Проектирование микросотовой сети связи по технологии UMTS

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. КАНТА»
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ







КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Проектирование микросотовой сети связи по технологии UMTS»
Направление: 210400.62 « Телекоммуникации»









Выполнил: студент 3 курса:


Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент
,



Калининград, 2013

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Базовые станции малой мощности
1.1 Основные характеристики и классификация. 4
1.2 Преимущества и недостатки базовые станции малой мощности 5
1.3 Основные поставщики 6
1.4 Рынок пикосетей 8
ГЛАВА 2. Технология UMTS
2.1 История 12
2.2 Стандартизация 14
2.3 Версии 16
2.4 Услуги 18
2.5 Сетевые компоненты 21
ГЛАВА 3. Расчет
3.1 Исходные данные 32
3.2 Оценка речевого трафика в сети 34
3.3 Оценка трафика данных в сети 35
3.4 Общая оценка трафика 36
3.5 Радиус соты 36
3.6 Расчет энергетического бюджета 37
Заключение 38
Список использованной литературы 40





Введение
Стремительное развитее сетей мобильной радиосвязи наблюдается во всем мире. Активно развиваются сотовые, транкинговые, пейджинговые сети, а также сети абонентского радиодоступа.
Активный рост числа радиосредств делает актуальной задачу эффективного использования радиочастотного спектра(РЧС) и, как следствие, - задачу построения систем управления РЧС, позволяющих оптимально планировать сеть радиодоступа.
Частотно территориальное планирование сетей радиосвязи предусматривает выбор структуры, (конфигурации) сети, места установки базовой станции, выбор типа, высоты и ориентации антенн, распределение частот между базовыми станциями. Но зачастую операторы к этой задачи подходят не с должным подом, что вытекает к недостаточной пропускной способность сети и отказам вызовов. Для решении этой проблемы применяют пикосоты, которые, обладая общим назначением (улучшение покрытия мобильной связи, емкости сети, различные приложения для частных и корпоративных пользователей).

Целью данной работы является углубить знание в сфере мобильных технологий, ознакомиться с гостом, приобрести навыки проектирова-ния сетей подвижно связи.

Задачи: Произвести рассчет нагрузки сети и параметров для оборудования.

ГЛАВА 1. Базовые станции малой мощности
1.1 Основные характеристики и классификация.
Пикосота (picocell) – это небольшая базовая станция малой мощности - 0,3 – 5 Вт в наружном (outdoor) исполнении и менее 300 мВт для расположения внутри помещений (indoor). Пикосоты работают в лицензируемом диапазоне и подключаются к транспортной сети самим же сотовым оператором, и им же управляются в рамках единой сети. Пикосоты предназначены, как правило, для повышения уровня сигнала внутри больших помещений и в общественных местах либо для увеличения емкости сети.
Пикосоты относятся к т.н. малым сотам (small cells), которые, обладая общим назначением (улучшение покрытия мобильной связи, емкости сети, различные приложения для частных и корпоративных пользователей), различаются по радиусу действия, значительно уступая по «дальнобойности» обычным базовым станциям сотовой связи - макросотам (Рис. 1). Соответственно, «малые соты» различаются по месту применения – домохозяйство, предприятие, городская среда или сельская местность (Рис. 2). Как правило, фемтосоты используются в частном и корпоративном секторе, пикосоты – на крупных предприятиях и в закрытых общественных местах (аэропорты, железнодорожные вокзалы, торговые центры), микросоты – в городах (в тех случаях, когда можно обойтись без внедрения «больших» базовых станций – макросот), метросоты – также в городах для решения проблемы недостаточной пропускной способности сетей на определенных участках (проблема «бутылочного горлышка»). Кроме того, существуют попытки ис-пользовать «малые соты» и в сельской местности




1.2 Преимущества и недостатки базовые станции малой мощности
По прогнозам, рынок малых сот составит $22 млрд к 2016 г.; при этом 73% его будут составлять малые соты для покрытия общественных мест.
Полная интеграция пикосот с макросетью позволяет использовать сущест-вующую операторскую инфраструктуру (контроллеры базовых станций, ядро сети, транспорт) без необходимости развертывания специализированных сетевых элементов, как в случае с фемтосотами. Это позволяет использовать пикосоты в рамках т.н. гетерогенных сетей (HetNet). Пикосоты являются наиболее эффективным способом улучшения покрытия и увеличения емкости сети внутри помещений, оставаясь под контролем сотового оператора и работая в лицензируемом диапазоне.
Один из основных недостатков пикосот – их высокая стоимость, которая все еще выше стоимости компонентов распределенных антенных систем (Distributed Antenna Systems, DAS). В то же время, малый радиус действия пикосот требует их точного размещения с определением конкретных мест концентрации абонентов или мест с плохим покрытием внутри помещений. При построении гетерогенных сетей единый ограниченный частотный ре-сурс, с которым работают базовые станции уровней макро-, микро- и пико-, вызовет необходимость постоянного контроля и управления распределением между слоями. Для этого потребуется высокая степень автоматизации работ по первоначальной настройке сети, ее оптимизации, поиску и устранению неисправностей, с тем, чтобы повысить эффективность процедур эксплуатации и обслуживания (O&M) и снизить их себестоимость в расчете на один сетевой элемент.

1.3 Основные поставщики
Экосистема пикосот и шире – малых сот в целом, включает в себя около 70 различных вендоров, объединенных в рамках Small Cell Forum. Их можно разделить на несколько ключевых категорий (Таблица 1).

Прежде всего, это поставщики комплексных системных решений (end-to-end), начиная от самих базовых станций, шлюзов, разработки ПО и поставки других компонентов для полномасштабных операторских проектов (Alcatel-Lucent, Huawei, Nokia Siemens Networks, ZTE). Далее идут производители непосредственно оборудования доступа (ip.access, SpiderCloud Wireless, Cisco/Ubiquisys, российская компания «Телум» (торговая марка Ranberry)¹ (¹ Российский стартап, резидент инновационного центра «Сколково», созданный в 2010 г. выходцами из Российской академии наук. В конце 2012 г. компания «Телум» получила грант Фонда «Сколково» на создание малой базовой станции LTE с развитыми функциями самоорганизации.), а также южнокорейские Juni и Contela). Большинство разработчиков поставляет кластерные решения по пикосотам, когда большое их число (до 1000 устройств) управляется и конфигурируется локальным контроллером, выступающим единственной точкой входа в опорную сеть операторам для всего кластера, настройке сети, ее оптимизации, поиску и устранению неисправностей, с тем, чтобы повысить эффективность процедур O&M и снизить себестоимость эксплуатации.

1.4 Рынок пикосетей: текущее состояние, тенденции и прогнозы
в мире
Как правило, пикосоты используются для улучшения покрытия сотовой сети в 2G/GSM и увеличения пропускной способности в сетях 3G/LTE в местах непосредственной концентрации абонентов, в перспективе – в составе комплексных гетерогенных решений. Из-за компактных размеров и простоты установки пикосоты часто используются для покрытия сотовой связи на т.н. «подкидных» удаленных объектах, связанных с опорной сетью оператора лишь по спутниковому каналу (морские суда, авиалайнеры, буровые платформы и т.д.). Крупнейшие проекты внедрения пикосот в мире связаны, в основном, с GSM и частично с 3G. В LTE же они начинают активно развиваться, особенно в странах с высоким проникновением услуг LTE (Южная Корея, США, Япония), где уже назрела реальная проблема увеличения емкости сетей.
Ключевые драйверы роста рынка малых сот, в том числе и пикосот, включают рост трафика мобильной передачи данных в условиях дефицита спектра, необходимость в разгрузке трафика и расширении зоны покрытия, в том числе покрытия внутри помещений (Рис. 3).

