Мобильная "широкополоска" LTE - быстрее 3G и WiMax. Но когда?

Вы думаете, что UMTS-сети, которые операторы "Большой тройки" развивают под брендом 3G, - самое современное, что есть в отрасли связи? Как бы не так. Кроме скоростного протокола HSDPA, который уже доступен абонентам в ряде регионов, производители оборудования предлагают операторам связи подумать насчет протокола LTE, который способен обеспечить куда большую скорость работы по "беспроводке". Причем первые коммерческие запуски сетей, работающих по этой технологии, в Европе и США обещаются уже в следующем году.

Теоретическая основа

Если подходить к вопросу формально, то еще в конце января 2008 г. спецификация сети LTE-TRAN (LTE Terrestrial Radio Access Network) была одобрена организацией 3GPP (3rd Generation Partnership Project) и стала частью спецификаций 3GPP Release 8. Фактически, эта технология базируется на радиоинтерфейсе OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) и технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output). Кроме того, протокол LTE уже поддерживают решения таких компаний, как Alcatel-Lucent, Broadcom, Ericsson, Hewlett Packard, LSI Logic, Motorola, Nokia Siemens Networks, Panasonic, Qualcomm, Telcordia и т.д. Уф, слишком много формализма и названий технологий. Но что все это дает самому обычному пользователю? Как ни странно - действительно высокие скорости "беспроводки", часто более быстрые, чем по кабелю. Для стран с огромными географическими просторами это как никогда актуально, в том числе и для России.

Показатели сравнительной пропускной способности и задержки сигнала в сетях с поддержкой HSDPA и LTE.

Внимательно изучая исследования компании Cisco, посвященные гиперподключенности и датируемые летом 2009 г., можно отметить, что по прогнозам производителя операторского оборудования, основными сервисами, которые будут стимулировать переход операторов к более скоростным проводным каналам связи, являются далеко не web-серфинг и электронная почта (даже если учесть, что 80% из нее - спам). Даже VoIP не будет играть на этом рынке сколь-нибудь значимую роль. Как ни странно, но наибольшее количество потребляемого трафика в следующую пятилетку заберет обмен файлами между пользователями напрямую и со специальными архивами, а также просмотр видеоподкастов с помощью персональных компьютеров и телевизоров, подключенных к IPTV. Да-да, любители торрентов и скоростной загрузки больших фильмов (часто в HD-качестве), все эти возможности будут доступны и безо всяких проводов. Правда, не так скоро - в перспективе. Рост трафика у операторов со вводом сетей 3G - до 1000% в год (на примере 11 крупных операторов США и Европы), для LTE эти показатели будут еще больше.

Рост беспроводного ШПД-трафика в основных европейских и американских сетях связи.

Кроме того, речь идет не о том же простом, а об интерактивном ТВ - с возможностью видеочата в режиме реального времени, с функциями "картинка-в-картинке" и "видео по запросу" (но по более гуманным ценам, чем один-два доллара за просмотр одного фильма). Сыграет свою роль и user-generated-контент, которым увлекаются активные пользователи социальных сетей. К примеру, взрывной рост просмотра пользовательских видеороликов и online-трансляций в тех же "Одноклассниках" или "ВКонтакте" еще впереди. Вдобавок, не стоит сбрасывать со счетов трафик online-игр, разнообразные проекты видеоконференцсвязи (где Skype - только самый известный и самый банальный пример) и передачу данных распределенных вычислений (некоторые пользователи увлекаются и этим). Кроме того, рост трафика в интернете, по мнению аналитиков из Cisco, связан и с увеличением числа мобильных пользователей, подключенных к сети по беспроводному широкополосному доступу со своих нетбуков или ноутбуков. Ведь один такой пользователь создает трафика больше, чем 450 абонентов мобильных телефонов. Для сравнения - один пользователь коммуникатора по количеству ежемесячно потребляемого трафика "равняется" примерно тридцати пользователям обычных мобильных телефонов.

