CC BY
105
11 декабря 2011 г. 10:40
ТЕХНОЛОГИИ
Анализ широковещательной передачи данных в современных сотовых системах подвижной наземной радиосвязи
Системы сотовой связи, WCDMA, широкоеещатепыюя передача данные GSM.
При анализе ка малообразованна в сетях WCDMA особое внимание обращено передаче широковещательные сообщения. Обозначены схорости передачи данных и проведено сравнение основных характеристик сетей WCDMA и GSM, что позволило конкретизировать организацию ияфокоеещэтелыюй передачи данных и предельные возможности этой передачи, что важно при оргсмизацж служб массового оповещения населения.
Туляков Ю.М.,
ВВФ МТУСИ, к.тн., доцент, зав. кафедрой ОПД
Шакаров Д.Е.,
ЗАО "йэдюТел", инженер, асп^ант МТУСИ Калашников А.А.,
ЗАО "НСС, инженер, ас пирсхт МТУСИ
Современные системы сотовой связи позволяют доставлять сообщения всем обонентач находящимся в эоданной зоне действия системы. Эта зона (территория) может быть ограничена одним сектором базовой станции, включать в себя несколько секторов или покрьватъ всю, обслуживаемую оператором сотовой связи, территорию.
В отливе от службы коротких сообщений (SMS — Short Message Service — служба коротких сообщений), ориентированной на передачу сообщения от абонента к абоненту, CellBfoodcast (широковещательна» рассылка сообщений) ориентирована на групповую рассыпку сообщений в сфокусированной географической зоне.
Параметры и^роковещательного сообщения адокжсеы как, для сети GSM (Global Syslem for МоЫе Communications — глобальная система мобильной связи), так и для сети UMTS (Universal МоЫе Telecommunications System — ужверсальная мобильная телекоммуникационном подвижная система).
Количество каналов Cell Broadcast определяется трехзначным цифровым идентифика тс> ром. Каждый канал может состоять из встроили каждая страница из 82 символов на латинице или 41 символе на к^липлице.
Общая длинна одоого канала (сообщэтя) 1230символов на латинице или 615 символов
на кириллице. Каждое сообщение имеет свой идентификатор, который указан на всех страницах одного сообщения. Используя эту информацию, MS/UE (Mobile Station — мобильная стсмция/User Equipment — абонентское оборудование) способна идентифиц^ювсттъ и игнорировать уже полученные сообщения [ 1J.
Отличия доставки имрокоеещательных сообщений заключаются в принципе построения этих сетей и главным образом — в основах реализации радиоинтерфейса. Рааиоинтерфейс стандарта GSM описьеоется во многих изданиях (например (5,6,7]), поэтому в данной статье основное внимание уделяется ра»юин-терфейсам систем третьего поколения — WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access — широкополосный множественный доступ с кодовым разделетем каналов) в сети UMTS.
WCDMA это система множественного доступа с кодовым разделением кс*>апов, те. биты информации преобразуются с последовательностью бит (импульсов), который называется чипом. Эта последовательность является кодом расинрения. В результате этого форм^у-ется широкополоеь*,1Й сигнал. Скорость передачи, равная 3,84 Мчип/с, привод к занятно полосы приблизительно в 5 МГц
WCDMA поддерживает разные скорости передачи данных пользователя. Дрнные передаются фреймами длительностью Юме, в течение каждого из которых скорость передачи донных остается постоянной. Однако пропускная способность для передав донных у пользователя может меняться от фрейма к фрейму.
WCDMA поддерживает два основных режима работы:
• частотное разделение дуплексных каналов (FDD — Frequency Division CXjplex)
• временное разделение дуплексных каналов (TDD — Tine Division Duplex).
В режиме FDD для восходящего и нисходя
щего каналов используются раздельные несущие с полосой частот 5 М1ц , тогда кск в режиме TDD только одна несущая с полосой частот
5 МГц используется для восходящею и нисходящего каналов с разделением прием-передача во времени [2]. В WCDMA используется три типа каналов — логические, транспортные и физические.
Логические каналы обеспечивают услуги передачи данных на MAC (Media Access Control — уровень управления доступом к среде) уровне. Для различных видов услуг по передаче данных, предоставляемых MAC уровнем, определены свои логические каналы Каждый тип логического канала определяется видом передаваемой тформадо. Логические каналы делиться на две группы: каналы управления и каналы передачи (рис I).
