Еволюція систем з технологією TDMA

У процесі еволюції технології радіо-інтерфейсів систем 1G/2G зазнає істотних змін. Стратегія переходу до систем 3-го покоління на базі технології TDMA наведена на рис. 6.2.

Рисунок 6.2 – Стратегія переходу до систем 3-го покоління на базі TDMA

Проектами переходу систем 3-го покоління на базі TDMA є 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, який автоматично переключає абонентів з аналогових каналів на цифрові без переривання обслуговування.

Можливі такі 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. 6.3.

Рисунок 6.3 – 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 використаним видом модуляції ( , різні варіанти QAM).

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

Завдяки використанню трьох типів каналів зі смугою 30, 200 і 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 і 1900 МГц, використовується метод модуляції 8PSK. Забезпечується швидкість передачі 19,2 кбіт/с на часовий слот і 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 поєднаний 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). Під час використання смуги 200 кГц (EDGE) забезпечується швидкість передачі 144 кбіт/с для транспортних засобів і 384 кбіт/с – для пішоходів, а при використанні несучої шириною 1,6 МГц (широкосмуговий EDGE) забезпечується швидкість передачі до 2 Мбіт/с. Порівняльні характеристики трьох версій проекту стандарту UWC-136 RTT наведені в табл. 6.2.

Таблиця 6.2 – 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
Канальне рознесення, кГц
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 Mбіт/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

Під час розробки і запровадження в дію стандарту GSM вважалося, що його можливостей буде достатньо на довгострокову перспективу. Однак дотепер можливості стандарту GSM не повною мірою задовольняють зростаючі вимоги у сфері телекомунікаційних послуг.

Види модуляції, що використовуються:

QOQAM – квадратурна АМ з четвірковим 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 окреслилося декілька напрямків розвитку:

– інтеграція з іншими мережами радіодоступу (DECT і вузлом доступу до Internet);

– впровадження нових технічних рішень, які забезпечують високошвидкісну передачу даних з комутацією пакетів і взаємодія з мережами ТМЗК, ATM і ISDN;

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

Модернізовані мережі GSM надаватимуть послуги системам 3-го покоління і матимуть потенційно більшу абонентську базу.

Дотепер 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;

– 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 в свою чергу забезпечує спектральну ефективність вдвічі-втричі вищу, ніж у 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 переважно 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).

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

Радіоінтерфейс стандарту EDGE забезпечує автоматичне розпізнавання типу модуляції, що використовується в радіолінії, і подальший 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 і cdma-2000;

-D-NMT, що являє собою комбінацію систем GSM і 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 у GSM-900, що особливо важливо для організації зв'язку в сільській (значною мірою відкритої) місцевості.