Оглянуться не успели как 4G стучится в двери…
27 мая 2009
Рубрика: Обзоры и мнения. Тэги:
Автор: А. Абдукадыров.

Не успело третье поколение (получившее аббревиатуру 3G) мобильной связи как следует насладиться плодами своего повсеместного внедрения и коммерческой эксплуатации, как в спор «за место под солнцем» уже вступает новое, не менее «амбициозное», четвертое поколение, названное по той же аналогии — 4G.

Как известно, в развитии систем мобильной (читай сотовой) связи смена поколений выражена достаточно ярко и четко: 1G (первое поколение) — аналоговая связь (стандарты NMT, AMPS); 2G — поколение цифровой связи с коммутацией каналов (стандарты GSM и CDMAOne); третье поколение — 3G (стандарты UMTS, CDMA-2000) — системы с коммутацией каналов и пакетной передачей данных. И теперь на сцену мобильных технологий выходят главные кандидаты на вступление в 4G — системы LTE и WiMAX и всерьез «наступают на пятки» систем 3G. Таким образом, создается любопытный прецедент, что в скором времени, возможно, сети 3G, так и не развившись в полную силу, уступят свое место сетям 4G.

В чем же сила технологий 4G?
Внесем вначале некоторые пояснения о том, что же следует понимать под технологиями 4G. По определению Международного союза электросвязи (МСЭ) к 4G относятся технологии беспроводной связи, которые позволят достичь скоростей передачи данных до 1 Гбит/с в условиях стационарности или малой подвижности передатчика и приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными между двумя подвижными устройствами. Такими возможностями сейчас обладают (либо будут обладать в перспективе) технология беспроводного широкополосного доступа WiMAX и система сотовой связи LTE. Добавим также, что новые разработки систем Wi-Fi также претендуют на включение в состав 4G и эти претензии, по нашему мнению, вполне обоснованы. Кроме этого, за право быть отнесенными к технологиям 4G борятся системы FLASH-OFDM, WiBro, iBurst и UMB. Но первой технологией, которая будет реально соответствовать требованиям, установленным МСЭ, по-видимому, станет система LTE Advanced, принятая Программой партнерства 3G (3GPP) в качестве усовершенствованной версии технологии LTE.

К обязательным требованиям, предъявляемым к технологиям 4G, относятся:
• Высокая спектральная эффективность систем (выражается в бит/с/Гц и бит/с/Гц/соту).
• Высокая емкость сети: большее количество одновременно связывающихся абонентов на соту.
• Номинальная скорость передачи данных в 100 Мбит/с при относительно высокой скорости движения абонента по отношению к базовой станции (БС) и 1 Гбит/с, когда абонент и БС относительно стационарны.
• Скорость передачи данных не менее 100 Мбит/с между любыми двумя объектами, находящимися в любой точке Земли.
• «Мягкая» эстафетная передача (handoff) между сетями разнородных технологий.
• «Бесшовный» международный роуминг между различными сетями.
• Высокое качество обслуживания для поддержки мультимедийных услуг следующего поколения (высокоскоростная передача больших объемов данных, телевидение высокой четкости — HDTV, мобильное телевидение, и др.).
• Возможность взаимодействия с существующими беспроводными технологиями.
• Сети с коммутацией пакетов, построенные полностью на IP-архитектуре.

На рис. 1 представлена эволюция разнородных технологий в сторону 4G.
Для более наглядной оценки новых возможностей мобильных систем вспомним, что в наиболее распространенном сейчас в мире стандарте сотовой связи GSM с усовершенствованием за счет технологии EDGE теоретически можно достичь скорости передачи данных до 473,6 кбит/с. В сетях же 3G, при использовании технологий HSxPA, скорость передачи данных составляет 7-14 Мбит/с.

Одно из главных отличий сетей четвертого поколения от третьего заключается в том, что технологии 4G полностью основаны на протоколах пакетной передачи данных, в то время как технологии 3G соединяют в себе протоколы обмена как с коммутацией каналов, так и с пакетной передачей данных. Передача данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6), хотя с целью обратной совместимости будут поддерживаться и более ранние версии IP.

