Radiocomunicatii si Televiziune Sisteme de Radiocomunicatii mobile
UTM FRT TLC-022
Radiocomunicatii si Televiziune
Sisteme de Radiocomunicatii mobile
Student : Renea Andrei
Grupa : 8415
C u p r i n s
Introducere
1. Sisteme de radiocomunicaţii mobile 3G
2. Arhitectura sistemului
2.1. Nivelul fizic
2.2. Nivelul legătura de date
2.3. Nivelul reţea
3. Caracteristicile sistemului UMTS
3.1. Expandarea spectral
3.2. Codurile de canalizare
3.3. Codurile de bruiaj
4. Evolutia de la 3G la 3G+
4.1 Clasificarea tehnologiilor de generate a 3-a
4.2 Tehnologia HSDPA
4.3 Tehnologia EV-DO
5. Tehnologii de generatia a 4-a (4G
5.1 Tehnologia LTE
Bibliografie
I n t r o d u c e r e
UMTS-ul, care se mai cheama si 3G sau WCDMA (pentru ca este bazat pe
tehnologie CDMA, ca Zapp-ul), emite în 2100 Mhz. In aceasta frecventa,
acoperirea este foarte mica (ca sa vedeti un exemplu, în 1800 Mhz poti ajunge
pâna pe la 30 Km, însa în UMTS mai mult de 10 Km nu depasesti în teren
deschis). Din aceasta cauza, nu este prea important faptul ca în WCDMA nu
mai exista limita TA-ului (care impune în GSM o distanta maxima de 35 km
între mobil si BTS, dupa aia semnalul fiind inexploatabil), pentru ca oricum
semnalul nu bate asa de departe.
UMTS, care reprezintă sistemul de telecomunicaţii mobile al viitorului
apropiat pentru Europa, a fost dezvoltat la nivelul ţărilor din
Comunitatea Europeană, în strânsă legătură tehnică cu sistemele dezvoltate
de industriaşii japonezi. Împreună cu celelalte sisteme din 3G, poate asigura
legături de comunicaţii la nivel mondial şi o gamă largă de servicii, operaţional
cu începere din 2002 şi cu o mare dezvoltare în perioada anilor 2005 . 2010.
Condiţia necesară şi suficientă este ca grupurile de lucru GPP şi GPP2 să
stabilească o bază comună pentru interfeţele necesare şi pentru softurile ce
trebuie să realizeze roamingul, în special între sistemele UMTS şi ARIB cu cele
din grupul cdma2000.
UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) este un sistem
de telefonie mobilă 3G (Third Generation) şi face parte din familia IMT-2000
(International Mobile Telecommunication 2000) a standardelor de
comunicaţii UMTS a fost iniţial dezvoltat de ETSI, iar apoi a fost preluat de
3GPP (Third Generation Partnership Project).
Sistemul UMTS reprezintă o evoluţie în servicii şi în viteza de transfer
de la a doua generaţie la a treia generaţie (3G) şi consituie o cale reală pentru
dezvoltarea produselor şi serviciilor multimedia. Sistemul UMTS a fost
prevăzut ca successor al sistemului GSM şi se adresează unei creşteri a cererii
aplicaţiilor mobile şi Internet.
Generaţia 3 (3G) oferă viteze de transmisie sporită, de până la 2
Mbit/s (în unele variante până la 8 Mbit/s) şi prezintă posibilităţi multiple
pentru servicii multimedia de calitate şi pentru operare în medii diferite. Sunt
sisteme cu prelucrarea digitală a semnalului, ce funcţionează în banda de 2
GHz.
Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA şi TD/CDMA, ambele în
varianta europeană pentru interfaţa UTRA, WCDMA în varianta japoneză,
CDMA2000 (S.U.A) etc. La nivel mondial, 3G este desemnat şi ca IMT-2000. iar
varianta dezvoltată în Europa este denumită UMTS.
Introducerea în exploatarea a primelor sisteme 3G a fost realizata în
2001-2002, fiind deci la începutul evoluţiei. La baza dezvoltării 3G se află
sistemele 2G. Astfel, GSM în variantele 2 şi 2+ vor fi treptat integrate în 3G,
dezvoltarea UTRA fiind realizată tocmai pornind de la interfaţa GSM. Între
diferitele sisteme 3G se încearcă, în prezent, realizarea unei compatibilităţi cât
mai bune.
În prezent, pe lângă preocupările pentru introducerea sistemelor 3G în
funcţiune, au început lucrări experimentale pentru o nouă generaţie de
sisteme de comunicaţii mobile digitale, 4G, pentru care se prevede realizarea
unor viteze de transmisie de utilizator de până la 100 Mbit/s.
Caracteristica principală a 4G va fi reprezentată de controlul
exercitat de utilizator asupra serviciilor, pe care le va gestiona în funcţie de
pachetul de servicii la care s-a abonat. Deci utilizatorul va avea libertatea de a
selecta serviciul dorit, cu un indice de calitate dorit, la un preţ acceptabil,
oriunde şi oricând.
1. Sisteme de radiocomunicaţii mobile 3G
Dezvoltarea sistemelor 3G este susţinută de trei principale motivaţii:
o Realizarea de transmisii multimedia pe suport radio;
o Obţinerea unor capacităţi sporite pentru utilizator, în raport cu cele
oferite 2G;
o Realizarea unui standard sau a unor grupuri de standarde cu
aplicaţie la
nivel global.
