Topic29 cell

Телекоммуникационные
технологии

Тема 29. Сети сотовой телефонии

Технологии сотовой связи

Передача голоса и данных по беспроводной
среде высокомобильными пользователями с
использованием сети наземных приемо-
передающих станций

Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2

«Сотовый» принцип размещения
базовых станций

1947, Bell Labs


Повторное использование частот

Наиболее часто
используемые
схемы (FDMA):
1/3, 1/4, 1/7, 1/9, 1/12
Если N секторных
антенн, то N/K:
3/4 — GSM
3/7 — AMPS
CDMA
Можно задействовать
весь диапазон:
1/1


Поколения сетей сотовой
связи
0G
1960 (аналоговые сети без плавного перехода)
1G
1980 (аналоговые сети с плавным переходом)
2G
1990 (цифровые сети)
3G
2000 (сети с поддержкой высокоскоростной передачи
данных)
4G
2013? (мультисервисные сети сотовой связи)


Сотовая телефония - timeline
1947 принцип сотовой организации сетей (Bell Labs: Ring, Young, Porter)

1956 MTS, MTA – первые сети 0G
1970 “call handoff” (Amos Joel, Bell Labs)

1973 первый портативный сотовый телефон (Motorola, Martin Cooper)

1981 NMT – первая сеть 1G

1983 коммерчески доступные портативные сотовые телефоны –
Motorola DynaTac 8000X
1990 DAMPS – первая сеть 2G
2001 W-CDMA – первая сеть 3G
2009 LTE – первая сеть 3.9G
2013? LTE Advanced

Технологии 0G
Аналоговые сети без возможности плавного
перехода из соты в соту
ARP (AutoRadioPuhelin), FIN, 1968-2000
MTD (MobilTelefonisystem D), SWE+NOR+DAN, 1956-1987
OLT (Offentlig Landmobil Telefoni), NOR, 1966-1990
MTS / IMTS (Mobile Telephone system / Improved),
USA+CAN, 1958-1990
Основные особенности:
аналоговые каналы в диапазонах 150 или 450Mhz
отсутствие плавного перехода между сотами
автомобильные терминалы (позднее и ручные)
ручная коммутация (позднее заменена на автоматическую)
полудуплекс / полный дуплекс
диаметр соты ~ 30км (мощность 1-5Вт)
специально выделенные сервисы для передачи данных не
представлены


Аналоговые сети с автоматической
коммутацией и возможностью плавного
перехода из соты в соту
+
Нет проблем с передвижением
Большая зона охвата
-
Маленькое количество абонентов на соту
Возможность прослушивания эфира (аналоговая
передача трафика до базовой станции)

NMT
AMPS
Mobitex
DataTec

NMT – Nordisk MobilTelefoni
Особенности технологии
использование FDM
разделение абонентов
разделение восходящего/нисходящего каналов
диапазоны 450 и 900MHz (NMT-450 и NMT-900)
размер соты 2 - 30км
использование передачи сигнальной информации совместно с
голосом
мощность излучения
автомобильные устройства - до 15Вт(450) / до 6Вт(900)
портативные телефоны – до 1Вт
DMS (Data and Messaging Service)
Передача данных/текста со скоростями до 1200бит/с

Этапы развития
1977 - разработана технология, тестирование (Nokia (Mobira)
& Ericsson)
1981 - официальное развертывание коммерческих сетей
(NMT-450)
1985 - 110 000 абонентов
1986 - NMT-900 (больше каналов)
1995 - внедрение аналогового скремблирования
2007 (31.12)- закрытие сетей NMT (Швеция - Sonera)

AMPS – Advanced Mobile Phone
Service
использование FDM
разделение абонентов
разделение восходящего/нисходящего каналов
автоматическое перераспределение по уровню сигнала
диапазон 800MHz
Изначально 416 каналов по 30kHz (395 голос + 21 сигнализация)
Каждый канал – пара частот (Up: 824-849MHz, Down: 869-894MHz)
Передача данных
Поддержка передачи данных со скоростями до 2400кбит/с

Этапы развития
1978 - первая тестовая сеть (Bell Labs, Чикаго)
1983 - официальное развертывание коммерческих сетей
1986 - расширение числа каналов до 666
1989 - расширение числа каналов до 832
18.02.2008 - закрытие сетей (FCC)


поколения 2G
Передача голоса и данных по беспроводной
использованием сети наземных приемо-
передающих станций в цифровой форме

+
более эффективные схемы разделения среды
возможность исправления ошибок
возможность организации защищенной передачи
возможность эффективной передачи данных
снижение потребляемой мощности
-
меньший диаметр сот – меньшая зона покрытия
«пропадание» голоса при высоком уровне помех



TDMA
D-AMPS (IS-54/136)
GSM
iDEN (Integrated Digital Enhanced Network)
PDC (Personal Digital Cellular, Япония)

CDMA
CDMA One (IS-95)


Digital AMPS (IS-54 / IS-136)