Важнейшим преимуществом систем 4G, безусловно, является использование новейшей технологии радиодоступа с ортогональным частотным разделением — OFDMА, особенно во «взаимоувязке» с усовершенствованными антенными технологиями, типа MIMO, адаптивных антенн и метода формирования лучей. Технология OFDMA благодаря взаимной ортогональности составляющих радиоканал поднесущих частот позволила значительно «уплотнить» данные без взаимных помех и искажений. Тем самым более эффективно используется и радиочастотный спектр — нет необходимости в защитных межканальных интервалах. Особо отметим прекрасную способность OFDMA работать в средах с многолучевым распространением сигнала и в условиях отсутствия прямой видимости. Другой особенностью OFDMА является стойкость к замираниям сигнала.

Что же технологии 4G привнесут в нашу жизнь?
Если сегодня на уровне сетей 2G и 3G основными приложениями мобильной связи являются мелодии и сравнительно простые игры и видео, то с внедрением 4G появится возможность мобильного телевидения, «видео по запросу» (video-on-demand), «продвинутых» игр и т.п. Кроме того, благодаря 4G станут возможны мобильные видеоконференции (видеочаты) и мобильные сети в режиме «точка-точка». По прогнозам аналитиков рынка, к 2011 г. во всем мире будет насчитываться, по меньшей мере, 140 млн. пользователей мобильного телевидения, которые будут приносить ежегодный совокупный доход в 3 млрд. евро. Причем предполагается, что сервисы мобильного ТВ со временем будут приносить большую прибыль, чем игры и музыка.

Но при этом рынок музыкального мобильного контента ничуть не сократится, а напротив, продемонстрирует взрывной рост. По прогнозам аналитиков, к 2011 г. объем рынка в сравнении с показателями 2006 г. увеличится в 8 раз и составит 1,47 млрд. евро. Одним из основных факторов роста станет доступность подписных сервисов, которые предлагают пользователям не только аудиотреки, но и сопутствующие (в том числе мультимедийные) материалы.

А вот объем рынка мобильных игр, как предполагается, возможно, замедлит свой рост, так как сотовые операторы будут больше фокусироваться на музыкальных и телевизионных мобильных сервисах.

Новые возможности в передаче огромных объемов данных, которые предоставляются технологиями 4G, уже сейчас заставляют поставщиков мобильного контента задуматься о расширении своего бизнеса.

Как разрабатываются технологии 4G?
Впервые, еще в начале 2000 годов, о беспроводных сетях четвертого поколения (4G) заговорило американское Агентство перспективных исследовательских оборонных проектов (DARPA — Defense Advanced Research Projects Agency), которое в свое время придумало и «проводной» интернет. Для беспроводного интернета DARPA выбрало ту же IP-архитектуру, которая оказалась столь успешной при создании обычного интернета. Предполагается, что использование единого протокола IP предоставит революционные преимущества в создании сетей четвертого поколения. В частности, принципиальным отличием новых сетей от традиционных сотовых сетей станет то, что каждое абонентское устройство сможет работать не только в качестве приемопередатчика, но и ретранслятора или маршрутизатора для других узлов сети. Таким образом, каждый пользователь, присоединяясь к сети, добавляет не только нагрузку на трафик, но и дополнительную емкость и зону покрытия сети. То есть, пользователи за свой счет помогают оператору создавать инфраструктуру, и это дает возможность регулировать нагрузку в сети и повышать эффективность ее использования.

В индустрии мобильных технологий в настоящее время усиленно продвигается концепция «всеобъемлющих сетей» (pervasive networks), согласно которой каждый пользователь может одновременно быть подключен к нескольким радиотехнологиям и «бесшовно» перемещаться между разнородными сетями (например Wi-Fi, UMTS, EDGE или любой другой будущей технологией радиодоступа). В эту концепцию также включают так называемые «умные» (smart-radio) или «обучающиеся» (cognitive radio) технологии радиодоступа, суть которых заключается в использовании протоколов мэш-маршрутизации (mesh routing).