Vitezele în 2G (de aproximativ 9,6 kbit/s) sunt prea mici pentru a
permite realizarea de transmisii cu un conţinut îmbogăţit, cum ar fi imagini
însoţite de text etc. 2+ rezolvă în bună măsură această problemă, dar lasă încă
loc pentru soluţii mai performante. Vitezele de transmisie trebuie să fie mai
elastice, în raport cu conţinutul serviciului realizat, cu valori de la câţiva kbit/s
până la câţiva Mbit/s. Noile sisteme 3G, trebuie să facă faţă unei creşteri
rapide a necesarului de comunicaţii mobile precum şi cu mobilitatea din ce
în ce mai mare a utilizatorilor, ceea ce justifică trecerea de la standardele
naţionale şi regionale la cele globale.
În următorii câţiva ani, reţelele mobile din generaţia a treia, 3G, vor
oferi servicii mobile multimedia complete. Conectarea la Internet oriunde şi
în orice moment, este una dintre ofertele importante ale 3G. Dar reţelele din
generaţia 3G vor oferi mult mai mult decât mobilitate pentru Internet.
Dezvoltarea majoră a acestora se bazează pe posibilităţile unice ale
echipamentelor mobile de a oferi mesaje de grup, servicii definite pe zone,
informaţii personalizate, amuzament etc. Astfel, 3G oferă capacităţi certe
pentru aplicaţii şi servicii avansate, bazate pe interactivitate, mobilitate,
bandă largă şi poziţionare.
Obiectivele fundamentale ale sistemelor din categoria 3G sunt:
asigurarea mobilităţii universale a terminalelor;
oferirea unor pachete ample de servicii, din care utilizatorul poate
selecta serviciile dorite, în forma în care acestea îi sunt familiare,
astfel încât:
să fie posibilă alegerea şi flexibilitatea serviciilor;
alocarea serviciilor să fie realizată la cerere;
accesul la servicii să fie simplu şi .prietenos.;
serviciile oferite să fie interactive şi inovative.
Tipurile de servicii oferite de sistemele 3G se diversifică faţă de oferta
realizată de 2G sau de sistemele de generaţia 1, sistemele 3G fiind capabile să
ofere:
multimedia înalt interactiv (videoconferinţe, lucru în colectiv şi
teleprezenţă);
multimedia de viteză mare (acces rapid LAN şi Internet/Intranet,
videoclipuri la cerere, cumpărături în direct etc.);
multimedia de viteză medie (acces LAN şi Internet/Intranet, jocuri
interactive, mesaje radiodifuzate şi informaţii publice complexe,
jocuri
interactive etc.);
date comutate (acces LAN de viteză redusă, acces Internet/Intranet, fax
etc.)
mesagerie simplă (serviciu de mesaje scurte, e . mail, radiodifuzare şi
mesagerie de informaţii publice, comenzi / plăţi pentru comerţul
electronic
simplu etc.);
transmisii vocale (comunicare bilaterală, conferinţe, poştă vocală etc).
Pentru a permite o cât mai bună convergenţă a sistemelor 3G, ITU-R a
creat cadrul numit IMT-2000, în care au fost exprimate o serie de cerinţe
considerate ca minimale pentru noile sisteme (Recomandările ITU-R M 816-
1, M 1035 şi M 1225). Principalele obiective impuse de IMT . 2000 la
interfaţa radio sunt (fig 2):
acoperire şi mobilitate completă pentru viteza de transmisie de
144 kbit/s, dar de preferat pentru 384 kbit/s şi BER = 10-6;
acoperire şi mobilitate limitată pentru viteza de transmisie de 2
Mbit/s şi BER = 10-6;
eficienţă ridicată de folosire a spectrului în comparaţie cu
sistemele
existente;
flexibilitate înaltă în introducerea noilor servicii.
fig. 2 Evoluţia sistemelor 2G şi trecerea la 3G, la nivel mondial. Vitezele de transmisie
posibile sunt indicate cu aproximaţie
Pentru IMT-2000 au fost elaborate şi testate mai multe soluţii care, după
o perioadă de dezvoltare în laboratoare şi de analize la nivelul grupurilor de
lucru, pe baza cerinţelor ITU-R, spre analiză la ITU-R (fig. 3)
fig.3 Evoluţia propunerilor pentru sisteme IMT-2000 (3G)
Arhitectura unei reţele 3G este relativ simplă (fig. 4), dat fiind că este
necesară integrarea facilă a acesteia cu alte reţele de comunicaţii. Din punctul
de vedere al relaţiei dintre utilizator şi 3G (de ex.UMTS) se poate defini o
reţea de bază şi o reţea de acces. Reţeaua
de bază este o reţea fixă de comunicaţii,
care poate fi, de exemplu, partea fixă a
unei reţele GSM, o reţea B-ISDN sau N-
ISDN, o reţea de transmisii de date,
PDN, o conexiune prin sisteme de sateliţi
etc.
Reţeaua de acces este compusă
dintr-un controlor de reţea radio, care are
rolul de a gestiona resursele radio atribuite reţelei de acces şi de a organiza
şi de a fig. 4 Arhitectura unei reţele 3G
supraveghea aceasta şi din noduri radio, care reprezintă echipamente de
emisie recepţie structurate în conformitate cu tehnica de modulaţie şi de
multiplexare adoptate.
