На пути к Третьему поколению мобильной мультимедиа-связи

Рис. 1. Прогнозируемый рост числа абонентов стационарной и мобильной телефонии, а также Интернета

В течение следующего десятилетия информационное сообщество будет вовлечено в развитие глобальной сетевой экономики, которая формируется под воздействием слияния компьютерных, телекоммуникационных и информационных отраслей. Сегодня мобильная связь сконцентрирована на передаче голоса, обеспечивая речевое общение в любом месте и в любое время. Однако персональная телефония быстро трансформируется в массовый рынок мультимедийных услуг и терминалов. Системы подвижной связи Третьего поколения (third-generation, 3G) будут уже не только средствами предоставления голосовой связи в любом месте и в любое время— они сделают постоянно доступными информационные услуги, в том числе посредством Интернет, сетей интранет и развлекательных каналов. Например, мобильный терминал Третьего поколения сможет работать и как видеокамера, с помощью которой абонент сможет послать электронные открытки и видеофрагменты. Пользователь сможет использовать свой терминал и как средство электронной коммерции. По сути абонент получит доступ к розничным торговым точкам, где он может забронировать билеты, осуществить банковские операции, заплатить за парковку, купить товары и пр. Подвижные сети Третьего поколения позволят также вести бизнес более гибко и эффективно. Мобильные мультимедийные услуги и портативные беспроводные решения для офиса упростят организацию виртуальных предприятий. В этой связи возрастет важность протоколов взаимодействия между устройствами для повышения безопасности и продуктивности работы.

Развитие рынка

Растущее число абонентов

Темпы роста числа абонентов, пользующихся традиционными стационарными средствами голосовой связи, начинают стабилизироваться, и эта тенденция в ближайшие годы будет устойчивой. С другой стороны, мы ожидаем заметного увеличения числа абонентов мобильной связи. По нашим оценкам, к 2003-2004 гг. их количество приблизится к одному миллиарду. Число пользователей сети Интернет также стремительно растет и, по нашим прогнозам, к 2004 г. достигнет примерно такого же показателя. Из них более 350 млн составят пользователи мобильного доступа к сети Интернет (рис. 1). Распространению мобильного доступа в Интернет будут способствовать разработка всемирных стандартов мобильной передачи данных для четырех основных систем сотовой связи (GSM, TDMA/136, PDC1 и CDMA/IS-95), растущие объемы продаж и короткий жизненный цикл мобильных терминалов (которых будет гораздо больше, чем персональных компьютеров).

Растущие объемы трафика

Трафик — это второй важный аспект развития. Суммарный объем трафика данных уже сейчас практически сравнялся с объемом голосового трафика во всех сетях общего пользования, а через пять лет он будет значительно превышать последний (рис. 2). Однако и голосовой трафик переживает подъем в сетях мобильной связи. По нашим прогнозам, к 2004 г. суммарный объем трафика в расчете на одного абонента удвоится или даже утроится, главным образом, за счет снижения тарифов.

Технические требования

Для успешной работы системы связи Третьего поколения должны предложить массовому рынку высококачественные, эффективные и простые в использовании беспроводные мультимедийные услуги. Такие системы должны обеспечивать:

Рис. 2. Прогнозируемое увеличение голосового трафика и потоков данных

• высокоскоростную передачу данных — как минимум, до 115 кбит/с (384 кбит/с) во всех беспроводных средах и до 2 Мбит/с в средах с ограниченной мобильностью и в помещениях;
• симметричную и асимметричную передачу данных;
• услуги с коммутацией пакетов и каналов, такие как Интернет-трафик и передача видеоизображения в режиме реального времени;
• качественную передачу голоса, сравнимую с предоставляемой стационарными линиями связи;
• увеличенную пропускную способность и более эффективное использование доступного спектра частот по сравнению с современными беспроводными системами второго поколения;
• одновременное предоставление нескольких услуг конечным пользователям мультимедийных сервисов;
• интеграцию с системами сотовой связи второго поколения, сосуществование и взаимодействие с системами мобильной спутниковой связи;
• роуминг, в том числе международный, между различными операторами IMT-20002;
• масштабируемость и открытый всемирный стандарт, отвечающий потребностям массового рынка.

