Proiect CIComunicaţii internet mobile

Grupa 452Subgrupa BETA

Cosma MihaiDavid Alexandru GeorgeDeaconu MirceaMureşan TudorNiculae Alin RemusTănăsescu Vlad Teodor

Facultatea de Electronica, Telecomunicaţii şi Tehnologia InformaţieiUniversitatea Politehnica Bucuresti

2007 – 2008

Aspecte acoperite de proiect:

I Introducere

Apariţia telefoniei mobileEvoluţia sistemelor mobile

II Tehnologii 2G

GSMGPRSEDGE

III Tehnologii 3G

UMTSCDMA2000HSPA

IV Tehnologii pre-4G

Trecerea de la generaţia actuala la cea viitoare

V Concepte 4G

Viziuni asupra noii generaţii de sisteme de telecomunicaţii mobileObiective propuse

VI Software pentru platforme mobile

Diverse tehnologii care facilitează accesul la internet

2

Cuprins:

I. Introducere......................................................................................................................5Apariţia telefonului mobil...................................................................................................5Evoluţia sistemelor wireless...............................................................................................7

Prima generaţie:..............................................................................................................7A doua generaţie:............................................................................................................7A treia generaţie:.............................................................................................................7A patra generaţie:............................................................................................................8

II. Tehnologiile celei de-a doua generaţii........................................................................10GSM..................................................................................................................................10HSCSD.............................................................................................................................11GPRS................................................................................................................................12EDGE................................................................................................................................14

III. Tehnologiile celei de-a treia generaţii.......................................................................18HSPA................................................................................................................................20CDMA2000......................................................................................................................22EV-DO..............................................................................................................................23

TIA 856 Rev.0..............................................................................................................23TIA-856 Rev A.............................................................................................................23TIA-856 Rev B.............................................................................................................24Standardele posibile de concurenţă..............................................................................24

IV. Tehnologiile premergatoare celei de-a patra generaţii...........................................25HSOPA.............................................................................................................................25

Caracteristici.................................................................................................................25Proiectarea....................................................................................................................25Raţiunea pentru HSOPA...............................................................................................25Demo-uri tehnologice...................................................................................................26Tehnologii competitive: Wimax vs HSOPA................................................................26

3GPP LTE.........................................................................................................................27Obiective.......................................................................................................................27Program.........................................................................................................................27AIPN ("All IP Network").............................................................................................28E-UTRA Air Interface..................................................................................................28Downlink......................................................................................................................29Uplink...........................................................................................................................29

WiMAX............................................................................................................................29Termeni folosiţi............................................................................................................29

3

Utilizări.........................................................................................................................30Informaţii tehnice..........................................................................................................31Standarde......................................................................................................................35Tehnologii concurente..................................................................................................36Dezvoltări viitoare........................................................................................................39

HIPERMAN.....................................................................................................................39WiBro...............................................................................................................................40

V. Cea de-a patra generaţie.............................................................................................41Introducere........................................................................................................................41Concepte de viitor.............................................................................................................42

Cerinţe şi proiectarea de nivel înalt..............................................................................43Proiectarea de nivel înalt şi arhitectură de operare.......................................................43Operarea........................................................................................................................44Proiectarea MSRB........................................................................................................46

VI. Dezvoltarea software-ului pentru platformele mobile............................................50

VII. Referinţe.....................................................................................................................54

VII. Contribuţii....................................................................................................................55

4

I. Introducere

Apariţia telefonului mobil

Telefonul mobil a devenit într-un timp relativ scurt un obiect indispensabil oricarui om. În Japonia, dependenţa de acest instrument electronic a creat un adevarat cult, iar dezvoltarea în acest domeniu are cel mai accentuat ritm de pe tot globul. Lista funcţionalitatilor de care dau dovadă telefoanele din această ţară includ: e-mail, baze de date configurabile, cronometre, flux video live, jocuri mobile prin internet, mesagerie instantă, descarcare şi rulare de muzică, video-conferinţe, navigare prin GPS, recepţie TV şi radio, raportare automată la poliţie în cazul furtului telefonului, pedometru, sistem de citire al textului, sisteme de protecţie de date prin identificare a amprentei sau a feţei, WLAN etc. În ultimii ani, telefoanele mobile au căpătat funcţia de a fi folosite drept cărţi de debit sau credit şi pot fi folosite în majoritatea magazinelor pentru plata produselor cumpărate. Pe langă aceste funcţionalităţi accesibile imediat utilizatorului, telefonul mobil este folosit în unele ţări şi ca măsură de prevenire a dezastrelor sau pentru comunicaţii în situaţii de urgenţă (notificarea apariţiei dezastrelor naturale în ţări precum Finlanda sau Japonia).

Înainte de anii `90 telefoanele mobile erau prea mari pentru a putea fi cărate în mână sau în buzunarul hainei, din această cauză fiind montate de obicei în vehicule. Odată cu miniaturizarea componentelor digitale, telefoanele mobile au devenit din ce în ce mai portabile.

În prezent, serviciile video şi TV împing înainte adoptarea celei de-a treia generaţii. În ceea ce priveşte generaţia a patra, aceasta va aduce avantajul transmisiunilor de date cu viteză ridicată şi preţuri mici pe măsură ce tehnologiile de comunicare la distanţă scurtă încep să se dezvolte. Un alt motiv de adoptare a acestei generaţii este nivelul ridicat de personalizare şi sincronizare a serviciilor şi aplicaţiilor cu alte dispozitive ale utilizatorului.

5

Figura 1: Telefonul mobil HTC S710 (quad-band GSM)

Din punct de vedere istoric, apariţia telefonului mobil şi a celulelor folosite în infrastructura reţelelor de telecomunicaţie mobilă a fost realizată în 1947 de inginerii laboratoarelor Bell şi au fost dezvoltate în continuare de către acestia în anii `60.

Anterior, în 1945, a fost introdusă generaţia zero de telefoane mobile, 0G. Terminalele acestei categorii nu au fost, însă, recunoscute oficial drept telefoane mobile întrucât nu dispuneau de posibilitatea schimbarii frecvenţei canalului în timpul unei convorbiri, facilitate ce permite utilizatorului să treaca din zona de acoperire a unei celule la o alta.

În 1984, laboratoarele Bell au introdus o astfel de funcţie de “înmânare” a convorbirii între celule, ceea ce permitea utilizatorilor să treacă prin câteva celule în timpul unei convorbiri. Motorola este considerat ca fiind inventatorul primului telefon mobil destinat folosirii manuale, în afara unui vehicul. Folosind acest dispozitiv, administratorul firmei, Martin Cooper, a realizat primul apel pe un dispozitiv mobil ce putea fi ţinut în mână, pe data de 3 aprilie 1973.

Prima reţea celulară comercială a fost introdusa în Japonia în 1979 de către NTT. Reţele celulare complet automatizate au început să apara la mijlocul anilor `80 (prima generaţie – 1G) odată cu sistemul NMT (Nordic Mobile Telephone) în 1981. Acest moment de început a fost urmat de o explozie a folosirii telefoniei mobile, în special în nordul Europei.

Prima tehnologie de reţea moderna cu tehnologie celulara de generaţie a doua digitală a fost lansată în 1991 în Finlanda, fiind bazată pe standardul GSM, primul concurent pentru reţeaua 1G NMT. Un deceniu mai tarziu, s-a realizat lansarea comercială a celei de-a treia generaţii de telefonie mobilă, în Japonia, de către NTT DoCoMo, folosind standardul WCDMA.

6

Evoluţia sistemelor wireless

Evoluând de la principala preocupare de a transmite doar semnal vocal între două terminale, telefoanele mobile au ajuns, pe parcursul a 3 generaţii, să realizeze o gamă variată de funcţii, precum redare în timp real de flux audiovideo, incorporarea unei camere foto, transmitere de documente şi date, localizare globală prin GPS sau acces la internet. În prezent se află în dezvoltare standardele celei de-a patra generaţii ce promite o lărgime de bandă mult mai mare la niste preţuri mai mici.

Prima generaţie:Aproape toate sistemele aparţinând acestei generaţii au fost de tip analogic în care

vocea era considerată ca fiind principala informaţie de transmis. Aceste sisteme aveau o securitate precară, putând fi adesea interceptate de terţi. Unele din standarde sunt NMT, AMPS, Hicap CDPD, Mobitex, Datatac.

A doua generaţie:Toate standardele ce se incadrează în această categorie sunt de tip comercial şi în

formă digitală. În jur de 60% din piaţa actuală este dominată de standarde europene. Standardele acestei generaţii sunt: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD şi WiDEN.

A treia generaţie:Pentru a întâmpina nevoia de capacitate a reţelei – lăţime de bandă ridicată pentru

transfer de date şi aplicaţii multimedia – standardele 3G au început să evolueze. Sistemele aparţinând acestor standarde sunt, în esenţă, o îmbunătăţire liniară a sistemelor 2G. Se bazează pe două infrastructuri paralele, una constând din noduri cu comutare de circuit şi una cu noduri orientate pe pachet. ITU defineşte un set specific de tehnologii ca aparţinând celei de-a treia generaţii, în cadrul iniţiativei IMT-2000. În momentul de faţa are loc o tranziţie de la sistemele 2G la cele 3G si, ca urmare, numeroase tehnologii sunt standardizate:

De la 2G la 3G:

2.75G EDGEEGPRS

3G CDMA 2000W-CDMA sau UMTS(3GSM)FOMA1xEV-DO/IS-856TD-SCDMAGAN/UMA.

7

De la 3G la 4G:3.5G HSDPAHSUPA

Super3G HSOPA/LTE

A patra generaţie:Conform grupurilor care susţin 4G, infrastructura şi terminalele acestei generaţii vor

incorpora aproape toate standardele generaţiilor anterioare, pana la 2G. Deşi există sisteme cu rol de compatibilitate şi de adoptare a utilizatorilor existenţi, infrastructura 4G va fi în întregime orientată pe pachet (IP). Există propuneri de creare a unei platforme deschise în care inovatiile şi evoluţiile să poata incapea. Tehnologiile considerate ca fiind pre-4G sunt: WiMax, WiBro, iBurst, 3GPP: Long Term Evoluţion şi 3GPP2: Ultra Mobile Broadband.

Având ca principal scop unificarea globala a reţelelor de telefonie mobilă de generaţie a treia sub standarde compatibile cu proiectul International Mobile Telecommunications-2000 dezvoltat de ITU (International Telecommunication Union), în 1998 ia naştere 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Acest proiect reprezintă o colaborare între grupuri de asociaţii de telecomunicaţii, iar specificaţiile emise se bazează pe cele ale standardului GSM.

Lista standardelor folosite în generaţiile de telefonie mobilă digitală:

Familia 3GPP: GSM / UMTS2G 3G Pre-4G

GSM UMTS UMTS Rev. 8LTEHSOPA(Super 3G)

GPRS HSPAHSDPAHSUPAHSPA+

EDGEEDGE Evoluţion

HSCSDUMTS-TDD

TD-CDMATD-SCDMA

FOMA

Familia 3GPP2: cdmaOne / CDMA20002G 3G Pre-4G

cdmaOne CDMA2000 UMBEV-DO

Alte tehnologii

8

2G 4GiDEN iBURSTD-AMPS HIPERMANPDC WiMAXCSD WiBroPHS GAN (UMA)WiDEN

9

II. Tehnologiile celei de-a doua generaţii

În timp ce tehnologia GSM este în general utilizată pentru apeluri de voce şi mesaje text, tehnologia GPRS/EDGE face posibilă conectarea la internet, fiind folosită pentru navigarea pe site-uri web, trafic de mesaje multimedia (MMS) sau accesarea unei reţele corporate. Prin GSM/GPRS/EDGE utilizatorii pot păstra conectivitatea şi în afară zonei de acoperire a reţelei WLAN.

GSM

Global System for Mobile Communications (GSM) reprezintă o tehnologie celulara digitală, bazata pe tehnologia TDMA. GSM reprezintă un sistem bazat pe comutarea de circuite (circuit-switched) care divide fiecare canal de 200 kHz în 8 slot-uri de timp. Tehnologia TDMA defineşte doar interfaţa aer, iar cea GSM defineşte întregul sistem celular.

GSM operează în bandă de frecvenţă de 900MHz şi 1800MHz în Europa sau 1900MHz şi 850 MHz PCS în Statele Unite.

GSM a devenit standard-ul de comunicaţii wireless pentru mai mult de jumătate din numărul global de telefoane mobile. În prezent, acesta este cel mai popular standard pentru telefoane mobile, deţinând peste 250 de milioane de mobile care operează cu tehnologie GSM.

Omniprezenţa standard-ului GSM face posibilă şi comunicarea în roaming, atât timp cât telefonul mobil suportă bandă GSM utilizată în zona respectivă. Abonaţii au astfel posibilitatea de a utiliza acelaşi terminal în diferite zone ale lumii. Frecvenţa de bandă este diferită în funcţie de regiune. În SUA, sunt utilizate două (dual) dintre cele patru (quad) benzi.

Pe lângă serviciile de voce şi date sau opţiunile roaming, tehnologia GSM permite şi opţiuni de mesagerie SMS şi MMS. SMS permite expedierea şi recepţionarea mesajelor text de pana la 160 caractere. MMS este utilizat pentru expedierea şi recepţionarea mesajelor grafice, videoclipurilor şi a fişierelor audio.

General Packet Radio Service (GPRS) reprezintă o opţiune a sistemului GSM, care suportă transmisii de pachete de date. GPRS poate rula la viteze de până la 115 kilobiţi pe secundă şi asigură traficul de pachete de date IP în sistem. Actualele sisteme GSM pot suporta până la 9.6 kilobiţi pe secundă.

EDGE este o parte a tehnologiei GPRS, permiţând conexiuni de date mai rapide, de până la 384 kilobiţi pe secundă. EDGE oferă viteze superioare pentru opţiuni multimedia, cum ar fi expedierea şi recepţionarea mesajelor SMS/MMS sau a videoclipurilor. EDGE a devenit rapid un standard global pentru comunicarea de date wireless.

10

Tehnologia GSM/GPRS/EDGE oferă utilizatorilor mai mult decât posibilitatea efectuării sau preluării unui apel. Integrate într-un singur dispozitiv, GSM/GPRS/EDGE facilitează accesul la internet de viteză mare, dar şi la informaţii de afaceri sau personale.

HSCSD

Circuitul de mare viteza pentru transmisiunea datelor (HSCSD) este o îmbunătăţire adusă circutului normal pentru transmisiunea datelor, mecanism primordial folosit în sistemul GSM. Ca şi în cazul CSD alocarea este stabilit în modul necesar circuitului. Diferenţa este aceea că la acesta din urmă există mai multe posibilităţi de codare şi/sau diferite opţiuni de împărţire a timpului, din acesta cauză mărindu-se efectivul de date trimise.

