Гельгор А.Л. Сотовые сети мобильной связи стандарта UMTS (2011)

Министерство образования и науки Российской Федерации________________САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ________________________________________________________Приоритетный национальный проект «Образование»Национальный исследовательский университетА.Л. ГЕЛЬГОРЕ.А. ПОПОВСОТОВЫЕ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИСТАНДАРТА UMTSРекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскомуполитехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовкиТехническая физикаСанкт-ПетербургИздательство политехнического университета2011УДК 621.396.93(075.8)ББК 32.84я73Г 32Рецензенты:Кафедра радиопередающих устройств и средств подвижной связи СПбГУТим.

проф. М.А. Бонч-Бруевича, зав. кафедрой д.т.н., профессор М. А. СиверсКафедра военных телекоммуникационных систем Военной академии связиим. С. М. Будённого, начальник кафедры к.в.н., проф. А. БоговикГельгор А.Л. Сотовые сети мобильной связи стандарта UMTS: учеб. пособие /Гельгор А.Л., Попов Е.А. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. — 227 с.Предлагаемое учебное пособие посвящено изучению сотовых сетей мобильнойсвязи стандарта UMTS — наиболее активно развивающихся телекоммуникационныхсистем третьего поколения, построенных на технологии множественного доступа с кодовым разделением.В пособии рассмотрены принципы построения архитектуры сети и организация вних сетевых услуг.

Изучается структура логических, транспортных и физических каналов и их взаимного отображения. Рассмотрены процедуры первичной обработки сигналов на физическом уровне.Учебное пособие рекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентоввысших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки “Техническаяфизика”.

Оно также может быть полезно студентам, обучающимся по направлениямподготовки “Радиотехника” “Инфокоммуникационные технологии и системы связи”.Работа выполнена в рамках реализации программы развития национальногоисследовательского университета “Модернизация и развитие политехническогоуниверситета как университета нового типа, интегрирующего мультидисциплинарныенаучные исследования и надотраслевые технологии мирового уровня с цельюповышения конкурентоспособности национальной экономики”Печатаетсяпорешениюредакционно-издательскогосоветаСанкт-Петербургского государственного политехнического университета.Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургскогогосударственного политехнического университета.© Гельгор А.Л., Попов Е.А., 2011© Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет, 2011ISBNОГЛАВЛЕНИЕВведение …………………………………………………………….1.

Основы построения сетей UMTS ……………………………….1.1. Принципы построения сети UMTS ……………………….1.2. Функции сети UMTS ………………………………………1.3. Принципы организации сетевых услуг …………………..1.4. Услуги слоя доступа1.5. Архитектура сети UMTS ………………………………….Вопросы и задания ..…………………………………………………2. Радиоинтерфейс сетей UMTS ……………………………………2.1.

Общее описание протоколов радиоинтерфейса …………2.2. Услуги и функции канального уровня …………………..2.3. Физический уровень радиоинтерфейса …………………2.3.1. Отображение транспортных каналов на физическиеканалы в FDD-режиме ………………………………………2.3.2. Отображение транспортных каналов на физическиеканалы в режиме 3,84M-TDD ……………………………….2.3.3. Отображение транспортных каналов на физическиеканалы в режиме 1,28M-TDD ………………………………2.3.4.

Отображение транспортных каналов на физическиеканалы в режиме 7,68M-TDD ………………………………Вопросы и задания… …………..……………………………………3. Формирование физических каналов …………………………….3.1. Кодированный композитный транспортный канал ……..3.1.1. Канальное кодирование ………………………………3.1.2. Конкатенация кодовых блоков и выравниваниеразмера кадра ………………………………………………3.1.3.

Выравнивание скоростей передачи данных …………3.1.4. Первичная вставка бит индикации режимапрерывистой передачи ………………………………………3.1.5. Первичное перемежение и сегментация по кадрам ..51010172332405051515683889910511011511611812213013115215333.1.6. Мультиплексирование транспортных каналов,вторичная вставка бит индикации режима прерывистойпередачи ………………………………………………………3.1.7. Сегментация по физическим каналам, вторичноеперемежение ………………………………………………….3.2. Типы кодированных композитных каналов ……………3.3.

Мультиплексирование транспортных каналов …………..3.4. Отображение на физические каналы ……………………..3.4.1. Восходящие физические каналы ……………………..3.4.2. Нисходящие физические каналы …………………….3.5. Примеры формирования физических каналов …………3.6. Формирование сигналов в системе UMTS3.6.1. Формирование сигналов восходящих каналов ……3.6.2. Формирование сигнала нисходящего канала ………..3.7. Первичная обработка сигналов сети UMTS ……………Вопросы и задания… …………..……………………………………Библиографический списокПриложение ………………………………………………………….4155156158162164165172180186193203207220221222ВВЕДЕНИЕВ настоящее время всё большее распространение в мире получают телекоммуникационные системы и сети третьего поколения (3G),функционирующие на основе множественного абонентского доступас кодовым разделением каналов.

