В ее основе лежит идея создания нового семейства систем подвижной связи третьего поколения (3G), охватывающего технологии беспроводного доступа, наземной сотовой и спутниковой связи. В настоящее время в Международном союзе электросвязи (МСЭ) завершается процесс стандартизации новых технологий, участие в которой принимали многие региональные и национальные организации Европы, Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанского региона.

После ряда безуспешных попыток выработать и согласовать единые требования к системам 3-го поколения (см. «Сети», 2000, № 1, с. 39) МСЭ решил подойти к этой проблеме с других позиций. Суть новой концепции состоит в сохранении идеи глобального роуминга, но лишь в качестве идеологической основы для объединения существующих аналоговых и цифровых сетей с системами, базирующимся на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems). Приняв как данность не один, а семейство стандартов и отказавшись тем самым от принципа глобального международного стандарта, МСЭ активизировал свои усилия на их гармонизации.

Концепция систем 3-го поколения нацелена на создание условий для предоставления услуг мультимедиа, включая высокоскоростную передачу информации, видео и речи, факсимильных сообщений и данных любому абоненту с помощью мобильного терминала, имеющего единый номер. Стоимость услуги должна быть минимальна при приемлемом качестве и уровне безопасности. Главная цель разработки систем 3-го поколения — удовлетворение потребности массового рынка в персональной связи, и ее достижение будет зависеть как от тарифов для сетей общего пользования, так и от стоимости абонентского терминала.

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).

Что же касается набора услуг, то он фактически приближается к предоставляемому в сетях фиксированной связи. Это и высокоскоростной доступ в Internet, и мультимедиа (табл. 1). Очевидно, что достижение таких высоких скоростей при ограниченном частотном ресурсе и работе в каналах с замираниями потребует разработки принципиально новых подходов к построению радиоинтерфейса.

Архитектура систем будущего включает два основных элемента: cетевую инфраструктуру (Access Network) и магистральные базовые сети (Core Network). Такая структура обеспечивает возможность наращивания инфраструктуры путем последовательной модификации ее составных элементов, но чтобы гарантировать работу сетей в долгосрочной перспективе, необходимо помнить об абонентской части архитектуры — терминалах, которые за счет изменяемой конфигурации должны удовлетворять требованиям многих стандартов.

Сухопутная подвижная связь

В июне 1998 г. в МСЭ поступило 10 предложений по проектам стандартов наземной связи, восемь из которых разработаны на базе технологии CDMA и два — на основе TDMA (табл. 2). Проекты были заявлены от трех крупных регионов мира — Северной Америки, Европы и Азиатско-Тихоокеанского — и отражают «национальные» различия в технологиях и путях перехода к системам подвижной связи 3-го поколения.

В Европе сумели выработать единую политику перехода к 3-му поколению, скоординировав деятельность всех европейских стран, в результате чего количество ее проектов ограничилось двумя: UTRA и DECT EP.

Однако следует отметить, что представленные в МСЭ проекты не исчерпывают всех возможных путей создания новых технологий. Так, в число заявленных стандартов не попали предложения по совершенствованию GSM, которые будут развиваться ETSI на базе новых технологий GSM-400, HSCSD, GPRS и EDGE. Но, по мнению заявителей, технологии GPRS и EDGE представляют собой всего лишь платформу, удобную для внедрения услуг UMTS/IMT-2000.

В США, в отличие от Европы, отказались от единого национального предложения и представили целых четыре проекта, два из которых подготовлены не институтами по стандартизации типа ANSI или TIA, а промышленными фирмами Qualcomm и Ericsson (Северо-Американским отделением) и могут «по сути» считаться корпоративными.

Фактически, предложения США означают три пути развития для 3G-систем. Первый из них основан на дальнейшем совершенствовании технологии TDMA*/AMPS, получившей широкое развитие не только в США, но и в мире. Этот стандарт предполагает использование мобильных терминалов с речевым кодеком VSELP (8 кбит/с), пакетную передачу данных CDPD (19,2 кбит/с), передачу коротких сообщений (SMS), факсимильную передачу (группа G3) и т. п. Концепция построения системы 3-го поколения на базе стандарта IS-136 изложена в проекте стандарта UWC-136 RTT, предложенном техническим подкомитетом TR-45.3 (США). Данный проект предполагает совершенствование стандарта TDMA в три этапа, причем на каждом будут использоваться три разных типа радиочастотных каналов: IS-136+ (без расширения полосы канала 30 кГц), IS-136 HS (Outdoor/Vehicular) с шириной полосы канала 200 кГц и IS-136 HS (Indoor Office) с шириной полосы канала 1,6 МГц.

Второй проект предлагает постепенно наращивать пропускную способность системы cdmaOne**, переходя от существующей инфраструктуры к технологии cdma2000. Что же касается двух других предложений США —WCDMA NA (T1P1, США) и WIMS (TR-46.1), — то они практически полностью совпадают с предложениями от Европы (UTRA) и Японии (WCDMA) и в процессе дальнейшего рассмотрения слились в единый проект.

