4.5.4 Загальна характеристика стільникових систем зв’язку umts

В 1997 р. Європейський комітет радіозв'язку ERC ухвалив рішення щодо резервування частотних смуг у діапазоні 2 ГГц для експлуатації UMTS з 2002 р. у наступних смугах частот:

-1920...1980 й 2110...2170 МГц - для наземних мереж UMTS, що працюють із частотним дуплексним розносом (FDD) у парних смугах частот;

-1900...1920 й 2010...2025 МГц - для наземних мереж UMTS, що працюють із часовим дуплексним розносом (TDD) у непарних смугах частот;

-1980...2010 й 2170...2200 МГц - для супутникових мереж UMTS.

Універсальна мобільна система зв'язку UMTS заснована на складеному радіо-інтерфейсі UTRA: на спарених смугах частот використовується частотний дуплекс - технологія FDD (W-CDMA) для передачі мови й даних на швидкостях до 384 кбіт/с; на неспарених смугах частот використовується часовий дуплекс TDD і технологія кодо-часового поділу (TD-CDMA) для асиметричної передачі даних на швидкостях до 2 Мбіт/с.

Радіо-інтерфейс UTRA системи UMTS, як і всі радіо-інтерфейси систем 3-го покоління, побудовані на базі технології CDMA, передбачає використання смуги частот 5 МГц і більше. Вибір такої смуги (5 МГц) обумовлений рядом причин.

Першою з них є необхідність забезпечення системами 3-го покоління високих швидкостей передачі - до значень 144; 384 кбіт/с і більше - до 2,048 Мбіт/с, що значно перевищує швидкості передачі в системах другого покоління (GSM-900/1800/1900, CDMA-IS-95 й ін.), максимальне значення яких не перевищує 30 кбіт/с. Для досягнення зазначених високих швидкостей передачі при прийнятній ємності мережі цілком достатньою є смуга частот 5 МГц.

Другою причиною, що дозволяє обмежитися смугою частот 5 МГц, є дефіцит вільних смуг радіо спектру у випадках, коли нові системи займають діапазони частот, у яких вже працюють системи другого покоління.

Третьою причиною достатності смуги частот 5 МГц є те, що вже при використанні цієї смуги істотно збільшується ступінь розходження числа компонентів багатопроменевого сигналу, що у свою чергу підвищує якість прийому в порівнянні з використанням смуги частот меншої величини.

У режимі FDD смуга частот, виділена в діапазоні 1920...1980 МГц, використовується для передачі від АС до БС (лінія “угору”, зворотний частотний канал), а інша, виділена в діапазоні 2110...2170 МГц, використовується для передачі від БС до АС (лінія “униз”, прямий частотний канал).

Поряд із частотним дуплексом (FDD) стандартом передбачений часовий дуплекс (TDD) для роботи в непарних смугах частот. При часовому дуплексі частина часового кадру виділяється для передачі повідомлення від БС до АС, а інша використовується для передачі у зворотному напрямку. Для роботи в режимі TDD виділені непарні смуги частот 5 МГц у діапазонах 1900...1920 й 2010...2025 МГц. Режим TDD є оптимальним для систем з асиметричним трафіком.

UMTS підтримує роботу асинхронних базових станцій, так що на відміну від синхронної системи IS-95 відсутня необхідність в глобальній прив'язці до часу, наприклад до GPS. Розгортання базових станцій усередині приміщень і мініатюрних базових станцій (для пікосот) виробляється легше, коли не вимагається одержувати сигнал GPS.

UMTS використовує когерентний прийом для систем CDMA у висхідному і низхідному каналах на основі застосування пілот-символів або загальних пілот-сигналів. Хоча когерентний прийом вже використовується в низхідному каналі в IS-95, його застосування у висхідному каналі є новим для систем CDMA загального користування і приведе до збільшення загальної зони обхвату і пропускної спроможності висхідного каналу.

Повітряний інтерфейс UMTS побудований таким чином, що оператор мережі може використовувати перспективні концепції побудови приймачів CDMA, наприклад, розрахований на багато користувальницький прийом і застосування інтелектуальних адаптивних антен як спосіб підвищення пропускної спроможності і/або зони обхвату. У більшості систем другого покоління відсутні можливості використання таких концепцій побудови приймача, в результаті вони або не можуть застосовуватися, або можуть застосовуватися лише з великими обмеженнями і дають лише незначне поліпшення експлуатаційних показників.

UMTS призначена для використання разом з GSM. Тому підтримуються естафетні передачі управління (хендовери) між GSM і UMTS для того, щоб мати нагоду використовувати зону обхвату GSM для упровадження UMTS. Основні параметри UMTS наведені в табл. 4.10.

З Таблиці 4.10 видно що при передачі мови із швидкістю 12,2 кбіт/с виграш за рахунок розширення спектру складає 25 дБ .

В системі UMTS для передачі мови Eb/N0 співвідношення сигнал/шум зазвичай складає порядку 5,0 дБ. Тому відношення широкосмугового сигналу до перешкоди буде рівне 5,0 дБ мінус виграш при обробці. При швидкості передачі інформації 12,2 кбіт/с і чіповій швидкості 3,84 Мчіп/с виграш на виході приймача складає 5-25= 20,0 дБ. Іншими словами, потужність сигналу може бути на 20  дБ нижче за потужність перешкоди і теплового шуму, а приймач WCDMA все ще буде здатний приймати сигнал.

Таблиця 4.10 Основні параметри UMTS

Метод множинного доступу	DS-CDMA
Дуплексне рознесення каналів	Дуплекс з частотним розділенням/ дуплекс з часовим розділенням
Синхронізація базової станції	Асинхронна робота
Швидкість передачі чіпів	3,84 Мчіп/с
Тривалість фрейма	10 мс
Мультіплексування при обслуговуванні	Безліч послуг з різними вимогами за якістю обслуговування
Концепція багатошвидкісної передачі	Змінний коефіцієнт розширення і мультикоди
Прийом	Когерентний з використанням пілот-символів і загального пілот-сигналу
Розрахований на багато користувальницький прийом, інтелектуальні антени	Підтримується стандартом, необов'язковим в реалізації

_{Відношення широкосмугового сигналу до перешкоди називається також відношенням сигнал/перешкода на частоті несучої C/I. Завдяки розширенню і стисненню C/I в WCDMA може бути нижчим, ніж, наприклад, в GSM. Мовний трафік в GSM вимагає відношення сигнал/перешкода C/I = 9…12 дБ.}

_{Слідує зауважити, що в будь-якій заданій ширині смуги частот каналу (швидкості передачі чіпів) має місце більший виграш при обробці для нижчих швидкостей передачі даних користувача, ніж для вищих. Зокрема, для швидкості передачі даних користувача 2 МГц виграш при обробці складає менше 2 (3,84Мчип/с)/(2Мбит/с)=1,92, що відповідає 2,8  дБ.}

_{Слід також помітити,що саме по собі розширення/стиснення спектру сигнала не забезпечує якого-небудь поліпшення сигналу для бездротових застосувань, Насправді, виграш у відношенні сигнал/перешкода при обробці виходить за рахунок збільшеної ширини смуги частот при передачі (помноженої на величину виграшу при обробці).}