3G - беспроводная технология глобальной коммуникации

3G - беспроводная  технология глобальной коммуникации

Только-только были усовершенствованы, по сравнению с более ранними системами, беспроводные технологии коммуникации второго поколения, а промышленность уже начала новые изыскания, рассчитывая получить еще больше возможностей при использовании технологий третьего поколения. Несмотря на то, что мобильная связь различных стандартов по-прежнему используется почти исключительно для голосовых коммуникаций, возможность передавать через эфир различные виды данных также интересна для коммерческого использования, особенно для предложения услуг постоянным пользователям интернет. 3G - это беспроводная технология глобальной коммуникации, делающая возможной пакетную передачу оцифрованного голоса, данных или видео. "Зонтик" 3G включает в себя широкий спектр конкурирующих беспроводных технологий, таких как CDMA (Code Division Multiple Access) 2000, UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service) и широкополосный CDMA (WCDMA).

Термин 3G используется для описания сервисов мобильной связи стандарта следующего (третьего) поколения, которые обеспечивают более высокое качество звука, а также высокоскоростную интернет-связь и мультимедийные сервисы. Мобильные сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения (2G), таких как например цифровой стандарт мобильной связи GSM и переходного поколения (2.5G), таких как например GPRS - гораздо большей скоростью передачи данных, а также более широким набором и высоким качеством предоставляемых услуг.

Хотя существует много различных интерпретаций того, что представляет собой 3G, единственным определением, принимаемым универсально, является определение, опубликованное Международным Институтом Электросвязи (ITU). ITU, работающий с промышленными организациями по всему миру, определяет и утверждает технические требования и стандарты, а также правила использования спектра для систем 3G в рамках программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). IMT-2000 - это рекомендации, разработанные Международным Институтом Электросвязи (ITU), касающиеся вопросов использования частотного спектра и технических особенностей для всего семейства стандартов 3-го поколения. Рекомендации описывают пути эволюции существующих в мире стандартов 2-го поколения в стандарты 3-го поколения. ITU требует, чтобы сети IMT-2000 (3G), помимо прочих свойств, обеспечивали улучшенную емкость системы и эффективность использования спектра для систем 2G и поддерживали сервисы передачи данных со скоростями - минимум 144 кбит/с, при использовании в мобильном режиме (не в помещениях), и максимум 2 Мбита/с, в не мобильных условиях (в помещениях).

Основываясь на этих требованиях, в 1999 году ITU одобрил пять радиоинтерфейсов для стандартов IMT-2000, как часть рекомендаций ITU-R M.1457. CDMA2000 - это один из пяти упомянутых стандартов. Он также известен под названием IMT-CDMA Multi Carrier в классификации ITU.

CDMA2000 3G предлагает практически  осуществимое решение для любого  существующего на рынке сотового  или PCS оператора - а также операторов, уже имеющих новую лицензию 3G. CDMA2000 был разработан таким образом, что любой беспроводный носитель, вне зависимости от интерфейса, частоты или стандартов базовой  сети, может извлечь пользу из  его спектральной эффективности. С учётом специфики существующих  в мире на сегодняшний день  сетей сотовой связи, были разработаны  варианты миграции этих сетей  в сети третьего поколения.

В продолжение описания преимуществ сетей третьего поколения, можно утверждать, что помимо услуг интернет-доступа и видеоконференц-связи, клиенты 3G смогут воспользоваться удаленным доступом к корпоративной сети. Третье поколение сотовой связи в корне изменит такое понятие, как мобильная работа. Сотрудник сможет выполнять свои задачи в любом месте, даже не выходя из дома.

Важным элементом услуг 3G станет мобильная электронная коммерция, когда оплатить товары и услуги можно будет через мобильный телефон. Он тем самым превратится в виртуальный кошелек. Кроме того, разработчики всерьез рассматривают возможность запуска такой услуги, как удаленная медицинская диагностика. IMT-2000 обеспечивает: · высокую скорость передачи данных как внутри помещений, так и на открытой местности;

· симметричную и асимметричную передачу данных;

· поддержку канальной и пакетной коммутации для обеспечения таких сервисов, как Internet Protocol (IP) и Real Time Video;

· высокое качество голоса, не уступающее качеству голоса при передаче по проводной линии;

· большую компактность спектра и более эффективное его использование;

· возможность глобального роуминга.

Программа IMT-2000 базируется на ряде признаков, определяющих принципы построения систем 3-го поколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:

· до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;

· до 144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;

· до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).