Другая особенность национального подхода США к проблеме 3-го поколения — совершенно отличный от других стран принцип распределения частотного ресурса. Частотное регулирование в США осуществляется за счет закрепления за операторами полос частот, распроданных с аукциона. Тот, кто заплатил деньги, имеет полную свободу в выборе типа используемого стандарта и сроков реализации проекта.

Огромный рыночный потенциал Азиатско-Тихоокеанского региона с учетом большой численности населения стал решающим фактором в определении стратегии развития мобильной связи 3-го поколения. На этой территории, отнесенной Регламентом радиосвязи к Району 3, активную позицию занимают несколько стран, в числе которых Япония, Корея, Китай и Малайзия. Их предложения по программе IMT-2000 убедительно свидетельствуют о стремлении этих стран к мировому лидерству в массовом применении новейших технологий связи. Несмотря на то что каждая из них имеет свои национальные особенности перехода к системам 3-го поколения, общей чертой проектов является смещение акцентов в сторону собственных производителей оборудования.

Южная Корея с 1991 г. активно участвует в разработках и внедрении сетей CDMA. Для нее международные стандарты мобильной связи, и прежде всего будущие стандарты IMT-2000, особенно важны, так как южнокорейские гиганты Samsung и Hyundai давно и последовательно реализуют свои планы покорения мирового рынка. Исходя из этого в ее проектах главный упор был сделан на производство оборудования CDMA. Все эти факторы определили общую основу двух радикально различающихся проектов стандартов для IMT-2000, поступивших от этой страны.

В Китае ориентируются на технологию GSM. Поэтому его проект основан на использовании комбинированного метода доступа и сочетании технологий TDMA и CDMA.

Два варианта — две стратегии

В рамках концепции IMT-2000 допустимы две стратегии перехода к 3G-системам: постепенное (эволюционное) и «одномоментное» (революционное). Рассмотрим те преимущества и недостатки, которые таит каждая из них (табл. 3).

Революция предполагает внедрение всех новейших технологий и новых интерфейсов, однако предусматривает полную замену существующего оборудования и ПО, что сопряжено с большими капитальными затратами и определенным коммерческим риском. Для отработки данной стратегии в разных районах мира уже создаются экспериментальные сети.

Один из важнейших признаков, принципиально разделяющих два подхода, — способ освоения частотного ресурса. При революционном сценарии требуется новый частотный ресурс. Япония и Европа намерены пойти по этому пути и выделить для систем 3-го поколения «индивидуальные» полосы радиочастот (подробнее см. «Сети», 2000, № 1, с. 34). Подход в США абсолютно иной — там спектр, выделенный для IMT-2000, уже занят службой PCS и 3G-системы будут работать в старых полосах частот вместе с существующими сетями стандартов TDMA/AMPS.

Эволюционное внедрение требует меньших капитальных затрат и предполагает плавную замену оборудования в зависимости от спроса на конкретные виды услуг. Такой подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети связи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации.

Приверженцы двух наиболее массовых технологий 2-го поколения — TDMA/AMPS и GSM — стали сторонниками эволюционного пути развития. Сегодня эти системы имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видам услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост их емкости без дополнительного расширения радиочастотного спектра возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), введения многосекторных антенн или использования спектрально-эффективных методов модуляции (8PSK и др.).

Единство и борьба противоположностей

В борьбе за лидерство при принятии мировых стандартов 3-го поколения образовались два лагеря, оформившиеся в виде двух партнерских объединений: 3GPP и 3GPP2.

В первое объединение — 3GPP — входят ETSI (Европа), ARIB (Япония), Комитет T1 (США), а также три региональных органа стандартизации от Азиатско-Тихоокеанского региона — CWTS (Китай), TTA (Корея) и TTC (Япония). Важно отметить, что совместные позиции ETSI и ARIB должны упрочиться с внедрением экспериментальных сетей на базе WCDMA, активно разрабатываемых с участием компаний DoCoMo, Ericsson и Nokia.

Основной вклад партнерства 3GPP в программу IMT-2000 — гармонизация пяти проектов: UTRA FDD (ETSI), WCDMA (ARIB), WCDMA NA (T1P1, США), WIMS (TR-46.1, США) и CDMA II (TTA). Его участники намерены предложить два варианта радиоинтерфейса. Первый — IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread) — построен на базе проектов WCDMA (UTRA FDD) с прямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD), ориентированным на использование в парных полосах частот.

Другой тип радиоинтерфейса — IMT-TC (IMT-2000 Time-Code), представленный этим объединением в МСЭ, основан на кодово-временном разделении каналов TDMA/CDMA с временным дуплексным разносом (TDD) и предназначен для организации связи в непарных полосах частот. IMT-TC фактически представляет собой чисто формальное объединение двух различных технических решений — европейского предложения UTRA TDD и китайского TD-SCDMA.

С технической точки зрения основное отличие вариантов IMT-DS и IMT-TC от ранее поступивших в МСЭ предложений — в базовой чиповой скорости. В этих проектах она изменена с 4,096 Мчип/с на 3,84 Мчип/с (табл. 4).