Приложения и услуги

Рис. 3. Примеры пользовательских приложений Третьего поколения

В ближайшие годы службы, ориентированные на передачу данных, Интернет и интранет, будут адаптироваться к беспроводным сетям и станут доступны их абонентам. Следующие услуги и приложения отражают наиболее интересные возможности, которые открывают беспроводные системы Третьего поколения (рис. 3):

Полный спектр услуг — от передачи голоса по узкополосным каналам до услуг широкополосной связи для передачи мультимедийных данных в режиме реального времени. Ожидается, что передача голосового трафика останется основным источником доходов.

Поддержка высокоскоростной передачи пакетных данных, в том числе:

поиск информации и навигация в WWW;

доставка персонализированной, локализованной информации (новости, прогнозы погоды, пробки на дорогах, финансовые сведения) по информационным push-каналам;

удаленный доступ по беспроводным каналам в Интернет/интранет сети.

Рис. 4. Эволюция GSM до систем Третьего поколения

Услуги по обмену унифицированными сообщениями, например, мультимедийная электронная почта.

Аудио-/видеоприложения, работающие в режиме реального времени, такие как видеотелефоны, интерактивные видеоконференции, передача музыки, а также специализированные мультимедийные приложения для бизнеса, включая телемедицину и средства удаленного контроля систем безопасности.

Мобильные приложения для электронной коммерции:

банковские услуги;

покупки.

Мобильные офисные приложения:

интегрированные средства обмена мультимедийной информацией между пользователями, находящимися в разъездах и в офисе;

услуги систем профессиональной подвижной радиосвязи SMR/PMR;

доступ к сетям интранет.

Новые портативные карманные терминальные устройства будут также поддерживать эти мультимедийные приложения.

Эволюция стандартов мобильной радиосвязи

Рис. 5. Эволюция TDMA/136 до систем Третьего поколения

Усовершенствованный GSM

Над стандартом GSM ведется работа, направленная на улучшение обслуживания, увеличение емкости и области покрытия сетей, а также скорости передачи данных. Уже ведутся разработки по расширению функциональных возможностей сетей GSM (рис. 4):

• Рис. 6. Эволюция cdmaOne/cdma2000 до систем Третьего поколения

  Приложения CAMEL предоставят абонентам непрерывную поддержку услуг интеллектуальной сети (IN) при их роуминге в других сетях, в частности, путем создания виртуальной домашней среды (VHE) для абонентов-"визитеров". CAMEL уже прошел первый этап внедрения.
• В настоящее время развертывается несколько новых приложений с дополнительными услугами, включая GSM on the net — GSM в сети, GSM at the office — GSM в офисе, GSM Pro (функции SMR/PMR) и предварительно оплаченное подключение.
• Первые технологии увеличения скорости передачи данных, в том числе высокоскоростная передача данных с коммутацией пакетов (HSCSD), будут поддерживать скорость до 57,6 кбит/с, используя от одного до четырех временных слотов 14,4 кбит/с.
• GPRS — услуги пакетно-коммутируемой передачи, обеспечивающие полную мобильность и глобальное покрытие при скорости передачи данных до 115 кбит/с.
• При высокоскоростной передаче данных для эволюции систем GSM и TDMA/136 (EDGE) используются высокоскоростные режимы модуляции и соответствующие технологии, обеспечивающие увеличение скорости передачи данных до 384 кбит/с и выше. Полоса пропускания GSM (200 кГц) и структура TDMA и логических каналов, схемы и методы распределения частот остаются неизменными. Каналы и приемопередатчики, поддерживающие EDGE, будут работать в режиме GSM/GPRS или EDGE. Такое "мирное сосуществование" разных поколений в одной и той же сети позволит операторам развертывать технологию EDGE в любых существующих частотных диапазонах GSM: 900, 1800 и 1900 МГц.

