Полигон для W-CDMA

Мы уже сообщали читателям о том, как обстоят дела с разработкой стандарта мобильной связи нового поколения IMT-2000 (см.: Сети, 1998, № 3, с. 72). Говорили мы и о том, что Европейский институт по стандартам в области электросвязи (ETSI, European Telecommunications Standard Institute) уже принял решение, регламентирующее основные направления развития нового стандарта на радиоинтерфейс для европейских систем подвижной связи третьего поколения (UMTS, Universal Mobile Telephone Service). Этот стандарт получил название UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). В упомянутой статье содержалась также краткая информация о технологиях радиодоступа, лежащих в основе нового стандарта, - Wideband CDMA (WCDMA) и TD/CDMA.

Технологию WCDMA поддерживали компании Ericsson и Nokia. Это уже не первое появление WCDMA "на публике" - в прошлом году данный радиоинтерфейс был предложен одному из крупнейших операторов сетей подвижной связи в Японии компании NTT DoCoMo. Стремясь как можно лучше познакомить широкую беспроводную общественность со своим детищем, а заодно и проверить работу новой технологии в условиях, максимально приближенных к боевым, компания Ericsson совместно с NTT DoCoMo развернула в Японии экспериментальную систему на базе WCDMA. Система позволяет на практике убедиться в работоспособности такой технологии и проверить ее функции. Кроме того, экспериментальная система призвана продемонстрировать возможность интеграции системы на базе нового радиоинтерфейса с существующей сетью GSM - как известно, одним из главных требований к технологии третьего поколения (во всяком случае, в Европе) было обеспечение совместимости с уже развернутыми сетями GSM (Рисунок 1).

Общая схема экспериментальной системы WCDMA приведена на Рисунок 2. В ее состав входят: испытательный центр коммутации для мобильной сети (Test MSC), контроллер сети базовых станций (Radio Network Controller, RNC), а также три базовые приемопередающие станции (Base Transceiver Station, BTS). В целом, структура экспериментальной сети WCDMA в значительной степени аналогична структуре традиционной сотовой сети. Центр коммутации обеспечивает обмен информацией между беспроводной сетью и публичными проводными сетями. Контроллер базовых станций поддерживает установку и разрыв соединения, кодирование/декодирование речи для передачи ее через радиоинтерфейс, а также "мягкую" передачу абонента из одной соты в другую (soft handover). Базовые станции, как обычно, отвечают непосредственно за радиообмен с абонентом.

С точки зрения общей структуры, отличие состоит только в том, что к контроллеру базовых станций подключен центр коммутации для мобильной сети в GSM (для этого используется стандартный

A-интерфейс). Таким образом обеспечивается обмен голосовым трафиком между сетями GSM и WCDMA. Сбор и анализ статистики (что совершенно необходимо для правильной оценки работы сети) осуществляется на специальной рабочей станции, подключенной к MSC и RNC.

Впрочем, упомянутая аналогия имеет место только на самом верхнем, структурном, уровне. Элементы экспериментальной системы WCDMA устроены иначе, чем элементы инфраструктуры обычной сотовой сети.

Для передачи информации в экспериментальной системе WCDMA применяется технология АТМ. Выбор представляется вполне закономерным, поскольку, в соответствии с требованиями к мобильной связи третьего поколения, эта технология должна обеспечивать одновременную передачу голоса и данных. Несколько неожиданным является то, что АТМ используется не только для обмена информацией между узлами: в сами узлы сети (т. е. MSC, RNC и все BTS) входят коммутаторы АТМ - именно через них обмениваются данными все входящие в состав узлов модули и устройства. Транспортным протоколом между узлами сети служит AAL2 - новая модификация протокола уровня ATM Adaptation Layer, специально разработанная (и утвержденная в качестве стандарта) для передачи информации, чувствительной к задержкам.

А теперь - вкратце о каждом из элементов экспериментальной системы.

