1 1Aspecte generale................................................................................. ................ 2 1.1Tehnologii de acces la Internet ...................................................................... 2 1.2Tehnologiile de acces fără fir: o scurtă trecere în revistă .............................. 41.2.1BT (Bluetooth) ..................................................................................... 5 1.2.2Wibree .................................................................................................. 6 1.2.3ZigBee .................................................................................................. 6 1.2.4UWB ..................................................................................................... 6 1.2.5Tehnologii WLAN ............................................................................... 7 1.2.6Standardul IEEE 802.16 ....................................................................... 7 1.2.7Tehnologiile 2G............... .....................................................................91.2.8Tehnologiile 3G............... .....................................................................91.2.9Locul LTE î n Evoluţia Tehnologiilor3G ........................................... 121.2.10Tehnologia UMB................................................................................ 14 1.2.11Tehnologia folosită pen tru difuzarea televiziunii digitale: DVB....... 14 1.2.12Tehnologia folosită pentru radiodifuziunea digitală: DAB ............... 15 1.2.13Reţele Regionale fără fir .................................................................... 15 1.2.14Concluzii cu privire la stadiul a ctual al RAT..................................... 16 1.3Evoluţia RAT spre şi dincolo de 4G............................................................ 18
1 Aspecte generale................................................................................................. 2 1.1 Tehnologii de acces la Internet ...................................................................... 2 1.2 Tehnologiile de acces fără fir: o scurtă trecere în revistă .............................. 4
1.2.1 BT (Bluetooth) ..................................................................................... 5 1.2.2 Wibree .................................................................................................. 6 1.2.3 ZigBee .................................................................................................. 6 1.2.4 UWB ..................................................................................................... 6 1.2.5 Tehnologii WLAN ............................................................................... 7 1.2.6 Standardul IEEE 802.16 ....................................................................... 7 1.2.7 Tehnologiile 2G.................................................................................... 9 1.2.8 Tehnologiile 3G.................................................................................... 9 1.2.9 Locul LTE în Evoluţia Tehnologiilor3G ........................................... 12 1.2.10 Tehnologia UMB................................................................................ 14 1.2.11 Tehnologia folosită pentru difuzarea televiziunii digitale: DVB ....... 14 1.2.12 Tehnologia folosită pentru radiodifuziunea digitală: DAB ............... 15 1.2.13 Reţele Regionale fără fir .................................................................... 15 1.2.14 Concluzii cu privire la stadiul actual al RAT ..................................... 16
1.3 Evoluţia RAT spre şi dincolo de 4G ............................................................ 18
Evoluţia remarcabilă a INTERNET-ului în ultimii 20 de ani a făcut ca un număr tot mai mare de utilizatori, din mediul de afaceri sau rezidenţial, să dorească să seconecteze. Ca urmare a crescut interesul comunităţii specialiştilor în comunicaţii
pentru tehnologiile care permit utilizatorilor să aibă acces la INTERNET.Aşa cum se observă în figura 1.1.1 tehnologiile de acces folosite în trecutul
apropiat, în prezent sau care sunt în curs de dezvoltare se dovedesc a fi de o extremde mare diversitate mergând de la tehnologii pe fir (ghidate) la tehnologii fără fir şide la tehnologii de rată mică de transmitere a datelor (câţiva kbps) la cele de ratămare şi foarte mare (spre 1Gbps).
Figura 1.1.1 Tehnologii de acces
Diversele tehnologii menţionate în figura 1.1.1 satisfac cerinţe diverse şi aucaracteristici cum ar fi: debitul, rata de transmitere a datelor, acoperirea,mobilitatea, de aplicaţiile vizate în faza de standardizare.
Fără îndoială, una dintre cerinţele cheie pentru viitoarele Tehnologii Radio deAcces constă în a oferi mobilitate reală de bandă largă, adică o combinaţie întrecapacitate mare şi apropierea cât mai bună de acoperire şi mobilitate totală.
Necesitatea unei asemenea cerinţe a rezultat şi din faptul că în ultimii ani traficul înreţelele celulare 3G de rată mare şi cu mobilitate ridicată (HSPA; EV-DO) are otendinţă accentuată de creştere. Creşterea poate fi cuantificată prin numărul deabonaţi, numărul de reţele capabile să suporte bandă largă lansate din punct devedere comercial şi de raportul trafic de date trafic de voce. Din ultimul punct devedere s-a evidenţiat că traficul de date a depăşit traficul de voce. Evoluţia pieţei
pentru reţelele 3G promite o bună primire şi stimulează interesul pentru reţelele cuservicii ameliorate 4G şi dincolo de 4G.
Evoluţia spre introducerea unor RAT de rate mai mari poate fi abordată pedouă căi distincte: o cale revoluţionară şi una evoluţionistă. În variantarevoluţionară noile tehnologii ar trebui să înlocuiască total standardele existente. Învarianta evoluţionistă orice nouă tehnologie de acces de rată foarte mare estevăzută ca o nouă componentă care îmbogăţeşte mediul comunicaţiilor mobilecomplementând tehnologiile existente. În acest caz, evident, problema cea maiimportantă este de a găsi soluţii pentru inter-operare între reţelele bazate pe diversestandarde insesizabilă la nivelul utilizatorului. O sinteză interesantă cu privire la
cerinţele impuse tehnologiilor de acces, din perspectiva evoluţiei până la, şi după,IMT 2000, este cea preluată din documentele ITU (R1645) în figura 1.1.2.
Figura 1.1.2 Cerinţe pentru tehnologiile de acces actuale şi în evoluţie
Pentru a evidenţia o dată în plus complexitatea acestui aspect dar şi pentru caimaginea complexă a contextului în care are loc evoluţia spre generaţia a patra săfie mai clară, subcapitolul următor are ca obiectiv trecerea în revistă a celor maiimportante tehnologii de acces actuale urmând să se aloce şi o secţiune
perspectivelor.
