5.2. Системи третього покоління
Ширина смуги, яка відводиться для одного каналу WCDMA, дорівнює 5 МГц. Можливе збільшення швидкості до 10 МГц і далі до 20 МГц.
Це в чотири рази більше, ніж cdma One, і в 25 разів - ніж GSM. Широка частотна смуга була обрана, щоб дозволити більш високі швидкості даних, але тільки в НЕ переповненій області спектра з дуже хорошим прийомом. Інша важлива відмінність WCDMA від cdma One - відсутність потреби в синхронізації часу. WCDMA був розроблений, щоб працювати без сигналів синхронізації від глобальної навігаційної системи 1 Система військового застосування, в даний час широко використовується для вирішення цивільних завдань, зокрема, для навігації та визначення точного часу. (GPS - Global Positioning System). Є відмінності в кодуванні: в WCDMA для кодування використовуються не коди Уолша, а коди Голда. Для передачі в канал вони об'єднуються за допомогою тієї ж QPSK -модуляціі, як і в cdma One.
Все це дозволяє передавати дані з максимальною швидкістю приблизно 2048 Мбіт / c в межах однієї стільники. Швидкість в каналі - 3,84 Мбіт / c (7,8 і 15,6 Мбіт / c). При цьому передбачається метод прямого розширення спектра (DS- CDMA).
Кожен канал повторно використовується кожної сотої, підвищуючи спектральну ефективність в порівнянні з системами TDMA.
WCDMA надає можливість м'якого хендовера, але при взаємодії з GSM такий тип хендовера не підтримується.
TD-WCDMA (Time Division - Wideband Code-Division-Multiple-Access) звучить суперечливо і часто називається гібридом між TDMA і CDMA. При цій методиці, як і в TDMA. несуча частота розбивається на канальні інтервали, але кожен канальний інтервал "ущільнюється" декількома CDMA -сігналамі, перетвореними за допомогою ортогональних кодів (див. розширення в частині 2 CDMA). У цьому методі зберігається методика мультиплексування CDMA. Основними параметрами такої методики є: частота, канальний інтервал і код. На рис. 5.5 показаний кадр системи TD- CDMA.
Мал. 5.5. Кадр системи TD-CDMA (параметри UMTS)
В UMTS для двостороннього зв'язку дозволено застосування частотного дуплексного поділу (FDD - Frequency Duplex Division) і тимчасового дуплексного поділу (TDD Time Duplex Division).
При FDD в різних напрямках використовуються різні частоти, розділені смугою 190 МГц. Очевидно, що якщо спектр лімітований, то виділення парних смуг частот важко.
Тимчасовий поділ (TDD) розділяє прямий і зворотний потік за часом. Мобільна станція і базова станція по черзі використовують одну і ту ж частоту в різних напрямках. В цьому випадку можна зменшити величину займаної смуги і не потрібно поділ спектру на парні частоти. Цей спосіб найбільш прийнятний для невеликих сот, оскільки інтервал прийому / передачі залежить від часу поширення інформації. Однак для тимчасового поділу часто виходом є застосування асиметричних швидкостей в прямому і зворотному напрямку. Метод TDD може виявитися більш ефективним в пікосоти для роботи з комп'ютерами (Інтернет) бездротовим способом.
У WCDMA несучі частоти виділяються відповідно до заданих методами доступу для кожної частоти. При видачі ліцензії для кожного каналу вказується, чи повинен він використовуватися в напрямку від абонента до станції або від станції до абонента або в непарному режимі. На рис. 5.6 показаний приклад поділу діапазону між операторами на 12 парних каналів і 7 непарних каналів.
Мал. 5.6. Приклад розподілу частот при використанні WCDMA / UMTS
Однак першими застосували його в Японії. Оператори Японії потребували нової 3G-системі, тому що можливості надання 2G різко скорочували ємність. Перші мережі WCDMA були встановлені в Японії операторами NTT DoCoMo і Jphone [44].
Таблиця 5.2. Порівняння систем на базі CDMA
Для всіх cdmaOne-операторів наступний крок після IS-95b - система, названа 1 XMC (MC - Multi-Carrier - "багато несучих"). Вона вимагає нових апаратних засобів для базових станцій і базових контролерів, але їй не потрібен новий радиоинтерфейс; вона дозволяє вдвічі збільшити пропускну здатність, використовуючи кожен з кодів Уолша двічі. Це настільки схоже на попередні стандарти, що іноді систему називають IS-95c.
