Оборудование для сотовой связи. Обзор оборудования, возможности. Интеграции с сетями передачи данных

    В декабре 2010 года ZTE выпустила брендированный планшетный компьютер Билайн М2, для российского сотового оператора ОАО "ВымпелКом" (марка "Билайн"), разработанный на базе собственного устройства компании ZTE Light.

    Появились подробности о российском "аналоге  iPhone 4" с поддержкой ГЛОНАСС и GPS, который показал Владимиру Путину глава АФК "Система" Владимир Евтушенков. Как оказалось, модель будет продаваться на российском рынке как МТС Glonass 945. Об этом сообщили изданию CNews в МТС. За основу взят смартфон ZTE VF945 от китайской компании ZTE.[9] 

    3.2 Оборудование базовых станций 

    Базовая станция (БС, англ. Base Transceiver Station, BTS) включает в себя приёмо-передающие антенные устройства, оборудование для ретрансляции радиосигнала (Трансивер), блоки шифрования данных. БС обслуживает отдельный участок сети с помощью нескольких нацеленных в различные участки сектора трансиверов (TRX), осуществляющих вещание на разных частотах. Руководит работой БС Контроллер Базовой Станции (КБС, англ. Base Station Controller, BSC) посредством функционального блока управления базовой станцией (англ. Base Station Control Function, BCF), который может быть выполнен как отдельный элемент, или же как составная часть трансивера. Этот блок связан посредством служб управления и эксплуатации (англ. Operations and Maintenance, O&M) с системой управления сети (англ. Network Management System, NMS), и контролирует состояние каждого трансивера с помощью библиотеки команд.

    Сумма функций БС зависит от набора технологий, закладываемых производителем. Минимальным  набором является приём сигнала  мобильного терминала из воздушной  среды распространения сигнала, его конвертирование в формат среды распространения сигнала  Abis, в которой базируется технология временного разделения каналов TDMA, и последующая маршрутизация полученных данных по направлению к Контроллеру БС. Кроме того, дополнительные функции БС могут подвергать данные предварительной обработке, генерировать отчёты и равномерно распределять нагрузку на системные компоненты. Преимущество этого метода заключается в экономии ценного пространства среды распространения сигнала Abis.

    Базовые станции оснащены оборудованием, способным  модулировать сигналы физического  уровня среды передачи информации; поколение 2G+ сотовых сетей использует в своей работе типовую модуляцию GMSK, функции в сетях EDGE требуют  осуществления дополнительных модуляций  по алгоритму 8-PSK.

    Антенные  сумматоры, комбинаторы направляют нагрузку на одну антенну от нескольких отдельных трансиверов, при этом степень сжатия зависит от комбинируемого числа. Один сумматор может поддерживать до восьми трансиверов.

    Использование чередования несущей частоты, FHSS часто применяется для повышения  производительности базовых станций  и ёмкости сети; метод подразумевает  собой ускоренное чередование нагрузки между несколькими трансиверами. Между трансиверами и мобильными терминалами сектора идёт обмен  различными последовательностями, и  их быстрое чередование позволяет  осуществлять постоянное нахождение в  одном секторе мобильных терминалов, использующих разную несущую.

    Принципы  работы трансиверов построены в  соответствии со стандартами технологии GSM, которые подразумевают использование  восьми временных каналов TDMA. Трансиверы могут увеличить нагрузку на эту  ёмкость путём вещания дополнительных услуг БС, которые позволяют мобильным  терминалам идентифицировать сеть и  получать туда доступ. Этот служебный  трафик передаётся по каналу BCCH (Broadcast Control Channel).[2] 

    3.2.1 Подсистема базовых станций (BSS) 

    Подсистема  Базовых Станций (ПБС, англ. Base Station Subsystem, BSS) - один из основных элементов системы подвижной радиотелефонной связи, ответственный за передачу голосового и сигнального трафика между мобильным терминалом абонента и подсистемой сети и коммутации, GSM core network. ПБС занимается кодировкой голосовых каналов, назначением радиоканалов телефонным терминалам, функциями пэйджинга, контролем качества передачи данных, осуществляет приём и передачу сигналов в воздушной среде и выполняет множество других задач, связанных с функционированием сети.[2] 
 

    3.2.2 Контроллер базовых станций (BSC) 