Каналы управления подразделяются на
• ЦЦхжовещательный канал управления (ВССН — Broadcast Control Channel). Нисходя-ший канал для информац ж об управлении широковещательной системой.
• Канал управления поисковым вызовом (РССН — Paging Control Channel). Нисходяимй канал, который передает информацию поискового вызова.
• Выоеленный канал управле*«« (DCCH — Dedicated Control Channel). Двусторонний ко-нал, по которому происходит обмен информацией управления между UE и сетью. Этот канал выделяется на время процедуры установления соединения.
• Общий канал управления (CCCFH — Common Control Channel). Двунаправленный канал для передачи информацш между сетью и UEs (абонентскими устройствами). Этот логический канал всегда преобразуется в транспортные канаты RACFi (Random Access Channel
— логический канал запроса доступа в сеть)/РАСН (Forward Access CFtarmel — прямой канал доступа).
T-Comm #1-2011
29
GD
it ««« 'ІМ« і «*І . ШН^ .. І м .
(ГГ) (7ГГ) Q77) СТ^ С7777] CHD
FW. 3. Наложение транспортных каналов на фи**еские
физическим ресурсом, который определяется кодом и несущей частотой.
Физические консуы делятся на обице и вы-делелгые:
Выдепенные физические каналы:
* выделенный канал передачи данных на физическом уровне (DPOCH — Dedicated Physical DcJa Channel);
* выделен ньй канал управления на физическом уровне (DPCCH — Dedicated Physical Control Channel).
Выделенный транспортный канал DCH накладывается на два физических канала DPDCH и DPCCH. Канал DPCCH переносит управляющую информацию такую как: управпе-ние мощностью, команды обратной связи, индока-торы трокпортного формата (ТО). Скорость и мощность передачи этого канала постоянна. Канал DPDCH переносит информац ию пользователя, он может иметь переменную скорость. Несколько каналов DPDCH могут юиеть один канал управления DPCCK
Общие физические каналье
* Основной общий канал улравлежя на физическом уровне (РССРСН — Primary Common Control Physical Channel) используется для организации канала ВСН. Он предназначен для приёма всеми терминалами сети, по-
этому имеет постоянную низкую скорость, неизменный код расu>iрения и при передаче используется максимальная мои#юсгь Скорость передачи 27кбит/сек., коэффициент расширений 256. При передаче РССРСН чередуется с каналом SCH (Synchronization Channel - канал синхронизации).
• Вспомогательный канал управления на физическом уровне (SCCPCH — Secondary Common Control Physical Channel), переносит информацию каналов FACH и РСН.
• Канал случайного доступа на физическом уровне (PRACH) используется, когда терминал хочет запросил» у сети ресурсы для передачи любой югформацж. Канал использует маленькую скорость передав донных 16 кбиг/с
• Нисходящий совмещённый ксиал на физическом уровне (PDSCH)
• 06и*ій канал передачи пакетированных донных на физическом уровне (РСРСН)
• Канал синхронизации (SCH) состоит из двух подканалов: основного и дополнительного канала SCH. Используется только для поиска
• Общий гнлот канал (СР1СН)
• Канал индикац ии денных (А1СН) переносит индикаторы запроса донных Работает на
downlink (нисходааий канал) совместно с PRACH
• Канал индикатора вызова (Р1СН)
• Канал индикар статуса (CSICH)
• Канал индокации столкновений при множественном доступе и назначении канала (CD/CA-ICH).
На рис.З выделены канагы, участвующие в ш»фоковещательной передаче.
Широковещательные сообщения передаются по логическому каналу СТСК В контроллере базовых станций (RNC — Radio Network Сопітоіет) модуль ВМС (Broadcast/Multicast Control — широковещательная/многоадресная передача) отвечает за обработку, планирование и передачу широковещательных сообщена. Информация о том, в каких кадрах будут передаваться CBS сообщения транслируется по каналам управления. Логический ко-нал СТСН преобразуется в транспортный канал FACK
Как было отмечено выше, FACH это нисходящий канал для передаем донных пользователя. Этот канал не передает н+формоцию на высоких скоростях, следовательно, FACH имеет постоянный коэффициент расширения. Передачей данных no FACH управляет RNC Транспортный канал FACH передаётся по дополнительному (вспомогательному) общему каналу управления на физическом уровне (SCCPCH).
