Лекция за 6 неделю на тему: «Широкополосный доступ». Ответственные Ипполитова а. И Инкин м.

Широкополосный доступ

Сравнительные характеристики технологий мобильной связи

В сетях второго поколения пропускной способности каналов GPRS и даже EDGE вполне хватило бы для передачи картинки невысокого разрешения, однако при этом через тот же самый канал передачи данных пришлось бы передавать и звук по принципу IP-телефонии. Скорость передачи данных в сетях 2G крайне не стабильна, и при ее снижении возникает потеря пакетов – из-за этого разговаривать будет невозможно.

Передача данных в сетях второго поколения (так называемые 2G) всегда являлась лишь своеобразным «довеском» к передаче голоса (сети 1G не предоставляли такой возможности), то есть и голос, и данные использовали один и тот же ресурс сети. При большой загрузке соты приоритет всегда имела передача голоса, а для данных оставалась лишь свободная емкость. Из-за этого при работе в сетях GPRS/EDGE скорость передачи данных постоянно колеблется, и когда нет свободных тайм-слотов, она может даже падать до нуля.

Стратегии перехода к сетям 3-го поколения

Также один из важнейших признаков, принципиально разделяющих два подхода, — способ освоения частотного ресурса. При революционном подходе требуется новый частотный ресурс. Сегодня действующие технологии 2-го поколения — TDMA/AMPS и GSM имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видам услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост их емкости без дополнительного расширения спектра возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), введения многосекторных антенн или использования спектрально-эффективных методов модуляции (8PSK и др.).

Эволюционное внедрение требует меньших капитальных затрат и предполагает плавную замену оборудования в зависимости от уровня спроса на конкретные виды услуг. Такой подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети связи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации

Таблица . Сравнение двух стратегий освоения рынка мобильной связи

В техническом плане, очевидно, что нецелесообразно осуществлять в короткие сроки переход всех сетей мобильной связи к новым техническим стандартам в режиме обслуживания абонентов, что объясняется массивностью и инерционностью общемирового телекоммуникационного рынка. Однако в некоторых регионах или отраслях народного хозяйства создание сетей 3-го поколения будет начато “с нуля”. Но для стран с развитой телекоммуникационной инфраструктурой типичными станут две стратегии перехода к 3-му поколению. Этап развертывания новых технологий составит не менее 2-3 лет, а совместное существование продлится не менее десяти лет.

Сети третьего поколения изначально разрабатывались именно с тем расчетом, чтобы передача данных и голоса не мешали друг другу. В сетях 3G голос не имеет приоритета над данными.

Некоторые энтузиасты пытались выходить в Интернет, подключая к ноутбуку сотовый телефон, однако такой метод пригоден только для самых продвинутых и терпеливых пользователей: скорость передачи данных в сетях EDGE (не говоря уже о GPRS) и так невысока, а при большой загрузке сети стремится к нулю.

Десять лет назад, когда сети GPRS только начинали появляться в России, большинство пользователей выходили в Интернет при помощи обычного аналогового модема. Соответственно, и создатели веб - сайтов ориентировались на такие низкие скорости. Теперь же, когда широкополосный доступ получил повсеместное распространение, у веб-дизайнеров развязаны руки – сегодня даже страничка рядового пользователя Интернета изобилует анимацией, интерактивными скриптами и уж точно не обходится без видеоролика.

В связи с этими изменениями потребовалось новое решение для комфортной работы в мобильных условиях.

Для подключения к Интернету можно использовать и свой телефон. Многие современные мобильники располагают функциональностью Wi-Fi-роутера, что позволяет подключаться к Сети даже без наличия кабеля между компьютером и телефоном.

Сначала отдушиной для продвинутых пользователей стал Wi-Fi – по сути дела, он представляет собой ту же выделенную линию, но только без проводов. Однако основной недостаток технологии Wi-Fi заключается в ограниченной зоне действия каждой точки доступа (в реальности – 20–50 м).