    Контроллер  базовых станций (КБС, англ. Base Station Controller, BSC) служит для управления и обмена данными группы базовых станций, при этом число элементов группы может варьироваться от 10 до 100. Этот блок руководит процессом назначения радиоканалов, принимает контрольную информацию от телефонных терминалов, контролирует процесс передачи данных от одной БС до другой (в случае, если обе БС подчиняются данному контроллеру, соединения с БС других контроллеров осуществляет подсистема сети и коммутации MSC. Ключевой функцией контроллера является концентрация: преобразование различных потоков низкой ёмкости (и относительно низким сжатием) из базовых станций в гораздо меньшие по объёму схожие цифровые потоки путём большего сжатия данных, и направить их в подсистему сети и коммутации MSC. В конечном итоге, типовая структура сотовой сети представляет собой распределённую сеть контроллеров БС, окружённых базовыми станциями и объединённых в крупные сайты под контролем коммутаторов MSC.

    Несомненно, что функции контроллера нельзя свести только к управлению базовыми станциями. Развитие технологий позволяет  разработчикам оборудования превращать этот элемент в полноценный коммутационный центр, связанный посредством системы  сигнализации ОКС № 7 с центром  коммутации сотовой подвижной связи, а для соединения с Интернет –  с подсистемой GPRS. Функция обмена данными с Подсистемой Поддержки (Operation Support Subsystem, OSS) делает этот элемент незаменимым при осуществлении мониторинга состояния сети.

    Большинство контроллеров, построенных с использованием архитектуры распределения вычислений, позволяющей сохранять устойчивость при большом количестве некорректно  работающих элементов, гарантируют  работоспособность порой в самых  критических условиях.

    База  данных обо всех сайтах сети, информация о рабочих частотах, списки переменных несущих, уровни мощности оборудования, карта охвата территории – всё  это хранится в памяти контроллера  базовых станций. Эта информация является незаменимой при планировании, строительстве и эксплуатации сети, помогая контролировать уровень распространения сигнала и передачу трафика.[2] 
 

    3.2.3 Транскодер (Transcoder) 

    Несмотря  на то, что транскодирование (уплотнение и обратное разуплотнение потока данных) является типовой функцией контроллера, некоторые производители коммуникационного оборудование предлагают это решение в качестве отдельного элемента сети со своим собственным интерфейсом. Более функциональную модель этого блока можно встретить под названием TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit). Его функция заключается в конвертировании голосовых данных между форматами GSM (RPE-LPC) и более ранним PCM (рекомендация Консультативного комитета по связи и телеграфии под номером G.711). Скорость одного потока в этих форматах различна (для PCM это 64 кбит/с, для GSM – 13 кбит/с), потому этот элемент сети также выполняет функцию задержки, что позволяет производить перекодировку восьмибитных пакетов PCM в блоки GSM длительностью в 20 мс, сжимать голосовые каналы из 64 килобитных, распространяющихся по каналам связи, в 13 килобитные, которые можно передавать через воздушную среду. Некоторые сети используют сжатие 32 кбит/с по технологии ADPCM вместо 32 килобитной PCM, и в данном случае TRAU также выполняет конвертирование.

    Так или иначе, в архитектуре таких  производителей телекоммуникационного  оборудования как Siemens и Nokia, транскодер является отдельно опознаваемой независимой подсистемой, которая может быть легко интегрирована с ЦК СПС, а Ericsson в некоторых своих решениях делает эти элементы даже более взаимосвязанными, чем ЦК СПС и КБС: это позволяет снизить объём служебного трафика.[2] 

    3.2.4 Блок управления пакетами (Packet Control Unit) 

    Блок  управления пакетами (англ. Packet Control Unit, PCU) является более поздним добавлением в стандарт GSM. Он выполняет часть функций, схожих с задачами контролера базовых станций, но для сети передачи данных. Распределение каналов между передачей данных и голосовыми данными относится к компетенции базовых станций, но как только канал передачи данных назначен – он переходит под контроль PCU.