Их сравнительная эффективность поотношению к существующим системам второго поколения, таких,как, например, GSM, DAMPS и др., обуславливают перспективностьиспользования и в настоящее время, и в ближайшее будущее. То, чтобольшая часть рынка связных услуг по-прежнему опирается на традиционныеGSM-технологиивызвано,скорее,политикоэкономическими причинами, когда сетевые операторы не желаютрасставаться с чётко отработанными технологиями предоставленияпользовательских услуг.Тем не менее, за прошедшие 3–5 лет произошли качественныеизменения в политиках, проводимых сетевыми операторами, поскольку стало понятно, что даже усовершенствованные GSM-сети(при внедрении технологий GPRS, EDGE, AMR и др.) [2, 7] не в состоянии конкурировать с более прогрессивными технологиями 3G.Понимание этого вынудило операторов привлекать существенные ресурсы для внедрения нового оборудования.

При этом, на первом этапе, по-видимому, главной задачей являлось (и является) возможностьсовместного функционирования различных по своей природе системв рамках единой телекоммуникационной системы третьего поколения, позиционируемой в качестве универсальной телекоммуникационной системы (UMTS – Universal Mobile Telecommunications System)и выработка на её основе единых стандартов.Отметим, что движение к стандартам третьего поколения оказалось не таким уж лёгким.

Слепая вера операторов в перспективы будущих сетей без оглядки на реалии сегодняшнего дня заставила многих забыть о благоразумии, что повлекло за собой привлечение больших ресурсов в первые, далеко не совершенные стандарты третьего5поколения (в частности, они были несовместимы с GSM).

В ряде европейских стран только за лицензии на такие стандарты были заплачены десятки миллиардов долларов и евро, в то время как реальныйспрос на соответствующие услуги оказался на порядок меньше. В настоящее время политика сетевых операторов в области модернизациисвоих сетей является гораздо более осторожной и благоразумной.Предлагаемое учебное пособие посвящено современным сетямсотовой мобильной связи стандарта UMTS. В пособии рассмотреныпринципы построения архитектуры сети и организация в них сетевыхуслуг.

Изучается структура логических, транспортных и физическихканалов и их взаимного отображения.Основная часть пособия состоит из трёх глав.В первой главе рассматриваются основные принципы построениясетей третьего поколения, их архитектура, вводятся базовые понятия,имеющие отношение как к самим сетям, так и к предоставляемым услугам. Существенное внимание уделено принципам организации сетевых услуг, когда обмен данными между пользователем и провайдером конструируется на базе сетевых примитивов, используемых вразличных моделях внутрисетевого взаимодействия.Вторая глава посвящена изучению принципов функционированияпротоколов радиоинтерфейса сетей UMTS, обеспечивающих физическую передачу пользовательских данных между различными ПТ, атакже обмен служебной информацией между ПТ и функциональнымиузлами сети. Рассматривается совокупность логических, транспортных, физических каналов и их взаимное отображение в разных режимах на различных (под)уровнях.В третьей главе описаны процедуры формирования кодированного композитного транспортного канала, представляющего собой результат мультиплексирования транспортных каналов одинаковойприроды; описывается процедура отображения композитных каналовна физические каналы, приведены ограничения, накладываемые на6процедуры формирования и отображения, а также приведены примеры кодирования некоторых транспортных каналов.Предваряя основную часть книги, целесообразно сделать ряд замечаний и пояснений, касающихся как существа излагаемых вопросов, так и особенностей самого пособия.Прежде всего, необходимо отметить некоторую условность понятия “стандарт UMTS”.

В отличие от многих телекоммуникационныхсистем, для которых спецификации (даже если их достаточно большое количество) имеют чётко выраженные “перечислимость и предназначенность”, техническая документация на систему UMTS представляет собой коллосальное количество разнообразных документов,разрабатываемых в рамках международного консорциума 3GPP (3rdGeneration Partnership Project) и открыто публикуемых на страницахвсемирного форума www.3gpp.net. Такие документы сгруппированы всоответствующие серии по признаку общности какого-либо аспекта.Например, в серии 25 собраны нормативные документы, касающиесярадиотехнических аспектов построения сетей UMTS (методы модуляции, кодирования, множественного доступа, излучения, управлениямощностью, организация физических каналов и др.).В этой связи авторам представляется нецелесообразным традиционный подход к использованию в тексте ссылок на нормативныедокументы, когда они представлены в библиографическом списке;вместо этого лучше прямо в тексте указывать номер соответствующейспецификации, полагая, что читатель активно работает с общим хранилищем технических документов, представленными на вышеуказанном форуме.Далее, при написании предлагаемого учебного пособия авторыруководствовались идеей помочь студенту или инженеру, проектирующему, например, устройство обработки и анализа сигналовUMTS, разобраться в существе исследуемых проблем.

Исходя из этойидеи, целью следует считать написание такого пособия, в котором быпоследовательно изучались все процедуры обработки: от приёма вы-7сокочастотных сигналов до представления дешифрованного пользовательского трафика. Однако в такой формулировке цель, повидимому, практически недостижима, поскольку требует весьма существенного “печатного текста”, далеко выходящего за рамки одногоучебного пособия, так и привлечения большого числа разнообразныхметодов, относящихся к различным техническим направлениям. Достаточно сказать, что полноценный логический анализ связанных канальных структур требует знания такой специфической технологиипрограммирования, как ASN.1.