Еволюція: на шляху до 4G

Покоління за поколінням

Початок 90-х років. Росія, холодний Мурманськ. У затишному барі готелю «Арктика» фінські рибалки вихваляються дивиною - телефонною трубкою без проводів, та ще й з кнопками замість набірного диска! І навіть з екраном, чимось здорово нагадує радянські електронні хіти «Ну, постривай!» І «Таємниці океану».

Чи давно це було? Якихось двадцять років тому. «Справжній» стільниковий телефон стандарту NMT вперше оттранслировать російську мову в 1987 році. Першим радянським користувачем мобільного зв'язку став Михайло Горбачов. Але по-справжньому масової стільниковий зв'язок стала лише до початку третього тисячоліття, коли навіть студенти (не плутати з неробами) змогли дозволити собі телефон і помірний тарифний план. За цей час мобільний зв'язок встигла зробити крок з першого покоління до третього: перша UMTS-мережу заробила в 2001 році в Японії.

Влітку 2010 року увагу громадськості захопили скандали, пов'язані з розподілом ліцензій на частоти для розгортання мереж LTE. Як сказав би Вінні-Пух, це ж-ж-ж неспроста. Перехід на нові технології обіцяє суттєве збільшення швидкостей передачі даних, а також - ємності мережі. І, як наслідок, здешевить обслуговування. Загалом, виведе конкуренцію на новий виток. Чому саме LTE, а не WiMAX або просунуті версії мереж третього покоління? Ось про це ми зараз і поговоримо.

Класифікація і розбиття зоопарку технологій стільникового зв'язку на покоління викликає масу суперечок навіть в серйозній літературі. Хтось вводить компромісні частки (покоління 2,5 або навіть 2,75), хтось авторитарно поміщає технологію в ту чи іншу ступінь.

У чому більшість класифікаторів сходяться, так це в справах давно доконаних. З першим поколінням (1G) визначеність очевидна: це аналогові NMT і AMPS, а також кілька містечкових стандартів, деякі з яких живі й донині. Характерна особливість технологій першого покоління - використання цифрового каналу тільки для службового «спілкування» апаратів з базовими станціями. Передача голосу здійснюється у відкритому вигляді, з використанням FM-модуляції, по суті мало чим відрізняючись від іноді виділяються в окреме покоління (0G) радіотелефонів.

У Росії перша мережа NMT ( «Дельта-Телеком») була урочисто відкрита у вересні 1991 року, і, без особливої ​​помпи, закрита 1 березня 2005 року.

Технології другого покоління (2G) не настільки однозначні. Передача голосу, на відміну від першого покоління, здійснюється через шифрований цифровий канал. Але організація поділу загального ресурсу, суть частотного діапазону, розбила світ на два великих табори: GSM і IS-95 (читачам, швидше за все, відомим під узагальненою назвою CDMA ). Останній стандарт розроблений пізніше, і в технічному плані куди більш сучасний. В силу різних причин бізнес-характеру, мережі IS-95 не отримали широкого поширення в Росії. Та й у світовому масштабі GSM-мережі мали кілька років фори. За цей час операторами було закуплено таку кількість обладнання, що перехід на несумісні стандарти на базі CDMA був просто нерентабельний. Все це продовжило життя GSM на довгі роки.

Звідси і важкі муки при народженні третього покоління, 3G. Возмужавшие і зміцнілі прихильники GSM організували групу 3GPP (3rd Generation Partnership Project). На противагу їм адепти IS-95 (з Японії, Китаю, Кореї, США і Канади) склали робочу групу зі скромною назвою 3GPP2 . Незважаючи на схожість найменувань, спільного у цих двох організацій тільки відповідність формальним вимогам до стільникових мереж третього покоління. Які, в свою чергу, прийняті ще одним об'єднанням, в цей раз вже світового масштабу: Міжнародним Союзом Електрозв'язку (International Telecommunication Union, ITU) під егідою ООН. Специфікація IMT-2000 регламентує пікові значення швидкості передачі даних, при яких ту чи іншу технологію дозволяється відносити до третього покоління.

Зрозуміло, одним стрибком прірву між CSD (та сама «передача даних», тарифікувати щохвилини, яку недосвідчені користувачі часто плутали з GPRS) і 3G подолати не вийшло. Що і привело до різних проміжним рішенням. Для зручності зіставлення їх часто називають 2,5G: HSCSD (той же щохвилинний «канал даних», тільки трохи швидше), ECSD (ще більш швидкий «канал даних»), GPRS і його «розігнаний» варіант EGPRS. Для простоти розуміння ECSD і EGPRS об'єднували під терміном EDGE . Головним достоїнством цих проміжним схем була повна зворотна сумісність зі звичайними мережами GSM. Голосовий зв'язок залишалася і зовсім без змін.

