ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

ارتباطات نسل سوم موبایل

چارچوب استقرار شبکه سلولی نسل سوم و سرویسهای پیشنهادی آن

خلاصه

این مقاله ویژگیهای ادوات زمینی(در برابر ادوات ماهواره‌ای) طیف سیستمهای نسل سوم را ملاحظه کرده و یک بررسی سطح بالا از استانداردهای مربوطه بعلاوه چگونگی توسعه و کاربرد آنها را ارائه می‌نماید. در این مقاله مفهوم ساختارهای سلولی سلسله مراتبی در خصوص هر یک از سیستمهای نسل سوم ارائه گردیده و تخصیصهای طیف معمولی در مورد هر لایه از این سلسله مراتب مشخص گردیده است. پس از آن، این مفهوم به منظور نشان دادن چگونگی اشتراک طیفی در بین اپراتورها، به طیفی که می‌تواند در سنگاپور و کشورهای اروپایی وجود داشته باشد ارتباط داده می‌شود. سپس پکیجها یا بسته‌های طیف ۴ و ۶ در ابتدا معرفی و نهایتا ۵ بسته‌ای که بوسیله بریتانیا اتخاذ شده است مشخص می‌شود.

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

۳G چیست؟

سیستمهای نسل سوم (۳G) که هم‌ اکنون در حال تبدیل بعنوان سیستمهای استاندارد می‌باشند ارائه‌دهنده دسترسی به شبکه بدون سیم ارتباطات موبایل می‌باشند. این سیستمها متشکل از ماهواره و ادوات مرتبط زمینی می‌باشند. در این مقاله، توجه ما تنها بر روی ویژگیهای زمینی این سیستم معطوف خواهد بود. در میان سئوالات اولیه‌ای که می‌بایست پاسخ داده شود می‌توان از این موارد نام برد:

• تفاوتهای ۳G با آنچه ما هم اکنون داریم

• چگونگی تناسب این سیستم با سیستمهای موجود

سیستمهای ۲G نظیر GSM و cdmaOne  در ارسال صدا و داده با نرخ پایین  بسیار موفق بوده‌اند و انتظار می‌رود برای سالیان بسیار همچنان عملیاتی باقی بمانند. شبکه‌هایی که از این استاندارد قدیمی‌استفاده می‌کنند، با استفاده از سیستمهای ارتقادهنده‌ای نظیر GPRS یا GSM و IS-136 از ناحیه شبکه، و EDGE برای GSM و IS-136 یا ۱XRTT برای cdmaOne  از ناحیه دسترسی، آپدیت شده و توسعه یافته‌اند. سیستمهای ۳G که طیفهای بیشتری را بکار ‌برده و سرویسهای پیشرفته زیادتری را  با نرخ بیشتر داده ارائه نموده تاکنون تنها مرتبط با دسترسی ثابت بوده است. ۳G ، با داشتن نگاه و احساسی پویا و پایدار حول محیط‌های عملیاتی گسترده، سرویسهای جدیدی را عرضه نموده که محدوده‌ای از سرویسهای متحرک با موبیلیتی کامل تا سرویسهای اداری و خانگی را در بر می‌گیرد.

علاوه بر این، ۳G ”سیر جهانی“ را بعنوان یک نیاز کلیدی در نظر گرفته و براین اساس بازار روبرشدی را برای کاربران بین‌المللی موبایل  و ادوات مربوط به آن را بوجود آورده است . ادواتی نظیر ابزارهای کاربران(UE) با ظرفیت اقتصادی مربوطه.

نگرش ما در خصوص آنچه خصیصه‌های سیستمهای بدون سیم ۳G عرضه می‌دارند عبارت است از: داشتن حضور فراگیر در کلیه عرصه‌ها، یکپارچگی، توانایی داده بدون سیم کارآمد و موثر، قرارگیری متناسب تکنولوژی در عرصه روبرشد ترافیک داده بخش ارتباطات راه دور ثابت.

