Технология ускоренной передачи данных для развития GSM

EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution - ускоренная передача данных для развития GSM - переходная технология от нынешних GSM-сетей к сетям третьего поколения 3G -UMTS - Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система.

Впервые технология EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи (ESTI) в 1997 году. Использование EDGE позволяет ускорить процесс передачи информации в беспроводных сетях - до 384,0кбит/с (против максимально возможных ~171,2кбит/с в сетях GSM/GPRS).

Технология EDGE используется для обеспечения быстрой загрузки Web-страниц, файлов и приложений Интернет, а также ускоренного обмена сообщениями. Активно внедряется в Западной Европе, требует модернизации программно-аппаратных средств и обновления пользовательских терминалов.

Возможность делать покупки, совершать банковские операции, отправлять электронные сообщения и подключаться к Интернет, где бы вы ни находились - это реальность сегодняшнего дня, в котором есть технология EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюциидо 384,0кбит/с.

С технологией EDGE Операторы мобильной связи приближают будущее, предлагая услуги сетей третьего поколения 3G и превращая мобильный доступ в Интернет в реальность для всех пользователей.

Добавление EDGE к существующим сетям второго поколения сделает их совместимыми со стандартами международного союза телекоммуникаций - ITU-Т (МСЭ-Т) для сетей третьего поколения 3G.

Технология EDGE третьего поколения 3G - это решение, которое заставит существующую сетевую инфраструктуру предоставлять современные мультимедийные услуги. Реализация EDGE позволит расширить перечень основных преимуществ технологии общей пакетной радиослужбы - GPRS: более быстрое установление соединений для пакетной передачи и более высокая скорость в радиоканале последней мили.

Внедрение технологии EDGE не требует от Оператора сотовой связи значительного технического перевооружения.

В технологии EDGE используется та же структура кадраTDMA - множественный доступ с временным разделением(каналов) - см. в разделе "сети сотовой связи", тот же частотный диапазон для логического (виртуального) канала - 200,0кГц, что и в современных сетях GSM.

Для EDGE требуются относительно небольшие изменения в сетевом оборудовании (аппаратных и программных средствах), не нужно изменять топологию сети и, как следствие, получать новые лицензии.

3G - 3 Generation - третье поколение сетей мобильной связи, ориентированных не только на передачу речи, но и на высокоскоростную передачу данных, в том числе мультимедийной информации.

Считается, что для пользователей высокой скоростью передвижения, например людей, едущих в машине (120 км/ч), максимальная скорость передачи данных составит порядка 144,0кбит/с, для пешеходов (4,0км/ч) - 384,0 кбит/с, для пользователей стационарных терминалов - 2,048мбит/с.

Коммерческие сети третьего поколения 3G уже действуют во многих странах мира.

Сети мобильной связи третьего поколения 3G - это, прежде всего радиоинтерфейс, который обеспечивает канал связи между мобильной станцией MS пользователя и базовой трансиверной станцией BTS.

Другими важными элементами сетей третьего поколения 3G являются магистральная сеть, способы организации служб и предоставления услуг.

Технология 3G позволяет реализовать беспроводный, мобильный доступ к услугам Интернет.

3G характеризуется высокоскоростной беспроводной, мобильной передачей пакетов данных и мощными магистральными сетями пакетной коммутации.

До недавнего времени основным фактором, определяюшим развитие мобильных коммуникаций, была традиционная передача речевого сообщения.

Внедрение новых технологий высокоскоростной передачи данных, включая GPRS и EDGE, их эволюция к системам UMTS(UTRA) /W-CDMA - универсальная мобильная телекоммуникационная система (наземный радиодоступ UMTS)/ широкополосная схема множественного доступа с кодовым разделением (каналов), позволяет Операторам сотовой связи предоставлять пользователям с помощью беспроводного доступа неограниченное число мультимедийных услуг, например, электронные открытки, просмотр видео, Web-страниц, доступ к корпоративным сетям ит.д.

Современные сети сотовой связи второго поколения 2G являются основой, на которой внедряются системы третьего поколения 3G, а также системы четвертого поколения 4G.

UMTS - это один из стандартов систем третьего поколения 3G, который разрабатывается под эгидой Европейского Института Стандартизации Телекоммуникаций ETSI. Он был внедрен на основе самой распространенной технологии второго поколения 2G - GSM и имеет все перспективы стать действительно глобальным стандартом персональной мультимедийной связи.

Характеристики UMTS.

- Диапазоны рабочих частот: 1920,0мГц - 1980,0мГц (исходящая линия); 2110,0мГц - 2170,0мГц (нисходящая линия).

- Разнос несущих частот приема и передачи (дуплексный разнос) - 190,0мГц.

- Разнос несущих соседних частотных каналов - 5,0мГц, но в конкретной сети допускаются отклонения от этой величины с шагом 200,0кГц.

- Шаг несущих (ширина канала) - 200,0кГц.

- Возможные значения частотных каналов:

а) на исходящей линии связи - 9612,0мГц - 9888,0мГц;

б) на нисходящей линии связи - 10562,0мГц - 10838,0мГц.

- Полоса частот, занимаемая одним частотным каналом - 5,0мГц.

- Вид модуляции:

1. Квадратурная фазовая модуляция - QPSK;

2. При работе в режиме HSDPA в зависимости от условий радиоканала - квадратурная фазовая модуляция или квадратурная амплитудная модуляция QAM с числом уровней соответственно: 16 или 64.

- Разделение каналов в одном частотном канале - кодовое.

- Скорость передачи данных в 1-м канале - 384,0кбит/с.

- На исходящей линии связи - "вниз" (от базовой станции к абонентскому терминалу) при одном соединении передается один кодовый канал управления и от одного до шести кодовых каналов данных.

- Коэффициент расширения и скорость передачи:

а) на исходящей линии связи - от 256 до 4, соответственно максимальная скорость передачи данных - от 15,0кбит до 960,0кбит/с

(15,0 х 64слота = 960,0кбит/с);

б) на нисходящей линии связи - от 512 до 4, соответственно максимальная скорость передачи данных в 2 раза выше - от 7,5 кбит/с до 960 кбит/с.

- Передаваемый цифровой поток разделяется на кадры длительностью 10,0 мс, кадр разделяется на 15 временных интервалов (слотов), которые являются единицами регулировки уровня передаваемой мощности.

- Кодирование в радиоканале - сверточное, турбо и без кодирования. При услугах в режиме On-line - "реальном времени" используется только помехоустойчивое кодирование, при услугах в режиме Off-line - "не реального времени" - помехоустойчивое кодирование. Способ кодирования и, следовательно, скорость передачи устанавливаются автоматически на каждом кадре передачи в соответствии с загрузкой данного частотного канала другими кодовыми каналами, помеховой обстановкой в радиоканале и характером его многолучевости.

Технология H-SCSD

Технология H-SCSD – High- Speed Circuit Switched Data - высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов. Стандарт рассматривается специалистами как один из переходных этапов к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G, максимальная скорость передачи данных по этому стандарту 14,4мбит/с, практическая - до 3,0мбит/с. H-SCSD п рименяется на базе GSM-сетей.

В основе H-SCSD лежит коммутация каналов, то этот протокол больше подходит для таких приложений, как видеоконференции и мультимедиа-приложения, чем для приложений коротких сообщений типа электронной почты, SMS, которые эффективнее передаются при помощи протокола пакетной коммутации.

Так как сети GSM относятся к классу сетей с временным разделением каналов, то скорость обмена в H-SCSD прямо пропорциональна количеству временных интервалов (слотов), отведённых для передачи данных. При использовании одного временного интервала обеспечивается скорость 14.4кбит/с, а при использовании

4-х слотов достигается максимальная скорость 57,6кбит/с.

Сетевой модернизации применение технологии H-SCSD на существующих сетях GSM не требует, только абонентского оборудования.

