Как было сказано, европейский стандарт 3-го поколения UMTS развертывают поверх действующих сетей GSM. Структура интегрированной сети приведена на рис. 3.1. К существующей в GSM подсистеме пользовательских услуг и коммутации, которая включает как коммутаторы каналов MSC/VLR, GMSC, так и коммутаторы пакетов SGSN, GGSN, и образует ядро сети CN (Core Network), подключены как действующие подсети базовых станций GSM BSS, так и наложенные на них новые сети радиодоступа UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).
Рис. 3.1. Архитектура интегральной сети UMTS и GSM
Сети UTRAN могут использовать две взаимоувязанные технологии радиодоступа с кодовым разделением UTRA-FDD и UTRA-TDD. В состав UTRAN входят контроллеры RNC (Radio Network Controller) и узлы базовых станций (Node B), каждый из которых может состоять из одной (в несекторизованных сотах) или 3-х (в секторизованных сотах) BTS. В MS (UE – User Equipment), работающую в совмещенной сети GSM/UMTS, вставляют USIM (Universal SIM-карту). Как и в GSM, в USIM записаны индивидуальный номер абонента IMSI (International Mobile Subscriber Identity) и временные номера TMSI (Temporary MSI), P-TMSI (Packet –TMSI), присваиваемые абоненту на время сеанса связи.
В ядре сети с коммутируемыми каналами MSC/VLR и GMSC выполняют на основе медийных шлюзов (MGW – Media Gateway), позволяющих коммутировать потоки данных со скоростями, ограниченными пропускной способностью внешних интерфейсов.
Базовый вариант на основе технологии UTRA-FDD (W-CDMA) предусматривает передачу информации с чиповой скоростью 3,84 Мчип/с в полосе 5 МГц при дуплексном разносе сигналов двух направлений 90 МГц. При этом в направлении UE Þ Node B передачу ведут на частотах 1920 - 1980 МГц, а в обратном направлении Node B Þ UE на частотах 2110 - 2170 МГц.
При передаче информации по выделенным каналам в направлении вверх UE Þ Node B возможные скорости передачи приведены в табл. 3.1, а в направлении вниз Node B Þ UE в табл. 3.2.
Таблица 3.1
| Коэфф. расширения cпектра SF | Скорость передачи абонентских данных при канальном кодировании с R =1/2 (кбит/с, ориентир.) |
| 7,5 | |
| 4 при 6 каналах параллельно |
Таблица 3.2
| Коэфф. расширения спектраSF | Макс. скорость передачи абонентских данных при канальном кодировании с R =1/2 (кбит/с, ориентир.) |
| 1 – 3 | |
| 6 – 12 | |
| 20 – 24 | |
| 4, при 3 каналах паралл. |
В спецификациях UMTS для основного диапазона частот установлены следующие уровни максимальной мощности передатчиков UE (в дБм) (табл. 3.3).
Таблица 3 3.
| Диапазон | Класс мощности | |||
| Основной |
Рабочие диапазоны стандарта UTRA-FDD приведены в табл.3.4. Сетка несущих частот в UTRAN равна 200 кГц. Каждый канал имеет номера “вверх” и “вниз”. Кроме этого в ряде диапазонов (не в I и не в III) установлено ограниченное число дополнительных каналов, смещенных относительно стандартной сетки на 100 кГц.