Центр коммутации для мобильных сетей связан с контроллером базовых станций с помощью не прошедшего пока стандартизацию интерфейса под названием "Iu-интерфейс". Кроме того, он имеет выходы в коммутируемую сеть ISDN по каналу PRI пропускной способностью 1,5 Мбит/с и в сеть ATM 155 Мбит/с. Назначение данных сетей понятно: в ISDN попадают все голосовые вызовы, а сеть ATM (точнее, наложенная на нее IP-сеть) используется для передачи данных. MSC обеспечивает и маршрутизацию пакетов - для этого в его состав включен IP-маршрутизатор. Кроме того, на MSC установлен ряд модемных окончаний. В состав коммутатора входит также устройство для подавления эха. Модульная конструкция MSC позволяет устанавливать в него различные платы протокольных адаптеров (protocol adapter board, ADP), реализующих применяемые в сети протоколы передачи данных с коммутацией пакетов и коммутацией каналов. По протоколу Ethernet MSC подключен к рабочей станции сбора и анализа статистики.

Контроллер базовых станций, как и MSC, строится вокруг коммутатора АТМ. В состав RNC входят: интерфейсы с MSC, базовыми станциями и центром коммутации для мобильных сетей GSM; модули кодеков (G.729), используемые для обмена голосовым трафиком с базовыми станциями и далее - с абонентами; модуль синхронизации, "поставляющий" тактовые сигналы для базовых станций; Ethernet-интерфейс с рабочей станцией сбора и анализа статистики. Для связи с базовыми станциями могут использоваться до четырех каналов АТМ пропускной способностью 1,5 или 2 Мбит/с каждый.

Что касается базовых станций, они основаны на совершенно ином структурном принципе, чем базовые станции традиционных сотовых сетей (Рисунок 3). Как известно, сети третьего поколения должны обеспечивать динамическое распределение полосы пропускания и передачу данных с коммутацией пакетов. Применявшаяся ранее архитектура на базе каналов фиксированной "ширины" не слишком подходит для решения этой задачи. В базовых станциях третьего поколения все ресурсы (в том числе оконечные усилители мощности) объединены в некий пул, доступ к которому имеют все пользователи, обслуживаемые данной базовой станцией. Ресурсы из этого пула направляются на обслуживание того или иного пользователя в соответствии с его запросами.

Еще одно существенное отличие базовой станции WCDMA от базовых станций традиционных сетей CDMA: для синхронизации используются не сигналы от спутников глобальной системы позиционирования (GPS, global positioning system), а тактовые импульсы, поступающие от контроллера базовых станций. Каждая базовая станция может обслуживать до шести секторных антенн, по две несущие на каждый сектор (напомним, что ширина несущей в WCDMA составляет 5 МГц). Выходная мощность передающей аппаратуры составляет 20 Вт на сектор.

Экспериментальная система WCDMA, как и положено системе подвижной связи третьего поколения, будет поддерживать передачу речи и данных с возможностью одновременного установления нескольких соединений с одного мобильного терминала. Это позволит, например, одновременно вести телефонные переговоры и осуществлять доступ в Internet. Полное развертывание услуг экспериментальной системы WCDMA будет осуществлено в течение 1998 г. Базовые услуги таковы (подчеркнем, что все это - только для тестирования): сжатие голоса до 8 кбит/с по стандарту G.729 и передача данных с коммутацией каналов на скорости 64 кбит/с. Несколько позже предполагается обеспечить следующие услуги: передачу данных с коммутацией каналов на скоростях от 64 до 384 кбит/с, высококачественную передачу голоса, передачу данных с коммутацией пакетов на скоростях до 384 кбит/с, обслуживание нескольких одновременных вызовов с мобильного терминала.

Количественные характеристики системы таковы. Каждая базовая станция способна обеспечить до 300 голосовых вызовов, а контроллер базовых станций в состоянии отслеживать до 300 мобильных станций. Передача данных с высокой скоростью соответствует установлению нескольких одновременных голосовых вызовов. Коммутатор может поддерживать до 140 одновременных соединений с внешним миром. Общая емкость внешнего канала связи распределяется следующим образом: 24 одновременных голосовых соединения по каналу ISDN PRI, до 23 каналов по 64 кбит/с каждый для передачи данных с коммутацией каналов и до 36 IP-соединений пропускной способностью до 384 кбит/с каждое для передачи данных с коммутацией пакетов.