонки, которые делают её подписчики. Функция позволяет изменять набираемые номера в процессе настройки вызова, отслеживать ответ на вызов и завершение разговора. Кроме того, она обеспечивает предоплату услуг роуминга, контроль несанкционированного доступа, набор специальных номеров (например, для вызова голосовой почты можно везде набирать 123 см рис. 32) и номеров закрытых групп пользователей (офисные расширения номеров можно набирать где угодно). CAMEL стандартизована в трёх фазах, первая из которых уже запускается в эксплуатацию.

Версия от 23/12/07 65


Рис. 36 Пример реализации доступа к услуге с помощью CAMEL

Расширенная логика специализированных приложений для сетей подвижной связи (CAMEL) является общей платформой для множества услуг для потребителей. Она обеспечивает сеть UMTS функциями интеллектуальной сети (IN) подобными следующим:

Предоплата (в том числе и в роуминге);

Фильтрация вызовов и переадресация вызовов (по параметрам);

Наблюдение (контроль) за вызовом.

CAMEL предоставляет информацию, необходимую для осуществления обмена информацией необходимой для идентичного предоставления услуг между сетями (функции IN обычно являются специфическими сетевыми функциями). Традиционные решения IN создают услуги на базе коммутации каналов. CAMEL будет делать тоже самое, а также осуществлять взаимодействие с соединениями на базе пакетной коммутации.

CAMEL или CAP позволяет обеспечить полный пакет интеллектуальных дополнительных услуг (прежде всего роуминг) своим абонентам (включая абонентов пре-пейд) не только в домашней сети, но в роуминге в сетях, поддерживающих стандарт CAMEL за счет возможности контроля счета и тарификации в домашней сети в режиме реального времени. В отличие от, например, USSD, обеспечивает минимальное время соединения. Пока еще дополнительные услуги на базе CAMEL только внедряются, но роуминг pre-paid абонентов уже работает для абонентов российских операторов, например, “Билайн”. Одним из преимуществ CAMEL-роуминга для pre-paid абонентов Билайн” является возможность контролировать свои расходы на услуги сотовой связи в режиме реального времени во время пребывания на территории иностранного государства.

Особенностью организации роуминга по протоколу CAMEL, в отличие от USSD, является то, что она может быть оказана только в сети того оператора, который также поддерживает CAMEL.

Различают реализации въездного роуминга, внутрисетевого роуминга и выездного роуминга.

4.4. MExE

MExE (Mobile Execution Environment) – это составляющая VHE реализованная на мобильных телефонах. Разработчики ставили своей задачей обеспечить переносимость приложений между разными терминалами пользователя и уменьшить затраты на адаптацию одного и того же приложения для разных моделей терминалов. Протокол MExE разработан в

Версия от 23/12/07 66


виде стандартизованной среды для выполнения приложений оператора или провайдера полностью на мобильном терминале. Использование Java-технологии обеспечивает переносимость приложений (приложения, один раз написанные, будут выполняться на любой Java-машине). Он базируется на стандартизированной открытой архитектуре для мобильных станций, использующих Java Virtual Machine, и содержит механизм для записи прикладного содержания и также среду для запуска этих приложений. МExE стандартизуется 3G Partnership Project.

MExE поддерживает большое количество интерфейсов, начиная с речевых команд до графических иконок/иконок и так называемых функциональных клавиш (кнопки под дисплеем, которые имеют разные функции в разных пунктах меню). У MExE разрабатывались для сетевых услуг, таких как SMS, MMS, передача данных. MExE предназначается для программирования и модификации приложений непосредственно в телефоне. Вы сможете загрузить конкретное приложение от вашего оператора, чтобы выполнять его и регулировать согласно вашим потребностям. Так как программирование и запуск Java приложений потребует больших вычислительных ресурсов от мобильных устройств, MExE предназначен для будущего поколения мобильных телефонов.

Необходимо отметить, что MExE - это не операционная система телефона типа Symbian или Windows Mobile. Задача MExE состоит в том, чтобы обеспечить всестороннюю и стандартизированную СРЕДУ в мобильных телефонах, позволяющую выполнять оператору или поставщику услуг определенные прикладные программы. MExE разработана как полная прикладная среда разработки приложений на мобильном терминале. Она создает виртуальную Java машину на мобильном телефоне клиента. Java язык программирования использующий принцип "написать однажды , запустить везде".

