Оглавление
Заключение 3
Глава 1. Роль сетей связи третьего поколения на рынке услуг 6
1.1 Предпосылки и условия внедрения технологии 3G 6
1.2 Концепция построения систем связи третьего поколения 7
1.3 Современный рынок 3G 13
1.4 Услуги передачи данных в сетях связи третьего поколения 21
1.5 Качество услуг передачи данных 26
Глава 2. Сети подвижной сотовой связи третьего поколения 28
2.1 Архитектура сети UMTS 28
2.1.1 Системная архитектура сети UMTS 32
2.1.2 Сеть радиодоступа UTRAN 34
2.1.3 Базовая сеть CN 38
2.2 Сетевые интерфейсы и протоколы 40
2.2.1 Сетевые интерфейсы 40
2.2.2 Протоколы 42
2.3 Эволюция стандартов 3G 54
Глава 3. Особенности функционирования подсистемы радиодоступа (UTRAN)
при передаче данных 58
3.1 Общая характеристика и функциональные особенности каналов UTRAN 58
3.2 Логические каналы UTRAN 65
3.3 Транспортные каналы UTRAN 66
3.4 Физические каналы UTRAN 72
3.5 Структура кадров UTRAN 77
3.6 Мультиплексирование данных в UTRAN 80
3.7 Виды кодирования в UMTS 90
3.8 Обеспечение обеспечения качества услуг передачи данных QoS 98
3.9 Управление радиоресурсами в UTRAN 106
Глава 4. Вероятностно-временные характеристики системы передачи
коротких сообщений 112
4.1 Помехи в радиоканалах 112
4.2 Модели источников ошибок 116
4.3 Анализ вероятностно-временных характеристик алгоритмов доставки
коротких сообщений в канале с независимыми ошибками 126
4.4 Анализ вероятностно-временных характеристик алгоритмов доставки
коротких сообщений в канале, описываемом моделью Гилберта 141
4.4.1 Передача КС в дискретном канале, описываемом
моделью Гилберта 141
4.4.2 Анализ влияния группирования ошибок на ВВХ 154
Глава 5. Методы повышения достоверности передачи данных
в системах 3G 160
5.1 Алгоритм обнаружения ошибок в комбинациях группового кода 160
5.1.1 Общие сведения 160
5.1.2 Определение отношения правдоподобия 162
5.1.3 Определение апостериорной вероятности правильного
декодирования 165
5.2 Класс алгоритмов оценки качества приема составных сигналов 169
5.3 Класс алгоритмов вынесения решения о ненадежности
результатов декодирования 172
5.4 Алгоритм определения нумератора весов для циклических кодов 176
Глава 6. Анализ и моделирование мобильных WCDMA систем 188
6.1 Параметры и характеристики сетей массового обслуживания 191
6.2 Концептуальная модель соты WCDMA системы 198
6.3 Описание модели 201
6.4 Модель процесса передачи данных по «up-link» DPCH каналу 203
6.5 Численные результаты 209
Глава 7. Требования по качеству услуг передачи данных 214
7.1 Стандартизация в области качества услуг передачи данных 217
7.2 Модели предоставления услуг передачи данных в сетях 3G 220
7.3 Параметры качества услуг передачи данных 223
7.3.1 Параметры QoS, не зависящие от вида предоставляемых услуг 224
7.3.2 Параметры качества услуг передачи мультимедийных сообщений 225
7.3.3 Параметры качества услуг передачи данных
с коммутацией кагалов 226
7.3.4 Параметры качества услуг передачи данных
с коммутацией пакетов 226
7.4 Сетевые процедуры обеспечения качества услуг передачи данных 231
Глава 8. Модели распространения радиосигналов применительно
к планированию сетей 3G 245
8.1 Частотное обеспечение систем 3G 245
8.2 Технические характеристики РЭС UMTS 249
8.3 Факторы, влияющие на состояние радиоканала 259
8.4 Описание моделей распространения сигналов 263
8.5 Модели потерь на трассе распространения сигнала 269
8.6 Типовые модели потерь, широко применяемые на практике 273
Глава 9. Частотно-территориальное планирование сетей 3G 277
9.1 Международные рекомендации по частотно-территориальному
планированию сетей 3G 277
9.2 Расчет норм частотно-территориального разноса радиосредств
сетей 3G и РЭС иного назначения 283
9.3 Особенности приграничной координации сетей 3G 286
Глава 10. Перспективы развития систем 3G 293
