Автор
перевода:
Красикова А.С.
UMTS – система, которая является эволюционным шагом для передачи голоса и данных со скоростью передачи, которая измеряется в Кбит или Мбит. Ключевой идеей UMTS является возможность использования системных ресурсов для различных целей (например, FACH или RACH каналы для сигнализации с низким трафиком передачи). Изменение голосового трафика в диапазоне от низкого качества до высокого в зависимости от профиля пользователя (6–12 кбит). Скорость передачи данных также может варьироваться в зависимости от потребностей (от 0 кбит до 2 Мбит). В сетях UMTS при использовании различных приложений, таких как потоковое видео и игры, снижается время отклика при передаче данных.
На рис. 1–2 изображена сеть UMTS, которая содержит в себе сети радиодоступа (RAN), Core Network (CN), системы управления сетью (NMS), а также интерфейсы между ними. [5]
Рисунок 1–2. Элементы сети UMTS и ее интерфейсы
Сети радиодоступа в UMTS называют UTRAN, а радиоинтерфейс наземного радиодоступа UTRA. Рисунок 1–2 показывает также, что GSM является частью UMTS сети и, соответственно, система UMTS имеет аналогические типы интерфейсов и элементы сети, как и в GSM. В таблице 1–1 представлена сравнительная оценка элементов и интерфейсов сетей UMTS и GSM.
Таблица 1–1. Наименование элементов сетей UMTS и GSM
| UMTS | GSM |
| (UT)RAN | BSS |
| RNC | BSC |
| NodeB | BTS |
| Cell | Cell |
| Site | Site |
| UE | MS |
| Iur | – |
| Iub | Abis |
| Uu | Um |
В связи с похожей архитектурой, работа сети UMTS имеет сходства с работой сети GSM (например, название и использование каналов сигнализации, параметры радиоинтерфейса), поэтому хорошее знание стандарта GSM может быть очень полезным в понимании системы UMTS.
UTRAN содержит контроллер радиосети (RNC), NodeB и интерфейсы соединяющие их. В UTRAN два или более RNC соединяются между собой через Iur с использованием мягкого хэндовера, таким образом, трафик может быть использован гораздо лучше, чем в GSM (нет связей между элементами BSC). В UTRAN интерфейс Iub имеет открытый доступ.
Функциональность сотовой радиосети UTRAN в целом можно разделить на три категории:
– ячеистый слой;
– слой управления использования радиочастотного интерфейса;
– технология, использующаяся радиоинтерфейсом.
Основная функциональная концепция сотовой связи связана с RRM (управление радиоресурсами) и ММ (управление мобильностью). Например, потребности в другом канале сигнализации (необходимость установления соединения с радиоканалом доступа RACH) или нахождение UE в режиме ожидания (например, измерения, системная информация), являются более расширены и активно используются в UTRAN.
Управление радиоинтерфейсом производится RRM и RNC. На практике управление радиоинтерфейсом происходит пересылкой различных сигнальных сообщений между RNC и UE. RRM и сигнализация необходимы для разделения потребностей в ячейках. Чтобы максимизировать производительность системы, в радиосети для каждого соединения используются быстрое управление мощностью (PC) и мягкий хэндовер (SHO), которые необходимы для радиодоступа по технологии WCDMA. В каждом RRM присутствуют контроллер доступа (АС), контроллер загрузки (LC) и контроллер управления ресурсами (RM). Эта необходимость объясняется наличием в ячейке различных услуг (передача голоса (6 кбит), передача данных (2 Мбит)). Кроме того, предоставление пакетных услуг по передаче устанавливаются более высокие требования к планированию пакета (PS) с целью оптимизации производительности системы. Таким образом, работа RNC и связи между ней и NodeB намного сложнее в UMTS, чем в GSM.
Использование технологии WCDMA приводит к существенным изменениям в приемниках NodeB из-за широкой полосы пропускания. В направлении передачи, линейный усилитель NodeB необходим, потому что высокая мощность передачи по всей полосе пропускания не требуется. На приемной стороне необходим RAKE-приемник для того, чтобы можно было использовать компоненты в многопользовательской среде распространения. Производительность RAKE-приемника играет важное значение для получения максимальной мощности сигнала и, следовательно, для максимизации бюджета мощности при потерях на трассе распространения. Все частотные элементы, такие как антенны, кабели, усилители мощности, фильтры и т.д. должны быть рассчитаны на 2100 МГц.