Основное использование - в США и Канаде
Разделение абонентов по времени и частоте (TDM+FDM)
Использование каналов AMPS (по 30kHz)
3 временных слота
Передача в цифровой форме
Может работать совместно с AMPS
Аутентификация абонентов (CAVE)
Шифрование трафика (алгоритм CMEA)
CSD (Circuit Switched Data)
Скорость передачи данных до 9.6кбит/с

Этапы развития технологии
1990 - развертывание первых сетей (IS-54)
1993 - IS-136 (> 13 миллионов абонентов)
2008 - свертывание сетей (Cingular, U.S. Cellular и Roger
Wireless) — перешли на 3G или GSM


DAMPS – передача трафика

Разделение среды между абонентами – TDM +
FDM
832 канала по 30kHz (FDM)
По 3 абонента в одном частотном канале (TDM)

Разделение восходящего/нисходящего
каналов – FDM

Модуляция
π/4 DQPSK
скорость 48.6кбит/с (на канал)
быстрее чем в GSM, но требует больше энергии


Global System for
Mobile communications
Особенности технологии (~ Group Spécial Mobile,
1982)
Использование почти во всем мире (219 стран)
Стандартизация – ETSI
Аутентификация абонентов (Subscriber Identity
Module)
4 диапазона частот (850, 900, 1800, 1900)
Диаметр соты до 35км
Макро, микро, пико, фемто и зонтичные соты
Мощность 2/1 Вт
Шифрование трафика (A5/1, A5/2)
Различные службы передачи данных и текста

Этапы развития технологии
1.07.1991 - первый звонок по GSM-сети
2009 - > 2 миллиардов пользователей

GSM – передача голоса

Разделение среды между абонентами – TDM + FDM
Разделение восходящего/нисходящего каналов – FDM
Диапазон 900MHz (Up: 890-915, Down: 935-960)
124 канала по 200kHz (FDM)
емкость канала 270.33кбит/с
8 Full-rate time-slots (TDM)
16 Half-rate time-slots (TDM)

Используемые кодеки
Full-rate (13кбит/с)
Half-rate (5.6кбит/с)
Enhanced Full Rate (12.2кбит/с)

Модуляция
GMSK (вариант FSK)
Пульсирующих характер, создает помехи
аудиоустройствам


GSM – передача данных c
коммутацией каналов
SMS (Small Messages Service)
1120 bits (160 7-bit, 140 8-bit или 70 16bit) – через SS7
(MAP – Mobile Application Part)

CSD (Circuit Switched Data)
9.6кбит/с (1 Full-rate слот)
HSCSD (High-Speed CSD)
от 14.4 кбит/с (1 Full-rate слот)
до 115.2 кбит/c (8 слотов)


GSM - передача данных с
коммутацией пакетов
GPRS (1997) (~ 2.5G) (General Packet Radio Service)
Использование разных схем кодирования (Coding Scheme)
CS-1 8кбит/с на слот
CS-2 12 кбит/с на слот
CS-3 14.4 кбит/с на слот
CS-4 20.2 кбит/с на слот
Использование незанятых слотов TDMA (разные классы)
Class 2 (2D, 1U, max 3) - 40 кбит/с + 20 кбит/с
Class 10 (4D, 2U, max 5)- 80 кбит/с + 20 кбит/с


EDGE (1999) (~ 2.75G)

Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Схемы кодирования
MCS-1 – MCS-9 (8.8 – 59.2кбит/с на слот)
Для старших 5 схем кодирования – модуляция 8PSK
Скорости
Те же классы, что для GPRS, но максимальная емкость
кодирования на слот – MCS-9
Class32 – 59.2 * 5 = 296 кбит/с


IS-95 (CDMA-One)

Предложен Qualcomm
Полосы частот 450, 800, 1900MHz
Каналы 1.25MHz
Использует метод разделения между
абонентами CDMA
Base → Mobile : Synchronous CDMA
Mobile → Base : Asynchronous CDMA
Использование ортогональных кодов (коды Уэлша)
Передача данных
С коммутацией каналов/пакетов
Скорости 1800, 3600, 7200, 14400, 57600, 115200


GSM vs IS-95
+ +
Широкое распространение Большая емкость каналов
в мире (много Большее число
операторов/оборудования) пользователей в соте
Сигнал лучше Меньшее потребление
распространяется в энергии
зданиях
Возможность менять SIM
(в т.ч. и разблокировать -
телефоны) Необходимость
лицензирования у
Qualcomm
-
Маленький выбор
Создание помех устройств
аудиоусилителям
Телефоны почти всегда
Сота не больше 35км заблокированы


поколения 3G
Передача мультимедийного трафика по беспроводной
использованием сети наземных приемо-передающих
станций в цифровой форме на базе пакетных сервисов IP
со скоростями от 128Кбит/с до 2Мбит/с

+
Более эффективные схемы разделения среды
Более высокая пропускная способность
Повышенный уровень защищенности передачи
Снижение потребляемой мощности
-
Необходимость обеспечения частичной совместимости для
плавного перехода абонентов на новое поколение
Высокая стоимость новых лицензий на частотные диапазоны
Необходимость в некоторых регионах закрытия старых сетей