В среде MExE могут функционировать, например, органайзер, клиент электронной почты или система определения местоположения. При то же приложение может быть запущено на любом другом терминале с поддержкой MExE без каких-либо переработок.

MExE разработана для обеспечения использования сложного интеллектуального меню заказчика и для облегчения использования интеллектуальных сетевых (CAMEL) услуг. Все это требует использовать в MExE строгую структуру защиты для предотвращения неправомерного дистанционного доступа к данным пользователя.

Проще говоря, MExE превращает телефон пользователя в маленький мобильный компьютер.

Версия от 23/12/07 67


Глоссарий 3G (3 Generation) — 3-е поколение. Новое поколение систем мобильной связи, разрабатываемое в рамках программы IMT-2000. Сети радиодоступа этого поколения будут обеспечивать обмен информацией со скоростью до 144 кбит/с для абонентов с высокой мобильностью (скорость движения до 120 км/ч), 384 кбит/с для абонентов с низкой мобильностью (скорость до 3 км/ч) и 2,048 Мбит/с.

3GPP (3 Generation Partnership Project, проект партнерства 3-го поколения) — организация, созданная 4 декабря 1998 г. с целью проведения практических работ по стандартизации систем 3-го поколения в рамках программы IMT-2000. Основные учредители — ARIB (Япония), ETSI (Европа), T1P1 (США), TTA (Корея) и TTC (Япония).

3GPP2 (3-rd Generation Partnership Project 2, второй проект партнерства 3-го поколения) — организация, занимающаяся разработкой технических спецификаций 3G-стандартов cdma2000, построенных на основе действующих в Северной Америке сетей CDMA IS-95.

Дерево кодов - Ансамбль кодов с переменной длиной, определяемой коэффициентом расширения спектра SF. Такие коды формируются на основе кодового дерева, каждый последующий уровень которого удваивает число возможных кодовых комбинаций.

МСЭ (ITU, International Telecommunication Union) — Международный союз электросвязи.

Мягкий хэндовер – хендовер без разрыва соединения в пределах одной группы сот, процедура которого подразумевает, что мобильная станция не разрывает уже установленное соединение до тех пор, пока не будет установлено новое. За счет плавного переключения с одной базовой станции на другую не происходит ухудшения качества связи в момент переключения.

Полумягкий хэндовер – хендовер без разрыва соединения в пределах одной соты, процедура которого подразумевает, что мобильная станция не разрывает уже установленное соединение до тех пор, пока не будет установлено новое. За счет плавного переключения с одного сектора на другой не происходит ухудшения качества связи в момент переключения.

Скремблирование (англ. scramble — перемешивать) — разновидность кодирования информации, для передачи по каналам связи и хранения, улучшающая спектральные и статистические характеристики.

Фрейм (Frame) - Термин передачи данных для блока данных с заголовком и присоединенной информацией, завершающей блок. Имеет фиксированную длину и структуру. Служебная информация обычно включает номер кадра (фрейма), блочные данные размера, код проверки ошибок и индикаторы Начала/Конца. Полезная информация включает абонентский трафик.

AMR, Аdaptive multi rate (Адаптивная мульти скорость) - кодек для кодирования речи, может применяться как в сетях UMTS, так и в сетях GSM и позволяет динамически изменять скорость потока данных (bitrate) от 4,5 до 12,2 кб/с. Это обеспечивает наилучшее соотношение нагрузки на сеть и качества речи.

AMR-WB, Adaptive Multi Rate Wide Band (Широкополосная Адаптивная мульти скорость) — звуковой кодек, являющийся широкополосным вариантом AMR и работает со скоростями от 6,60 до 23.85Кб/с.

ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) — Ассоциация радиопромышленности и бизнеса, которая была учреждена Министерством почты и связи (MPT) Японии 15 мая 1995 г. Осуществляет функции, выполнявшиеся ранее научно-исследовательским центром по радиосистемам RCR и ассоциацией технологий радиовещания BTA. Аналогично ETSI в Европе организация ARIB осуществляет национальную стандартизацию в Японии.