O inovaţie apărută in HSCSD este aceea că este posibilă corecţia erorilor prin metode diferite in timpul transferului de date. Modul de corecţie a erorilor folosit la început de GSM era facut sa funcţioneze în limitele puterii de acoperire şi în cel mai rau caz posibil pentru transmiterea semnalului. Asta însemna ca o mare parte din capacitatea de transmitere GSM era folosită pentru corecţia erorilor. HSCSD are numeroase nivele de corecţie a erorilor care pot fi folosite în concordanţă cu calitatea transmisiunii radio. Se observă o îmbunătăţire de 50% faţă de CSD care ar trasporta numai 9.6kbit/s în comparaţie cu 14.4kbit/s.

Cealaltă inovaţie apărută la HSCSD este posibilitatea de a folosi mai multe diviziuni de timp în acelasi moment. Utilizând maxim 4 diviziuni de timp se poate ajunge la un trasfer maxim de 57.6kbit/s de 4 ori mai mult ca 14.4kbit/s. Chiar şi când condiţiile de transmisiune radio nu sunt bune se va reuşi transmiterea cu 38.4kbit/s in comparaţie cu 9.6kbit/s. Combinând până la 8 diviziuni GSM de timp capacitatea poate fi marită până la 115kbit/s.

HSCSD are nevoie ca un singur utilizator sa acceseze diviziunile de timp. Din acesta cauză este posibil ca la inceputul unei transmisiuni sau in timpul acesteia, reţeaua nu va putea satisface cererea deoarece este configurată să dea prioritate apelurilor de voce şi acordării de diviziuni de timp pentru utilizatorii HSCSD.

Utilizatorul este taxat cu o sumă mai mare pentru folosirea HSCSD decat în cazul unei convorbiri normale pentru tot timpul în care conexiunea este activă. Asta face ca HSCSD sa fie destul de scump in majoritatea reţelelor GSM şi de aceea GPRS a devenit mai dorit decat HSCSD. GPRS are la baza cantitatea de date trimisă, nu durata conexiunii.

Lăsând la o parte faptul ca întreaga bandă este alocată pentru utilizatorul care foloseşte HSCSD, HSCSD are şi un avantaj în reţelele GSM atunci când se pune problema întarzierii interfeţei radio, avantaj pe care GPRS-ul nu îl are. Asta se intâmplă din cauză că HSCSD nu are nevoie de permisiune de la reţea pentru a trimite un pachet.

HSCSD este şi o opţiune in sitemele EDGE şi UMTS unde transmisiunea pachetelor de date este mult mai mare. În UMTS spre exemplu avantajele HSCSD sunt destul de mici deoarece UMTS a fost optimizat să suporte o bandă mare şi o latenţă scazută. Singurul motiv de folosire a HSCSD în sistem UMTS ar fi dacă s-ar realiza accesul prin sisteme dial up.

11

GPRS

GPRS (General Packet Radio Service), standardizat iniţial de ETSI şi mai apoi de 3GPP este o metodă nouă de transfer de date adăugata serviciului GSM care permite ca informaţia să fie trimisă şi primită de-a lungul unei reţele de telefonie mobilă. Tehnologia complementează transferul de date rapid (CSD) şi SMS-ul. O reţea 2G care implementeaza GPRS este adesea numita reţea 2.5G.

GSM-ul cu GPRS foloseşte două metode de acces multiplu: duplex cu diviziune în frecvenţă (frequency division duplex – FDD) şi acces multiplu cu diviziune în frecvenţă (multiple access frequency division – FDMA). În timpul unei sesiuni, utilizatorului îi sunt atribuite o pereche de canale de frecvenţă de up-link şi down-link. Adăugând la aceasta faptul că se foloseşte cumunicaţia orientată pe pachet rezultă posibilitatea de folosire a aceluiaşi canal de către mai mulţi utilizatori. Pachetele transmise au aceeaşi dimensiune, egală cu a unui slot de timp GSM. Canalul de down-link foloseşte o programare a pachetelor de tipul primul venit, primul servit.

GPRS suportă iniţial conexiuni bazate pe Internet Protocol (IP), Point-to-Point Protocol (PPP) şi X.25. Ultimul protocol era folosit pentru aplicaţii mobile de genul terminalelor de plată dar, în cele din urmă, a fost eliminat din standard. X.25 poate fi în continuare folosit impreună cu PPP sau IP, însă este necesară prezenţa unui router care să realizeze încapsularea. În practică, atunci când se foloseşte browser-ul telefonului se apelează la protocolul IPv4, mod în care operatorul de telefonie mobilă nu suportă PPP, în general. În schimb, dacă telefonul este legat la un calculator şi folosit drept modem, PPP este folosit pentru a transmite IP spre telefon. Aceasta permite DHCP-ului să atribuie o adresa IP, iar apoi folosirea IPv4.

12

Figura 2: Accesul la internet prin GPRS

Dispozitivele care suportă GPRS se împart în 3 clase de capabilitate: Clasa A: pot fi conectate la un serviciu GPRS şi la unul GSM, folosindu-le pe

amândouă simultan; Clasa B: pot fi conectate la un serviciu GPRS şi la unul GSM, însă doar unul poate

fi folosit la un moment de timp dat. Pe durata unui serviciu GSM (voce sau SMS) serviciul GPRS este suspendat, fiind reluat apoi automat când serviciul GSM a luat sfârşit. Majoritatea mobilelor GPRS fac parte din aceasta categorie;

Clasa C: pot fi conectate fie la un serviciu GPRS, fie la unul GSM. Comutarea între cele două moduri se face manual.

Viteza standardului GPRS este legată direct de numărul de sloturi de timp TDMA atribuite, acest număr reprezentând minimul dintre ceea ce suportă celula unde s-a realizat conexiunea şi capacitatea maximă a terminalului, exprimată drept clasă multislot GPRS.

Viteza maximă teoretică de până la 171.2 kilobiţi pe secundă (kbps) este obţinută prin folosirea a opt căi de acces în acelaşi timp. Acest fapt făcea ca GPRS-ul să fie de trei ori mai rapid decât vitezele de transmisie posibile în reţelele de comunicaţii contemporane apariţiei lui.

Viteza de transfer depinde şi de codarea de canal folosita. Cea mai rapidă dar mai puţin robustă schemă de codare este CS4. Aceasta este disponibilă în apropierea unui BTS (base transceiver station), în timp ce schema de codare CS-1, cea mai robustă dintre ele, este folosită atunci când terminalul de la care se face conectarea (mobile station – MS) se afla situată la o distanţă mai mare faţă de BTS.

13

Schema de codare Viteza (kb/s)CS-1 8.0CS-2 12.0CS-3 14.4CS-4 20.0

Folosind CS-4 este posibilă atingerea unei viteze de 20kb/s pe fiecare slot de timp. Folosind această schemă însă, acoperirea celulei se reduce la 25% din cea normală. CS-1 poate atinge o viteza de doar 8kb/s dar acoperirea reprezintă un procent de 98% din cea normala.

În general datele GPRS sunt taxate pe kilobit de informaţie trimisă sau primită, în timp ce conexiunile de date orientate pe comutarea de circuite sunt taxate la secundă. Acest lucru se intampla deoarece, chiar şi atunci când nu se transferă date, banda este ocupată şi indisponibilă altor utilizatori.

GPRS facilitează conectările imediate, adică informaţia poate fi trimisă sau primită imediat ce apare o necesitate, nefiind nevoie de conectare prin dial-up. Acest fapt precum şi viteza mare au facut ca GPRS să fie o tehnologie foarte importantă pentru aplicaţiile în timp critic.

EDGE

După ce HSCSD şi GPRS, introduse în 1998, respectiv 1999, au permis operatorilor GSM să ofere rate de transfer mai mari de 9,6 kbit/s, în 2003 este introdusa tehnologia EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) care promitea o rată de transfer mai bună si, la fel de important, elimina necesitatea dezvoltarii site-urilor specializate pentru mobile pe care se bază tehnologia WAP. Un alt nume folosit pentru tehnologia EDGE este Enhanced GPRS.

14

Figura 3: Accesul la internet prin EDGE/EGPRS şi ECSD

EDGE este o tehnologie care permite transfer rapid de date în cadrul reţelelor GSM. O reţea ce beneficiaza de serviciile EDGE asigură o viteză de transfer de date de pana la 236 kbps, ceea ce este de 3 ori mai rapid decât viteza oferita de tehnologia GPRS. Pentru a putea suportă rate de transfer mai mari a fost folosit un nou sistem de modulaţie, cunoscut ca 8PSK (Phase Shift Keying).

EDGE poate fi considerat ca o tranziţie către tehnologia 3G (generaţia a treia) care la rândul sau oferă abonaţilor reţelelor mobile posibilitatea de a beneficia de anumite servicii 3G ca de exemplu, acces de mare viteză la Internet, audio/video streaming, download de fişiere video etc. Mulţi dintre operatorii de telefonie mobilă consideră EDGE drept o alternativă economică pentru tehnologia 3G.

EDGE permite operatorilor fară licenţă UMTS (Universal Mobile Telephone System) să rămână în competiţie pe piaţa transferului de date wireless. Astfel, operatorii UMTS pot de asemenea să foloseasca EDGE în cazul serviciilor de mare viteza şi în cazul suprafeţelor mai întinse, acolo unde UMTS este folosit pentru zonele urbane. Tehnologia EDGE nu va face necesară adăugarea unor noi elemente şi va fi capabilă să suporte dispozitive mobile mai vechi cu modulaţie GMSK.

Cel mai mare avantaj al tehnologiei EDGE este posibilitatea de a efectua transferuri rapide de date, ceea ce asigură un access comod, eficient şi rapid la Internet şi WAP, precum şi expedierea sau recepţionarea rapidă a MMS-urilor, prin aceasta oferind abonaţilor oportunitatea de a atinge un nivel mai inalt de mobilitate şi productivitate. În plus, EDGE oferă utilizatorilor oportunitatea de a utiliza servicii dintre cele mai moderne cum sunt: streaming audiovideo, download de fişiere video, etc.

O comparaţie între vitezele de transfer ale EDGE şi GPRS poate fi vazuta mai jos:

15

Dimensiune GPRS EDGEMesaj e-mail 10 KB 1.5 sec. 0.5 sec. Pagina Web 8 KB 1.2 sec. 0.4 sec. Fişier textual 40 KB 6 sec. 2 sec. Fişier Word/Excel 2 MB 5 min. 1 min. 40 sec. Fişier Video / MP3 4 MB 10 min. 3 min. 20 sec.

Figura 4: Evoluţia ratelor de transfer exprimata în kbit/s

Caracteristici ale tehnologiei EDGE: permite o viteza de transmisie de trei ori mai mare decât viteza GPRS; viteza nu este garantată şi se imparte între utilizatorii din aceeaşi celula; funcţionare similară cu tehnologia GPRS - foloseşte transmisia de date în pachete

cu o adresare IP; reţelele EDGE şi GPRS funcţionează în paralel, un utilizator se va conecta automat

la una dintre reţele în funcţie de tipul telefonului mobil şi aria de acoperire; tehnologie adaptată pentru accesul la Internet: permite viteza mai mare la

descarcarea conţinutului (download) decât la urcarea lui pe net (upload); nu se întrerupe comunicarea la trecerea dintr-o zonă de acoperire EDGE într-o zonă

GPRS sau invers;

16

oferta de date mobile este comuna EDGE / GPRS, nu există diferenţe de tarifare între cele două tehnologii.

Viteza de transmisie maximă este de 210 - 215 kbps şi nu este garantată, depinzând de o serie de factori:

numărul de utilizatori simultani dintr-o celula; puterea semnalului, condiţiile radio; numărul de canale de transmisie folosite - depinde de tipul de telefon EDGE şi de

disponibilitatea reţelei.

17

III. Tehnologiile celei de-a treia generaţii

Bazându-se pe familia de standarde din programul IMT-2000 al ITU, tehnologia 3G permite operatorilor de reţele mobile să ofere utilizatorilor o gamă mai variată şi mai avansată de servicii, obţinând în acelaşi timp o capacitate sporită a reţelei prin eficienţă spectrală sporită.

Figura 5: Modul de funcţionare al unei reţele 3G

Spre deosebire de reţelele IEEE 802.11, cele 3G sunt reţele de telefonie mobilă care au evoluat, incorporând accesul de mare viteza la internet şi videotelefonia. Reţelele 802.11 (cunoscute şi ca Wi-Fi) sunt reţele de rază scurtă şi lărgime de bandă ridicată, dezvoltate în special pentru date.

Luna decembrie a anului 2005 a marcat existenţa a 100 de reţele 3G operaţionale în peste 40 de ţări.

După expunerea cerinţelor de către ITU, 3GPP a continuat dezvoltarea în domeniu prin definirea unui sistem mobil care să se afle în concordanţă cu standardul IMT-2000. Evoluţia sistemului este marcata prin release-uri, fiecare astfel de variantă introducând noi funcţionalităţi, astfel:

varianta '9964 kbit/s comutare de circuite384 kbit/s comutare de pacheteServicii de localizareservicii de apelare compatibile cu GSMcomunicaţii (GSM) bazate pe USIM (Universal Subscriber Identity Module)

18

varianta 4radio Edge mesagerie multimedianivele MeXeîmbunătăţirea serviciilor de localizareservicii multimedia IP (IMS)

varianta 5subsisteme multimedia IP(IMS)IPv6, transport IP în UTRANîmbunătăţiri aduse GERAN, Mexe, etcHSDPA

varianta 6integrare WLANemisie şi multitransmisiune multimediaîmbunătăţiri la IMSHSUPA

Tehnologia 3G este una bazată pe comutarea de pachete, similar modului în care funcţionează internetul.

O reţea 3G are o ierarhie de celule, acestea fiind împărţite în: macrocelule: este cea mai mare dintre ele, având o raza de acoperire ce cuprinde un

oras întreg; microcelule: celule cu acoperire medie, de obicei cât un cartier al unui oraş; picocelule: au cea mai mică rază de acoperire, fiind bune pentru acoperirea unor

obiective precise, cum ar fi un hotel sau un aeroport. În general, acest tip de celulă este cunoscut drept hot-spot.

Figura 6: Ierarhia celulelor 3G

Motivul diviziunii pe celule il reprezintă faptul că, la distanţe mici, comunicaţia este mai rapidă şi permite accesul unui număr mai mare de utilizatori. Din această cauză un hot-spot este în general localizat în zone geografice mici şi foarte populate.

19

HSPA

HSPA (High-Speed Packet Access) este o colecţie de protocoale de telefonie mobilă care extind şi îmbunătăţesc performanţa protocalelor UMTS. Au fost stabilite două standarde, HSDPA şi HSUPA, şi este propus încă un standard HSOPA.