Funcţie de cerinţele impuse în faza de concepere a standardelor se disting douămari clase de tehnologii radio de acces:
a. Centrate pe transmisiuni de voce; b. Centrate pe transmisiuni de date.Prima categorie provine de la tehnologiile de transmisiuni radiotelefonice care
au dezvoltat treptat o componentă importantă şi din ce în ce mai performantă detransmisiuni de date. Din această categorie fac parte tehnologii precum: GSM-GPRS-EDGE, UMTS, TETRA, DECT, etc. A doua categorie a evoluat din sistemededicate din start transmisiunilor de informaţii numerice asociate reţelelor decalculatoare cum ar fi: Wifi, Wimax, Bluetooth etc.
Un alt aspect care permite o sistematizare interesantă se referă la raza zonei
acoperite de o structură de bază. O reprezentare sintetică din această perspectivăeste dată în figura 1.2.1. Se disting tehnologii care acoperă arii cu raza de sub unmetru şi se merge până la arii cu raza de 100km.
1.2 Tehnologiile de acces fără fir: o scurtă trecere în revistă
Very close range
networks
10-2
WPAN WLAN
100101
MAN Cellular Broadcast
102 103 104 105 Range
Figura 1.2.1 Sistematizarea tehnologiilor de acces fără fir funcţie de zonade acoperire
În fine se mai poate crea o imagine sugestivă cu privire la caracteristicile de bază ale tehnologiilor de acces fără fir din perspectiva ratei de transmitere a datelor
în conjuncţie cu mediul în care se utilizează tehnologia şi într-o oarecare măsură şicu mobilitatea asigurată (figura 1.2.2). În prezentarea care urmează, vor fimenţionate şi alte caracteristici importante ale tehnologiei analizate la un momentdat.
Figura 1.2.2 Performanţele şi aplicaţii ale tehnologiilor de acces fără fir
BT este o tehnologie de acces de mică putere care foloseşte un protocol prin care se
asigură conectivitate pe distanţe mici între diverse echipamente cu rate detransmisie care ajung la 2,1 Mbps (versiunea 2) sau 20 Mbps (versiunea 3). Sedisting trei clase principale pentru nivelul de transmisie BT:
• clasa 1 – putere maximă 20dBm, pentru o rază de acoperire de cca 100m;• clasa 2 – putere de maximum 4dBm cu o rază de acoperire de cca 10m;• clasa 3 – putere de 0dBm cu o rază de acoperire de cca 1m.Echipamentele BT lucrează în banda nelicenţiată de 2,4 GHz. Pentru a se
reduce interferenţele protocolul BT prevede împărţirea benzii în 79 de canale
fiecare cu o lărgime de bandă de 1 MHz şi salturi între canale cu o rată de 1600salturi pe secundă.
Wibree este o tehnologie de comunicaţie care complementează tehnologia BTasigurând transmisiuni între dispozitive mici cum ar fi: ceasuri, tastaturi fără fir,
jucării, senzori pentru jocuri etc. Folosind Wibree acestea se pot conecta laechipamente gazdă cum ar fi telefoanele mobile sau calculatoarele personale.Wibree operează tot în banda nelicenţiată de 2,4 GHz alături de echipamenterealizate pe baza altor tehnologii. Această tehnologie rezolvă necesitatea de aconecta dispozitive care folosesc baterii mici de dimensiunea unui nasture cudispozitive echipate Bluetooth, la un preţ de cost şi la dimensiuni adecvate, maimici decât dacă s-ar folosi tot tehnologia Bluetooth.
Tehnologia ZigBee foloseşte benzile ISM de 868 MHz (Europa – 20kb/s), 915MHz (US – 40kb/s) şi 2.4 GHz (în toată lumea – 250kb/s) folosind echipamenteradio de mică putere. Standardul IEEE 802.15.4 specifică nivelele fizic şi MAC
precum şi parametrii principali pentru echipamentele radio. Protocolul permitecomunicaţii aproape instantanee între dispozitive fără a mai apărea întârzieridatorate procesului de sincronizare a reţelei. Acest mod de lucru permite realizareaunor reţele cu mii de dispozitive.
Tehnologia ZigBee permite implementarea unor aplicaţii de monitorizare şicontrol cu cost redus, putere mică, pentru medii rezidenţiale şi industriale cum ar fi: controlul unor echipamente electronice, controlul instalaţiilor de iluminat,controlul accesului, monitorizarea bolnavilor, securitate, administrarea
proprietăţilor şi bunurilor.
La origine tehnologia Ultra Wide Band (UWB) constă din transmiterea unor pulsuride foarte scurtă durată cu o bandă ocupată mai largă de 500 MHz sau decât 20%din frecvenţa centrală. Această tehnologie poate asigura imunitate bună la
propagarea multicale, capacitatea de a se propaga bine prin pereţi, probabilitateredusă de intercepţie, putere mică, densitate mică a energiei radiate şi posibilitateade a se realiza receptoare de preţ redus lucrând în banda de bază. Tehnologia UWBeste destinată comunicaţiilor cu arie de acoperire redusă cum sunt reţelele personale
fără fir, radare pentru vehicule pentru evitarea coliziunilor, reţele de senzori,etichete de identificare sau localizare în interiorul clădirilor etc. Funcţie de rata de
transmitere a datelor tehnologia UWB este împărţită în două clase: variantele cuarie redusă de acoperire (câţiva metri) şi rată de transmitere mare ( > 480 Mb/s) şivariantele cu arie mai largă (câteva zeci de metri) şi rată redusă (10-250 Kb/s).Variantele care realizează rate mari se bazează pe tehnica de modulaţie cudiviziune în frecvenţă şi subpurtătoare ortogonale (OFDM). Această variantăsusţinută de Alianţa WiMedia şi standardizată în 2005 de ECMA (ECMA-368) şiîn 2007 de ISO (ISO/IEC 26907). Aceste standarde vizează USB fără fir şigeneraţia următoare Bluetooth. Varianta care oferă rată redusă este standardizată de
prin IEEE 802.15.4a din Martie 2007.