CAMEL (Customized Applications Mobile Enhanced Logic) — Приложения для расширенной логики сетей мобильной связи. Гибкая технология управления услугами в сетях мобильной связи, основанная на принципах интеллектуальной сети, адаптируемая к требованиям

Версия от 23/12/07 68


конкретных пользователей и позволяющая создавать стандартизированные сервисы, что открывает возможность предоставления пользователю услуг идентичных домашним в роуминге.

CDG (CDMA Development Group) — Ассоциация по развитию технологии CDMA, включающая около 90 компаний, которые расположены в основном в США. Ассоциация содействует внедрению сетей cdmaOne и развитию систем 3-го поколения на базе cdma2000.

Cell breathing (дыхание соты) - изменение размеров зоны обслуживания базовой станции в зависимости от нагрузки сети CDMA, помеховой обстановки и других факторов (явление характерно для сетей построенных по технологии CDMA).

CN, Сore Network (базовая сеть) – часть инфраструктуры сети 3G отвечающая за коммутацию ил маршрутизацию абонентского трафика (голос, видео, данные) и интерфейсы к внешним сетям.

CTIA (Cellular Telecommunication Industry Association) — Ассоциация производителей сотовой связи, созданная в США в мае 1984 г. В настоящее время в нее входит более 90% компаний США.

CWTS (Chine Wireless Telecommunication Standard Group) — китайская некоммерческая организация, занимающаяся стандартами беспроводной связи.

Delay (задержке в сети ) - интервал между приемом и передачей пакетов на линии между точкой отправки и приема пакетов

DRM, Digital Right Management (Управление цифровыми правами) - контроль и управление распространением (копирования с телефона на телефон, пересылка и т.д.) для контента (игр, картинок, мелодий) скачиваемого в мобильные телефоны

DS-CDMA (Direct Sequence CDMA) — многостанционный доступ с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра. Метод широкополосной передачи сигналов в CDMA-системах, основанный на использовании двухступенчатой модуляции кодированного потока данных. На первом шаге модуляции кодированный поток данных модулирует несущую (обычно методом BPSK или QPSK), а на втором осуществляется модуляция с расширением спектра с использованием прямой последовательности.

DSSS (Direct Sequence Spread Sequence) — расширение спектра методом прямой последовательности. Метод формирования широкополосного сигнала, при котором исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность для манипуляции несущей. В эфир передается шумоподобный сигнал, обладающий всеми свойствами аддитивного белого шума. Расширение спектра сигнала в n раз с использованием DSSS позволяет уменьшить спектральную плотность мощности сигнала во столько же раз.

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) — Европейский институт стандартизации электросвязи. Организация ETSI учреждена собранием директоров CEPT 14 января 1988 г. Основу ее деятельности составляет разработка телекоммуникационных стандартов.

FDD (Frequency Division Duplex) - частотный дуплексный разнос. Режим работы линии связи, при котором передача и прием осуществляются на разных частотах.

FMC (Fixed/Mobile Convergence) - конвергенция фиксированный/мобильный. Объединение услуг передачи речи и данных в единый пакет предложений для фиксированных и мобильных абонентов. Конечной целью конвергенции является реализация принципа “один человек — один телефон-универсальная услуга”, т.е. предоставление абоненту единого номера и одного телефона и идентичного набора услуг во всех сетях (проводных, сотовых, или сетях IP).

FPLMTS (Future Public Mobile Telecommunications System) — перспективная мобильная сухопутная телекоммуникационная система общего пользования Первоначальное название концепции по созданию систем беспроводного доступа и наземной сотовой связи 3-го поколения (новое название — IMT-2000).

Версия от 23/12/07 69


Gateway (шлюз) - аппаратно-программный комплекс, который обеспечивает межсетевое сопряжение, обычно в сетях с разнородной архитектурой, где используются различные протоколы и форматы сигналов. Шлюз, как правило, является элементом только одной сети, хотя и выполняет ряд специальных функций, обеспечивающих переход между разными сетями, например, между сетью сотовой связи и телефонной сетью общего пользования, между IP сетью и сетью с коммутаций каналов (традиционной). В задачи межсетевого интерфейса также входит преобразование одного формата сигналов в другой, а также конвертирование протоколов разных сетей.

IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) — международная программа, осуществляемая под эгидой МСЭ (прежнее название FPLMTS). В ее основе лежит концепция создания гармонизированного семейства стандартов, которое охватывает сотовую и спутниковую связь и беспроводной доступ.

IM, Instant Messaging (мгновенные сообщения) – служба обмена общениями между абонентами находящимися в сети Интернет в режиме “on-line” в режиме реального времени (без временной задержки).

IMS (IP Multimedia Subsystem – Мультимедийная IP Подсистема) - универсальная, стандартная архитектура для построения дополнительных IP мультимедийных услуг в сети UMTS. Внедрение IMS позволяет разработчикам приложений и услуг легче и быстрее внедрять их на сети UMTS. Разработана рабочей группой 3GPP как часть работ по стандартизации 3G-сетей

ITU (International Telecommunication Union) — Международный союз электросвязи, МСЭ.

Macrocell (макросота) - зона покрытия сети сотовой связи, охватывающая территорию с радиусом от 1 км до 35 км.

MBMS, Multimedia Broadcast Multicast Service (Мультимедийное широковещание и групповая передача, сотовое широковещание) - распространение по каналам сотовой связи информации, доступной всем зарегистрированным абонентам. Зона широковещания может динамически изменяться от части здания, локальной городской зоны до размеров всей сети. Может применяться для оказания услуги мобильного ТВ.

Microcell (микросота) - зона покрытия в сети сотовой связи с малым радиусом действия — от 100 до 1000 м, характеризующаяся высокой пропускной способностью каналов. Применяется операторами в условиях высокой концентрации абонентов, например, в городах.

Node B (узел B) - базовая станция UMTS

Picocell (пикосота) - cота с очень малыми размерами (обычно меньше 100 м). Применяется для создания покрытия внутри зданий, в условиях, когда нужно обеспечить высокую пропускную способность на малой территории.

QoS, Quality of service - Качество обслуживания.

Rake приемник – корреляционный приемник. Приемник может разделить многолучевые компоненты сигнала при отражениях сигнала от деталей рельефа и сложить их когерентно (когерентно, то есть согласовано по параметрам сигнала, например, фазе) при многолучевом распространении (от англ. rake “грабли”).

RAN, Radio Access Network (сеть радиодоступа) - часть инфраструктуры сети 3G отвечающая за работу со всеми функциями, относящимися к радиосвязи.

Release – набор спецификаций для отдельного этапа развития стандарта UMTS.

RNC, Radio node controller – контроллер радиосети

RTT, Round Trip Time (время прохождения сигнала по кругу) - промежуток времени от момента передачи пакета до момента приема пакета в точке отправки.

SIP, Session Initiation Protocol (Протокол установления сессии) - протокол прикладного уровня для установки, изменения и завершения пользовательского IP сеанса, включающего мультимедийные элементы, такие как видео или голос, мгновенные сообщения (instant messaging), и другие дополнительные услуги (VAS).

Версия от 23/12/07 70


SIR, Signal-to-Interference Ratio - отношение сигнал шум.

SF, Spreading factor - коэффициент расширения спектра.

SLA, Service Level Agreement - соглашение о качестве предоставляемых услуг или уровне сервиса.

TDD (Time Division Duplex) — временной дуплексный разнос. Метод обмена информацией по одной линии связи с уплотнением каналов приема и передачи в разных временных интервалах одного кадра. Режим TDD предназначен для применения в пико- и микросотах, когда абоненты передвигаются с невысокой скоростью в ограниченном пространстве.

TIA (Telecommunications Industry Association) — Комитет по стандартизации США.

Throughput (Пропускная способность) - действительное количество только данных пользователя, передаваемых в секунду. Служебная информация не учитывается, т.е. скорость передачи пакетов в сети, которая характеризуется средней и пиковой скоростью. Соответственно - average rate и peak rate.

TTA (Telecommunication Technology Association) — Ассоциация телекоммуникационных технологий Южной Кореи.

TTC (Telecommunication Technology Committee) — Комитет телекоммуникационных технологий Японии.

UE, User equipment - оборудование пользователя

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) — универсальная мобильная телекоммуникационная система. Европейский проект стандарта для систем 3-го поколения.