Третье поколение (3G), равно как и прочие названия – это не более чем маркетинговые уловки. Настоящие же названия стандартов выглядят совсем не так привлекательно, как хотелось бы пиар - менеджерам, например ETSI TS 125 101 V9.2.0 (2010-02). Четкой договоренности по использованию общепринятых названий поколений связи не существует в принципе. Можно лишь примерно очертить границы: третье поколение – это скорости в несколько мегабит в секунду, четвертое – десятки и даже сотни мегабит в секунду.

При этом реальная скорость передачи данных в беспроводной сети зависит не от используемого стандарта связи, который также представляет собой по большей части маркетинговое наименование, а от конкретных технологий, протоколов и модуляций.

Технологии протоколы и виды модуляции широкополосного доступа

Следующий этап развития сетей UMTS – это технология HSPA. Используется модуляция 64-QAM и пиковые скорости составляют от 21,1 Мбит/с и. При этом уже разработаны варианты с поддержкой 42,2 Мбит/с и даже 84,4 Мбит/с (столь высокая скорость достигается лишь при одновременной связи телефона или 3G-модема с двумя базовыми станциями).

Как и HSDPA, технология высокоскоростной пакетной передачи данных в обратном канале (HSUPA) представляет собой новый стандарт мобильной связи, позволяющий ускорить передачу данных от устройств конечного пользователя к базовой станции за счет применения более совершенных методов модуляции. Теоретически – стандарт HSUPA рассчитан на максимальную скорость передачи данных до 5,7 Мбит/с.

Изначально к третьему поколению стали относить сети UMTS, которые на момент своего появления поддерживали скорость всего до 384 кбит/с – как в прямом (передача данных на мобильное устройство пользователя), так и в обратном (отгрузка файлов в Интернет) каналах. Именно с этим обстоятельством обычно связывают провал запуска сетей UMTS в Европе, который состоялся около 7–8 лет назад – реальная скорость мобильного Интернета оказалась недостаточной для действительно комфортной работы.

Постепенно стали появляться различные надстройки для стандарта UMTS, в частности технология HSDPA. Первоначально она обеспечивала пиковые скорости 1,8 Мбит/с, в последующих версиях эти показатели были увеличены сначала до 3,6 Мбит/с, затем до 7,2 и, наконец, до 14,4 Мбит/с. Наиболее распространенной является версия 3,6 Мбит/с – ее поддерживает большая часть доступного по цене абонентского оборудования. Российские сети UMTS изначально строились с поддержкой HSDPA 3,6 Мбит/с. Реализовать следующий уровень – до 7,2 Мбит/с – можно при помощи обновления ПО базовых станций.

HSDPA — High Speed Downlink Packet Access

Эта технология, как следует из её названия, принадлежит к семейству решений, использующих пакетную передачу данных. К этому семейству принадлежат и уже описанные нами GPRS и EDGE. Физически, HSDPA является «надстройкой» к сетям WCDMA/UMTS, поэтому нередко её называют «третьим с половиной» поколением или 3,5G. «Половинка» в этом неформальном названии обоснована ещё и тем, что пропускная способность HSDPA в стартовом варианте составила 1,8 Мбит/с, а теоретический максимум составит 14,4 Мбит/с. Правда, до теоретического максимума пока ещё очень далеко — за два года внедрения технология пока преодолела лишь планку в 3,6 Мбит/с, впрочем, принятая на вооружение многими поставщиками оборудования (в частности, Option) стратегия заключается в том, что вендоры поставляют готовые устройства, заранее поддерживающие более высокую пропускную способность, нежели сегодня способен обеспечить оператор. Им остается только дождаться того светлого дня, когда оператор модернизирует свои базовые станции (а операторам так или иначе приходится периодически менять инфраструктурное оборудование) — и voila - можно загружать из интернета файлы со скоростью 7,2 Мбит/с.