Reţelele locale fără fir (WLAN) cele mai răspândite, realizate pe baza familiei destandarde IEEE 802.11, sunt cunoscute sub marca WiFi. Familia de standarde802.11 a fost dezvoltată de Grupul de Lucru 11 ( Working Group 11) al comitetuluide standardizare IEEE LAN/MAN (IEEE 802). În prezent termenul 802.11xdesemnează, de asemenea, setul de amendamente aferente standardelor de bază.Folosit de sine stătător termenul IEEE 802.11 desemnează şi standardul iniţial802.11 elaborat în 1997. Familia 802.11 prevede folosirea mai multor tehnici de
modulaţie radio dar are la bază acelaşi protocol de bază. Varianta cea mai popularăeste cea care are la bază amendamentele IEEE 802.11b/g. În primele etape deevoluţie securitatea a fost intenţionat lăsată la un nivel redus din cauzareglementărilor guvernamentale cu privire la export şi a fost îmbunătăţită prinamendamentul 802.11i atunci când legile au fost modificate. Unul dintre noileamendamente 802.11n (2009) propune o tehnică de modulaţie multi-flux, şitehnologia MIMO, reuşind mărirea substanţială a ratei de transmisie. Primulstandard din familie larg acceptat în implementarea reţelelor locale fără fir(WLAN)a fost 802.11b apoi 802.11g şi acum 802.11n.
Un alt grup al comitetului de standardizare IEEE 802 LAN/MAN, grupul 802.16,înfiinţat în anul 1999, a primit sarcina să se ocupe de generarea specificaţiilor
pentru instalarea la nivel global a unor Reţele de Acoperire (Arie) Metropolitană.O tehnologie înrudită,tehnologia de Acces Mobil fără fir de Bandă Largă (MBWA -Mobile Broadband Wireless Access) era în curs de studiu la grupul 802.20. Familiade standarde 802.16 a fost denumită oficial Wireless MAN dar datorită sprijinului
şi promovării ei de către grupul de entităţi industriale reunit sub numele deWiMAX Forum (Worldwide Interoperability for Microwave Access) în prezent se
foloseşte mai mult denumirea WiMAX.Ca şi în cazul 802.11, standardul 802.16 specifică, în principal, nivelul fizic(PHY) şi MAC. Tehnica de modulaţie folosită este OFDM iar varianta din 802.16especifică şi folosirea OFDM ca tehnică de acces multiplu (OFDMA). Mai mult avarianta 802.16e-2005 apelează la o variantă de acces multiplu scalabilă(SOFDMA) care permite crearea de canale cu benzi cuprinse între 1,25 şi 20 MHz.
Noua versiune specifică şi folosirea modulaţiei şi codării adaptive adică schimbareaschemei de modulaţie pentru fiecare subpurtătoare de la BPSK la 64QAM precumşi a ratei codului utilizat, funcţie de condiţiile de transmisiune.
Printre alte caracteristici ale standardului se mai pot menţiona: legăturile radio pot avea loc în vizibilitate (LOS - Line of Sight) sau nu (NLOS), se poate folositehnologia MIMO pentru a ameliora pentru a parametrii transmisiunilor NLOS (sau
pentru a creşte rata de transmitere a datelor) precum şi o schemă hibridă de cerereautomată a retransmisiilor (HARQ - Hybrid Automatic Repeat Request) pentru a seobţine performanţe bune la corectarea erorilor.
Nivelul MAC descrie un număr de subnivele de convergenţă care specificămodul în care pachetele provenind din reţele IP, ATM sau Ethernet sunt încapsulatela interfaţa radio şi cum sunt clasificate datele. De asemenea specifică cum sesecurizează comunicaţiile prin folosirea cheilor de securitate în timpul autentificării
şi criptarea folosind algoritmii AES sau DES. Alte aspecte incluse de nivelul MACse referă la economisirea energiei şi la mecanismul de transfer (hndover).În fine o caracteristică importantă pentru tehnologia 802.16 este aceea că este
o tehnologie orientată pe conexiune. Astfel, nici o staţie de abonat (Subscriber Station -SS ) nu poate transmite date înainte ca staţia de bază ( Base Station - BS ) să-i aloce un canal. Acest mod de lucru permite implementarea unui sistem performant
pentru Calitatea Serviciului (QoS ). În acest scop fiecărei conexiuni dintre staţia deabonat şi staţia de bază (numită, în 802.16, Flux de Serviciu – Service Flow) i seatribuie o clasă QoS. Standardul 802.16 defineşte 5 clase QoS: Unsolicited Grant
Service (Serviciu cu generare periodică de pachete de dimensiune fixă specific
fluxurilor care transmit pachete de date sistematic cum ar fi cele bazate petehnologia TDM), Extended Real-time Polling Service (Serviciu cu interogare în
timp real extins – pentru fluxuri VoIP), Real-time Polling Service (Serviciu cuinterogare în timp real – pentru fluxuri MPEG-Video), on-real-time Polling Service (Serviciu cu interogare care nu este în timp real – pentru FTP) and Best
Effort Service(Serviciu pentru care nu se dau garanţii cu privire la rata detransmisie – pentru HTTP). Staţia de abonat şi staţia de bază folosesc o clasă QoSadecvată pentru a garanta că datele transmise sunt tratate conform cerinţelor aplicaţiei.
