UMTS - czy tylko telefony?

Telefonia komórkowa jest obecnie najszybciej rozwijającym się działem telekomunikacji na świecie, przyciąga ogromne inwestycje i gwarantuje znaczne dochody. Szacuje się, że za kilka lat połowa wszystkich transmisji głosu, wizji i danych będzie się odbywała przez łącza radiowe. Czy zapowiadany system UMTS spełni pokładane w nim nadzieje?

Telefonia komórkowa jest obecnie najszybciej rozwijającym się działem telekomunikacji na świecie, przyciąga ogromne inwestycje i gwarantuje znaczne dochody. Szacuje się, że za kilka lat połowa wszystkich transmisji głosu, wizji i danych będzie się odbywała przez łącza radiowe. Czy zapowiadany system UMTS spełni pokładane w nim nadzieje?

Wpływy do budżetów państw Unii Europejskiej ze sprzedaży koncesji na UMTS (Universal Mobile Telecomunication System) przerosły najśmielsze oczekiwania organizatorów przetargów: w Wielkiej Brytanii w myśl zasady "kto da więcej" za sprzedaż koncesji osiągnięto łącznie 22 mld funtów (równowartość ponad 30 mld dolarów), w Niemczech wartość sześciu licencji przekroczyła 98 mld marek (około 50 mld dolarów). Operatorzy sieci komórkowych z rozmachem inwestują w system, który dotychczas nie został nigdzie uruchomiony, widząc w nim podstawę utrzymania się na rynku telekomunikacyjnym przez następne kilkanaście lat.

W Polsce po rekordowo szybkim przetargu 2 grudnia 2000 roku minister łączności Tomasz Szyszko podpisał i wręczył koncesje na telefonię UMTS firmom: PTK Centertel, Polska Telefonia Cyfrowa oraz Polkomtel SA. Jednak na wprowadzenie systemu 3G trzeba będzie jeszcze poczekać. W czasie, gdy prace standaryzacyjne nie zostały jeszcze sfinalizowane, operatorzy przygotowują się do zmian, podejmując głównie działania finansowo-prawne i finalizują część inwestycji. Na przykład Polska Telefonia Cyfrowa, operator sieci Era GSM, zbudowała i uruchomiła na terenie Polski sieć szkieletową SDH. Jest to pierwszy krok do samodzielnego świadczenia usług teleinformatycznych, będących standardem w systemie UMTS. Obecnie sieć długości ponad 2600 km łączy 12 miast. Jej duża przepustowość (2*155 Mb/s) uniezależni operatora w przyszłości od łączy TP SA, co pozwoli na obniżenie kosztów połączeń.

Hierarchia komórek radiowych w UMTS.

Hierarchia komórek radiowych w UMTS.

Zasadniczym celem wprowadzania UMTS jest zapewnienie zintegrowanej łączności cyfrowej o maksymalnej przepustowości do 2 Mb/s. Projektowane struktury będą obejmowały zarówno tradycyjne sieci przewodowe, siatkę naziemnych stacji nadawczych, jak i zespół satelitów. Tak zróżnicowane sposoby komunikacji mają zapewnić niezawodną, niezależną od warunków atmosferycznych łączność globalną. Podczas wprowadzania systemów trzeciej generacji przewiduje się hierarchiczny podział obsługiwanego terytorium na różnej wielkości strefy, odmienne pod względem maksymalnego transferu i dopuszczalnej szybkości przemieszczania się abonenta.

Najmniejszym fragmentem sieci UMTS będzie tzw. pikokomórka, obejmująca obszar o promieniu nie większym niż kilkadziesiąt metrów. Rozwiązania takie będą stosowane przede wszystkim w miejscach o bardzo dużym natężeniu ruchu telekomunikacyjnego, takich jak lotniska, biurowce, urzędy czy domy mieszkalne. W jednostkach tych oferowana przepływność sieci będzie największa i osiągnie wartość do 2 Mb/s. W obszarze pikokomórki, ze względu na niewielką odległość terminalu osobistego od stacji nadawczej, zdolność do niezawodnej transmisji w ruchu będzie ograniczona do około 10 km/h. Większą jednostką systemów trzeciej genera-cji będzie mikrokomórka (microcell), o zasięgu nie większym niż 1 km od nadajnika. Obejmie obszary miejskie, gdzie jest wielu użytkowników - tam szybkość transmisji będzie zawierać się w przedziale 384 Kb/s - 2 Mb/s. Wraz ze wzrostem odległości od stacji bazowej dopuszczalna prędkość poruszania się użytkownika wzrasta i dla mikrokomórki osiąga już wartość 100 km/h. Zasięgiem ogólnomiejskim (do 40 km) będą dyspo-nowały makrokomórki (macrocells), obszar kraju natomiast pokryją megakomórki (megacells). Dla łączności w obrębie tych struktur szybkość transmisji znacznie się obniży (maksymalna 384 Kb/s), jednak ograniczenia szybkości poruszania się stacji ruchomej praktycznie znikną.