Несомненным плюсом этой технологии является то, что дальность связи практически равна дальности охвата сигналом базовой станции (с некоторыми оговорками, о которых мы упомянем в самом конце), а минусом — то, что высокая скорость доступна только для получения (downlink) данных, а для отправки придется довольствоваться базовым для WCDMA значением — 384 Кбит/с. Этот недостаток, как ожидается, будет устранен с появлением технологии HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access), а связка HSDPA+HSUPA будет называться просто HSPA (High-Speed Packet Access).

Рис.1 Структура и взаимодействие сетей UMTS.

Еще не исчерпан весь резерв развития технологий GPRS/EDGEКак видно на рисунке 1, основу ядра UMTS составляют контроллеры базовой станции (BSC, Base Stantion Controller), центр коммутации мобильных телефонов (MSC, Mobile Switching Center), регистр домашних пользователей (HLR, Home Location Register), сервер коммутации пакетов (SGSN, Serving GPRS Support Node) и маршрутизатор доступа в интернет (GGSN, Gateway GPRS Support Node). Все эти узлы унаследованы UMTS от GSM/EDGE, более того, как видим, интеграция с WLAN возможна уже на этом этапе.

В HSDPA применяются модуляционные схемы WCDMA QPSK (Quadrature Phase-Shifting Keying) и 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). В первой модуляционной схеме в одном символе передается два бита данных, во второй — четыре. Однако последняя модуляционная схема может быть задействована лишь в том случае, если этого позволяет уровень сигнала, а точнее — соотношение сигнал/шум. Вне зависимости от того, какая модуляционная схема используется в текущий момент, данные передаются в виде избыточного кода, содержащего собственно данные и дополнительные биты (простейший пример избыточного кода — число плюс контрольная сумма, состоящая из одного бита), количество которых может достигать до четверти от длины пакета.

3G-модемы

Наиболее подходящим приспособлением для доступа в широкополосный мобильный Интернет в сети UMTS на сегодняшний день является USB-модем. Серийное производство этих устройств налажено двумя китайскими производителями: ZTE и Huawei. Операторы «Большой тройки» (МТС, «ВымпелКом», «МегаФон») активно продают эти модемы под собственными брендами по привлекательным ценам. Как правило, стоимость комплекта из модема и SIM-карты со специальным тарифным планом для передачи данных не превышает 1,2 тыс. руб. Модемы у всех операторов одни и те же, отличаются они только логотипом оператора на корпусе и графическим интерфейсом окна управляющей программы.

Все эти модемы продаются с привязкой к сети оператора, то есть, например, в модеме с надписью «Билайн» не будут работать SIM-карты МТС или «МегаФона». Это ограничение является исключительно программным и снимается без какого-либо вмешательства во внутренности модема. Достаточно вставить в 3G-модем «чужую» SIM-карту и подключить его к компьютеру, на котором запущена штатная управляющая программа. Она запросит код разблокировки, который легко получить при помощи генератора кодов, сообщив ему IMEI мобильного устройства. Утилиты для этих целей можно найти в свободном доступе в файлообменных сетях.

При покупке модема полезно знать, что некоторые модели имеют драйверы только для работы с системой Windows, другие же функционируют и под Mac OS X, и под Linux – соответствующая информация обычно указывается на коробке. 3G-модем может быть встроен и непосредственно в ноутбук – такие модели имеются у каждого производителя.