Также существенным фактором роста рынка пикосот может стать снижение их стоимости. В конечном итоге они должны стать настолько доступными как фемтосоты, сохранив функциональность полноценной операторской базовой станции. Но это может случиться только в случае появления массового рынка пикосот, удешевлению компонентной базы за счет перехода на микроэлектронные технологии и их интеграции в BSC (base station-on-chip).
Технологическим драйвером рынка станет развитие сетей LTE – с ростом проникновения 4G возникает необходимость увеличения емкости сетей. По прогнозам Mobile Experts, в 2017 г. на сегмент LTE будет приходиться до 2/3 всех поставок малых сот.

С другой стороны, массовое внедрение пикосот в рамках сетей HetNet приведет к резкому возрастанию количества сетевых элементов. Даже с учетом функционала самоорганизующихся сетей (SON), управлять такими многослойными сетями традиционными методами станет экономически невыгодно. Поэтому потребуется не только полная автоматизация точек доступа, но сложная и дорогая работа по оптимизации всей сети, поиску и устранению неисправностей и т.д. При этом с 3G-пикосотами класса indoor пока еще конкурируют распределенные антенные системы (DAS) ; для организации indoor-покрытия используются также различного рода репитеры (пассивные, активные и смарт-репитеры).
По прогнозам, рынок малых сот к 2017 г. достигнет 8,6 млн единиц, фемтосоты останутся доминирующим типом оборудования этого класса, доля пикосот существенно вырастет, но все равно останется незначительной (Рис. 4).

По прогнозам, сегмент пикосот начнет расти примерно с конца 2013 - начала 2014 г. (Рис. 5), и к 2016 г. вместе с фемтосотами, микросотами и метросотами достигнет 18% от общих затрат операторов на сети радиодоступа (RAN). При этом, доля пикосот совместно с метросотами, начав быстрый рост с 2015 г., будет занимать уже более трети сегмента малых сот. Это связано с достижением к тому времени зрелости экосистемы LTE в мире и необходимостью перехода от начального этапа территориальной экспансии к этапу точечного увеличения емкости таких сетей.

В перспективе, в сегменте сетей 3G, малые соты достигнут паритета в своем развитии с основным сегодняшним своим конкурентом при расширении покрытия внутри помещений – распределенными антенными системами (DAS). По данным, к концу 2016 г., рынок малых сот для предприятий (enterprise small cell), составивший в 2012 г. треть рынка DAS, сравнится с ним, достигнув объема $2 млрд в год. При этом внедрения решений DAS будут продолжать расти при необходимости обеспечения услуг сотовой связи в помещениях площадью свыше 45 тыс. кв. м, а решения enterprise small cell – в основном, в помещениях площадью менее 30 тыс. кв. м.
По мнению, разработчики решений DAS более обеспокоены сегодня опасностью со стороны малых сот, чем это было несколько лет назад. И хотя большинство поставщиков распределенных антенных систем сегодня не видят реальной угрозы, наиболее прозорливые начинают изучать потенциал малых сот, понимая, что за ними - будущее.
Однако, как считает технический эксперт в одном из операторов «большой тройки», распределенные антенные системы обеспечивают сектора сущест-венно большего размера, чем пикосоты, и в некоторых случаях использование DAS более предпочтительно. Например, по его мнению, возможны перегрузки пикосоты, обслуживающей планерку в одном из помещений здания, в то время как другие пикосоты, расположенные на том же этаже, будут стоять «пустыми». DAS такой миграции просто не «заметит».
Пока сегменты enterprise small cell и DAS развиваются параллельно, наце-ленные на обеспечение покрытия в зданиях различной площади. Однако набирающая обороты тенденция по покрытию различных общественных мест, таких как аэропорты, торговые центры, вокзалы, стадионы и т.д. малыми сотами может в перспективе сократить рыночную долю DAS. Но, скорее всего, оба сегмента будут постепенно взаимопроникать друг в друга, особенно в зданиях средней площади. По прогнозам, к 2017 г. малые соты будут составлять до четверти элементов DAS, помимо традиционных репитеров, макробазовых станций и вынесенных антенн, поскольку они легки в установке, имеют небольшие размеры и дешевле других решений.
Сегмент пикосот начнет расти примерно с конца 2013 - начала 2014 г., и к 2016 г. вместе с фемтосотами, микросотами и метросотами достигнет 18% от общих затрат операторов на сети радиодоступа. При этом, доля пикосот совместно с метросотами, начав быстрый рост с 2015 г., будет занимать уже более трети сегмента малых сот.

Вывод по второй главе: Пикасота это распространенное решение проблем свзяи. Фактически является компактным вариантом макросоты, с урезанными характеристиками в части емкости базы, излучаемой мощности, радиуса покрытия и массово-габаритных характеристик (компактный корпус весом до 20 кг). Используется оператором там, где сложно установить макро базовую станцию, или где не требуется высокая мощность и емкость. Например: крупные торговые центры, офисные комплексы, удаленные поселки и т.п.


