Основной недостаток систем мобильной связи второго поколения (GSM, CDMA) – низкая скорость передачи данных – 9,6-14,4 кбит/с. Поэтому был инициирован проект создания сетей третьего поколения (3G) IMT-2000, в рамках которого была поставлена задача увеличить скорость потока данных до 2 Мбит/с для малоподвижных абонен¬тов и до 384 кбит/с – для мобильных. В мире сформировались два глобаль¬ных партнерских объединения, формирующих стандарты 3G – 3GPP и 3GPP2 (3G Partnership Project). В первое вошли ETSI (Европа), подкомитет Р1 телекоммуникационного комитета ANSI (США), ARIB и ТТС (Япония), SWTS (Ки¬тай) и ТТА (Южная Корея). Участники 3GPP сумели согласовать особенности своих подходов к технологии широкополосной CDMA (WCDMA) с частотным (FDD) и временным (TDD) дуплексированием, представив ITU проекты IMT-DS и IMT-TC соответственно. В основу легло европейское предложение UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access – радиоинтерфейс наземного доступа к системе UMTS) – UTRA FDD и UTRA TDD. IMT-2000 – это целая совокупность стандартов построения сетей третьего поколения, при этом в качестве одного из стандартов IMT-2000 предложено дальнейшее развитие технологии микросотовых сетей DECT (проект IMT-FT). Члены объединения 3GPP2 предлагают фактически эволюционный путь – варианты развития технологий DAMPS (UWC-136) и CDMA-One (CDMA-2000). Данные предложения представлены ITU как проекты IMT-SC и IMT-MC.
Таким образом, наметилось два пути: революционный – там, где есть свобод-ный частотный ресурс, и эволюционный – в остальных регионах. В 1996 году в городе Чиста (Швеция) компания Ericsson запустила первую опытную сеть с технологией WCDMA. Эта технология легла в основу проекта на¬земного мобильного сегмента европейской универсальной системы телекоммуни¬каций UMTS. Было предложено два варианта WCDMA – с частотным и времен¬ным разносом прямого и обратного каналов (FDD WCDMA и TDD WCDMA) со-ответственно для парного (предполагается 2110-2170 и 1920-1980 МГц) и непар-ного спектра частот. Технология основывается на расширении спектра методом прямой последова¬тельности в полосе 5 МГц на канал. Система может поддерживать требуемые 2 Мбит/с для малоподвижных абонентов и 384 кбит/с – для мобильных. Предусмотрена возможность применения интеллектуальных антенных систем (Smart-антенн с цифровым формированием диаграммы направленности). Принципы технологии FDD WCDMA во многом аналогичны CDMA-One. Одно из принципиальных отличий – сеть на базе FDD WCDMA мо¬жет быть асинхронной (возможен и синхронный режим).
Для случаев, когда спектральный диапазон ограничен – нет возможности выделять частоты под парные каналы 5 МГц, – проработана версия WCDMA TDD с временным дуплексированием каналов. При этом весь временной диапазон представляет последовательность равных канальных интервалов. В те¬чение каждого из них в каждом из логических каналов (с кодовым разделением) происходит передача в одном направлении – от БС или от МТ. Таким образом, в определенные промежутки все каналы – либо восходящие, либо нисходящие. Соотношение и последовательность восходящих/нисходящих канальных интер-валов может гибко изменяться в зависимости от интенсивности трафика в обе стороны. Это крайне важно для многих приложений с асимметричной передачей данных (например, доступ в Интернет). По сравнению с FDD WCDMA сети с TDD должны быть синхронными, в остальном же их параметры практически совпадают.
Развитием метода WCDMA TDD стала система TD-SCDMA, созданная совместно компанией Siemens и китайской Академией телекоммуникационных тех¬нологий (China Academy of Telecom¬munications Technology – СATT). Это стан-дарт физического уровня беспроводных сетей 3G, одобренный ITU и объедине-нием стандартизирующих организаций 3GPP как часть пула стандартов UMTS. TD-SCDMA (технология CDMA с одной несущей и временным дуплексированием) ориентирована для работы в зонах с высоким дефицитом частотного ресурса – именно такова ситуация в КНР, связанная с высочайшей плотностью населения (в несколько раз выше, чем в густонаселенной Европе).