Общая стратегия миграции сетей на LTE у ведущих операторов в мире.

С помощью какой технологии можно будет достичь таких позитивных результатов? О мобильном WiMAX мы уже рассказывали, сейчас речь пойдет о LTE - о том, что "грозит" практически всем пользователям мобильной связи. Причем, как говорят аналитики IDC и ABI Research, скорее всего, в ближайшем будущем беспроводные сервисы четвертого поколения на базе WiMAX и LTE, предлагаемые различными производителями, удастся унифицировать. В этом случае пользователям не придется выбирать между конкурирующими технологиями, а операторам связи - адаптировать свои сервисы сразу под две платформы. Надо отметить, что мобильные модемы, сочетающие 3G и мобильный WiMAX, есть уже сейчас - они существуют в продуктовых линейках таких компаний, как Samsung, Huawei, ZyXEL, Seowon, Infomark. Скорее всего, выпуском глобальных решений для сетей 4G займется еще больше вендоров. Вообще, производители систем операторского класса активно сосредоточились на выпуске оборудования для строительства сетей мобильного широкополосного доступа, основанных на принципе all-IP. Секрет тут прост - этого требуют потребители, им интересно наличие доступа к любым услугам, независимо от используемого устройства или своего местоположения. Причем на какой базе такая сеть будет реализована (Mobile WiMAX или Long Term Evolution), в значительной части случаев уже не имеет значения - они могут иметь общую платформу как для мобильного WiMAX, так и для LTE. Крупные производители оборудования уже давно подходят к полноценной унификации базовых станций для макропокрытия мегаполисов, пригородов, студенческих кампусов и т.д.

LTE в прямом эфире

Тестовые испытания новой технологии всегда интересны - можно посмотреть, как будет работать технология в недалеком будущем. Именно это и продемонстрировали в тестовой зоне Nokia Siemens Networks - для этого был смонтирован стенд из нескольких компьютеров, плазменных панелей, поворотных камер, а также базовая станция сотовой связи. Схема подключения полностью эмулирует базовую станцию и терминал пользователя - никаких резервных линков по кабелю, все по-честному было соединено только по радиоканалу.

Схема тестовой зоны LTE от NSN.

Внешний вид тестовой зоны LTE - два компьютера под управлением Windows XP, один из которых (левый) эмулирует работу LTE-модема.

Коммуникационные излучающие антенны находятся в экранированном от внешней среды контейнере - инсталляция LTE-сетей на территории РФ без специального разрешения запрещена.

Часть операторского "железа" была спрятана за ширмой в транспортных контейнерах - все-таки, тестовая зона, поэтому и дополнительное оборудование не помешает.

Основа любой системы - базовая станция, у NSN она миниатюрна.

Такую же БС мы наблюдали ранее в одной из позиций оператора "МегаФон" - они крайне похожи и внешне, и функционально.

Надо отметить, что уже сейчас крупные поставщики поставляют своим клиентам (в том числе и операторам мобильной связи в России) т.н. LTE-ready базовые станции. Фактически, они готовы работать в необходимом диапазоне частот с требуемой скоростью передачи данных. А переключить их с 3G на 4G можно дистанционно, даже без визита на сайт. Та же Nokia Siemens Networks показала крайне компактную базовую станцию - ее два рабочих блока весят в сумме меньше 50 кг, а исполнение позволяет ставить в стесненных условиях (специальное охлаждение не нужно) и в агрессивной среде (можно прямо на крыше здания или на внешнем подвесе - на стене).

Описание тестовой зоны LTE.

Загрузка видеофайлов.

