4.5.2 Еволюція систем з технологією tdma

У процесі еволюції технології радіо-інтерфейсів систем 1G/2G потерпає істотних змін. Стратегія переходу до систем 3-го покоління на базі технології TDMA представлена на рис.4.41.

Рисунок 4.41- Стратегія переходу до систем 3-го покоління на базі TDMA

Проектами переходу систем 3-го покоління на базі TDMA являються американський UWC-136 (IMT-SC) і європейський проект EP DECT (IMT-FT)

Проект UWC-136 передбачає перехід до систем TDMA 3-го покоління шляхом еволюції стандарту IS-136 (D-AMPS).

Стандарт D-AMPS (IS-136) уже сьогодні задовольняє багатьом істотним вимогам IMT-2000. D-AMPS є єдиним стандартом, що забезпечує дворежимний “безшовний” роумінг, що автоматично перемикає абонентів з аналогових каналів на цифрові без переривання обслуговування.

Можливі наступні етапи розвитку цього стандарту на шляху до 3G (три версії проекту стандарту UWC-136RTT):

-IS-136+GPRS без розширення смуги частот каналу 30 кГц;

- IS-136 HS o/v - з шириною смуги частот каналу 200 кГц;

- IS-136 HIS з шириною смуги каналу 1600 кГц.

Проект UWC-136 передбачає можливість реалізації радіо-інтерфейсів в широкому діапазоні частот - від 450 МГц до 2,5 Гц. Типи частот зазначених стандартів UWC-136 наведені на рис.4.42.

Рис. 4.42 - Типи частот стандарту UWC-136

В усіх варіантах UWC-136 передбачене використання спектрально ефективних технологій, які розрізняються як за шириною смуги каналу, так і за використовуваним видом модуляції ( , різні варіанти QAM).

Використання смуги 200 кГц у сполученні з багаторівневою модуляцією (8PSK) дозволяє забезпечити передачу зі швидкістю 144 й 384 кбіт/с, а використання смуги 1600 кГц - передачу зі швидкістю до 2 Мбіт/с.

Завдяки використанню трьох типів каналів зі смугою 30, 200 й 1600 кГц можливе нарощування можливостей існуючих мереж TDMA/AMPS з урахуванням зростаючих вимог у середовищі послуг.

На першому етапі без розширення смуги каналу 30 кГц програмним способом реалізується стандарт GPRS (IS-136+), заснований на принципі комутації даних. При цьому підтримуються діапазони 850 й 1900 МГц, використовується метод модуляції 8PSK. Забезпечується швидкість передачі 19,2 кбіт/с на часовий с лот й 45 кбіт/с на радіоканал 30 кГц. Можливе збільшення швидкості передачі шляхом використання декількох каналів GPRS.

На другому етапі здійснюється перехід до стандарту EDGE, що відповідає рекомендаціям IMT-2000 і сполучи мий зі стандартом GPRS. Стандарт EDGE являє собою широкосмугову версію GPRS, сумісну з IS-136. При використанні смуги 200 кГц забезпечується швидкість передачі до 384 кбіт/с.

На третьому етапі здійснюється перехід до стандарту IS-136 HS (від High Speed - висока швидкість), або Double EDGE (подвійний EDGE). При використанні смуги 200 кГц (EDGE) забезпечується швидкість передачі 144 кбіт/с для транспортних засобів й 384 кбіт/с - для пішоходів, а при використанні несучою шириною 1,6 МГц (широкосмуговий EDGE) забезпечується швидкість передачі до 2 Мбіт/с. Порівняльні характеристики трьох версій проекту стандарту UWC-136 RTT наведені в таблиці 4.8.

При розробці й запровадженні в дію стандарту GSM вважалося, що його можливостей буде досить на довгострокову перспективу. Однак до теперішнього часу можливості стандарту GSM не повною мірою задовольняють зростаючим вимогам у сфері телекомунікаційних послуг.

Таблиця 4.8 - Основні характеристики трьох версій стандарту UWC-136RTT

Найменування характеристики	Найменування проекту
	IS-136+	IS-136 HS (Outdoor/Vehicular)	IS-136 HS (Indoor)
Мінімальна смуга, необхідна для розгортання системи	90кГцх2 (1сота,3-х секторна антена)	3х200=600 кГц	2х1600 кГц FDD 1600 кГцTDD
Метод доступу/дуплексування	TDMA/FDD	TDMA/FDD	TDMA/FDD, TDMA/TDD
Канальний рознос, кГц	30	200	1600
Модуляція	-DQPSК (136); QPSK (136+); 8PSK (136+)	QOQA M BOQAM GMSK	QOQA M BOQAM
Швидкість передачі, кбіт/с	28,8	до 65,2
Швидкість передачі в радіоканалі	48,6 кбіт/с	722,2 кбіт/с (QOQAM) 381,1 кбіт/с (BOQAM) 270,8 кбіт/с (GMSK)	5,2 M біт/с (QOQAM) 2,6 M біт/с (BOQAM)
Довжина кадру, мс	40 (1944біт, QPSK 40 (2832 біт, 8PSK)	4,615	4,615
Кількість інтервалів на кадр	6 по 6,67мс	8 по 576,92 мкс	64 по 72 мкс 16 по 288 мкс