Arhitectura reţelelor 3G este structurată în straturi, ceea ce permite o
livrare eficientă a informaţiilor vocale şi a serviciilor de date.
Tabelul 1 Evolutia tehnica de la 1G la 3G
Generaţia 1 Generaţia 2 Generaţia 2+ Generaţia 3
Transport
analog
Transport
digital
Transport
digital
Transport digital
În principal În principal În principal Voce şi video
voce voce voce
Date în banda
vocală
Date transmise
digital
Mai multe date
transmise digital
În principal date
transmise digital
Transmisie pe
circuite comutate
Transmisie pe
circuite comutate
Realizează şi
transmisii pachet
În principal
pachete comutate
Tehnologii
precum:
NMT, AMPS,
TACS
Tehnologii
precum:
TDMA, GSM,
CDMA
Tehnologia
GPRS
Tehnologii UMTS,
CDMA2000, EDGE,
HPSA (G3+)
Viteza
transmisie:
14,4 Kbps
9,6 kbps/ 14,4
kbps
172 kbps 2Mbps
Prin HPSA:
14,4 Mbps
Roaming în
sistem local sau
regional
Roaming
regional şi global
Roaming
regional şi global
Roaming regional
şi global
2.Arhitectura sistemului
Elementele de reţea ale sistemului UMTS sunt împărţite în două grupe.
Prima grupă corespunde reţelei de acces radio, RAN (Radio Access Network),
care suportă toate funcţionalităţile radio. În cazul sistemelor UMTS, cu acces
radio de
tip WCDMA (Wide CDMA), se utilizează denumirea de UTRAN (UMTS
Terrestrial RAN) sau UTRA.
Cea de-a doua grupă corespunde reţelei centrale, CN (Core Network),
care este responsabilă de comutaţia şi de rutarea comunicaţiilor spre reţelele
externe. Pentru a completa sistemul, se defineşte, de asemenea, terminalul
utilizator UE (User Equipement).
UTRAN este format din unul sau mai multe RNS-uri (Radio Network
Subsystems), care la rândul lor sunt formate din staţii de bază (Node Bs) şi
RNCuri (Radio Network Controllers).
Node B este o staţie de bază, ce comunică cu UE prin interfaţa WCDMA.
RNC controlează resursele radio.
Reţeaua de acces radio UTRAN îndeplineşte mai multe categorii de
funcţii:
- funcţii privind controlul accesului în sistem;
- funcţii de criptare şi de decriptare a informaţiilor pe canalul radio;
- funcţii lagate de controlul şi managementul resurselor radio;
- funcţii legate de serviciile difuzate.
Reţeaua Centrală (CN) este partea sistemului UMTS, ce conectează
UTRAN
la reţelele externe, cum ar fi PTSN (Public Switched Telephone Network) şi
Internet.
Echipamentul de utilizator (UE) este format din USIM (UMTS Subscriber
Identification Module) şi echipamentul mobil, ME (Mobile Equipment).
Interfaţa radio Uu reprezintă punctul de legătură dintre terminalul mobil
(UE) şi reţeaua UMTS. Arhitectura protocoalelor pe interfaţa radio,
structurată pe
trei nivele, este prezentată în figura 5.
fig. 5. Arhitectura protocoalelor pe interfaţa radio
2.1 Nivelul fizic
Nivelul 1 (sau L1) se bazeză pe tehnologia WCDMA. El interfaţează
subnivelul de control al accesului la mediu MAC (Medium Access Control) din
nivelul 2 şi nivelul de control al resurselor radio RRC (Radio Resource
Control) din nivelul 3. De asemenea, oferă pentru MAC diferite canale de
transport, iar MAC oferă diferite canale logice pentru RRC. Nivelul fizic este
controlat de RRC.
2.2 Nivelul legătura de date
Nivelul 2 (sau L2) asigură servicii şi funcţionalităţi ca MAC, RLC,
protocolul de convergenţă a datelor în pachete PDCP (Packet Data
Convergence Protocol) şi controlul modurilor broadcast/multicast BMC
(broadcast/multicast control). De observat că PDCP şi BMC există numai în
planul informaţiilor de utilizator (U-plane information).
2.3 Nivelul reţea
În planul de control, nivelul 3 este partiţionat în mai multe subnivele, din
care subnivelul cel mai de jos este RRC. Aceasta asigură interfaţa cu nivelul 2
şi se termină în UTRAN. Nivelul 3 (reţea sau L3) asigură funcţii pentru:
managementul resurselor radio RRM (Radio Resource
Management),
controlul resurselor radio RRC,
managementul mobilităţii MM (Mobility Management),
managementul conexiunilor CM (Connection Management)
controlul legăturii logice LLC (Logical Link Control).
3. Caracteristicile sistemului UMTS
Interfaţa radio UMTS este cunoscută sub numele de UTRA şi realizează
legătura între echipamentul mobil şi staţia de bază.
În comparaţie cu GSM, această interfaţă, utilizează o nouă metodă de
transmisie, şi anume, CDMA (Code Division Multiple Access).