Усовершенствованный TDMA/136

Стандарт TDMA/1363 также совершенствуется, чтобы обеспечить улучшение обслуживания, увеличение емкости и области покрытия сетей, а также повышение скорости передачи данных (рис. 5):

• Были проделаны многочисленные усовершенствования, в том числе интеграция сетей WIN, систем DWOS и услуг SMR/PMR.
• Предусмотрено два дополнительных этапа разработок по наращиванию скорости передачи данных. На первом этапе скорость передачи информации будет увеличена посредством более высокоскоростных режимов модуляции и достигнет ориентировочно 64 кбит/с. Аналогично GSM, в базовую сеть будут интегрированы и услуги GPRS. На втором этапе (EDGE) будет представлен новый радиоинтерфейс (такой же, как и для GSM/EDGE). При этом TDMA/136 будет обеспечивать скорость передачи данных до 384 кбит/с. Таким образом, операторы смогут предлагать услуги беспроводной связи Третьего поколения в любом из существующих частотных диапазонов TDMA — 850 и 1900 МГц. Впоследствии они также получат возможность подключаться к радиоинтерфейсу WCDMA .

Усовершенствованный CDMA/IS-95 сdmaOne4

Как и GSM с TDMA/136, сdmaOne также будет усовершенствован, чтобы обеспечить более широкий спектр услуг, высокое качество обслуживания, увеличение емкости и области покрытия сетей, а также повышение скорости передачи данных. В настоящее время, скорость передачи данных в рамках этого стандарта составляет 14,4 кбит/с, однако, появление cdma2000/1XRTT обеспечит передачу пакетных данных на скоростях от 9,6 до 144 кбит/с. В будущем, после введения стандарта широкополосного cdma2000 (CDMA с несколькими несущими и WCDMA-DS), скорость передачи данных увеличится до 2 Мбит/с (рис. 6).

WCDMA-DS 5

В Европе и Японии, а также во многих других регионах для стандартов Третьего поколения выделяется новый диапазон 2000 МГц. Сначала будет использоваться WCDMA-DS, который задействует широкополосные (5 МГц) каналы. Этот стандарт также может быть использован и в уже освоенных (400, 900 МГц и т.д.) частотных диапазонах мобильной связи, при условии, что в них будут выделены широкополосные (5 МГц) каналы.

Преобразование систем мобильной связи второго поколения в системы Третьего поколения

Доступ WCDMA-DS будет мирно сосуществовать с имеющимися технологиями и с преобразованным доступом GSM (GPRS/EDGE), а соответствующие двухрежимные мобильные терминалы будут поддерживать роуминг и эстафетную передачу (хэндовер) от одной системы к другой. На начальных стадиях внедрения WCDMA двухрежимные терминалы станут гарантией того, что абонентам будут доступны возможности роуминга и взаимодействия со всем миром GSM (рис. 7). Преобразованная базовая сеть GSM станет основой общей базовой сети GSM/UMTS, которая объединит GSM/GPRS/EDGE и UMTS/WCDMA-DS.

Стратегия миграции GSM/UMTS, включая создание двух- и многорежимных терминалов представляет собой общую стратегию перехода от систем второго поколения к системам Третьего поколения.

Мобильные мультимедийные сети

Рис. 7. Эволюция сетей и переход GSM на средства мобильной связи Третьего поколения с поддержкой мультимедийных возможностей (UMTS)

• сеть с коммутацией каналов обеспечивает обслуживание в масштабе реального времени;
• сеть с коммутацией пакетов обеспечивает наилучшее качество и возможность постоянного доступа.

Сети с коммутацией каналов и пакетов будут взаимодействовать друг с другом посредством шлюзов, обеспечивающих общее управление мобильной связью.