Аббревиатура IMT-FT (IMT-2000 Frequency Time) присвоена проекту DECT EP, который поступил от ETSI. Новый стандарт на микросотовую систему DECT предполагает применение комбинированного частотно-временного дуплексного разноса и предназначен для работы как в парных, так и в непарных полосах частот. В IMT-FT определены три значения скоростей передачи: 1,152; 2,304 и 3,456 Мбит/с, реализовать которые можно за счет введения новых методов модуляции p/2-DPSK, p/4-DQPSK и p/8-D8PSK соответственно.

Во второе партнерское объединение — 3GPP2 — входят Ассоциация промышленности связи TIA (представленная подкомитетами TIA TR-45.3 и TIA TR-45.3) и ряд азиатских региональных организаций: ARIB, CWTS, TTA и TTC. Члены 3GPP2 являются сторонниками эволюционного развития двух технологий сотовой связи 2-го поколения TDMA (IS-136) и cdmaOne (IS-95), которые в настоящее время широко распространены в США.

Предложения от этого партнерства представлены двумя вариантами радиоинтерфейсов, получившими обозначение IMT-MC (IMT-2000 Multi Carrier) и IMT-SC (IMT-2000 Single Carrier), см. табл. 3. Первый из них — IMT-MC — по сути представляет собой модификацию многочастотной системы cdma2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта cdmaOne (IS-95). Увеличение пропускной способности реализуется за счет одновременной передачи сигналов на нескольких несущих с частотным дуплексным разносом, предполагается работа в непарных полосах частот. Радиоинтерфейс IMT-SC базируется на спецификациях проекта стандарта UWC-136; в нем определено поэтапное расширение возможностей существующей системы TDMA при условии работы системы в парных полосах частот.

Общая картина гармонизации стандартов с учетом архитектуры систем 3-го поколения показана на рис. 1.

Структура радиоинтерфейсов для IMT-2000

Начальный этап внедрения сетей 3-го поколения планируется на 2002—2003 гг. По прогнозам, в это время общемировой рынок мобильной связи охватит 600 млн абонентов. Капитальные вложения операторов связи в создание и развитие такого гигантского рынка, по оценке экспертов, превысят 60 млрд долл. Очевидно, что массивность и инерционность общемирового рынка не позволят в короткие сроки осуществить переход всех сетей мобильной связи к новым техническим стандартам и режимам обслуживания абонентов в развитых странах. Однако можно ожидать, что в некоторых регионах создание сетей 3-го поколения будет начато «с нуля».

Сегодня наиболее вероятно, что в странах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой переход к 3-му поколению будет происходить путем совершенствования существующих сетей и внедрения технологий предоставления новых услуг по мере появления спроса. Параллельно будут создаваться маленькие «островки» 3G-технологий (WCDMA и др.), которые станут расширяться с ростом числа абонентов.

Очевидно, что рыночные факторы и особенности региональных рынков Европы, Северной Америки и Азии будут препятствовать быстрому переходу от существующих технологий к стандартам 3-го поколения. Этап внедрения новых технологий продлится не менее четырех лет (2002—2005 гг.), а совместное существование систем 2-го и 3-го поколений — примерно до 2010 г.

Никто не сомневается, что Япония и азиатские рынки станут первыми массовыми полигонами, где новые технологии будут испытаны уже к 2002 г., что, конечно, повлияет не только на структуру мирового рынка мобильной связи, но и, возможно, на сами стандарты.

FDD и TDD

В соответствии с концепцией IMT-2000 в системах 3-го поколения предполагается создание единого частотного пространства шириной 230 МГц с разными сценариями использования. Основа этих сценариев — режимы FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex). Новизна технологий IMT-2000 связана прежде всего с выделением парных полос частот для систем, работающих с частотным дуплексным разносом (FDD), и непарных — для систем с временным дуплексным разносом (TDD).

Комбинированное использование этих двух режимов делает систему гибкой, позволяя изменять пропускную способность и способы организации связи. Режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов, а TDD, напротив, предназначен для работы в пико- и микросотах, т. е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.

Сравним характеристики систем WCDMA FDD и UTRA TDD (табл. 5). У них, безусловно, много общего: одинакова чиповая скорость 3,84 Мчип/с (в базовом варианте), сходны принципы кодирования и демодуляции, идентичны и длины кадра и суперкадра. Последний параметр значительно упрощает процедуру совместимости режимов, а синхронизация по кадрам базовых станций обеспечивает быстрый поиск сот и эффективное распределение каналов.

При дуплексной передаче с частотным разделением — FDD — число каналов в линиях «вниз» и «вверх», как правило, одинаково. А в режиме TDD двусторонняя радиосвязь обеспечивается за счет временного уплотнения каналов передачи и приема на одной несущей, что позволяет оптимально перераспределять ресурсы линии связи, выделяя различное число временных интервалов в линиях «вверх» и «вниз».