На SCCPCH организуются д ва транспортных кснала FACH и РСК В зависимости от конфигурац^ сети эти трв+спортные каналы могут использовать один физический канал SCCPCH или возможна конфигурация, когда для каждого транспортного канала назначается свой физический канал SCCPCH. Коэффициент расширения спектра в канале SCCPCH является постоянным. Метод канального код ирования SCCPCH использует сверточный коде половн*юй скоростью (со скоростью 1/2).
Он - Ю| о к*
..... Й«1* » к.,., Н«1* ? 1« й #«» • * Ncl ft Ю N*<*11 N«< «12 N«1 ft 1 J Net « 14
Of « 0.6 6'і IA*
.V. = бо -* і і д
• - П. И <>-
FV*c. 4. Структура фрейма канала SCCPCH
T-Comm #1-2011
31
Для передачи до^ых по ксиапам FAOH может также применяться турбокодирование или сверточюе кодирование со скоростью 1/3. SCCPCH не содержит информации об управлении мощностью.
На рис.4 показана структура физического канала SCCPCH. Фрейм состоит из 15 слотов, в каждом из слотов передаётся трсжпортньы канал FACH или РСН. Дгм*а каждого слога состоит из 2560 чілов, ‘•юю передаваемых бит зависит от коэффициента расширения (скорости передав) [3,4).
Основные временные параметры системы определены стандартом, которые нетрудно рассчитать. Исходя из того, что длина фрейма Т^=10 мс, и в одоом фрейме передается 15 временслотов можно рассчитать длину сдюго слота
Тс=Тфр/5= 10х іа3с/ 15 = 0,667х
х103с = 0,667 мс
В адеом слоте передается Ns = 2560 чипов, следовательно, длительность одного чипа равна 1= Тс / N4=0,667 мс/2560= 0,26 мкс.
В нисходящем канапе (downlink) SF (Spreading Factor — козффиі_иент расішрения) используется от 4 до 512 (4; 8; 16; 32; 64; 128; 256; 512) [5].
Просузсс передачи в системе UMTS слож-
Основньїе характеристики радиоинтерфейса сетей WCDMA и GSM
WCDMA GSM
Рямссгмис неощих Ко ффицисні по«іорио<о исііо.іккчинна 4JCTOIU 5 МГц 1 200 кГц 1-І»
Частої а мі]\м н'нщ ммамостыо 1500 In 2 I II H.TU ИІІАС
Уп(Ы»К11И( ппкпом la счет шпттимп хлран.іеииа р» uiopccvpcaMii 1* счет ипотію-іїрріїїщмііикіїп рликхенна
IlMdllfdUNIK МНІШХ 1І.іаииромнпс пере іачії пакетов в UKMCHMOCIII ОТ наго 1КМ Поїмоікно прм CPUS и tJXjt. режимах
Лилии») робочих 1*101 2 ІТи •ИХ) МГц; 1800 МГц
ІМІІМ каиД.10» .ІОГИЧЄСКМС Транспортные Фи ІИЧССЧК1 Ли» нчсскис Фнтнчсскис
.'ІиІНЧССЮИ UH.1IU t трость ікрелни .«енних Yправленні Ірафикивк*с ,'Іо 2 Мбніс (при обьслиистінн нескольких фи іических каихіоаі S праыенна 1 (чфнковыс Др 47J «бит с (при объединении нескольких фііпічсскіїх каналові
Дійна фрсймл 10 мс 20 мс
Ками передачи CetlHmodca*/ Формируется на отледмюм фниічсхком ишіс ІЧ.ШІС всего («•wi'iiio с каином РСН. NO MOACT бмГЬ И ИМ XMCHHUMI Іамсикеї о.іин щ каниоа SIXX4I
Скорость ііерсиїи СеіІЯпмнкаїї сообщений 1 -.ТО кбит с 0,78 ими с |9)
4 Нмоарсмсннаа раооіа hcvko.ikkhx кандюа Но) можно lk-кпможио
Xooo-p Мм кий (некоторые каналы 10.1 КИК 1 Io n Mil Kllfl
Скорость ncpe.w-іи IX-«она сиг ній T.R4 Мчип с 270 кбит с
нее, чем в GSM, но основные процедуры в формировании выходного сигнала аюпогич-кы. Основные эгаы формирования радиосигнала показаны на рис. 5.