Общий доступ

Скорости, обеспечиваемые сетями третьего поколения, достаточны для того, чтобы одно подключение делать общим для нескольких компьютеров. Для этого надо подсоединить модем к компьютеру и настроить общий доступ к Интернету по локальной сети. Однако есть и более подходящий способ: существуют специализированные роутеры со встроенным 3G-модемом. Например, Huawei E960 позволяет организовать общий доступ по технологии Wi-Fi (802.11 b/g). Это устройство также оснащено разъемом для подключения телефонного аппарата, благодаря чему пользователи могут совершать звонки. Это устройство поставляется только с SIM-картой, подключенной к корпоративному тарифному плану, поэтому многие пользователи мастерят подобный 3G-роутер своими руками из обычного беспроводного маршрутизатора с USB-портом. Некоторые китайские производители начали выпускать беспроводные маршрутизаторы, изначально рассчитанные на подключение USB-модемов. Большинство таких моделей поддерживают только Wi-Fi, их основные преимущества – это компактность и наличие встроенного аккумулятора, которого хватает на несколько часов автономной работы, что позволяет за несколько секунд организовать доступ в Интернет в любом месте. Стоят такие устройства сравнительно недорого – это делает их популярными в России.

В процессе стандартизации UMTS в 3GPP система была определена набором этапов – или версий. Пока определено три версии: UMTS версии 1999 года (R99 – иногда называемая версией 3/Rel – 3). UMTS версии 4 (Rel – 4) и UMTS версии 5 (Rel – 5). Версии UMTS – это три основных представителя утверждённых требований от 3GPP.

Основные черты каждой версии:

R99

Определяет универсальную наземную сеть радио доступа (UTRAN) UMTS.

К существующей сети GSM/GPRS добавляется подсистема сети радиосвязи (RNS).

Базовая сеть (CN) – это существующая сеть GSM/GPRS с некоторыми усовершенствованиями.

Rel – 4

Версия 4 вводит шлюза среды (MGW), сервер центра коммутации подвижной связи (MSC) и шлюз сигнализации (SGW). Это позволит логически разделять пользовательские данные и информацию сигнализации в MSK.

Проводятся усовершенствования UTRAN, которые включают поддержку высоких скоростей передачи данных даже в локальных областях, до 2 Мбит/с.

Rel – 5

Добавляется подсистема IP – мультимедиа (IMS).

Домашний регистр (HLR) заменяется/дополняется сервером собственных (домашних) абонентов (HSS).

Вводятся усовершенствования UTRAN, обеспечивающие эффективные услуги мультимедиа на базе IP и UMTS.

Введение lubFlex (обеспечивает контроллеры сети радиосвязи (RNG) для подключения более одного комплекта Узлов В).

Усовершенствование услуг по определению местоположения (LCS).

Универсальная IP – сеть, в конечном счёте, становится реальностью.

Версия 5 основана на протоколе IP версии 6 (IPv6).

Вышеуказанные версии находятся в замороженном состоянии. Это означает, что версии признаются, если необходима коррекция (т.е. новые функциональные возможности больше не добавляются). Планируется версия 6 и выше со следующими особенностями: они касаются областей, подобных усовершенствованиям IMS , интеграции беспроводных локальных сетей (WLANI), конвергенции Интернета (касающейся протоколов и услуг), широковещательных/многоадресных мультимедийных услуг (MBMS) и эволюции в сети только в пределах области пакетной коммутации (PS).

Данные заметки обращаются главным образом к версии 4. Однако другие версии будут упоминаться в некоторых случаях для того, чтобы выделить основные отличия от версии 4.

Рис. 3. Взаимосвязь между сетями GSM (2G), GPRS (2.5G) и UMTS (3G)

Видеотелефония

Видеотелефония на сегодняшний день остается практически единственной услугой, которая является уникальной для сетей UMTS. Сама по себе передача видеопотока возможна только потому, что голос и данные в сетях 3G могут передаваться одновременно. Между двумя абонентами устанавливается сразу два коммутируемых соединения: одно – собственно для передачи голоса, другое – для трансляции данных.

Для реализации услуги «видеозвонок» используется протокол 3G-324M. Согласно ему звук кодируется AMR, а видео – кодеком H.263. Максимальная скорость потока данных при коммутируемом соединении в сети 3G соответствует 64 кбит/с – этого вполне достаточно для передачи видео с разрешением 176х144 точки (15 кадров в секунду). Качество такого видеопотока, конечно же, далеко не идеально.

