В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В последние несколько лет доминирующим и значимым на рынке мобильной связи стало внедрение технологии LTE (Long Term Evolution). Пик запуска новых сетей LTE пришелся на 2012 г., в течение которого их количество увеличилось почти втрое. Однако это не означает, что развитию сетей третьего поколения 3G (UMTS/HSPA) не уделяется сегодня должного внимания как со стороны органов стандартизации, так и со стороны операторов связи. Реальная динамика развития сетей 3G говорит о том, что эти сети далеко не исчерпали свой потенциал и будут развиваться наряду с сетями LTE.
В статье рассматриваются ключевые факторы, обеспечивающие условия для устойчивого развития сетей 3G на мировом рынке в ближайшей перспективе.
По экспертным оценкам (рис. 1), нынешнее состояние технологий сотовой связи характеризуется ярко выраженным превосходством стандартов GSM (66%) и 3G/UMTS/HSPA (21%) [16]. На этом фоне доля новых коммерческих сетей LTE составляет пока около 3%.
Ожидается, что через пять лет, к концу 2018 г., это соотношение должно измениться преимущественно в пользу 3G/UMTS/HSPA (51%) и LTE (16%).
По данным компании ABIresearch, основной прирост абонентов будет наблюдаться в этот период за счет этих сетей (рис. 2: 3,5G – UMTS/HSPA, 4G – LTE).
По сделанным ранее прогнозам, жизненные циклы разных технологий сотовой связи во временной шкале должны эволюционировать, как показано на рис. 3.
Все приведенные факты по мировому рынку сотовой связи свидетельствуют о том, что сети 3G развиваются и продолжат развиваться в течение ближайших десяти лет, несмотря на то, что единичные страны (к примеру, Норвегия) хотят уже сейчас отказаться от сетей этого стандарта в пользу LTE. Реальная динамика развития сетей 3G говорит о том, что технологии UMTS/HSPA еще не исчерпали свой потенциал, они получают новое развитие в стандартах 3GPP.
Табл. 1 характеризует эволюцию стандартов 3GPP на технологии третьего поколения UMTS/HSPA/HSPA+. Здесь показана совокупность таких ключевых решений, как увеличение порядка модуляции до 64 QAM, агрегирование спектра в пределах одной общей полосы DC (Dual Carrier) или разных DB (Dual Band) полос/диапазонов частот, применение технологии многоэлементных антенных систем MIMO (Multiple Input Multiple Output) [1–3].
Перечисленные решения реализуются как в базовых станциях для передачи в направлении DL (Downlink), так и в абонентских устройствах для передачи в восходящем направлении UL (Uplink). Конфигурации этих решений могут позволить достичь пиковой (теоретической) скорости передачи данных 336 Мбит/с, близкой к скорости передачи в сетях LTE (326 Мбит/с).
Общий радиочастотный ресурс для сетей 3G в разных регионах мира показан в табл. 2 в виде перечня полос радиочастот, идентифицированных на международной основе [1].
При этом в качестве основной ("корневой") полосы частот для сетей UMTS/HSPA/HSPA+ определена парная дуплексная полоса I (1920–1980/2110– 2170 МГц). Однако особенность использования радиочастотного ресурса для этих сетей состоит в том, что в отношении отдельных полос могут применяться процедуры рефарминга и технологической нейтральности, в результате которых эти полосы могут быть использованы в сетях 3G совместно с другими технологиями GSM, LTE,WiMAX (полосы III-1800 МГц, VII-2600 МГц и VIII-900 МГц). Эти процедуры открывают возможность для расширения и гибкого использования радиочастотного ресурса для сетей 3G.
Нормативная основа для указанных процедур в рамках европейской организации СЕРТ содержится в проекте WAPECS (Wireless Access Policy for Electronic Communications), общие принципы и условия которого изложены в Отчете СЕРТ Report 19 [7]. Согласно отчету, необходимый уровень гибкости WAPECS должен достигаться за счет обеспечения технических требований по условиям использования радиочастот, максимально не зависящих от конкретных видов технологий (технологическая нейтральность). Условия совмещения разных технологий в перечисленных выше полосах частот детально исследованы и изложены в ряде решений и отчетов СЕРТ [4–5, 6, 8].
В интересах технологической нейтральности в России диапазон частот GSM900 определен решением Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) для использования и в сетях UMTS/HSPA/HSPA+ [9].
Главная положительная особенность более поздних версий систем UMTS/HSPA+ – возможность агрегированного использования нескольких несущих частот (рис. 4 и 5), позволяющего значительно повысить пропускную способность сетей, как было показано ранее.
Ниже показаны возможные конфигурации агрегированного использования несущих частот в этих системах [10–12, 15].
Конфигурации DB-DC-HSDPA
В табл. 3 приведены стандартизованные 3GPP-конфигурации агрегирования несущих частот DB-DC-HSDPA в направлении Downlink, когда агрегируются две радиочастоты из разных полос (диапазонов) частот.
Конфигурации 4C-HSDPA для разных полос частот
В табл. 4 показаны стандартизованные 3GPP-конфигурации агрегирования в направлении Downlink до четырех несущих частот из разных полос, в каждой из которых агрегируемые несущие являются смежными частотами.