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

تقاضای تکنولوژی ۳G

رشد فزاینده اینترنت و خصوصی‌سازی صنایع ارتباطات راه دور بطور کامل تغییر زمینه‌های رقابتی اپراتورهای ارتباطات راه دور را باعث گردیده است. همانگونه که مدیران عملیاتهای بدون سیم تلاش دارند تا با افزودن به توانایی خود  به درخواستها پاسخ دهند، مسئولین اجرایی نیز می‌بایست بطور کامل تاثیرات تحلیل سرمایه‌گذاری خود را مدنظر داشته و همچنین به نیاز فزاینده دسترسی به اینترنت از طریق موبایل نیز توجه کافی داشته باشند. بهره‌گیری از شبکه‌هایی که پاسخگوی حساسیتهای مربوط به  کیفیت صدا و توانائیهای آن باشد از یک طرف و توانایی بکار بردن اینترنت بدون سیم با عملکرد بالا از طرف دیگر، امروزه بعنوان یکی از مواردی که  باعث استمرار سودمندی می‌شود شناخته شده است. این شبکه می‌بایست بسادگی قابلیت مقیاس‌پذیری با رشد درآمد، کاهش هزینه عملیات و مخارج سرمایه‌ای را داشته و بتواند بسرعت نسبت به افزایش درآمد از طریق استقرار سرویسهایی که دارای ارزش افزوده هستند اقدام نماید.

استانداردهای چندگانه

بررسی استانداردهای اصلی ۳G

سه استاندارد اصلی در طیف ۳G بکار گرفته می‌شود. کاربرد این استانداردها براساس فاکتورهای تجاری و اقتصادی می‌باشد.

• CDMA پهنای باند با دامنه مستقیم(UTRA) با مد FDD و TDD

• CDMA با حمل‌کننده یا  کاریر چندگانه(cdma2000 3XRTT)

• UWC-136 (TDMA)

کلیه این استانداردها می‌توانند کارایی زیادی را به یک شبکه اپراتور اضافه نمایند. این میزان کارایی و اهمیت  برحسب میزان تاثیر طیف و ارتقای اداره نمودن پاکت داده می‌باشد. در خلال چندین ماه گذشته گروه تطبیق اپراتورها(OHG)، با پشتیبانی مجموعه‌ای از استانداردها، تلاش نمودند تا استانداردهای اصلی پایه-CDMA را تا حد ممکن به هم نزدیک سازند.

یکی از مواردی که در این نشستها بصورت گسترده مورد بحث قرار گرفت، کاهش نرخ چیپ سیستم W-CDMA از ۰۹۶/۴ به ۸۴/۳ Mchip/s  بود. همچنین از دیگر موارد مورد بررسی ساختار پایلوت و روشهای سنکرون‌سازی جهت پشتیبانی از یک پلتفرم مشترک و کمک به متناسب‌سازی بلوک طیف ۵MHz می‌بود.

یکی از موارد کلیدی که چندان نیز بصورت عمومی‌منتشر نگردیده بود امکان استفاده از       W-CDMA یا cdma2000 در هر دو هسته شبکه های مبتنی بر GSM-MAP  و ANSI-41  و همچنین پشتیبانی انتقال بین مدها می‌باشد. برای اپراتورهای موجود، این حقیقت اطمینان‌دهنده امکان ارتقا به ۳G  می‌باشد. برای اینترانتهای جدید نیز این امر باعث افزایش تعداد ترکیبات دسترسی/ هسته شبکه ممکن، خواهد گردید.

…

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

فاصله‌گذاری و رستر کانال ۳G

در یک تخصیص MHz 5، هر تکنولوژی می‌بایست باند محافظتی خود را  تطبیق دهد. از اینرو، نیازی به باندهای محافظتی ”میان تکنولوژی“ جهت همزیستی سیستمها نمی‌باشد. فاصله‌گذاری کانال که مورد نیاز تکنولوژیهای اصلی ۳G می‌باشد در شکل ۱ نشان داده شده و توضیحات آن نیز در ذیل خواهد آمد.

…

تخصیصهای طیف ۳G کنونی

برای شکوفایی ۳G، نیاز به یک لیسانس جدید برای استفاده در اپراتور عمومی‌وجود داشت. فرآیند مشخص‌سازی طیف متناسب برای معرفی جهانی ۳G در اوایل دهه ۱۹۹۰ تحت عنوان IMT-2000 انجام پذیرفته است. شکل ۲ نشان‌دهنده کلیه تخصیصهای پیشنهادی بوسیله ITU(موافقتنامه WARC-92) و مواردی که برای کشورهای CEPT و بریتانیا اتخاذ گردیده می‌باشد.

…

ساختارهای سلول سلسله مراتبی

مفهوم

در این بخش مفهوم استقرار سلول سلسله مراتبی را مورد بررسی قرار می‌دهیم که می‌تواند با کارایی زیاد اختلافهای گسترده‌تر نرخ داده و نوع کاربر، که در شبکه‌های ۲G وجود دارند، را  مرتفع سازد. مثالی از این مفهوم در شکلهای ۳ و ۴ نشان داده شده است.