Cele două standarde existente (HSDPA şi HSUPA) din familie oferă performanţe crescute folosind scheme de modulaţie îmbunătăţite şi rafinând protocoalele prin care comunică mobilele şi staţiile. Aceste îmbunătăţiri duc la o utilizare mai bună a benzii radio existentă oferită de UMTS.

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) este un protocol de comunicaţii mobile 3G (a treia generaţie) din familia HSPA, care permite reţelelor bazate pe UMTS să aibă viteze şi capacitate de transfer de date mai mari. Implementările HSDPA curente suportă viteze down-link de 1.8, 3.6, 7.2 şi 14.4 Mbit/s. Creşteri mai mari de viteză sunt planuite pentru viitorul apropiat. Reţelele vor fi promovate la Evolved HSPA, care furnizează viteze de 42 Mbit/s downlink în prima s-a ediţie.

Standardului HS-DSCH (High-Speed Downlink Shared Channel) folosit de HSDPA îi lipsesc două caracteristici de bază ale altor canale W-CDMA – factor de răspândire variabil şi control rapid. În loc de acestea, el furnizează performanţă downlink îmbunătăţită folosind AMC (adaptive modulation and coding – modulaţie şi codare adaptive), planificare rapidă de pachete la staţia de bază şi retransmisii rapide de la staţia de bază, cunoscute ca HARQ.

HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request) foloseşte redundanţă incrementală, în care datele utilizatorului sunt transmise de mai multe ori folosind codări diferite. Când este primit un pachet corrupt, dispozitivul de la utilizator îl salvează şi îl combină apoi cu retransmisiunile, pentru a recupera pachetul fără erori, cât mai efficient posibil. Chiar dacă pachetele retransmise sunt corupte, combinarea lor poate avea ca rezultat un pachet fără eroare.

Canalul downlink HS-DSCH este partajat între utilizatori, folosind o planificare dependentă de canal pentru a utiliza cât mai bine condiţiile radio disponibile. Fiecare dispozitiv de utilizator transmite periodic o idicaţie despre calitatea semnalului downlink, de până la 500 de ori pe secundă. Folosind aceste informaţii de la toate dispozitivele, staţia de bază decide căror utilizatori li se vor trimite date în următorul cadru de 2ms şi câte date trebuie trimise pentru fiecare utilizator.

Cantitatea de canalizare a arborelui de cod şi, deci, a laţimii de bandă a reţelei alocată utilizatorilor HSPDA este determinată de reţea. Alocarea este semi-statică, adică poate fi modificată în timp ce reţeaua operează, dar nu pe bază de frame-cu-frame. Această alocare reprezintă o compensaţie între lăţimea de bandă alocată pentru utilizatorii HSDPA şi cea pentru voce şi datele utilizatorilor non-HSPDA. Alocarea este realizată în unităţi de coduri de canalizare pentru factorul de răspândire (spreading factor) 16 – există 16 asemenea factori şi până la 15 pot fi alocaţi pentru HSPDA.

Când staţia de bază decide care utilizator vor primi date în următorul frame, aceasta decide de asemenea ce coduri de canalizare vor fi folosite pentru fiecare utilizator. Aceste informaţii sunt trimise dispozitivelor de utilizator pe unul sau mai multe canale de planificare HSDPA; aceste canale nu fac parte din alocarea HSDPA menţionată anterior, dar sunt alocate separat.

20

Deci, pentru un anumit frame de 2ms, datele pot fi trimise unui număr de utilizatori simultan, folosind coduri de canalizare diferite. Numărul maxim de utilizatori care pot primi date într-un unumit frame de 2ms este determinat de numărul de coduri de canalizare. Prin contrast, în CDMA2000 1xEV-DO, datele sunt trimise câte unui utilizator la un moment dat.

Schema de modulare şi codarea este schimbată per-utilizator în funcţie de calitatea semnalului şi utilizarea celulei. Schema iniţială este QPSK (Quadrature Phase-shift Keying), dar în condiţii radio bune modulaţia 16QAM aproape dublează ratele capacităţii de date. Cu alocare 5 Code, QPSK oferă în mod tipic rate de vârf de 1.8 Mbit/s, în timp ce 16QAM până la 3.6. Coduri suplimentare (ex. 10, 15) pot fi de asemenea folosite pentru a îmbunătăţi aceste rate sau pentru a extinde semnificativ capacitatea reţelei. Teoretic, HSDPA poate da o capacitate de până la 14.4 Mbit/s.

HSDPA face parte din standardele UMTS ediţia 5, care acompaniază de asemenea o îmbunătăţire prin care uplink-ul oferă o nouă limită superioară de 384kbit/s. Bariera maximă anterioară era 128 kbit/s.

Pe lângă canalul HSDPA, sunt introduse trei canale fizice noi: HS-SCCH, HS-DPCCH şi HS-PDSCH. HS-SCCH (High Speed-Shared Control Channel) informează utilizatorul că datele vor fi trimise pe HS-DSCH cu două sloturi înainte. HS-DPCCH (Uplink High Speed-Dedicated Physical Control Channel) este canalul mapat pe canalul de transport HS-DSCH de mai sus care transportă date de utilizator reale.

HSDPA cuprinde diferite versiuni cu viteze de date diferite.

Categorie Număr Max. decoduri HS-DSCH Modulaţie Rata de date max.

[Mbit/s]1 5 QPSK ând 16-QAM 1.22 5 QPSK ând 16-QAM 1.23 5 QPSK ând 16-QAM 1.84 5 QPSK ând 16-QAM 1.85 5 QPSK ând 16-QAM 3.66 5 QPSK ând 16-QAM 3.67 10 QPSK ând 16-QAM 7.38 10 QPSK ând 16-QAM 7.39 15 QPSK ând 16-QAM 10.210 15 QPSK ând 16-QAM 14.411 5 QPSK only 0.912 5 QPSK only 1.8

Prima fază a HSDPA a fost specificată în 3GPP (3rd Generation Partnership Project) ediţia 5. Aceasă fază introduce funcţii de bază noi şi doreşte să atingă o rată de date de vârf de 14.4 Mbit/s (vedeţi mai sus). Nou introduse sunt HS-DSCH, QPSK cu

21

modulaţie adaptivă şi 16QAM şi MAC-hs (High Speed Medium Access Protocol) în staţia de bază.

A două fază a HSDPA este specificată în 3GPP ediţia 7 şi a fost numită HSPA Evolved. Poate atinge rate de până la 42 Mbit/s. Aceasta va introduce tehnologii de zonă de antenă cum ar fi beamforming (formare de rază) şi MIMO (Multiple-input multiple-output communications). Formarea de rază concentrează puterea transmisă a unei antene într-o rază spre direcţia utilizatorului. MIMO foloseşte antene multiple pe partea de salvare şi trimitere. Implementările sunt programate să înceapă în a două jumătate a anului 2008.

După HSDPA dezvoltarea se duce spre HSOPA, o tehnologie în dezvoltare care va fi specificată în 3GPP Release 8. Acest proiect este numit Iniţiativa pentru dezvoltare pe termen lung (Long Term Evolution) şi are ca scop să atingă rate de până la 200 Mbit/s pentru uplink folosind OFDMA.

Din 25 Mai 2007, 102 reţele HSDPA au lansat pe piaţă servicii mobile de bandă largă în 55 de ţări. Aproape 40 de reţele HSDPA suportă capacitate de date downlink maximă de 3.6 Mbit/s. Un număr în creştere furnizează downlink maxim de 7.2 Mbit/s, dând un impuls noilor dispozitive de mare viteză apărute pe piaţă. O reţea a fost declarată pregătită pentru 14.4 Mbit/s şi mai multe vor avea această capacitate până la sfărşitul anului 2007. Prima reţea uplink HSUPA este lansată şi altele vor urma în 2007.

Acest protocol este o modernizare relativ uşoară acolo unde este implementat UMTS.

CDMA2000CDMA2000 este un protocol hibrid de standarde de telecomunicaţii mobile care

utilizează CDMA, o schemă de acces multiplă pentru radio digital, servicii de voce, date şi semnal (cum ar fi un număr de telefon format) între telefoane mobile şi tranzmiţătoare radio pentru telefonia mobila.

CDMA este o tehnologie mobilă radio digitală unde canalele sunt definite cu coduri (secvenţe PN) CDMA permite existenţa de tranzmiţătoare simultane multiple pe aceiaşi frecvenţă spre deosebire de TDMA, utilizat în GSM, şi FDMA, utilizat în AMPS. Protocolul are o istorie tehnică relativ lungă şi ramane compatibil cu metode CDMA de telefonie mai vechi, cum ar fi cdmaOne realizat prima dată de Qualcomm, o companie comercială şi deţinătoare a câtorva patenturi internaţionale de tehnologii cheie.

Standardele CDMA2000, CDMA2000 1xRTT, CDMA2000 EV-DO, şi CDMA2000 EV-DV sunt interfeţe radio aprobate pentru standardul ITU IMT-2000 şi succesoare directe ale 2G CDMA, IS-95 (cdmaOne).

CDMA2000 este o marca inregistrata a Telecommunications Industry Association (TIA-USA), în Statele Unite, şi nu un termen generic precum CDMA. În mod similar TIA a inregistrat standardul lor 2G CDMA, IS-95, ca cdmaOne.

CDMA2000 este un concurent incompatibil cu celelalte standarde 3G UMTS. Este programat sa opereze la frecvente de 450 MHz, 700 MHz, 800 MHz, 900 MHz, 1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, şi 2100 Mhz.

EV-DO

22

EV-DO este un standard de telecomunicaţii pentru tranmisia wireless a datelor prin semnale radio, în mod tipic pentru accesul broadband la internet. Utilizează tehnici de multiplexare ca CDMA (code division multiple access) precum şi FDD (frequency division duplex) pentru a maximiza cantitatea de date transmise. Este standardizat de 3rd Genertion Partership Project 2 (3GPP2) ca parte a familiei CDMA2000 şi a fost adoptat de mulţi furnizori de telefonie mobilă din intreaga lume, mai ales de cei ce utilizau reţele CDMA, şi nu GSM.

Caracteristica EV-DO a reţelelor CDMA2000 asigura accesul la dispozitivele mobile cu interfeţe având viteze de pana la 2.4 Mbit/s cu Rev.0 şi pana la 3.1 Mbit/s cu Rev.A. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), tehnologie ce concureaza pentru W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), dar şi noile modemuri Qualcomm Rev A sunt capabile sa menţina pe aceiaşi unda radio atât circuitul de voce cât şi transmisiile de date; aceasta functionalitate nu este asigurata şi de chipseturile Qualcomm Rev. 0. Asigura o reţea pe bazata pe IP.

Au existat mai multe revizii ale standardului, numite alfabetic, incepand cu Rev.A – prima revizie, în timp ce primul standard a fost denumit Rev.0\

TIA 856 Rev.0Designul initial al EV-DO a fost dezvoltat de Qualcomm în 1999 sa indeplineasca

conditiile IMT2000, pentru comunicaţii stationare de downlink mai mari de 2 Mbit/s, spre deosebire de telecomunicaţiile mobile. Initial, standardul a fost denumit HDR (high data rate), dar apoi a fost redenumit 1xEV-DO, dupa ratificarea sa de catre Uniunea Internationala a Telecomunicaţiilor; i s-a acordat denumirea numerica de TIA-856. Initial, EV-DO venea de la 1xEvoluţion Data Only, referindu-se la faptul ca reprezinta o varianta ce a evoluat din standardul 1x (1xRTT), prin ale carui canale se face doar trafic de date.

Mai tarziu, posibil datorita conotatiilor negative ale cuvantului “only”(doar) partea “DO” a standardului 1xEV-DO a fost modificata în “Data Optimized”, asa ca acum, termenul EV-DO vine de la “Evoluţion-Data Optimized”, iar la prefixul “1x” au renuntat majoritatea utilizatorilor. Astfel se m\accentueaza faptul ca tehnologia în cauza a fost optimizata pentru tranferuri de date, important din punct de vedere al marketing-ului.

TIA-856 Rev ARev.A ofera interconectarea rapidă atât pe legaturile directe, cât şi cele inverse, dar

şi îmbunătăţiri în ceea ce priveste interfata radio, ce reduc latenţa şi îmbunătăţesc ratele de date. Pe langa cresterea ratei maxime de downlink de la 2.45 Mbit/s la 3.1 Mbit/s, Rev.A are o îmbunătăţie semnificativa în rata maximă de uplink, de la 153 kbit/s la 1.8 Mbit/s. Aceasta îmbunătăţir e presupune o identificare timpurie a primului subpachet, astfel ratele de date au o medie sub 1 Mbit/s.

23

TIA-856 Rev BEV-DO Rev B este o evoluţie multi-carrier a specificaţiei Rev.A. Menţine

capabilitatile EVDO Rev A, şi prezinta urmatoarele îmbunătăţir i: rate mai ridicate per purtătoare (pana la 4.9 Mbit/s downlink per purtătoare).

Instalările tipice pot include 3 purtătoare cu o rată maximă de 14.7 Mbit/s. rate mai ridicate prin gruparea canalelor îmbunătăţeste experienta utilizatorului şi

permite introducerea unor noi servicii precum transmisiile video de rezoluţie mare. foloseşte multiplexarea statistica prin canale pentru reducerea latenţei, îmbunătăţind

serviciile ce au o senzitivitate sporita, cum ar fi jocurile, telefonia video, navigarea internet.

timpi ridicaţi de convorbire şi asteptare. reutilizarea frecvenţelor hibrid ce reduce interferenţa sectoarelor adiacente şi

îmbunătăţeste ratele ce pot fi oferite mai ales utilizatorilor de la marginea celulei. suport eficient pentru serviciile ce au cerinte de download şi upload asimetric (de

exemplu rate de transfer date diferite necesare în fiecare direcţie) cum ar fi transferurile de fisiere, navigarea internet şi transmisiile multimedia broadband.

Standardele posibile de concurenţăMotorola a introdus un nou system numit 1Xtreme ca o evoluţie a CDMA2000, dar

a fost respins de corpul de standardizare 3GPP2. Mai tarziu, un standard concurent numit EV-DV dezvoltat de Qualcomm, Lucent, Nokia, Motorola etc. în 3GPP2 a fost propus ca o evoluţie alternative a CDMA. EV-DV reprezinta Evoluţia de Date şi Voce, ţinând cont ca structura canalul era invers compatibilă cu IS-95 şi IS-2000 (1xRTT), permitand o instalare in-band al reţelei (EV-DO necesita o reţea overlay cand este instalată în modul mixt).