Accesul multiplu pe interfaţa radio se poate face în două moduri:
DS-CDMA de bandă largă cu duplex frecvenţial, WCDMA (FDD);
DS-CDMA de bandă largă cu duplex temporal, WCDMA (TDD).
Sistemul european UMTS, în varianta pentru reţele terestre, utilizează
pentru
interfaţa radio WCDMA, în modul FDD (duplex frecvenţial cu FD = 190
MHz),
următoarele subbenzi de frecvenţă:
1920-1980 MHz (lărgimea benzii de 60 MHz) pentru legătura
ascendentă;
2110-2170 MHz (lărgimea benzii de 60 MHz) pentru legătura
descendentă.
Pentru interfaţa radio WCDMA în modul TDD (duplex temporal) s-au
alocat
următoarele domenii de frecvenţă:
1900-1920 MHz (lărgimea benzii de 20 MHz)
2170-2200 MHz (lărgimea benzii de 15 MHz).
În tabelul 1. sunt prezentate principalele caracteristici tehnice, care
definesc interfaţa radio Uu, pentru cele două moduri de lucru.
Tabelul 2 Parametrii pentru FDD si TDD
Sistemul WCDMA presupune utilizarea unei transmisii de bandă largă.
Împrăştierea spectrală realizată cu o rata de 3,84Mcps conduce la ocuparea
unei benzi de 5 MHz pe purtătoare modulată. Pentru prevenirea interferenţei
dintre canalele adiacente, distanţa dintre două purtătoare consecutive poate fi
de f = 4,2÷ 5 MHz (cu un rastru de 200 kHz) în funcţie de nivelul de
protecţie dorit.
Între canalele aparţinând unor operatori diferiţi, distanţa dintre două
purtătoare consecutive se lasă mai mare, .f = 5 ÷ 5,4 MHz, pentru a preveni
interferenţa interoperator.
fig. 6. Structura temporală pe interfaţa radio
Transmisia datelor presupune organizarea unor canale de transport,
care să includă datele de utilizator şi informaţiile de control codate,
întreţesute şi multiplexate.
Canalele de transport sunt expandate spectral cu coduri de canalizare
(sau spreading) şi marcate cu coduri de scrambling pentru a permite
identificarea UE sau BS.
3.1 Expandarea spectrală
Modalitatea de expandare spectrală (spreading) utilizată pe interfaţa
radio UTRAN (nivelul fizic), în modul WCDMA (FDD), este prezentată în figura
7.
fig. 7 Modul de obţinere a împrăştierii spectrale în banda de bază
Expandarea spectrală se realizează în două faze:
În primă fază, codul de canalizare (channelization code) transformă
fiecare
simbol (bit) de date într-un număr de chip-uri, crescând astfel banda
semnalului.Semnalul de bandă îngustă este transpus într-unul de bandă
largă, rezultând o rată de chip egală cu 3,84 Mcps.
Deoarece sistemul permite transmisii de date cu diferite debite,
factorul de împrăştiere spectrală, SF (Spread Factor), este direct legat de
codul de canalizare. El trebuie ales în mod adecvat pentru ca în final să
rezulte aceeaşi rată de chip indiferent de rata de bit de la intrare. În
timpul transmisiei, rata de bit şi implicit factorul de împrăştiere aferent
se pot modifica de la un cadru temporal la altul, în fincţie de necesităţi.
În a doua fază, are loc o combinare de tip chip cu chip între semnalul
rezultat din prima fază şi o secvenţă de cod de scrambling. Această
operaţie de codare suplimenteră nu afectează nici banda semnalului,
nici rata de chip. Codul de scrambling este specific unei anumite celule
pe legătura descendentă DL (Down Link), şi respectiv unui anumit
terminal pe legătura ascendentă UL (Up Link). Utilizarea diferenţiată a
codurilor la staţia de bază şi la terminalul mobil este prezentată în
figura 8.
fig. 8 Utilizarea codurilor de canalizare şi bruiaj
3.2 Codurile de canalizare
Codurile de canalizare (channelization codes) sunt coduri ortogonale cu
factor de împrăştiere variabil, OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor),
care prin ortogonalitate permit o separare între diferite canale fizice. Pe
legătura ascendentă (UL), ele permit separarea între diferite canale fizice
provenite de la acelaşi terminal. Pe legătura descendentă (DL), ele fac posibilă
separarea canalelor fizice destinate utilizatorilor din interiorul aceleiaşi
celule.
Pe interfaţa radio UTRA se folosesc aceleaşi tipuri de coduri de canalizare
sau împrăştiere spectrală (spreading codes) atât pe legătura ascendentă UL,
cât şi
pe cea descendentă DL. Codurile OVSF au lungimea de 4÷256 chips pe UL şi de
4÷512 chips pe DL.
Transmisia datelor pe legătura ascendentă (UL) se face cu ajutorul a două
purtătoare în cuadratură. Pe calea I se transmite un canal de date DPDCH, iar
pe
calea Q un canal de control DPCCH, pe ambele căi fiind folosită modulaţia
BPSK.
fig. 9. Utilizarea codurilor de canalizare pe UL
Se folosesc coduri de canalizare Cd, i diferite pentru fiecare canal de
date în parte, respectiv codul Cc pentru canalul de control. Fiecare cod are
factorul de
împrăştiere SF corelat cu rata de transmisie de pe canalul respectiv.
