Двери profil doors смотрите на http://prodveri-msk.ru.
Деятельность Европейского института стандартизации электросвязи по развитию сетей мобильной связи LTE/UMTS PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 20 August 2012 01:24

Не менее значимой и интересной является история развития сетей мобильной связи третьего поколения и в Европе. В европейской истории можно выделить следующие периоды [3-5]:

-    1992-1995 гг.: в ходе работ по проекту MoNet в рамках исследовательской программы RACE (Research in Advanced Communications in Europe) проводилось моделирование технологий и распределение функций между сетью радиодоступа и базовой сетью сетей третьего поколения;

-    1995-1998 гг.: исследования продолжались в рамках программы ACTS (Advanced Communications Technology and Services) проекта FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access System);

-    с 1998 г. по настоящее время исследования сосредоточились в Партнерском проекте по системам третьего поколения (3GPP) при Европейском институте стандартизации электросвязи (ETSI).

При разработке системы 3G в Европе в основном использовались технические решения, полученные для сетей GSM, по следующим двум причинам: во-первых, технология GSM была доминирующей на европейском рынке мобильной связи, во-вторых, в развитие сетей GSM были вложены гигантские инвестиции, требовавшие скорейшей окупаемости. Кроме того, будущая система 3G должна была удовлетворять следующим требованиям:

-    иметь полное описание и технические требования в виде открытых стандартов, так же как и сети GSM. Технические требования к системе 3G разработаны и приняты как документы международных организаций стандартизации;

-    превосходить сети GSM по всем аспектам. В начале разработки и эксплуатации система 3G должна быть совместима как минимум с сетями GSM и ISDN (Integrated Services Digital Network);

-    поддерживать мультимедийные и другие услуги во всех подсистемах сети;

-    обеспечивать высокую пропускную способность сети радиодоступа и получить распространение во всем мире. Требования к пропускной способности сети 3G должны превышать соответствующие требования к узкополосным мобильным сетям GSM и широкополосным стационарным мультимедийным сетям;

-    услуги, предоставляемые конечным пользователям сетей 3G, не должны зависеть от особенностей технологии радиодоступа, а выбранная архитектура — ограничивать внедрение новых услуг связи. Технологическая платформа и услуги должны быть взаимонезависимы, иметь открытую структуру.

В рамках европейской исследовательской программы ACTS («Перспективные технологии и услуги связи») по проекту FRAMES («Перспективные системы широкополосного множественного радиодоступа») была проведена всесторонняя оценка различных технологий множественного доступа с целью выбора технологии радиоинтерфейса для европейского стандарта системы 3G

—    системы UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Основной задачей проекта FRAMES была разработка концепции радиоинтерфейса и предложений для стандартизации системы UMTS. В процессе работы над радиоинтерфейсом для системы UMTS европейские производители оборудования связи предложили рабочей группе SMG2 Технического комитета по мобильной связи ETSI пять концепций:

1)    W-CDMA — широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов;

2)    OFDMA — ортогональный множественный доступ с частотным разделением каналов;

3)    W-TDMA — широкополосный множественный доступ с временным разделением каналов;

4)    TDMA/CDMA — широкополосный множественный доступ с кодововременным разделением каналов;

5)    ODMA — множественный доступ с гибкими возможностями.

Отобранные варианты были представлены для окончательного рассмотрения группе SMG2 (концепции W-TDMA и TDMA/CDMA), а также подгруппе W-CDMA японской ассоциации ARIB, занимающейся стандартизацией системы 3G (концепция W-CDMA).

В течение 1998 г. Европейский институт стандартизации систем электросвязи и японские региональные органы стандартизации (ТТС и ARIB) пришли к согласию о выпуске единого стандарта на систему UMTS. Кроме того, свои усилия по разработке единого европейского стандарт 3G объединили шесть региональных организаций стандартизации в области электросвязи, которые вошли в Партнерский проект 3GPP:

-    Европейский институт стандартизации электросвязи (European Telecommunication Standard Institute);

-Японская ассоциация радиопромышленности и бизнеса (Association of Radio Industries and Business/Japan);

-    Китайская группа стандартизации технологий беспроводной связи (China Wireless Telecommunication Standard gr./China);

-Американский комитет по стандартизации телекоммуникаций (Standardization Committee Tl-Telecommunications/US);
Корейская ассоциация телекоммуникационных технологий (Telecommunication Technology Association/Korea);

Японский комитет телекоммуникационных технологий (Telecommunications Technology Committee/Japan).