ГЛАВА 2. Технология UMTS
2.1 История.
Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом! Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, поя-вились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя ра-диосвязь. Эти системы предназначались главным образом для людей, ездивших на машинах, и стали известны как телефонные системы подвижной связи.
В начале 1980-х годов во многих Европейских странах начался быстрый рост телефонных систем подвижной связи первого поколения (1G), основанных на аналоговой технологии. В каждой стране была разработана собственная система, несовместимая с остальными с точки зрения оборудования и функционирования. Это привело к тому, что возникла необходимость в создании общей европейской системы подвижной связи с высокой пропускной способностью и зоной покрытия всей европейской территории. Последнее означало, что одни и те же мобильные телефоны могли использоваться во всех Европейских странах, и что входящие вызовы должны были автоматически направляться в мобильный телефон независимо от местонахождения пользователя (автоматический роуминг). Кроме того, ожидалось, что единый Евро-пейский рынок с общими стандартами приведет к удешевлению пользова-тельского оборудования и сетевых элементов независимо от производителя. И, наконец, использование современной цифровой технологии должно было привести к уменьшению габаритов портативных устройств и улучшению функциональных возможностей и качества.
В 1982 году CEPT (Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств) сформировала рабочую группу, названную специальной группой по подвижной связи (GSM) для изучения и разработки пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения - второе поколение систем сотовой телефонии (2G). Название рабочей группы GSM также стало использоваться в качестве названия системы подвижной связи. В 1989 году обязанности CEPT были переданы в ETSI (Европейский институт стандартов в телекоммуникации). Первоначально GSM предназначалась только для стран-членов ETSI. Однако многие другие страны также имеют реализованную систему GSM, например, Восточная Европа, Средний Восток, Азия, Африка, Тихоокеанский регион и Северная Америка (с производной от GSM, названной PCS1900). Название GSM теперь означает "глобальная система для подвижной связи", что соответствует ее сущности.
ЭВОЛЮЦИЯ МОБИЛЬНОЙ ТЕЛЕФОНИИ
1G 2G 3G 4G
Аналоговая телефония
Мобильность
Базовые ус-луги
Несовмести-мость Цифровая теле-фония и переда-ча сообщений
Мобильность и роуминг
Поддержка пе-редачи данных
Дополнитель-ные услуги
Полуглобальное решение Широкополосная пе-редача данных и пе-редача речи по протоколу IP (VoIP)
Мобильность и ро-уминг
Сервисная концепция и модели
Глобальное решение Большая ёмкость
IP-ориентированная сеть,
Поддержка мульти медиа, скорости до сотен мегабит в се-кунду
c 1980 c 1990 c 2000 c 2008
Начав с десятка, системы GSM имели колоссальный успех и были широко развернуты в большинстве частей мира. Эта система хорошо подходит для организации телефонной связи, а также широко используется для передачи информации службой коротких сообщений (SMS). Система GSM также предоставляет услуги передачи данных с коммутацией каналов, поскольку интегрированный беспроводный доступ к услугам телефонии и передачи данных был одной из целей этой системы. Однако предлагаемая скорость доступа (максимум 9600 бод) ограничила возможности использования системы GSM для передачи данных. ETSI определил несколько решений для усовершенствования системы подвижной связи для передачи данных, часто называемых 2.5G. Это было сделано для того, чтобы показать движение вперед по сравнению с GSM, но эти системы еще достаточно тесно связаны с GSM: HSCSD (высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов), GPRS (общие услуги пакетной радиосвязи) и EDGE (передача данных с увеличенной скоростью для эволюции глобальной системы/GSM).
Система HSCSD является простейшей модернизацией системы GSM, предназначенной для передачи данных. Как и GSM, эта система базируется на соединениях с коммутацией каналов, но лучшее использование доступной полосы пропускания и назначение более одного временного интервала на соединение позволяет повысить скорость передачи данных - теоретически до 57.6 кбит/с. Однако метод коммутации каналов системы HSCSD является неэффективным при передаче данных, т.к. трафик данных ориентирован на пакетную передачу.
Система GPRS разработана как система пакетной передачи данных с теоретической максимальной скоростью передачи порядка 170 кбит/с. GPRS сосуществует с сетью GSM, повторно используя базовую структуру сети доступа. Система GPRS является расширением сетей GSM с предоставлением услуг передачи данных на существующей инфраструктуре, в то время как базовая сеть расширяется за счет наложения новых компонентов и интерфейсов, предназначенных для пакетной передачи. Система GPRS поддерживает комбинированные услуги телефонии и передачи данных и предоставляет услуги мультимедиа.
Система EDGE является модернизацией системы GSM/GPRS, использующей новый метод модуляции для радио интерфейса, который позволяет значительно увеличить скорость передачи на радио интерфейсе. Система EDGE увеличит теоретическую максимальную скорость передачи данных до 384 кбит/с.

Рис. 6 Взаимосвязь между сетями GSM (2G), GPRS (2.5G) и UMTS (3G)

Универсальная система подвижной связи (UMTS) является сотовой телефонной системой третьего поколения (3G), предназначенной не только для улучшения и ускорения подвижной связи. Система UMTS также обеспечивает новый способ предоставления комбинации услуг телефонии и передачи данных, например, способствуя внедрению мультимедийных и сквозных широкополосных услуг. В итоге UMTS будет означать следующее для операторов и их клиентов:


UMTS ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ:
• Радио доступ по всему миру с помощью одного миниатюрного телефона
• Широкий набор мультимедийных услуг с соответствующими уровнями качества
• Стандарты подвижной связи третьего поколения позволят пользователям на полную мощность использовать возможности Интернета за счет эффективной высокоскоростной передачи радиосигнала, оптимизированной для мультимедиа
• UMTS превратит мечту о всеобъемлющей связи в реальность
UMTS ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ:
• Унификация разнообразных систем беспроводного доступа, сущест-вующих в настоящее время, в гибкую инфраструктуру радиосвязи
• Эволюция из ранних "существующих" систем, гарантирующая гло-бальную экономию при наращивании и поставке, в то же время обес-печивая:
o Широкие возможности для дифференциации продукции и услуг
o Выбор методов радио доступа и базовых сетей для гибкой реализации и развития систем, основанных на требованиях регулирования, рынка или бизнеса для каждого региона или страны
Что касается операторов, то существует огромная разница в капиталовложениях, требующихся для обеспечения системы 2.5G (GPRS) по сравнению с системой 3G. Для реализации системы 2.5G требуются незначительные вложения для модификации сети радио доступа и дополнительного оборудования (для базовой сети с коммутацией пакетов), устанавливаемого поверх существующих сетей GSM, тогда как для систем UMTS требуются очень большие капиталовложения, так как основная часть сеть должна быть создана с самого начала. Для системы EDGE также требуются гигантские вложения, поскольку необходимо создать новую сеть радио доступа.
Для существующих операторов GSM технологии 2.5G привлекательнее, так как они могут быть реализованы на базе тех лицензий, которыми операторы уже обладают, тогда как для UMTS требуются новые лицензии (и в нескольких областях). Для пользователей система GPRS станет важных шагом по направлению к новым услугам, тогда как UMTS служит главным образом для расширения этих услуг. Поэтому успех GPRS и предлагаемых ею услуг станет важным показателем того, какие услуги приведут к успеху будущие сети UMTS 3G.


2.2 СТАНДАРТИЗАЦИЯ
Одной из движущих сил для UMTS является требование создания действи-тельно универсальной системы. Вот почему работа по стандартизации была выделена из ETSI в новую организацию "Проект сотрудничества по созданию системы третьего поколения" (3GPP) с участием региональных и национальных организаций по стандартизации. Соображения о состоянии рынка обрабатываются дополнительной компанией - "Участники-представители рынка" (MRP).

Рис. 7 Организации, входящие в 3GPP
Организация 3GPP создает общий стандарт, основываясь на данных, полу-чаемых от организаций-участниц. Группа по гармонизации операторов (OHG) была основана для того, чтобы находить вынужденные компромиссы в случае, когда организации в 3GPP не способны прийти к соглашению. Помимо этих организаций существует организация "Проект сотрудничества по созданию системы третьего поколения номер 2" (3GPP-2), которая гарантирует принятие в расчет систем, основанных на североамериканской технологии радиосвязи IS-95.
Хотя система UMTS базируется на существующих сетях GSM/GPRS, она добавляет некоторые новые компоненты и интерфейсы к базовой сети. Сеть радио доступа совершенно новая, основанная на новой технологии WCDMA (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов), предоставляющей лучшее использование спектральной полосы по сравнению с сегодняшней технологией GSM. Это позволяет обеспечивать более высокие скорости передачи данных, большую пропускную способность, а, следовательно, и обслуживать большее количество абонентов. В конечном счете, UMTS приведет к полной перестройке базовой сети GSM/GPRS/UMTS, так как будет создана универсальная IP-технология.

