Загальна характеристика мобільних систем зв’язку UMTS

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

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

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

-1980...2010 і 2170...2200 МГц – для супутникових мереж UMTS.

Універсальна система мобiльного зв'язку UMTS заснована на складеному радіоінтерфейсі UTRA: на спарених смугах частот використовується частотний дуплекс – технологія FDD (W-CDMA) для передачі мови і 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.

Радіоінтерфейс 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 тощо), 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 радіоспектра у випадках, коли нові системи займають діапазони частот, в 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 кількості компонентів багатопроменевого сигналу, що у свою чергу підвищує якість прийому порівняно 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 “вверх”, зворотний частотний канал), а інша, виділена в діапазоні 2110...2170 МГц, використовується для передачі від БС до АС (лінія “вниз”, прямий частотний канал).

Поряд із частотним дуплексом (FDD) стандартом передбачений часовий дуплекс (TDD) для роботи у 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 і 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 у глобальній прив'язці до часу, наприклад до GPS. Розгортання базових станцій в середині приміщень і мініатюрних базових станцій (для пікосот) відбувається простіше, 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 каналі “вниз” в IS-95, його застосування в каналі “вверх” є новим для систем CDMA загального користування і приведе до збільшення загальної зони обхвату і пропускної здатності висхідного каналу.

Повітряний інтерфейс UMTS побудований так, що оператор мережі може використовувати перспективні концепції побудови приймачів CDMA, наприклад, розрахований на багатокористувальницький прийом і застосування інтелектуальних адаптивних антен як спосіб підвищення пропускної здатності і/або зони обхвату. У більшості систем другого покоління відсутні можливості використання таких концепцій побудови приймача, внаслідок чого 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 дії GSM для впровадження UMTS. Основні параметри UMTS наведені в табл. 6.4. При передачі мови із швидкістю 12,2 кбіт/с виграш за рахунок розширення спектру складає 25 дБ .

Таблиця 6.4 – Основні параметри UMTS

У системі UMTS для передачі мови Eb/N0 співвідношення сигнал/шум зазвичай, складає порядку 5,0 дБ. Тому відношення широкосмугового сигналу до завади 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 завади і теплового шуму, а приймач WCDMA все ще буде здатний приймати сигнал.

Відношення широкосмугового сигналу до завади називається також відношенням сигнал/завада на частоті несучої. Завдяки розширенню і стисненню C/I в WCDMA може бути нижчим, ніж, наприклад, у GSM. Мовний трафік у GSM вимагає відношення сигнал/завада дБ.

Слід зазначити, що у будь-якій заданій ширині смуги частот каналу (швидкості передачі чіпів) має місце більший виграш під час обробки для нижчих швидкостей передачі даних користувача, ніж для вищих. Зокрема, для швидкості передачі даних користувача 2 МГц виграш під час обробки складає менше 2 (3,84Мчіп/с)/(2Мбіт/с)=1,92, що відповідає 2,8 дБ.

Слід також зазначити, що саме по собі розширення/стиснення спектра сигнала не забезпечує будь-якого поліпшення сигналу для бездротових застосувань, Насправді, виграш у відношенні сигнал/завада під час обробки виходить за рахунок збільшеної ширини смуги частот при передачі (помноженої на величину виграшу під час обробки).