Партнерский проект 3GPP начал работу по стандартизации технических требований к системе UMTS как к всемирному стандарту мобильной связи третьего поколения. Структура проекта 3GPP и состав его рабочих групп показаны на рис. 1.2.
В ответ на создание при ETSI Партнерского проекта 3GPP рядом региональных организаций стандартизации электросвязи был создан Партнерский проект 3GPP2 (3G Partnership Project 2) для развития системы 3G на основе радиоинтерфейса американского стандарта IS-95. Целью альтернативного проекта 3GPP2 было объединение усилий ученых и специалистов для развития системы IMT-MC как конкурирующей с системой UMTS.
В состав проекта 3GPP2 вошли:

-    Американская Ассоциация производителей телекоммуникационного оборудования (Telecommunication Industry Association/US);

-Японская ассоциация радиопромышленности и бизнеса (Association of Radio Industries and Business/Japan);

-    Китайская группа стандартизации технологий беспроводной связи (China Wireless Telecommunication Standard gr./China);

-    Корейская ассоциация телекоммуникационных технологий (Telecommunication Technology Association/Korea);

-    Японский комитет телекоммуникационных технологий (Telecommunications Technology Committee/Japan).

Для разработки технических требований (спецификаций) к системе UMTS в 3GPP была принята технология стандартизации, использованная ETSI для создания стандарта GSM и основанная на приостановке («замораживании») на определенном временном этапе внесения изменений в технические спецификации и начале формирования нового пакета технических спецификаций с расширенными требованиями к системе.

Процесс развития стандарта GSM нашел отражение в нескольких релизах (Releases), опубликованных ETSI (рис. 1.3). Результатом развития стандарта стала разработка следующих технологий передачи данных и речи:-    HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) — высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам. Технология основана на объединении четырех временных слотов для увеличения скорости передачи данных до 57,6 кбит/с (14,4 кбит/сх4). При ее использовании увеличение скорости передачи данных одного абонента происходит за счет канальных ресурсов других абонентов. Эта технология была первым шагом в направлении увеличения скорости передачи для внедрения новых услуг передачи данных.

-    GPRS (General Packet Radio Service) — пакетная передача данных общего назначения. Технология основана на передаче данных по сети с ком-
мутацией пакетов параллельно с передачей речи в режиме коммутации каналов и обеспечивает передачу данных со скоростью до 115 кбит/с. Для технологии GPRS, в отличие от технологии HSCSD, требовалась разработка новых, поддерживающих ее терминалов:

■ терминалов класса А, которые одновременно поддерживают абонентский трафик в режимах коммутации пакетов и каналов;

• терминалов класса В, которые поддерживают абонентский трафик либо в режиме коммутации пакетов, либо в режиме коммутации каналов; •терминалов класса С, которые поддерживают абонентский трафик только в режиме коммутации пакетов.

-    EDGE (Enhanced Data Rates for the GSM Evolution) — передача данных с повышенной скоростью для развития сетей GSM. Технология основана на передаче данных по сети с коммутацией пакетов, а увеличение скорости передачи данных обеспечивается за счет введения нового метода модуляции 8PSK. При этом в сети обеспечивается передача данных со скоростью до 384 кбит/с, а ширина полосы излучения GSM-сигнала (200 кГц), структура кадра и структура логических каналов остаются неизменными. Каналы связи и трансиверы, которые должны выполнять функцию повышения скорости передачи данных, работают либо в режиме GSM/GPRS, либо в режиме EDGE. Это позволяет операторам сетей GSM оказывать, наряду с традиционными услугами связи 2G, услуги связи, реализуемые в сетях 3G.

Усовершенствование стандарта GSM связано с внедрением технологии EDGE в технологию сети радиодоступа GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), позиционируемую как альтернативное развитие систем 2G параллельно системам 3G. Технические спецификации на сеть GERAN, отражающие вариант реализации совмещенных сетей GSM/UMTS, были включены в релизы стандарта UMTS.

Развитие стандарта UMTS было отражено в нескольких релизах (рис. 1.4).

Release 99. Выпущенный рабочей группой проекта 3GPP этот релиз был первым из планируемых регулярных сборников технических спецификаций для системы UMTS, суммирующих исследования и технические предложения рабочих групп проекта 3GPP по различным функциональным направлениям и подсистемам сети UMTS. Его подготовка была завершена в конце 1999 г. Согласно Release 99 система UMTS (рис. 1.5) основывалась на сетевых доменах, обеспечивающих коммутацию каналов при работе с подсистемами сетей GSM последней версии, и на доменах, обеспечивающих пакетную коммутацию в базовой сети CN (Core Network) для подсистемы GPRS [5]. Поэтому базовая сеть CN системы UMTS традиционно включает в себя базу данных (регистр) местоположения домашних абонентов (Home Location Register — HLR), центр управления и коммутации MSC/VLR, совмещенный с базой данных роуминговых абонентов (Visitor Location Register — VLR), шлюз GMSC (для управления соединениями и взаимодействия с внешними сетями с коммутацией каналов), узлы SGSN и GGSN (для управления соединениями с коммутацией пакетов), а также систему аутентификации и контроля доступа абонентов (Authentification Center — AuC).