Кроме "чистого" доступа в сеть, IPTV для пользователей - это наиболее востребованная услуга. Причем, с помощью LTE можно получать видеоинформацию в трех режимах - для мобильного терминала с 3-4 дюймовым дисплеем, мобильного ПК, а также с HD-качеством для телевизора. Вполне достижимые скорости - порядка 10-35 Мбит/с для одного пользователя. Емкость одной соты позволяет держать минимум 3-10 "тяжелых" абонентов одновременно (все зависит от той скорости, которую они получают для передачи данных). Разумеется, наилучшую скорость абоненты получат только при обращении к ресурсам своего "домашнего" оператора связи.

Закачка видеофайлов.

Тестирование канала от сети к абоненту - только часть демонстрации. Второй вариант - это быстрая "выброска" в сеть большого объема данных. В данном случае, в реальной сети пользователя LTE, скорее всего, ждет скорость порядка 10-12 Мбит/с. Разумеется, Nokia Siemens Networks - далеко не первый вендор, продемонстрировавший LTE в условно-боевом режиме, это делали ранее и другие вендоры. К примеру, шведская компания Ericsson, поставщик телекоммуникационного оборудования, еще в феврале 2008 года продемонстрировала работу технологии следующего поколения широкополосной мобильной связи LTE в дуплексном режиме с частотным разделением (FDD) и временным разделением (TDD) каналов на одной базовой станции.

Схема тестовой зоны LTE от компании Ericsson.

Скоростные показатели - 145 Мбит/с, правда, при гораздо бОльшей полосе пропускания, чем у Nokia Siemens Networks.

При демонстрации режима LTE TDD применялись различные приложения, при этом скорость передачи данных по нисходящему каналу при использовании оборудования с конфигурацией 2x2 MIMO (два передатчика, два приемника) составляла более 90 Мбит/с. Вообще, Ericsson уже несколько раз демонстрировала работу LTE в режиме FDD, когда скорость достигала 160 Мбит/с. LTE обеспечивает эффективное использование спектра как в уже существующих, так и в будущих частотных диапазонах. Ширина полосы пропускания составляет от 1,4 до 20 МГц. Не отстает и Motorola, которая в 2008 году выпустила новую общую беспроводную широкополосную платформу, рассчитанную на поддержку как точек доступа WiMAX 802.16e, так и усовершенствованной системы NodeB (evolved Node-B, eNodeB) с функцией LTE. Благодаря гибкой технологии модуляции-демодуляции, предложенной компанией, общая платформа может быть запрограммирована на поддержку WiMAX или LTE. Фактически, это своеобразная конвергенция: по признанию представителей Motorola, в новой LTE-продукции можно применить порядка 75% базового прикладного программного обеспечения и основополагающих технологий, созданных для систем WiMAX, что значительно ускоряет ее разработку.