Високошвидкісна передача даних (HDR - High Date Rate) - модернізація 1XMC, запропонована Qualcomm. Вона пристосовує канал 1,25 МГц до передачі даних і збільшує швидкість, використовуючи різні типи модуляції. Замість QPSK вона може застосовувати 8- PSK (8-фазна маніпуляція) або 16- QAM (квадратурної-амплітудна модуляція).
Ці види модуляції дозволяють збільшити швидкість передачі інформації.
Застосовуючи 16- QAM. можна збільшити максимальну швидкість передачі даних до 2,4 Мбіт / c від станції до абонента і до 307,2 Кбіт / c на каналі зв'язку від абонента до станції.
Цей діапазон використовується всіма абонентами станції і розділений за допомогою коду Уолша на 32 каналу, з яких 3 службових.
Канал зв'язку від абонента до станції розділяється за допомогою TDMA на 240 тимчасових слотів, кожен з яких може бути надано окремому абоненту. Однак слід враховувати, що система повинна надавати двосторонній зв'язок.
Пропускна здатність знижується в умовах великої інтерференції, оскільки 16- QAM вимагає з'єднання з малим рівнем перешкод. Як тільки сигнал стає слабким, модуляція знижує число фазових станів до 8- PSK або QPSK. Оскільки HDR може використовуватися тільки для даних, він не може бути конкурентом 3XMC. Компанія Qualcomm стверджує, що це - проміжний крок, який буде зроблений перед запуском повної системи 3XMC.
Система, розроблена спільно Nokia і Motorola, 1Xtreme [123] виставлена на продаж як конкурент і HDR. і 3XMC. Він використовує ті ж методи модуляції. що і HDR. але застосовує їх для передачі як мови, так і даних.
Не всі 3G-системи базуються на CDMA. На основі TDMA розроблена нова технологія, названа збільшенням швидкості даних для сприяння еволюції GSM (EDGE - Enhanced Data rate for GSM Evolution). З назви зрозуміло, що вона була запланована як модернізація мережі GSM для операторів, які вже розгорнули системи HSCSD (High Speed Circuit Switched Data - високошвидкісна передача даних в мережах з комутацією каналів) та GPRS (General Packet Radio Service - послуги пакетної радіопередачі).
EDGE (UWCC-136)
Таблиця 5.3. Порівняльні характеристики технологій EDGE і WCDMA
Технологія EDGE передбачає організацію двох служб: вдосконаленою служби пакетної передачі (EGPRS - Enhanced GPRS) і вдосконаленої служби комутації каналів (ECSD - Enhanced Circuit Switched Data). Вона успадкувала майже всі свої головні особливості від GSM і GPRS. включаючи структуру кадру TDMA з вісьмома слотами завдовжки слота 0,577 мс. Різниця полягає в схемі модуляції. Замість двійковій GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying - гауссовская маніпуляція з мінімальним зрушенням), застосовується 8- PSK. така ж, як в HDR. Це відразу потроює пропускну здатність у порівнянні з GSM.
Послуги EDGE можуть бути надані звичайного клієнта GSM для передачі мови і даних. Однак оператори, які встановили цю систему, надають також послуги GPRS (пакетна радіопередача) і HSCSD (високошвидкісна передача даних в мережах з комутацією). З цієї причини послуги, що надаються EDGE, згадуються іноді як EGPRS і EHSCSD. Для клієнтів, які не мають обладнання EDGE, термінал повністю сумісний з терміналом GSM. Оскільки 8- PSK більш сприйнятливий до помилок, ніж GMSK. EDGE має дев'ять різних схем модуляції і кодування (табл. 5.4). Кожна призначена для різного за якістю з'єднання. Вони відрізняються за кількістю виправляє помилок. Зміна режиму кодування проводиться кожного разу, коли декодіруемий попередній блок приймається з низькою вірогідністю. В результаті наступний блок даних передається з вищою помехозащищенностью (режим 8- PSK).
Таблиця 5.4. Схеми модуляції і кодування в системі EDGE
Схеми модуляції і кодування (MCS)
Пропускна здатність слота
Надмірність для виправлення помилок
EDGE Compact
Щоб зробити процес впровадження EDGE простішим для операторів D-AMPS, Всесвітній консорціум бездротового зв'язку (UWCC) пропонує певний спрощений стандарт, названий EDGE Compact. Він може використовуватися тільки для передачі даних, а не мови. Він не вимагає багатьох з каналів управління, які є в повномасштабної системі.
EDGE Compact можна розглядати як проміжний варіант. Його завдання - забезпечити швидкісну передачу даних для користувачів, які використовують мовну службу D-AMPS. Передача даних "поверх" мови подібна функцій HDR на мережах CDMA.