У мережах третього покоління конкуруючі 3GPP і 3GPP2 зробили несподіваний оверштаг. Перша група зробила реверанс в сторону CDMA у вигляді технології UMTS. Друга ж презентувала EV-DO, що базується на TDMA. В обох випадках залишена сумісність з клієнтським обладнанням попереднього (2G) покоління.

Технологію UMTS називають офіційним наступником GSM. На цьому наголошується і альтернативною назвою 3GSM. Однак для абонентських пристроїв UMTS не має нічого спільного з GSM: використовуються інші частоти і інший метод поділу каналів. Іншими словами, GSM-термінал з підтримкою UMTS по суті містить два незалежних модуля.

Вихідна версія UMTS протрималася на плаву майже чотири роки. У 2005 почався черговий виток еволюції, на цей раз в несиметричному вигляді: HSDPA (high-speed downlink packet access), зі збільшеною до 7,2 Мбіт / c швидкістю низхідного потоку. Справедливість була майже відновлена ​​через два роки, з появою HSUPA, але наступна ітерація HSPA + повернула асиметрію: до 42 Мбіт / с в спадний канал і до 11 Мбіт / c в зворотному напрямку. Перераховані технології не порушували сумісності зі старим обладнанням. Звідси і приналежність до третього покоління. У деяких документах HS-технології виділяють в окрему категорію 3,5G. Зустрінете подібну назву - не дивуйтеся.

У стані CDMA2000 розвиток йшло аналогічним шляхом, але з трохи меншим розмахом як за розмірами абонентської бази (за усередненими оцінками, на кожного абонента CDMA2000 доводиться три користувача UMTS), так і по швидкості работи.На порозі

Якщо поглянути на розвиток технологій мобільного зв'язку, можна помітити досить просту закономірність: кожні 10 років відбувається зміна поколінь. На дворі 2010 рік, приходить час 4G. І дійсно, ще в 2008 році Міжнародний союз електрозв'язку (IMT) представив вимоги IMT-Advanced, відповідність яким і визначає формальну приналежність технології четвертого покоління. Ключовим пунктом даної специфікації є можливість, нехай хоч і теоретична, передачі даних на швидкості в 1 Гбіт / c на фіксований термінал і до 100 Мбіт / c на мобільний.

Великовагова міждержавна структура злегка запізнюється за прогресом. Або, вірніше, розробники нових систем зв'язку кваплять події в спробах одержати маркетингову перемогу. Як би там не було, незважаючи на поширену помилку, технології LTE і WiMAX в їх нинішньому вигляді не задовольняють вимогам IMT-Advanced. А значить, мережами 4G формально не є.

Не будемо докоряти виробників, що поквапилися з найменуваннями. Відзначимо лише, що всі продаються на даний момент пристрої та мережі в комерційну експлуатацію в дійсності належать до перехідного покоління. «Справжній» 4G слід очікувати не раніше 2011 року у вигляді LTE Advanced або 802.16m.

Ключовою причиною, що спонукала розробників LTE і WiMAX записати технології в четверте покоління, стала повна несумісність з існуючими абонентськими пристроями. Монетка зависла в повітрі: вже не 3G, але ще й не 4G. Шлях до світлого майбутнього

Підтримка чергового «прориву» в мобільному зв'язку завжди обертається необхідністю оновлення як абонентських пристроїв, так і інфраструктури стільникового оператора. Стан кишень користувача зазвичай не дуже хвилює промоутерів нових технологій. А ось вартість обладнання операторів безпосередньо впливає на успішність впровадження. Саме тому деякі технології підкреслено називають «сумісними»: так, серед переваг UMTS постійно згадується сумісність з GSM. Користувача це не рятує від необхідності покупки нового терміналу. Зате більше шансів, що оператор швидше розгорне нові сервіси. З високою часткою впевненості можна припустити, що переважна більшість читачів не цікавиться витратами операторів. Тому в статті інфраструктурної стороні нових технологій приділяється мало уваги. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

Поки оператори стільникового зв'язку сиділи над впровадженням 3G, «навколокомп'ютерні» компанії, очолювані Intel, об'єдналися в організацію, в 2001 році отримала назву WiMAX Forum. Їх метою стала розробка стандарту високошвидкісного бездротового зв'язку. У квітні 2002 року IEEE випускає специфікацію 802.16, модифікації якої нині відомі під загальною назвою WiMAX.