"Железо" для абонентов

Понимая, что для внедрения новых протоколов передачи данных вендорам придется серьезно лоббировать свои услуги среди операторов связи, крупные компании-производители еще в 2008 году решили, что делать это будет проще, объединившись. Не секрет, что существенную долю в стоимости беспроводной связи составляют отчисления владельцам различных патентов, которых в этой сфере становится все больше и больше. Участники соглашения - а это такие крупнейшие мировые производители оборудования, как Nokia, Ericsson, Alcatel-Lucent, NEC, NextWave Wireless и др. - договорились между собой о том, что разрешают использовать свою интеллектуальную собственность друг другу и сторонним производителям техники по вполне доступной цене. Предполагалось (и правильно!), что это ускорит продвижение новой технологии в жизнь. Решение было вполне своевременным, и сейчас то "старое" соглашение устанавливает предсказуемые и прозрачные цены на лицензионные выплаты за патенты на технологию LTE, которая будет применяться в пользовательских терминалах. Эта сумма не будет превышать 10% от розничной цены, а максимальный уровень выплат за ноутбуки, обладающие чипами с поддержкой LTE, вообще зафиксирован и составляет всего 10 долл. Фактически, наиболее технологически продвинутые компании получили разумную компенсацию за свои научно-технические достижения, вместе с тем не "убив" рынок непомерными лицензионными отчислениями за пользовательские устройства. Очевидно, большинство из них "отыграется" на производстве оборудования операторского класса для сетей LTE, где каждый модуль стоит в тысячи раз больше, чем отдельно взятый модем или мобильник. Правда, несмотря на создание альянса для продвижения LTE, пока лишь компания Ericsson не только продемонстрировала LTE для операторов, но и официально объявила о готовности коммерческого продукта - LTE-платформы M700. Еще одно семейство чипсетов, MSM8960 (с целью поддержки в том числе и LTE), продемонстрировала Qualcomm. Скорее всего, первые варианты подобных устройств появятся в начале третьего квартала 2010 г. - это будет широкий спектр модемов в виде USB-модемов и PC-карт (обязательно двухстандартные - HSDPA/LTE), а также коммуникаторы и смартфоны с поддержкой как "обычных" сетей 3G, так и 4G. По-видимому, подобные устройства смогут работать и с мобильным WiMAX - вендоры давно пытаются объединить разные скоростные технологии в одном типе аппаратуры. Вообще, активность в области разработки чипсетов и абонентских устройств с поддержкой LTE проявляют такие компании, как LG Electronics, Samsung Electronics, Motorola, ZTE, Sandbridge Technologies, Altair Semiconductor и др. Кроме того, ожидается оснащение встроенными мобильными модемами для 4G-сетей мобильных ПК - пионерами, без сомнения, станут именно нетбуки и интернет-планшеты (к примеру, от Nokia - подобный тип форм-фактора еще не умер).

Думаете, это элемент базовой станции? Ничуть не бывало - это современный LTE-модем. Разумеется, концепт с внешним питанием - в будущем размеры станут гораздо скромнее. Уменьшение размеров ожидается до конца первого квартала 2010 года, как и решение всех вопросов, связанных с энергопотреблением.

Внешний вид Communication Key.