Конфигурации 4C-HSDPA в общей полосе с несмежными несущими частотами
В табл. 5 показаны стандартизованные 3GPP-конфигурации агрегирования в направлении Downlink до четырех несущих частот в общей полосе, когда несущие частоты не являются смежными и разделены некоторой защитной полосой.
Конфигурация 8C-HSDPA в общей полосе частот
В табл. 6 показана стандартизованная 3GPP-конфигурация агрегирования в направлении Downlink восьми несущих частот в общей полосе.
Кроме перечисленных конфигураций, в стандартах 3GPP разрабатываются и решения по агрегированному использованию спектра в рамках комплексированной (агрегированной) системы с разными технологиями. Наиболее приоритетный сценарий такого агрегирования показан на рис. 6.
Относясь к классу систем множественного доступа с кодовым разделением каналов, системы 3G не избавлены от наличия внутрисистемных помех как от пользовательских каналов в собственной соте, так и создаваемых смежными сотами. Первый тип помех обусловлен совокупной мощностью всех пользовательских каналов собственной соты, излучаемой в общей полосе частот. Помехи от смежных сот аналогичны по происхождению и обусловлены отсутствием повторного использования частот в сетях 3G/UMTS. Указанные помехи приводят к снижению скорости передачи данных в сети. Заметим, что в системах LTE для снижения таких помех введены специальные механизмы [10].
При расчетах уровень внутрисистемных помех от смежных сот принято характеризовать неким параметром i, который указывает на отношение мощностей в точке приема (рис. 7), где Pintra – полная мощность излучения в собственной соте; Pk inter – полная мощность излучения от k-й смежной соты.
Степень влияния этих помех зависит от целого ряда факторов. Главными из них являются удаление от базовой станции (приближение к границе смежных сот), количество секторов в сотах, а также наклон антенн базовых станций. Значения параметра i для перечисленных условий приведены в табл. 7 и 8 [10, 14].
Учитывая особенности радиоинтерфейса UMTS, можно предложить несколько способов снижения уровня помех от смежных сот. Такими способами могут быть:
На рис. 8 и 9 представлены результаты расчетов, позволяющие оценить, как изменяется помеховое влияние соседних сот (параметр i) при изменении количества секторов в соте, изменении их размера и наклона антенн [10, 14].
Приведенные зависимости показывают, что для снижения влияния смежных сот целесообразно использовать размеры секторов: 65 град. для 3-секторной соты и 33 град. для 4- и 6-секторных сот. При этом предпочтительными являются углы наклона антенн в пределах от 7 град. до 14 град.
Основная идея такого планирования была подробно рассмотрена в [13, 14] и кратко поясняется ниже.
Для агрегирования нескольких несущих частот из разных полос (DC/DB) в Районе 1 МСЭ определены два частотных диапазона: 2,1 ГГц и 900 МГц. Стоит заметить, что при традиционном частотном планировании в сети UMTS в каждом секторе назначаются одинаковые (общие) несущие частоты из одного из этих диапазонов.
При нетрадиционном подходе в каждом секторе соты назначаются разные частоты (f1, f2 и f3 на рис. 10), назовем их первичными (основными) частотами. На этих частотах обеспечивается полное покрытие соты, но из-за различия частот взаимодействие смежных сот на границах будет отсутствовать, то есть устраняется их помеховое влияние в сети.
Вторая (вторичная) частота f4 является общей во всех секторах и тем самым позволяет реализовать стандартные процедуры мягкого хэндовера и макроразнесений в сети, но ее наличие не вызывает влияния на смежные соты, поскольку для f4 планируется покрытие лишь в ближней и средней зоне соты, не достигая приграничной области. Последнее условие может выполняться за счет уменьшенной мощности передатчика базовой станции, наклона антенн и др. Такой метод частотного планирования можно назвать мультичастотным планированием.
При описанном методе мультичастотного планирования энергетические потери на краю рассматриваемой соты стали отсутствовать из-за исключения помех от смежных сот, а в ближней зоне (в зоне f4) вместо потерь наблюдается энергетический выигрыш (около 2 дБ) за счет мягкого хэндовера и макроразнесений [10, 14]. Этот положительный эффект благоприятно сказывается на скорости передачи данных, особенно на краю соты.
В [14] была оценена степень увеличения скорости передачи данных в сети UMTS при нестандартном методе частотного планирования. Оценки показали, что при описанной конфигурации этого метода с четырьмя частотами результирующую скорость передачи данных можно повысить теоретически на 50% (в 1,5 раза) по сравнению с традиционным методом 4DC-DB.
В [13] была оценена экономическая эффективность предложенного метода в виде удельной суммарной скорости передачи данных nR1 на единицу финансовых затрат C (nR1/C), где R1 – скорость передачи данных на одной несущей частоте при наличии влияния смежных сот (традиционный метод). На рис. 11 приведены сравнительные показатели двух методов частотного планирования в сети UMTS (традиционного одночастотного и нестандартного мультичастотного).
Приведенные показатели выражены относительно скорости передачи R1 (n раз), то есть отражают преимущества по отношению к традиционному методу.
Анализ состояния сетей 3G/UMTS/HSPA на рынке сотовой связи позволяет сделать вывод о том, что технологии 3G не исчерпали потенциал для своего дальнейшего развития и будут присутствовать на рынке еще в ближайшие пять и более лет.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #5, 2014
Посещений: 11835
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