2.3 ВЕРСИИ UMTS
В процессе стандартизации UMTS в 3GPP система была определена набором этапов - или версий. Пока определено три версии: UMTS версии 1999 года (R99 - иногда называемая версией 3/Rel-3), UMTS версии 4 (Rel-4) и UMTS версии 5 (Rel-5). На рисунке в разделе 1.5, представляющем архитектуру сети, показано влияние версий на сеть. Версии UMTS - это три основных представителя утвержденных требований от 3GPP.
ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ КАЖДОЙ ВЕРСИИ:
R99
• Определяет универсальную наземную сеть радио доступа (UTRAN) UMTS
• К существующей сети GSM/GPRS добавляется подсистема сети радиосвязи (RNS)
• Базовая сеть (CN) - это существующая сеть GSM/GPRS с некоторыми усовершенствованиями
REL-4
• Версия 4 вводит шлюза среды (MGW), сервер центра коммутации подвижной связи (MSC) и шлюз сигнализации (SGW). Это позволит логически разделять пользовательские данные и информацию сигнализации в MSC
• Проводятся усовершенствования UTRAN, которые включают под-держку высоких скоростей передачи данных даже в локальных областях, до 2 Мбит/с
REL-5
• Добавляется подсистема IP-мультимедиа (IMS)
• Домашний регистр (HLR) заменяется/дополняется сервером собственных ("домашних") абонентов (HSS)
• Вводятся усовершенствования UTRAN, обеспечивающие эффективные услуги мультимедиа на базе IP в UMTS
• Введение IubFlex (обеспечивает контроллеры сети радиосвязи (RNC) для подключения более одного комплекта Узлов B)
• Усовершенствование услуг по определению местоположения (LCS)
• Универсальная IP-сеть, в конечном счете, становится реальностью
• Версия 5 основана на протоколе IP версии 6 (IPv6)
Вышеуказанные версии находятся в "замороженном" состоянии. Это означает, что версии признаются, если необходима коррекция (т.е. новые функциональные возможности больше не добавляются). Планируется версия 6 и выше со следующими особенностями: они касаются областей, подобных усовершенствованиям IMS, интеграции беспроводных локальных сетей (WLANI), конвергенции Интернета (касающейся протоколов и услуг), широковещательных/многоадресных мультимедийных услуг (MBMS) и эволюции в сети только в пределах области пакетной коммутации (PS).
Данные заметки обращаются главным образом к версии 4. Однако другие версии будут упоминаться в некоторых случаях для того, чтобы выделить основные отличия от версии 4.
2.4 УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ В СЕТИ UMTS
Поскольку сеть UMTS развивается, будет предоставляться все больше и больше услуг. Сеть подвижной связи UMTS версии 5 будет предоставлять услуги, подобные тем, которые известны сегодня из Интернета, например, потоковое видео, передачи речи по протоколу IP (VoIP), видеоконференция и интерактивные службы. Часть сети, осуществляющая коммутацию каналов, будет заменена технологией пакетной передачи (очень напоминающей IP) для поддержания более высоких скоростей передачи данных и повышения гибкости сети. Часть сети, осуществляющая коммутацию пакетов, останется без изменения, но будет добавлен новый пакетный домен: подсистема IP-мультимедиа (IMS).
2.4.1 ОБЩИЕ УСЛУГИ
Базовые услуги, предоставляемые UMTS, подобны услугам, известным из GSM и ISDN (цифровая сеть с интеграцией служб). Используя определения из МСЭ-Т, услуги можно разделить на службы переноса, телеслужбы и дополнительные услуги. Основной базовой услугой, предоставляемой UMTS, является телефония. Подобно другим передаваемым данным, выполняется цифровое кодирование речи, которая затем передается по сети в виде цифрового потока. Предлагается множество услуг передачи данных, реализованных как передача данных с коммутацией пакетов. Также будет доступна служба коротких сообщений (SMS), вводимая совместно с GSM. Дополнительные услуги предоставляются поверх телеслужб, например:
• Переадресация/исключение/установка вызова на ожидание/удержание • Служба трехсторонней связи • Информация об оплате • Идентификация вызывающего абонента • Группы закрытых пользователей
2.4.2 КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Одно из достижений сетей 2.5G и 3G - обеспечение более качественной пе-редачи данных. Для достижения этого и в GPRS, и в UMTS введена концепция качества обслуживания (QoS) как интегрированная часть системы. Наличие эффективного механизма QoS "на местах" позволит операторам подвижной связи экономично предоставлять высококачественные, дифференцированные приложения и услуги на базе IP.
2.4.3 ВОЗМОЖНОСТИ UMTS В ПРЕДОСТАВЛЕНИИ УСЛУГ
Способ организации UMTS предполагает отделение, насколько это возможно, части сети, выполняющей фактические соединения, от части, обеспечивающей предоставление услуг. Это способствует большей открытости и повышению потенциала в условиях рынка, обеспечивает концепцию раздельных поставщиков (провайдеров) информации, услуг и телекоммуникационных компаний. Некоторые из этих услуг приводятся ниже.
2.4.3.1 УСЛУГИ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕСТОПОЛОЖЕНИИ
Географическое положение оборудования пользователя (UE) может быть определено путем измерения уровня радиосигналов. Функции позиционирования для оптимизации эксплуатационных характеристик системы радиосвязи могут использоваться внутри сети UTRAN, дополнительными сетевыми услугами, самим UE или на всем протяжении сети и услугами "третьей стороны". К типичным коммерческим услугам относятся следующие услуги:
• Информация о движении городского транспорта
• Управление парком автотранспорта
• "Следуй за мной"
• "Ближайшая услуга"
• Услуги экстренных вызовов
Планировщики сети UMTS также могут использовать эту информацию.
Услуги, основанные на местоположении, могут быть реализованы в сетях GSM/GPRS на базе передачи информации сигнализации между сетью и подвижной станцией (MS является эквивалентом UE в сетях GSM/GPRS).
2.4.3.2 УСЛУГА WAP
Протокол прикладного уровня для радиосвязи (WAP) - является протоколом доступа к Интернету, оптимизированным для мобильной телефонии. Он обеспечивает пользователю подвижной связи доступ к информации и услугам Интернета в любом месте и в любое время, например, электронная почта, расписание полетов и др. Услуга WAP предоставляет пользователю web-браузер, который использует язык маркировки радиосвязи (WML) вместо гипер-текстового языка маркировки (HTML), обычно применяемого в Интернете. Язык WML разработан для использования с мобильными терминалами. Шлюзы в системе заботятся о преобразовании между форматом WAP и обычным форматом Интернета.
2.4.3.3 СЛУЖБА ОБМЕНА МУЛЬТИМЕДИЙНЫМИ СООБЩЕНИЯМИ (MMS)
Служба обмена мультимедийными сообщениями (MMS) используется для доставки мультимедийных сообщений в UE из любого другого UE, из ста-ционарного пункта в Интернете или от поставщика дополнительных услуг (VAS). Дополнительными услугами могут быть новости, прогнозы погоды, информация с фондовой биржи и др. Кроме текста мультимедийные сообщения могут содержать все типы мультимедиа, например, речь, видео, аудио и статические изображения.
2.4.3.4 CAMEL
Расширенная логика специализированных приложений для сетей подвижной связи (CAMEL) является общей платформой для множества услуг для потребителей. Она обеспечивает сеть UMTS функциями интеллектуальной сети (IN) подобными следующим:
• Предоплата
• Фильтрация вызовов
• Наблюдение (контроль)
CAMEL предоставляет информацию, необходимую для осуществления об-мена между сетями (функции IN обычно являются специфическими сетевы-ми функциями). Традиционные решения IN создают услуги на базе коммутации каналов. CAMEL будет делать тоже самое, а также осуществлять взаимодействие с соединениями на базе пакетной коммутации.
2.4.4 ВИРТУАЛЬНАЯ ДОМАШНЯЯ СРЕДА (VHE)
VHE - это концепция предоставления услуг в пределах UMTS, которая по-зволяет пользователю иметь один и тот же персональный интерфейс с сетью, не обращая внимания на доступную сеть. Требуется, чтобы сети переносили информацию о профилях пользователей, о тарифах, услугах и множественной совместимости, которая, принимая во внимание сложность сетей, является непростой задачей. Там где для VHE требуется межсетевое взаимодействие, будет использоваться CAMEL.