Спочатку, в 2004 році, WiMAX існував тільки в варіанті для терміналів з малою мобільністю: стаціонарних модемів, ноутбуків і інших нерухомих предметів. Гілка стандарту отримала індекс 802.16d. Не можна сказати, щоб проект мав неймовірний успіх. Але свою нішу, в основному у вигляді заміни провідних DSL-технологій, захопив. Пікова пропускна здатність fixed WiMAX становить 75 Мбіт / c за умови, що для мовлення вільні всі певні стандартом 192 діапазону шириною 20 МГц кожен. Радіус дії однієї базової станції не перевищує 10 кілометрів.

Стандарти WiMAX описують спеціальні механізми планування обміну даними між базовими станціями і абонентськими терміналами. Це дає можливість реалізації гарантій якості обслуговування (QoS). Які, в свою чергу, необхідні для забезпечення голосового та відеозв'язку, дуже чутливих до затримок при передачі сигналу, але допускають пропуски пакетів. У цьому WiMAX дуже відрізняється від 802.11 (Wi-Fi), де мовлення організовано за аналогією з Ethernet.

У 2005 році вийшла специфікація 802.16e. Цей варіант отримав помітно більшу підтримку. В даний час під WiMAX часто розуміють саме мобільний специфікацію. На відміну від попередньої версії, стандарт дозволяє переміщення терміналів на швидкості до 120 км / год без розриву з'єднання. Як і в мережах стільникового зв'язку, абонент «передається» від однієї базової станції до іншої (handover). Знайшлося місце і для букета непростих технологій, ще кілька років тому залишалися привілеєм військових (SOFDMA, MIMO, HARQ).

Ці нововведення фактично закрили шлях до еволюції фіксованих мереж WiMAX в мобільні. Іншими словами, провайдер не зможе використовувати одні і ті ж частоти для різних версій стандарту. Ліцензувати різні діапазони - задоволення дороге, а в Росії ще і сложнодостіжімое. Тому більшість компаній вважали за краще розгорнути більш сучасні мережі мобільного WiMAX. До речі, незважаючи на загальний префікс Wi * в найменуваннях WiMAX і Wi-Fi, а також належність до єдиного сімейства IEEE 802, стандарти вирішують різні завдання. Ключове відмінність - «далекобійність». У випадку з WiMAX, до десяти кілометрів у фіксованій і до п'яти кілометрів на - мобільній версії.

Сам стандарт за великим рахунком регламентує тільки доставку даних до абонентських терміналів. Цим він сильно відрізняється від комплексних рішень, які пропонує 3GPP. Що і зумовило невдачу 802.16 у операторів мобільного зв'язку: впровадження нової технології зажадало б величезних витрат на інтеграцію з існуючими сервісами.

В результаті впровадженням WiMAX зайнялися зовсім інші компанії. Так, в Росії в 2008 році першу мережу WiMAX в комерційну експлуатацію запустила компанія «Скартел» (під брендом Yota). Будівництвом мереж також зайнялися «Синтерра» (в даний час поглинена «Мегафоном»), «Комстар» (нині належить групі компаній МТС) і інші компанії масштабом поменше. «Вимпелком» (бренд «Білайн») зробив самостійний ривок в цю сторону, але, не отримавши ліцензій, відмовився від розвитку мереж WiMAX, мотивувавши своє рішення відсутністю перспектив. «Я думаю, у WiMAX немає майбутнього», - заявив Володимир Рябоконь, віце-президент компанії.

Схоже, подібної думки дотримуються і інші компанії. Так, в планах «Скартел» значиться перехід на ... LTE! Чи можна це назвати офіційним визнанням переваг LTE над WiMAX? Так, безумовно. Чи означає це, що WiMAX зникне? Ні в якому разі: оновлення 802.16m обіцяє великі перспектіви.LTE (Long Term Evolution)

Проект LTE було розпочато в 2004 році, задовго до публікації IMT-Advanced. Розробка велася групою 3GPP, але з безпосередньою участю конкурентів-союзників зі стану CDMA. Звідси і вимоги до сумісності: абонентський термінал, маючи відповідну апаратну і програмну підтримку, може бесшовно переходити з мережі LTE як в UMTS, так і в CDMA2000, WiMAX, і навіть в старі мережі GSM або IS-95! Спочатку група 3GPP2 хотіла запропонувати свій, конкуруючий стандарт UMB (він же EV-DO Rev. C). Але в 2008 році основний спонсор проекту, компанія Qualcomm, вирішила влитися в групу розробників LTE, відмовившись від UMB.
За даними Ced Magazine, 2010 рік.

У мережах третього покоління голосовий трафік поступається передачі даних. Звідси і напрям розвитку: збільшення пропускної спроможності і ємності мережі, зменшення часу відгуку. При проектуванні LTE використовувався як багатий досвід провайдерів мобільного зв'язку, так і знання недоліків WiMAX.