Можно отметить и новые варианты "железа". К примеру, очень интересный вариант устройства - Communication Key: вместо "банального" UMTS-модема, в данной флэшке - "много-в-одном". По сути, это забавное развитие идеи Vonage - здесь "зашит" UMTS-модем и VoIP-клиент, причем по USB устройство можно подключить к любому компьютеру, оно само устанавливает соединение (предварительно проверяет, подключен ли компьютер к сети по проводному каналу или Wi-Fi) и включает VoIP-клиент, владелец может звонить. Причем, SIMка может быть от любого оператора. И выгодное отличие, которое позволяет эту штуку использовать в интернет-кафе и гостиничных компьютерах в бизнес-центре: она ничего не пишет на диск, все находится в оперативной памяти. Вытащил эту штуку из порта - и ПО самоликвидировалось, и ничего на жестком диске не осталось. А в памяти флэшки-модема в "боевом" режиме находится перезаписываемая память с новыми контактами, VoIP-логи соединений, логи IM-клиента и т.д. Гарнитура в комплекте и стоимость будет невелика - в районе 30-40 долл. Крайне вероятно, что с таких размеров и форм-фактора стартуют мобильные USB-модемы для сетей LTE - как и с модемами для UMTS, их, без сомнения, ожидает успех. Очень возможно, что "апгрейд" 3G-сетей с помощью протокола LTE начнется именно с фемтосот - во всяком случае, подобные решения, которые, к слову, могут поддержать и мобильный WiMAX (применять WiMAX-фемтосоты уже готова компания Comcast), находятся в стадии тестирования. В данном случае речь идет о решениях компаний MimoOn, picoChip и Agilent Technologies. По мнению специалистов, успешное тестирование должно существенно повысить шансы распространения фемтосот на рынке беспроводной связи. Правда, сами разработчики считают, что время для их фемтосотовой платформы еще не пришло, она должна "выстрелить" в 2010 г., а относительно массовый выпуск продуктов на ее основе начнется в 2011-м. На сегодняшний день фемтосоты существуют как для UMTS-сетей, так и для CDMA2000, причем построены они на базе платформы IMS (IP Multimedia Subsystem), что обеспечивает бесшовное взаимодействие беспроводной макросети и фемтосот. Подобные устройства уже сейчас пользуются популярностью в тех странах, где ШПД распространен на всей территории. К примеру, в США значительная часть телефонов Sprint, приобретенных с начала 2008 г., изначально готова работать с фемтосотами ряда сторонних производителей. При этом установка дома фемтосоты стоит всего 99 долл., а снижение тарифа на голосовые вызовы может достигать 50-90%. При появлении в зоне доступности фемтосоты телефон пользователя автоматически переключается на нее, а при выходе из зоны ее действия возвращаются на базовую станцию оператора связи. Если снабдить фемтосоту адаптером Wi-Fi, то можно получить совершенно новый тип гибридного устройства для доступа в сеть Интернет малочисленной рабочей группы из мобильного офиса. Кроме того, в отличие от крупных базовых станций операторского класса, фемтосота располагается на небольшом расстоянии от мобильного телефона, поэтому он при использовании фемтосоты намного медленней расходует заряд батареи. К чему же стоит готовиться абонентам в плане тарифов? Разумеется, к ценовому звездопаду. Сначала, с внедрением UMTS-сетей, он будет осторожным - вместо "ночного безлимитного GPRS-Интернет" (такие тарифные модификаторы есть у операторов "большой тройки" - к примеру, у "МегаФон-Москва") будут приходить более гуманные цены на помегабайтную тарификацию, снижаться стоимость пакетов трафика и увеличиваться срок их действия (как минимум, до квартала вместо одного месяца). Далее - ограниченно-безлимитные ТП на рабочее время или выходные и, наконец, акционные тарифы по "безлимитке" на определенной, не самой высокой, скорости (быстрее, чем EDGE, но медленнее фиксированного ШПД). И только в LTE абоненты смогут получить действительно широкую полосу со скоростью в несколько десятов Мбит/с. Вдобавок к этому, операторы смогут вводить приоретизацию трафика - к примеру, разделение в зависимости от типа потребления и среднего чека пользователя (наиболее выгодные абоненты получат максимум ресурсов).

Выводы

Несмотря на то, что строительство сетей UMTS в нашей стране далеко не закончено, производители оборудования предлагают операторам "Большой тройки" думать о сетях с поддержкой LTE. Правда, аналитики из J'son & Partners Consulting констатируют в своем исследовании, что коль скоро в нашей стране не определены рабочие полосы частот, порядок лицензирования и межсетевого взаимодействия, то и стратегия перехода к сетям LTE отсутствует. Другими словами, у нас не зародились еще предпосылки для быстрого (в течение ближайших одного-двух лет) их развертывания; первые коммерческие LTE-сети появятся в России не ранее, чем через три года. В отличие от российских операторов, к развертыванию сетей LTE близки такие компании, как Verizon Wireless, TeliaSonera, NTT DoCoMo и KDDI, поскольку они давно уже выбрали поставщиков оборудования, имеют частотный ресурс или получат его в ближайшее время и анонсировали свои планы запуска LTE в коммерческую эксплуатацию аж в 2010 г. Наибольшее количество заказов получает Ericsson - от операторов Verizon Wireless, Telia Sonera (что естественно - все-таки шведский оператор) и NTT DoCoMo. По паре проектов есть у Alcatel-Lucent и Nokia Siemens Networks, по одному - у Fujitsu, Huawei Technologies, Motorola, Panasonic, Starent, ZTE. Правда, ситуация может измениться очень быстро - контрактов на инсталляцию таких сетей будет еще много. Интересно, что если в Японии сети LTE будут разворачиваться в диапазонах 800 МГц, 1,5 и 2,1 ГГц, то в Европе - 2,6 ГГц, а в США наиболее экономически выгодный - 700 МГц. Россия же будет инсталлировать такие сети в диапазоне 2,1 ГГц.