A doua generaţie de sisteme de comunicaţii mobile digitale (2G) a fost dezvoltatăca un succesor al sistemelor analogice (1G) şi a ajuns la maturitate în a două
jumătate a anilor 90. Această tehnologie include câteva tehnologii relativ diferitedintre care cele mai cunoscute sunt:
• GSM – cea mai răspândită dintre ele – aplicată în Europa, multe ţări dinAfrica, Asia, Orientul mijlociu, America de nord şi America de sud;
• CDMA-One (IS-95), cu aplicaţii, în special în America şi regiuni din Asia-Pacific;
• IS-136 (D-AMPS), utilizat în America de nord şi de sud;• PDC (Personal Digital Celular), folosit numai în Japonia.
Aceste sisteme oferă comunicaţii de voce cu comutare de circuit şitransmisiuni de date cu viteze limitate (de exemplu 9.6 kbit/s pentru modul de lucrucu circuite GSM). Deşi limitată această capacitate a deschis piaţa transmisiunilor dedate mobile prin serviciul de mesaje scurte (SMS). Cererea pentru rate detransmiterea de date cu viteză mai mare a dus la dezvoltarea sistemelor aşa numitede generaţia 2G+ sau 2,5G. În cazul tehnologiei GSM primul pas în această direcţiea fost GPRS (General Packet Radio Service) un serviciu de transmisie de pachete
prin radio care oferă transmisiuni cu comutare de pachete la o rată de cca 40 kb/s prin alocarea unuia sau mai multe segmente temporare pentru transmisii de date. Aldoilea pas a fost realizat prin conceperea şi implementarea sistemului EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution) care, în esenţă, constă în folosireamodulaţiei 8-PSK mărind de 3 ori rata de transmisie a datelor în comparaţie cuGPRS. Având în vedere rata de transmisie EDGE este inclus în familia 3G.
IS-95 şi IS-136 au evoluat în aceeaşi direcţie. IS-95-HDR ( High Data Rate)implementează un mod de transmisie în pachete cu o rată de 144 kb/s (un prim passpre CDMA2000), ân vreme ce IS-136 a evoluat spre un sistem bazat pe principiul
EDGE-GSM sub numele UWC-136 (Universal Wireless Communications 136).Aceste evoluţii care au urmărit oferirea unor servicii tot mai eficiente din p.d.v. altransmisiei de date au pregătit calea spre definirea sistemelor 3G.
ITU a făcut eforturi susţinute pentru a defini o familie de sisteme numite 3G, caresă asigure rate de transmisie a datelor mari pentru a permite oferirea de serviciimultimedia. Noile tehnologii au fost grupate sub denumirea IMT-2000(International Mobile Communications – 2000), şi la Conferinţa Mondială Radio
Access);4. EDGE (also called UWC-136);5. DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications).
La sfârşitul fazei de selecţie pentru IMT-2000, au rezultat două familii principale conducând la crearea a două grupuri de standardizare:
1. 3GPP (3rd Generation Partnership Project), care a dezvoltat standardeleW-CDMA numit şi UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)cu modurile de lucru FDD şi TDD,
2. 3GPP2, care a dezvoltat standardele CDMA 2000 ca o evoluţie astandardelor IS-95.
Interfaţa radio terestră pentru UMTS, cunoscută sub acronimul UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network) a fost dezvoltată printr-o serie deversiuni de la R3 (cunoscută şi ca R99) la R7 care, în mod progresiv a sistematizato serie de caracteristici
• R3 - modul FDD;• R4 - modurile TDD – HCR (TDD High Chip Rate ) şi TDD-LCR (TDD
Low Chip Rate) acesta din urmă cunoscut şi ca TD-SCDMA);• R5 – HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) - rate de transmsie pe
Familia CDMA 2000 a cuprins, la rândul ei, o serie de standarde începând cuCDMA 2000 1xRTT (care folosea aceeaşi bandă ca IS-95) până la CDMA 2000EV-DO (CDMA 2000 Evolution – Data Optimized) care permite realizarea de ratede transmisie pe calea descendentă de până la 3.1 Mb/s şi de până la 1.8 Mb/s pecalea ascendentă pentru Versiunea (Revision) A, şi mult mai mari pentru versiuneaB (depăşind 10 Mb/s pe calea descendentă - prin concatenarea mai multor canaleRF) comparabile cu cele realizate la UMTS HSDPA.
O diagramă care pune în evidenţă evoluţia comunicaţiilor digitale spre UMTS3G este dată în figura 1.2.3. Liniile directoare pentru evoluţia spre sistemele 3G aufost stabilite de ITU în cadrul IMT-2000 menţionând obiectivul de a se asigura rate
de transmisie de 144kb/s în condiţii de mobilitate mare şi de 2Mbps în condiţii delucru staţionar.
Aceste cerinţe au fost îndeplinite încă de la standardizarea versiunii 99 dar cercetările au continuat vizând îmbunătăţirea eficienţei spectrale, a reţelei şiintroducerea de noi servicii. Astfel în iunie 2002 a fost introdus HSDPA (HighSpeed Downlink Packet Access) ca parte a standardului UMTS versiunea 5.Obiectivele principale ale HSDPA au constat în creşterea substanţială a capacităţiireţelei, creşterea debitelor de vârf (până la 14 Mb/s) şi reducerea latenţei pe caleadescendentă. Pentru a atinge aceste obiective la nivelele fizic (PHY) şi MAC aufost implementate un număr de tehnici cum ar fi: AMC (Adaptive Modulation and
Coding), programarea (scheduling) rapidă şi HARQ (Hybrid ARQ), toate acesteaîn cadrul unei arhitecturi noi, adecvate. HSUPA (sau E-DCH - Enhanced Up link) afost introdus în versiunea 6 pentru a ameliora eficienţa spectrală pe legăturaascendentă şi a reduce latenţa. HSUPA ca şi HSDPA, include tehnici cum ar fi:
programarea rapidă la nodul B, HARQ şi dimensiuni mai mici pentru cadre. Se
poate ajunge la o rată de vârf pe calea ascendentă de 5.76 Mb/s dacă se introducdimensiuni mai mari pentru blocurile de codare şi/sau cadre mai scurte de 2ms.Împreună, HSDPA şi HSUPA, adică HSPA, oferă un sistem UMTS atractiv şieficient. Evoluţia a continuat cu versiunea 7 care include CPC (Continuous PacketConnectivity) şi MIMO (Multiple Input Multiple Output) pentru transmisiunea pelegătura ascendentă ajungându-se la rate de vârf de 28.0 Mb/s. În aceeaşi versiunemai este specificată utilizarea unor tehnici de modulaţie de ordin superior (HOM -Higher Order Modulation) pentru HSPA Evoluat (HSPA+) mai concret 16QAM
pentru UL şi 64QAM pentru DL.
Figura 1.2.3 Etapele evoluţiei comunicaţiilor mobile digitale în Europa
Aşa cum s-a văzut, tehnologia 3G-WCDMA a evoluat în mod continuu imediatdupă prima versiune din 1999. Primul pas important a fost HSPA care a fostfinalizat în versiunea 7 care a devenit publică în 2007. În această fază se ajunge larate de transmisie de 28 Mb/s pa calea descendentă şi de 11 Mb/s pe caleaascendentă.
Următoarea etapă trebuia să răspundă unei observaţii care a fost făcută înlucrări elaborate la iniţiativa ITU, încă în etapa de studiu pentru IMT avansate [17],conform căreia este foarte probabil să fie nevoie de o nouă interfaţă radio pentru ase atinge pe deplin setul de cerinţe impuse pentru aceste sisteme. Se anticipa şifaptul că vor fi necesare canale cu lărgimi de bandă de până la 100 MHz ceea ce, încele mai multe cazuri urma să implice noi alocări de spectru RF. Această cerinţăfiind greu de satisfăcut a determinat lansarea unei iniţiative în cadrul 3GPP de a sedefini o interfaţă radio bazată pe rezultate recente (la acea dată) obţinute înactivitatea de cercetare legată de tehnologiile 4G care ar putea să folosească
lărgimile de bandă disponibile pentru sistemele 2G şi 3G.Startul acestei activităţi, cunoscută de atunci sub acronimul LTE (Long TermEvolution), a fost dat la sfârşitul anului 2004. Pentru a se asigura că sistemele 3Gvor fi competitiva în perspectiva următorilor 10 ani după aceea, 3GPP a lansat, înetapa următoare, studiul „UTRA Evoluat şi UTRAN” cu scopul de a face paşiimportanţi în sensul ofertei de servicii şi al reducerii costurilor.
Obiectivul general al evoluţiei pe termen lung al 3G, LTE, constă în a generao tehnologie de acces radio evoluat care să asigure performanţe ameliorate aleserviciilor la acelaşi cost sau la un cost mai bun decât cel asociat tehnologiilor deacces cablate dar substanţial redus în comparaţie cu cel asociat tehnologiilor fărăfir.
Dintre ţintele propuse pentru LTE trebuie menţionate:• Asigurarea de rate semnificativ mai mari prin comparaţie cu HSPA (rate
de vârf de până la 100 Mbps pe DL şi până la 50 Mbps pe UL);• Eficienţă spectrală îmbunătăţită ţintind a îmbunătăţire de cca 3 ori prin
comparaţie cu standardele din acel moment;• Latenţă redusă pentru planul control şi planul utilizator (mai puţin de 10
ms pentru un transfer integral la interfaţa radio – RTT (Round-Trip-Time)
– şi mai puţin de 100 ms întârziere la trecerea unui canal de la starea deinactiv la activ;
• Costuri reduse pentru operator şi utilizator final;• Flexibilitate spectrală astfel încât să se poată instala reţele folosinddiverse benzi disponibile implicând migrarea spre alte benzi inclusiv spreacelea curent folosite sistemele 2G.
Conform versiunii 8 (R8), LTE foloseşte OFDMA pe calea descendentă,tehnologie foarte potrivită pentru a se realiza rate de transmisie de vârf mari în
benzi de frecvenţă largi. Tehnologia radio WCDMA este, în principiu la fel deeficientă ca şi OFDM pentru a realiza rate de vârf de cca 10 Mbps in benzi de 5MHz. Totuşi, realizarea de rate de vârf mari mergând spre ordinul de 100 Mbps încanale radio cu benzi mai largi ar conduce la terminale extrem de complexe cutehnologia actuală. Acesta este avantajul care a făcut ca tehnologia OFDM să fie
preferată. Se pot folosi diverse variante de programare în domeniul frecvenţă care pot minimiza interferenţele mărind eficienţa spectrală. De asemenea tehnologiaOFDMA este foarte flexibilă din punctul de vedere al canalizării şi LTE poatedefini canale radio cu benzi cuprinse între 1.25 şi 20 MHz.
În schimb pe calea ascendentă folosirea OFDMA propriu-zisă ar conduce laRapoarte Putere de vârf Putere Medie (PAPR) care implică eficienţă redusă înfolosirea puterii deci, în final, în durată de utilizare a bateriilor redusă. Ca atare în
acest caz LTE foloseşte o variantă numită SC-FDMA (Single Carrier FDMA),tehnologie care într-o oarecare măsură, este similar cu OFDMA dar realizează unraport PAPR de 2 la 6 dB.Dintre parametrii realizaţi de tehnologia LTE se pot menţiona:
• Funcţionarea pe baza protocolului IP (All IP).• Rate de date de vârf pe calea descendentă de până la 326 Mbps în benzi de
20 MHz.• Rate de date de vârf pe calea ascendentă de până la 86.4 Mbps în benzi de 20
MHz.•
Posibilitatea de a folosi duplexarea cu diviziune în timp sau în frecvenţă(TDD şi FDD).• Canalizare cu benzi scalabile până la 20 MHz (1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz).