Для начала передача данных должна превратиться в развитую услугу беспроводной мобильной связи на основе коммутации каналов. Чтобы обеспечить ее эффективность в радио (беспроводных) и мобильных средах, необходимы специальные разработки и стандарты, такие как Mobitex, CDPD и GPRS. Вслед за этими технологиями появятся стандарты третьего поколения, в частности EDGE и WCDMA.

Протокол WAP, посредством которого мобильные пользователи получают доступ к различным Интернет-услугам, – один из примеров того, как технологии передачи данных могут быть адаптированы к беспроводным или мобильным средам. Это новое направление мобильной связи призвано предоставить доступ в Интернет с карманных мультимедийных устройств. Протокол WAP также является примером всеобъемлющего стандарта беспроводной связи с архитектурой клиент/сервер.

Второй основной задачей является подготовка сетей связи к предоставлению различных услуг посредством той же самой сетевой технологии. В процессе решения этой задачи должны быть преодолены многочисленные преграды, существующие в сетях общего доступа (транспортных сетях). Необходимо обеспечить эффективную доставку информации в режиме реального времени с гарантированным качеством обслуживания, а также необходимую степень надежности и безопасности. Сейчас этими проблемами занимаются различные организации, специализирующиеся на разработке стандартов.

На узлах мобильного доступа для "пакетирования" будут применяться технологии ATM и IP. Более того, ATM и IP будут использоваться для обеспечения эффективной транспортировки и маршрутизации. Сети с коммутацией пакетов будут адаптированы таким образом, чтобы отвечать требованиям к обслуживанию в режиме реального времени и передаче по беспроводным каналам связи с использованием соответствующих терминалов (сквозная перспектива). Первый этап такой эволюции, для которого характерна постоянная пошаговая стандартизация и развитие, начнется с GPRS.

Терминальные устройства, которые будут использоваться в эру мобильной мультимедийности, практически всегда будут включены, работая как шлюзы для доступа в Интернет или корпоративные сети через пакетно-коммутируемые сети связи. Это избавит от задержек, связанных с настройкой, и сделает использование данных и мультимедийных услуг более удобным.

Компания "Эрикссон" и другие организации, работающие в отрасли телекоммуникаций, создают новые открытые платформы и стандарты, способствующие продвижению мультимедийных приложений для мобильных терминалов:

• WAP позволяет легко адаптировать информацию из Интернета для работы с мобильных терминалов;
• Компания "Эрикссон" — один из основателей Symbian, совместного предприятия, специализирующегося на стандартизации операционных систем для мобильных устройств. Партнеры Symbian работают над инструментарием, который позволит разработчикам программного обеспечения создавать новаторские сервисы для мобильных устройств Третьего поколения.
• Bluetooth — это новая, низкозатратная радиотехнология с малым радиусом действия, разработанная, чтобы обеспечить возможность беспроводного соединения портативных и периферийных терминалов и устройств. В частности, с помощью Bluetooth можно соединять мобильные терминалы, цифровые камеры, сканеры, принтеры и ПК.

Заключение

В течение следующих десяти лет информационное сообщество будет вовлечено в новую всемирную сетевую экономику. Процесс эволюции уже начался: он происходит под влиянием конвергенции компьютерной, телекоммуникационной и информационной отраслей. Таким образом, Третье поколение систем мобильной связи позволит мобильным абонентам воспользоваться всеми преимуществами передачи данных, изображений и видео, другими словами, коммуникации станут по-настоящему мультимедийными. Системы мобильного доступа второго поколения совершенствуются для реализации возможности высокоскоростной передачи мультимедийной информации по беспроводным сетям с использованием пакетной коммутации. Постепенно на технологии ATM и IP будут переходить все больше и больше сетей связи.

Лавинообразный рост популярности Интернет свидетельствует о том, что люди хотят обладать мультимедийными средствами связи и иметь постоянный доступ к информации. С внедрением систем третьего поколения обмен мультимедийными сообщениями, электронная торговля, банковские операции в реальном времени и все другие Интернет-услуги будут в распоряжении пользователя, даже если он находится не дома и не на работе. Возможность получать информацию именно в том месте и в то время, где и когда эта информация необходима, станет реальностью повседневной жизни человека.