Востребованность услуги «видеозвонок»

Рисунок 2

Разработчики рассчитывали, что видеозвонок станет массовой и востребованной услугой, и если не догонит по популярности SMS, то хотя бы приблизится к ней. Именно поэтому европейские операторы потратили огромные деньги на лицензии UMTS и строительство сетей 3G, рассчитывая на быструю окупаемость за счет видеотелефонии. И в Европе, и в России услугой пользуются не более 3% владельцев UMTS. И даже при такой мизерной доле речь идет об использовании лишь от случая к случаю. Это и понятно: чтобы просто поговорить, пользователям придется включать громкую связь или гарнитуру, держа телефон перед собой. Заплатить за видеозвонок придется в несколько раз больше, чем за обычный голосовой вызов. Кроме того, у обоих собеседников должны быть телефоны с поддержкой видеозвонка и они оба должны находиться в зоне действия сотовой сети третьего поколения.

В реальности видеозвонок может быть полезен глухонемым людям: с его помощью они могут поговорить по телефону, используя язык жестов, а не SMS-переписку. В ряде стран Европы сегодня даже существуют специальные службы, позволяющие говорить по телефону обычному человеку и глухонемому: переводчик общается с глухонемым при помощи видеозвонка и голосом передает всю информацию слышащему человеку.

Еще одно интересное применение видеозвонков – это организация интерактивных телешоу. Дозвонившись в прямой эфир любимой передачи, абонент может не только угадать слово, но и показать себя на всю страну. Кроме того, при помощи видеозвонка можно вести прямой репортаж с места каких-либо интересных событий: каждый журналист знает, что оперативность важнее качества переданной картинки. Правда, в России такие услуги пока никто не предоставляет, и сегодня для массового абонента сеть UMTS является, по сути, «трубой» в Интернет.

Работа в Интернете через UMTS-соединение, с точки зрения конечного пользователя, не имеет принципиальных отличий от работы через обычную выделенную линию. Но следует учитывать, что многое будет зависеть от конкретной ситуации с радиопокрытием в данное время и в данном месте. Например, к базовой станции может быть одновременно подключена большая группа абонентов, которые используют телефоны (3G-модемы, ноутбуки, роутеры) для передачи данных – в таком случае скорость резко упадет, а возможно, начнутся и перебои в работе.

Во время мобильного интернет-серфинга раздражение вызывают увеличенные задержки (инженеры обычно используют англоязычный термин Ping). При использовании UMTS значение Ping будет составлять от 80 до 150 мс и выше (для проводных линий значение Ping обычно не превышает 10 мс). Однако при обычном веб-серфинге и при работе с почтой технических возможностей сети UMTS более чем достаточно для повседневного использования.

Трудности возникнут только при осуществлении видеозвонков (например, через Skype), а также при попытке выложить на сервер или отправить по электронной почте объемные файлы. В то время как просматривать видео на YouTube можно без проблем, опубликовать свой ролик будет не так легко, если, конечно, 3G-модем и оператор связи не поддерживают технологию HSUPA.

Разумеется, реальная скорость передачи данных в сотовых сетях далека от теоретически возможной, максимум, на что можно рассчитывать, – это 1–2 Мбит/с при хороших условиях приема и низкой загрузке сети. При высокой загрузке базовой станции скорость падает примерно до 500 кбит/с, кроме того, в этой ситуации может проявляться так называемый эффект дыхания соты – уменьшения зоны покрытия базовой станции при большой загрузке сети. В этом случае пользователи, находящиеся в пограничных районах, могут оказаться вне зоны действия UMTS-сети и будут переключены на GPRS/EDGE.

В обратном канале скорость без использования HSUPA не превышает 300 кбит/с, а при поддержке этой технологии оператором связи увеличивается примерно до 1 Мбит/с.

CDMA или cdmaOne, - полностью цифровой стандарт, использующий диапазон частот 824-849 МГц для приема и

874-899 МГц для передачи.

