Po přečtení této dvojice článků byste se měli dozvědět, že nás za pár let čeká v oblasti telekomunikací něco VELKÉHO :) Měli byste se totiž obecně seznámit s hlavními rysy a možnostmi sítí 3. Generace. Shrneme si zde dění kolem sítí 3G, uvedeme si možné cesty vývoje směrem k sítím 3G, stručně popíšeme radiová rozhraní systémů UMTS a IMT-2000.
Budeme-li hovořit o přechodu od 2G ke 3G budeme vycházet z faktu, že v našich podmínkách je nejrozšířenější systém GSM a proto většina údajů, nebude-li jinak uvedeno, se vztahuje právě k tomuto systému.
Úvod
V současnosti denně přibývá do telekomunikačních sítí s největší pravděpodobností více bezdrátových než pevných připojení. S rapidním růstem mobilních sítí po celém světě a s přibývajícím využíváním těchto technologií, přesáhne celkový počet bezdrátových telefonů hodnotu 1 miliardy uživatelů pravděpodobně už začátkem 21. století a tím převýší celkový počet pevných připojení.
obrázek 1 - růst pevných, mobilních a internetových přípojek
Na dalším obrázku je znázorněn samotný vývoj mobilních telekomunikací:
obrázek 2 - odhad vývoje mobilního trhu
Podle předchozích obrázků si můžeme odvodit, že bezdrátový přístup se v oblasti osobních komunikací rychle stává preferovanějším výběrem, nová pevná přípojka se bude stále více stávat vyjímkou než běžným jevem, použití bude nacházet třeba jako širokopásmový přístup pro přenosy velkých objemů dat.
Proč sítě 3G ?
Rychlý vývoj buňkových radiotelefonních systémů s různými a nekompatibilními standardy, frekvenčními pásmy a zpočátku i absencí malých ručních terminálů přiměl mezinárodní telekomunikační unii ITU (International Telecommunication Union) ke spolupráci při vývoji standardů pro budoucí systémy.
V různých částech světa jsou standardizovány různé druhy mobilních telekomunikačních systémů, často označované jako tzv. systémy 1. nebo 2. Generace. Patří sem například různé druhy pagingu, bezšňůrové telefony, buňkové telefony, mobilní datové a satelitní systémy. Pocestuje-li třeba do Spojených států, Japonska, Číny nebo Jižní Ameriky a vezmete si přitom sebou svůj GSM telefon, je velká pravděpodobnost, že se s ním ne vždy dovoláte. Buď proto, že zde není GSM technologie vůbec zavedena a nebo proto, že se nacházíte jen v pokrytí jiných druhů sítí (iDEN, PDC atd.)
Další nevýhodou současných mobilních 2G sítí je jejich "pomalost", přesněji jejich neschopnost poskytnout
rozumně rychlé bitové rychlosti při datových přenosech.
Například sítě GSM byly navrhovány na datové přenosy o rychlosti 9,6kb/s a to je dnes stále pro větší
počet uživatelů nedostačující. Různými triky ve snižování zabezpečovacích bitů je možné se dostat na
14,4 kb/s na jednom logickém kanálu, sdružováním timeslotů u HSCSD na n x 14,4 kb/s (v současnosti maximálně
3 timesloty k směrem vám a jeden od vás nebo "2+2") nebo zavedením paketových přenosů GPRS, kde se lze
dostat až na teoretických 115,2 kb/s (reálně s prototypy telefonů Panasonic zatím max. 56 kb/s v obou
směrech).
Rozumné bitové rychlosti přinese až technologie označovaná zkratkou EDGE ve které bude použit jiný druh modulace
Je tedy na čase, aby došlo co nejdříve k sjednocení těchto systémů do jediné robustní a dostatečně výkonné infrastruktury schopné vyhovět vzrůstajícím požadavkům uživatelů. Sítě které splňují tyto požadavky se označují jako sítě třetí generace - 3G.
Od 2G k 3G
Na následujícím obrázku je naznačeny dosud známé stupně zdokonalování systému GSM směřující multimediálním systémům 3G
obrázek 3 - zdokonalování systému GSM
První zkratkou u které se zastavíme je CAMEL. CAMEL (Customized Application for Mobile Enhancement Logic) je vylepšením systému GSM využívající služeb tzv. inteligentních sítí IN (Intelligent Network). Díky tomuto řešení bude mít uživatel po přihlášení do jiné sítě (roamingu) přístup ke stejným službám jako ve své domovské síti - bude se neustále nacházet v jakémsi "virtuálním domovském prostředí ".