2.5 СЕТЕВЫЕ КОМПОНЕНТЫ СЕТИ UMTS

Рис. 8 Архитектура сетей GSM/GPRS/UMTS

На рисунке выше показаны некоторые из подсистем в сетях GSM/GPRS/UMTS, так как они будут развиваться вместе с версиями UMTS. На стороне сети доступа есть подсистема базовых станций (GERAN) для GSM/GPRS и RNS (UTRAN) для UMTS. Базовая сеть (CN) строится на основе базовой сети GSM/GPRS, но как показано, в сетях UMTS версии 4 и 5 будут модернизированы некоторые подсистемы и компоненты, а также добавятся новые. Это позволит операторам существующих сетей GSM/GPRS извлечь выгоду из улучшенной экономичной UMTS, в то же время защищая свои капиталовложения в систему 2G и снижая риски от внедрения. В сети есть также другие элементы, такие как элементы услуг определения местоположения, которые используются для расчета местоположения.
Сеть GSM/GPRS/UMTS взаимодействует с другими наземными сетями подвижной связи общего пользования (PLMN), включая сети, предшествующие версии 4, коммутируемые телефонные сети общего пользования (PSTN) и другие мультимедийные сети на базе IP.
2.5.1 ЭЛЕМЕНТЫ СЕТИ ДОСТУПА
Для сети GSM/GPRS/UMTS определяется два типа сети доступа: BSS - ис-пользуется для сетей доступа GSM, GPRS и EDGE (GERAN), а RNS - используется для доступа WCDMA.
2.5.2 АРХИТЕКТУРА СЕТИ РАДИО ДОСТУПА GSM/EDGE (GERAN)
GERAN - это сеть доступа, определенная для GSM, GPRS и EDGE. GERAN подключается к базовой сети (CN) GSM Этап 2+ либо через два традиционных интерфейса (A-интерфейс и интерфейс Gb), либо через интерфейсы Iu. Интерфейс между GERAN и доменом PS базовой сети (Iu-PS или традиционный интерфейс Gb) используется для передачи данных методом коммутации пакетов, а интерфейс между GERAN и доменом коммутации каналов (CS) базовой сети (Iu-CS или традиционный интерфейс A) используется для передачи речевого сигнала или данных методом коммутации каналов.

Рис. 9 Архитектура GERAN
2.5.2.1 ПОДСИСТЕМА БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ (BSS)
BSS или GERAN - это система оборудования базовых станций (приемопередатчики, контроллеры и т.д.), которая отвечает за взаимодействие с мобильными станциями в определенной зоне. BSS подключается к MSC с помощью одного интерфейса A или Iu-CS. Подобным же образом в сетях PLMN, поддерживающих GPRS, BSS подключается к обслуживающему узлу поддержки GPRS (SGSN) с помощью одного интерфейса Gb или Iu-PS.
Оборудование радиосвязи BSS может поддерживать одну или более ячеек. BSS может включать одну и более базовых станций. Там где реализован интерфейс Abis, BSS включает один контроллер базовых станций (BSC) и одну или более базовых приемопередающих станций (BTS). Взаимодействие BTS и BSC осуществляется через интерфейс Abis.
2.5.2.2 БАЗОВАЯ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ СТАНЦИЯ (BTS)
BTS включает в себя радиопередатчики и приемники (приемопередатчики - TRX), покрывающие определенную географическую зону сети GSM (зона базовой станции, включающая одну или более радио ячеек). BTS обрабатывает протоколы радио звена с помощью MS.

2.5.2.3 КОНТРОЛЛЕР БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ (BSC)
BSC управляет группой BTS при настройке радиоканала, управлении уровнем мощности, скачкообразной перестройке частоты и передаче обслуживания - переносе установленного соединения из одного радиоканала в другой обычно в результате перемещения MS из зоны действия одной базовой станции в зону действия другой. BSC - это соединение между мобильной станцией и MSC.
2.5.2.4 МОБИЛЬНАЯ СТАНЦИЯ GSM (MS)
Мобильная станция GSM включает в себя оборудование подвижной связи (терминал) и карту модуля идентификации абонента (SIM). SIM-карта обеспечивает персональную мобильность, предоставляя пользователю доступ к подписанным услугам, независимо от конкретного терминала. Международный идентификатор оборудования подвижной связи (IMEI) идентифицирует оборудование подвижной связи уникальным образом. SIM-карта включает Международный идентификатор абонента подвижной связи (IMSI), используемый для идентификации абонента в системе, секретный ключ для аутентификации и другую информацию. IMEI и IMSI являются независимыми, таким образом, обеспечивая персональную мобильность. MS взаимодействует с сетью GSM по радио интерфейсу (интерфейс Um).
Что касается UMTS, мобильная станция должна работать в одном из двух режимов:
• Режим, основанный на интерфейсах A/Gb между BSS и CN, например, для:
o терминалов версии, предшествующей версии 4
o терминалов версии 4 при подключении к BSS без интерфейса Iu в направлении к CN
• Режим, основанный на интерфейсах Iu-CS и Iu-PS между BSS и CN для:
o терминалов версии 4 при подключении к BSS с помощью интерфейсов Iu в направлении к CN
2.5.3 АРХИТЕКТУРА УНИВЕРСАЛЬНОЙ НАЗЕМНОЙ СЕТИ РАДИО ДОСТУПА (UTRAN)
Для UMTS R99 была введена новая сеть радио доступа UTRAN. Сеть UTRAN основана на технологии WCDMA, введенной для того, чтобы до-биться более эффективного использования пропускной способности по сравнению с методами, используемыми в GSM/GPRS. Сеть UTRAN подключается к базовой сети GSM Этап 2+ через интерфейс Iu; интерфейс между UTRAN и доменом PS базовой сети (Iu-PS) используется для передачи данных методом коммутации пакетов, а интерфейс между UTRAN и доменом CS базовой сети (Iu-CS) используется для передачи данных методом коммутации каналов. Фактически существует третий домен - домен широковещательной передачи (BC), который может использоваться для трансляции короткого сообщения в заданной географической зоне ("зона обслуживания", состоящая из одной или более ячеек). Интерфейс с областью BC называется Iu-BC. Он не показан на рисунке в разделе 1.5.2 и далее не будет описываться.
2.5.3.1 ПОДСИСТЕМА СЕТИ РАДИОСВЯЗИ (RNS)
Сеть UTRAN включает в себя одну или более RNS, подключаемых к CN через интерфейсы Iu. Каждая RNS состоит из контроллера сети радиосвязи (RNC) и одного или более Узлов B (Node B). Узлы B подключаются к RNC через интерфейс Iub. Узлы B обеспечивают радио доступ (т.е. антенны) к сети. Контроллеры RNC каждого RNS могут взаимодействовать через интерфейс Iur.