В европейском проекте UTRA изменение соотношения трафика в линиях «вверх» и «вниз» составляет от 15/1 до 2/14. Некоторое отличие в коэффициенте асимметрии обусловлено тем, что по крайней мере два канальных интервала должны быть выделены для служебных нужд в линии «вниз» (каналы синхронизации SCH) и один — в линии «вверх» (канал доступа RACH). Аналогичные решения будут приняты для режима TDD в других проектах наземных систем подвижной связи 3-го поколения.

Необходимость совместимости режимов TDD и FDD требует реализации простых и дешевых двухрежимных FDD/TDD-терминалов. Сегодня это возможно благодаря использованию одних и тех же микросхем как в двух-, так и в однорежимных радиотелефонах. При этом двухрежимное абонентское устройство FDD/TDD будет ненамного сложнее обычного FDD-терминала.

Протоколы верхнего уровня обрабатываются в режимах TDD и FDD идентичным образом. Кроме того, процедуры мультиплексирования и расширения кодов в каналах «вверх»/«вниз» этих режимов используют одинаковую управляющую информацию. Общие процедуры и одна и та же канальная структура позволяют говорить о совпадении основных свойств UTRA TDD и WCDMA FDD (набор протоколов верхних уровней, услуги для прикладных служб и др.).

Использование одной и той же частоты для линий «вверх» и «вниз» упрощает конструкцию адаптивных (интеллектуальных) антенн, приемопередатчиков и в целом оборудования базовых станций. Так как характеристики замираний в прямом и обратном каналах в значительной степени коррелированы, то для их компенсации используются одинаковые методы управления мощностью и адаптивными антеннами.

Таким образом, системы на базе WCDMA FDD и UTRA TDD дают возможность нескольким операторам совместно использовать одну и ту же полосу частот, без взаимных помех и снижения качества связи. Никакой частотной координации между операторами в этом случае не требуется. А гибкая сетевая архитектура обеспечивает создание сетей разной конфигурации (макро-, микро- и пикосоты) при экономном использовании радиоресурсов.

Базовые сети

Согласно концепции IMT-2000, система нового поколения подразделяется на две составные части: сети радиодоступа и магистральную базовую сеть. Подходы к их проектированию принципиально различны.

Эффективность сетей радиодоступа в значительной степени зависит от новизны технологий, которые в них используются. Смена поколений, как правило, означает и смену идеологии построения этих сетей. Магистральные сети более «инерционны». В них инвестированы значительные средства, которые операторы желают сохранить при переходе к 3-му поколению. Кроме того, существующие базовые сети не являются сдерживающим фактором для внедрения современных ЗG-услуг. Поэтому их инфраструктура будет развиваться эволюционным путем, опираясь на существующие сети GSM, TDMA (IS-136), IP, IN и ISDN, что подтверждают и исследования, проведенные в рамках IMT-2000.

Сегодня в качестве магистральных предполагается использовать сеть, базирующуюся на IP-технологии, а также усовершенствованные опорные сети GSM MAP и ANSI-41, которые развернуты для наиболее развитых стандартов мобильной связи 2-го поколения — европейского GSM и североамериканских TDMA (IS-136) и CDMA (IS-95). Взаимодействие между тремя магистральными сетями — GSM MAP, ANSI-41 и базовой IP-сетью — будет осуществляться через межсетевой интерфейс NNI (Network-to-Network Interface).

Стандартный модуль идентификации пользователя UIM (User Identity Module) обеспечит глобальный роуминг независимо от метода радиодоступа или типа транспортной сети в том или ином географическом регионе.

В настоящее время важнее всего дать возможность всем операторам действующих сетей использовать существующую инфраструктуру при реализации набора новых услуг IMT-2000. В связи с этим МСЭ считает необходимым начать разработки единого протокола NNI, обеспечивающего глобальный роуминг в рамках 3G-систем.

Транспортная сеть должна обеспечить межсетевое взаимодействие и «прозрачность» доступа к услугам независимо от местонахождения абонентов. Чтобы реализовать это требование на практике, предусматривается создание специального конвертора, или шлюза, IWG (Interwoking Gateway), который и будет поддерживать глобальный роуминг при любом протоколе радиодоступа.

* * *

Сегодня уже очевидно, что окончательному внедрению систем 3-го поколения будет предшествовать очень продолжительный период их совместного существования с системами 2-го поколения. Благодаря различиям в наборе и стоимости предоставляемых услуг новые технологии будут не конкурировать со старыми, а дополнять их.

Однако о предоставлении услуг массовому пользователю говорить еще рано. Основная причина — слишком высокая стоимость абонентского оборудования.

Несомненно также, что тарифы на новые услуги будут несоизмеримо выше, чем на традиционные, предоставляемые системами 2-го поколения. Это означает, что они будут востребованы лишь ограниченным контингентом потребителей. Поэтому глобального вытеснения старых технологий системами подвижной связи 3-го поколения пока не предвидится. Аналитики рынка считают, что процесс может занять 5—10 лет, а решающим фактором его ускорения станет востребованность услуг высокоскоростной передачи данных.