CDMA называют широкополосной системой и сигналы передаются в эфире шумоподобными. Широкополосная - потому, что занимает широкую полосу частот. Шумоподобные сигналы - потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же время работают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга.

Одной из особенностей CDMA сетей является возможность "мягкого" перехода от одной Базовой станции к другой (soft handoff). При этом, возможна ситуация когда одного абонента "ведут" сразу несколько БС. Абонент просто не заметит, что его "передали" другой БС. Таким образом, исключается перерывы связи при движении. Кроме того, поддерживая связь одновременно с несколькими базовыми станциями (до 4х), выбирается наилучший сигнал. Более того, если ни один канал не обеспечивает должного качества, то сигнал строиться из «плохих» составляющих, в сумме дающий хороший результат. Типичный пример: в подземном переходе, где телефоны GSM могут терять связь, телефон CDMA, улавливая многократно отраженные сигналы, приходящие с разных направлений, может уверенно держать связь.

К третьему поколению относятся технологии CDMA EV-DO, представленные в России оператором «Скай Линк». Особенность их реализации заключается в использовании мало распространенного в мире диапазона 450 МГц, из-за этого выбор абонентского оборудования невелик, а стоимость его высока. Блокировать эти модемы для использования с другими операторами нет смысла, так как все равно в этом стандарте работает только «Скай Линк».

Скорость передачи данных в EV-DO теоретически достигает 2,4 Мбит/с в версии Rev.0 и до 3,1 Мбит/с – в версии Rev.A (в прямом канале).

В обратном канале скорость передачи достигает 153 кбит/с и 1,8 Мбит/с соответственно. У «Скай Линка» большинство базовых станций работают по стандарту Rev.0, сеть с поддержкой Rev.A частично покрывает крупные города. Большинство продаваемых модемов также поддерживает лишь устаревшую версию стандарта Rev.0, а более современная Rev.A есть только в самых дорогих моделях.

Действительная скорость передачи данных в сетях EV-DO приблизительно такая же, как и в UMTS. Здесь используются те же самые виды модуляции: QPSK, 8-PSK или 16-QAM. Различаются только технические детали – размер пакета или используемый диапазон частот. При равных неидеальных условиях приема впечатления от работы в сетях UMTS и EV-DO у рядового пользователя будут практически идентичными. Какие-то незначительные отличия можно обнаружить в нагрузке и планировании работы сети у сотовых операторов в том или ином конкретном месте.

4G сегодня

Рисунок 3

Перспективным стандартом, позволяющим обеспечить широкополосный доступ в Интернет, является мобильный вариант WiMAX (IEEE802.16e). Здесь используются одновременно несколько несущих частот с ортогональным разделением, каждая из которых использует те же самые схемы модуляции, что и в других технологиях: BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. За счет этого достигается высокая помехоустойчивость, однако и здесь скорость и задержки сильно зависят от нагрузки сети и качества ее построения. В реальности скорость в прямом канале составляет обычно около 2 Мбит/с, в обратном – около 500 кбит/с. Лишь в некоторых зонах покрытия достигается более высокая скорость передачи данных – около 5–6 Мбит/с.

Операторами WiMAX в России являются Yota (сети в Москве, Петербурге, Уфе) и «Комстар» (только в Москве). Оборудование для сетей WiMAX имеет ограниченный ассортимент – по одной модели USB-модемов у Yota и «Комстара», кроме того, у Yota есть PCMCIA-адаптер и два вида роутеров: стационарный и портативный. Ноутбуки с модулем WiMAX теперь выпускают все ведущие производители. Плотность покрытия сетями мобильного WiMAX в России пока оставляет желать лучшего. К тому же на WiMAX заметное влияние оказывают радиопомехи, поэтому реальная скорость передачи данных может оказаться низкой, даже при близком расположении абонентского устройства к базовой станции оператора связи.