…

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

تخصیص طیف برای لایه‌های سرویس

طرحهای میسر و ممکن باند

حال توجه خود را به چگونگی توانایی تقسیمات فرعی طیف موجود ۳G جلب کنید. بدین منظور  مثالی از چگونگی تخصیص بین پاکتهای ۴ و ۶ ذکر می‌گردد.

لیسانسهای چهارگانه

شکل ۵ نشان دهنده آن است که چگونه ۵ بسته مساوی اسمی‌در خط سناریوی ۱ در جدول ۱  (۱۵+۱۵ بعلاوه MHz 5) را می‌توان از طیف موجود بالقوه تخصیص داد. این یک طرح رو بجلو می‌باشد که قادر است تا ۴ طیف ۳G اپراتورها را عرضه و می‌تواند بگونه‌ای تنظیم گردد که طیف ”غیرجفتی بالا “ را آزاد گذارد. بطور مثال، کاربردهای خصوصی نظیر ایستگاههای خانگی برمبنای-TDD را می‌توان در وضعیتهای غیرتخصیصی منطبق ساخت. بصورت جایگزین، چنانچه مثلا بخشی از باند غیرجفتی پایین سنگاپور به سرویس دیگری تخصیص یافت، نظیر PHS، طیف بالایی غیرجفتی می‌تواند جهت منطبق نمودن دو یا سه بلوک غیرجفتی مورد استفاده قرار گیرد.

موضوعات  زیر در  طرحهای تخصیص بکار برده می‌شوند:

·       بلوکهای مجاور طیف جفتی به منظور مهیاسازی انعطاف‌پذیری در استقرار و نگهداری تاثیر اپراتورهای مجاور اختصاص می‌یابند.

·       سه بسته تا میزان  MHz 8/14 متراکم شده  تا آنکه یک باند محافظتی MHz 300 را برای هر یک از سرهای طیف جفتی مهیا نمایند.

·  بلوک طیف در هر یک از کناره‌های مرزی در MHz 1920 بین طیف غیرجفتی پایین در بلوک مشابه شامل می‌شوند. این امر موجب آن می‌گردد تا یک اپراتور واحد  بتواند موارد هماهنگ‌کننده رابط TDD از باند MHz 1920-1915(اسمی) تا باند آپ‌لینک FDD، که بجای فشار جهت هماهنگی بین اپراتورهای درگیر از ۱۹۲۰ آغاز می‌شود، را مدیریت نماید.

• یک باند محافظتی اضافی بین طیف جفت و غیرجفت در MHz 1920 معمولا برای  به حساب‌آوردن رستر کانال  MHz200 که بوسیله UTRA استفاده گردیده  مورد نیاز می‌باشد. برای UTRA، حداقل باند محافظتی اضافی kHz 100 خواهد بود، بواسطه رستر(جمعا kHz400)، و حداکثر نیز مجاز می‌باشد.

۶ لیسانس برابر

در مرحله بعد، ما مورد  ۶ لیسانس برابر  ۱۰+۱۰ بعلاوه ۵ نشان داده شده در شکل ۶ را بررسی می‌کنیم. ۳ بسته برای انطباق و جای‌گیری باندهای محافظتی متراکم گشته‌اند و تمامی(همگی بجز یکی) بلوکهای غیرجفتی تخصیص گردیده‌اند. گروه UMTS این سناریو را برای کلیه موارد استقرار UTRA در نظر گرفته و اظهار داشته است که این مورد می‌تواند پاسخگوی کلیه نیازها برای ظرفیت با ۲۰% کناره باشد. با وجود آنکه در برخی از موارد ممکن است تا اندازه‌ای انعطاف‌پذیری برای اپراتورها از دست رود، در نظر داشتن ۶ اپراتور می‌تواند یک طرح ماندگار باشد. مانند مثال قبل،‌ یک راه حل متناسب TDD بعنوان شبکه بالغ برای راضی نمودن نیاز ترافیکی لایه پیکو لازم می‌باشد.