ОБ АВТОРЕ

Леонид Невдяев (leonn@chat.ru) — ведущий научный сотрудник НИИТП.

Терминология, принятая в документации по стандартам IMT-2000

2,5 G (2,5 Generation) — технологии переходного периода, основанные на использовании усовершенствованных средств 2-го поколения, но способные обеспечивать услуги 3-го поколения.

3G (3 Generation) — 3-е поколение. Новое поколение систем мобильной связи, разрабатываемое в рамках программы IMT-2000. Сети радиодоступа этого поколения будут обеспечивать обмен информацией со скоростью до 144 кбит/с для абонентов с высокой мобильностью (скорость движения до 120 км/ч), 384 кбит/с для абонентов с низкой мобильностью (скорость до 3 км/ч) и 2,048 Мбит/с.

3GPP (3 Generation Partnership Project, проект партнерства 3-го поколения) — организация, созданная 4 декабря 1998 г. с целью проведения практических работ по стандартизации систем 3-го поколения в рамках программы IMT-2000. Основные учредители — ARIB (Япония), ETSI (Европа), T1P1 (США), TTA (Корея) и TTC (Япония).

3GPP2 (3-rd Generation Partnership Project 2, второй проект партнерства 3-го поколения) — организация, занимающаяся разработкой технических спецификаций 3G-стандартов, построенных на основе действующих в Северной Америке магистральных базовых сетей ANSI-41.

p/4 DQPSK — фазовая манипуляция, использующая коды из четырех символов {-p/4; p/4; -3p/4; 3p/4}, каждому из которых ставится в соответствие два бита данных {00, 01, 10, 11}. Модуляция (p/4 DQPSK применяется в ряде систем сотовой и транкинговой связи (IS-136, TETRA и др.).

ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) — Ассоциация радиопромышленности и бизнеса, которая была учреждена Министерством почты и связи (MPT) Японии 15 мая 1995 г. Осуществляет функции, выполнявшиеся ранее научно-исследовательским центром по радиосистемам RCR и ассоциацией технологий радиовещания BTA. Аналогично ETSI в Европе организация ARIB осуществляет национальную стандартизацию в Японии.

CDG (CDMA Development Group) — Ассоциация по развитию технологии CDMA, включающая около 90 компаний, которые расположены в основном в США. Ассоциация содействует внедрению сетей cdmaOne и развитию систем 3-го поколения на базе cdma2000.

CDPD (Cellular Digital Packet Data) — цифровая сотовая пакетная передача данных. Торговая марка первой в США коммерческой сотовой сети пакетной передачи данных. Сеть CDPD может взаимодействовать с существующими сетями сотовой телефонной связи, например TDMA/AMPS. Обеспечивает передачу данных со скоростью до 9,2 кбит/с, выход в Internet и межсетевой роуминг.

CEPT (Conference of European Post and Telecommunications) — Европейская конференция администраций почт и связи, которая учреждена 19 европейскими странами в 1959 г. По состоянию на июнь 1999 г. членами CEPT являются представители 43 стран. Штаб-квартира CEPT находится в Норвегии. CEPT имеет три комитета: один по почтовой связи (CERP) и два по телекоммуникациям (ERC и ECTRA).

CTIA (Cellular Telecommunication Industry Association) — Ассоциация производителей сотовой связи, созданная в США в мае 1984 г. В настоящее время в нее входит более 90% компаний США.

CWTS (Chine Wireless Telecommunication Standard Group) — китайская некоммерческая организация, занимающаяся стандартами беспроводной связи.

DECT EP (Digital Enhanced Cordless Telecommunications ETSI project) — расширенный стандарт системы с микросотовой структурой, подготовленный ETSI.

DS-CDMA (Direct Sequence CDMA) — многостанционный доступ с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра. Метод широкополосной передачи сигналов в CDMA-системах, основанный на использовании двухступенчатой модуляции кодированного потока данных. На первом шаге модуляции кодированный поток данных модулирует несущую (обычно методом BPSK или QPSK), а на втором осуществляется модуляция с расширением спектра с использованием прямой последовательности.

DSSS (Direct Sequence Spread Sequence) — расширение спектра методом прямой последовательности. Метод формирования широкополосного сигнала, при котором исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность для манипуляции несущей. В эфир передается шумоподобный сигнал, обладающий всеми свойствами аддитивного белого шума. Расширение спектра сигнала в n раз с использованием DSSS позволяет уменьшить спектральную плотность мощности сигнала во столько же раз.

EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) — улучшение характеристик передачи данных для глобальной эволюции систем связи. Проект стандарта, разработанный группой SMG ETSI в начале 1997 г. и предназначенный для эволюции систем GSM (ранее в расшифровке EDGE вместо термина «Global» использовался термин «GSM»). Радиоинтерфейс EDGE надстраивается над существующей системой радиодоступа GSM, позволяя увеличить скорость передачи до 384 кбит/с.

EIA (Electronic Industies Allience) — Альянс представителей электронной промышленности, который объединяет семь крупных организаций США.