La vremea respectivă existau discuţii privind meritele relative ale DV şi DO. Operatorii traditionali cu reţele de voce existente preferau instalarea DV, având în vedere ca nu necesita un overlay. Alţi ingineri, dar şi operatorii noi fară o reţea de voce 1x, preferau EV-DO deoarece nu necesita o compatibilitate inversa şi astfel puteau fi explorate diferite structuri pilot, canale de control îmbunătăţite etc. De asemenea costul reţelei era mai scazut, deoarece EV-DO foloseşte o reţea IP şi nu necesita o reţea SS7 şi switch-uri complexe cum ar fi centre mobile de switching (MSC). De asemenea, echipamentul necesar EV-DV nu a fost disponibil la timp pentru a satisface necesitatile pieţei, în timp ce echipamentul EV-DO şi ASIC (application-specific integrated circuit) erau disponibile şi testate în momentul în care standardul EV-DV a fost terminat. Ca urmare, standardul EV-DV era mai puţin atractiv pentru operatori şi astfel nu a fost implementat. Verizon Wireless, apoi Sprint Nextel în 2004 şi apoi operatori mai mici în 2005 şi-au anunţat planul de instalare EV-DO. Astfel, în martie 2005, Qualcomm a suspendat dezvoltarea chipseturilor EV-DV şi şi-a concentrat atenţia asupra îmbunătăţirii liniei de produse EV-DO.

24

IV. Tehnologiile premergatoare celei de-a patra generaţii

HSOPAHigh Speed OFDM Packet Access (HSOPA) este upgrade-ul partii de 3GPP al

Long Term Evolution (LTE) pentru sistemele UMTS. HSOPA este de asemenea numit ca Super 3G. Daca este adoptat, HSOPA depaseste tehnologiile HSDPA şi HSUPA specificate în variantele 5 şi 6 ale 3GPP. Spre deosebire de HSDPA sau HSUPA, HSOPA este un sistem de interfaţa air cu totul nou, fară nici o legatura şi incompatibil cu W-CDMA.

CaracteristiciHSOPA are urmatoarele caracterisitici:

folosire în bandă flexibila cu lungimi de bandă între 1.25 MHz şi 20 MHz. prin comparaţie W-CDMA foloseşte bucăţi de spectru cu o mărime fixă de 5 MHz;

eficienţa crescută a spectrului la 2-4 ori mai mare decât în 3GPP versiunea 6, ratele de transfer de vârf la 100 Mbit/s pentru downlink şi 50Mbit/s pentru uplink;

timpi de latenţa de aproximativ 20 ms pentru o tura dus-întors de la terminal la RAN, aproximativ la fel ca un sistem combinat HSDPA/HSUPA, dar mult mai bine decât un “classic” W-CDMA.

ProiectareaHSOPA foloseşte Divizia Ortogonala a frecvenţei Multiplexate (OFDM) şi

tehnologie pentru antene intrări-multiple şi ieşiri-multiple pentru susţinerea a pâna la de 10 ori mai mulţi utilizatori decât sistemele bazate pe W-CDMA, cu o mai mică putere de procesare necesară pentru fiecare terminal. Înca în dezvoltare, performanţa experimentală este de 37 Mbit/s în downlink pe un canal de 5MHz, aproape de maximul teoretic de 40 Mbit/s.

Raţiunea pentru HSOPAO versiune funcţionala a HSOPA va ajuta la îndeplinirea ţelurilor fixate de proiectul

3GPP LTE. Îmbunătăţirile performanţelor pe care aceasta le implică va permite operatorilor wireless să ofere servicii cvadruple – voce, servicii interactive de mare viteza inclusiv transfer mare de date şi IPTV bogat în opţiuni cu mobilitate totală.

Deşi UMTS, cu HSPA şi HSUPA, permit transfer rapid de date, folosirea transferului de date prin wireless este preconizat să creasca semnificativ în următorii ani. Dezvoltarea unor tehnologii competitive, ca WiMAX, îi face pe operatorii UMTS să isi upgradeze reţelele pentru a face faţă transferurilor mai rapide de date.

Ca parte din UMTS, HSOPA ar fi proiectat să ofere o cale simpla de evoluţie pentru furnizorii de servicii UMTS, oferind transfer de date în creştere, eficientă spectral şi permiţând o mai mare funcţionalitate.

25

În cele mai multe situaţii, costul de a transforma o reţea UMTS într-o interfaţă air de urmatoarea generaţie incluzând HSOPA, va fi minimal comparative cu costul implementării unei noi reţele, pentru ca majoritatea infrastructurii existente va rămâne aceeaşi, necesitând doar modificari majore doar la nivel de turn şi handseturi.

Demo-uri tehnologiceDemonstaţiile şi probele HSOPA sunt planificate pentru 2007 şi după. Cercetătorii din cadrul institutului Heinrich Hertz, o divizie de cercetări a

Institutului subvenţionat de guvernul german au demonstrat viteze de transfer de 100 Mbit/s.

NTT DoCoMo din Japonia planifică lansarea unei noi reţele bazate pe tehnologie HSOPA până în 2010. Upgradarea reţelei va costa 200 miliarde yeni ($1.7 miliarde USD/1.3 miliarde euro).

Tehnologii competitive: Wimax vs HSOPADatorită faptului că ambele sisteme folosesc interfeţe air radical diferite decât cele

deja în folosinţa, nici un standard nu poate opera în acelaşi spectru fizic ca standardele trecute, deşi o versiune FDD a HSOPA poate imparti spatial celular cu licenţă atât timp cât acele alocari sunt mai mari de 6.25 MHz (5 MHz pentru W-CDMA şi 1.25 MHz pentru HSOPA) cerinţe minime pentru ca ambele standard să co-existe.

În practica, cele mai multe reţele UMTS pot migra la nivelul turn la HSOPA fară să mai fie necesar mai mult spectru, cu exceptie unde barierele legale nu permit folosirea tehnologiilor non- interfaţa air IMT-2000.

Un motiv principal pentru schimbarea CDMA este capacitatea OFDM să foloseasca mai bine multi-antena AAS şi MIMO şi tehnologiile de cale unica. Dezbaterile privind eficienţa spectrală centrală sunt evitate de imbunătătirile posibile deja prin utilizarea MIMO şi AAS limitat. Harta evoluţionara a tehnologiei wireless cere beneficii mai mari din combinarea sinergetica a acestor tehnologii.

În timp ce WiMAX şi HSOPA folosesc OFDM/OFDMA, HSOPA imbunătătit UMTS cel mai probabil va fi optimizat pentru o arie mai vastă a comunicaţiilor de voce mobile. HSOPA va folosi OFDMA pentru down-link şi Single Carrier FDMA (SC-FDMA) pentru up-link. WiMAX/802.16e-2005 foloseşte OFDMA pentru ambele down şi up links.

SC-OFDM poate menţine conexiuni la o distanţă mai mare, dar are lungime de undă mai mică decât OFDMA. Cu toate acestea, susţinatorii WiMAX privesc evoluţia WBB ca o schimbare a “evoluţiei arhitecturale” a reţelelor wireless la o lungime de unda mai granulara, simetrica, largă micro-cell şi topologii de reţea mobile cu relee multi-hop.

WiMax multi-mod plus CDMA şi alte tehnologii pot lucra impreună pentru îndeplinirea atât cerinţelor de raza lungă şi joasă lungime de unda cât şi raza scurtă şi lungime de bandă inalta pe bază principiului de a-i oferi utilizatorului intotdeauna experienţa “celei mai bune conexiuni”.

26

3GPP LTE

3GPP LTE (Long Term Evoluţion – Evoluţie pe termen lung) este numele dat unui proiect din Third Generation Partnership Project pentru a îmbunătăţi standardul de telefonie mobilă UMTS pentru a face faţă cerinţelor viitoare. Ţelurile includ îmbunătăţirea eficienţei, reducerea costurilor, îmbunătăţirea serviciilor, utilizarea noilor oportunităţi de spectru şi o integrare mai bună cu alte standarde deschise. Proiectul LTE nu este un standard, dar va avea ca rezultat în noua ediţie 8 evoluată a standardului UMTS, incluzând majoritatea sau toate extensiile şi modificările la sistemul UMTS.

ObiectiveÎn timp ce proiectul este continuu şi general în domeniu, acesta şi-a setat mai multe

ţeluri specifice, majoritatea dintre acestea fiind orientate spre modernizarea la aşa numita a patra generaţie de tehnologie de comunicaţii mobile, în esenţă un sistem Internet de bandă largă wireless cu voce şi alte servicii incluse pe deasupra. Ţintele includ:

Rate de download de 100 Mbit/s şi rate de upload de 50 Mbit/s pentru fiecare spectru de 20 MHz

Cel puţin 200 de utilizatori activi în fiecare celulă de 5 MHz. (adică 200 de convorbiri telefonice active)

Latenţă de sub 5ms pentru pachete IP mici Flexibilitate de spectru crescută, cu felii de spectru mici de până la 1.25 MHz ( şi

mari de până la 20 MHz) suportate (W-CDMA necesită felii de 5 MHz, conducând la unele probleme cu rulările de tehnologie în ţări unde 5 MHz este o cantitate de spectru alocată în mod comun şi este deja frecvent folosită în standarde mai vechi cum ar fi 2G GSM şi cdmaOne). Limitarea dimensiunilor la 5 MHz a limitat de asemenea cantitatea de lăţime de bandă per mobil

Dimensiunea optimă a celulei de 5 km, dimensiuni de 30 km cu performanţe rezonabile şi dimensiuni de până la 100 km suportăte cu performanţe acceptabile

Cohabitarea cu standarde mai vechi (utilizatorii pot porni un apel sau transfer de date transparent într-o zonă care foloseşte standardul LTE şi, dacă acoperirea nu mai este disponibilă, să continue operaţia fără nici o acţiune de partea lor folosind GSM/GPRS sau UMTS bazat pe W-CDMA)

O mare parte din munca depusă este pentru simplificarea arhitecturii sistemului, pentru ca acesta face tranziţia de la o reţea combinată cu circuite UMTS + comutare de pachete existentă, la un sistem bazat în totalitate pe IP.

ProgramSe aşteaptă ca grupul LTE să vină cu recomandări concrete până în Septembrie

2007. Elementul de lucru SAE (System Architecture Evoluţion) va fi finalizat la scurt timp după aceea.

27

AIPN ("All IP Network")O caracterisitică a aşa numitelor reţele „4G” inclusiv Evolved UMTS este că

acestea se bazează fundamental pe TCP/IP, protocolul nucleu al internetului, cu servicii de nivel înalt cum ar fi voce, video şi mesaje, construite peste acesta. În 2004, 3GPP a propus acest viitor pentru UMTS şi a început studii de fezabilitate despre aşa numita All IP Network (AIPN). Aceste propuneri, care au inclus recomandări în 2005 pentru 3GPP ediţia 7 (cu toate că unele aspecte erau în ediţii anterioare cum ar fi 4), formează bază efortului de a construi protocoalele de nivel înalt de UMTS evoluat. Partea LTE a acestui efort este numită 3GPP SAE.

Dintr-o privire, UMTS devine accesibil printr-o varietate de mijloace, cum ar fi propria reţea radio GSM/UMTS (GERAN, UTRAN şi E-UTRAN), WiFi şi chiar sisteme concurente cum ar fi CDMA2000 şi WiMAX. Utilizatorilor reţelelor radio non-UMTS li se va furniza un puct de intrare în reţeaua IP, cu diferite nivele de securitate în funcţie de nivelul de încredere al reţelei folosite pentru a face conexiunea. Utilizatorii reţelelor GSM/UMTS vor folosi un sistem integrat în care toate autentificările la fiecare nivel al sistemului sunt acoperite de un singur sistem, în timp ce utilizatorii care accesează reţeaua UMTS via WiMAX şi alte tehnologii similare vor trata conexiunea WiMAX într-un mod (de exemplu se autentifică prîntr-o adresă MAC sau ESN) şi UMTS se conectează altfel.

E-UTRA Air InterfaceEdiţia 8 a air interface (interfaţa aer), E-UTRA, prefixul E fiind comun

echivalenţilor evoluaţi ai componentelor UMTS mai vechi) va fi folosită de operatorii UMTS la implementarea propriilor reţele wireless. Este important de reţinut că ediţia 8 este inteţionată pentru folosirea peste orice reţea IP, inclusiv WiMAX şi WiFi şi chiar reţele cu fir.

Sistemul E-UTRA propus foloseşte OFDMA pentru downlink (de la turn la mobil) şi Single Carrier FDMA (SC-FDMA) pentru uplink şi foloseşte MIMO cu pâna la 4 antene per staţie. Schema de codare de canal pentru blocuri de transport este codarea turbo şi un întreţesor de cod turbo QPP (quadratic permutation polynomial) fără reţinere.

Utilizarea OFDM, un sistem în care spectrul disponibil este împărţit mii de purtătoare foarte înguste, fiecare pe o altă frecvenţă, fiecare purtând o parte din semnal, permite E-UTRA să fie mult mai flexibilă în utilizarea sa de spectru faţă de sisteme mai vechi bazate pe CDMA care au dominat 3G. Reţelele CDMA au nevoie ca blocuri mari de spectru să fie alocate fiecărei purtătoare, pentru a menţine rate chip mari şi maximizând astfel eficienţa. Construirea de radiouri care sunt capabile să facă faţă la rate chip diferite (şi lărgimi de bandă de spectru) este mai complexă decât crearea de radiouri care trimit şi primesc numai o dimensiune de purtătoare, deci în general CDMA le standardizează pe amândouă. Dacă o felie de spectru este prea mică, apar probleme de implementare pentru operatorii cu puţin spectru. Aceasta a devenit o problemă importantă cu rularea în US a UMTS peste W-CDMA, unde cerinţele de 5 MHz a W-CDMA adesea nu lăsau loc în unele pieţe pentru ca operatorii să facă implementări alături de standarde GSM existente.

OFDM are o eficienţă spectrală a sistemului comparabilă cu CDMA şi când este combinat cu formate de modulaţie cum ar fi 64QAM şi tehnici cum ar fi MIMO, E-UTRA ar trebui să fie considerabil mai eficient decât W-CDMA cu HSDPA şi HSUPA.

28

DownlinkSpaţierea dintre subpurtătoare (subcarriers) în downlink OFDM este de 15 kHZ şi

este un număr de 2048 de subpurtătoare disponibile. Dispozitivele mobile trebuie să fie capabile să primească toate cele 2048 subpurtătoare dar o staţie de bază trebuie să poată transmite numai 72 subpurtătoare. Transmisiunea este împărţită în timp în intervale de timp de 0.5 ms şi subframe-uri de 1.0 ms. Un frame radio este de 10 ms.

Formatele de modulaţie suportăte pe canalele downlink sunt QPSK, 16QAM şi 64QAM.

Pentru operarea MIMO, este făcută diferenţă între MIMO cu un singur utilizator şi MIMO cu mai mulţi utilizatori.

UplinkUplink-ul propus acum foloseşte multiplexare SC-FDMA şi modulaţie QPSK sau

16QAM (opţional 64QAM). SC-FDMA este folosit pentru ca are un raport putere vârf la putere medie scăzut. Fiecare dispozitiv mobil are cel puţin un transmiţător. Dacă MIMO/SDMA (Spatial division multiple access) virtual este introdus rata datelor în direcţia uplink poate fi crescută în funcţie de numărul de antene de la staţia de bază. Cu această tehnologie mai mult de un mobil poate refolosi aceaiaşi resursă.

WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) este o tehnologie de comunicaţii ce are ca scop distribuirea de date “wireless” pe distanţe lungi în diverese moduri: de la legăturile “point-to-point” la felurite tipuri de acces celulare. Aceasta tehnologie este bazata pe standardul IEEE 802.16 care mai este şi denumita “WirelessMAN”.WiMAX permite de exemplu accesul la Internet de pe un laptop fară a exista legături fizice între calculator şi un router, hub sau swich. Numele WiMAX a fost creat de Forumul WiMAX (fondat în Iunie 2001) pentru a promova interoperabilitatea şi portabilitatea standardului. Forumul descrie WiMAX ca o “tehnologie standardizata ce este o alternativa “wireless” la conectare prin cablu şi DSL”.

Termeni folosiţiTermenii “802.16d”, “802.16e” şi “WiMAX mobil” sunt frecvent folosiţi incorect.802.16d – Nu a existat niciodată ca standard, numele corect fiind 802.16-2004. 802.16e – La fel cum 802.16d nu a existat vreodată, nici standardul 802.16e nu a

existat. Este un amendament al standardului 802.16-2004, aşadar nu este un standard de sine stătator, fiind în mod corect numit 802.16e-2005.

WiMAX Fix – fraza folosită frecvent pentru a denota sistemele construite cu ajutorul 802.16-2005 şi care au OFDM PHY ca tehnologie de interfaţă

WiMAX Mobil - construcţie folosită în mod frecvent referitor la sistemele construite cu ajutorul 802.16e-2005 şi al OFDMA PHY ca tehnologie de interfaţă. Implementările WiMAX Mobil sunt aşadar utilizate frecvent pentru a livra servicii pur fixe.

29

UtilizăriLărgimea de bandă a WiMAX o face potrivită pentru urmatoarele potenţiale

aplicaţii: conectarea punctelor de acces internet Wi-Fi întreele şi cu parti ale internet-ului; oferirea unei alternative wireless faţă de cablu şi DSL pentru accessul la broadbând

last mile; oferirea serviciilor de transfer rapid de date şi telecomunicaţie; oferirea unei surse diversificate de access la internet, ca parte a continuităţii unei

companii. Cu alte cuvinte, daca o companie are o conexiune la internet fixa şi alta wireless, cu furnizori diferiti, şansa să fie amândouă afectate simultan este foarte mică;

oferirea de conectivitate nomadă.

Acces de bandă largă (broadband)Numeroase companii sunt interesate de WiMAX pentru conectivitate last mile la

viteze mari de transfer. Competiţia care rezultă ar putea duce la scaderea tarifelor atât pentru clienţii individuali cât şi pentru companii, şi la creşterea accesibilităţii serviciilor. Înainte de WiMAX, mulţi operatori au folosit tehnologii wireless fixe patentate pentru accesul broadband.

Accesul WiMAX a fost folosit pentru a asista comunicaţiile în Aceh, Indonezia, după tsunami-ul din decembrie 2004. Toată infrastructura comunicaţională din zonă, în afară de radioul Ham, fusese distrusă , astfel încat supravietuitorii nu aveau nici un mijloc de comunicare cu cei din afara. WiMAX a oferit acces broadband care a ajutat la refacerea legăturilor dintre Aceh şi lumea exterioară.

WiMAX a fost folosit şi de Intel pentru a asista FCC şi FEMA în eforturile lor de comunicare cu zonele afectate de uraganul Katrina.

Unităţi pentru abonaţiUnităţile pentru abonaţi WiMAX sunt disponibile atât în varianta exterioara cât şi

de birou de la multiplii producători. Unităţile de birou cu instalare automată sunt practice, dar pierderile radio forţează abonatul să fie semnificativ mai aproape de staţia WiMAX de bază, comparativ cu unităţile exterioare instalate de profesionişti. Drept urmare, unităţile de birou cer o mult mai mare investiţie în infrastructură, cât şi un cost operaţional mai ridicat (chirie, reparaţii şi mentenanţă) datorită numărului mare de staţii emiţătoare necesare pentru a acoperi o anumita zonă. Unităţile de birou sunt comparabile ca mărime cu un modem DSL. Unităţile exterioare au mai mult sau mai puţin dimensiunile unui laptop, iar instalarea lor este similară instalării unei antene de televiziune.

Odată cu apariţia mobilităţii (16e), a crescut interesul pentru unităţile portabile. În plus, operatorii pun accentul din ce în ce mai mult pe terminalele pentru jocuri, MP3 player-e, etc., ceea ce este caracteristic pentru WiFi mai degrabă decât pentru tehnologiile 3G.

30

Aplicaţii pentru telefonia mobilăUnele companii de telefonie mobilă considera WiMAX ca o metodă de creştere a

lărgimii de bandă pentru o varietate de aplicaţii; Sprint Nextel a anunţat la mijlocul lui 2006 că va investi aproximativ 5 miliarde de dolari în construirea unei tehnologii WiMAX în următorii ani.

Informaţii tehniceWiMAX este un termen ales pentru a descrie implementările standard, de

interoperabilitate ale reţelelor wireless IEEE 802.16, în acelaşi mod cum termenul Wi-Fi este folosit pentru implementările interoperabile ale standardului IEEE 802.11. Totuşi, WiMAX este foarte diferit de Wi-Fi prin modul în care funcţionează.

Nivelul MAC / stratul legăturilor de dateLa Wi-Fi controller-ul de acces la mediu (MAC) foloseşte accesul competitiv –

toate staţiile de abonaţi care doresc să transfere date printr-un punct de acces wireless (AP) concurează pentru atenţia AP pe baza unor întreruperi aleatorii. Acest lucru poate face ca staţiile aflate la o distanţă mai mare de AP să fie întrerupte în mod repetat de staţiile mai apropriate, reducându-le considerabil randamentul. Asta face ca servicii precum VoIP sau IPTV, care depind de existenţa unei calităţi a serviciilor esenţial constantă să fie dificil de intreţinut pentru mai mult decât caţiva utilizatori simultani.

Din contră, MAC-ul 802.16 foloseşte un algoritm de planificare pentru care staţiile de abonaţi trebuie să concureze o data (pentru intrarea iniţială în reţea). După aceasta, fiecăreia i se alocă un slot de acces de către staţia de bază. Slotul de timp poate să se mărească şi să se micşoreze, dar rămâne rezervat staţiei respective, ceea ce înseamnă ca alţi abonaţi nu-l pot folosi. Pe langă faptul ca rămâne stabil în caz de supraîncărcare şi supra-subscriere (spre deosebire de 802.11), algoritmul de planificare al 802.16 poate fi şi mai eficient din punct de vedere al lărgimii de bandă. Algoritmul permite staţiei de bază şi să controleze parametrii de calitate prin echilibrarea rezervării sloturilor în funcţie de nevoile staţiilor de abonaţi.

Nivelul fizicStandardul WiMAX original (IEEE 802.16) specifică funcţionarea pentru domeniul

10-66 GHz. 802.16a, redenumit în 2004 drept 802.16-2004, a adăugat specificaţii pentru domeniul 2-11 GHz. 802.16-2004 a fost actualizat în 2005 la 802.16e şi foloseşte SOFDMA (Acces multiplu cu diviziune ortogonala de frecventa scalabil) faţă de versiunea OFDMA cu 256 de subpurtătoare (dintre care 200 sunt folosite) din 802.16d. Versiunile mai avansate, inclusiv 802.16e, aduc şi suport pentru antene multiple prin comunicaţiile MIMO (intrări şi ieşiri multiple). Acest lucru aduce beneficii în termeni de acoperire, instalare automată, consum de putere, re-folosire a frecvenţei şi eficienţă a lărgimii de bandă. 802.16e aduce şi capabilităţi pentru mobilitate deplină. Certificarea WiMAX permite distribuitorilor cu produse 802.16d sa-şi vândă echipamentul ca fiind certificat WiMAX, asigurând astfel un nivel de interoperabilitate cu alte produse certificate, atata timp cât urmaresc acelaşi profil.

31

Cel mai mare interes comercial este înregistrat pentru standardele 802.16d şi .16e, deoarece frecvenţele mai mici folosite în acestea suferă mai puţin de pe urma atenuărilor de semnal inerente, dând aşadar o acoperire îmbunătăţita. Deja exista un număr considerabil de reţele folosind echipament certificat WiMAX urmărind standardul 802.16d.

Arhitectura

Figura 7: Arhitectura WiMAX

Forumul WiMAX a definit o arhitectură care defineste modul în care o reţea WiMAX stabileşte conexiuni cu alte reţele şi o varietate de alte aspecte ale operării unei astfel de reţele, inclusiv alocarea adresei, autentificarea, etc. O privire de ansamblu asupra arhitecturii este oferită în figura de mai sus. Aceasta defineşte următoarele componente:

SS/MS: Staţia de abonat/ Staţia mobilă ASN: Reţeaua de servicii de acces CSN: Reţeaua de servicii de conectivitate NAP: Furnizor de acces la reţea NSP: Furnizor de servicii de reţea

plus un număr de interconexiuni (sau puncte de referinţă) între acestea, etichetate de la R1 la R5 şi R8.

Comparaţie cu Wi-Fi

32

Probabil datorită faptului ca atât WiMAX cât şi Wi-Fi incep cu aceeaşi litera, se bazează pe standarde IEEE incepând cu “802.” şi au legatură cu conectivitatea wireless şi intenetul, comparaţiile şi confuziile între cele două sunt frecvenţe. În ciuda acestui lucru, cele doua standarde se referă la aplicaţii diferite.

WiMAX este un sistem destinat distanţelor mari de caţiva kilometri care în general foloseşte spectru licenţiat pentru a livra o conexiune la Internet punct-la-punct de la un ISP la un utilizator final. Diferite standarde 802.16 oferă tipuri diverse de acces, de la cel mobil (analog cu accesul prîntr-un telefon mobil) la cel fix (o alternativa la accesul prin cablu).

Wi-Fi este un sistem cu o acoperire mai redusă, în general sute de metri, care foloseşte spectru nelicenţiat pentru a oferi acces la o reţea, de cele mai multe ori acoperind doar proprietatea operatorului de reţea. În general Wi-Fi este folosit de un utilizator final pentru a accesa propria reţea, care poate sau nu să fie conectata la Internet. Daca WiMAX ofera servicii asemanatoare unui telefon mobil, Wi-Fi este mai degrabă comparabil cu un telefon fară fir.

WiMAX şi Wi-Fi au mecanisme de asigurare a calităţii serviciilor foarte diferite. WiMAX foloseşte un mecanism bazat pe crearea de conexiuni între staţia de bază şi dispozitivul utilizatorului. Fiecare conexiune se bazeaza pe algoritmi de planificare specifici, ceea ce înseamnă ca parametrii calităţii pot fi garantaţi pentru fiecare flux. Wi-Fi a introdus un mecanism de asigurare a calităţii similar Ethernet-ului fix, în cazul caruia pachetele pot fi prioritizate în funcţie de etichete, deci calitatea nu mai este garantată.

O altă trăsătură a WiMAX este faptul că este o tehnologie scalabilă.Datorită uşurinţei de folosire şi a costului redus caracteristice Wi-Fi, aceasta este

uneori folosită pentru a oferi acces Internet către terţe părţi din aceeaşi cameră sau clădire, de multe ori informal, şi uneori ca parte a unei relaţii de afaceri. De exemplu, multe cafenele, hoteluri au puncte de acces Wi-Fi pentru a oferi clienţilor acces la internet.

Alocarea spectruluiSpecificaţia 802.16 se aplica unei portiuni considerabile a spectruluiRF, iar

WiMAX poate să funcţioneze la orice frecventa mai mică decât 10GHz (frecvenţe mai inalte ar micşora acoperirea unei staţii de bază pana la cateva sute de metri într-un mediu urban).

Nu există nici un spectru uniform licenţiat global pentru WiMAX, deşi Forumul WiMAX a publicat trei profile spectrale licenţiate: 2.3GHz, 2.5 GHz şi 3.5 GHz, într-o tentativă de a reduce costurile: după principiul economiei de scala, cu cât sunt produse mai multe dispozitive cu WiMAX inclus (precum telefoane mobile sau laptopuri), cu atât costul unitar va fi mai redus. Economii de scală similare se aplica la producţia staţiilor de bază.

În porţiunea nelicenţiată, 5.x GHz reprezinta profilul aprobat. Companiile de telecomunicaţii nu folosesc acest spectru decât foarte rar pentru redirecţionare, deoarece nu deţin şi nu controlează spectrul.

În SUA, cel mai mare segment disponibil este în jurul a 2.5GHz, şi este deja repartizat, în principal lui Sprint Nextel şi Clearwire. În alte parţi ale globului cele mai folosite benzi sunt cele aprobate de Forum, cea de 2.3 GHz fiind cea mai importantă în Asia. Unele ţări din Asia precum India, Vietnam şi Indonezia folosesc un mix de 3.3 GHz şi alte frecvenţe.

Benzile TV analoge (700 MHz) ar putea deveni disponibile pentru WiMAX, dar se asteaptă dezvoltarea deplină a televiziunii digitale, şi vor fi şi alte utilizări pentru acel spectru.

33

Profilurile WiMAX definesc dimensiunea canalului, TDD/FDD şi alte atribute necesare pentru a obţine produse interoperabile. Profilurile fixe curente sunt definite atât pentru profilurile TDD cât şi FDD. Profilurile fixe au dimensiuni ale canalului de 3.5 MHz, 5 MHz şi 10 MHz. Profilurile mobile sunt de 5 MHz, 8.75 MHz şi 10 MHz (Nota: standardul 802.16 permite o varietate mult mai mare de canale, dar numai cele amintite mai sus sunt recunoscute ca şi profiluri WiMAX.).

Eficienţa spectralăUnul dintre avantajele semnificative ale sistemelor wireless avansate cum este

WiMAX este eficienţa spectrala. De exemplu, 802.16-2004 (fix) are o eficienţă spectrală de 3.7 bit/s/Hertz, şi alte sisteme wireless 3.5-4G ofera eficienţe spectrale apropriate, în limita a câtorva zecimi de procent. Avantajul notabil al WiMAX vine din combinarea SOFDMA cu tehnologii pentru antene inteligente.

Acest lucru multiplică eficienţa spectrală efectivă prin reutilizări multiple şi topologii de reţea inovative. Utilizarea directă a organizării domeniului de frecvenţe simplifică design-urile folosind ca metode MIMO-AAS în loc de CDMA/WCDMA, şi rezultând în sisteme mai eficiente.