10.1 Новые виды модуляции и кодирования 297
10.2 Динамическое распределение радиочастотного спектра 301
10.3 Новые принципы формирования широкополосных сигналов 305
10.4 Адаптивные и многоканальные антенны MIMO 306
10.5 Сеть радиодоступа RoF 309
10.6 Высокоподнятые платформы HAPS 310
10.7 Интеграция сетей 3G и WLAN 314
10.8 Многопролетные сети 316
10.9 Новый тип абонентских терминалов 317
Заключение 325
Термины и определения 326
Предисловие
Одним из главных факторов динамичного развития рынка телекоммуникаций является внедрение передовых технологий, позволяющих предоставлять качественно новые услуги с широкими возможностями по обмену информацией. Сегодня одной из таких технологий является технология сотовой связи третьего поколения 3G. Отличительной особенностью данной технологии является ориентация ее на предоставление широкого ассортимента услуг высокоскоростной передачи данных.
Сети сотовой связи 3G развернуты и функционируют в ряде стран мира, в том числе в европейских странах. Опыт их внедрения в Европе показал, что наряду с формированием рынка услуг операторы сетей 3G столкнулись при развертывании своих сетей с целым рядом проблем технического характера. Это свидетельствует о том, что наряду с маркетинговой деятельностью при внедрении технологии 3G необходимо уделять особое внимание и техническим вопросам. Знание технических особенностей систем 3G позволяет более точно спланировать сеть при строительстве и оптимизировать ее при эксплуатации. Кроме того, значимость технических аспектов обусловлена их влиянием на оценку инвестиций в строительство сетей и эффективность управления качеством предоставления услуг.
Технические условия на системы сотовой связи 3G базируются на результатах многих научно-теоретических исследований и в сконцентрированной форме изложены в стандартах (технических спецификациях) 3GPP, 3GPP2, ETSI. Однако эти стандарты лишь определяют технические условия и, как правило, не дают четких и однозначных рекомендаций операторам по строительству сетей применительно к конкретным условиям. Знание технических спецификаций в сочетании с результатами современных аналитических исследований в области 3G может стать залогом успешного внедрения технологии сотовой связи третьего поколения.
В книге дается описание системы сотовой связи 3G европейского стандарта UMTS на основе обобщения опубликованных материалов и результатов исследований, проведенных различными международными организациями и лично автором. Учитывая, что основные особенности технологии 3G заключены, главным образом, в радиоинтерфейсах системы, в книге основное внимание уделено функционированию радиоинтерфейса UMTS при передаче данных.
В первой главе книги дана характеристика концепции построения систем связи третьего поколения IMT-2000. Показаны особенности европейской системы UMTS. Приведен анализ современного рынка услуг 3G и показаны тенденции изменения абонентского трафика в сетях UMTS. На основе международных оценок дана характеристика услуг, предоставляемых в сетях UMTS, отмечены основные их особенности и требования к качеству их предоставления в сетях сотовой связи третьего поколения.
Вторая глава книги содержит описание сетевой архитектуры UMTS. В главе особое внимание уделено описанию сетевых интерфейсов и протоколов системы UMTS.
В третьей главе дана общая характеристика и функциональные особенности логических, транспортных и физических каналов UTRAN. Описаны процедуры мультиплексирования данных в каналах UTRAN. Рассмотрены виды кодирования, которые применяются в технологии WCDMA для кодового разделения каналов. Отмечен ряд особенностей по обеспечению качества услуг передачи данных, описана концепция управления качеством услуг в сетях UMTS, базирующаяся на управление радиоресурсами сети.