Semnalele rezultate sunt ponderate cu factori de câştig ßd (reprezentaţi
pe trei biţi), care sunt identici pentru canalele DPDCH, dar diferă de cel folosit
pentru canalul DPCCH.
După transformarea semnalului real în semnal complex, are loc
multiplicarea cu o secvenţă de cod Sdpch, n de valoare complexă pentru
operaţia de bruiaj. Pe UL se pot transmite de la unul până la şase canale de
date DPDCH, împreună cu un canal de control DPCCH. Dacă sunt mai multe,
canalele de date DPDCH se distribuie alternativ pe căile I şi Q.
Pe DL, unde se foloseşte modulaţia QPSK, procedura de expandare
spectrală presupune iniţial o conversie serie-paralel a datelor de intrare.
Aceste date suntdestinate unui utilizator şi conţin un canal DPDCH şi un canal
DPCCH multiplexate. Fiecare pereche de simboluri consecutive este
distribuită pe căile I
(simbolurile pare) şi respectiv Q (simbolurile impare) prin conversie serie-
paralel.
Se poate observa că, spre deosebire de cazul anterior, în DL debitele pe
căile I şi Q sunt egale. Cele două căi sunt apoi multiplicate cu acelaşi cod de
canalizare Cch, SF, m şi convertite într-o secvenţă de chip-uri complexă. Datele
pentru alţi utilizatori sunt expandate spectral cu alte coduri de canalizare.
Urmează operaţia de codare cu secvenţa de cod de bruiaj, prin multiplicare cu
Sdl, n, care este o secvenţă de cod complexă, specifică unei anumite celule sau
unui anumit sector de celulă, aşa cum se arată în figura 10
fig. 10 Utilizarea codurilor de canalizare pe DL
3.3 Codurile de bruiaj
Codurile de bruiaj (scrambling) folosite pe interfaţa radio UTRA diferă
în funcţie de utilizarea pe legătura ascendentă (UL) sau pe cea descendentă
(DL). Ele sunt obţinute, în general, prin truncherea unor secvenţe de cod mai
lungi.
Pentru UL se folosesc două tipuri de coduri de scrambling:
coduri lungi (în lung. de 38400 chips). Există 224 coduri distincte, care
se obţin prin trunchierea unor secvenţe Gold, având lungimea iniţială de
241.
Coduri scurte (în lung. de 256 chips). Există 224 coduri distincte, care se
obţin prin trunchierea unor secvenţe S(2) extinse.
Pentru DL se folosesc numai coduri lungi, obţinute prin trunchierea unor
secvenţe Gold, având lungimea iniţială de 218. Teoretic, sunt 262141 (218 - 1)
coduri posibile, dar numai 8192 de coduri sunt utilizate. Aceste secvenţe sunt
împărţite în 512 seturi. Un set este compus dintr-un cod primar şi 15 coduri
secundare, ca în fig. 11
fig. 11 Organizarea codurilor de bruiaj pe DL
Cele 512 seturi sunt divizate în 64 de grupe a câte 8 coduri primare
fiecare.
Astfel se simplifică alocarea codurilor pentru DL, iar un termina mobil trebuie
sărecunoască un cod din numai 512 coduri primare posibile. Recunoaşterea
coduluide bruiaj al unei celule se realizează de fapt în două etape. În prima
etapă se identifică una din cele 64 de grupe, iar în cea de-a doua etapă se
identifică un cod din cele 8 coduri primare.
4. Evolutia de la 3G la 3G+
4.1 Clasificarea tehnologiilor de generate a 3-a
Fig. 12 Clasificarea tehnologiilor de generate a 3-a
4.2 Tehnologia HSDPA
High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) este un pachet de servicii
bazate pe tehnologia W-CDMA cu transmisie de date de pana la 8-14 Mbps
(şi 20 Mbpspentru sistemele MIMO) pe o lărgime de bandă 5MHz
în downlink WCDMA. Implementari HSDPA include Adaptive Modulation and
Coding (AMC), Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), Hybrid Automatic
Request (HARQ), căutarea repida de celule, si design avansat a receptorilor.
În prezent, există 100 de reţele HSDPA-capabil de funcţionare în 54 de
ţări din întreaga lume. Un număr mare de aceste reţele oferă 3,6 Mbps viteze
de downlink. Cu toate acestea, mai multe reţele au început să treacă mai
repede la viteze de 7.2 Mbps. Doar un număr de reţele oferă în prezent viteza
de 14.4 Mbps.HSDPA concureaza cu un format rival, Evolution Data
Optimized (EVDO), prevăzute de Codul Division Multiple
Access (CDMA) furnizorii de celulare.
În afară de a avea o companie care oferă acces HSDPA, singura
cerinţă pentru autentificarea în reţea HSDPA este un dispozitiv capabil să
utilizeze tehnologia data. În prezent există în total 171 de modele de
telefoane şi alte dispozitive mobile ce pot accesa o reţea HSDPA. Unele
intre aceste dispozitive HSDPA sunt celulare de brand, cum ar fi Nokia
N95, Palm Treo 750, dar şi Motorola RAZR precum şi multe dintre versiunile
sale diverse.