لیسانسهای پنج گانه

نهایتا، ما نگاهی به چگونگی تخصیص پنج لیسانس خواهیم انداخت. در ساده‌ترین حالت، ما می‌توانیم برنامه خود را براساس ۶ لیسانسه قرار دهیم و یکی از بسته‌ها را بدون استفاده رها کنیم. اما این مسئله اتلاف طیف بوده و بدان معنا می‌باشد که بسته‌های کوچکتر برای حمل میانگین ۲۰% ترافیک بیشتر مورد نیاز خواهد بود و در نتیجه باعث فرسایش حاشیه می‌گردد.  بنابراین، ما می‌توانیم ترکیبی از تخصیصهایی را که قبلا ملاحظه نموده‌ایم را براساس ساخت ۵ لیسانس نابرابر بکار بریم. طرح شکل ۷ در بریتانیا بکار برده شده تا از این طریق بتوان یک اینترانت جدید را در بازار موبایل بکار گرفت. بزرگترین بسته ۱۵ + ۱۵ بعلاوه ۵ برای یک اینترانت جدید رزرو گشته است. هر یک از این ۵ اپراتور حداقل دارای ۳  بلوک طیف می‌باشد. سه مورد از کوچکترین لیسانسها دارای دو جفت FDD بعلاوه یک TDD می‌باشند. یک بلوک از ۳ جفت FDD تشکیل یافته است و بزرگترین بلوک دارای ۳ جفت FDD و یک جفت بلوک TDD می‌باشد. برای ۳ نگهدارنده لیسانسهای کوچکتر، یک مد رتبه بالای TDD استاندارد جهت سرویس نیازهای ترافیکی در یک شبکه بالغ مورد نیاز می‌باشد. بسته‌های طیف با بیشترین میزان تخصیص طیف FDD جهت انطباق یا گنجاندن باندهای محافظتی کوچک بر روی لبه تخصیص متراکم گردیده‌اند. در این مثال، چنانچه UTRA W-CDMA را مدنظر داشته باشیم، برای هر اپراتور ممکن می‌باشد تا حاملهای FDD RF خود را بصورت MHz 8/4، با فاصله MHz 2/5 و حاملهای TDD RF در MHz 5 جا دهند.

…

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی

موقعیت اپراتورهای موجود

۳G یک دیدگاه انقلابی جدید را در ارتباطات معرفی نموده است که در آن  با ارائه سرویسهای جدید می‌توان بازاری وسیع برای تکنولوژی بدون سیم ایجاد نمود. بصورت اولیه اپراتورها از ۳G بعنوان یک رادیوی پیشروی جدید و مکمل برای هسته شبکه GSM به منظور بدست آوری لیسانس ۳G استفاده می‌کنند.

…

زمان اعطای لیسانس و آغاز سرویس

نیاز بازار داخلی و آمادگی نقش‌آفرینان این عرصه دو عامل مهم بوجود آوردن آمادگی برای خدمات ۳G بشمار می‌آیند.

در اروپا، بیشتر کشورها حرکت خود را جهت ارائه سرویسهای ۳G با راه‌اندازی شبکه‌های آزمایشی ۲H 2000  آغاز نموده‌اند. از اینرو، لازم است تا ادوات و ایستگاههای موبایل ۳G قبل از راه‌اندازی کامل سیستم آماده باشد. ضرب‌العجل راه‌اندازی سرویسهای ۳G در اروپا ژانویه ۲۰۰۲ می‌باشد. هم اکنون ۴ لیسانس در قاره اروپا وجود داشته و لیسانهای بیشتری نیز در راه می‌باشند.

…

نتیجه گیری

در این مقاله سیستمها و ادوات زمینی موبایل برحسب ویژگیهای فنی آن معرفی گردید و همچنین ایده‌هایی در خصوص چگونگی بهره‌برداری از تکنولوژی جدید نیز عرضه شد.

همچنین سه لایه استقرار سلسله ردیفی بعنوان روش محتمل مورد استفاده بوسیله اپراتورهای  ۳G جهت به حداکثر رسانی استفاده از طیف جدید موجود مورد بررسی قرار گرفت. ما نیازهای طیف را که نتیجه روش سه لایه‌ای  بود مورد بحث قرار داده و یک تخصیص جفت ۱۰+۱۰ MHz بعلاوه غیرجفت  MHz 5 را مشخص نمودیم. چنانچه طیف غیرجفتی موجود نباشد، حداقل نیاز ۱۵ + ۱۵ MHz می‌باشد. با این وجود، ممکن است که یک اپراتور موجود بتواند بیشترین حد سرویس را در یک تخصیص اولیه کمتر عرضه دارد.

ما همچنین طیف موجود ۳G را در کشورهای اروپا و سنگاپور نشان داده و علل نیاز به یک سیستم قدرتمند با کیفیت بالای TDD را که توانایی اکتشاف و بهره‌برداری از طیف غیرجفتی‌زا برای تکمیل سیستمهای اولیه FDD داشته باشد را بیان داشتیم.

در نهایت سه نمونه از چگونگی تقسیم فرعی طیف جهت مهیا نمودن بسته‌های مناسب ۴ ، ۵ و ۶ را ارائه نمودیم.

واژه نامه

ارتباطات نسل سوم موبایل شبکه سلولی