Таблица 3.4
| Рабочая полоса | Вверх UE передает, NodeB принимает | Вниз UE принимает, Node B передает |
| I | 1920 - 1980 МГц | 2110 -2170 МГц |
| II | 1850 -1910 МГц | 1930 -1990 МГц |
| III | 1710-1785 МГц | 1805-1880 МГц |
| IV | 1710-1755 МГц | 2110-2155 МГц |
| V | 824 - 849 МГц | 869-894 МГц |
| VI | 830-840 МГц | 875-885 МГц |
| VII | 2500-2570 МГц | 2620-2690 МГц |
| VIII | 880 - 915 МГц | 925 - 960 МГц |
| IX | 1749.9-1784.9 МГц | 1844.9-1879.9 МГц |
| X | 1710-1770 МГц | 2110-2170 МГц |
| XI | 1427.9 - 1447.9 МГц | 1475.9 - 1495.9 МГц |
| XII | 699 – 716 МГц | 729 – 746 МГц |
| XIII | 777 - 787 МГц | 746 - 756 МГц |
| XIV | 788 – 798 МГц | 758 – 768 МГц |
| XV | Резерв | Резерв |
| XVI | Резерв | Резерв |
| XVII | Резерв | Резерв |
| XVIII | Резерв | Резерв |
| XIX | 830 – 845МГц | 875 – 890 МГц |
| XX | 832 – 862 МГц | 791 – 821 МГц |
| XXI | 1447.9 – 1462.9 МГц | 1495.9 – 1510.9 МГц |
| XXII | 3410 – 3490 МГц | 3510 – 3590 МГц |
| XXV | 1850 – 1915 МГц | 1930 – 1995 МГц |
| XXVI | 814 – 849 МГц | 859 – 894 МГц |
Для высокоскоростной пакетной передачи данных “вниз” в UTRAN применяют технологию HSDPA – High Speed Downlink Packet Access. Для этого на одной частоте организуют каналы с коэффициентом расширения спектра SF = 16 и адаптивной модуляцией и кодированием. Из 16 теоретических каналов один оставляют для передачи пилотного сигнала, сигналов синхронизации и системного управления, а остальные используют под трафик. Передачу ведут 2 мс короткими пакетами, выбирая скорость передачи и число одновременно предоставляемых одному абоненту каналов по информации, получаемой с UE.
Рис. 3.3 Организация каналов в HSDPA.
В табл. 3.5 приведены скорости передачи для 5 основных вариантов транспортных форматов TFRC – Transport Format and Resource Combination. Если условия приема благоприятны, то одному пользователю могут быть выделено до 5 или далее до 15 мультикодов, что позволяет достичь скорости передачи данных более 10 Мбит/с. Передача с минимальной скоростью и 1 канале при TFRC = 1 возможна при отношении сигнал/помеха < 1 дБ. При использовании 1 канала и TFRC = 5 требуется защитное отношение больше 10 дБ, а при выделение 15 каналов при TFRC = 5 целесообразно при защитном отношении более 20 дБ.
Таблица 3.5
| TFRC | Модуляция | Эфф. скорость кода | Скорость данных (1 код) | Скорость данных (5 кодов) | Скорость данных (15 кодов) |
| 4-ФМ | 1/4 | 119 кбит/с | 0.6 Мбит/с | 1.8 Мбит/с | |
| 4-ФМ | 1/2 | 237 кбит/с | 1.2 Мбит/с | 3.6 Мбит/с | |
| 4-ФМ | 3/4 | 356 кбит/с | 1.8 Мбит/с | 5.3 Мбит/с | |
| 16 КАМ | 1/2 | 477 кбит/с | 2.4 Мбит/с | 7.2 Мбит/с | |
| 16 КАМ | 3/4 | 712 кбит/с | 3.6 Мбит/с | 10.8 Мбит/с |
Начиная с Rel.7, в каналах с высоким отношением сигнал/помеха также используют модуляцию 64-КАМ.
Выбор формата передачи в реальном времени осуществляет базовая станция, для чего в ней устанавливают специализированное программное обеспечение – планировщик. Каждая мобильная станция, принимающая сигналы HSDPA, постоянно измеряет отношение сигнал/помеха на входе своего приемника и каждые 2 мс передает на NodeB информацию о формате, в котором она готова принять сигнал (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Адаптивное управление изменением скорости передачи
Планировщик на базовой станции предоставляет каналы разным UE, руководствуясь пропорционально-справедливым алгоритмом выделения канального ресурса.
В 2012г. завершено формирование Rel.11 спецификаций стандарта UTRA-FDD. Категории мобильных терминалов, используемые технологии и скорости передачи данных в режиме HSDPA Rel.11 приведены в табл. 3.6.
Таблица 3.6
