Полемика вокруг 4G – ЧАСТЬ 1

Развитие мобильной связи в направлении к созданию систем последующих поколений происходит двумя путями: эволюционным и революционным. Пер­вый соответствует поступательному развитию IMT-2000, второй – разработке новых радиотехнологий. Эволюционный подход, сводимый к добавлению ка­нальных плат и обновлению программного обеспечения, имеет преимущество в стоимости и времени по сравнению с революционным подходом, имеющим целью создание новых систем.

Рассматривая перспективы эволюции IMT-2000 в процессе их обсуждения международными организациями, промышленными ассоциациями и форумами, МСЭ разрабатывает концепцию систем на базе новых технологий радиодоступа («после IMT-2000») [П-16].

В различных источниках мы встречаемся с понятиями сетей беспроводной связи следующего поколения (Next Generation Wireless Network, NGN), систем «после 3G» (Beyond 3G, B3G) и систем 4G. Единой трактовки различия между ними нет. Beyond 3G – единое название группы исследовательских проектов по созданию систем мобильной связи, следующих за системами третьего по­коления, выполняемых под эгидой Еврокомиссии. Системы «после 3G» часто фигурируют в документах, отражающих видение МСЭ и мирового исследо­вательского форума по беспроводной связи (Wireless World Research Forum, WWRF), в то время как термин 4G встречается в публикациях IEEE (Института инженеров электроники и электротехники, Institute of Electrical and Electronics Engineers) и т.д. Вероятно, с течением времени понятие «после 3G» выйдет из употребления, а те или иные системы, по накоплению достаточного числа технологических признаков, будут относить к третьему или к четвертому по­колению.

Существующие видения и определения 4G формируются целым рядом международных сообществ и организаций. Различают определения 4G Форума WWRF (концепция 3G and Beyond), позицию ITU-R, IEEE, партнерского проек­та 3GPP, а также промышленных организаций Азиатско-Тихоокеанского репюна. Одна из наиболее оформленных концепций беспроводных систем поколения 4G путем апгрейда платформы UMTS содержится на сегодняшний день в документах Release 8 проекта 3GPP, в рамках уже упоминавшейся (подраздел 8.1.2) програм­мы LTE (Long-Term Evolution) [17].

В целом, «опорные точки», вокруг которых формируются существующие определения, группируются вокруг истории вопроса (табл. 8.5), а то, что всех их объединяет, в конечном счете сводится к двум нижеследующим положениям: 1) системы 4G – это новые системы беспроводной связи с высокой спектраль­ной эффективностью и радиоинтерфейсами, поддерживающими обмен дан­ными с пиковой скоростью 100 Мбит/с в мобильном варианте с глобальным

покрытием, и до 1 Гбит/с – для ограниченной зоны и для объектов с малой подвижностью;

2) для систем 4G будет характерной максимальное интегрирование различных беспроводных платформ, имеющих открытую архитектуру.

Таблица 8.5

Краткая история развития технологий мобильной связи

Поколение

1G

2G

2.5G

3G

4G

Начало разработок, внедрение

1970,1984

1980, 1991

1985, 1999

1990, 2002

2000, после 2010?

Виды услуг

Аналоговая речь, пере­дача данных до 9.6 кбит/с

Цифровая речь, SMS

Высоко­скоростная пакетная передача

Широкопо­лосная пере­дача данных (до 2 Мбит/с)

Передача данных и мультимедиа

на базе IP-протокола (до сотен Мбит/с)

Стандарты

AMPS, TACS, NMT и др.

TDMA, GSM, CDMA, PDC

GPRS, EDGE, IxRTT

WCDMA, cdma2000

Единый стандарт

Скорость передачи

1.9 кбит/с

14.4 кбит/с

384 кбит/с

2 Мбит/с

200 Мбит/с

Метод мультиплек­сирования

FDMA

TDMA, CDMA

TDMA, CDMA

CDMA

CDMA, OFDMA?

Базовая сеть

PSTN

PSTN

PSTN, па­кетная сеть

Пакетная сеть

Internet

Краткий комментарий ко второму из этих положений состоит в следующем. Сервисная среда наиболее современных из существующих мобильных систем: 2G/3G (GPRS, cdma2000, UMTS) определяется их базовой сетью, не позволяя предоставлять услуги за ее пределами (например, обеспечивать полноценный доступ к сетям БШД). Преодолению этого ограничения призвана способство­вать разработка оборудования систем 4G в соответствии с принципами откры­той беспроводной архитектуры (open wireless architecture – OWA), которые можно сформулировать следующим образом:

•                интеграция развивающихся и вновь создаваемых систем беспроводного до­ступа, сотовой и проводной связи на единой реконфигурируемой платформе с целью обеспечения гибкости и многообразия предоставляемых услуг;

•                разработка конвергентной (гетерогенной) широкополосной платформы на базе открытой беспроводной архитектуры, позволяющей оптимизировать процесс предоставления услуг для различных категорий пользователей, что приведет к появлению единого промышленного стандарта;

•                интегрирование радиоинтерфейсов на базе универсального терминала с уникальным IP-адресом, функционирующего в среде беспроводного до­ступа и выполняющего роль основного персонального коммуникационного средства.