Pentru HSDPA, un nou strat de canal de transport, High-Speed
Downlink Shared Channel (HS-DSCH), a fost adăugat pentru a elibera UMTS 5
şi specificaţiile suplimentare. Acesta este implementat prin introducerea trei
noi canale de nivel fizic: HS-SCCH, HS-DPCCH şi HS-PDSCH. High Speed Shared
Control Channel(HS-SCCH) informează utilizatorul că datele vor fi
trimise pe HS-DSCH, 2 sloturi înainte. Speed Uplink-Dedicat Physical Control
Channel (HS-DPCCH) transport informaţii actuale şi indicatorul calităţii
canalului (CQI) al utilizatorului. Această valoare este apoi utilizată de
către staţia de bază pentru a calcula cât de multe date să trimită la utilizatorul
final la următoarea transmitere.
Prin canalul downlink HS-DSCH fiecare dispozitiv utilizator transmite
continuu o indicaţie a calităţii semnalului downlink, de 500 de ori pe
secundă. Folosind această informaţie de la toate dispozitivele, staţia de
bază decide carui utilizatorii vor fi trimise datele de pe următorul cadru de 2
ms şi cât de multe date ar trebui să fie trimise pentru fiecare utilizator. Mai
multe date pot fi trimise la utilizatori la care calitatea semnalului downlink
este mai mare.
Schema de modulare şi codificare sunt schimbate pe o bază per-
utilizator, in functie decalitatea semnalului şi de utilizare de
celule. Schema iniţială este Quadrature keying phase-
shift (QPSK), dar în condiţii radio bune 16QAM şi 64QAM pot creşte în mod
semnificativ ratele de transfer de date. Cu alocarea 5 Codul , de obicei QPSK
oferă până la 1.8 Mbit / s rata de virf, în timp ce 16QAM oferă până la
3,6. Codurile suplimentare (de exemplu, 10, 15) poate fi, de
asemenea, utilizate pentru a îmbunătăţi aceasta rata de date sau de a
extinde în mod semnificativ capacitatea reţelei de transfer.
În Moldova tehnologia data a fost implimentarea de
Moldcell (www.moldcell.md) pe 1 October 2008 cu viteza download şi upload
de 7.2 Mbit/s , şi de Orange (www.orange.md) pe 1 November 2008 cu viteza
download de 14.4 Mbit/s şi upload 7.2 Mbit/s.
4.3 Tehnologia EV-DO
EVDO este un acronim pentru "Evolution Data Only " sau "Evolution
Data Optimized", care este un standard pentru reţele wireless de mare
viteza folosite pentru conecxiunea pe banda larga la servicii Internet. EVDO
permite utilizatorilor accesarea la internet de mare viteză, fără ajutorul
unui hotspot. Doar prin introducerea unui card EV-
DO în computer, utilizatorii primesc conectare la Internet în câteva
secunde şi să aibă acces la Net la viteze de DSL.
În timp ce reţelele tradiţionale fără
fir atribui o cale dedicat între sursă şi de destinaţie pentru întreaga durată
a apelului foarte asemănătoare cu reţelele de telefonie
fixă,EVDO transmite datele mai multor utilizatori, prin intermediul
unui singur canal folosind codul Division Multiple Access (CDMA), precum
şi Time Division Multiple Access(TDMA) pentru a obţine de transfer
superioare şi o mai bună utilizare de banda de reţea.
Standardul a suferit mai multe revizuiri notate ca Rev 0, Rev A, B şi aşa
mai departe. Rev 0 permite transmiterea la o viteză de legătură până
la 2.4 Mbit / s în timp ce RevA poate merge până la
3,1 Mbit / s. EVDO face parte din familia astandardelor CDMA2000 şi a fost
adoptată de către furnizorii de servicii care oferă mai multe conexiuni în
bandă largă de mare viteză pentru utilizatorii de telefoane mobile prin
intermediul reţelelor CDMA. Acesta a fost dezvoltat de Qualcomm la sfârşitul
anilor 90. Având în vedere că standardul a fost o
evoluţie direct din standard 1xRTT, a fost numit initial Evolution Data Only.
Ulterior, deoarece cuvântul "Only" părea că adăugă o conotaţie negativă la
numele, numele a fost trecut la Evolution Data Optimized.
Proiectarea iniţială a EV-DO a
fost dezvoltat de Qualcomm în 1999 pentru a satisface cerinţele de IMT-
2000 pentru o viteză mai mare decat 2Mbit / s la
download pentru comunicaţii fixe, spre deosebire de comunicaţii mobile, cum
ar fi un telefon celular în mişcare. Iniţial,a fost numit High Data Rate
(HDR), dar a fost redenumit 1xEV-DO dupa ce a fost ratificat de Uniunea
Internaţională a Telecomunicaţiilor (UIT), a fost dat denumirea numerică TIA-
856.
Revision A a EV-DO face mai multe completări la Protocolul în timp ce-
pastrează compatibilitatea cu Revizia 0. Aceste modificari au inclus si
introducerea a citorva rate de transmisie noi pentru linkuri bidirectionale , ce
a sporit capacitatea maxima de la 2.45 Mbit/s la 3.1 Mbit/s. De asemenea, au
fost incluse protocoale, care ar scădea stabilirea timpului de
conectare (numita canal de acces îmbunătăţit MAC), capacitatea de mai mult
de telefonie mobilă de a împărti şi aceleaşi timeslot (pachete de multi-user),
precum şi introducerea de steaguri QoS unul. Toate acestea au fost puse în
aplicare pentru a permite latenţă scăzută, de comunicaţiiscăzută rată de biţi,
cum ar fi VoIP.