На базовых трансиверных станциях и узлах коммутации меняется только программное обеспечение. Сегодня выпущены мобильные станции (телефоны) с поддержкой этого протокола.

Технология H-SDPA

Технология H-SDPA - High-Speed Downlink Packet Access - высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону - стандарт, один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G. Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4мбит/с, максимальная скорость - около 3,0мбит/с.

В основу технологии H-SDPA положены:

- схемы модуляции и кодирования фазовой квадратурной модуляции - QPSK и амплитудной квадратурной модуляции - 16 QAM;

- протокол ретрансляции - HARR - Hybrid Automatic Repeat Request;

- очередность передачи пакетов в базовой станции протоколом MAC-high speed.

H-SDPAбазируется на высокоскоростном общем нисходящем канале - High-Speed Downlink Shared Channel - HS-DSCH, способном поддерживать высокие скорости передачи данных. Технология позволяет обслуживать пользователей, осуществляя мультиплексирование пакетов данных с временным и кодовым разделением (каналов), то есть идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательском режиме.

По сравнению с технологией UMTS, технология H-SDPA может передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше мобильных пользователей на одну ячейку (соту). В настоящее время скорость в нисходящем канале3G

(к пользователю) составляет порядка 384,0кбит/с (теоретически скорость, согласно спецификации 3G, должна составлять 2,4мбит/с).

Кроме того, H-SDPA значительно улучшает качество мультимедийных услуг (именно за счет высокой скорости задержка становится неощутимой, а объем передаваемой информации увеличивается).

Во время тестирований музыкальный файл объемом 5,0 байт загружался менее чем за 30,0 секунд, а электронное почтовое сообщение с объемом вложения 3,0 мбайт загружалось за 20,0 секунд. Эти скорости сопоставимы с теми, что и в проводных каналах DSL.

Прогнозы аналитиков: коммерческие сети сотовой связи с поддержкой технологии HSDPA появятся в 2008-2009гг.

У технологии H-SDPA есть серьезный конкурент: WiMAX (EEEI 802.16) - стандарт широкополосной беспроводной передачи данных, который позволяет достигать (теоретически) скорость 70,0мбит/с, и ее реализация в России ближе, чем H-SDPA. Стандарту EEEI 802.16 -WMAN - компании WiMAX присущ ряд недостатков. Один из них - необходимость строить дополнительную инфраструктуру, чего технология HSDPA не требует, т.к. используется существующая сеть сотовой связи.

Технология H-SUPA

H-SUPA - "Highly (просто) Seductive (сногсшибательная) Ultra (ультра) Pace (скоростная) Technology (технология)"

На самом деле H-SUPA переводится: "High-Speed (высокоскоростная) Uplink (спутниковая) Packet (пакетная) Access (связь)".

Компания Samsung представила новую технологию передачи информации. С её помощью скорость загрузки и "скачивания" больших объемов картинок, файлов, игр и проч. возрастет в 5 раз по сравнению с W-CDMA, что приведет к значительной экономии времени и повышению эффективности. Первый мобильный H-SUPA телефон появился в 2007 г.

H-SUPA -это усовершенствованная версия W-CDMA, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных. Сетевое оборудование имеет скорость передачи пакетов данных до 2,0мбит/с при передаче данных в сеть Оператора связи (от MS к BTS - исходящий канал) и до 3,6мбит/с при загрузке данных в мобильный телефон (от BTS к MS - нисходящий канал).

В режимеH-SDPA несколько кодовых каналов на линии связи от базовой станции к мобильной станции MS объединяются в один составной кодовый транспортный канал CCTrCH - Coded Composite Transport Channel, предоставляемый нескольким пользователям для совместного доступа к услугам.

В режимеH-SUPAиспользуется усовершенствованный канал на исходящей линии связи, в котором применены методы адаптации канала, аналогичные, которые использутся в H-SDPA, более короткий интервал времени передачи, позволяющий увеличить пропускную способность канала и снизить задержку передачи.