Рисунок 4

Перспективы развития стандарта WiMAX связаны с появлением его новой модификации – IEEE802.16m, которая в настоящее время находится в стадии разработки. В ней будет реализована скорость передачи данных около 1 Гбит/с в фиксированном режиме и до 100 Мбит/с – в мобильном, с обязательным использованием технологии MIMO (англ. Multiple Input, Multiple Output – множественный ввод/вывод) – передачи и приема данных с помощью нескольких антенн.

Wi-MAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access

Wi-Max - Worldwide Interoperability for Microwave Access, стандартизированная институтом IEEE технология широкополосной беспроводной связи, дополняющая линии DSL и кабельные технологии в качестве альтернативного решения проблемы "последней мили" на больших расстояниях. Технологию Wi-Max можно использовать для реализации широкополосных соединений "последней мили", развертывания точек беспроводного доступа, организации высокоскоростной связи между филиалами компаний и решения других подобных задач.

Эволюция Wi-Max

Предварительная версия технологии Wi-Max обеспечивала функциональность с помощью оборудования, которое не было подвергнуто стандартизированному тестированию на предмет совместимости с технологией Wi-Max. Целый ряд провайдеров услуг до сих пор используют такие предварительные аппаратные решения для реализации пилотных проектов Wi-Max во многих уголках мира. Как только тестирование совместимости этих систем с технологией Wi-Max будет выполнено, их, скорее всего, можно будет модернизировать программным образом в соответствии с требованиями окончательного стандарта Wi-Max.

В идеале беспроводная технология Wi-Max, основанная на отраслевых стандартах, разработана для организации недорогой скоростной связи для жилищ, предприятий и мобильных беспроводных сетей в городах и сельской местности. Обратите внимание на определение, в нем заранее "предусмотрено местечко" для взаимодействия магистрального Wi-Max с "локальным" Wi-Fi.

Перспективы развития Wi-Max на ближайшие годы

Нынешний Wi-Max в версии IEEE 802.16-2004 – стандарт беспроводной связи, который обеспечивает широкополосную связь на площади радиусом более 30 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями - до 10 Мбит/c и более. Технология Wi-Max позволяет работать в любых условиях, в том числе, в условиях плотной городской застройки, обеспечивая высокое качество связи и скорость передачи данных.

Оборудование сетей Wi-Max функционирует в нескольких частотных каналах шириной 10 МГц в пределах диапазона 2 ГГц - 11 ГГц. Разумеется, специфическое распределение частотных диапазонов разных стран диктует необходимость возможности работы Wi-Max в разных участках. Столь широкий разброс диапазонов выбран для учета специфики большинства стран мира. Так, в Северной Америке для Wi-Max используются участки в диапазонах 2,5 и 5 ГГц, в Центральной и Южной Америке - 2,5, 3,5 и 5 ГГц, на Ближнем Востоке, в Африке, Западной и Восточной Европе - 3,5 и 5 ГГц, в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 2,3, 3,5 и 5 ГГц.

По своей сути Wi-Max представляет технологию, позволяющую обеспечить доступ в интернет со скоростью сетей класса T1, с производительностью и покрытием, гораздо большим, нежели у современных сетей Wi-Fi. В свою очередь, продолжением "магистральных веток" Wi-Max как раз и становятся локальные сети Wi-Fi, различные типы бизнес - и бытовых кабельных/DSL сетей конечных пользователей.

Обеспечивая коммуникации в радиусе 10 километров и более, точки Wi-Max создают покрытие на значительных площадях, предоставляя провайдерам услуг достаточно гибкие условия для обеспечения этой самой пресловутой "связи последней мили".

В целом базовые характеристики стандарта 802.16 предусматривают дальность действия до 50 километров, покрытие с возможностью работы вне прямой зоны видимости, в перспективе – пиковую скорость обмена данными до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции при том, что типовая базовая станция будет иметь до 6 секторов покрытия.

Внедрение Wi-Max нынче подразделено на три основных фазы.