Сегодня в мире существуют две основные конкурирующие концепции 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems - универсальная мобильная телекоммуникационная система), поддерживаемая европейскими странами, и CDMA 2000 (Code Division Multiple Access - мультидоступ с кодовым разделением каналов), сторонниками которой традиционно являются азиатские страны и США. В принципе эти две технологии предполагают два различных подхода к организации сетей 3G: революционный (UMTS) и эволюционный (разновидности CDMA - CDMA2000, CDMA2000 IX, CDMA2000 IX EvDo). Эволюционный путь подразумевает сохранение частот и постепенный переход к новым технологиям, путем наращивания технических мощностей оператора. UMTS - совершенно новый стандарт, в то время как разновидности CDMA, предложенные для 3G, являются развитием уже эксплуатирующейся в мире технологии второго поколения cdmaOne (IS-95).

В настоящее время сети 3G уже работают в Азии, США, в то время как в Европе существует пока только в тестовых вариантах. Наиболее впечатляющих успехов в области 3G на мировом фоне добилась Япония. Там сегодня работают два оператора, которые предоставляют услуги третьего поколения, - это NTT DoCoMo и KDDI. К 2003 году в Японии появится третий оператор, владеющий сетью 3G - J-Phone Communications. Используя CDMA2000 и WCDMA технологии, первые всемирные коммерческие 3G сети уже обслуживают миллионы абонентов. К концу октября 2002 года, KDDI подключил 3,9 миллиона абонентов CDMA2000, NTT DоCоMо - 149,000 абонентов FOMA (WCDMA). Также к концу октября общее количество абонентов в Корее составило более чем 15 миллионов абонентов CDMA2000. По данным на 16 декабря 2002 года в мире запущено 32 сети третьего поколения в 16 странах.

Сервисы 3G работают на существующих сетях

Сети мобильной связи сегодняшнего дня изначально предназначались и разрабатывались для передачи разговоров, речевого трафика. Для того чтобы передавать большие объемы данных достаточно быстро и недорого, необходимы улучшенные радиоинтерфейсы, способные обеспечивать более высокие по скорости широкополосные соединения многим пользователям одновременно. Широкополосная радио технология была оптимизирована для мультимедийных сервисов и высокоскоростного доступа в интернет. Новая технология также будет отличаться высокоэффективным использованием спектра, давая возможность сделать большую часть спектра доступной к использованию. Радиодоступ для сетей третьего поколения будет обеспечиваться двумя путями: внедрением новой широкополосной радиотехнологии, что позволит использовать ставшие доступными новые области спектра; а также эволюцией существующей радиотехнологии, для обеспечения новых возможностей, в первую очередь - для увеличения скоростей. Согласно рекомендациям международного телекоммуникационного союза (ITU) для стандарта IMT-2000, для сервисов следующего поколения намечены скорости передачи данных в 2 Мбита/с (в помещении). В условиях больших открытых пространств, например, на периферийных улицах, при поездках в поезде или в автомобиле, IMT-2000 предусматривает скорость передачи данных до 384 кбит/с. Многополосные, многорежимные телефоны уже продемонстрировали, каким образом инновационный дизайн терминалов может делать частоту радиодоступа безотносительной для пользователей услуг мобильной связи. Подобным же образом, телефоны, которые могут работать как с сетями второго поколения, так и с сетями третьего поколения, будут обеспечивать прозрачный доступ к сервисам, предоставляемым в различных радиосетях. 3G сервисы могут "встраиваться" в соответствии с требованиями рынка - например, в виде "наложенной" сети.

Каков ожидаемый эффект от внедрения 3G?

Внедрение технологий 3G не означает простую стандартизацию нового радиоинтерфейса. Новые технологии и эволюционные стратегии для распространения технологий 3G необходимы для всех уровней сети.

Когда разрабатывались стандарты мобильной связи, функционирующие в настоящее время, они были применимы, в основном, непосредственно к конкретной сети, и сразу ко всем ее функциональным блокам - один стандарт для всей сети. Сеть GSM использует телефоны GSM, радиосвязь и центральные уровни сети. Практически то же самое можно сказать о TDMA (цифровой мобильный стандарт ANSI-136) и cdmaOne (ANSI-95, цифровой мобильный стандарт, основанный на CDMA). В случае 3G был принят другой подход. Существует один процесс стандартизации для радиосети и другой для магистральной базовой сети (Core Network). Вот почему, когда промышленность говорит о широкополосных технологиях радиопередачи (Radio Transmission Technologies, RTTs) - применительно к 3G, обсуждается только радиокоммуникационная часть сети. Магистральная базовая сеть разрабатывается и стандартизуется параллельно, и во многих случаях будет представлять собой вариант эволюционировавших нынешних базовых сетей. Приведенная диаграмма демонстрирует, как будет выглядеть сеть третьего поколения. Там предусмотрена базовая сеть, которая имеет транспортные "трубки" для информационных потоков, узлы, направляющие движение, и узлы, в которых расположены сервисы. Базовая сеть будет также иметь соединения с другими проводными и мобильными сетями, обеспечивая взаимосвязь с глобальными телекоммуникационными сетями. К этой базовой сети будет присоединена мобильная радиосеть, обеспечивающая широкополосный интерфейс для пользователей.