Сама технология доступа представляет собой комбинацию трех механизмов: временного разделения дуплексных каналов (TDD), временного мультиплекси-рования каналов (TDMA) и кодового мультиплексирования каналов (CDMA). Обмен происходит циклически повторяющимися кадрами (фреймами) длитель-ностью 5 мс, разделенными на семь временных интервалов (тайм-слотов). Кро¬ме того, в каждом тайм-слоте возможно формирование до 16 CDMA-каналов на основе 16 кодовых последовательностей. Так же предусмотрена возможность гибкого распределения тайм-слотов исходя из фактически передаваемого трафика. Например, в асимметричных приложениях (доступ в Интернет) для восходящего канала можно выделить один тайм-слот, для нисходящего – остальные шесть.
Ширина одной полосы TD-SCDMA 1,6 МГц. Скорость передачи модуляци-онных символов 1,28 Мчип/с. Это, вместе с переменным числом тайм-слотов во фрейме, назначенных одному соединению, позволяет добиваться скорости пере-дачи данных в широчайшем диапазоне: от 1,2 кбит/с до 2 Мбит/с. Заявленная дальность передачи – 40 км, допустимая максимальная скорость движения мо-бильного абонента – не менее 120 км/ч. Важнейшее достоинство TD-SCDMA – эффективное использование спектра. Не менее важно, что разработчики TD-SCDMA предусмотрели ее гибкую интеграцию с GSM-сетями, а также мягкий переход к WCDMA-сетям благодаря поддержке сигнализации и протоколов верхних уровней как GSM, так и WCDMA. Более того, первые телефоны стандарта TD-SCDMA были двухмодовыми, на основе GSM-чипсета с дополнительной СБИС поддержки TD-SCDMA. WCDMA (UMTS) изначально разрабатывалась как замена сетей GSM с воз¬можностью плавного перехода. Поэтому ее сетевая инфраструктура совместима с MAP/GSM. Кроме того, она ориентирована на глобальные сети с пакетной коммутацией (IP, Х.25). Операторы могут создавать «островки» WCDMA в особо густонаселенных районах, постепенно расширяя их. Поэтому все абонентские терминалы для WCDMA в Европе будут поддерживать GSM.
Значительный потенциал заложен так же и в стандарте IS-95. Прямым его развитием стала спецификация IS-95b. Она позволяет объединять до восьми логических каналов. Теоретически достижимая скорость при этом 14,4 ? 8 = 115,2 кбит/с. Реально работающие сети IS-95b обеспечивают передачу до 64 кбит/с.
Следующий шаг развития IS-95 – проект CDMA-2000, который в итоге должен удовлетворять требованиям IMT-2000. Предусма¬тривалось три стадии развития CDMA-2000: 1X, ЗХ и CDMA-2000 DS (прямая последовательность). Последний вари¬ант технически аналогичен WCDMA, и потому работы над ним были прекращены.
CDMA 1X (CDMA 1XRTT) позволяет увеличить число логических каналов до 128 в той же спектральной полосе 1,25 МГц. При этом реальная скорость может достигать 144 Мбит/с. Первая такая сеть была организована в Южной Корее (оператор – SK Telecom).
Спецификация CDMA ЗХ – вторая фаза проекта CDMA-2000. Обозначение ЗХ указывает на утроение спектральной полосы канала CDMA-One: 1,25 х 3 = 3,75 МГц. При этом в обратном канале происходит передача методом прямой последовательности в полосе 3,75 Мгц. В прямом же канале данные передаются параллельно по трем стандартным IS-95 каналам шириной 1,25 МГц (технология с несколькими несущими). В результате скорость может превы¬шать 2 Мбит/с. Поскольку технология базируется на IS-95, БС в сетях CDMA-2000 требуют синхронизации. Существенно, что вполне возможно дальнейшее масштабирование – 6Х, 9Х и т. д. с соответствующим ростом скорости передачи.
Сегодня лидерство во внедрении 3G уверенно захватили страны Юго-Востока. 2003 год можно назвать первым годом эксплуатации 3G. В 2002 году японская корпорация NTT DoCoMo первой построила коммерческую ЗG-сеть и начала активно оказывать услуги. Европейские и американские же операторы с внедрением 3G-технологий испытывают проблемы. На лицензии потрачены огромные деньги, их надо возвращать. Поэтому операторы все чаще приходят к выводу о необходимости объединения своих ресурсов в проектах по развертыванию 3G-сетей.
В России о технологиях 3G пока говорить рано. В то же время в нашей стране уже появилась вполне «3G -технология» – CDMA-2000 в диапазоне 450 МГц.