Нынешняя первая фаза внедрения подразумевает внедрение и широкое распространение технологии WiMAX стандарта IEEE 802.16-2004, заменившего собой ранние версии IEEE 802.16a и 802.16d, при котором используются внешние антенны по типу "сотовой тарелочки", фактически нацеленные на потребителей в фиксированных направлениях.

Вторая фаза подразумевает использование внутренних антенн, упрощенное и более гибкое использование технологии Wi-Max для обеспечения доступа.

Третья фаза обещает широкое внедрение спецификаций IEEE 802.16e, ратификация которых ожидается в начале 2006 года, а появление первых сетей - в 2007 году. Это означает возможность работы решений с пометкой WiMAX-Certified даже в составе портативных устройств, перемещающихся по определенной "зоне покрытия" сети, по образу и подобию современных сотовых и Wi-Fi сетей.

Разработка столь сложных стандартов подразумевает сосуществование с другими беспроводными стандартами, включая сотовые сети, разработку новых поколений "умных" антенн, применение новых видов модуляции вроде OFDMA, новых типов сервисов вроде QoS, защиту данных и множество других параметров. В этом обзорном материале по Wi-Max изложение подробностей о всех тонкостях новых стандартов не предусмотрено, но на самом деле это длительный и кропотливый процесс.

Что касается возможностей стандарта Wi-Max первого поколения - IEEE 802.16-2004, в идеале каждой базовой станцией обеспечивается доступ на площади радиусом до 50 км при скорости обмена данными до 35 Мбит/с. На практике ширина и соответствующая производительность канала "нарезается" конечному пользователю провайдером услуг. Кстати упомянуть, архитектура сетей WiMAX, в идеале напоминающая соты (только с более крупной "ячейкой"), подразумевает размещение антенно-фидерных устройств на высоких зданиях, сооружениях и мачтах. Неудивительно, что развертыванием сетей Wi-Max в первую очередь заинтересовались провайдеры сотовой связи: как бы ни была сильна конкуренция между Wi-Max и сетями 3G/4G, установить и обслуживать несколько типов оборудования на одной мачте дешевле, нежели на нескольких. А уж потребитель сам определится с предпочтениями выбора той или иной сети.

Рис. 4. Структура системы Wi-Max

Однако большинство операторов во всем мире планируют переходить на LTE–стандарт четвертого поколения. Скорость передачи данных в таких сетях в теории достигает 326,4 Мбит/с в прямом канале (при использовании 4 приемных и 4 передающих антенн); в обратном канале доходит до 172,8 Мбит/с, а при использовании одной антенны – до 86,4 Мбит/с. Для прямого канала используются несколько несущих с ортогональным разделением, как в WiMAX, а для обратного – FDM-доступ с одной несущей без ортогонального разделения.

В качестве замены EV-DO разработан стандарт UMB (Ultra Mobile Broadband) с ортогональным разделением частот и временным разделением каналов, фазированными антенными решетками и прочими ухищрениями, позволяющими развивать скорость передачи данных до 275 Мбит/с к абоненту и до 75 Мбит/с от абонента.

Исходя из всего этого можно сделать вывод, что все перспективные стандарты беспроводной связи используют, по сути дела, одни и те же технологические решения, а значит, в будущем пользователь не будет чувствовать никакой разницы между ними. Решающим фактором станет качество(QoS) реализации того или иного стандарта.

Контрольные вопросы:

1. Основные характеристики широкополосного доступа.

2. Технологии широкополосного доступа

3. Основной недостаток технологии Wi-Fi?

4. Какой протокол используется для реализации услуги «видеозвонок»?

5. Тип кодеков звука и видео в сетях 3G и их основные характеристики.

6. Пиковые скорости для технологии HSPA сети UMTS?

7. От каких условий зависит QoS работы в Интернете через UMTS-соединение

8. В чем заключается особенность технологии MIMO?

9. Скорости передачи данных в EV-DO в версии Rev.0 и в версии Rev.A?