На відміну від WiMAX, LTE базується на існуючій інфраструктурі. Організація «останньої милі» (eUTRAN, evolved UMTS terrestrial radio access network) експлуатує більшість вдалих знахідок WiMAX: методи мультиплексування для низхідного трафіку, способи модуляції, запит повторів (HARQ), застосування декількох приймачів (MIMO), формування адаптивної діаграми спрямованості. Але початкова спрямованість LTE на мобільне застосування справила значний вплив на розробку. Так, на відміну від WiMAX, для організації висхідного (від абонента до базової станції) каналу використовується спрощений варіант мультиплексування (SCFDMA). Зниження пропускної здатності в даному випадку виправдане значно меншою вартістю, і, що ще важливіше, витратою електроенергії.

Іншою важливою частиною специфікації LTE є інфраструктура. Група 3GPP пропонує системну архітектуру ядра мережі (SAE, System Architecture Evolution). Еволюційність в даному випадку мається на увазі сумісність нових напрацювань з існуючою інфраструктурою провайдерів мобільного зв'язку. По суті, SAE є апгрейд ядра мережі GPRS. Розробка пристроїв і програмного забезпечення до них також спрощується за рахунок повного переходу на протокол IP. Той самий, «комп'ютерний». При цьому зникає архаїчна схема комутації каналів - весь трафік, в тому числі голосової, передається за допомогою VoIP. Зрозуміло, з відповідними багаторівневими гарантіями (QoS). Для забезпечення вимог до продуктивності (потенційно, архітектура здатна нести навантаження LTE Advanced) і часу відгуку, базові станції мережі отримають нові високошвидкісні інтерфейси, а також будуть наділені значно більшими повноваженнями, значною мірою виконуючи функції контролерів радіомережі (RNC, radio network controller).
На ілюстрації зображено компоненти 2G-мереж, які будуть замінені або доповнені новими технологіями: WiMAX / LTE працюють з радіочастиною, SAE доповнює традиційну архітектуру провайдера.

Група 3GPP врахувала інтереси багатьох сторін при створенні цієї архітектури. SAE підтримує мобільність абонентів між різними радіомережами, включаючи розроблені групами 3GPP2 і WiMAX Forum. Нічого дивного, що «Скартел» здійснив спробу запуску LTE.

Традиційно, впровадження будь-якої технології в галузі радіозв'язку в Росії протікає дуже повільно . І справа тут зовсім не в неготовності ринку прийняти новинки. Швидкий і недорогий бездротовий інтернет з хорошим покриттям мережі - гарантований хіт продажів! Це розуміють як оператори «Великої трійки», так і чиновники Державної комісії з радіочастот. Спроба монополізації частотного ресурсу для LTE казна-звідки з'явилася компанією «Основа Телеком» придбала скандальну популярність. Залишається лише сподіватися, що подібний трюк не пройде і ліцензії отримають хоча б великі оператори. Інакше, при відсутності конкуренції, дешевого LTE росіянам не видать - будувати з нуля мережу не тільки дуже дорого, але ще і довго.

Лазівка ​​несподівано знайшлася у компанії «Скартел»: умовами ліцензій, отриманих для реалізації мереж WiMAX, задовольняє і LTE! Не в останню чергу завдяки схожості організації радіообміну. На радощах, «Скартел» голосно заявив про свої наміри відкрити LTE-мережі в п'яти найбільших містах Росії. Але державні традиції порушувати не можна: Роскомнадзор призупинив дію ліцензій компанії «Скартел». Далі були довгі судові суперечки, що тривають і донині.

Куди спритнішим виявилися наші сусіди по СНД. 28 липня 2010 року компанія МТС запустила мережу LTE в Узбекистані. Дочка «Вимпелкому» (Кар-Тел) досягла успіху в Казахстані: мережа в Алма-Ати в тестовому режимі була запущена 27 жовтня. висновки

Підсумок простий: якщо ви живете в Росії і пропускної здатності мереж 3G вам не вистачає, - це пряма дорога до Yota. Згадайте, скільки років минуло від запуску першої UMTS-мережі в Японії до початку експлуатації технології в Росії. Невідомо, чи варто чекати більш швидкої реакції бюрократичного апарату. Але якщо в країні вашого проживання розвитку LTE-мереж подібні складнощі не заважають, варто віддати перевагу саме цю технологію. В силу меншої вартості впровадження її віддасть перевагу більшість великих компаній.

А мережі і термінали четвертого покоління поки не готові. «Я говорю, анісової, на жаль, немає. Столична! »Вибирайте, WiMAX або LTE. Здорові будемо, бояри!