В Release 99 для построения транспортной сети между элементами сети радиодоступа UTRAN была использована технология асинхронной передачи данных (Asynchronous Transfer Mode — ATM). Скорость передачи для одного речевого канала домена базовой сети с коммутацией каналов (CS-домена) в UMTS составила 64 кбит/с, а домен с коммутацией пакетов (PS-домен) был построен на технологии IP-туннелирования с использованием протокола GTP
(GPRS Tunnelling Protocol). Разработка спецификаций Release 99 для системы UMTS проходила в то время, когда услуги Интернета становились все более популярными, и технология, основанная на IP-протоколе, стала использоваться для передачи не только данных, но и речи, видео и т.д. Возможность передачи речевых услуг поверх IP-протокола в обычных фиксированных сетях связи предоставила возможность внедрения в сети мобильной связи новейших технологических достижений передачи речи (Voice over IP — VoIP). Вследствие этого возникла новая парадигма — создание и развитие мультисервисных сетей связи.
Соответствующим ответом на внедрение IP-протокола в сети фиксированной связи стали релизы стандарта UMTS, последовавшие за Release 99. Их главной целью была последовательная трансформация системы UMTS в систему, полностью интегрированную с сетью IP и позволяющую сосуществовать двум различным сетям, построенным на основе базовой сети с коммутацией каналов и базовой сети с коммутацией пакетов.

Release 4. Этот релиз стал следующим сборником технических спецификаций стандарта UMTS. Его выпуск был вызван переводом CS-домена базовой сети на технологию пакетной передачи и построением базовой сети на основе технологий IP, ATM [6]. Такие преобразования в принципах построения базовой сети CN потребовали эволюционного развития центра управления и коммутации MSC в двух направлениях. Первое направление — разработка MSC-сервера, который управлял бы установлением соединений и коммутацией медиа-шлюзов MGW. Второе направление — разработка медиашлюза MGW (Media Gateway), управляющего потоками данных, создаваемых абонентами сети с использованием протокола GTP/IP.
В Release 4 были отражены следующие технологические новшества системы UMTS (рис. 1.6):

-    низкоскоростной режим TDD (TD-SCDMA) со скоростью передачи данных 1,28 Мбит/с;

-    технология GERAN для совмещенных сетей GSM/UMTS и возможности использования интерфейса Iu в сетях с технологией GPRS/EDGE;

-    независимая архитектура службы обмена данными для домена с коммутацией каналов;

-    две новые подсистемы — центр управления и коммутации MSC был разделен на медиа-шлюз для транспортировки передаваемых данных пользователя и MSC-сервер для сигнализации;

-    возможность оказания услуг потокового аудио/видео, услуг MMS и других мультимедийных услуг.
Таким образом, технология сетей GSM стала сравнимой с технологией GERAN, обеспечив взаимодействие сетей GSM, основанных на технологии GSM/GERAN, и сетей UMTS, базирующихся на технологии W-CDMA. Эти две технологии стали определяющими для последующего построения сетей 3G. Работы по развитию Release 4 были приостановлены в марте 2001 г.
Release 5. В данном релизе был отражен заключительный этап создания базовой сети CN на основе IP-технологии в результате отказа от использовавшейся ранее технологии ATM для коммутации каналов CS-домена. В новой архитектуре системы UMTS (рис. 1.7) предоставление мультимедийных IP-услуг в реальном масштабе времени обеспечивалось за счет включения еще одного PS-домена, называемого IMS (IP Multimedia Subsystem), в состав базовой сети CN. Этот домен присоединялся к узлу GGSN и к медиа-шлюзу MGW и использовал протокол SIP (Session Initiation Protocol) как средство для установления сеансов передачи мультимедийных данных, поддерживающих мобильность абонентов и переадресацию вызовов [7, 8]. Другим изменением базовой сети CN, введенным техническими спецификациями Release 5, стала интеграция функций базы данных HLR и устройства аутентификации и контроля АиС в единый сервер домашних абонентов сети (Home Subscriber Server — HSS), который содержит информацию о каждом абоненте (прописанном в базе данных домашней сети) для управления вызовами и сеансами передачи данных.
Технические спецификации Release 5 не ограничились изменениями базовой сети CN и продолжили очень важную модификацию радиоинтерфейса сети радиодоступа UTRAN системы UMTS. Эта модификация касалась разработки нового режима высокоскоростного доступа на основе технологии W-CDMA, названного высокоскоростным доступом для передачи информации в линии «вниз» (High Speed Downlink Packet Access — HSDPA). Режим HSDPA может поддерживать значительно более высокие по сравнению с установленной Release 99 (384 кбит/с) скорости передачи данных (до 10 Мбит/с) на основе использования схемы дополнительной модуляции, схемы ускоренного пакетирования данных и гибридного механизма повторной передачи, а также совместимости с механизмами радиодоступа, определенными в предыдущих релизах [3, 7, 9].

Таким образом, Release 5 ввел технические требования:

-    на подсистему IMS, которая имеет две фазы развития; первая фаза представлена в Release 5 как базовая сеть на основе IP-протокола версии IPv6;

-    на управление мультимедийными услугами домена пакетной коммутации с помощью протокола SIP.

Работы по Release 5 были прекращены в марте 2002 г., а основные технические спецификации Release 5 включены в последнюю редакцию Рекомендации МСЭ-Р М. 1457.