1. К донным пользователя добавляется проверочная последовательность — CRC
2. Происходит сегментирование данных на блоки. Д линна блоков Z может быть разлива в зависимости от режима. (Обычный режим
Леї і a * fiivi ааоЛ* у АІ neat* tkCRC 1 11(М1Ык m і икс н N4*1 kMMitl •* н Ё аі а« а і * «і Я« ЙІ ііііі «А Ь|
4 Si мам ааі « а йсіоідон н AlMlil І-вІ сі НсімДі Г>ТХ н 6 1-А і **vn а*Лі «» Ь|
Soil її «(АІ а.11 «а байеі одАеі а н » Аіомії 2-Лі е і а е с aoi A a DTX н 9 \лм >і ..сМіМ 44 і і о * цс Анеее еаі а« Н|
Ч 10 н II о е <,е Шс * е * аі а* н 12 DMo • Мі с А пі ІіМі h
ч 13 Sn'ltl tHAltll Ac .1 н 14 1 і*о*уо«у
Рис. 5. Oop4vipoe<xne радиосигнала
32
Z=504 бита; турбо режим Z=5114 бит; режим когда сегментирование не используется).
3. Канальное кодирование используется как од ин из методов защиты информац**і от искажений и ошибок при передаче через радиоэфир. Канальное кодирование может быть нескольких типов:
3.1. При кодировании 1/2: Y=2K+16 (где, Y — количество бит после кодирования, К — колк^ество бит на входе кодера).
32. При кодирована 1/3: Y=3K+24.
3.3. При турбо кодировании 1/3: Y-3K+12.
3А. Не используется канальное кодирование Y=K.
4. Согласование скоростей логических каналов (при необходимости).
5. Вставка 1 чо индикатора DTX для определения сегментов относящихся к одному сообщению.
6.1 -е перемежение (интерлив^г) - эго ещё одан из методов для заииты информации от искажений и оаибок.
7. Сегментирование радиофрейма
8. Вставка 2-го инджатора DTX
9. Сегментировав для наложения на физический канал.
10.2-е перемежение.
11. Наложение на физический канал.
12. Расширение спектра
13. Скремблирование.
14. Модупяі*ія |5,8).
В таблще для сравнена приведены характеристики радиоинтерфейса сетей WCDMA и GSM. Сопоставляя характеристики GSM и WCDMA, приведи##,» в табл. 1, виден ряд фе-
T-Comm #1-2011
существ 'Л'СОМА не только по основные показателям радес»«гтерфейсов, но особенно дря режима и*^хжовещательной (СеВВгоаска^) передачи дагегых (см. ячейки таблицы с выделенным текстам).
Проведён анализ канапосбраэоеания в сетях WCDMA в сравнении с GSM сетями. Из множества испогъзуемых каналов определены каналы для организации широковещательной передачі данных (ВСН) с учетом их (СТСН, FACH, SCCPCH, РСН, SOCCH) взаимодействия (и возможного отсутствия взаимодействия) с каналами, используемыми для других целей (персо-натьной передачи данных и управления). Дана оценка предельным скоростям и объемам передаваемых данных для такой ии-рокоеещательной передачи, которая позволяет охарактеризовать реалыгые возможности ислользоваг*« WCDMA и GSM сетей для организации служб массового оповещения населения.
Литература
1. 3GPP TS 45.002 Technical Specificofon Group GSM
2. bep:/isinw*jsmfu8 Ю1 /MMl/3g/WCDMA3.
3. Technicd Spedficaton Group RocSo Access Network, Radio interface ler broadcasl/multicast services. 3GPP TR 25.925.
4. http://w*dess.agilent£om/rfcorTvns/feHocs/ wcdmo/ wcdma_gen_bse_snfB_cdl_broodcastphp.
5. UMTS/WCDMA Advanced overview Adam GryckL ENKI2006
6 Грамасае ЮА Стандарты и систем подвижной ралюсвяэи. — М.: Эко-Трендз, 1997. — 239 с
7 Тулкав ЮМ, Абдалов ВА, Сараюжа ЕЛ.
Обобщенная оценка передав данных в системах подвижной наземной связи — М.: Зтеюросвизь",
2009.— N*1.
8 Шпома AM, Бсжут»* МГ., Крейнд^ин В_Б_,
Шумов АП. Новые технологии в системах мобильной рсц»юсвязи - М , 2005.
9 Тулкав ЮМ, Шасарав ДР., Лашк>* ГЛ
Особенности передав данных в системах подвижной на зечкой связи общего пальэсжжия и их статистика Тезисы Международная нау+ю-прсжтичеасая конференция 'Телеком — 2007". — Ростов на Дону, 2007
Analysis of data broadcasting in modem cellular mobile systems of ground radio communications
Yo.M. Tulyakov, D.Ye. Shakarov, AA. Kalashnikov
Al the analysis of chermek formafcn in WCDMA networks #>e special attention в turned lo broadband n>essages transmission. Dcia transmission rates are denoted and main WCDMA and GSM networks characteristics are compared, enabling more precise organizdion of broadcast data transmission and limiting possibles of this transmission that is important al ire organization of services of the mass notification of the population.