Рис. 10 Архитектура UTRAN


2.5.3.2 КОНТРОЛЛЕР СЕТИ РАДИОСВЯЗИ (RNC)
Каждый RNC отвечает за управление радио ресурсами набора ячеек. RNC является эквивалентом BSC сети GSM/GPRS, но более самоуправляемый. Роли RNC в сети UTRAN могут различаться:
• Управляющий RNC
o Каждый RNC отвечает за ресурсы своего набора ячеек и за Узлы B в RNS. В этой роли RNC называется управляющим RNC (CRNC)
• Обслуживающий RNC
o Для каждого подключенного UE контроллеры RNC могут играть дополнительную роль: обслуживающий RNC (SRNC), обеспечивающий подключенное UE радио ресурсами. SRNC является окончанием Iu в направлении к CN

Рис. 11 Обслуживающий RNC
• Дрейфующий RNC
o Чтобы минимизировать влияния от передачи обслуживания, контроллеры RNC могут играть третью роль: Дрейфующий RNC (DRNC). DRNC предоставляет ("дает во временное пользование") ресурсы контроллеру SRNC для конкретного UE. Обычно DRNC также действуют как SRNC (или DRNC) для других UE.

Рис. 12 Дрейфующий RNC

2.5.3.3 УЗЕЛ B
Узел B обеспечивает передачу и прием сигналов в одной или более ячеек наподобие BTS в сети GSM. Узел B также отвечает за контроль уровня мощности по внутренней петле. Пожалуйста, обращайтесь к разделу 3.5 за подробной информацией о контроле уровня мощности.
2.5.3.4 ОБОРУДОВАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ (UE)
Оборудование пользователя (UE) является эквивалентом мобильной станции (MS) в GSM, т.е. это терминал, с помощью которого пользователь получает доступ к сети. UE состоит из оборудования подвижной связи (терминала) и универсального модуля идентификации обслуживания (USIM). Оборудование подвижной связи идентифицируется уникальным образом с помощью IMEI. Для того чтобы разрешить дополнительную модернизацию, оконечное оборудование должно иметь интерфейс прикладного программирования (API). USIM обеспечивает персональную мобильность, предоставляя пользователю доступ к услугам, на которые абонент подписан. В отличие от SIM-карты в GSM карта USIM может поддерживать набор профилей. Каждый профиль будет иметь конкретную цель. Он может использоваться для регулирования доступных услуг в зависимости от возможностей терминала, в котором установлена карта USIM. И пользователь, и сеть могут регулировать профили.
2.5.4 ЭЛЕМЕНТЫ БАЗОВОЙ СЕТИ

Рис. 13 Архитектура сети UMTS
Базовая сеть (CN) логически разделяется на домен CS и домен PS. Кроме того, используется набор баз данных (регистров - "Registers") для сохранения информации, необходимой системе. Ниже описываются разные элементы в доменах.


2.5.5 ЭЛЕМЕНТЫ БАЗОВОЙ СЕТИ - ДОМЕН КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ (CS)

Рис. 14 Элементы базовой сети - домен CS
2.5.5.1 ЦЕНТР КОММУТАЦИИ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ/ШЛЮЗОВОЙ ЦЕНТР КОММУТАЦИИ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ (MSC/GMSC)
Центральным компонентом домена CS в CN является MSC. MSC - это ком-мутационная станция, которая выполняет все функции коммутации и сигнализации для MS, расположенных в географической зоне, назначенной в качестве зоны MSC. Основное различие между MSC и коммутационной станцией в стационарной сети состоит в том, что MSC должен принимать в расчет влияние распределения радио ресурсов и подвижность абонентов. Это означает, что MSC должен выполнять такие процедуры, как:
• Процедуры, необходимые для регистрации местоположения
• Процедуры, необходимые для передачи обслуживания
MSC/GMSC представляет интерфейс между системой радиосвязи и стацио-нарными сетями. MSC выполняет все функции, необходимые для обработки услуг с коммутацией каналов в направлении к и от мобильных станций. MSC отвечает за управление соединением (настройка, маршрутизация, управление и завершение соединений), управление передачей обслуживания между MSC и управление дополнительными услугами, а также за сбор информации об оплате/учете пользователей. MSC подключается к регистрам местоположения и оборудования и другим MSC в той же сети.
GMSC действует в качестве шлюза для соединения с другими сетями под-вижной связи и коммутируемыми сетями общего пользования (телефонная сеть, ISDN, сети передачи данных).
Чтобы обеспечить радио покрытие заданный географической зоны, обычно требуется несколько базовых станций; т.е. каждый MSC должен взаимодействовать с несколькими базовыми станциями. Кроме того, для обеспечения покрытия страны может потребоваться несколько MSC.
2.5.5.2 ШЛЮЗ СРЕДЫ/СЕРВЕР ЦЕНТРА КОММУТАЦИИ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ (MGW/СЕРВЕР MSC)
Чтобы обеспечить в версии 4 сетевую архитектуру CS, не зависящую от носителя (а, следовательно, обеспечить универсальные IP-сети), MSC разделяется на шлюз среды (MGW), обеспечивающий передачу пользовательских данных, и сервер MSC для обеспечения сигнализации. Сервер MSC состоит, главным образом, из двух частей: управления соединениями (CC) и управления мобильностью MSC. Разделение на MGW и сервер MSC также приводит к созданию более независимой среды для обслуживания. Новые функциональные возможности CAMEL извлекают выгоду из этой концепции, когда управление обслуживанием становится независимым от устройства коммутации.
MGW является оконечным пунктом транспортной сети PSTN/PLMN и связывает UTRAN с CN через интерфейс Iu. MGW может служить окончанием каналов-носителей (B-каналов) в сети с коммутацией каналов и потоков данных разных форматов в сети с коммутацией пакетов (например, потоки RTP (транспортный протокол реального времени) в IP-сети).
2.5.5.3 ШЛЮЗ СИГНАЛИЗАЦИИ (SGW)
Шлюз сигнализации (SGW) преобразует информацию сигнализации (в обоих направлениях) на транспортном уровне между сигнализацией на базе SS7, используемой в сетях до версии 4, и сигнализацией на базе протоколов IP, которая вероятно будет использоваться в пост-R99 сетях (т.е. между SCTP/IP Sigtran и MTP SS7). SGW не интерпретирует сообщений прикладного уровня (например, MAP, CAP, BICC, ISUP), но может интерпретировать нижележащий уровень SCCP (подсистема управления соединениями сигнализации) или SCTP (протокол передачи управления потоком), чтобы гарантировать правильную маршрутизацию сигнализации. Шлюз SGW будет необходим для обеспечения универсальной IP-сети UMTS.
Функцию шлюза сигнализации можно реализовать как отдельный элемент или внутри другого элемента.