O technologiích HSCSD a GPRS, které pomyslně řadí mobilní sítě do tzv. 2,5 generace se rozepisovat nebudeme, na Mobil serveru jste se s nimi už mohli seznámit. Podobně je to i s technologií EDGE.
Na dalším obrázku jsou naznačeny různé možnosti vývoje sítí 2G --> 3G pro systémy GSM
obrázek 4 - vývojové cesty GSM k 3G
(PPS - pozemní pohyblivá služba)
UMTS - evropsko-asijský standard pro systémy 3G
Další zkratkou v obrázku 1 je UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systém) UMTS je systém 3G vyvíjený v rámci IMT-2000. Z hlediska standardizace je UMTS evropskou záležitostí pod vedením řadu ETSI. K volbě tohoto standardu se mimo Evropy připojili i Čína, Japonsko a Korea (Jižní ;-) Kmitočtové spektrum a radiová rozhraní pro UMTS jsou znázorněna na následujícím obrázku.
obrázek 5 - spektrum a radiové rozhraní UMTS
Podkladem pro obr.5 je výsledek jednání ETSI skupiny SMG z konce ledna 1998, na kterém padlo po obtížných diskusích rozhodnutí v otázce radiového rozhraní pro UMTS.
Pro nepárová pásma (časově dělený duplex TDD) byla pro UMTS vybrána technologie TD-CDMA, která je vhodná pro asymetrické vysokorychlostní datové přenosy, pokrytí hlavně uvnitř budov.
Pro párová pásma (s frekvenčním duplexem FDD) byla vybrána pro UMTS technologie W-CDMA, která je zase vhodnější pro velkoplošné pokrytí a symetrické středně rychlé datové služby, ale je mnohem náročnější na regulaci výkonu na straně mobilního telefonu i BTSky.
Tyto dvě technologie dohromady tvoří společné rádiové rozhraní označované zkratkou UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access)
pásmo | rozsah | celkem |
pásmo 1 | 1885 - 1900 MHz | 15 MHz |
pásmo 2 | 1900 - 1920 MHz | 20 MHz |
pásmo 3 | 1920 - 1980 MHz | 60 MHz |
pásmo 4 | 1980 - 2010 MHz | 30 MHz |
pásmo 5 | 2010 - 2025 MHz | 15 MHz |
pásmo 6 | 2110 - 2170 MHz | 60 MHz |
pásmo 7 | 2170 - 2200 MHz | 30 MHz |
tabulka 1 - kmitočty pro UMTS
- Rozhraní UTRA je součástí radiových rozhraní systému IMT-2000 (viz dále obr.6),
- Rozhraní UTRA je vyvíjeno jako pružný standard plně vyhovující požadavkům IMT-2000
- Rozhraní UTRA je zpětně kompatibilní s GSM
Základní parametry rozhraní UTRA
Režim FDD - WB-CDMA
Metoda mnohonásobného přístupu | DS-CDMA |
Duplex | FDD |
Čipová rychlost | 4,096 Mč/s |
Odstup nosných vln |
200kHz 5 MHz inter-operator spacing 4,4 MHz intra-operator spacing |
Délka rámce | 10ms (16 timeslotů x 625 us) |
datové rychlosti | 8kb/s -->384 kb/s--> 2Mb/s |
Režim TDD - TD-CDMA
Metoda mnohonásobného přístupu | TD-CDMA |
Duplex | TDD |
Čipová rychlost | 4,096 Mč/s |
Odstup nosných vln |
200kHz |
Délka rámce | 10ms (16 timeslotů x 625 us) |
datové rychlosti | 8kb/s -->384 kb/s--> 2Mb/s |
Konec 1. části .....................pokračování zítra.
Ve druhém závěrečném dílu si stručně popíšeme celosvětový standard IMT-2000, zmíníme se o rádiových rozhraních které zvítězily ve výběru pro IMT-2000 a též se ukážeme prototyp terminálu pro IMT-2000 od firmy NEC
Zdroje informací:
www.itu.int/imt - ITU
www.umts-forum.org - UMTS Forum
Nové rádiové systémy - sborník přednášek Pardubice1999