Таблица сокращений

1XRTT

Технология развития CDMA/IS-95 до систем

третьего поколения (стандарт обеспечивает передачу пакетных данных со скоростью 144 Кбит/с в мобильной среде и еще быстрее – в стационарной)

ATM

Асинхронный режим передачи (Asynchronous transfer mode)

CAMEL

Специализированное приложение для расширенной логики мобильной связи (Customized Application for Mobile Enhanced Logic)

CDMA cdma2000

Многостанционный доступ с кодовым разделением канала (Code-division multiple access) Стандарт ассоциации телекоммуникационной индустрии - Telecommunications Industry Association (TIA) для технологии третьего поколения, который является развитием стандарта cdmaOne

CDMA/IS-95 CdmaOne

Стандарт цифровой сотовой связи IS-95 cdmaOne описывает законченную систему беспроводной связи, в которой используется радиоинтерфейс CDMA/IS-95, сетевой стандарт коммутируемых соединений ANSI-41 и множество других стандартов, обеспечивающих полноту системы.

CDPD

Система пакетной передачи данных по сетям сотовой связи (Cellular digital packet data)

DWOS

Учрежденческая система цифровой беспроводной связи (Digital wireless office system)

EDGE

Высокоскоростная передача данных, развитие систем стандартов GSM и TDMA/136

FDD

Связь с частотным разделением каналов (Frequency-division duplex)

GPRS

Услуги универсальной пакетной радиопередачи (General packet radio services)

GSM

Глобальная система мобильной связи (Global system for mobile communication)

HSCDS

Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов (High-speed circuit-switched data)

IMT-2000

Международный стандарт мобильной связи 2000 (International mobile telecom-munication 2000)

IN

Интеллектуальная сеть (Intelligent network)

IP

Интернет-протокол (Internet protocol)

MAP

Подсистема мобильной связи (Mobile application part)

MPLS

Многопротокольная коммутация меток (Multiprotocol label switching)

PDC

Персональное устройство цифровой сотовой связи (Personal digital cellular)

PMR

Частная радиосвязь с подвижными объектами (Private mobile radio)

P-PDC

PDC с поддержкой пакетного режима передачи данных (Packet-mode PDC)

PSTN

Телефонная коммутируемая сеть общего пользования (Public switched telephone network)

QoS

Качество обслуживания (Quality of service)

SDH

Синхронная цифровая иерархия (Synchronous digital hierarchy)

SMR

Специализированная радиосвязь с подвижными объектами (Specialized mobile radio)

SONET

Синхронная оптическая сеть (Synchronous optical network)

TDD

Связь с временным разделением каналов (Time-division duplex)

TDMA

Множественный доступ с временным разделением каналов (Time-division multiple access)

TDMA/136

Стандарт цифровой сотовой связи IS-136

UMTS

Универсальная система мобильной связи (Universal mobile telecommunications system)

VHE

Виртуальная домашняя среда (Virtual home environment)

WAP

Протокол беспроводных приложений (Wireless application protocol)

WCDMA

Широкополосный CDMA

WCDMA-DS

WCDMA с непосредственной последовательностью модуляции несущей

WDM

Мультиплексирование со спектральным разделением (Wavelength-division multiplexing)

WIN

Беспроводная интеллектуальная сеть (Wireless intelligent network)

1XRTT

Технология развития CDMA/IS-95 до систем

третьего поколения (стандарт обеспечивает передачу пакетных данных со скоростью 144 Кбит/с в мобильной среде и еще быстрее – в стационарной)

ATM

Асинхронный режим передачи (Asynchronous transfer mode)

CAMEL

Специализированное приложение для расширенной логики мобильной связи (Customized Application for Mobile Enhanced Logic)