Во второй половине 2006 г. крупные национальные и международные операторы начали официальное сотрудничество для разработки стандарта 4G. Рабочая группа Next Generation Mobile Network Cooperation (NGMNC) собрала вместе GSM- и CDMA-операторов со всего мира, чтобы определить их требования к мобильным сетям четвертого поколения. Основными членами группы стали крупнейшие игроки на рынке предоставления услуг мобильной и широкополосной связи, такие как Sprint Nextel (США), T-Mobile International (Германия), Vodafone (Великобритания), KPN Mobile (Нидерланды) и Orange (Франция), позже к ним присоединились NTT DoCoMo (Япония) и China Mobile (КНР). Главная цель группы NGMNC заключается в сотрудничестве с органами стандартизации по выработке спецификаций технологий следующего поколения. Одной из технологических задач группы является подготовка плавного перехода на 4G со всех 3G-технологий, включая UMTS и EV-DO. По словам участников NGMNC, запуск коммерческих сетей на базе нового стандарта намечен на 2010 год.

Отметим, что похожие цели преследует и Международный форум по исследованиям в области беспроводных технологий (World Wireless Research Forum — WWRF), в состав которого вошли крупнейшие представители индустрии мобильной связи — компании Ericsson, Huawei Technologies и Motorola. Для совместной работы по выработке стандартов форум WWRE объединился с соответствующими рабочими группами внутри МСЭ (с группой по разработке спецификаций 3G) и специальной комиссией интернет-разработок — (Internet Engineering Task Force — IETF — открытое международное сообщество проектировщиков, ученых, сетевых операторов и провайдеров, которое занимается развитием протоколов и архитектуры интернета).

Как развиваются сети 4G?
В настоящее время идет активное и повсеместное внедрение сетей 3G, часто с применением усовершенствованных технологий, получивших обозначение 3,5G (HSxPA). На сегодняшний день число сетей 3G и 3,5G во всем мире уже перевалило за 400, что составляет около 15% — 20% всех сетей сотовой связи. Но, несмотря на это, по мнению аналитиков телекоммуникационной индустрии, ряд стран, где внедрение сетей третьего поколения началось не так давно, могут всерьез и небезосновательно задуматься о «скачке» на поколение вперед, т.е. начать сразу же внедрять системы 4G. И на то есть предпосылки.

Еще в 2005 г. NTT DoCoMo сообщила об успехах в работе над прототипом нового стандарта беспроводной связи — были проведены удачные эксперименты по передаче данных на скорости 100 Мбит/с по беспроводным каналам сети 4G. Совсем недавно компания сообщила о следующем успехе: достигнута скорость передачи данных в 5 Гбит/с с использованием антенной технологии MIMO в варианте разнесения 12×12, при движении на скорости 10 км/ч. NTT DoCoMo планирует запуск первой коммерческой сети уже в 2010 г. и, таким образом, значительно опережает своих конкурентов.

В Европе также готовятся к запуску первые сети мобильной связи четвертого поколения. О своем участии в проекте LTE (Long-Term Evolution) заявили крупные европейские операторы T-Mobile Interna¬tional, Orange и Vodafone Group, а также производители мобильного оборудования Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Nortel Networks и Ericsson. В коммерческую эксплуатацию первые сети LTE будут запущены в 2009-2010 гг. Эксперты полагают, что к этому сроку можно развернуть сети 4G, но покрытие базовых станций будет, скорее всего, «очаговым». К примеру, ирландский оператор проводной и беспроводной широкополосной связи — Digiweb уже получил лицензию на предоставление услуг 4G на основе разработки американской Qualcomm Flarion Technologies — FLASH-OFDM (технология нового поколения с высокой скоростью передачи данных, малым временем задержки отклика и «бесшовным хэндофф» между разнородными сетями), используя диапазон частот 872 МГц. Немецкий оператор беспроводных услуг Deutsche Breitband Dienste (DBD), получив еще в конце 2006 г. лицензию на развертывание сетей на основе WiMAX, на сегодняшний день практически охватил все крупные города страны, превратившись в одного из крупнейших национальных операторов WiMAX.