UMTS Forum (Форум UMTS) - международный координирующий орган, определяющий политику в области мобильной и персональной связи, прежде всего в области 3G. Создан и работает на добровольных началах, решения и рекомендации форума не являются обязательными для администраций связи и операторов.

UPT (Universal Personal Telecommunications) — универсальная персональная связь. Технология, основанная на обеспечении единого номера абонента вне зависимости от его местонахождения и используемой сетевой инфраструктуры.

UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) — стандарт радиоинтерфейса, обеспечивающего наземный радиодоступ в систему UMTS, который разработан рабочей группой SMG2 ETSI.

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) — наземная сеть радиодоступа, построенная на базе радиоинтерфейса UTRA.

UWCC (Universal Wireless Communications Consortium) — Всемирный консорциум по беспроводной связи, в число членов которого входит более 20 международных компаний, в частности AT&T Wireless, Bell South Cellular, Nokia и Ericsson.

WCDMA (wideband code division multiple access) — 1. Широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов. Общее название технологии многостанционного доступа, основанной на использовании сигналов с расширенным спектром и высокой скоростью передачи данных. 2. Название проекта системы 3-го поколения, предложенного ARIB (Япония).

Версия от 23/12/07 71


Вопросы для самопроверкиВведение в UMTS

1. Основу деятельности ETSI составляет:

- Разработка телекоммуникационных стандартов

- Выдача лицензий на услуги связи в Европе

- координация работы национальных администраций связи с целью выработки единых правовых норм и правил предоставления услуг связи в европейских странах (включая Россию)

2. Как соотносятся понятия «UTRA» и «UMTS»:

- это синонимы, разные названия стандарта сетей 3G предложенного европейскими и японскми компаниями разработчиками и операторами

- термин UTRA относится к описанию радиосети для UMTS

- термин UTRA относится к первой фазе развития UMTS, которая затем переходит в фазу HSPA

3. Что такое 3GPP:

- Добровольная организация созданная для проведения практических работ по стандартизации систем 3G в помощь ITU

- организационная структура в ITU созданная для проведения практических работ по стандартизации систем 3-го поколения в рамках программы IMT-2000

- набор технических спецификаций описывающих функциональность сети UMTS

4. Что такое Релиз UMTS:

- версия программного обеспечения для узлов сети UMTS

- набора спецификаций описывающих функциональность сети UMTS

- стандарт, относящийся к той или иной части сети 3G: 3GPP Release 3 –это радиосеть, 3GPP Release 4 – это базовая сеть, 3GPP Release 5 – это услуг для сетей UMTS.

5. Какой подход был предложен для создания сетей UMTS с целью реализации принципа «всегда на связи»

- создание единой сети одного стандарта, основанной на одной технологии, которая должна покрывать все уголки Земли и обеспечивать единые характеристики предоставляемых услуг для любых условий

- создание глобального покрытия путем создания совокупности различных сетей основанных на разных технологиях, которые в разных условиях (обеспечивают разные характеристики).

6. VHE (Virtual Home Environment) – это:

- концепция обеспечения идентичных пользовательских услуг и интерфейсов вне зависимости от используемого в данный момент терминала и сети

- расширенный набор VAS услуг предоставляемый сетью 3G

- услуги связанные с Виртуальной реальностью – игры, общение в виртуальных чатах и т.д.

7 . Какое из определений не относится к полосам частот для сетей UMTS:

- корневые полосы

- полосы расширения

- полосы отчуждения

- полосы замещения

Версия от 23/12/07 72


Принципы работы сетей UMTS

1. WCDMA называют системой с шумоподобными сигналами, так как:

- в одно и то же время работают несколько абонентов, и их сигналы накладываются друг на друга.

- абоненты передают информацию занимая широкую полосу частот, что обеспечивает высокую защищенность от посторонних помех или шума в эфире.

- система WCDMA эффективно работает в условиях повышенной многолучевости, когда сигнал от базовой станции может быть отражен от окружающих предметов в виде шума.

2. В чем смысл режима TDD:

- режим с низким уровнем излучения сигнала для в пико- и микросот внутри помещения (забота о здоровье людей)

- режим с ассиметричной передачей трафика во времени, чтобы занять всю доступную полосу частот под передачу информации

- дополнительный частотный диапазон, используемый для иерархического построения сетей сотовой связи UMTS – макро, микро и пико соты – т.е. для организации сетей с большей пропускной способностью.