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) — Европейский институт стандартизации электросвязи. Организация ETSI учреждена собранием директоров CEPT 14 января 1988 г. Основу ее деятельности составляет разработка телекоммуникационных стандартов.

FAC (Frequency Advisory Committee) — Консультативный комитет по частотам. Подчинен Федеральной комиссии связи (США); его основная сфера деятельности — обеспечение частотной координации.

FCC (Federal Communication Commission) — Федеральная комиссия связи (ФКС). Правительственный орган США, созданный в 1934 г. и ответственный за распределение частотного ресурса. Штаб-квартира FCC расположена в Вашингтоне.

FDD (Frequency Division Duplex) — частотный дуплексный разнос. Режим работы линии связи, при котором передача и прием осуществляются на разных частотах.

GPRS (General Packet Radio Service) — общая служба пакетной радиопередачи. Создается в рамках радиосистемы. Протокол GPRS способен обеспечить передачу информации со скоростью до 115 кбит/с.

GAA (GPRS Applications Alliance) — Альянс по применению GPRS. Меж-отраслевое промышленное объединение, созданное в 1999 г. с целью содействия развитию GPRS и обеспечения координации работ по внедрению этой новой технологии в GSM и TDMA.

HPSK (Hybrid Phase-Shift Keying) — гибридная фазовая манипуляция (известная также как OCQPSK).

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) — высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов. Технология базируется на использовании существующих каналов GSM, в которых канальные интервалы объединены в группы (до четырех каналов), образуя общий групповой канал со скоростью 38,4 кбит/с (четыре канала по 9,6 кбит/с) или, теоретически, 57,6 кбит/с (четыре канала по 14,4 кбит/с).

IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) — международная программа, осуществляемая под эгидой МСЭ (прежнее название FPLMTS). В ее основе лежит концепция создания гармонизированного семейства стандартов, которое охватывает сотовую и спутниковую связь и беспроводной доступ.

МСЭ (ITU, International Telecommunication Union) — Международный союз электросвязи.

МСЭ-R (ITU-R, International Telecommunication Union — Radio Sector) — Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Был образован в 1993 г. и является правопреемником Международного консультативного комитета по радиосвязи (МККР).

МСЭ-T (ITU-T, International Telecommunication Union — Telecommunication Standardization Sector) — Сектор стандартизации в области телекоммуникаций Международного союза электросвязи. Был образован в 1993 г. и является правопреемником Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ).

MOS (Mean opinion score) — средняя экспертная оценка разборчивости речи. Метод субъективного тестирования качества речи, часто используемый для сравнения характеристик речевых кодеков, при котором слушатели выставляют оценки по пятибалльной системе. Результирующая оценка MOS вычисляется как среднее арифметическое для большого числа оценок.

NIST (National Institute of Standard of Technology) — Национальный институт по стандартам и технологиям (прежнее название NBS). Правительственная организация США, отвечающая за разработку стандартов; ею, в частности, разработаны стандарты шифрования данных.

NTIA (National Telecommunications Information Administration) — Национальная администрация по информатике и телекоммуникациям (США).

ODMA (Opportunity Driven Multiple Access) — многостанционный доступ с управляемыми возможностями. Технология, базирующаяся на CDMA/TDMA (бывшая концепция ?), предложенная ETSI в 1997 г. Протокол ретрансляции данных ODMA обеспечивает возможность прямой ретрансляции сигналов между мобильными станциями.

OQPSK (Offset Quadrature Phase-Shift Keying) — квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом. Метод квадратурной манипуляции с временным сдвигом на T/2 (T — длительность передачи символа) между сигналами синфазного и квадратурного каналов, вследствие чего фаза манипулированного сигнала изменяется с шагом 6p/2. Применение OQPSK позволяет снизить требования к линейности усилителя мощности передатчика и сгладить провалы огибающей радиосигнала.

OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor codes) — ортогональные коды с переменным коэффициентом расширения. Ансамбль кодов с переменной длиной, определяемой коэффициентом расширения спектра SF. Такие коды формируются на основе кодового дерева, каждый последующий уровень которого удваивает число возможных кодовых комбинаций.

POTS (Plain Old Telephone Service) — обычная телефонная служба. Традиционная телефонная сеть, построенная на принципах коммутации каналов и предоставляющая услуги междугородной и международной связи.

QOQAM (Quaternary Offset Quadrature Amplitude Modulation) — квадратурная амплитудная модуляция со смещением на четверть. Метод модуляции с повышенной спектральной эффективностью и меньшим диапазоном изменения огибающей по сравнению с обычной квадратурной амплитудной модуляцией QAM. Он предъявляет менее жесткие требования к линейности усилителей мощности передатчиков.

TDD (Time Division Duplex) — временной дуплексный разнос. Метод обмена информацией по одной линии связи с уплотнением каналов приема и передачи в разных временных интервалах одного кадра. Режим TDD предназначен для применения в пико- и микросотах, когда абоненты передвигаются с невысокой скоростью в ограниченном пространстве.

TIA (Telecommunications Industry Association) — Комитет по стандартизации США.