Четвертая глава книги посвящена характеристикам каналов передачи данных. В ней представлены модели тракта передачи данных и источников ошибок на основе введения цепи Маркова. Приведены результаты исследований характеристик помехоустойчивости системы при передаче данных для различных условий. Основное внимание уделено анализу вероятностно-временных характеристик различных алгоритмов доставки сообщений в канале с независимыми ошибками и канале, описываемом моделью Гильберта. Предложены несколько алгоритмом доставки коротких сообщений, приведен их сравнительный анализ. Введены параметры, характеризующие процедуру доставки сообщений.
В гл. 5 описаны методы повышения достоверности передачи данных в системах 3G, основанные на применении алгоритмов обнаружения ошибок в комбинациях группового кода. Дано статистическое толкование этих алгоритмов для различных кодов, определена апостериорная вероятность правильного декодирования данных. Предложен класс алгоритмов оценки качества приема составных сигналов, отличающихся простотой реализации. Также рассмотрен класс алгоритмов вынесения решения о ненадежности результатов декодирования. Для циклических кодов введен нумератор весов, упрощающий процедуру вычисления условной вероятности неправильного декодирования.
Шестая глава книги посвящена моделированию канального протокола передачи данных в сетях 3G на основе развития математического аппарата анализа задержек при передаче данных. Особенность этой задачи состоит в применении разнородных (гибридных) математических моделей. В данной главе в качестве такой модели рассмотрена сеть массового обслуживания (СМО), описаны вероятностные характеристики СМО применительно к передаче данных в сетях 3G. Отдельно рассмотрены концептуальная модель соты сети UMTS и модель передачи данных в восходящем канале DPCH, получены такие характеристики передачи данных, как вероятность потери информационного пакета, средняя длительность интервала доставки пакета и др. Приведены численные результаты расчетов.
В седьмой главе описаны требования по качеству услуг передачи данных. Дана характеристика основных международных стандартов по качеству услуг связи, описана новая модель предоставления услуг передачи данных в сетях 3G, определяющая взаимоотношения участников рынка. На основе стандартов ETSI определены параметры качества основных услуг передачи данных, а также описаны такие сетевые процедуры обеспечения качества услуг в сетях UMTS, как управление доступом и управление нагрузкой сети. Оценено влияние мягкого хэндовера на качество услуг передачи данных.
Восьмая глава посвящена описанию моделей распространения радиосигналов применительно к планированию сетей 3G. Рассмотрены вопросы частотного обеспечения сетей 3G, технические характеристики РЭС UMTS. Основное внимание уделено описанию типовых моделей потерь на трассе распространения сигналов в диапазоне 2 ГГц для различных условий. Эти модели могут быть применены при расчете зон радиопокрытия сети.
Девятая глава посвящена вопросам частотно-территориального планирования сетей 3G. Предложены варианты распределения полос частот в диапазоне 2 ГГц между сетями UMTS разных операторов с учетом международных рекомендаций. Рассмотрена методика расчета норм частотно-территориального разноса РЭС сетей UMTS и РЭС других служб. Показаны особенности приграничной координации сетей UMTS.
В десятой главе книги приведено описание тенденций дальнейшего развития технологий IMT-2000, направленных на увеличение пропускной способности систем сотовой связи и повышение качества предоставления услуг передачи данных.
Автор благодарит генерального директора НИИР члена-корреспондента РАН, профессора Ю.Б. Зубарева за редактирование и полезные замечания, директора научно-технического центра «Экономико-правовых проблем и инфокоммуникационных технологий» НИИР В.О. Тихвинского и сотрудников центра Е.Е. Володину, С.В. Юшкова за их помощь в проведении исследований автором и ряд ценных советов, способствующих полноте изложенного в книге материала. Особую признательность автор выражает В.Г. Скрынникову за помощь при подготовке рукописи книги и предоставленные для написания книги материалы его личных исследований. Материалы книги неоднократно обсуждались на семинарах кафедры «Передачи дискретных сообщений и метрологии» СибГУТИ, за что автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры и, прежде всего, профессору В.П. Шувалову и доцентам О.Г.Мелентьеву и А.Ф. Ярославцеву.