Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2009 №3

Связь — имя существительное. Перспективы развития телекоммуникационного оборудования и сетей

Вайтакре Янина


С начала ХХ века наблюдается стремительное развитие средств, облегчающих передачу информации: в начале века появился телеграф, а сегодня мобильные телефоны и ноутбуки с устройствами беспроводной связи используются во всех сферах нашей жизни. Каждый шаг в развитии средств связи изменял общество: наши прадедушки считали телеграмму средством экстренной связи, наши дедушки стали свидетелями появления домашних телефонов, а наши родители увидели, как мобильный телефон стал неотъемлемой частью быта. О перспективах развития телекоммуникационного оборудования и сетей пойдет речь в данной статье.

Передача и прием информации (из словаря www.dictionary.com):

  • Обмен мыслями, сообщениями или информацией, например, устно, сигналами, письменно или жестами.
  • Межличностные отношения.
  • Искусство или техника эффективной словесной передачи информации или идей.
  • Область знаний, связанная с передачей информации различными техническими средствами, например через печатные издания или путем вещания.
  • Различные сферы деятельности, связанные с передачей информации, такие как реклама, вещание или журналистика.
  • Системы, такие как почта, телефон или телевидение, предназначенные для передачи и приема сообщений.

Однако изменения, произошедшие за последние 30 лет в связи с появлением и распространением мобильных телефонов, ни с чем не сравнимы. Появившиеся в начале 1980-х аналоговые системы мобильной связи, позволяющие устанавливать голосовые соединения, привели к появлению миниатюрных телефонов с множеством функций, без которых мы (а тем более наши дети) уже не мыслим своего существования. И даже типичная фраза в начале разговора изменилась. Раньше спрашивали: «Как дела?» (потому что звонили в конкретное место), а теперь: «Ты где?» (ибо теперь вы можете застать человека где угодно). Возможности, бывшие раньше научной фантастикой, стали научным фактом.

Сегодня в некоторых развитых странах распространенность мобильных телефонов превысила 100% (то есть более одного телефона на человека), а общее число абонентов во всем мире приближается к 3 млрд. И конца этому процессу пока не видно. Кроме охвата связью большего числа абонентов, операторы в погоне за прибылью стремятся расширить спектр предоставляемых услуг. Сейчас растет спрос на услуги передачи данных, выходящие за рамки простых текстовых сообщений (SMS), которые многие из нас воспринимают уже как нечто само собой разумеющееся. И, кстати, в декабре 2007 г. мир отметил 25-летие передачи первой SMS «С Рождеством!», которую передал Нил Папворт по британской сети Vodafone. С тех пор служба SMS выросла настолько, что стала одним из важных источников дохода операторов, и в новогоднюю ночь 31 декабря 2007 г. передавалось в среднем 9 млн SMS в час в одной только Великобритании.

Сегодня наши дети пользуются устройством, которое по-прежнему называется телефоном, но может отправлять и принимать текстовые сообщения, скачивать и воспроизводить музыку, принимать и передавать изображения. Стремительно развиваются интернет-услуги, такие как локальные сервисы (привязка различной информации к положению на карте), расписание движения общественного транспорта и разного рода справочники. Также операторы активно продвигают службы мгновенной передачи сообщений, предоставляют доступ к электронной почте и потоковому видео, хотя эти попытки пока еще не столь успешны.

В настоящее время наблюдается устойчивое развитие существующих сетей 3-го поколения, и уже к 2010–2012 гг. подготавливается внедрение сетей следующего поколения. С ростом доступной полосы пропускания, вычислительной мощности и функциональности (например, появление функции GPS в телефонах GSM) операторы получат возможность предлагать такие услуги, как привязка справочной и рекламной информации к месту нахождения абонента, передача местных видеоновостей, а также видеоконференции с несколькими участниками. Улучшения, связанные с развитием сети, и появление таких услуг, как безналичная оплата покупок, означают, что потребуется повысить защищенность телефона, например с помощью систем распознания отпечатков пальцев.

Появление мобильных телефонов стимулировало развитие новых отраслей. Классические поставщики телекоммуникационных услуг продолжают поддерживать сетевые инфраструктуры путем добавления новых базовых радиостанций, выполняющих конечное соединение с телефоном. В отличие от стационарных проводных сетей, характеристики канала связи между телефоном и обслуживающей его базовой станцией постоянно изменяются. По мере приближения или удаления абонента от базовой станции наблюдается доплеровское смещение частоты, изменяются потери в канале связи, а многолучевое распространение может привести к существенному затуханию отдельных спектральных составляющих, вызывающему рост количества ошибок. Помимо обеспечения ВЧ-соединения базовая станция контролирует качество соединения, отвечает за исправление ошибок и, если нужно, выполняет повторную передачу, необходимую для безошибочного приема данных. В будущем часть интеллектуальных функций будет перенесена из опорной сети в базовую станцию, что повысит эффективность и обеспечит мгновенную реакцию, необходимую в высокоскоростных сетях передачи данных.

Установка и тестирование базовых станций — это весьма дорогостоящий процесс, поэтому операторы должны обеспечивать установку основных станций в том месте, где они будут работать с максимальной эффективностью, и устанавливать дополнительные «заполняющие» станции, предназначенные для покрытия областей с предполагаемой высокой интенсивностью связи и закрывающие «дыры», связанные с особенностями рельефа или архитектуры. В связи с переходом на более высокие частоты в сетях третьего поколения для обеспечения такого же покрытия приходится более чем вдвое повышать число базовых станций по сравнению со старыми 900-МГц сетями GSM, а увеличение числа абонентов порождает необходимость обработки все б ó льших объемов трафика. Тщательное планирование сетей и применение соответствующего оборудования для тестирования помогает обеспечить максимальную зону покрытия, а системы операционной поддержки (OSS) позволяют оценивать качество услуг (рис. 1), предоставляемых потребителю: контролировать качество соединения, проверять метрические характеристики, соответствуют ли они соглашениям об уровне услуг, анализировать «узкие» места и многое другое.