LimitariO parere gresită, frecvent intalnită, este ca WiMAX este capabilă de o viteza de 70

Mbiti/sec pe o distanţă de 50 de kilometri. Ambele calităţi sunt reale în mod individual, în circumstanţe ideale, dar nu şi concomitent. WiMAX se aseamana cu DSL din acest punct de vedere: putem alege fie lărgime de bandă mare, fie acoperire extinsă, dar nu ambele simultan.

Natura comunicaţiilor wireless sugerează că design-ul antenei va avea un impact substanţial asupra a ceea ce putem obţine. În general, reţelele WiMAX fixe au o antena direcţională externă cu câştig mai mare instalată la locaţia clientului, rezultând într-o acoperire mult extinsă. Reţelele WiMAX mobile inlcud de cele mai multe ori echipamente de birou instalate la locaţia clientului, cum ar fi modemuri, laptopuri cu WiMAX mobil integrat, etc. Dispozitivele WiMAX mobil au în mod tipic antene cu un design ce oferă câştiguri mai mici, datorită omni-direcţionalităţii şi portabilităţii. În practică acest lucru înseamnă ca într-un mediu cu vizibilitate optică, cu dispozitive ale WiMAX mobil, ar putea fi atinse viteze simetrice de 10Mbiti/sec la 10 km, însă în medii urbane este mai probabil ca aceste dispozitive nu vor avea vizibilitate optică deci utilizatorii vor primi date doar cu 10 Mbiti/sec la 2 km. Antene direcţionale cu câştig mai mare pot fi folosite cu reţele WiMAX mobile obţinând beneficii legate de acoperire, dar cu pierderea evidentă a mobilităţii.

Ca în cazul celor mai multe sisteme wireless, lărgimea de bandă disponibilă este imparăită de utilizatorii dintr-un anumit sector radio, mai ales dacă planificarea capacităţii nu a fost efectuată corespunzător. De fapt, mulţi utilizatori vor avea servicii între 2-, 4-, 6-, 8-, 10- sau 12 Mbiti/sec.

Din această cauză, diverse arhitecturi de reţele granulare şi distribuite sunt incorporate în WiMAX de dezvoltatori independenţi şi de echipa 802.16j MMR.

Implementări în silicon

34

O cerinţă critică pentru succesul unei noi tehnologii este posibilitatea implementării în chipset şi silicon la cost redus.

Intel este un leader în promovarea WiMAX, şi şi-a dezvoltat propriul chipset. Totuşi, este notabil faptul că majoritatea companiilor de semiconductoare au fost destul de prudente pana în prezent în a se implica, şi majoritatea soluţiilor vin de la furnizori specializaţi mai mici sau de la companii abia infiinţate. Pe partea pentru clienţi, acestea includ GCT, Altair, Beceem, GCI, Runcom, Motorola cu TI, NextWave, Sequans şi numerosi alţii. Atât Sequans cât şi Wavesat furnizează soluţii atât pentru clienţi cât şi pentru reţele, pe când TI, DesignArt şi picoChip se specializează în chipseturile WiMAX pentru staţii de bază.

StandardeActuala tehnologie WiMAX Mobil este bazată pe standardul de certificare IEEE

802.16e-2005, aprobat în Decembrie 2005. Acesta este un amendament al standardului IEEE 802.16-2004, astfel că standardul este de fapt 802.16-2004, amendamentat de 802.16e-2005 – specificaţiile trebuie citite impreuna pentru a fi inţelese.

Standardul IEEE 802.16-2004 se refera doar la sistemele fixe, inlocuind standardele IEEE 802.16-2001, 802.16c-2002, şi 802.16a-2003.

IEEE 802.16e-2005 aduce urmatoarele îmbunătăţiri faţă de IEEE 802.16-2004: adăuga suport pentru mobilitate (transfer întrestaţiile de baza). Acesta este văzut ca

unul dintre cele mai importante aspecte ale 802.16e-2005, şi reprezintă baza tehnologiei WiMAX Mobil;

modifică scala Transformatei Fourier Rapide în funcţie de lărgimea de bandă a canalului, astfel încat spaţierea purtătoarei să ramană constantă pentru diferite lărgimi de bandă (1.25-20 MHz). Spaţierea constantă a purtătoarei duce la o mai mare eficienţă spectrală în canale largi, şi la o reducere a costurilor în canale înguste;

îmbunătăţeşte acoperirea NLOS prin utilizarea unor scheme avansate de diversitate a antenelor şi a Cererii de Retransmitere Automată hibrida (hARQ);

îmbunatateste ccapacitatea şi acoperirea prin introducerea Sistemelor Adaptative de Antene (AAS) şi a tehnologiei cu intrări şi ieşiri multiple (MIMO);

introduce tehnici de codare performante cum ar fi codarea Turbo, sporind securitatea şi performanţa NLOS;

algoritmul de Transformare Fast Fourier avansat poate să tolereze întârzieri mai mari, crescând astfel rezistenţa la interferenţe pe căi multiple;

adăugă o clasă QoS în plus, mai adecvat pentru aplicaţii VoIP.

Comercializantii 802.16d scot în evidenţă faptul ca tehnologia WiMAX fixă oferă avantajul existenţei produselor comerciale şi a implementărilor optimizate pentru acces fix. Este un standard popular între furnizorii şi operatorii de servicii în regiuni aflate în dezvoltare datorită costului redus de punere în aplicaţie şi a performanţelor ridicate într-un mediu fix.

SOFDMA (folosit în 802.16e) şi OFDM256 (802.16d) nu sunt compatibile, astfel încat majoritatea echipamentelor vor trebui să fie inlocuite dacă un operator trebuie sau

35

doreşte să treacă la standardul mai recent. Totuşi, caţiva producători intenţionează să ofere o cale de migraţie pentru echipamentele vechi către compatibilitatea SOFDMA, ceea ce ar uşura tranziţia pentru reţelele care au făcut deja investiţia necesară pentru OFDM256. Intel ofera un chipset dualmode 802.16-2004 802.16-2005 pentru unităţile de subscriere. Aceste probleme afecteaza un număr redus de utilizatori şi operatori.

Tehnologii concurenteÎn cadrul pieţei, principalii competitori pentru WiMAX sunt sistemele fără fir

implementate la scară mare precum UMTS şi CDMA2000 şi, pe lângă ele, şi câteva sisteme internet-orientate precum HIPERMAN şi WiBro.

Figura 8: Încadrarea tehnologiei WiMAX

Sisteme celulare de telefonie 3G şi 4GAmbele sisteme principale 3G, CDMA2000 şi UMTS, se află în competiţie cu

WiMAX. Ambele au drept scop oferirea de acces la servicii internet de clasă DSL în plus faţă de serviciul clasic de telefonie. UMTS a fost chiar imbunătăţit pentru a concura direct cu WiMAX sub forma UMTS-TDD, tehnologie ce poate folosi spectrul folosit şi de WiMAX şi care furnizează o experienţă în utilizare mai consistentă, chiar dacă oferă o lăţime de bandă maximă mai redusă.

Sistemele celulare 3G beneficiază de obicei de o infrastructură bine pusă la punct deja, fiind o variantă îmbunătăţită a sistemelor anterioare. Utilizatorii pot recurge uşor la utilizarea sistemelor mai vechi când ies din raza de acţiune a echipamentelor ce oferă servicii suplimentare, fără să realizeze chiar acest lucru, de obicei.

Principalele standarde din telefonia celulară evoluează spre aşa numitul 4G, servicii de lăţime de bandă mare, latenţă redusă şi reţele complete-IP cu servicii de voce dezvoltate pe baza lor. În cazul GSM/UMTS evoluţia spre 4G se realizează prin eforturile “3GPP – evoluţie pe termen lung”. Pentru standardele derivate din AMPS/TIA cum ar fi CDMA2000, un înlocuitor numit serviciu de banda largă ultra mobilă (Ultra Mobile Broadband) se află în dezvoltare. În ambele cazuri, se renunţă la interfeţele aeriene existente în favoarea OFDMA pentru legătura directă şi o variantă a soluţiilor bazate pe OFDM pentru legătura inversă, într-un mod foarte similar standardului WiMAX.

În unele zone din lume prezenţa la scară largă a UMTS precum şi o dorinţă generală de standardizare a însemnat că spectrul pentru WiMAX nu a fost alocat: în iulie 2005, alocarea de frecvenţe WiMAX la nivelul U.E. a fost blocată.

36

Acces mobil de bandă largăAccesul mobil de bandă largă (MBWA) este o tehnologie dezvoltată de IEEE

802.20 şi este orientată către comunicaţiile mobile de bandă largă fără fir ce operează de la 120 la 350 km/h. Standardul 802.20 a preluat multe din soluţiile ce stau la baza WiMAX-ului mobil, inclusiv modulaţia dinamică de mare viteză şi alte capacităţi scalabile ale OFDMA. Se pare că utilizează şi predarea rapidă, corecţia de eroare FEC şi îmbunătăţirile pentru contracararea efectului de margine de celulă.

Grupul de lucru a fost suspendat temporar la mijlocul anului 2006 de către Consiliul de standardizare IEEE-SA deoarece el a reprezentat subiectul a numeroase plângeri iar o investigaţie preliminară efectuată în baza uneia dintre ele a “relevat o lipsă de transparenţă, o posibilă lipsă de echidistanţă în luarea deciziilor precum şi alte nereguli în funcţionarea grupului de lucru”.

În septembrie 2006 Consiliul de standardizare IEEE-SA a aprobat un plan ce permitea grupului de lucru să continue în condiţii noi şi standardul are acum al doilea sfert al anului 2008 drept dată de finalizare estimată.

Sisteme internet-orientateStandardele timpurii WirelessMAN, standardul european HIPERMAN şi cel

Coreean WiBro au fost armonizate ca parte a WiMAX şi nu mai sunt privite drept competitoare ci doar complementare. Toate reţelele ce se dezvolta acum în Coreea de Sud, patria standardului Wibro, sunt de tipul WiMAX.

Popularul sistem WiFi 802.11b/g este implemetat la scară largă drept o soluţie de internet mobil pe rază scurtă, în cafenele şi noduri de transport precum aeroporturile şi furnizează o acoperire îndeajuns de bună încât utilizatorii să nu simtă nevoia unui abonament la un serviciu precum WiMAX.

Următorul tabel ar trebui tratat cu atenţie deoarece arată doar ratele de transfer maxime, rate ce pot fi uneori foarte înşelătoare.

Comparaţie între metodele de acces mobil la internet

Standard Familie Utilizare principală

Technologie Radio

Leg. directă

Leg. invers

Note

37

(Mbps) ă(Mbps)

802.16e WiMAX Internet mobil

MIMO-SOFDMA 70 70

Vitezele anunţate se pot obţine doar pe distanţe foarte scurte, mai utilă fiind o descriere de viteză de 10Mbps la 10km.

HIPERMAN HIPERMAN Internet mobil OFDM 56.9 56.9  

WiBro WiBro Internet mobil OFDMA 50 50 Raza de mobilitate

(900 m)

iBurst iBurst 802.20 Internet mobil HC-SDMA 64 64 3-12 km

UMTS W-CDMAHSDPA+HSUPA UMTS/3GSM Telefonie

mobilă CDMA/FDD .38414.4

.3845.76

HSDPA implementat la scară mare. Ratele tipice pe legătura directă la momentul actual 1-2 Mbps, legătura inversă ~200kbps; legătura directă în viitor poate ajuge până la 28.8Mbps.

UMTS-TDD UMTS/3GSM Internet mobil CDMA/TDD 16 16

Viteze raportate de către IPWireless folosind o modulaţie 16QAM similare cu cele HSDPA+HSUPA.

LTE UMTS UMTS/4GSM Generală 4G

OFDMA/MIMO/SC-FDMA (HSOPA)

>100 >50 Încă în etapa de dezvoltare.

1xRTT CDMA2000 Telefonie mobilă CDMA 0.144 0.144 Considerat depăşit

datorită EV-DO

EV-DO 1x Rev. 0EV-DO 1x Rev.AEV-DO Rev.B

CDMA2000 Internet mobil CDMA/FDD

2.453.14.9xN

0.151.81.8xN

Notă asupra Rev B: N este numărul de “felii” de 1.25 MHz din spectrul folosit. Nu este încă împlementat.

Dezvoltări viitoareWiMAX-ul mobil bazat pe 802.16e-2005 a fost acceptat drept IP-OFDMA pentru

includerea în cel de-al şaselea sistem de legătură fără fir din IMT-2000. Acest lucru poate

38

grăbi adoptarea de către autorităţile de reglementare şi operatori pentru utilizarea sa în spectrul celular. WiMAX II, 802.16m va fi propus pentru IMT- 4G avansat.

Scopul evoluţiei pe termen lung atât a WiMAX cât şi a LTE este de a obţine largimi de bandă “mobile” de 100 Mbit/s şi 1Gbit/s în regim fix-nomad după cum au fost stabilite de ITU pentru sistemele NGMN 4G (reţea mobilă de generaţie următoare) prin utilizarea adaptivă a MIMO-AAS şi a topologiilor de reţea inteligente, granulare. 3GPP LTE şi WiMAX-m îşi concentrează eforturile pe MIMO-AAs, reţele mobile multi-hop cu relee şi pe dezvoltări înrudite necesare furnizării de multiplii de reutilizare Co-Canal de 10X sau mai mult.

Deoarece evoluţia tehnologiilor de bază de legătură prin aer a atins limitele teoretice impuse de Teorema Shannon, industria reţelisticii fără fir începe aventura căutării de soluţii pentru multiplicări de lăţime de bandă şi eficienţă de reţea de 3X pană la 10X+ ce sunt de aşteptat datorită evoluţiei tehnologiilor spaţiale şi ale reţelelor fără fir de bandă largă inteligente. Ceea ce va defini 4G mai mult decât metodele de acces fără fir precum WCDMA sau OFDMA vor fi reţelele fără fir ce se vor adapta mai eficient şi vor utiliza mai bine spectrul disponibil.

HIPERMAN

HIPERMAN reprezintă o reţea radio metropolitană de mare viteză şi este un standard creat de European Telecommunications Standards Institute (ETSI) şi Broadband Radio Access Networks (BRAN). El asigură comunicaţie wireless în banda de 2-11 Ghz pe teritoriul european, dar şi pe teritoriul altor ţări care adera la ETSI. HIPERMAN este raspunsul european la WiMAX şi la WiBro.

Ţinta principală a HIPERMAN este aceea să asigure Wireless DSL pe o suprafaţă cât mai mare. Standardizarea are ca ţel optimizarea soluţiilor de acces care funcţionează la bandţă mai mică de 11 Ghz. HIPERMAN este optimizat pentru transfer de pachete, suportă aplicaţii fixe dar şi nomade.

HIPERMAN va fi un sitem de acces wireless la frecvenţe radio cuprinse intre 2 şi 11 Ghz. Standardul HIPERMAN este creat pentru puncte fixe de acces wireless, spre exemplu zone rezidenţiale şi companii mici. El are la baza MAC, imprumutat de la stadardul IEEE 802.16-2001. A fost dezvoltat în cooperare cu standardul IEEE 802.16 şi din acestă cauză stadardul HIPERMAN şi un subset al standardului IEEE 802.16a-2003 vor colabora. HIPERMAN oferă multiple servici, Quality of Service, conexiune rapidă şi securitate marită.

WiBro

39

WiBro este o conexiune wireless de mare viteză la internet dezvoltată de ministerul de telecomunicaţii corean. WiBro este numele serviciului pentru standardul international IEEE 802.16e (WIMAX) .

WiBro adapteaza TDD pentru multiplexare, OFDMA pentru accesul multiplu şi o bandă de 8.75 Mhz. WiBro a fost conceput pentru a depaşi limitarile ratei de transmisiune a datelor care existau la telefoanele mobile (de exemplu CDMA 1x) şi pentru a adauga mobilitate internetului de mare viteza (ADSL şi Wireless LAN). În Februarue 2002 guvernul corean a alocat 100 Mhz de spectru electromagnetic, de la 2.3 la 2.4 Ghz şi spre sfârşitul lui 2004 a apărut stadardul WiBro Phase 1. Apoi, spre sfârşitul anului 2005, a apărut standardul IEEE 802.16e. Două mari companii coreeene au lansat servicii comerciale la un tarif în jurul a 30$.

Staţiile de bază WiBro vor oferi un transfer de date pana la 30 – 50 Mbit/s şi ar acoperi în jur de 1-5 km oferind acces la internet utilizatorior de staţii portabile. Mai în amanunţ, va acorda mobilitate pentru unităţi care se mişca cu o viteza de 120km/h în comparaţie cu WiFi care acordă mobilitate la nivel de mers pe jos. Totodata acordă mobilitate de 250km/h pentru telefonie. Tehnologia va oferi şi Quality of Service. Astfel WiBro va da voie utilizatorilor sa vizioneze în timp real secvenţe video. Toate acestea par a fi avantaje pe care le are faţa de WiMAX 802.16a motiv pentru care alţi furnizori de telefonie din alte ţări incercă sa distribuie această tehnologie. De exemplu în Italia, Venezuela, Brazilia şi Croatia furnizorii de telefonie vor incepe comercializarea serviciului în 2007. WiBro are cerinţe destul de mari, de la marimea benzii de semnal la design-ul echipamentelor.

40

V. Cea de-a patra generaţie

Introducere

Generaţia a patra (4G) este termenul ce desemneaza următorul pas în evoluţia comunicaţiilor mobile. Un sistem ce incorporeaza tehnologia aceastei generaţii va fi capabil să ofere o soluţie IP bogata prin intermediul careia serviciile de voce, date şi conţinut multimedia pot fi oferite utilizatorului “oricand, oriunde”, la o rata de transfer mai mare decât cea a generaţiilor precedente.

Figura 9: Viziune asupra conectarii la internet prin terminal compatibil 4G

Obiectivul menţionat implica faptul ca 4G va fi un sistem integrat bazat în întregime pe IP, deziderat ce va fi atins după ce tehnologiile cu fir şi fară fir vor converge, permiţând viteze de 100Mb/s şi 1Gb/s, cu un nivel ridicat de securitate şi calitate.

Figura 10: Viziune asupra 4G

41

Dezvoltarea standardului 4G are în vedere satisfacerea cerinţelor legate de rata de transfer şi calitatea serviciului (QoS) necesitate de aplicaţiile ce vor aparea cum ar fi acces mobil de bandă largă, serviciul de mesaje multimedia, televiziune mobilă, conţinut TV de intalta definitie, transmisiune video digitală (DVB) precum şi alte servicii de tipul “oricand, oriunde”.

Grupul responsabil de dezvoltarea noii generaţii de sisteme de telecomunicaţie a fixat urmatoarele obiective:

sistem eficient din punct de vedere spectral; capacitate sporita a reţelei: creşterea numărului de utilizatori pe celula; o rata de transfer nominala de 100Mb/s în timp ce utilizatorul se deplaseaza la

viteze mari şi 1Gb/s atunci când utilizatorul şi celula reţelei se afla într-o pozitie fixa, după cum este definita de ITU-R;

o rata de transfer de 100Mb/s între oricare două puncte din lume; trecere fina între reţele heterogene; conectivitate şi roaming global peste mai multe reţele; calitate inalta al suportului pentru multimedia; interoperabilitatea cu standardele mobile existente; o reţea orientata pe pachete, integral bazata pe IP.

Aşadar, sistemul 4G trebuie să administreze şi să utilizeze în mod dinamic resursele reţelei, în scopul satisfacerii cerinţelor minime ale tuturor utilizatorilor conectaţi.

Concepte de viitorUn curent mai recent, numit adesea dincolo de comunicaţiile wireless 3G sau 4G,

este acela de a se presupune ca sistemele mobile, BRAN (reţele de acces radio de bandă largă) şi DVB (transmisiuni video digitale) pot coopera într-o infrastructură radio compozită (CR).

Pentru avea succes, sistemele wireless trebuie să fie preocupatele de următoarele aspecte:

Acordarea noilor servicii un nivel de calitate a serviciilor (QoS) eficient din punct de vedere economic;

Gestionarea eficienta a schimbărilor caracteristicilor zonale ale serviciului (de ex. hotspot-uri cauzate de variaţia cu timpul a nivelului de trafic şi mobilitate)

Potrivit conceptului CR, un furnizor de reţea (NP) se poate folosi de diverse tehnologii radio pentru a asigura acoperirea eficienta a tututor zonelor în care serviciul trebuie să fie disponibil (ex.: zone în care serviciul este disponibil). Aceasta poate însemna ca fie NP-ul deţine licenţe pentru implementarea şi operarea diverselor sisteme radio (integrare strânsă între sistemele radio) fie cooperează cu alţi NP ce deţîn alte reţele radio (integrare slabă între sisteme radio). Acoperirea eficientă presupune oferirea celor mai înalte niveluri QoS posibile la o capacitate de volum de date adecvată de o manieră eficientă economic. De aceea, un NP poate alege, într-o anumită zonă de acoperire a serviciului şi la un anumit moment din zi, ca în loc să refuze utilizatori sau să le scadă nivelul QoS, să-i redirecţioneze spre o tehnologie radio alternativă (ce poate aparţine unui NP afiliat).

42

În măsura în care acest lucru se întâmplă, utilizatorii pot avea acces la servicii prin diferite tehnologii wireless, bazându-se pe presupunerea că tipul de tehnologie radio implicată este irelevantă pentru ei şi pentru furnizorii de serviciu (SP), atâta timp cât criteriile de costul şi QoS sunt îndeplinite. Terminalele multimod pot implementa conceptul CR bazându-se pe concepte de reconfigurare software/radio.

Această modalitate de exploatare a sistemelor wireless ce operează într-un context CR necesită capacităţi de management al serviciilor şi resurselor de reţea (SNRM) îmbunătăţite. În acest sens, scopul acestui articol este descrierea unei platforme SNRM într-un context CR ce cuprinde Sistemul Universal de Telecomunicaţii Mobile (UMTS), LAN 2 de înaltă performanţă (HIPER-LAN2), şi sisteme de acces wireless DVB terestru (DVB-T) precum şi reţele fixe bazate pe IP.

Cerinţe şi proiectarea de nivel înalt

O platformă SNRM pentru un sistem wireless ce poate opera într-un context CR, ar trebui să fie capabil de următoarele trei lucruri:

Gestionarea noilor condiţii de acoperire a serviciului (ex.: noi tipare ale cererii de trafic). Aceasta necesită o monitorizare eficientă a sistemului wireless (componentă a infrastructurii CR), constituind un mod de operare reactiv.

Gestiunea cererilor legate de managementul traficului. Aceasta poate fi interpretată ca implicând determinarea nivelurilor şi reţelelor QoS potrivite (ale infrastructurii CR) pentru asigurarea de (potenţiale noi) servicii, în anumite zone de acoperire şi momente ale zilei. Constituie un mod de operare proactiv.

Gestiunea cererilor de management al resurselor. Cooperarea în gestionarea noilor condiţii de acoperire a serviciului, sau a cererilor legate de managementul serviciului ce îşi au originea în alte reţele ale infrastructurii CR.

Proiectarea de nivel înalt şi arhitectură de operare

O arhitectură generală SNRM orietată către satisfacerea cerinţelor de mai sus constă din trei entităţi:

Monitorizarea, managementul serviciilor şi negocierea resurselor (MSRB). Furnizează funcţionalităţi auxiliare pentru iniţierea şi suportul managementului de noi condiţii pentru zona de acoperire a serviciului sau a cererilor de management al serviciului. Negocierea (brokerage-ul) resurselor este o capabilitate impusă de conceptul CR.

Strategii de management al resurselor (RMS). Furnizează funcţionalităţile de optimizare pentru determinarea reconfigurărilor de sistem potrivite coordonate cu infrastructura CR, pentru managementul de noi condiţii pentru zona de acoperire a serviciului sau a cererilor de management al serviciului.

Simulatorul de reţea şi mediu (NES). Permite validarea unor decizii de management anterior introducerii lor efectiv în reţea, testarea şi demonstraţiile offline.Figura 11a prezintă un model de implementare a aceastei arhitecturi generale

SNRM într-un context CR. Ea descrie trei reţele independente (tehnologii de acces wireless) aparţinând de trei operatori diferiţi. Reţelele fixe sunt presupuse a fi bazate pe IP.

43

Platforma SNRM din cadrul fiecărei reţele se ocupă de tehnologie radio specifică. Cu toate acestea, platformele pot coopera. Existenţa unor platforme diferite este o abordare realistă, permiţând NP – furnizorilor de reţea – să îşi păstreze confidenţialitatea informaţiilor (ex.: structura exactă a reţelei).

Operarea

Figura prezintă un scenariu de probă potrivit căruia colaborează entitaţile de pe trei platforme SNRM. Pentru simplificarea schemei, componentele NES nu apar. Discuţia noastră nu ţine cont de perioada de timp în care se desfăşoară colaborarea, ce poate fi un proces dinamic automat sau un proces pe termen lung la nivel de decizii administrative compus din mai multe faze offline.

În acest scenariu, reţeaua UMTS trebuie să se descurce în cazul apariţiei de noi condiţii pentru zona de acoperire a serviciului sau a cererilor de management al serviciului. Reţeaua ce se confruntă cu un astfel de declanşator (eveniment) se numeşte originară (în cazul de faţă, reţeaua UMTS), iar restul reţelelor, cooperante (în acest caz, reţelele HIPERLAN2 şi DVB-T).

Bazându-ne pe cele descrise mai sus, scopurile generale ale operării platformei sunt:

Să evalueze nivelul volumului de cereri necesar procesării evenimentului; Să găsească nivelurile QoS ce pot fi oferite; Să selecteze şi să configureze reţelele ce pot suportă cererile la nivelurile QoS

selectate.

Scenariul de probă evoluează după cum urmează: MSRB-U identifică noile condiţii pentru zona de acoperire a serviciului sau

primeşte o cerere de control a serviciului. Volumul de cereri ce trebuie procesate este evaluat şi zonele de acoperire a serviciului ce vor fi afectate sunt descoperite.

MSRB-U identifică starea reţelei şi al acordurilor la nivel de serviciu (SLA) în zona de acoperire afectată.

Reţelele cooperante sunt întrebate dacă pot participa la soluţionarea cererii (evenimentului). În esenţă, entităţile SNRM ale fiecărei reţele (MSRB-H/RMS-H şi MSRB-D/RMS-D) pregătesc oferte ce descriu termenii participarii.

Este invocată RMS-U. Ea conduce faza de configurare şi distribuţie a serviciului, în care consolidează cele mai bune distribuţii ale volumului de cereri în cadrul nivelurilor QoS şi al reţelelor. Soluţia rezultată este trimisă înapoi entităţii MSRB-U.

În cazul ideal, soluţia găsită mai sus este gasită ca fiind acceptabilă de către MSRB-U.

Reţelele infrastructurii CR sunt configurate în concordanţă cu soluţia acceptată anterior.

44

Figura 11. a) Implementarea SNRM într-un context radio compozit şi multi-operator; b) un exemplu de scenariu de cooperare bazată pe managementul componentelor

45

Proiectarea MSRB

În continuare sunt prezentate elementele de bază ale proiectării MSRB (Fig. 12a). Ar trebui menţionat că MSRB-U, MSRB-H şi MSRB-D se adresează fiecare în parte unei singure tehnologii de reţea; de aceea fiecare operator are acces limitat la detaliile celorlalte reţele. Funcţionalitatea componentei este parţial independentă de tehnologia infrastructurii.

1 Identificarea declanşatorului (Cererea de control a serviciului – noi condiţii ale zonei de acoperire)

Această componentă iniţiază operarea SNRM. Partea de gestiune a cererilor de control al serviciului este o interfaţă de programare a aplicaţiilor (API) oferită software-ului clasic de management/planificare, ce este de asemenea accesibilă unui operator uman prîntr-o intrefaţă bazată pe tehnologii Web. Partea ce se ocupă de schimbarea condiţiilor în care funcţionează serviciul în zona de acoperire exploatează informaţiile standard obţinute din cadrul reţelelor (explicat mai jos), de o aşa manieră încât să nu afecteze fluxul normal al informaţiilor de control.

Descrierea declanşatorului furnizează informaţii fundamentale pentru gestiunea corectă a cererilor de mangement al serviciului sau a schimbărilor din zona de acoperire. Aceste informaţii sunt descrise de mai jos:

Serviciul implicat (sau setul de servicii) Clasa de utilizatori carei îi este oferit fiecare serviciu Pentru fiecare clasă de utilizatori, volumul estimat de utilizatori şi informaţii legate

de profil/politică Zonele de acoperire implicate şi informaţii legate de timp

Informaţiile despre profil/politica specifică: Nivelurile de QoS permise şi reţelele condidat în funcţie de serviciu Importanţa (utilitatea) [8] şi costul permis în raport cu fiecare nivel QoS al fiecărui

serviciu Comportarea din punct de vedere al traficului şi al mobilităţii, în funcţie de serviciu,

al unei clase tipice de utilizatori.

Fiecare nivel QoS permis este asociat unui set de parametrii, şi pentru fiecare parametru există o valoare ţintă sau un interval de valori. din motive de echitate, utilizatorii aceleiaşi clase ar trebui să primească (pe cât posibil) acelaşi nivel de calitate a serviciilor QoS în zona de acoperire şi momentul din zi implicate. Capabilităţile terminale (şi serviciile implicate) furnizează tehnologiile de reţea candidat prin care o clasă de utilizatori poate fi servită.

Următoarele informaţii sunt furnizate ca răspuns la o cerere de management al serviciului sau de schimbare a condiţiilor zonei de acoperire.

Nivelurile QoS ce pot fi oferite per clasă de utilizatori (submulţime a setului celor permise)

Distribuţia volumului de cereri în reţele Costul generat de stabilirea reţelelor şi a nivelurilor de QoS.

46

Înformaţiile de mai sus vor fi valide în zonele de acoperire şi momentele din zi implicate.

Figura 12. a) Proiectarea unei entităţi MSRB; b) arhitectură unui segment DVB.

47

Interfaţa grafică cu utilizatorul

Negocierea (brokerage-ul)

resurselor

Identificarea declanşatorilor (managementul serviciului ori

noi condiţii în zona de acoperire)

Nucleul MSRB

SLA şi identificarea status-ului reţeleiColectarea de informaţii privitoare la gradul de încărcare, performanţe şi configuraţie (dîn

infrastructura de reţea administrată)

Conţinut local

MultiplexorTransceiver DVB (TX)Reţeaua centrală

a operatorului DVB

Segment Internet

Reţea regională

Platformă regionalăPolicer/shaper

Dinspre/spre RMS

Reţea fixă DVB-TReţearadioDVB-T

b)

a)

2 Negocierea (brokerage-ul) resurselor

Această capabilitate este impusă de către conceptul CR. Ea permite cooperarea dintre NP-urile infrastructurii CR. Mai specific, NP-urile infrastructurii CR trebuie să fie capabile să interschimbe şi să negocieze un set de oferte.

O cerere de ofertă ar trebui să indice serviciile, nivelurile QoS, volumul de cereri, zonele de acoperire ale serviciului implicate şi zonele de timp.

Drept răspuns, fiecare ofertă ar trebui să specifice nivelurile QoS suportăte de fiecare serviciu şi costul resurselor. din acest punct de vedere, un model flexibil, ce permite reduceri (discount-uri) sau tazare dependentă de gradul de congestie, este acela care consideră fiecare ofertă ca pe un set de tripleţi (bmin, bmax, pbu). Dacă lăţimea de bandă rezervată este br, unde bmîn ≤ br ≤ bmax, costul corespunzător, impus de reţeaua ce face oferta, va fi br·pbu, unde pbu este un pas impus pe unitatea de laţime de bandă rezervată.

O a două capabilitate a acestei componente este rezervarea de resurse, ce se efectuează după distribuirea cererii către infrastructura CR.

3 Achiziţia status-ului – Monitorizarea reţelei

Această componentă monitorizează statutul SLA-urilor stabilite şi pe acela al reţelei administrate (componentă a infrastructurii CR).

Descriptorul statusului SLA furnizează informaţii privitoare la bază serviciului şi clasa de utilizator. Descriptorul statutului reţelei sintetizează informaţiile. El reflectă configuraţia curentă, gradul de încărcare şi performanţele diverselor elemente sau segmente de reţea, ce acoperă anumite zone în care serviciul este disponibil.

Aceasta este componenta MSRB ce depinde de tehnologia de reţea de la nivelul inferior. Componenta se bazează pe colectarea de informaţii (prin interacţiunea cu sistemele clasice de management al reţelei/elementelor de reţea) din infrastructura CR. Restul aceste subsecţiuni prezintă unele din cerinţele pentru fiecare dintre reţelele stratului inferior.

UMTS – Pentru că interfaţa aeriană poate reprezenta principala zonă de blocaj al traficului, informaţia din celule (Bs nod) este de o importanţă fundamentală. Informaţiile tipice regăsite la nivelul celulei sunt (presupunând că celulele pot fi echipate cu mai mult de o purtătoare pe 5MHz):

Volumul de cereri şi QoS-ul oferit (ex.: rata de bit), pe fiecare serviciu şi clasă de utilizatori, pe conexiunea directă şi cea inversă, pe fiecare purtătoare. Aceste informaţii stau la bază extragerii de informaţii de un nivel mai înalt (ex.: status-ul SLA).

Factorii de încărcare (modelele de interferenţă) pe conexiunile directe şi inverse din fiecare purtătoare. Aceasta este o expresie comprimată a încărcării agregate a celulei şi este utilă în simulările de capacitate.HIPERLAN2 – Sunt colectate informaţiile din punctele de acces (AP). Este

importantă extragerea nivelului volumului de cereri şi QoS per serviciu şi clasa de utilizatori, ca şi în cazul UMTS. La fel de importantă este şi caracterizarea status-ului fiecărei legături radio a AP-ului pe legătura directă (uplink) şi cea inversă (downlink).

48

Aceasta este obţinută prin aflarea ratei de interferenţă dintre purtătoarele legăturilor directe şi inverse (C/I) sesizată pe frecvenţa utilizată, rata de bit suportătă şi gradul de utilizare globala a legăturii.

DVB – Reţelele DVB-T sunt proiectate în principiu pentru livrarea de conţinut audio/video/date legat de serviciile TV. Standardizarea permite încapsularea datelor IP (nelegate de serviciul TV) în fluxul de transport. În vizor se află colectarea statisticilor legate de încărcare şi QoS, pe fiecare tip de serviciu IP din multiplexor şi celule. (Fig. 2b).

49

VI. Dezvoltarea software-ului pentru platformele mobile

Accesul mobil la internet nu ar fi posibil fară suportul software corespunzator. De-a lungul evoluţiei acestui domeniu s-a ajuns de la navigarea pe internet de tipul text-based (WAP) la o experienta similară cu cea oferita de calculatoare, beneficiind de aportul tehnologiilor multimedia precum Flash sau Java.

Comparaţia între diversele soluţii existente:

Java ME Ideală pentru o soluţie portabilă, dacă platforma Java ME oferă funcţionalitatea necesară. Bună pentru aplicaţii „verticale” ce trebuie să fie portabile. Librării specifice există în cazul multor dispozitive şi sunt folosite de obicei în cazul jocurilor, transformându-le pe acestea în cod neportabil.

Symbian Foarte puternică în cazul aplicaţiilor de uz general. Platforma bazată pe Symbian S60 este susţinută puternic de Nokia cu ajutor din partea altor producători. În Japonia, platforma MOAP bazată pe Symbian-ul dezvoltat de NTT DoCoMo este de asemenea susţinută de un număr mare de producători (Fujitsu, Nokia, Mitsubishi şi Sharp printre alţii). Ar trebui menţionat totuşi că MOAP nu este o platformă de dezvoltare „deschisă”. O altă platformă bazată pe Symbian, UIQ, este mai slab susţinută (în principiu doar de Sony Erricson). În prezent pe multe dispozitive comercializate în Europa şi Japonia, cu o slaba penetrare a pieţei în Statele Unite.

Android Anunţată recent de către Open Handset Alliance, printre ai cărei 34 de membrii se află Google, HTC, Motorola, Qualcomm şi T-Mobile, Android este o nouă platformă bazată pe Linux disponibilă deocamdată doar pentru dezvoltatori. Deşi nu are deocamdată nicio implementare pe vreun dispozitiv, faptul că este susţinută de 34 de companii mari de software, hardware şi telecomunicaţii face extrem de probabilă adoptarea ei rapidă începând cu anul 2008. Nucleul Linux este utilizat drept un strat de abstractizare hardware (HAL). Dezvoltarea aplicaţiilor este în exclusivitate făcută utilizând Java. Este necesar un SDK specific platformei Android. Dezvoltarea se poate face utilizând orice mediu integrat de dezvoltare (IDE) Java.

Python Ideală pentru prototipuri iniţiale şi testarea conceptelor când funcţionalitatea necesară nu mai este oferită de Java ME.

.NET Compact Framework Ideală pentru implementarea pe dispozitive Pocket PC omogene. Cu toate acestea, nu este multi-platformă şi este limitată la dispozitivele Microsoft.

50

BREW Ideală pentru dezvoltarea aplicaţiilor pentru reţelele bazate pe CDMA (oferă suport şi pentru modelele GPRS / GSM) cu o platformă Brew Content Platform implementată în special dacă este dorită utilizarea de aplicaţii OTA. Penetrare de piaţă slabă în Europa.

Pocket PC şi Microsoft Smartphone

Ideal pentru aplicaţii industriale cu o infrastructură existentă de PC-uri şi opţiuni pentru investiţii puternice în dezvoltare. Cu toate acestea nu este multi-platformă şi este limitată la dispozitive Microsoft.

Flash Lite Ideală pentru aplicaţii puternic orientate spre grafică şi creată pentru o piaţă de dispozitive ce suportă rularea Flash Lite player.

TagsMe Ideală pentru dezvoltarea aplicaţiilor mobile sau siturilor web cu ajutorul fişierelor xml rapid şi uşor.

Bazată pe microbrowser Ideală pentru funcţionalitate cu consum minim de resurse, o interfaţă web pentru o aplicaţie web existentă care nu are cerinţe de latenţă extreme sau o platformă de bază ce poate varia.

Fundaţie

Curbă de învăţare

Debugger-e disponibile

Emulatordisponibil

Medii de dezvoltare integrată disponibile

Dezvoltare multi-platformă

Opţiuni de împachetare a instalatorului

Costul uneltelor de dezvoltare

Symbian C++ Dificilă (API-uri C++ neobişnuite, suport slab pentru debugger, Symbian 9 strică compatibilitatea binară)

Bun în ultima versiune.

Emulator gratuit

Multe opţiuni

Compilare separată pe fiecare sistem ţintă

Distribuţie SIS

Variază (există şi unelte gratuite)

Java ME Java Medie Excelent. Emulator gratuit, Sun Java Wireless toolkit, mpower player

Eclipse, NetBeans Mobility Pack

Mediocră (multe implementări ale maşinii virtuale au diverse probleme specifice unei anumite platforme aşa că sunt necesare compilări separate)

Împachetare jad/jar; fişiere PRC sub Palm OS

Gratuit

51

Android Java Necunoscută

Debugger integrat în Eclipse dar este disponibil şi un debugger independent

Emulator gratuit

Eclipse Necunoscută apk Gratuit

Python Python Excelentă Mediocru Modul de adăugat la emulatorul Nokia

Mai multe, incluzând module de extensie pentru Eclipse

Limbaj interpretat disponibil nativ numai pe Nokia Seria 60 (şi desktop-uri) deşi există portări şi pe alte platforme mobile, printre care şi PalmOS.

Distribuţie SIS cu py2sis sau se poate folosi runtime-ul Python.

Gratuit

Flash Lite

ActionScript

Medie Bun Furnizat împreună cu IDE-ul

Macromedia Flash 2004 / 8 / Eclipse

Excelentă (Inclusă – primii 5 producători din industria telefoniei mobile, număr de modele pe care este disponibilă este limitat, cea mai bună compatibilitate web)

Distribuţie SIS/CAB sau fişiere SWF prin OTA/IR/Bluetooth

Variază (Gratuit dar limitat cu MTASC)

.NET Compact Framework

C#, VB .NET

Medie Excelent Furnizat împreună cu IDE-ul

Visual Studio 2005, 2003

Numai pe Windows Mobile

Fişiere CAB

Gratuit (dar numai uneltele de bază)

Bazată pe microbrowser

XHTM (WAP 2.0), WML (WAP 1.2)

Variază în funcţie de limbajul de scripting pe partea de server

Bun Multe Multe Excelentă Nu există

Gratuit

BREW C (API furnizat pentru C cu o interfaţă în stilul C++)

Dificilă (dar mai uşoară decât Symbian şi mai lipsită de calităţi)

Suportul pentru codul ţintă nativ ARM este disponibil prin ARM

Nu există emulator pentru codul destinaţie ARM, are un

Visual Studio 6.0, Visual Studio 2003 .net, Visual Studio

Compilare separată pentru versiunea BREW disponibilă pe dispozitiv.

OTA Taxe de dezvoltare sunt de obicei cerute pentru certificarea aplicaţiilor Brew – taxa

52

RVDS 3.0 ($6.000). Se poate utiliza Visual Studio pentru analizarea codului de test x86.

emulator pentru codul de test x86.

2005 anuală VeriSign pentru certificatul de dezvoltator. Compilatorul Realview ARM penru BREW (Compilatorul GNU C/C++ este disponibil gratuit, dar oferă o funcţionalitate şi suport limitate).Taxa TRUE BREW pentru testarea în vederea distribuirii aplicaţiilor.

Pocket PC

C, C++ Medie (Excelentă pentru dezvoltatorii Win32)

Excelent Furnizat împreună cu IDE-ul

Visual Studio 2005

Numai pe Windows Mobile.

Fişiere CAB

Necesită Visual Studio Standard sau mai bun.

Palm OS C, C++ Excelentă Mediocru OS 1.0 – 4.1: Emulator gratuit furnizat de PalmSource (Access); 5.0 – 5.4 Simulatoare specifice dispozitivelor furnizate de Palm (palmOne)

Palm OS Development System (Eclipse), CodeWarrior

Dispozitive PalmOS sau Windows Mobile cu emulator StyleTap

Fişiere PRC, instalator PalmSource (.psi)

Gratuit (POSE sau GCC pentru Palm OS) sau comercial (CodeWarrior) sau diverse arhitecturi de dezvoltare rapidă comerciale.

53

VII. Referinţe

http://www.wikipedia.comhttp://www.three-g.nethttp://www.three-g.org.ukhttp://www.3g-generation.comhttp://www.ojr.orghttp://www.bechteltelecoms.com(R)evoluţion toward 4G mobile communication systems – Zahariadis, T., Kazakos, D., Wireless Communications, IEEE Volume 10, Issue 4, Aug. 2003

54

VII. Contribuţii

Cosma MihaiCap. III – HSPACap. IV – 3G LTECap. V – Concepte de viitor (împreună cu Deaconu Mircea)Aranjare pagini 25-35, corectare Cap. IV

David Alexandru GeorgeCap. II – HSCSDCap. III – CDMA 2000Cap. III – EV-DOCap. IV – HIPERMANCap. IV – WIBRO

Deaconu MirceaCap. V – Concepte de viitor (împreună cu Cosma Mihai)Cap. IV – WiMAX: Tehnologii concurente, Dezvoltări viitoareCap. VI

Mureşan TudorCap. ICap. II – GSMCap. II – GPRSCap. III – IntroducereCap. V – IntroducereAranjare pagini 1-24

Niculae Alin RemusCap. II – GPRSCap. II – EDGECap. IV – HSOPAAranjare pagini 40-50

Tănăsescu Vlad TeodorCap. IV – WiMAX: Termeni folosiţi, Utilizări, Informaţii tehnice, Standarde

55