Не отстают и представители Нового света. Американские операторы Sprint Nextel и Verizon Wireless вовсю включились в процесс внедрения технологий 4G, причем делая ставки и на системы LTE, и на стандарт WiMax. Компания Clearwire в своих стратегических планах полагается на технологию WiMAX и расширяет свою сеть в масштабах страны. Крупнейший оператор Канады — компания TELUS объявила об объединении усилий с компанией BELL CANADA для совместного развития в сторону сетей 4G. Они планируют осуществить плавный переход от ныне эксплуатируемых сетей HSxPA (3,5G) к технологии LTE (4G).

Любопытно обстоят дела в Китае. Исследовательский проект по переходу от технологий 3G к системам четвертого поколения был запущен Китаем еще в 2001 г. В 2007 г. после нескольких месяцев испытаний здесь была официально запущена в эксплуатацию первая в мире сеть 4G, и в ней была достигнута скорость передачи данных в 100 Мбит/с. Ну а широкое внедрение 4G началось в преддверии Олимпиады 2008 г. в Пекине.

Очень интересной выглядит ситуация в Украине. Там уже в конце 2007 г. сразу четыре компании объявили о начале предоставления услуг связи четвертого поколения на основе технологии WiMAX. Внедрение технологии LTE в Украине также рассматривается и планируется на 2009 год.

В Узбекистане сегодня мы наблюдаем активное внедрение услуг 3G и работу операторов над увеличением абонент¬ской базы для этих услуг. Появился и успешно расширяет свою сеть первый, но пока единственный, оператор мобильного WiMAX. Пожалуй, на нынешнем этапе развития услуг мобильной и широкополосной связи в Узбекистане еще рано говорить о наличии предпосылок для появления сетей 4G. Видимо, с развитием популярности услуг уровня 3G будут расти и потребности рынка, и тогда возможно будет задуматься и об услугах 4G.

Какие трудности могут быть на пути развития 4G?
Главной трудностью на сегодняшний день видится финансовая сторона вопроса. Во-первых, как ожидается, капиталовложения в развитие сетей четвертого поколения будут значительно весомее, чем в сети 2G или даже в 3G. Это связано с тем, что для полноценной работы сетей 4G придется модернизировать даже существующие магистральные линии связи, так как используемые сегодня транзитные каналы в большинстве своем ограничены пропускной способностью в 1,5 Mбит/c. Во-вторых, многие инвесторы, наученные горьким опытом переоценки возможностей сетей 3G, теперь осторожничают и ожидают результатов коммерческой эксплуатации первых сетей 4G. В-третьих, большинству операторов придется лицензировать новый широкий спектр радиочастот, так как «все прелести» технологий 4G возможны лишь в полосе канала в 20 МГц.

Другой проблемой все же является наличие конкурентных технологий и их естественное желание побороться за свое будущее. То есть, придется считаться с тем, что часть потенциальных абонентов 4G будут «вербоваться» конкурентами, и спасением здесь может быть лишь скорейшее и безупречное развертывание сетей 4G. К главным конкурентным технологиям отнесем системы Wi-Fi (в своих старых релизах), WiBro (разработка корейских компаний Samsung и LG), 3G (в своем релизе HSPA Advanced).

Также отметим, что на рынке еще нет соответствующих абонентских устройств. Особенность терминалов 4G в том, что они должны иметь значительно большие по размеру экраны и при этом очень емкие аккумуляторы. А последнее требование на сегодняшний день оказывается трудно реализуемым.

Смогут ли указанные проблемы притормозить продвижение новых технологий 4G, мы увидим очень скоро, когда начнется широкое развертывание сетей на основе стандартов WiMAX и LTE. Ясно одно, что потребность рынка в мобильных приложениях растет по геометрической прогрессии и для их удовлетворения должны поспевать и технологии мобильной связи. Операторы уже столкнулись с необходимостью перейти на 4G ранее, чем планировалось изначально.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте