Расширение возможностей UMTS-сетей за счет использования технологии H-SDPA

Распространение технологии High-Speed Downlink Packet Access (H-SDPA) трансформирует характер беспроводных коммуникаций и позволяет реализовать широкополосный беспроводной доступ. Это очередное технологическое достижение, способное привести к увеличению спроса на услуги связи со стороны конечных пользователей.

С появлением технологии H-SDPA рост рынка мобильного широкополосного доступа на базе UMTS повторяет тенденции рынка фиксированной широкополосной связи, что сказывается как на корпоративных, так и на индивидуальных пользователях.

Внедрение технологии H-SDPA в UMTS-сетях позволяет добиться более высокой скорости передачи данных и снизить значение сетевых задержек для конечных пользователей. Тремя основными особенностями стандарта UMTS является преемственность услуг второго и третьего поколения, поддержка мультимедийных решений за счет возможности одновременного предоставления голосовых услуг и услуг по передаче данных, а также высокая скорость передачи данных.

Использование технологии H-SDPA позволяет пойти еще дальше, и обеспечить на практике среднюю скорость передачи данных порядка 800,0кбит/с и даже 1,5мбит/с, поскольку пиковая скорость передачи данных составляет 3,6мбит/с для мобильных терминалов категории 6 и до 14,4мбит/с для терминалов категории 10. Кроме того, технология H-SDPA позволяет снизить время задержки полезного сигнала до 65,0мс, что позволяет использовать мобильную беспроводную связь для интерактивных приложений - многопользовательских игр.

Пример использования H-SDPA

Возьмем, к примеру, следующую ситуацию: родители с детьми рано утром отправляются в путешествие. После двух часов пути детям стало скучно. Проходили соревнования по компьютерным играм как раз в то время, когда они находятся в дороге. Это - многопользовательская игра с высоким разрешением, предъявляющая высокие требования к пропускной способности, благодаря технологии HSDPA дети могут загрузить игру и участвовать в соревнованиях непосредственно во время движения. Спустя всего несколько секунд, они начинают играть со своими друзьями-соперниками. Низкие значения сетевых задержек обеспечивают высокую степень интерактивности игрового процесса; но для родителей важнее, что дети заняты игрой и всю дорогу ведут себя спокойно.

Кроме того, технология HSDPA открывает Операторам новые возможности для выхода на рынок услуг triple play, и позволяет предоставлять местным жителям целый пакет услуг: телевидение, доступ в Интернет, голосовые и мобильные услуги. Благодаря HSDPA все это доступно уже сегодня.

Услуги triple play с использованием технологии H-SDPA

Для предоставления услуг HSDPA не требуется специального оборудования

Переход к технологиям H-SDPA путем обновления ПО (программного обеспечения)

Nortel производит базовые станции Node B, позволяющие предоставлять услуги UMTS. При этом любая базовая станция Node B, где бы она ни была установлена, будет поддерживать технологию HSDPA после обновления только лишь программного обеспечения (ПО). Опираясь на технологии стандарта IS-95 (CDMA) трех предыдущих поколений, а также используя свой опыт в разработке и внедрении решений 1xEV-DO в базовых станциях четвертого поколения для сетей CDMA и UMTS, Nortel уже на аппаратном уровне реализовала модуляцию QPSK и 16 QAM H-SDPA. Ни одна из установленных базовых станций Node B не требует замены модулей борудования. Часть ПО контроллера подсистемы радиодоступа (RNC), необходимая для оказания услуг H-SDPA, выполнена в виде подключаемого модуля (add-on) для существующего ПО, позволяющего работать с мобильными телефонами версии R'99. Поэтому на работе сети с технологией UMTS версии R'99 внедрение H-SDPA никак не сказывается.

Программное обеспечение H-SDPA реализует новый фреймовый протокол, позволяющий работать с трафиком транспортного канала HS-DSCH на интерфейсе Iub. Кроме того, это ПО также включает обновление инструментов для управления радиоресурсами (Radio Resource Management) для сетей H-SDPA, в частности инициация и окончание вызовов H-SDPA, анализ возможностей пользовательского оборудования (UE), проверка канала радиодоступа (RAB) и контроль установления H-SDPA соединений (CAC).

Первый HSDPA-вызов был продемонстрирован еще в ноябре 2004, а запуск сетей в тестовую эксплуатацию начался во втором квартале 2005 года. На конгрессе Ассоциации GSM в этом году Nortel продемонстрировала соединение со скоростью 3,6мбит/с на коммерческой сети.

При использовании H-SDPA расширяются возможности конечных пользователей за счет увеличения пропускной способности сети в пять раз и увеличения емкости сети в два раза по сравнению с UMTS-сетями. Технология H-SDPA обеспечивает низкие значения задержек (до 65,0мс). Это позволяет запускать в H-SDPA сетях интерактивные приложения, в том числе многопользовательские игры.