Pentru regimul de lucru TDD se pot folosi şi canale cu banda de 1.6 MHz.• Eficienţa spectrală, în comparaţie cu HSPA, este mai bună cu un factor de 2
până la 4.• Latenţa pentru transferul la interfaţa radio, RTT între staţia de bază ţi
echipamentul de abonat, este redusă la 10 msec iar trecerea unui canal de lastarea inactiv la activ la mai puţin de 100 msec.
În concluzie LTE reprezintă o tehnologie radio de acces cu performanţeextrem de bune care oferă mobilitate la viteza maximă a vehiculelor şi care poate
coexista cu tehnologia HSPA şi reţele mai vechi. Datorită benzii scalabileoperatorii au posibilitatea să-şi transfere cu uşurinţă reţelele şi utilizatorii de laHSPA la LTE în timp.
UMB (Ultra Mobile Broadband) este marca proiectului dezvoltat de grupul 3GPP2 pentru a ameliora standardul de telefonie celulară CDMA2000 pentru a răspundeaplicaţiilor şi cerinţelor următoarei generaţii. Ca şi Wimax sau LTE, UMBfoloseşte tehnologia OFDMA împreună cu tehnici MIMO pentru a asigura rate devârf de până la 280 Mb/s.
DVB (Digital Video Broadcasting) se referă la un pachet de standarde deschise
acceptate la nivel internaţional pentru distribuirea televiziunii digitale. Acestestandarde au fost elaborate şi publicate de un Comitet Tehnic Reunit (JTC - JointTechnical Committee) format din ETSI, CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) şi EBU (European Broadcasting Union ) şi suntîntreţinute prin Proiectul DVB care este un consorţiu constituit din peste 270 deentităţi industriale. Standardul DVB prevede folosirea tehnologiei OFDM cu odiversitate de valori pentru parametrii asociaţi subpurtătoarelor individuale (schemăde modulaţie, codare, interval de gardă) valori care depind de versiune, decondiţiile de instalare etc.
Dintre versiuni DVB cele mai cunoscute sunt cele pentru difuziune prinsatelit(DVB-S), prin cablu (DVB-C), terestru (DVB-T) sau terestru pentru mobile(DBV-H). Au fost standardizate şi versiuni de transport (MMDS, MVDS). Existăstandarde asemănătoare cu aplicaţie în SUA, Japonia, China etc.
Alături de transmiterea de semnale video-audio tehnologiile DVB-T şi DVB-H permit folosirea capacităţii neutilizate pentru transmisiuni de date. Au existat maimulte proiecte care au propus utilizarea acestei soluţii în conjuncţie cu altetehnologii pentru asigurarea unor servicii de televiziune interactive sau chiar pentruacces la internet pentru zone slab populate.
1.2.10 Tehnologia UMB
1.2.11 Tehnologia folosită pentru difuzarea televiziunii digitale: DVB
Mai trebuie menţionat că trecerea la tehnologia DVB-T (DSO - DigitalSwitchover) conduce la o creştere substanţială a eficienţei în utilizarea spectrului.
Pe un canal analogic se transmite un semnal multiplex DVB-T care transportă 4-5emisiuni de calitate normală (DTV) sau una–două emisiuni de calitateînaltă(HDTV). Odată cu trecerea integrală la transmiterea numerică (conformdirectivelor UE acest proces trebuie finalizat în anul 2012) se vor elibera resursesubstanţiale din punctul de vedere al spectrului RF.
DAB (Digital Audio Broadcasting), reprezintă o tehnologie dedicată transmiteriisemnalelor audio folosind tehnologii numerice a cărei dezvoltare a fost iniţiată înanii 80 început ca un proiect de cercetare european, Eureka 147. Este primatehnologie de comunicaţii care foloseşte schema de modulaţie OFDM. Obiectiveleiniţiale ale proiectului constau în realizarea tranziţiei la radiodifuziunea digitalăasigurând o fidelitate mai bună, un număr mai mare de emisiuni, o rezistenţă maimare la perturbaţii, la interferenţe co-canal şi la propagarea multicale princomparaţie cu sistemele analogice.
Una dintre principalele probleme care au trebuit rezolvate a constat înreducerea cantităţii de informaţie transmise. În prima versiune DAB pentru a atingeacest obiectiv a fost ales codorul audio MPEG-2 stratul 2, MUSICAM , care este unalgoritm bazat pe aspecte psihoacustice. Ulterior s-a constatat că nu se realizează ocalitate a sunetului recepţionat în conformitate cu obiectivul iniţial conform căruiacalitatea să fie comparabilă sau mai bună decât cea realizată de înregistrările CDdigitale. În consecinţă pentru varianta 2 (DAB +) a fost selectat algoritmul dcompresie AAC+.
În fine, este demn de menţionat unul dintre avantajele principale ale
tehnologiei DAB şi anume posibilitatea de a acoperi o suprafaţă cu semnal deradiodifuziune folosind Reţele cu o Singură Frecvenţă (SF ) care, la rândul ei, permite eliberarea unor însemnate resurse spectrale odată cu generalizarearadiodifuziunii digitale.
1.2.12 Tehnologia folosită pentru radiodifuziunea digitală: DAB
WRAN (Wireless Regional Area Network) desemnează reţele de arie mare,regionale (raze de 30-100km) realizate pe baza standardului IEEE 802.22.