Види модуляції, що використовуються:

QOQAM-квадратурна АМ з четверичним зміщенням;

BOQAM - квадратурна АМ з двійковим зміщенням;

GMSK - гаусова модуляція з мінімальним частотним зсувом

Зокрема, сучасні мережі передачі даних GSM мають низьку швидкість передачі даних - до 9,6 кбіт/с. Ця швидкість достатня для організації роботи електронної пошти та передачі коротких повідомлень (служба SMS) довжиною 160 символів. Маршрутизація даних у системі GSM здійснюється шляхом комутації каналів. У цих умовах забезпечити вимоги IMT-2000 неможливо.

З метою підвищення можливостей стандарту GSM у напрямку IMT-2000 намітилося кілька напрямків розвитку:

- інтеграція з іншими мережами радіо-доступу (DECT і вузлом доступу до Internet);

- впровадження нових технічних рішень, що забезпечують високошвидкісну передачу даних з комутацією пакетів і взаємодія з мережами ТМЗК, ATM й ISDN.

- створення інтегрованих мереж GSM-900/1800 та в перспективі GSM-400.

Модернізовані мережі GSM будуть надавати послуги систем 3-го покоління й мати потенційно більшу абонентську базу.

До теперішнього часу вдосконалювання мереж на базі стандарту GSM йде шляхом використання різних систем і технологій:

- використання технології високошвидкісної передачі даних з комутацією каналів HSCSD (High Speed Ciruit Switched Data) зі швидкістю передачі 64 кбіт/с;х

- використання технології пакетної радіопередачі GPRS (General Packet Radio Service), що забезпечує швидкість передачі до 128 кбіт/с;

- EDGE – забезпечує підвищення швидкості передачі за рахунок використання модуляції 8PSK, що у свою чергу забеспечує спектральну ефективність у два-три рази вищу, ніж в GPRS,

- впровадження системи GSM-400 для зв'язку в сільських і малонаселених районах.

EDGE - останній етап розвитку стандарту GSM.

Системи стандарту EDGE зможуть забезпечувати передачу зі швидкостями (теоретично) до 473 кбіт/с, використовуючи інфраструктуру стандарту GSM.

Швидкість передачі даних мереж GSM , що використовують технологію HSCSD, дорівнює 19,2 кбіт/с (два часових інтервали по 9,6 кбіт/с) або 28,8 кбіт/с (2х14,4 кбіт/с). Впровадження HSCSD вимагає в основному модифікації програмних засобів, при цьому інфраструктура діючої мережі GSM залишається незмінною. Планується подальше збільшення швидкості передачі за рахунок об'єднання 4-х часових канальних інтервалів до величини 38,4 (4х9,6) кбіт/с або 57,6 (4х14,4) кбіт/с. Технологія HSCSD підтримує трафік мереж з комутацією каналів, що є її недоліком.

Важливим кроком на шляху еволюції мереж GSM до UMTS є впровадження передачі даних від абонента до абонента в пакетному режимі по IP протоколу з підвищенням швидкості передачі до 115,2 кбіт/с. Модернізовані мережі GSM (GPRS) здатні надавати користувачам послуги 3-го покоління. Термінали мережі GPRS здатні підтримувати режим багатоканальної (багатослотової) роботи, забезпечуючи при цьому максимальну швидкість передачі на канальний інтервал 21,4 кбіт/с. Кожному абоненту може виділятися від 1 до 8 канальних інтервалів (слотів).

Радіо-інтерфейс EDGE, створений на основі стандарту GSM, забезпечує плавний перехід до 3-му покоління, дозволяючи збільшити швидкість передачі до 384 кбіт/с на несучу. У процесі подальшого розвитку планується підвищити швидкість передачі до 2048 кбіт/с. Радіо-інтерфейс EDGE надбудовується над існуючою схемою радіо-доступу GSM і не вимагає створення нових мережних елементів. Одним з важливих переваг EDGE є використання спектрально ефективної модуляції - 8-позиційної фазової модуляції (8PSK).

Радіо-інтерфейс стандарту EDGE забезпечує автоматичне розпізнавання типу модуляції, що використовується в радіолінії, і наступний перехід у необхідний режим.

В існуючих програмах модернізації аналогового стандарту NMT-450 у цифровий розглядаються три варіанти:

-GSM-400 (більш рання назва GSM-450), заснований на технології GSM-900/1800;

-CDMA-450, заснований на технологічних рішеннях IS-95B й cdma-2000;

-D-NMT, що представляє собою комбінацію систем GSM й TETRA.