Кроме того, низкое время задержки сигнала играет важную роль для реализации интерактивных приложений IMS и в системах передачи данных ACK/NACK, где время задержки напрямую сказывается на пропускной способности. Например, для обеспечения высокой пропускной способности канала TCP требуется, чтобы значение задержки сигнала не превышало 100,0 мс.

Низкая стоимость передачи данных, возможность управления перегрузками

Технология H-SDPA обеспечивает более высокую спектральную эффективность за счет использования нового общего нисходящего канала и усовершенствованных механизмов, таких как адаптивная модуляция и кодирование, или модуляция 16 QAM Modulation (в тех случаях, когда качество радиосигнала позволяет использовать более высокую скорость модуляции). Это приводит к ужесточению требований к пропускной способности между базовой трансиверной станцией - UMTS BTS и контроллером радиодоступа RNC. Пропускная способность каждой базовой станции UMTS будет зависеть от мобильных характеристик H-SDPA, которые в свою очередь определяются типом пользовательского оборудования (UE category).

В базовых станциях и контроллерах радиодоступа Nortel для UMTS-сетей используются наработки компании в области ATM. Оборудование полностью поддерживает все классы обслуживания ATM (CBR,, rt-VBR, nrt-VBR, UBR) и режимы работы (emission priorities). За счет сокращения задержек при передаче речи и видео, а также служебного трафика, продукты Nortel подсистемы UTRAN обеспечивают в современных UMTS-сетях (версии Rel'99) прирост пропускной способности на интерфейсе Iub до 50%, и дополнительную экономию пропускной способности до 90% на уровне управления. Это позволяет Операторам снизить эксплуатационные затраты на передачу данных. Однако, вследствие использования новой технологии пакетного доступа и увеличения пропускной способности, в решениях H-SDPA увеличивается вероятность возникновения перегрузок на канале между базовой станцией Node B и контроллером радиодоступа RNC.

Перспективное оборудование с поддержкой скорости передачи данных до 144,0кбит/с

Nortel продемонстрировала полную поддержку технологии H-SDPA на базовых станциях Node B, используемых в современных коммерческих сетях, где за счет использования всех 15 кодов на одном канале достигалась скорость передачи данных 144,0кбит/с (9,6кбит/с х 15). Однако в современных условиях без использования соответствующих приемников реализовать преимущество всех 15 кодов в H-SDPA не получается из-за серьезных помех между различными кодами.

Выводы: Первая версия H-SDPA обеспечивает высокую гибкость за счет поддержки нескольких несущих частот, а также возможности разделять использование генератора опорной частоты (BBU, Base Band Unit) на сектор. Первая версия H-SDPA доступна для массового внедрения, поддерживая такие функции, как динамическое управление мощностью (Dynamic Power Management) и управление мощностью HS-SCCH Power Control, которые обеспечивают высокий коэффициент полезного действия для уличных HSDPA-решений. Эти две особенности позволяют вдвое увеличить емкость каждой соты по сравнению с классическими решениями H-SDPA.

В ближайшее время для установки базовых станций UMTS-GSM в густонаселенных городских районах может потребоваться четыре и более потоков E1 (64,0кбит/с х 32 = 2,048мбит/с). С распространением широкополосных услуг трафик базовых станций будет продолжать увеличиваться. С появлением технологии HSDPA эта тенденция только усиливается. В 2009г. Операторы беспроводной связи столкнутся с изменением характера распределения трафика; более 60% всего UMTS-трафика будет пакетно-коммутируемым. Влияние этого перераспределения на пропускную способность каждой базовой станции UMTS будет зависеть от мобильных характеристик HSDPA, которые в свою очередь определяются категорией пользовательского оборудования (UE category).

Архитектура базовых станций UMTS также обеспечивает возможность экономически эффективной миграции к широкополосным решениям, где для реализации услуг H-SDPA потребуются новые, альтернативные способы передачи трафика по интерфейсу Iub, такие как темное оптоволокно (dark fiber), LMDS, медножильный кабель. Кроме того, в целях удовлетворения растущего спроса на услуги передачи данных ведется дальнейшее развитие технологий H-SDPA. Инновации Nortel в области радиотехнологий MIMO и OFDM обеспечивают возможность эффективного увеличения емкости сети для обеспечения дальнейшего развития широкополосных беспроводных услуг. Компания продемонстрировала пиковую скорость передачи данных 300,0мбит/с на выделенном радиоканале 20,0мГц.

Повсеместное внедрение технологии High Speed Downlink Packet Access (H-SDPA) трансформирует характер беспроводных коммуникаций и позволит реализовать широкополосный беспроводный доступ.