Рис. 1. Продукты assureMe OSS компании Agilent для лучшей оценки поведения сети
Рис. 1. Продукты assureMe OSS компании Agilent для лучшей оценки поведения сети

В настоящее время мобильные телефоны — наиболее массовое изделие бытовой электроники. Сотни миллионов штук в год выпускается для новых потребителей и для обновления телефонов уже существующих абонентов, причем большая доля в этом объеме принадлежит компаниям, ранее не занимавшимся выпуском средств связи. Типичный срок жизни модели телефона равен примерно 18 месяцам. Поэтому производитель должен обеспечить постоянный приток новых, привлекательных для потребителя моделей, и в то же время добиться того, чтобы каждая новая модель обеспечила хорошую окупаемость крупных вложений в разработку и производство, особенно с учетом скидок, предоставляемых на крупные партии телефонов, адаптированные для конкретных сетевых операторов.

Основными поставщиками производителей телефонов являются производители специализированных микросхем. Благодаря высокой степени интеграции, число деталей в телефоне сократилось с нескольких тысяч до нескольких сотен, и уже стали реальностью микросхемы, содержащие в одном кристалле все функции обработки модулирующего сигнала. Повышение рабочей частоты и рост скорости передачи данных в телефонах последних поколений направили интеграцию по новому пути — сочетания цифровых и радиочастотных функций в одном кристалле. Это поставило перед специалистами по измерениям новые проблемы, поскольку контрольные точки, обычно доступные в традиционных конструкциях, оказались либо скрытыми, либо доступ к ним потерял всякий смысл из-за того, что отклонения ВЧ-сигнала могут корректироваться теперь в цифровой области. Это не только ставит более сложные задачи перед поставщиками контрольно-измерительного оборудования, но и означает, что конструкторы должны овладевать новыми навыками (рис. 2).

Рис. 2. Тестирование компонентов новых цифровых беспроводных устройств
Рис. 2. Тестирование компонентов новых цифровых беспроводных устройств

Снижение стоимости материалов и давление конкуренции означают, что конструкторы вынуждены максимально сокращать время на тестирование каждого телефона в условиях массового производства, и в то же время обеспечивать все необходимые характеристики всех поддерживаемых телефоном технологий. Кроме того, разброс параметров каждого конкретного образца означает, что все телефоны должны подвергаться полностью автоматическому функциональному тестированию и калибровке, на что также уходит и время, и деньги.

Важнейшим фактором успеха новой модели является жесткий режим проектирования и тестирования, начиная с имитационной модели, продолжая тестированием прототипов микросхем и заканчивая тестами на соответствие стандартам и тестами операционной совместимости готового телефона (таблица), что позволяет избежать нареканий на его работу после того, как он поступит в продажу. Поскольку современные телефоны поддерживают не только самые передовые технологии, но и старые форматы, вплоть до простого стандарта GSM, тесты на соответствие стандартам и тесты операционной совместимости должны включать все возможные сценарии переключения между сотами, которые могут встретиться в реальных условиях. Например, абонент может начать разговор в зоне покрытия W-CDMA, а потом перейти в зону покрытия GSM, при этом соединение должно перейти из зоны в зону незаметно для абонента.

Таблица. Типичный цикл разработки телефона
Разработка Интеграция
и тестирование системы
Тестирование
на соответствие стандарту
Тестирование операционной
совместимости (IOT)
Принятие решения об архитектуре
•Проектирование и моделирование
нового устройства с учетом
требований к стоимости, размеру,
производительности
и функциональности
•Разработка стека протокола
и приложений
•Функциональное тестирование
и тестирование скриптов

Разработка стека соединения Разработка РЧ/НЧ-цепей
•Проектирование РЧ
и аналоговых подсистем
•Проектирование низкочастотных
специализированных ИС
•Разработка алгоритмов
цифровой обработки сигнала
•Реализация операционной
системы
•Разработка прикладного
программного обеспечения
•Функциональное тестирование
на имитаторе сети

Добавление прикладного ПО Интеграция
•Интеграция программного
и аппаратного обеспечения
•Проверка базовой
функциональности
•Измерение РЧ-характеристик
и характеристик аналоговых
компонентов

Функциональная проверка Проверка параметров
•Тестирование характеристик
на соответствие стандартам
•Проверка работы в реальных
условиях
•Регрессивное тестирование
Тестирование на соответствие стандарту
•Проверка соответствия
конструкции стандартам GCF
•РЧ
•Протокол
•MMS
IOT
•Тестирование за пределамитребований стандартов
•Тесты IOT в полевых условиях
и проверка сценариев
на имитаторах сетей

Сокращение сроков продвижения на рынок требует применения методов разработки, дающих хороший результат «с первого раза», так как любая лишняя доработка прототипа может привести к пропуску удачного момента выхода модели и к большому снижению уровня продаж в течение жизненного цикла. Поэтому разработчикам необходимо соответствующее контрольно-измерительное оборудование, включая системные имитаторы, эмуляторы и гибкие средства генерации и анализа радиочастотных и цифровых сигналов. Высокая функциональная интеграция в дешевых телефонах и разнообразие цифровых беспроводных интерфейсов в дорогих моделях могут потребовать изменения концепции тестирования, но в любом случае производители телефонов и поставщики контрольно-измерительного оборудования должны учитывать результаты тестирования первых серийных образцов.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке