37K Semestrální práce UTS Frekvence, rádiové rozhraní a modulace Vypracoval: Filip Palán Datum: 8.5.2005
Úvod S rostoucím trhem datových služeb se systém GS dostal do problémů s přenosovou kapacitou. Proto se již v roce 1985, tedy ještě před oficiálním spuštěním GS sítě, ITU (International Telecommunication Union) rozhodla pro vývoj nového standardu s označením IT-2000, kterým se měla zabývat tzv. Prozatímní pracovní skupina ( Interim Working Party 8/13 (IWP 8/13) ). Zkratka IT znamená v překladu ezinárodní obilní Telekomunikace (z anglického International obile Telecommunications) a číslice 2000 měla tři významy, a to předpokládaný start systému v roce 2000, dále označuje rychlost přenosu dat 2000 kb/s a nakonec tato číslice znamená frekvenční pásmo vyhrazené pro tento systém čili 2000 Hz. 1.Použité frekvence v UTS systému Roku 1996 byl přijat název UTS (Universal obile Telecommunications System Univerzální obilní Telekomunikační Systém) pro Evropský standard WCDA (Wideband Code Division ultiple Access Širokopásmový kódově dělený vícenásobný přístup) na konferenci v Zürichu a o dva roky později v roce 1998 byl uskutečněn první testovací hovor v síti japonského operátora DoCoo za použití okia terminálů WCDA. Tento japonský operátor se také postaral o spuštění první komerční 3G sítě na světě, stalo se tak 1.října 2001. ásledovaly další operátoři v různých zemích Evropy a Asie. a Americkém kontinentu se ale spíše prosazuje technologie založená na CDA2000, zároveň zde již byla rozprodána frekvenční pásma pro WCDA. Rozložení pásem v jednotlivých kontinentech ukazuje obrázek 1.1. 1 8 5 0 1 9 0 0 1 9 5 0 2 0 0 0 2 0 5 0 2 1 0 0 2 1 5 0 2 2 0 0 1 8 8 5 H z 2 0 1 0 H z 1 8 8 0 H z I T 2 0 0 0 1 9 8 0 H z 2 0 2 5 H z D o p o r u č e n í W R C 9 2 I T 2 0 0 0 2 1 1 0 H z 2 1 7 0 H z G S 1 8 0 0 U T S E v r o p a U T S 1 8 9 5 H z 1 9 1 8 H z 1 9 8 0 H z I T 2 0 0 0 J a p o n s k o I T 2 0 0 0 1 9 9 0 H z 2 1 6 0 H z P C S U S A R e z e r v o v á n o 1 8 5 0 1 9 0 0 1 9 5 0 2 0 0 0 2 0 5 0 2 1 0 0 2 1 5 0 2 2 0 0 Obr. 1.1 Rozložení frekvenčních pásem na jednotlivých kontinentech F r e k v e n c e [ h z ]
V Evropě se situace vyvinula následujícím způsobem spektrum signálu UTS systému se skládá z jednoho párového pásma (1920-1980 Hz + 2110-2170 Hz) a jednoho nepárového pásma (1910-1920 Hz + 2010-2025 Hz). Toto rozdělení spektra je zobrazeno na obrázku 1.2. Duplexní metody pro WCDA jsou dvě: FDD (Frequency Division Duplex) pro párové pásmo TDD (Time Division Duplex) pro pásmo nepárové Obr. 1.2 Rozdělení spektra UTS Číslo na obrázku Frekvenční rozsah Šířka pásma Použitá technologie pásmo č.1 1885-1900 Hz 15 Hz DECT pásmo č.2 1900-1920 Hz 20 Hz TD-CDA pásmo č.3 1920-1980 Hz 60 Hz W-CDA - Uplink pásmo č.4 1980-2010 Hz 30 Hz Satelitní složka pásmo č.5 2010-2025 Hz 15 Hz TD-CDA pásmo č.6 2110-2170 Hz 60 Hz W-CDA - Downlink pásmo č.7 2170-2200 Hz 30 Hz Satelitní složka Tab. 1.1 Popis k obrázku 1.2 Rozdělení spektra UTS 2. Radiová přístupová síť UTRA (UTS Terrestrial Radio Access etwork) UTS Terrestrial Radio Access etwork je síť rádiového přístupu pro UTS. Podporuje plný roaming s rozvinutými sítěmi GS. UTRA má za úkol poskytovat spojení mezi C (Core etwork) a mobilním terminálem (nebo jiným uživatelským zařízením). UTRA plní dvě hlavní funkce, a to zprostředkování rádiového přenosu a řízení a přidělování rádiových kanálů. UTRA se skládá z jedné nebo více RS ( Radio etwork Sub-system ), čili rádiového síťového podsystému. RS se dále dělí na jeden RC ( Radio etwork Controller ) a jednu nebo více základnových stanic ode B. Jedna jednotka RC má na starost rádiové zdroje a jejich management pro určitou geografickou oblast, rozdělenou na jednotlivé buňky. Základnové stanice ode-b se starají o pokrytí těchto buněk rádiovým signálem. Složení UTRA je orientačně zobrazeno na obrázku 2.1, kde je vidět propojení s UE (User Equipment ) a C, přes jednotlivá rozhraní, jednak lu CS pro okruhová spojení a lu PS pro paketové spojení.
U u o d e B R C I u C S U S I o d e B S C / V L R C u l u b l u r E o d e B S G S U E o d e B R C I u P S C U T R A Obr. 2.1 Propojení UTRA s UE a C 3. odulace používané v UTS V závislosti na kavalitě signálu v UTS systému se mění modulace a počet bitů na paket. Teoretické přenosové maximum na jedné nosné je 2,4 b/s při modulaci 16QA, která přichází na řadu při velmi dobrém signálu, resp. jeho odstupu od interferujících ode B. aopak nejrobustnější modulací je QPSK, se kterou sektor ode B posílá data rychlostí 384 kb/s, nicméně dokáže tak, i pokud má mobilní terminál signál o neuvěřitelných 11,5 db slabší než interferenční. Důležité je, že nikoliv síla signálu, ale právě jeho odstup od interferujícího je určující pro výběr modulace a tím i rychlosti přenosu. Pokud bychom ale dosadili do Shannonova vzorce ( C = W log 2 (1+S/) [bitů/s], kde S je střední výkon signálu na vstupu přijímače, je střední výkon šumu v patřičném pásmu a W je šířka kanálu v Hz. ) konkrétní hodnoty pro UTS, kde je šířka kanálu 5 Hz, zjistíme, že maximální kapacita dle Shannona je 20 b/s. Vzhledem k tomu, že samotné UTS dnes definuje podle Release 99 rychlosti do cca 2 b/s, existuje zde určitý prostor k dalšímu vylepšování. ejnovější vydání UTS Release 5 a Release 6 obsahuje již specifikaci pro rychlejší stahování dat ( Release 5 HSDPA - High Speed Downlink Packet Access ) a odesílání dat ( Release 6 EUDCH - Enhanced Uplink for Dedicated Channels ). Uživatelé s technologií HSDPA v jedné oblasti budou moci sdílet přenosový kanál o rychlosti až 14,4 b/s a s technologií EUDCH mohou odesílat data rychlostí až 2 b/s. Závěr Závěrem lze snad jen konstatovat fakt, že stále modernější způsoby kódování budou vyžadovat velký operační výkon na straně mobilních zařízení. To se negativně
promítne na množství spotřebovávané energie a v budoucnu tak může dojít k situaci, kdy budou pravděpodobně baterie nejslabším článkem mobilních telefonů.