Standardul IEEE 802.22 defineşte o nouă interfaţă radio bazată pe principiulRadio Cognitiv. Pe baza acestei interfeţe se pot construi reţele regionale careconstau din echipamente exceptate de la licenţiere care vor lucra în benzi alocatecurent staţiilor de televiziune. Noile echipamente nu trebuie să creeze interferenţesupărătoare pentru utilizatorii primari (receptoarele de televiziune). În acest scop sefoloseşte tehnologia Radio Cognitiv pentru a sonda mediul radio şi a detecta
prezenţa utilizatorilor primari. Standardul precizează că reţeaua este de tip punct-multipunct (P-MP) în care o staţie de bază administrează toate echipamentele deabonat (CPE - Consumer Premise Equipments).
Pentru a se asigura protecţia utilizatorilor primari comunicaţia se bazează strict
pe o relaţie stăpân-sclav unde staţia de bază este stăpânul şi staţiile de abonat suntsclavii. Staţiile de abonat sondează mediul şi comunică datele staţiei de bază.Aceasta decide dacă se poate transmite, care staţie de abonat şi cu ce parametrii(schema de modulaţie, codarea, frecvenţa de lucru etc.).
Asemenea reţele sunt reţele de acces care pot fi utilizate în vederea asigurăriiunui serviciu de acces la Internet pentru regiuni slab populate.
Diversele tehnologii radio de acces au fost dezvoltate în concordanţă cu cerinţespecifice aplicaţiilor pentru care au fost concepute şi cu o serie de serviciianticipate. Principalele caracteristici ale lor includ: debitul, rata de transmisie adatelor (UL/DL), aria de acoperire (interior/exterior), eficienţa spectrală, calitateaserviciului (QoS), latenţă, frecvenţa de lucru etc. O comparaţie interesantă întrediversele standarde din punctul de vedere al celor mai importante dintre acestecriterii, aşa cum a fost propusă în proiectul european E-MOBILITY, poate firealizată folosind tabelul 1.2.1 şi figura 1.2.6. În tabel se evaluează fiecare
parametru în conformitate cu un set de note de la 1 (pentru nivelul cel mai coborâtal valorilor luate de un parametru la un moment dat) la 5 (pentru nivelul cel mairidicat). Evident, notele nu trebuie interpretate ca ajutând la o ierarhizare atehnologiilor ci, mai degrabă ele permit identificarea capacităţii fiecăreia de a fiutilizabilă în situaţii concrete. Valoarea oricărui parametru (mobilitate, arieacoperită) poate fi impusă de aplicaţia pentru care a fost dezvoltată tehnologia. Unexemplu tipic în acest sens fiind tehnologiile Bluetooth sau Zigbee. Nici măcar numărul de utilizatori (user penetration) nu este convingător el putând să semodifice radical în timp.
1.2.14 Concluzii cu privire la stadiul actual al RAT
Pentru claritate sunt necesare câteva precizări. Aprecierea costului se referăla costurile asociate instalării din perspectiva unui singur utilizator. Acoperirea
(range) se referă la aria acoperită de un singur punct de acces.În ceea ce priveşte reprezentarea grafică din figura 1.2.6, aceasta evidenţiazătendinţa comunităţii cercetătorilor din domeniul tehnologiilor de acces fără fir de agăsi soluţii pentru mărirea ratei de transmisie în condiţii de mobilitate deplină.
Tabelul 1.2.1 Principalii parametrii caracteristici tehnologiilor radio de acces actuale
Această secţiune urmăreşte să evidenţieze ce se doreşte sau ce ar trebui să fie calea
evoluţionistă sau revoluţionară de spre B3G/4G/B4G. Toţi cercetătorii sunt deacord că drumul care va fi urmat („cum se ajunge acolo”) depinde într-o maremăsură de regiunea ITU la care ne referim şi de dinamica pieţei comunicaţiilor.
Un prim aspect care trebuie avut în vedere constă în precizarea semnificaţieitermenilor B3G/4G/B4G/5G. O idee unanim acceptată este aceea că lumeatelecomunicaţiilor B3G/4G se va baza pe reţele integrate exclusiv IP (all-IP) care săasigure utilizatorilor finali în orice moment, în orice locaţie viteze de transmitere adatelor mai mari decât cele disponibile acum.
Conform unei definiţii publice, definiţie disponibilă şi în Wikipedia, seafirmă că: „4G este un sistem integrat de sisteme şi o reţea de reţele integral bazat
pe protocolul IP, sistem rezultat după convergenţa reţelelor cablate cu cele fără fir ca şi a calculatoarelor, bunurilor de consum electronice, tehnologiilor de
comunicaţie, şi a altor câteva convergenţe care va fi capabil să asigure rate de
100Mbps şi 1Gbps respectiv în medii de interior sau exterior cu calitatea serviciului şi securitate înaltă cap-la-cap, oferind orice tip de serviciu oricând,oriunde, la un preţ de cost acceptabil şi cu o singură taxare”.
Trebuie menţionat că 4G reprezintă o evoluţie nu numai prin trecereadincolo de limitele şi problemele specifice 3G dar şi o îmbunătăţire a calităţii
serviciilor, creşterea benzii şi reducerea costului resurselor.
1.3 Evoluţia RAT spre şi dincolo de 4G
Figura 1.6 Evoluţia mobilitate şi rată de transmitere a datelor pentru RAT actuale şi în perspectivă în Europa
Pornind de la ideea că LTE şi IEEE 802.16m pot fi considerate acum caaparţinând 4G, IMT-Avansat ca B4G, se poate afirma ca activitatea de cercetare a
început să abordeze potenţial 5G. Aşa cum se arată pe un forum dedicat(DANIWEB) idea de WWWW (World Wide Wireless Web) a început de latehnologiile 4G. Evoluţia care urmează va pleca de la conceptul 4G şi îl va
completa pentru a forma o lume reală conectată fără fir. Cu alte cuvinte 5G trebuie să marcheze o diferenţă şi, cel puţin, să ofere mai multe servicii faţă de 4G; 5G
trebuie să reprezinte o tehnologie mai inteligentă (bazându-se pe conceptul RadioCognitiv) care să interconecteze întreaga lume fără limite.
