Практика Тема: Планирование и построение сотовых систем связи 3-го поколения.

Введение

В процессе развития сетей сотовой связи (ССС) важными являются вопросы их планирования и оптимизации [1-4]. Для автоматизации проектирования при решении задач планирования и оптимизации созданы и используются специальные программные комплексы, которые позволяют сокращать сроки и стоимости процесса проектирования ССС.

В настоящее время начинают внедряться сети 3-го поколения. Сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения (2G), таких как, например, GSM, и переходного поколения (2,5G), таких как, например, GPRS, EDGE – гораздо большей скоростью передачи данных, а также более широким и более высоким качеством предоставления услуг. Эти сети обеспечивают симметричную и ассиметричную передачу данных, поддержку канальной и пакетной коммутации для обеспечения таких сервисов как Internet Protocol (IP) и Real Time Video, высокую эффективность использования спектра частот, возможность глобального роуминга. Поэтому актуальной задачей является планирования и оптимизации при проектировании этих сетей.

Магистерская работа посвящена исследованию планирования и оптимизации сотовых систем связи 3-го поколения. В данной работе необходимо выполнить обзор состояния сотовых систем связи, рассмотреть эволюцию сетей различных технологий, необходимо выполнить анализ принципов построения и работы сети стандарта UMTS. Также рассматриваются некоторые особенности планирования и оптимизации ССС 3-го поколения, которые в основном приводятся в работах зарубежных авторов [1-6]. Анализируются возможности известных программных комплексов планирования таких сетей. Приводятся некоторые расчетные соотношения, используемые при их планировании и оптимизации.

1. Часть

1. Основные принципы построения сетей сотовой связи 3-го поколения

В данном разделе рассматривается современное состояние сотовых сетей связи, а также обзор состояния и направлений развития сетей 3-го поколения, где были проиллюстрированы ожидаемые воздушные интерфейсы и спектры частот для обеспечения услуг сетей третьего поколения. Также проанализировано принцип построения, включая анализ архитектуры и основных параметров сети UMTS. Проиллюстрировав элементы сети, было коротко описано каждый из них

1.1 Современное состояние сетей сотовой связи

Мобильная сотовая связь вошла в нашу жизнь в начале 1980-х ХХ века. С тех пор в технике сотовой связи произошли существенные изменения, а ее популярность и объем предоставляемых ею услуг возросли намного больше, чем это прогнозировалось [1].

Первое поколение систем сотовой связи использовало аналоговую передачу речевых сигналов. Было создано несколько национальных стандартов: AMPS (Advanced Mobile Phone Service) в США, TACS (Total Access Communication System) в Англии, NMT (Nordic Mobile Telephones) в Швеции, Норвегии, Финляндии, Дании, NTT (Nippon Telephone and Telegraph) в Японии. Каждая страна разрабатывала свою собственную систему, несовместимую с другими, как в оборудовании, так и в предоставляемых услугах. Вследствие этого мобильное оборудование каждого государства использовалось только внутри его национальных границ. С целью устранения этого недостатка считалось необходимым создание общеевропейского стандарта. Дальнейшее развитие сотовой подвижной связи шло по пути создания цифровых стандартов, причем страны Европы и США пошла по разным путям.

В Европе с 1982 года начались работы по разработке единого европейского стандарта цифровой сотовой связи в диапазоне 900МГц. Результатом работы явился стандарт GSM (Global for Mobile Communications – глобальная система для сотовой связи) несовместимого с аналоговыми системами. Первая опытная сеть стандарта GSM-900 появилась лишь в 1990 году, через год – в 1991 году – появилась система стандарта DCS-1800 (Digital Cellular System 1800МГц – Цифровая сотовая система 1800МГц). В эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM была введена в 1992 году в Германии.

В США в 1990 году был утвержден стандарт цифровой связи D-AMPS (цифровой AMPS). В сети D-AMPS двухрежимная абонентская станция могла работать как в аналоговом, так и в цифровом.

Одновременно американская компания Qualcomm начала разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов CDMA (Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением). Первая сотовая система, основанная на этом стандарте (IS-95), вступило в строй в 1995 году в Гонконге.

В 1990 году были опубликованы спецификации первой базы GSM, а к 1993 году функционировало уже 36 сетей GSM в 22 странах, и еще 25 стран выбрали направление GSM или поставили вопрос о его принятии. Несмотря на то, что система GSM была стандартизована в Европе, на самом деле она не является исключительно европейским стандартом. Сети GSM внедрены в более 105 странах Европы, Ближнего и Дальнего Востока, Африки, Южной Америки и в Австралии. В 1994 году число абонентов GSM во всем мире достигло 1,3 миллиона человек. К 2000 году число абонентов GSM уже превысило двести пятьдесят миллионов человек.

Стандарту GSM отведена одна из главных ролей в процессе эволюции систем связи. Он тесно связан со всеми современными стандартами цифровых сетей, в первую очередь, ISDN (Интегрированная система цифровой сетевой связи) и IN (Intelligent Network). Основные функциональные элементы сети GSM входят в стандарт глобальной сети третьего поколения подвижной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) .

В настоящее время GSM является самым популярным и самым распространенным стандартом сотовой связи, занимающим лидирующие позиции в мире, как по площади покрытия, так и по числу абонентов. Большинство стран земного шара приняли стандарт GSM диапазона 900 МГц к реализации или развивают его для построения таких сетей в диапазонах частот 1800 МГц - стандарт DCS 1800 в Европе, и 1900 МГц – стандарт PCS 1900 в США.

Стандарт GSM относится к новому - второму или 2G - поколению сотовой связи, основанному на цифровой технологии, использующей временное разделение каналов - TDMA. Это позволяет реализовать ряд преимуществ по отношению к аналоговым стандартам первого поколения NMT-450 и AMPS, а также его цифрового варианта DAMPS .

К настоящему времени приняты и используются стандарты сотовых систем радиосвязи с кодовым разделением радиоканалов 3-го поколения. В Европе – это стандарт UMTS, в США – CDMA-2000, в странах Азии – WCDMA и др.

Создание систем мобильной подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов сдерживалось отсутствием технических и технологических возможностей по реализации малогабаритных, малопотребляющих и многофункциональных устройств "сжатия" ШПС. В настоящее время эти проблемы успешно решены.