Рис. 15 Функция шлюза сигнализации









2.5.6 ЭЛЕМЕНТЫ БАЗОВОЙ СЕТИ - ДОМЕН КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ (PS)

Рис. 16 Элементы базовой сети - домен PS
2.5.6.1 ОБСЛУЖИВАЮЩИЙ УЗЕЛ ПОДДЕРЖКИ GPRS (SGSN)
SGSN действует как пакетный коммутатор и маршрутизатор в домене PS базовой сети. SGSN управляет доступом мобильной станции к сети и маршрутизирует пакеты в правильный BSC/RNC. Он выполняет функции управления мобильностью (MM), как это делает MSC в домене CS базовой сети, такие как регистрация местоположения, корректировки зоны маршрутизации (RAU) и пейджинг. SGSN также обрабатывает функции обеспечения секретности, такие как аутентификация и шифрование (между MS/UE и SGSN).
2.5.6.2 ШЛЮЗОВОЙ УЗЕЛ ПОДДЕРЖКИ GPRS (GGSN)
GGSN действует как пакетный маршрутизатор в домене PS базовой сети и является шлюзом между маршрутизацией пакетов IP в сети подвижной связи GPRS/UMTS и маршрутизацией пакетов IP в стационарных сетях Интернета. Он выполняет перенос пакетов между сетями IP-мультимедиа и соответствующим SGSN, который в текущий момент обслуживает MS/UE. Если MS меняет SGSN в течение режима готовности, GGSN используется в качестве буфера пакетов данных. GGSN сохраняет данные абонента для активных MS/UE и выполняет функции обеспечения секретности, такие как система защиты доступа и фильтрация.
2.5.7 ЭЛЕМЕНТЫ БАЗОВОЙ СЕТИ (CN) - РЕГИСТРЫ
2.5.7.1 ДОМАШНИЙ РЕГИСТР (HLR)
Домашний регистр (HLR) является независимым элементом базовой сети до и включая версию 4. В сети версии 5 HLR заменяется HSS (сервер абонентов домашней сети - см. следующий раздел), который является расширенным вариантом HLR. HLR включает в себя всю административную информацию по каждому абоненту, зарегистрированному в определенной сети, информацию о разрешенных услугах и текущем местоположении мобильной станции. Местоположение мобильной станции обычно представляется в форме адреса сигнализации гостевого регистра (VLR), связанного с MS. Логически существует один HLR на сеть, хотя он может быть реализован как распределенная база данных.
HLR обеспечивает следующие функциональные возможности:
• Поддержка элементов в домене PS, таких как SGSN и GGSN через интерфейсы Gr и Gc. Это необходимо для того, чтобы обеспечить доступ абонента к услугам области PS
• Поддержка элементов в домене CS, таких как MSC/сервер MSC, через интерфейсы C и D. Это необходимо для того, чтобы обеспечить доступ абонента к услугам домена CS и роуминг в традиционных сетях GSM/домене CS сети UMTS.
2.5.7.2 СЕРВЕР АБОНЕНТОВ ДОМАШНЕЙ СЕТИ (HSS)

Рис. 17 HSS - расширенный вариант HLR
В сети UMTS версии 5 HSS заменяет HLR. HSS является расширенным вариантом HLR и включает все функциональные возможности HLR плюс дополнительные функции для поддержки функций IM подсистемы IP-мультимедиа (IMS). Пожалуйста, обращайтесь к разделу 1.5.8.
HSS является общим элементом доменов PS и CS. HSS - это основная база данных для заданного пользователя и содержит информацию, связанную с подпиской, чтобы поддерживать сетевые компоненты, обрабатывающие вызовы/сеансы, например, поддержка серверов управления соединениями для выполнения процедур маршрутизации/роуминга путем решения взаимозависимостей аутентификации, авторизации, разрешение присваивания имен/ адресации и определения местоположения.
Сеть UMTS может включать один или несколько HSS в зависимости от ко-личества абонентов подвижной связи, пропускной способности оборудова-ния и организации сети.
В HSS предусматриваются следующие функциональные возможности:
• Функциональные возможности IM для обеспечения поддержки управляющих функций IMS, таких как функция управления состоянием соединения (CSCF). Это необходимо для обеспечения доступа абонента к услугам подсистемы IM CN
• Расширенное множество функций HLR, требующееся для домена PS
• Расширенное множество функций HLR, требующееся для домена CS, если требуется обеспечить доступ абонента к домену CS или обеспе-чить роуминг в традиционных сетях GSM/домене CS сети UMTS.
HSS включает следующую информацию, относящуюся к пользователю:
• Информация идентификации пользователя, нумерации и адресации
• Информация по обеспечению защиты пользователя
o Информация управления доступом к сети для аутентификации и авторизации
• Информация о местоположении пользователя на межсистемном уровне
o HSS обеспечивает регистрацию пользователей и сохраняет ин-формацию о местоположении на межсистемном уровне и др.
• Информация о профиле пользователя (т.е. установки параметров для определенных целей)
•
2.5.7.3 ГОСТЕВОЙ РЕГИСТР (VLR)
Гостевой регистр содержит выборочную административную информацию, полученную от HLR, необходимую для управления соединением и предос-тавления подписанных услуг каждому абоненту подвижной связи, находя-щемуся в настоящий момент в зоне местоположения (LA), управляемой VLR. Каждый раз при выполнении MS роуминга в новой LA гостевой регистр, охватывающий эту LA, информирует HLR о новом местоположении абонента. Затем HLR информирует VLR об услугах, доступных данному абоненту. VLR также управляет процессом присваивания TMSI.
Регистры HLR и VLR вместе с MSC обеспечивают возможности маршрути-зации вызовов и роуминга в сети. В большинстве реализаций VLR интегрирован с MSC, а в UMTS версии 4 будет являться частью сервера MSC.

2.5.7.4 ЦЕНТР АУТЕНТИФИКАЦИИ (AUC)
Центр аутентификации - это защищенная база данных, которая включает в себя индивидуальные идентификационные ключи абонентов (которые также включены в SIM) и предоставляет данные абонента в HLR и VLR (через HLR), используемые для аутентификации (проверки подлинности) и шифрования соединений.
2.5.7.5 РЕГИСТР ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ (EIR)
Регистр EIR - это база данных, которая включает в себя перечень всего оборудования, действующего в сети подвижной связи, и в которой каждая MS идентифицируется с помощью IMEI. Идентификатор IMEI помечается как неправильный, если был представлен отчет о краже мобильной станции или если MS несанкционированного типа.