CDMA cdma2000

Многостанционный доступ с кодовым разделением канала (Code-division multiple access) Стандарт ассоциации телекоммуникационной индустрии - Telecommunications Industry Association (TIA) для технологии третьего поколения, который является развитием стандарта cdmaOne

CDMA/IS-95 CdmaOne

Стандарт цифровой сотовой связи IS-95 cdmaOne описывает законченную систему беспроводной связи, в которой используется радиоинтерфейс CDMA/IS-95, сетевой стандарт коммутируемых соединений ANSI-41 и множество других стандартов, обеспечивающих полноту системы.

CDPD

Система пакетной передачи данных по сетям сотовой связи (Cellular digital packet data)

DWOS

Учрежденческая система цифровой беспроводной связи (Digital wireless office system)

EDGE

Высокоскоростная передача данных, развитие систем стандартов GSM и TDMA/136

FDD

Связь с частотным разделением каналов (Frequency-division duplex)

GPRS

Услуги универсальной пакетной радиопередачи (General packet radio services)

GSM

Глобальная система мобильной связи (Global system for mobile communication)

HSCDS

Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов (High-speed circuit-switched data)

IMT-2000

Международный стандарт мобильной связи 2000 (International mobile telecom-munication 2000)

IN

Интеллектуальная сеть (Intelligent network)

IP

Интернет-протокол (Internet protocol)

MAP

Подсистема мобильной связи (Mobile application part)

MPLS

Многопротокольная коммутация меток (Multiprotocol label switching)

PDC

Персональное устройство цифровой сотовой связи (Personal digital cellular)

PMR

Частная радиосвязь с подвижными объектами (Private mobile radio)

P-PDC

PDC с поддержкой пакетного режима передачи данных (Packet-mode PDC)

PSTN

Телефонная коммутируемая сеть общего пользования (Public switched telephone network)

QoS

Качество обслуживания (Quality of service)

SDH

Синхронная цифровая иерархия (Synchronous digital hierarchy)

SMR

Специализированная радиосвязь с подвижными объектами (Specialized mobile radio)

SONET

Синхронная оптическая сеть (Synchronous optical network)

TDD

Связь с временным разделением каналов (Time-division duplex)

TDMA

Множественный доступ с временным разделением каналов (Time-division multiple access)

TDMA/136

Стандарт цифровой сотовой связи IS-136

UMTS

Универсальная система мобильной связи (Universal mobile telecommunications system)

VHE

Виртуальная домашняя среда (Virtual home environment)

WAP

Протокол беспроводных приложений (Wireless application protocol)

WCDMA

Широкополосный CDMA

WCDMA-DS

WCDMA с непосредственной последовательностью модуляции несущей

WDM

Мультиплексирование со спектральным разделением (Wavelength-division multiplexing)

WIN

Беспроводная интеллектуальная сеть (Wireless intelligent network)

1. PDC – японский стандарт мобильной связи, в России не применяется и по этой причине в дальнейшем в статье не анализируется (прим. ред.).
2. В название стандарта IMT-2000 заложено двойственное определение: 2000 год и 2000 МГц (2 ГГц) – новый диапазон частот для систем подвижной связи Третьего поколения. Европейский термин для IMT-2000 – это UMTS (прим. ред.).
3. TDMA/136 – это новое название стандарта, ранее называвшегося D-AMPS или IS-136. В России стандарт имеет достаточно широкое применение (прим. ред.).
4. В России более 2сотовых абонентов – пользователи CDMA/IS-95, однако в настоящее время использование стандарта ограничено требованиями Госсвязьнадзора, согласно которым лишь операторы с уже существующей инфраструктурой, сделавшие в CDMA/IS-95 инвестиции, могут продолжать предлагать услуги, но только фиксированной беспроводной связи (прим.ред.).
5. Другое название радиоинтерфейса прямого расширения спектра WCDMA-DS и более правильное – IMT-DS (прим.ред.).