Postęp standaryzacji

Inicjatywa utworzenia uniwersalnego systemu radiokomunikacji (UMTS), integrującego wszystkie segmenty systemów radiokomunikacji ruchomej i bezprzewodowej, powstała pod koniec lat osiemdziesiątych. W Europie standaryzacja rozpoczęła się od uruchomienia programu RACE (Research of Advenced Technologies in Europe), prowadzonego w latach 1988-1995 i była kontynuowana w programie ACTS (Advanced Communication Technologies and Services).

W ich rezultacie wybrano dwie koncepcje dostępu do kanału radiowego, oparte na technikach szerokopasmowych CDMA (Code Division Multiple Access) oraz TDMA (Time Division Multiple Access).

Oba rozwiązania zostały zgłoszone do ETSI (European Telecommunications Standards Institute) oraz do ITU (International Telecommunication Union) jako propozycje interfejsu radiowego w systemach 3G (UMTS i jego odpowiednik IMT 2000 wg ITU). W toku dalszych prac metody dostępu radiowego objęto wspólną nazwą UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access), a w roku 1998 wybrano dwie:

- WCDMA (Wideband CDMA) wykorzystującą podział częstotliwościowy FDD (Frequency Division Duplex),

- WTDMA/CDMA oparta na podziale czasowym TDD (Time Division Duplex).

W 1998 roku powstała międzynarodowa organizacja standaryzacyjna 3GPP (3rd Generation Partnership Project), zrzeszająca przedstawicieli wszystkich znaczących organizacji. W wyniku jej prac powstały wspólne dokumenty, znane pod nazwą Release 99 i Release 2000.

Do zadań 3GPP należą także prace standaryzacyjne nad podsystemami zwiększającymi wydajność obecnie używanej sieci GSM: HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), GPRS (General Pocket Radio Service) oraz EDGE (Enhanced Data GSM Evolution).

Terminal przez Alcatela będzie obsługiwał zarówno dzisiaj wprowadzony GPRS, jak i przyszły UMTS.

Terminal przez Alcatela będzie obsługiwał zarówno dzisiaj wprowadzony GPRS, jak i przyszły UMTS.

W systemach 3G będziemy mieć zatem do czynienia z nadmiernym pokryciem terenu, gdyż wiele miejsc (szczególnie większych skupisk ludności) znajdzie się w zasięgu więcej niż jednej stacji. W przypadku kłopotów z nawiązaniem łączności przez komórkę najbliższą abonentowi (powodowanych zarówno przeszkodami terenowymi, jak i zbyt szybkim przemieszczaniem się klienta) transmisja zostanie automatycznie przełączona do większej jednostki sieci. Taka taktyka znacznie zwiększy niezawodność systemu i umożliwi jego dynamiczne dostosowywanie się do warunków łączności. Koncepcja sieci 3G zakłada, że prędkość transferu radiowego nie spadnie poniżej 144 Kb/s, a na ograniczonych obszarach osiągnie nawet 2 Mb/s. Zapewne jesteś trochę rozczarowany, gdy z przyzwyczajenia odniesiesz te wartości do znanych Ci parametrów sieci przewodowych. Zakładane przez pomysłodawców systemów trzeciej generacji przepływności nie są oszałamiające w porównaniu z osiągami najnowszych rozwiązań kablowych lub światłowodowych. Czy oczekiwane rozwiązania 3G będą zatem wielką rewolucją? Wątpliwości zmniejszą się, gdy uświadomisz sobie, że w używanych obecnie standardowych systemach GSM (bez opisanych dalej rozwiązań HSCSD oraz GPRS) maksymalne szybkości trans-feru nie przekraczają 9,6 Kb/s! Dzięki tak znacznemu zwielokrotnieniu przepustowości łączy UMTS umożliwi realizowanie znacznie większej liczby usług: począwszy od zwykłej rozmowy poprzez przesyłanie dokumentów po przeglądanie stron WWW i transmisję obrazu.

Widmo trzeciej generacji

Pasmo częstotliwości przyz-nawane operatorom w koncesjach jest jednak ograniczone, co przy tak szybkich łączach stawia interfejsowi radiowemu systemu bardzo ostre wymagania. Wstępna analiza planowanych usług (których różnorodność będzie zależała jedynie od fantazji operatorów) pozwala podzielić je na dwie grupy. Decydującym parametrem jest stosunek ilości transmitowanych danych do terminalu osobistego (down-link) oraz od niego do stacji ba-zowej (up-link). Pierwszą grupę aplikacji będą stanowiły usługi obciążające transmisje w obie strony w jednakowym stopniu, np. rozmowa telefoniczna. Do drugiej klasy należą usługi, w których asymetria wykorzystania łączy będzie bardziej odczuwalna. Typowym przykładem usługi "niesymetrycznej" jest eksploracja stron WWW, gdzie transmisja up-link ograniczona jest do zgłoszenia zapotrzebowania na konkretne dane.


Zobacz również