Перспективы сети 3G

Стратегии для миграции к функционалу 3G - отталкиваясь от нынешних сетей GSM, cdmaOne и TDMA - предусматривают расширение старых и построение новых широкополосных радиосетей, которые будут способны разделять обычную базовую сеть. История и коммерческие реалии диктуют, что 3G должна охватывать широкий спектр радиочастот и техник, коммутирующих платформ и технологий передачи. Когда стандарты будут окончательно приняты, в фокусе внимания окажутся скорее сервисы и приложения, чем технологии, используемые для их распространения.

Как будут выглядеть стандарты 3G?

Ожидается целое "семейство стандартов" для сетей третьего поколения. Ряд предложений для стандарта IMT-2000 3G был представлен для рассмотрения ITU в течение 1998 года. С этого времени промышленность и органы стандартизации скоординировали свои усилия, чтобы рассмотреть плюсы и минусы всех этих предложений для стандарта IMT-2000 и установить набор требований. Operators Harmonization Group (OHG) - группа крупнейших операторов во всех частях мира - сыграла ключевую роль в этом процессе и в конце концов одобрила набор стандартов в мае 1999 года.

Это семейство стандартов включает один стандарт, основанный на GDMA, с тремя возможными режимами: Multi-Carrier (Mc), Direct Spread (DS) и Time Division Duplex (TDD), а также один стандарт, основанный на TDMA - EDGE. Радиостандарты могут комбинироваться с различными базовыми сетевыми стандартами (GSM MAP или ANSI-41) и функционировать в различных полосах частот. Режим Multi-Carrier (Mc) также называют cdma2000 Mc; а режим Direct Spread (DS) также называют WCDMA. Стандарт UMTS покрывает WCDMA, TDD и GSM/MAP. В 1992 году конференцией World Administrative Radio Conference (WARC) был назначен новый радиоспектр в 230 МГц для наземных и спутниковых сервисов. В рамках этого решения ITU отклонил 155 МГц в 2 ГГц полосе для наземных сервисов 3G, как показано на схеме. Этот спектр был размещен в Европе и Японии на двух 2 ГГц полосах, близких к рекомендованным ITU, в плане выполнения этих требований.

Размещения спектра (IMT-2000/UMTS/PCS)

300 МГц - 600 МГц - NMT 450 Nordic Mobile Telephone System TV Terrestrial Television (наземная телесеть), аналоговая и цифровая

600 МГц - 1.5 ГГц - GSM900 Global System for Mobile Communications GRRS General Packet Radio Service CT-1 Cordless Telephone GPS Global Positioning System

1.5 ГГц - 3 ГГц - GSM1800 Global System for Mobile Communications DECT Digital Enhanced Cordless Telephone System 3G UMTS Univeral Mobile Telecommunications System WLAN Wireless Local Area Network Bluetooth Microwave Oven

3 ГГц - 6 ГГц - Hiperlan High Performance Local Area Network FWA Fixed Wireless Access

29 января 1998 года члены European Telecommunications Standards Institute (ETSI) достигли согласия в отношении стандарта мобильной связи третьего поколения (3G). Этот стандарт - универсальная мобильная коммуникационная система (Universal Mobile Communications System), решение для нее называется UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access), и оно основывается на обоих предложениях - на W-CDMA (широкополосном Code Division Multiple Access) и TD-CDMA (Time Division Multiple Access CDMA). W-CDMA будет использоваться для широкого спектра приложений, тогда как TD-CDMA будет использоваться преимущественно для помещений, когда не требуется обеспечение высокой мобильности. Этот стандарт, как ожидается, создаст новую нишу на мировом рынке и станет наиболее широко используемым стандартом для сетей третьего поколения.

В мобильной телефонии протоколы третьего поколения поддерживают гораздо более высокие скорости передачи данных, измеряющиеся в Мбитах/с, и предназначены не только для передачи голоса, но и для других приложений. Опытные образцы сетей третьего поколения стартовали в Японии в 2001 году. Сети 3G, как ожидаются, стартуют в Европе и в некоторых странах Азии/Тихоокеанского побережья в течение 2002-2003 годов, и позже - в США. 3G будет поддерживать приложения, требующие существенной ширины полосы, такие как полноформатное видео, видеоконференции и полный доступ в интернет.