В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Технологии 802.16e и LTE. У каждой технологии - свой абонент

Вячеслав Федоров
Ведущий инженер направления беспроводных технологий компании CompTek

Беспроводные технологии за последние 10 лет прошли огромный путь - от дорогих, нестандартных и низкоскоростных устройств до решений, обеспечивающих десятки и сотни мегабит в секунду при кардинальном падении цен.

Реалии современного рынка

Исторически сложились две концепции построения сети беспроводной связи.

Первая - IP-пакетная передача данных, характеризующаяся фиксированным абонентским терминалом, небольшим числом устройств на сектор и упрощенной структурой сети "база -абонент".

Вторая - типичная для сетей сотовой связи: мобильный абонент, малый объем трафика на каждого абонента, но большое их число на базу, бесшовный роуминг между базами и, как следствие, необходимость вынесенных контроллеров базовых станций и управляющей инфраструктуры.

Развитие рынка передачи IP-данных для мобильных абонентов сейчас существенно опережает темпы роста рынка голосовой связи. Тем не менее до недавнего времени сети операторов были практически не приспособлены для передачи большого объема трафика данных. Например, абонент, использующий симметричный канал 1 Мбит/с, по загрузке сотовой базы эквивалентен 100 голосовым соединениям. Поддержка передачи большого объема данных в сотовых сетях являлась движущей силой развития стандартов ev-do и HSDPA/HSDPA+, однако даже последний стандарт обеспечивает лишь 10-20 Мбит пропускной способности на сектор в идеальном случае и 2-7 Мбит при работе вне прямой видимости (NLOS) и на больших дальностях.

Возможны варианты

В настоящий момент на рынке широкополосной беспроводной связи покупатель найдет широкий спектр оборудования, которое можно отнести к следующим классам.

Оборудование на основе wi-fi-стандарта 802.11.
Как правило, это устройства нижнего ценового диапазона, представляющие модифицированные точки доступа с добавленным режимом подстройки интервала ACK и всепогодным корпусом. Сегмент таких решений: hot-spot на открытых площадках, мини-базовые станции в малых городах, соединения "точка-точка". Коллизионный доступ к среде и отсутствие настраиваемого QoS не позволяют гарантировать качество реализации сервисов, особенно VoIP и video.
Оборудование фиксированного Wi-MAX 802.16d.
Данный стандарт обеспечивает QoS и детерминированный доступ к радиосреде, что позволяет наряду с передачей данных использовать VoIP. Устройства разделены на базовые и абонентские, с передачей базовой станции функций управления доступом к среде и обеспечения QoS. Рабочие диапазоны частот 3,5, реже 2,4 и 5 ГГц. Примеры оборудования этого класса: Libra 5816, Proxim MP.16. Основным недостатком сетей фиксированного WiMAX остается невысокая пропускная способность вследствие отсутствия поддержки технологии MIMO и использования большинством производителей полос частот 3,5-10 МГц. В формате WiMAX-форума проводится проверка устройств на совместимость, однако большое число профилей тестирования позволяет говорить лишь о списках совместимого оборудования, а не о полной взаимооперабельности в рамках стандарта.
Частные (proprietary) решения.
Представляют собой разработки фирм, обычно на базе стандарта 802.11. Сильной стороной таких решений является их непривязанность к стандарту и, как следствие, возможность вносить новые технические решения. Недостаток частных решений - отсутствие совместимости между устройствами различных производителей, что для сетей фиксированной связи не критично. Наиболее яркий пример - Infinet Skyman (Revolution). Данный продукт был одним из первых в мире, предложившим MIMO-решения для сетей масштабов города. В совокупности с неколлизионным доступом и гибким механизмом QoS возможна одновременная передача IP-данных, VoIP и видео.
Сети, разворачиваемые сейчас на базе технологии мобильного WiMAX, характеризуются ориентированностью на мобильный абонентский терминал. Отличительные черты подобного терминала - малая мощность и усиление антенны, работа в условиях непрямой видимости, необходимость бесшовного роуминга. 802.16e представляет собой дальнейшее развитие технологии пакетной передачи данных и непосредственно 802.16d.
Модель QoS 802.16e является расширением 802.16d (с добавлением одного нового класса) для работы с пульсирующим потоком real time-данных (голосовые данные со сжатием заголовков и подавлением тишины). В канальном уровне произошли радикальные изменения: добавлена поддержка многопоточного режима передачи MIMO, помимо модуляции OFDM поддерживается OFDMA. Модуляция OFDMA позволяет абоненту передавать и получать данные не на всех поднесущих диапазона, а лишь на выделенных ему в данный момент времени. Рекомендуется использование адаптивных антенн с изменяемой диаграммой направленности. К примеру, 8-элементная антенна базовой станции Cisco bwx 8305 обеспечивает дополнительное усиление в 18 дБ при передаче и 9 дБ при приеме сигнала.
В противоположность 802.16e стандарт LTE - преемник сотовых сетей стандарта HSPDA. Унаследовав классическую архитектуру сотовых сетей, LTE приобрел высокую пропускную способность, превышающую таковую текущего поколения 802.16e. Сеть LTE способна легко стыковаться с существующими станциями сотовой связи (3GPP-якорь), а в перспективе - и с Wi-MAX-сетями (SAE-якорь). В LTE описывается MIMO до уровня 4х4, применяются антенны изменяемой направленности и возможна одновременная работа абонента с несколькими базами. Существенным отличием от 802.16е становится возможность в режиме FDD использовать для нисходящего и восходящего потоков полосы разной ширины, а также различную модуляцию в восходящем и нисходящем каналах. Поскольку трафик мобильных IP-абонентов преимущественно однонаправленный, данное решение позволяет более рационально использовать радиоресурс.
Вторая инновация - LTE-модуляция SC-OFDMA в восходящем канале. Обеспечивая меньшую пропускную способность по сравнению с OFDMA, SC-FDMA существенно снижает требования к сложности и энергопотреблению клиентского терминала, стабильнее работает при худшем соотношении сигнал/шум. На настоящий момент актуальной является 11-я версия предстандарта LTE, однако основной функционал описан уже в 8-й ревизии, и в тестовых зонах используется обычно оборудование 8-9-й версий. Наиболее перспективным примером развертывания сети LTE является инсталляция Verizon в США, в 2010 г. первые 20-30 сегментов сети будут введены в коммерческую эксплуатацию, к 2015 г. планируется полное покрытие континентальной части США. Сеть строится в диапазоне 700 МГц на оборудовании LTE rev 8 Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Ericsson, Starent, предполагаемая средняя скорость работы с абонентом 7-14 Мбит.
Продемонстрированы полезные скорости LTE - до 150 Мбит на сектор в условиях прямой видимости и до 15-30 Мбит в условиях NLOS.