8.4.1.1.                Концепция систем 4G в видении ITU-R. На протяжении не­скольких последних лет в МСЭ уделяется много внимания разработке ви­дения и целей «систем поколения после 3G» [11,12]. В видении МСЭ-R, системы после IMT-2000 будут отличаться от 3G более обширным набором услуг, включая мобильное мультимедиа с опциями QoS. Мобильные теле­коммуникации будут эволюционировать в направлении создания и разви­тия таких технологий, как многопозиционные антенные системы (MIMO), методы множественного доступа и модуляции, сетевые IP-технологии. На­дежды на дальнейший рост скорости передачи данных по радиоинтерфейсу IMT-2000 преимущественно возлагаются на HSPA, т.к. предполагается, что максимальная требуемая скорость передачи в восходящем и в нисходящем направлениях будет существенно отличаться.

Для внедрения B3G будут задействованы дополнительные полосы частот в микроволновом диапазоне (3-Н5 ГГц). Неотъемлемыми характеристиками сетей нового поколения были признаны гибкая масштабируемая сетевая архитектура, бесшовный хэндовер, глобальный роуминг и под держка Internet-приложений на основе протокола IPv6. При этом пакетная передача данных будет преобладать, голосовой трафик как таковой отсутствовать, а передача речи осуществляться по технологии VoIP.

Тем не менее, основным отличием между системами беспроводной связи поколений 3G и 4G остается скорость передачи информации. Емкость сетей 4G должна возрасти десятикратно. Системы 4G призваны обеспечить эффективное в стоимостном выражении решение по развитию беспроводного мультимедиа. Так, критерий выбора радиотехнологии может условно выражаться коэффици­ентом:

где NBI – объем переданной информации, AF – задействованная полоса частот, АТ – время передачи сообщения, С – показатель капиталовложений. Предпо­лагается, что удельная стоимость передачи 1 бита в системе 4G будет на 1+2 порядка ниже, чем в существующих системах 3G.

Важным аспектом концепции 4G по МСЭ-R является создание единого промышленного стандарта подвижной связи. Технические требования к си­стемам мобильной связи поколения 4G были сформулированы в рамках про­екта МСЭ IMT-Advanced. В то же время, МСЭ-R все еще не определился со своей позицией в отношении концепции OWA открытой беспроводной архи­тектуры.

8.4.1.2.                Определение 4G по WWRF (Wireless World Research Forum). В

дополнение к повышению скорости передачи информации по радиоинтерфей­су более чем на порядок и минимизации стоимости, концепция 4G в видении WWRF предполагает создание гетерогенных сетей и распространение сенсор­ных сетей, функционирующих без участия человека. Форум WWRF сформули­ровал следующие ключевые требования к услугам, предоставляемым в беспро­водных сетях нового поколения [18]:

•                создание для пользовательских приложений «интуитивных» интерфейсов;

•                повсеместность, бесшовный хэндовер и персонализацию услуг с задан­ным уровнем QoS для всех групп пользователей, сообществ и автономных устройств;

•                выработка производителями оборудования, разработчиками приложений, провайдерами контента, операторами сетей и ассоциациями, представляю­щими интересы пользователя эффективных бизнес-моделей с гибкой адап­тацией к изменяющимся реалиям рынка беспроводной связи.

8.4.1.3.                Концепция 4G в видении IEEE. Институту инженеров в области электроники и электротехники принадлежит определение 4G на основе стан­дарта мобильного беспроводного широкополосного доступа (Mobile Wireless Broadband Access -MWBA) IEEE 802.20 (подраздел 8.3). В его основу положена разработка спецификаций радиоинтерфейса физического и МАС-уровней, обе­спечивающего взаимодействие мобильных широкополосных систем пакетного доступа в лицензируемых частотных диапазонах ниясе 3.5 ГГц, который:

позволит поддерживать пиковую скорость передачи данных не менее 1 Мбит/с для пользователей, перемещающихся со скоростью до 250 км/ч;

–                обеспечит радиопокррлтие в зонах (сотах), радиус которых сравним с радиу­сом покрытия в сетях WMAN;

–                обеспечит спектральную эффективность, скорость передачи информации и число одновременно поддерживаемых соединений существенно большие, чем существующие системы мобильной связи третьего поколения.

Конечная цель разработки стандарта IEEE 802.20 сформулирована как «раз­вертывание спектрально эффективных мобильных систем широкополосного доступа на глобальной основе, заполнение «ниши» между высокоскоростными услугами сетей БШД на базе стандартов серии IEEE 802 и высокомобильными услугами сетей сотовой связи» [19].

8.4.1.4.                Работы в направлении 4G в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Концепция 4G в видении промышленных ассоциаций развитых стран Азиатско- Тихоокеанского региона на сегодняшний день наиболее содержательно отра­жена в разработках корпорации NTT DoCoMo [20]. Еще в марте 2004 г. NTT DoCoMo сформулировала собственное определение услуги 4G «образца 2010 г.» (скорость передачи данных до 20 Мбит/с для нисходящего и 100 Мбит/с для восходящего трафика). Эти услуги призваны обеспечить пользователю уровень «виртуальной реальности»: разговор по телефону сопровождается передачей видеоизображения говорящего и т.н. трехмерной направленности («3D-структуры») его голоса.

Проведенные в марте 2004 г. корпорациями NEC, NTT DoCoMo и Fujitsu испытания «системы 4G» в диапазоне 4.5-5 ГГц продемонстрировали передачу данных со скоростью порядка 1 Гбит/с в стационарных условиях. 300 Мбит/с при перемещении на скорости до 30 км/ч и до 100 Мбит/с – в вагоне пасса­жирского экспресса. В системе были реализованы турбо коды, 16 QAM, техно­логии MIMO и Variable Spreading Function Orthogonal Frequency Code Division Multiplexing (VSF-OFCDM) – метод ортогонального частотно-кодового муль­типлексирования с переменным коэффициентом расширения спектра сигнала Ширина занимаемой полосы частот составляла 30 МГц.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100