    Этот  блок может размещаться как на площади базовой станции, так  и внутри КБС, в настоящий момент имеются решения с размещением  этого блока в пределах подсистемы управления GPRS.[2] 

    4 Интеграции с сетями передачи данных 

    В эру технического прогресса, в XXI веке, когда роботы, сконструированные  в Словении, умеют попрошайничать, компьютерные мышки - вести переговоры через Skype, а фотоаппараты оснащены сенсорным управлением, сотовая связь просто обязана соответствовать темпу времени. Потому что нет ничего важнее, чем общение: широко распространённые протоколы «болталок» вроде ICQ, Yahoo или MSN - лучшее тому подтверждение. Популярность сетевых дневников - ещё один аргумент «за». Современный человек предпочитает связываться с миром виртуально, потому что только так на всё хватает времени - и с начальником план работы обсудить, и с друзьями о встрече договориться, и даже новые обои в кухню заказать. Однако есть и другая сторона медали. Полноценным такое общение назвать никак нельзя: стоит только вовремя не заплатить за доступ в Интернет, мобильный телефон или, к примеру, уехать за границу, как вы становитесь отрезанным от мира. Ведь не каждый оператор может предложить широкую зону покрытия и международный роуминг без хлопот и забот, что уж говорить о предоставлении услуги мобильного Интернета. Поэтому всё чаще и чаще разговоры, посвящённые развитию сотовой связи, ведутся о так называемых сетях третьего поколения 3G (3rd Generation). Третье поколение мобильной связи дает весьма обширные возможности: видеотелефоны, видеоконференции, видеопочту, высокоскоростной доступ в Интернет (до 2 Мбит/с), удалённую медицинскую диагностику, автомобильную навигацию - и всё это в вашем мобильнике.[11]

    Для обеспечения сервисов пакетной передачи существует расширение GSM Core, известное как GPRS Core Network. Это позволяет мобильным телефонам получать доступ к таким сервисам, как WAP, MMS, Internet и передача видео.

    Все современные мобильные телефоны имеют поддержку как пакетной передачи, так и коммутации каналов, так как большинство операторов поддерживают GPRS в дополнение к стандартным сервисам GSM.

    GPRS Core Network — это централизованная часть подсистемы GPRS, которая также обеспечивает поддержку UMTS 3G сетей.

    UMTS (англ. Universal Mobile Telecommunications System — Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система) — технология сотовой связи, разработана Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G в Европе. В качестве способа передачи данных через воздушное пространство используется технология W-CDMA, стандартизованный в соответствии с проектом 3GPP ответ европейских учёных и производителей на требование IMT-2000, опубликованное Международным союзом электросвязи как набор минимальных критериев сети сотовой связи третьего поколения. 

    4.1 Возможности UMTS 

    UMTS, используя разработки W-CDMA, позволяет  поддерживать скорость передачи  информации на теоретическом  уровне до 21 Мбит в сек. (при использовании HSPA+). В настоящий момент самыми высокими скоростями считаются 384 Кбит/сек для мобильных станций технологии R99 и 7,2 Мбит/сек для станций HSDPA в режиме передачи данных от базовой станции к мобильному терминалу. Это является скачком по сравнению со значением в 9,6 Кбит/сек при передаче данных по каналу GSM, или использованием в соответствии с технологией HSCSD нескольких каналов 9,6 Кбит/сек (при этом максимально достигаемая скорость — 14,4 Кбит/сек в CDMAOne), и, наряду с другими технологиями беспроводной передачи данных (CDMA2000, PHS, WLAN) позволяет получить доступ к Всемирной Паутине и другим сервисам посредством использования мобильных станций.

    Предшествующее  поколению 3G второе поколение мобильной  связи включает в себя такие технологии как GSM, IS-95, PHS, используемый в Японии PDC и некоторые другие, принятые на вооружение в самых разных странах. Эволюционным этапом на этом пути развития телекоммуникаций является поколение «2,5G», обозначающее применение на сетях технологии GPRS. Теоретически скорость передачи данных с GPRS может составлять максимально 171,2 Кбит/сек, но на практике она колеблется в пределах 56 Кбит/сек, что тем не менее повышает привлекательность технологии, основанной на пакетной коммутации по сравнению с более медленными в передаче данных способах, основанных на коммутации каналов. GPRS применена на многих сотовых сетях стандарта GSM, а следующий этап в этой технологии — EDGE, использующий более сложные схемы кодирования информации — позволяет поднять скорость передачи данных до 473,6 Кбит/с в теории и до 180 Кбит/сек на практике. Сети, развёрнутые с применением EDGE, относят к поколению «2,75G». Улучшенный GPRS это и есть EDGE. GSM/EDGE составляют однин из уровней доступа 3G/UMTS - GERAN.