Можно сделать вывод, что WCDMA оказывает сильное воздействие на управление радиоинтерфейсом и, таким образом, принципы планирования и средства измерения должны быть обновлены для технологических потребностей WCDMA.
Концепция сотовых сетей [6] изображена на рис. 1–4, где базовые станции предоставляют услуги для конкретной зоны.
Рисунок 1–4. Концепция FDMA/TDMA
Необходимость нескольких ячеек для покрытия широкой географической зоны объясняется тем, что мощность передачи, как правило, ограничена в связи с техническими проблемами. Кроме того, несколько ячеек необходимо для более высокой емкости сети. Повторное использование частотных каналов возможно при правильном расположении частотного плана (в TDMA и FDMA сетях). Производительность FDMA/TDMA-сети зависит от эффективности повторного использования частот (среднее количество клеток между каналами), которая обычно изменяется от 10 до 20 в зависимости от среды распространения и программного обеспечения [6–7].
В CDMA-сети одинаковые частоты могут быть использованы в соседних ячейках, потому что ячейки и пользователи разделены с помощью ортогональных кодов, как показано на рис. 1–5. Передаваемые данные (голос или передача данных) умножаются на распространяемый код, а полученные данные декодируются с помощью того же кода. Технология WCDMA – широкополосный CDMA радиодоступа.
Рисунок 1–5. Концепция CDMA/WCDMA
Мощность радиодоступа WCDMA, как правило, ограничена, потому что все мобильные телефоны, соседние базовые станции взаимодействуют друг с другом в восходящем и нисходящем направлениях. На практике, не ортогональность кодов вызывает дополнительные помехи для мобильных телефонов в нисходящем направлении из-за распространения сигнала в нескольких направлениях. Рис. 1–6 изображает различные источники помех в радиодоступе WCDMA.
Рисунок 1–6. Восходящие и нисходящие каналы в стандарте WCDMA
Источники помех можно разделить на две категории: внутренние помехи и внешние (от других ячеек). В зависимости от местоположения мобильной станции эти помехи влияют по-разному. Расчет предполагаемых помех на уровне системы необходим для того, чтобы можно было оценить уровень доступа к радиосети WCDMA. Этот расчет имеет сильное влияния на сеть UMTS при стратегическом планировании.
Стратегическое планирование радиосети UMTS должно быть выполнено до фактического планирования. В стратегическом планировании принимаются решения для достижения оптимальной конфигурации сети по качеству, мощности и охвату. Стратегия работы начинается с анализа существующей конфигурации сети и определения потребностей сети UMTS (см. рис. 1–7). Следующим шагом является определения топологии и макета сети (высота антенны и плотность участков), которые должны быть согласованы с целью определения окружающей среды распространения радиоволн. После этого определяются основные технологии радиосети. К ним относятся традиционные и новые технологии, такие как адаптивные антенны, MIMO, либо ODMA.
Рисунок 1–7. Создание UMTS сеть через GSM/GPRS/EDGE сети
Существующие сети 2G (как правило, GSM/GPRS/EDGE) были построены для голосовых вызовов, самый низкий диапазон частот – 800–900 МГц. Существует сети 2G на более высоких частотах – 1800–1900 МГц. По сравнению с сетями с низкой полосой частот, в этих сетях снижается зона охвата территории. Таким образом, этот стандарт в основном используется для создания расширений. Когда GPRS/EDGE добавляются к существующей радиосети 2G, мощности должно быть достаточно для предоставления услуг передачи данных.
В системе UMTS предполагаются более высокие скорости передачи данных и больший спектр услуг. Покрытие UMTS должно быть практически эквивалентно покрытию GSM/GPRS/EDGE. Емкость UMTS в основном зарезервирована для новых услуг. Кроме того, покрытие UMTS должно быть полным, для поддержания постоянного уровня обслуживания.