3. Для чего нужен контроль мощности в WCDMA:

- обеспечение наибольшей экологичности стандарта и меньшего воздействия радиоизлучения на организм человека

- для того чтобы избежать случая, когда один из телефонов мог бы легко «перекрыть» своим сигналом остальные сигналы и тем самым заблокировать значительную часть ячейки.

- для обеспечения самого продолжительного времени работы аккумулятора телефона.

4. Что такое дыхание сот:

- уменьшение размера зоны обслуживания соты при увеличении загрузки системы

- уменьшение пропускной способности соты при передаче данных при увеличении загрузки системы

- увеличение изменение скорости передачи информации при перемещении абонента в нутрии соты из-за разных условий радио приема в каждой конкретной точке

5. В каких сетях хендовер проходит без прерывания связи:

- в GSM

- в UMTS

- в UMTS (но только мягкий хендовер)

- в UMTS (мягкий и полумягкий хендовер)

6. AMR (Аdaptive multi rate) – обеспечивает:

- наилучшее соотношение загрузки сети и качества речи.

- более серьезное шифрование и защиту от несанкционированного прослушивания

- большую скорость передачи информации (голос и данные).

7. Какой из классов QoS UMTS не существует:

- разговорный класс

- потоковый класс

- интерактивный класс

Версия от 23/12/07 73


- мультимедийный класс

- фоновый класс

Архитектура сети

1. Какой из элементов не входит в архитектуру UMTS:

- оборудование пользователя

- сеть радиодоступа

- базовая сеть

- внешние сети

2. Для телефонов поколения 3G без поддержки технологий HSPA максимальная скорость передачи информации составляет:

- 128 Кб/с

- 384Кб/с

- 1,2Мб/с

3. Node B (Узел B) это:

- контроллер радиосети

- базовая станция

- мультиплексор транспортной сети

4. Для чего нужно разделение на MGW и сервер MSC:

- созданию более разделенной среды для обслуживания, когда управление обслуживанием становится независимым от устройства коммутации

- для увеличения производительности и емкости оборудования, так как в сетях 3G скорости передачи данных возросли многократно до 14Мб/с

- для обеспечения лучшей безопасности и надежности, так как два узла дублируют друг друга

5. Какая из функций не относится к MSC:

- управления соединениями

- управления мобильностью

- передача пользовательского трафика

6. HSS (Сервер абонентов домашней сети) представляет собой:

- следующий шаг в развитии и расширенный вариант HLR

- дополнительный регистр абонентов для IP услуг в PS сегменте

- аналог HLR но только для UMTS сети

7. IMS это узел базовой сети UMTS для:

- обеспечения мультимедийных услуг

- для усиления функций безопасности

- для маршрутизации IP трафика

Услуги в сетях UMTS

1. Какой из инструментов внедрения и обеспечения услуг не относится к VHE:

- UMTS SIM Application Toolkit (USAT)

Версия от 23/12/07 74


- Symbian OS.

- MExE - Mobile Station Application Execution Environment

2. Концепция VHE применима к:

- сотовым сетям

- проводным и сотовым сетям

- к любым сетям связи, в которых оказываются услуги абоненту (проводным, сотовым, IP сетям).

3. Услуги, относящиеся ко второму типу представляют собой:

- услуги, логика которых размещена в терминале

- услуги, логика которых размещена на сетевом уровне в коммутационном оборудовании

- услуги. логика которых размещена в выделенных серверах приложений

4. Примером применения CAMEL в сетях UMTS является возможность:

- абоненту пользоваться тем же самым набором услуг в роуминге, причем использовать идентичные короткие номера для доступа к службам.

- организовывать дополнительные сервисы IN «800» или «Универсальгый номер» для абонентов в сети UMTS

5. MExE (Mobile Execution Environment) – это:

- новая операционная система для телефонов 3G

- универсальная среда исполнения приложений на мобильном телефоне

- новая версия языка Java

Версия от 23/12/07 75

Documents

Методическое пособие - Сети 3G _UMTS - Final.doc