Plecând de la cele prezentate în secţiunea 1.2 figura 1.3.1 sugerează modulcum, şi care dintre, tehnologiile actuale evoluează spre tehnologiile 4G.
Figura 1.3.1 Evoluţia spre 4G
În perspectivă alături de serviciile și aplicațiile existente vor devenidisponibile noi servicii și aplicații având în vedere că echipamentele mobile nu sevor limita să aducă datele către utilizator ci vor asigura informații și pentru alțiutilizatori (de exemplu date despre ocuparea spectrului). Funcţie de împrejurări,utilizatorii vor putea să fie și producători de conținut și distribuitori de servicii caresă transporte informații, conținut și cunoștințe. Echipamentele mobile vor facilitadistribuția cunoștințelor care vor putea fi folosite de la distanță de utilizatori cu
Pentru ca orice utilizator să poată deveni distribuitor de servicii platformelemobile vor trebui să fie simple accesibile și eficiente. Vor fi necesare instrumente
prietenoase de creație, medii de execuție optime, un model pentru un fel demagazin de cunoștințe, motoare de căutare și un set de modele de afaceri pentru producătorii și distribuitorii de servicii și conținut.
Noile aplicaţii şi servicii vor implica noi cerinţe pentru tehnologiile fără fir înceea ce priveşte banda, latenţa, calitatea serviciului cap-la-cap, încrederea etc.Pentru a permite realizarea infrastructurii şi mediului de comunicaţii care săsatisfacă asemenea cerinţe va fi convenabil, şi chiar necesar, să se folosească
potenţialul infrastructurii existente, al platformelor de servicii existente ca şi altehnologiilor de acces actuale.
Sintetizând observaţiile cu privire la evoluţia spre tehnologiile 4G/B4G, se poate spune că noile sisteme trebuie să se bazeze pe soluţii tehnice care să răspundăurmătoarelor tendinţe: Preferinţele utilizatorilor se mută de la accesul de bandă largă cablat spre
accesul oricând/oriunde fără fir care are la bază convergenţa serviciilor şidispozitivelor şi necesitatea de a suporta atât servicii şi aplicaţii rezidenţialeca şi de afaceri de tip Ethernet;
Operatorii ar dori să aibă posibilitatea de a livra către utilizatori serviciiinternet de bandă largă cu costuri de investiţii şi exploatare (CAPEX/OPEX)reduse, folosind soluţii flexibile pentru a răspunde unei mari varietăţi de
nevoi şi scenarii; Identificarea de noi resurse RF;
În consecinţă, aceasta se poate traduce în câteva probleme esenţiale pentruindustria de telecomunicaţii dintre care reţinem:
1. Îmbunătăţirea performanţelor:o Creşterea eficienţei spectrale mai ales la marginea celulei (acesta este
un aspect important prin prisma raportului între valoarea maximă adebitului (interiorul celulei) valoarea minimă a debitului (la margineacelulei); Se preconizează o creştere spre 20b/s/Hz.
o Latenţă mai mică şi stabilă pentru a se putea implementa aplicaţiiavansate cum sunt jocurile interactive;
o Creşterea numărului de utilizatori per celulă la serviciile cutransmitere în pachete la peste 500 utilizatori simultan pe o bandă de20MHz;
o Creşterea ratei nominale de transmitere a datelor cu valori de peste100Mbps în condiţii de mobilitate şi la peste 1Gbps în condiţiistaţionare;
o Arhitectură plată: număr mai mic de noduri, mai puţine interfeţedeschise, complexitate mai mică;
o Magistrale (backhaul) de transport eficiente (capacităţi mai mari la preţ mai mic);o Performanţe mai bune care implică reduceri în amploarea reţelei
pentru aceeaşi capacitate;3. Creşterea flexibilităţii:
o Soluţii de inter-funcţionare a diferitelor tehnologii radio inclusivsuport pentru aplicaţii sensibile la întârzieri;
o Auto administrare/auto configurare;o Posibilitatea de a crea zone sau locuri de acces (hotspot, hotzone)
inclusiv în locaţii interioare;o Dezvoltarea serviciilor (care vin dinspre serviciile centrate pe client de
la tehnologiile 2G);
În conformitate cu o iniţiativă de dezvoltare (WINNER) lansată de CE,dintre performanţele de sistem îmbunătăţite se pot menţiona:
o Rata de transmisie a datelor, pe legătură, sustenabilă (deasupranivelului 2) de 50 Mb/s. Este vorba nu de o rată instantanee ci de orată realizată peste o perioadă de activitate a unui serviciu.
o Rata de transmitere a datelor per legătură, consistentă şi realizabilă
indiferent de locaţia utilizatorului (deasupra nivelului 2) de 5 Mb/s;o Întârzierea minimă la interfaţa radio, măsurată la nivelul 2, de 1ms;o Eficienţa spectrală de vârf în amplasamente (site) conectate, situate în
arii de acoperire întinse pentru trafic intens, de 10 b/s/Hz/amplasament;
o Eficienţa spectrală de vârf în amplasamente izolate de 25 b/s/Hz/amplasament;
o Gama simetriei pentru traficul asociat unui serviciu 10:1 peste durataunei sesiuni active a unui serviciu iar pe termen lung simetria seestimează a fi de 2:1;
o Se acceptă transmisiuni: de difuziune (broadcast), multi-conexiune(multicast), P2P (peer-to-peer) şi Ad-hoc;
o Vor fi deserviţi utilizatori cu viteze din domeniul 0-500km/h(staţionar, pietoni, vehicule rutiere, trenuri de mare viteză);