EV-DO Rev B este o evoluţie multi-operator de transport a specificaţiei
Rev A . Aceasta susţine capacităţile de EV-DO Rev A, şi oferă următoarele
îmbunătăţiri:
Rate mai mari pe transport (de până la 4.9 Mbit / s pe downlink )
Latenţă redusă prin utilizarea de multiplexare statistică în canalele
A redus interferenţe din sectoarele adiacente în
special pentru utilizatori la margineasemnalului celular care
îmbunătăţeşte ratele care pot fi oferite, prin utilizarea Hybrid frequency
re-use.
Sprijin eficiente pentru serviciile care cer download şi upload asimetric
(de exemplu, rate diferite de date necesare în fiecare direcţie), cum ar fi
transferuri de fişiere, navigarea pe web şi multimedia în bandă largă de
livrare de conţinut.
EVDO utilizează frecvenţele actuale de
difuzare a reţelelor existente CDMA, deaceea este un avantaj major în
comparaţie cu tehnologii concurente care necesită adesea modificări
costisitoare hardware şi software sau upgrade-uri la reţea.
Verizon şiSprint sunt doi furnizori mari de servicii EVDO în SUA . Verizon
a implementat Rev A în întreaga reţea .
Tabelul 3 Comparaţia dintre HSDPA şi 1xEV-DO
5. Tehnologii de generaţia a 4-a4G este un succesor pentru familii de standard 3G si 2G . Cerinţele de
viteză pentru serviciul 4G au fost setate la viteza de download de vârf la
100 Mbit / s pentru comunicare cu mobilitate mare (cum ar fi de
la trenuri si autoturisme) şi 1 Gbit / s pentru comunicare cu
mobilitate redusă (cum ar fi pietonii şi utilizatorii staţionare). Un sistem
4G trebuie să ofere o soluţie pentru toate dispozitivele IP mobile bazate
pe bandă largă ca modemurile wireless , laptop, smartphone-uri, şi alte
dispozitive mobile. Facilităţi, cum ar fi accesul la internet ultra-bandă
largă, telefonie IP,servicii de jocuri de noroc.
5.1. Definirea conceptului LTE
LTE(Long Term Evolution) este o tehnologie de comunicaţii mobile de
ultimă generaţie care permite transferul rapid, eficient şi accesibil al unei
cantităţi imense de date prin optimizarea utilizării spectrului de frecvenţe.
Datorită vitezei sporite şi a reducerii timpilor de aşteptare, utilizatorii se pot
bucura de o gamă largă de aplicaţii (navigare web în timp real, jocuri în reţea,
social media şi videoconferinţe), chiar şi atunci când se află în mişcare.
Datorită caracteristicilor sale tehnice, LTE va putea răspunde cerinţelor tot
mai complexe de aplicaţii pentru internet mobil.
Ca evolutie a standardului UMTS, LTE face trecerea la reţea de
comunicaţii IP, care permite toturor reţelelor de telefonie mobilă să se
contopească într-o singură reţea mult mai vastă, unificată prin toate elemetele
sale deopotrivă (telefoane, servere, calculatoare...). În acest scop, LTE se
bazează pe protocoalele TCP/IP, acestea fiind coloana vertebrala a
Internetului. LTE este implicată în creşterea capacităţii reţelelor de telefonie
mobilă şi deschide noi perspective în măsura în care acestea vor oferi viteze
mai mari decât ceea ce este posibil pentru Internet prin cablu cu DSL.
Long Term Evolution aduce importante îmbunătăţiri tehnologiilor 3G,
remarcîndu-se în special prin debitele net superioare : 100 Mbps viteza de
transmisie de la staţia de bază la staţia mobilă, şi 50 Mbps viteză de la
utilizator la staţia de bază, cu posibilitatea de prelungire la 300Mbps cu o
întarziere în acest caz de mai puţin de 5ms. Pentru a obţine aceste rezultate,
mai multe tehnologii sunt integrate în interfaţa radio numită EUTRAN (
Evolved UMTS Radio Access Network ). Prima dintre acestea este modulatia
OFDMA care are un rol special în ceea ce priveste eficienţa spectrală, iar a
doua este tehnologia antenelor inteligente MIMO, folosită pentru creşterea
debitului.
OFDM este o tehnică de transmisie multipurtătoare care a fost recent
recunoscută ca o excelentă metodă pentru comunicaţii wireless bi-
direcţionale de mare viteză. Apariţia conceptului datează dinainte de 1960,
însă a fost introdus pe o scară largă doar în ultimii ani, datorită necesităţii
unor circuite care realizează operaţii digitale cu viteză sporită. OFDM adună
efectiv mai multe purtătoare modulate, strâns legate între ele, reducând
banda necesară, dar păstrând semnalele modulate ortogonal, astfel că acestea
nu interferă unele cu altele. Conceptul principal în OFDM este ortogonalitatea
subpurtătoarelor. Acest lucru asigurând suprapunerea spectrului fiecărui
canal peste celălalt fără ca acestea să interfere.