Сценарии развития

Перспективы 802.16e и LTE в России зависят, в первую очередь, от инвестиций в сети и выделения частот.

Развертывание сетей 802.16e и LTE потребует более существенных финансовых вложений, чем привычные технологии беспроводной связи. Стоимость одного сектора базовой станции мобильного WiMAX в 10-15 раз превышает стоимость станции proprietary с поддержкой mimo. Из-за высокой стоимости инфраструктурного оборудования данные сети плохо масштабируются вниз, и подключение малонаселенных территорий нерентабельно. Для частных корпоративных сетей использование 802.16e с целью соединения филиалов также будет экономически неоправданно. Если говорить о подключении фиксированных абонентов в сеть оператора 802.16e/LTE, следует учитывать, что максимальные скорости секторов достигаются лишь при прямой видимости абонентов и малом радиусе соты. На практике с абонентом в непрямой видимости производительность соты 802.16e составляет 20-30 Мбит (рис. 1).

Для фиксированного абонента характерен более симметричный характер нагрузки - вследствие, например, удаленного видеонаблюдения и синхронизации баз данных. Подключение подобных пользователей приведет к перегрузке восходящих каналов базовой станции 802.16e и LTE. Отличен и типичный радиус соты: если в первом случае классическая глубина сектора составляет 5-10 км и широко применяются каналы "точка -точка", то для 802.16e наиболее эффективен радиус соты 1-3 км. На большем удалении сота не сможет обслуживать клиентов вне прямой видимости, то есть мобильные абонентские терминалы.

Вторым (после стоимости оборудования) сдерживающим фактором для распространения в России является недостаток частот: по результатам заседания ГКРЧ от 19 августа 2009 г. было принято решение о перспективности диапазонов 2300-2400 МГц, 2500-2530 МГц, 2560-2570 МГц, 2620-2630 МГц, 2660-2670 МГц и 2680-2690 МГц. При этом в большинстве регионов необходимый, по мнению ГКРЧ, частотный ресурс отсутствует, и возможности его освобождения пока лишь изыскиваются. Данные частотные диапазоны позволяют создавать сети с существенно меньшим радиусом соты, чем диапазон 700-900 МГц, используемый в США (рис. 2).

Для дальнейшего развития сетей - за исключением "Комстара", уже имеющего по ряду городов частоты, - необходимо:

либо освобождение частотного диапазона;
либо снижение минимального диапазона, выделяемого оператору (30 МГц);
либо принятие решения о независимости выделяемых частот от технологии радиосвязи.

Текущая политика регулятора говорит о малой вероятности последнего варианта развития событий.

Таким образом, внедрение 802.16e способно повлиять на рынок фиксированной беспроводной связи, однако катастрофического уменьшения его объема не произойдет. Более того, станции 802.16e будут нуждаться в магистральных линиях связи большой пропускной способности. И далеко не везде таковым решением станет оптоволоконный канал. Учитывая плотность расстановки базовых станций, в отсутствии кабельной инфраструктуры возникнет потребность в беспроводных магистральных каналах между ними. Их оптимальные параметры:

пролет от 2 до 6-8 км;
хорошая частотная совместимость с 802.16e;
производительность на уровне 100 Мбит и выше;
поддержка модели QoS 802.16e/802.16d.

Атмосферные оптические линии связи требовательны к условиям установки и эксплуатации (неподвижные площадки и очистка оптических систем) и при этом не обеспечивают достаточную доступность канала на дистанциях выше 3 км, несовместимы с QoS 802.16e. Радиорелейные станции имеют значительную стоимость и обычно отличный от 802.16e QoS.

Как видите, технологии WiMAX, LTE и proprietary-решения для фиксированной связи предназначены для разных рынков, хотя и используют схожие радиотехнологии. В результате каждая методика займет свой рынок, что даст возможность различным классам абонентов получить качественную и высокоскоростную связь.

Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #5, 2009
Посещений: 9052

Статьи по теме

ТБ Форум

Автор

Вячеслав Федоров

Ведущий инженер направления беспроводных технологий компании CompTek