Keryvrcnk
Data broadcasting, cellular mobile systems, ground radio communications, WCDMA GSM
References
1. 3GPPT5 45.002 Technical Specficofcxi Group GSM
2. bt^x/fes.nwgsm.ru:8101/ MMl/3g/WCOMA3.
3. Technical SpecAcafon Group Radio Access Network Rodo interface far broodcast/muHcasr services. 3GPP TR 25.925.
4. http//wireless.agJerlcofn/rfcorTims/re<docs/>A<drna/wcdfna_ger_bse_srns_cel_broadcast.php.
5 UMTS/WCDMA Advanced overview Adam Gtrydu. ENKI 2006
6. Gromakov YUA Standaiy i sistemy podvuhnoy radiosvyazi — M Eko-Trendz, 1997. — 239 p.
7 Tulyakov Yj.M, Abdalov W., Sorokina Ye.V Obobshchermaya otsenka peredachi dannyh v sistemah pod-vizhnoy nazemnoy svyazi M:. "BeklnDSvyaz", №1, 2009 g.
8. Shloma AM., Bakulin MG, Kryeyndeln V.B, Shumov AP Novye tehnofagi v sistemdi тоЫпоу radiosvyazi
- M: 2005 g
9. Tulyakov YUM, Sbakarov D.Ye., Lashkin G.L Oscbennosli peredochi damyh v sistemah podvizhnoy nazem-noy svyazi obshcbego polzovanrya i h statistika. Tezisy Mezhdunarodnaya nauchno-prckfcheskaya konferenlsiya Teiekam — 2007*, Rostov no Danu 2007 g
В Московском регионе начал работу виртуальный оператор сотовой связи "Плюс Один*
Компания "ГЬюс Орин" — центр создания и развития виртуальных операторов сотовой связи (MVNO) — объявляет о начале работы в Москве и Московской области нового MVNO, использующего бренд родительской компанж.
Оператор 'Плюс Один" предоставляет услуги широкополосного мобильного доступа в Интернет. В донном проекте основным приоритетом является сочетание широкого ЗС-локры-тия в Московском регионе со стабильной скоростью передачі донных, достаточной для комфортной работы с электронной почтой, web-серфинга, пересылки электронных документов, использования сервисов VblP, а также удаленной работы с корпоративными приложениями и информационными ресурсами Соответственно, для донного MVNO-лроекта в качестве базовой была выбрана сеть Skylink, при этом RUIM-карты "Ппос Один" полностью совместимы со всем сертифицированным оборудованием стандарта CDMA-450 (радиомодемы и роутеры), поставляемым на российский рынок.
Потенциальными пользователями услуг оператора "Плюс Один" являются частные лица, которым нужно надежное "мобильное продолжение" офисной и/или домашней сети во время деловых и частных поездок. Компания оценивает емкость рынка в 750 тыс. потенциальных пользователей. За два годэ оператор пло-ньрует занять не менее 7% этою рыка. При этом плановый уровень ARPU на существующих тарифных предложен*» составляет 300 руб.
Основным каналом продвижения услуг оператора "Плюс Один" даляются различгые предприятия сферы услуг, с которыми оператор заключоет прямые партнерские договоры. Такая стратегия позволяет разрабатывать высокоэффективные адресные программы В дальнейшем, оператор "Плюс Один" планирует активно работать также с крупными торговыми сетями. Первые такие проекты будут запущены уже во втором квартале 2011 г.
Эго первый выиедиии на стадою коммерческой эксплуатации MVNO-проект центра создания и развития виртуальных операторов сотовой связи "Плюс Оден". Оператор использует ресурсную базу родительской компании, включающую техническую инфраструктуру, узлы связи, полностью жтегрированные системы биллинга, CRM, контакт-центр, анаштичес-кие и учетные системы. Кроме того, централизованы; управление финансами, взаимодействие с инвесторами, работа с государственными убеждениями и регуляторами, юридеческое сопровождение, маркетии, развитие и эксплуатация технической базы и ряд других функц ий. Это позволяет максимально снизить издержки оператора и гарантировать клиентам высокое качество обслуживания
T-Comm #1-2011
33