Utilizarea mai multor antene atât la emisie cât şi la recepţie permite
crearea mai multor canale independente în spaţiu reprezintă unul dintre cele
mai interesante şi promiţătoare domenii din cadrul comunicaţiilor wireless. În
plus faţă de crearea diversităţii spaţiale, şirurile de antene pot fi utilizate
pentru a direcţiona energia pe coordonatele dorite (tehnici de formare a
lobului la recepţie) sau pentru a crea canale paralele multiple pentru
transmiterea de fluxuri de date unice (multiplexarea spaţială la emisie). În
cazul în care se folosesc mai multe antene atât la emisie cât şi la recepţie
sistemul de comunicaţie se denumeşte sistem MIMO (Multiple Input Multiple
Output).
Sistemele de comunicatie de tip MIMO sunt folosite pentru:
A creşte performanţele sistemului (scazînd
rata de eroare a biţilor/pachetelor);
A creşte rata de transfer pe canal şi, deci,
capacitatea sistemului;
A creşte aria de acoperire;
A micşora puterea de emisie.
Cu toate acestea, cele 4 deziderate menţionate mai sus nu pot fi
indeplinite simultan. De exemplu, o creştere a ratei de transfer conduce de
cele mai multe ori la creşterea puterii de emisie. Modul în care se construiesc
sistemele MIMO depinde, astfel, de valoarea atribuită de proiectant fiecaruia
dintre aceste atribute, precum şi în urma analizelor de cost şi de spaţiu. Deşi
fiecare antenă adiţionala dintr-un sistem aduce un cost suplimentar, cîştigul
obtinut prin folosirea de şiruri de antene este atît de mare încît nu există nici o
îndoială ca sistemele MIMO vor juca un rol important în comunicaţiile
wireless viitoare. Principal, într-un sitem de comunicaţii MIMO un flux de date
incident de volum mare este divizat în N fluxuri independente. Presupunînd
că fluxurile de date pot fi decodate, eficienţa spectrală nominală creşte de N
ori. Acest lucru înseamnă că adăugarea de antene suplimentare poate creşte
foarte mult viabilitatea unui trafic de date de volum foarte mare, necesar, de
exemplu, pentru accesul wireless la reţeaua Internet de bandă largă.
Cînd se utilizează OFDM într-un sistem MIMO, este necesara cunoaşterea
informaţiilor despre starea canalului (CSI) la recepţie pentru detecţia
coerentă a semnalelor recepţionate şi pentru combinarea cu diversitate sau
suprimarea interferenţei spaţiale. De asemenea, cunoaşterea CSI la emisie este
importantă în cazul transmisiei MIMO în buclă închisă. Estimarea canalului se
poate face în două moduri: prin antrenare şi “în orb”. În cazul estimării prin
antrenare, se transmit simboluri cunoscute pentru a facilita estimarea
parametrilor canalului pe baza unor algoritmi la recepţie. În cazul tehnicilor
“în orb”, receptorul trebuie sa determine CSI fără ajutorul unor simboluri
cunoscute. Deşi se obţine o eficienţă mai mare de banda în cazul tehnicilor “în
orb”- deoarece nu este necesara alocarea de laţime de bandă simbolurilor de
antrenare – viteza de convergenţă şi acurateţea sunt semnificativ mai mici.
Din acest motiv, tehnicile de antrenare sunt mai fiabile şi mai des întîlnite.
Avantajele utilizării tehnicilor OFDM şi MIMO:
Diversitatea spaţială oferă o creştere
remarcabilă a fiabilităţii, comparabilă cu creşterea puterii de emisie de 10-
100 de ori;
Caştigurile de diversitate se pot obţine
folosind şiruri de antene la emisie, la recepţie sau în ambele locaţii;
Spre deosebire de diversitate şi de
tehnicile de formare a lobului, multiplexarea spaţiala permite transmiterea
simultană a mai multor fluxuri de date utilizînd procesare de semnal.
Deoarece tehnicile cu antene multiple
necesită cunoaşterea CSI, canalul MIMO-OFDM poate fi estimat la recepţie, iar
această informaţie poate fi transmisă înapoi la emisie pentru a creşte şi mai
mult performanţele.
B i b l i o g r a f i e:
E. Marza, “Radiocomunicaţii mobile”, EOU, Timişoara, 20010
S.Halunga-Fratu, O. Fratu, D. N. Vizireanu, “Sisteme de comunicaţie cu
acces multiplu cu diviziune în cod (CDMA)”, ETF, Bucuresti, 2000
www.umtsworld.com/technology/UMTSChannels.html E. Marza, C. Simu, “Comunicatii mobile”, Editura de Vest, Timişoara,
2003
M. Naforniţă, C. Munteanu, “Comunicaţii de Date”, Editura Gh.Asachi,
Iaşi, 1996
www.mobitel.ro/istoric/istoric.htm http://en.wikipedia.org/wiki/High-Speed_Downlink_Packet_Access
http://www.tech-faq.com/evdo.html
http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm
Holma, H., and A. Toskala (eds.), WCDMA for UMTS, Chichester,
England: John Wiley & Sons, Ltd., 2000.
http://mercur.utcluj.ro/mobile/cursuri_scmb/Curs_9.pdf
http://www.umtsworld.com/technology/hsdpa.htm