2.5.8 ПОДСИСТЕМА IP-МУЛЬТИМЕДИА (IMS)

Рис. 19 Подсистема IP-мультимедиа
Подсистема IMS является основным отличием сети UMTS версии 4 от версии 5. IMS включает все элементы CN для обеспечения мультимедийных услуг. Услуги IP-мультимедиа (IM) базируются на возможности управления сеансом, определенной Рабочей группой инженерных проблем Интернета (IETF). Услуги IM вместе с мультимедийными носителями используют домен PS - возможно включая эквивалентный набор услуг в соответствующем подмножестве услуг CS.
Подсистема IMS позволяет операторам PLMN предлагать мультимедийные услуги своим абонентам, базируясь на встроенных приложениях, услугах и протоколах Интернета. 3GPP не стремиться стандартизировать такие услуги в пределах IMS. Цель состоит в том, чтобы эти услуги были развернуты операторами PLMN и независимыми поставщиками (посредниками), включая услуги в пространстве Интернета, использующие механизмы, обеспечиваемые Интернетом и IMS. Подсистема IMS должна обеспечить для пользователей радиосвязи конвергенцию и доступ к различным технологиям: телефония, видео, передача сообщений, передача данных и технологии на базе web, а также объединить развитие Интернета с развитием подвижной связи.
Далее описываются специфические функциональные элементы IMS.
• CSCF, который играет три роли:
 Полномочный (Proxy)-CSCF (P-CSCF) - это первая контактная точка для UE в пределах IMS. Функция управления стратегией (PCF) является логическим элементом P-CSCF
 Опрашивающий CSCF (I-CSCF) - это контактная точка в преде-лах сети оператора для всех соединений IMS, предназначенных пользователю этого конкретного сетевого оператора
 Обслуживающий CSCF (S-CSCF) выполняет услуги управления сеансом для UE
• Функция управления шлюзом среды (MGCF) выполняет преобразование протоколов между ISUP (подсистема пользователей ISDN) и протоколами управления соединениями IMS (например, преобразование ISUP/SIP (протокол инициирования сеанса))
• Функция множества ресурсов (MFR) выполняет функции коллектив-ных соединений и проведения мультимедийных конференций
• Шлюз среды IP-мультимедиа (IM-MGW) завершает каналы-носители из сети с коммутацией каналов и потоки мультимедиа из сети с коммутацией пакетов. Шлюз IM-MGW может поддерживать преобразование среды, управление носителем и обработку загрузки (например, кодек, эхо-компенсатор, мост конференц-связи)















ГЛАВА 3. РАССЧЕТ
3.1 Исходные данные
Данные:
Ширина канала: 20 Мгц,
Средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц): 0,5 бит/с/Гц/сота
Нагрузка одного абонента в ЧНН: 0,05 Эрл


3.2 Оценка речевого трафика в сети.
На маломощную базовую станцию (пикосоту) базовую станцию примем количество передатчиков равное 3.
Рассчитаем число одновременно говорящих абонентов
А = А ср . N аб ,
где: А ср = 0,05 Эрл – нагрузка одного абонента в час наибольшей на-грузки;
N аб = 1000 – количество абонентов
А = 0,05 * 1000 = 50 Эрл
У нас получилась нагрузка 50 Эрл, она эквивалентна 50 одновременно разговаривающих абонентов.



3.3. Оценка трафика данных.
Расчет проведен на основании параметров, для следующих исходных данных:
— среднее число вызовов в ЧНН на одного абонента сети для передачи данных С*ср [выз./ч] - 5,0;
• — средний объем сообщений при передаче данных Iср [кбит] - 2500;
• — средняя скорость передачи данных и радиоканале R [кбит/с] - 144;
Cредняя нагрузка в ЧНН на одного абонента сети по передаче данных у*0 [мЭрл]
y*0=C*срt*ср д/3600 = 5,0•17,4/3600= 24 мЭрл,
где t*ср - средняя длительность передачи сообщений,
t*ср = Iср / R = 2500/ 144= 17,4 с;
• суммарное значение средней нагрузки в ЧНН на одного абонента сети Y0 [мЭрл]
В среднем число абонентов пользующихся услугой пакетной передачи данных составляет 40%. Поэтому мы должны умножить количество абонентов на % активных пользователей:
1000 * 0.4 = 400 абонентов
Нагрузка сети пакетным трафиком:
Y0 = 0.024 * 400 = 9.6 Эрл.

3.4. Общая оценка трафика с учётом роста числа населения.
Общая нагрузка, состоящая из речевого и пакетного трафика:
А* = А + Y0 = 50+9.6 = 59.6

Это эквивалентно 60 одновременно говорящих абонентов.
3.5 Радиус соты.

Рис. 20 Радиус соты
В разделе 1.4.2 у нас получилась нагрузка 59.6 Эрл, она эквивалентна 60 одновременно разговаривающих абонентов (Nод = 1000 чел.). Радиус соты полученная из приложения «Google earth» равняется Rc = 100 метров. Занимаемая площадь составляет Sс = 31477 кв м.
3.6 Расчет бюджетной мощности радиолинии.
Мощность сигнала на входе приемника рассчитывается следующим спосо-бом:
PRX (дБм) = PTX (дБм) + GTX (дБ) +GRX (дБ) – L (дБ).

Расчёт затухания сигнала:
В диапазоне 1600 - 2100 МГц расчеты ведут на модели COST 231 Хата [COST 231 TD (90) 119]. Для Среднего города и пригородного центра с умеренной плотностью посадки деревьев.
Затухания сигнала рассчитываем по следующей формуле
Lurban = 45,55 + 34,5 lgf – 13,82 lghBTS – (1,1 lgf – 0,7) hMS + (44,9 – 6,55 lghBTS) lgR = 100 ДБ
где:
f = 2100 Мгц
hbts = 15
hms = 2
R = 0.1 км

Выходная мощность мобильных терминалов
Выходные мощности мобильных терминалов UMTS регламентируются в TS 25.101:

Рис. 21 Выходные мощности передатчиков мобильных терминалов UMTS.

Наиболее распространены сейчас мобильные терминалы UMTS, соответствующие по выходной мощности 3-му классу. В переводе на более привычные единицы, выходная их мощность составляет 250 мВт (1/4 Ватта). v

Мощность сигнала на входе приемника: PRX (дБм) = PTX (дБм) + GTX (дБ) +GRX (дБ) – L (дБ) = 24 – 100 = - 76 дБм








Выводы по третий главе: Для обеспечения связи необходимо иметь маломощную базовую станцию со следующими параметрами:
 Суммарная мощность передачи - 2 Вт (33 дБм)
 2100 МГц FDD, другие диапазоны частот доступны по требованию
 Ширина канала: 20, МГц
 До 60 подключенных пользователей
 Потребление энергии — менее 50 Вт
 рабочий диапазон температур от -40 до +60 °C



















ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы
1. Бабаков В. Ю., Вознюк М. А., Михайлов П. А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. Учебное пособие для ВУЗов. – М: Горячая линия – Телеком, 2007.
2. Гольдштейн Б. С., Соколов Н. А., Яновский Г. Г. Сети связи: Учебник для ВУЗов. – СПб.: БХВ – Петербург, 2010.
3. Кааринен Х. Сети UMTS. Архитектура, мобильность, сервисы. – М.: Техносфера, 2007.
4. Печаткин А. В. Системы мобильной связи. Часть 1. – РГАТА, Рыбинск, 2008.
5. Девицына С. Н. Методическое указание по дипломному проектированию по специальностям: «Сети связи и системы коммуникаций». – Ижевск.: Изд-во ИжГТУ, 2006.
6. РД 45.162-2001. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования.
7. Harri Holma, Antti Toskala. LTE for UMTS. OFDMA and CS-FDMA Based Radio Access. – John Wiley Ltd, 2009.
8. www.mforum.ru – мобильный форум России.