W-CDMA (Wideband-CDMA)
FOMA (Freedom of Mobile multimedia Access, Япония)
800MHz, вместо PDC (2G)
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

CDMA2000 (multi-carrier CDMA)
CDMA2000 1x
CDMA2000 3x
CDMA2000 1xEV-DO (Evolution Data Only)
CDMA2000 1xEV-DV (Evolution Data & Voice)

TD-SCDMA


IMT-2000 и 3GPP(2)
IMT-2000 (ITU-R M.1457) - International Mobile Telecommunications – 2000 (1999)
IMT Direct Sequence (W-CDMA)
IMT Multi-Carrier (CDMA2000)
IMT Time-Division (TD-CDMA + TD-SCDMA)
IMT Single Carrier (EDGE)
IMT Frequency Time (DECT)
IMT-OFDMA TDD WMAN (WiMAX) (2007)

3GPP - 3G Partnership Project (1998) (W-CDMA)
Release 98 – GSM
Release 99 – UMTS
Release 5 (2002) – HSDPA, IMS(IP Multimedia Subsystem), IPv6
Release 6 (2005) – HSUPA
Release 7 (2008) – HSPA+
Release 8 (2009) – LTE, Dual-Cell HSDPA
Release 9 (2010) - Dual-Cell HSUPA, MIMO, WiMax Interoperability
Release 10 (2011) – LTE Advanced

3GPP – 3G Partnership Project 2 (CDMA2000)

CDMA2000
CDMA2000 1x (= cdma2000, IS-2000)
Развитие IS-95
Одна пара каналов по 1.25MHz (Up/Down)
Между абонентами в соте – CDMA
Поддержка QoS
Скорость передачи данных до 144кбит/с (~2.5G)
США, Мексика, Корея, Китай, Индия (первая сеть – 2001)
CDMA2000 3x
Пара каналов по 3.75MHz
Нет действующих сетей
CDMA2000 1xEV-DO (=IS-856)
Rev.0 - скорости до 2.5Мбит/с / 154кбит/с
Rev.A - скорости до 3.1 / 1.8 Мбит/с (Down/Up)
Rev.B - скорости до N*4.9 / N*1.8 Мбит/с (Down/Up)
Rev.C = UMB (4G) – не будет реализовано
Россия: Skylink, BWC, ETK
CDMA2000 1xEV-DV
Скорости до N*3.1 / N*1.8 Мбит/с (Down/Up)
Совместимость с cdma2000 в тех же радиоканалах
Нет действующих сетей


UMTS

Universal Mobile Telecommunications System
(AKA 3GSM)
Диапазоны 2110-2200 / 1885-2025 (D/U)
В США 850, 1700, 1900MHz
Пара каналов по 5MHz (UMTS – FDD)
Проблемы со спектром в некоторых странах
Голосовые кодеки GSM
Сигнализация GSM
Возможность использования телефонов GSM/UMTS
Теоретические скорости передачи до
168Мбит/с
Реально на сегодня до 42Мбит/с
Есть вариант UMTS-TDD
Экономия спектра, разделение по времени

ЕMEA, Азия (первая сеть - 2001)
Россия – Megafon, Beeline, MTS (2007)


Пакетный доступ - HSPA
High Speed Packet Access
HSDPA (Downlink) (~ 3.5G)
Адаптивная модуляция (QPSK, QAM-16, QAM-64)
По качеству связи / планировщику пакетов
14 категорий (тип модуляции и тип кодирования)
Скорости 1.2, 1.8, 3.6, 7.2, 10.2, 14.4, 17.6, 21.1, 42.2 Мбит/с
Поддержка в адаптерах ноутбуков
Поддержка технологии Dual-Cell, Quad-Cell
HSUPA (Uplink) = Enhaced Uplink
9 категорий
Скорости 0.73, 1.46, 2, 2.93, 5.76, 11.5, 23 Мбит/с
HSPA+ (MIMO 2х2)
168Мбит/с Down / 22МБит/с Up (MIMO + Quad-Cell)
HSOPA (OFDM) = E-UTRAN = LTE (~3.9G)
Использование OFDM и MIMO – не совместимо с W-CDMA!
300Мбит/с Down / 75МБит/с Up (4x4 MIMO)
Только инфраструктура IP (нет отдельного голосового сервиса)

Дальнейшее развитие (4G)

3GPP LTE-Advanced (Long Term Evolution)
3GPP Release 10
Каналы 20-100MHz
OFDMA, MIMO до 8х8
Модуляция BPSK – 64QAM
Инфраструктура IP
Скорости свыше 1Гбит/с

3GPP2
CDMA2000 1x EV-DO Rev. C aka UMB (Ultra Mobile
Broadband)
Каналы 1.25 – 20MHz
OFDMA, MIMO
Инфраструктура IP
Скорости свыше 275/75 Мбит/с
Развитие приостановлено

Mobile WiMAX Advanced (802.16m - 1Гбит/с)

?

Topic29 cell

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Similar to Topic29 cell

Similar to Topic29 cell (20)

More from eltsovcsseftkspbspuru

More from eltsovcsseftkspbspuru (19)

Topic29 cell