TTA (Telecommunication Technology Association) — Ассоциация телекоммуникационных технологий Южной Кореи.

TTC (Telecommunication Technology Committee) — Комитет телекоммуникационных технологий Японии.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) — универсальная мобильная телекоммуникационная система. Европейский проект стандарта для систем 3-го поколения. Предлагаемые в UMTS технические решения протестированы в ряде НИР/ОКР, с привлечением таких крупных фирм-производителей, как Nokia, Ericsson, Alcatel и Siemens.

UPT (Universal Personal Telecommunications) — универсальная персональная связь. Технология, основанная на обеспечении единого номера абонента вне зависимости от его местонахождения и используемой сетевой инфраструктуры.

UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) — проект стандарта радиоинтерфейса, обеспечивающего наземный радиодоступ в систему UMTS, который разработан рабочей группой SMG2 ETSI.

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) — наземная сеть радиодоступа, построенная на базе радиоинтерфейса UTRA.

UWC-136 — стандарт, базирующийся на технологии TDMA, который разработан UWCC и одним из подкомитетов МСЭ в США.

UWCC (Universal Wireless Communications Consortium) — Всемирный консорциум по беспроводной связи, в число членов которого входит более 20 международных компаний, в частности AT&T Wireless, Bell South Cellular, Nokia и Ericsson.

WCDMA (wideband code division multiple access) — 1. Широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов. Общее название технологии многостанционного доступа, основанной на использовании сигналов с расширенным спектром и высокой скоростью передачи данных. 2. Название проекта системы 3-го поколения, предложенного ARIB (Япония).

WIMS (Wireless Multimedia and Messaging Services) — 1. Беспроводная служба передачи сообщений и мультимедиа. 2. Проект стандарта системы 3-го поколения WCDMA, подготовленный подкомитетом TR-46.1 (США).

* Аббревиатура TDMA использована как новое название для систем связи 2-го поколения, разработанных на базе стандарта IS-136, который действует в США с 1996 г. (прежнее название — D-AMPS).

** cdmaOne — коммерческое название системы, разработанной по спецификациям стандарта IS-95.

Европа выбирает UMTS

Организация ETSI традиционно участвует в разработке систем сотовой связи для массового использования. На этот раз ее вкладом в создание систем 3-го поколения стала программа UMTS, базирующаяся на успешном опыте разработки и внедрения систем GSM и DECT.

В этой программе однозначно определено, что UMTS — это глобальная система, включающая как земные, так и спутниковые сети. Диапазон ее возможностей и областей применения необычайно широк. Она отличается от GSM и других систем 2-го поколения широким спектром услуг передачи речи с высоким качеством (сопоставимым с качеством при фиксированной связи) и мультимедиа при конкурентоспособных ценах на эти услуги. UMTS позволяет организовать полное взаимодействие с системами GSM и модификациями этого стандарта (GPRS и др.), что обеспечит сохранность инвестиций, сделанных в работающие сейчас сети.

В связи с тем что стандартизация UMTS в настоящее время происходит только в области выбора частотного диапазона и структуры радиоинтерфейса, различные компании предлагают самостоятельные технические решения.

В рамках ETSI было рассмотрено пять базовых концепций радиодоступа для систем 3-го поколения: -концепция (WB-CDMA), базирующаяся на FMA2 и предложениях ряда японских фирм, -концепция (OFDMA), -концепция (WB-CDMA), основанная на FMA1 без расширения спектра, d-концепция (WB-TD-CDMA) на основе FMA1 с использованием спектра расширения и j-концепция (ODMA), см. таблицу.

Проведенное ETSI в начале 1998 г. голосование по выбору проекта среди стран Европы не позволило выявить абсолютного победителя. Установленный при голосовании порог принятия решений в 71% голосов ни одним из претендентов превышен не был. Но две технологии из пяти получили наибольшее признание: WB-CDMA для парных частотных полос и TD-CDMA для непарных полос. Они и легли в основу спецификации UTRA, представленной в МСЭ.

Услуги систем 3G

Принципиальное отличие технологии 3-го поколения от предыдущих — возможность обеспечить весь спектр современных услуг (передачу речи, работу в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов взаимодействие с приложениями Internet, симметричную и асимметричную передачу информации с высоким качеством связи) и в то же время гарантировать совместимость с существующими системами.

Говоря о системах 3-го поколения, услуги принято делить на две группы: немультимедийные (узкополосная передача речи, низкоскоростная передача данных, трафик сетей с коммутацией) и мультимедийные (асимметричные и интерактивные). Новым качеством этих систем является также то, что они позволяют компаниям-операторам самостоятельно разрабатывать приложения, функции и услуги, ориентируясь на требования конкретного региона и рост спроса на определенные услуги.

Изучение тенденций развития мультимедийной подвижной связи позволяет прогнозировать значительное увеличение числа ее пользователей. По данным UMTS-форума, из 200 млн абонентов Европы доля потребителей услуг связи 3-го поколения в 2005 г. составит 16% (32 млн). Что же касается объема мультимедийного трафика, то он уже в 2005 г. превысит 60%, при условии, что тарифы будут расти существенно медленнее, чем трафик.