Одна з переваг варіанта GSM-400 - використання існуючої інфраструктури мереж GSM і можливість організації глобального роумінгу. Діапазон 450 МГц забезпечує покриття більших територій . Дальність зв'язку для GSM-400 практично вдвічі більше, ніж в GSM-900, що особливо важливо для організації зв'язку в сільській (у значній мірі відкритої) місцевості.

4.5.3 Еволюція систем з технологією CDMA

У США й ряді деяких інших країнах основним стандартом систем 3-го покоління є стандарт сdma-2000.Цей стандарт являє собою широкосмугову версію стандарту cdma-One (IS-95). Його характеристики наведено в таблиці

4.9. Таблиця 4.9 - Основні характеристики стандарту cdma- 2000

Найменування характеристик	Значення
Ширина смуги частот	3,75 МГц (Nx1,25 МГц, де N=1,3,6,9,12)
Чіпова швидкість	3,6864 Мчіп/с (Nx1,2288, де N=1,3,6,9,12)
Рознос несучих у режимі FDD	45 МГц (стільникові), 80 МГц (PCS)
Технологія багатостанійного доступу	MC-CDMA, DS-CDMA
Метод дуплексування	FDD й TDD
Швидкість передачі інформації	від 1,2 кбіт/с до 2 Мбіт/с
Завадостійкі коди	Згортковий код, турбокод
Метод синхронізації базових станцій	синхронний
Метод пошуку осередків	по пілот-сигналу

Еволюція стандарту cdma-One у стандарт cdma-2000 повинна пройти за кілька етапів.

Першим етапом еволюції до cdma-2000 є базова станція Metro Cell.

На другому етапі шляхом модифікації програмного забезпечення реалізується стандарт IS-95B. Цей стандарт покоління 2,5G, що забезпечує швидкість передачі даних зі швидкістю 64 кбіт/с у режимі комутації каналів й 115,2 кбіт/с у режимі комутації пакетів. Крім того, стандарт IS-95B забезпечує ряд додаткових функцій, яких не було в IS-95 (АОН з видачею імені тому, хто дзвонить, можливість призначати пріоритети дзвінкам і т.д.).

Еволюція стандарту cdma-One у стандарт cdma-2000 повинна пройти за кілька етапів.

Першим етапом еволюції до cdma-2000 є базова станція Metro Cell.

На другому етапі шляхом модифікації програмного забезпечення реалізується стандарт IS-95B. Цей стандарт покоління 2,5G, що забезпечує швидкість передачі даних зі швидкістю 64 кбіт/с у режимі комутації каналів й 115,2 кбіт/с у режимі комутації пакетів. Крім того, стандарт IS-95B забезпечує ряд додаткових функцій, яких не було в IS-95 (АОН з видачею імені тому, хто дзвонить, можливість призначати пріоритети дзвінкам і т.д.).

На третьому етапі базова станція стає дворежимною за рахунок додавання модуля проміжного стандарту 1xHDR/IS-2000 - прискореного вузькосмугового cdma-2000. Цей проміжний стандарт забезпечує пакетну передачу, одночасну передачу мови й даних, удвічі збільшує ємність у порівнянні з IS-95 при тієї ж чіпової швидкості 1,2288 Мчіп/с.

Четвертим етапом стає багаторежимна станція, що одночасно підтримує стандарти IS-95, cdma-2000 (3xHDR/IS-2000) з чіповой швидкістю 3,6864 Мчіп/с (до 2 Мбіт/с). Ємність такої базової станції буде в два рази вище ємності станції Metro Cell при повній сумісності зверху униз.

До теперішнього часу в Європі вироблена єдина політика переходу до систем 3G на основі базового стандарту UMTS з технологією доступу WCDMA (UTRA IMT-DS). В Україні розгортання загальної мережі радіо-доступу систем 3G також передбачає використання радіо технології WCDMA (UTRA IMT-DS). Визнана доцільною побудова транспортної мережі системи 3G шляхом об'єднання діючих мереж мобільного зв'язку 2-го покоління з використанням протоколів АТМ та ін.

Хоча концепція створення систем майбутнього - систем 4-го покоління, ще не сформована, однак проблеми й можливі шляхи розвитку технологій обговорюються на міжнародному рівні. При переході до систем 4G буде необхідна розробка глобальних високошвидкісних базових мереж (в 3G передбачається тільки їхня модернізація ), створення нових інтерфейсів у діапазоні частот від 5 до 60 ГГц, оснащення практично всіх професійних і побутових приладів вбудованими засобами радіозв'язку, забезпечення мобільного доступу до баз даних (довідково-інформаційних, медичних, географічних), а також реалізація послуг телемовлення в інтересах мобільних користувачів.