Таблица 5. Сравнительные характеристики систем W-CDMA FDD и UTRA TDD

Показатель	W-CDMA FDD	UTRA TDD
Диапазон частот, мГц	2110,0 - 2170,0 нисх. 1920,0 - 1980,0 исх.	1900,0 - 1920,0 нисх. 2010,0 - 2025,0 исх.
Метод доступа	DS-CDMA	TD-CDMA
Полоса частот, мГц	2х5; 2х7,5; 2х15
Разнос между несущими, кГц
Скорость (базовая), мбит/с	3,84	3,84
Модуляция в канале данных:
нисх.	QPSK	QPSK
исх.	QPSK	QPSK
Максимальная излучаемая мощность, Вт		27,2
Максимальное расстояние между мобильной и базовой станциями, км	5,787 (нисх.)/ 4,475 (исх.)	6,041 (нисх.)/ 5,279 (исх)

Ведущие Российские Операторы сетей сотовой связи: так называемая "большая тройка" - "МТС", "Мегафон" и "Вымпелком", а также три других компании беспроводной связи, получили лицензию на предоставление связи 3G(три диапозона) третьего поколения.

Главным преимуществом связи 3G РФ перед другими видами беспроводной сотовой связи для пользователей является:

-увеличение скорости передачи данных до 1900,0-2200,0мГц,

-организация видеоконференций,

-возможность участвовать в режиме реального времени в играх на бирже и т.д.

-смотреть видеофильмы,

-расплачиваться в магазине в режиме On-line и др.

Услуги 3G будут активно предоставляться, начиная с 2008г.

С технической точки зрения, основное отличие сетей четвертого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, чтотехнология 4Gполностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу речевого трафика и передачу пакетов данных.

Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций (МСЭ-Т) определяет технологию 4G как будущее технологий беспроводной телекоммуникации, которая позволит достичь скорости передачи данных до 1,0гбит/с в условиях движения источника и/или приемника и до 100,0мбит/с в условиях обмена данными между двумя движущимися мобильными устройствами на скорости 120,0км/час.

Технология 4G, в частности, обеспечивают пользователям просмотр телепередач высокой четкости и управление "умным домом" (домашней бытовой техникой, охранно-пожарной сигнализацией, водоснабжением, отоплением и т.д.) с помощью мобильного устройства. Сегодня уверенно внедряются технологии поколения 3,5G. Страны, которые недавно внедрили сети второго поколения (например Китай), пытаются "перескочить" на целое поколение вперед, начав эксплуатацию систем 4G, которые позволят увеличить скорость передачи данных по сравнению с 3,5G в несколько десятков раз. В сетях сотовой связи смена поколений технологий идет более быстрыми темпами, чем в других отраслях промышлености, например, производство компьютерной техники.

В телекоммуникациях с беспроводным абонентским доступом все четко:

- 1G - первое поколение - это аналоговая связь (стандарт NMT).

- 2G - второе поколение - это цифровая связь с коммутацией каналов (стандарты GSM, CDMA, AMPS, D-AMPS).

- 3G - третье поколение - (стандарты GPRS, UMTS) - предусматривает наряду с коммутацией каналов и пакетную передачу данных. О сетях третьего поколения 3G сейчас говорят как о символе прогресса, но технологии 3G уже обгоняют системы следующего поколения сетей сотовой связи - 4G. В некоторых странах системы третьего поколения 3G так и не разовьются в полную силу - их место займут технологии четвертого поколения - 4G.

- 4G - четвертое поколение сетей сотовой связи. К 4G, как правило, относят технологии, ориентированные на высокоскоростную передачу пакетов данных в сетях сотовой связи со скоростью 100,0мбит/с и выше (EDGE, GMM, OFDM и др.).

- 5G - пятое поколение сетей сотовой связи ориентировано на скорость передачи пакетов данных свыше 1,0гбит/с.

Технология ускоренной передачи данных для развития GSM - EDGE