Последние достижения в области видеоконференц-связи позволяют утверждать, что она получит широкое распространение в системах 3-го поколения. До недавнего времени этот вид услуг был характерен в основном для сетей ISDN, обеспечивающих скорость передачи 144 кбит/с (BRI) или (с использованием трех базовых каналов BRI) до 384 кбит/с.

Стремительный рост популярности Internet и бурное развитие мобильной связи позволяет говорить о слиянии в перспективе этих двух технологий. Сегодня спрос на видеконферец-связь начинает доминировать. Несмотря на ряд проблем, связанных с реализацией высокоскоростного доступа к Internet с мобильного терминала, можно прогнозировать, что со временем данная услуга станет одной из основных.

Анализ тенденций распределения трафика по регионам, проделанный МСЭ, показывает, что наибольший рост объема услуг спутниковых систем 3-го поколения ожидается в Северной и Южной Америке, Японии и Азии. Что же касается Европы, то здесь увеличение объема услуг спутниковой связи невелико по причине достижения хорошего покрытия наземными сетями сотовой связи, которые уже «опутали» практически всю Европу.

Услуги 3-го поколения включают сервис, предоставляемый технологией виртуальной домашней среды VHE (Virtual Home Environment). Ее основная идея состоит в переносе индивидуального набора услуг через границы сетей с одного сетевого терминала на другой. Совсем недавно эти услуги могли обеспечить только технологии фиксированной связи. Пользователь получает те же самые возможности, интерфейс и услуги независимо от того, какой сетью он пользуется в данный момент. Благодаря IMT-2000 станет возможной передача видеоизображений и мультимедийных данных в режиме реального времени, что позволит создать эффект присутствия для абонента, находящегося на большом удалении от места событий.

Однако мобильным абонентам рано радоваться: будучи связана со значительными технологическими трудностями, такая услуга обойдется недешево.

Прогнозы показывают, что определяющей тенденцией начавшегося процесса конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи станет слияние мобильной связи с другими технологиями. Сотовые телефоны с «электронным компасом» для определения местоположения вскоре станут незаменимыми помощниками автомобилистов. Но наибольших успехов следует ожидать в области электронной коммерции. Будет значительно расширен объем банковских услуг, получаемых непосредственно с помощью мобильного телефона. В их число войдут платные информационно-справочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов, парковок) и банковских операций с портативных или мобильных сотовых телефонов, что превратит их фактически в «карманные банкоматы».

Методологические основы стандартизации IMT-2000

Глобальный характер услуги IMT-2000 могут приобрести только при реализации системы общих стандартов. Стандартизация семейства систем 3-го поколения IMT-2000 проводится под эгидой МСЭ по двум секторам: МСЭ-T (сетевые технологии) и МСЭ-R (радиотехнологии). Рабочие группы МСЭ-T занимаются концептуальными аспектами создания IMT-2000, сетевой архитектурой и протоколами (группа SG11), услугами, адресацией и маршрутизацией (SG2), а также мультимедийными услугами и кодеками (SG16). К МСЭ-R относятся группы SG8 (которая разрабатывает радиоинтерфейс для системы IMT-2000) и SG1 (отвечает за планирование частотных присвоений и эффективность использования спектра).

Разработка современных стандартов представляет собой трудоемкий и достаточно продолжительный процесс, а его востребованность на рынке во многом определяется умением разработчиков стандарта предвидеть перспективу.

Первый и наиболее важный этап — определение ключевых требований к новым технологиям и разработка необходимых методических рекомендаций, рассылаемых всем членам МСЭ. В рамках сектора МСЭ-R целевая группа SG8/1 разработала более 20 документов (см. таблицу), получивших статус международных методических рекомендаций (серия «M»). В них определены основные функционально-технические требования к проектам технологий будущего.

Сформулированные рекомендации четко структурированы и охватывают все основные направления работ, проводимых МСЭ в рамках IMT-2000. Две ключевые — M.687 и M.1078 — определяют концепцию построения системы и принципы обеспечения безопасности. Другие — M.1034 и M.1035 — детализируют требования к радиоинтерфейсу и описывают его структуру. Требования к новым услугам задает рекомендация M.816, а к спутниковой связи — M.818 и М.1137.

Следующий шаг — непосредственная разработка стандартов и их гармонизация. Работы по оценке систем радиодоступа, представленных в МСЭ в качестве кандидатов в члены семейства IMT-2000, проводятся в соответствии с методологией, изложенной в рекомендации МСЭ-R M.1225. Целевая группа TG 8/1 создала целую серию рекомендаций, определяющих подход к выбору и эффективному использованию частотного ресурса для IMT-2000 (см. таблицу). Они хорошо отражают различия технологий и путей перехода к системам подвижной связи 3-го поколения для разных регионов, но даже внутри одного региона некоторые страны исповедуют разную методологию создания и внедрения систем мобильной связи. В настоящее время процесс гармонизации завершен и рабочие группы приступили к разработке детальных спецификаций.