Сети WMAN – стандарт сотовой связи UMTS (WCDMA)

Европейский стандарт 3-го поколения UMTS развертывают на базе действующих сетей GSM. Структура интегрированной сети приведена на рисунке 22. К существующей в GSM подсистеме пользовательских услуг и коммутации, (которая включает как коммутаторы каналов MSC/VLR, GMSC, так и коммутаторы пакетов SGSN, GGSN, и образует ядро сети Core Network) подключены как действующие подсети базовых стан­ций GSM BSS, так и наложенные на них новые сети радиодоступа UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network).

Рисунок 22 – Архитектура интегральной сети UMTS-GSM

Сети UTRAN могут использовать две взаимоувязанные технологии радиодоступа с кодовым разделением UTRA-FDD и UTRA-TDD.

В состав UTRAN входят контроллеры RNC (Radio Network Controller) и узлы базовых станций (Node В), каждый из которых может состоять из одной (в несекторизованных сотах) или трех (в секторизованных сотах) BTS.

В мобильных станциях, работающих в совмещенной сети GSM/UMTS, вставляют USIM (Universal SIM-карту).

При работе UTRAN с коммутируемыми каналами, следующими от MSC/VLR, включают промежуточный блок IWF/TC (Interworking Function/ Transcoder). Этот блок выполняет функции сопряжения разных интер­фейсов и преобразует скорости сигналов телефонии и данных. В состав ядра сети (CN) входит также модуль CSE (CAMEL Service Environment) предостав­ления интеллектуальных услуг CAMEL.

Базовый вариант на основе технологии UTRA-FDD предусматрива­ет передачу информации с чиповой скоростью 3,84 Мчип/с в полосе 5 МГц при дуплексном разносе сигналов двух направлений на 190 МГц. Различным скоростям передачи информации соответствуют различные значения коэффициента расширения спектра SF.

Характеристики ос­новных пользовательских каналов DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) в направлении «вверх» (MS => BTS) и «вниз» (BTS => MS) при­ведены в Таблица 1 и Таблица 2.

Таблица 1 Характеристика канала «вверх» DPDCH

В табл.1 (направление вверх) во втором столбце указана ско­рость передачи символов в радиоканале, а в третьем - реальная ско­рость передачи абонентской информации при использовании избыточ­ного сверточного кодирования со скоростью Rкода= 1/2.

Табл. 2 имеет более сложную структуру. Это объясняется тем, что при UTRA-FDD по каналу DPDCH «вниз» биты трафика мультиплексируют, т. е. передают вместе с битами сообщений канала управления. Кроме того, из-за ис­пользования квадратурной модуляции каждый модулирующий символ несет информацию о двух информационных битах. Результаты расчета скорости передачи абонентской информации при Rкода = 1/2 приведены в последнем столбце табл. 2.

Таблица 2 Характеристика канала «вниз» DPDCH

Из табл. 1 и 2 следует, что максимальная скорость передачи при SF = 4 составляет 480 кбит/с в направлении «вверх» и 936 кбит/с в направлении «вниз». Если требуется организовать передачу с более вы­сокими скоростями, то одному пользователю выделяют несколько па­раллельных каналов передачи при SF = 4. Заметим, что скорости пере­дачи «вверх» и «вниз» не обязательно должны быть равными. Наобо­рот, при передаче данных по большей части каналы будут асимметрич­ными.

Для разделения каналов в UTRA-FDD применен ортогональный код с переменным коэффициентом расширения SF. Коды в параллельных ветвях взаимно ортогональны. Это позволяет легко организовать каналы связи от BTS к различным MS с разными скоростями (коэффициентами расширения SF). Одна BTS мо­жет поддерживать на одной частоте 4 канала с SF = 8, 32 канала с SF = 128 и до 64 каналов с SF = 256.

Кроме каналообразующих, в UTRA-FDD применяют различные скремблирующие коды. Например, для разделения абонентов (MS) в на­правлении «вверх» и BTS (секторов) в направлении «вниз» используют коды Голда. Эти коды представляют собой сумму двух m-последовательностей, сдвинутых друг относительно друга во времени. Чиповая скорость скремблирующих кодов, как и каналообразующих, составляет 3,84 Мчип/с.

При передаче трафика и сигнализации по радиоканалам информа­ционный поток разбивают на отдельные кадры длительностью 10, 20, 40 или 80 мс. Базовым является 10 мс кадр. Он разделен на 15 времен­ных интервалов (ВИ) (см. рис. 23). При работе по выделенным каналам в каждом ВИ (2/3 мс) передают команды управления мощностями пере­датчиков мобильных и базовых станций.

Рисунок 23 - Временные характеристики UTRA-FDD

72 кадра по 10 мс составляют суперкадр, что по длительности со­ответствует 6 мультикадрам канала трафика в GSM. Так в се­тях GSM/UMTS обеспечивают общую временную синхронизацию.

Внутренние (между RNC и Node В) и внешние (между RNC, MSC и SGSN) интерфейсы UTRAN построены на основе технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи), где лю­бую информацию передают в виде ячеек длиной 53 байта. Поэто­му на интерфейсах UTRAN для каждого соединения (сигнального или трафика) организуют сквозной канал (bearer) с характеристиками каче­ства (скорость передачи, задержки и т. д.) в соответствии с классом тра­фика.

Дальнейшее развитие сетей GSM/UMTS при переходе к 3-му поколению состоит в модернизации ядра сети (CN), в частности в замене коммутаторов MSC на медийные шлюзы.