Журнал «Компьютерра» № 24 от 27 июня 2006 года

ТЕХНОЛОГИИ: 2G, 3G, 3.5G, 3.75G… Технологии мобильной связи дробятся и множатся

Автор: Родион Насакин

Ни один аналитик не возьмется со стопроцентной уверенностью указать технологию, по которой будет работать подавляющее большинство сетей мобильной связи через пять-десять лет. Между тем еще в 2002—03 годах никакой неопределенности не намечалось. Мобильные операторы поддерживали (и поддерживают по сей день) набор сетевых стандартов «второго поколения» (2G), нашедших каждый свою нишу в географическом и социальном плане. По итогам 2005 года абонентская база сетей 2G насчитывала 1,7 млрд. человек. Вполне ожидаемой стала бы постепенная (пусть и слишком долгая для нынешних темпов развития) интеграция в существующие сети сервисов третьего, а потом и четвертого поколения (3G и 4G).

Однако что-то пошло не так, и рынок отказался принять столь гладкий вариант развития. В некоторых странах, не лидирующих в технологическом отношении, были сделаны попытки утвердить стандарты сразу четвертого поколения, чтобы в форсированном режиме «догнать и перегнать» Запад, где первые 3G-проекты уже пришлись ко двору. Пожалуй, страны, в которых корпорации «по-честному» добрались до 4G, можно пересчитать по пальцам одной руки. В большинстве же случаев проекты такого рода пока не вышли за рамки лабораторий.

Меж тем по вкусу операторам, а за ними и конечным потребителям неожиданно пришла промежуточная технология HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) и ее усовершенствованный вариант HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access), которым и номера пришлось дать промежуточные: 3.5G и 3.75G соответственно. Некоторые авторитетные исследовательские агентства уже признали, что будущее за этими стандартами, и, таким образом, «передача власти» из поколения в поколение была на какое-то время отложена.

Одним из активно развиваемых вендорами оборудования и операторами стандартов связи, относящихся к третьему поколению, стал UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Изначально эта технология была выпестована 3GPP (Организация по стандартизации связи третьего поколения, 3rd Generation Partnership Project) и усиленно поддерживалась ETSI (Европейский институт стандартизации в области электросвязи, European Telecommunications Standardization Institute), который специализировался на разработке наиболее подходящей для Европы модификации 3G.

Сегодня можно утверждать, что старания сотрудников ETSI увенчались успехом. Переход к UMTS открыл европейским абонентам высокоскоростную передачу данных и множество приложений, использующих Интернет и мультимедиа. Как ожидают аналитики Forester Research, к 2010 году мобильные телефоны с 3G-поддержкой появятся у 61% европейцев, тогда как доля пользователей GPRS в той же аудитории снизится с 70% до 38%, а доля владельцев аппаратов с поддержкой исключительно GSM-формата и вовсе упадет до 1%. Да и сейчас практически все последние модели мобильных телефонов поддерживают UMTS, а в Японии и Корее количество 3G-абонентов уже перевалило за десять миллионов человек.

Основой для разработки UTMS послужила технология радиодоступа WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), которая была выбрана ETSI еще восемь лет назад как наиболее полно реализующая на практике все заявленные мультимедийные сервисы 3G. Собственно, перспективность этой технологии была высоко оценена во всем мире. По данным Informa Telecoms & Media, абонентская база 3G-сетей стандарта WCDMA по итогам 2005 года выросла на 163,6%, то есть на 44,4 млн. человек по сравнению с 2004-м, когда WCDMA-сети обслуживали лишь 16,8 млн. абонентов. Результаты исследования подтвердили, что эта технология после многих лет скептического отношения со стороны ряда авторитетных аналитических агентств, обрела, наконец, статус стандарта не только де-юре, но и де-факто.

Сети, разработанные на базе WCDMA/UMTS, поддерживают все возможности GSM и радиоинтерфейс WCDMA, обеспечивающий передачу данных со скоростью до 2 Мбит/с на коротких расстояниях и 384 кбит/с — на дальних. WCDMA использует частотный диапазон 5 ГГц, который позволяет наладить предоставление комплекса услуг, требующих скорости от 8 кбит/с до 2 Мбит/с. А то, что сервисы на базе этой технологии можно реализовать, используя существующие сети GSM— и PDC-формата, подразумевает серьезные конкурентные преимущества из-за наиболее эффективного использования сетевых ресурсов и практически абсолютной совместимости.

Кроме того, стандарт имеет во многом «идеологический» смысл, поскольку заставляет взглянуть на сущность мобильной связи по-новому. Ведь начиная именно с WCDMA/UTMS передача голоса утратила приоритетное значение для миллионов абонентов. Операторы мобильной связи получили гораздо более широкие возможности для предоставления мало распространенных в начале 2000-х годов неголосовых сервисов: от доступа к корпоративным сетям и видеоконференций до отсылки виртуальных открыток. Впрочем, подобные бизнесы по сей день остаются в большей степени потенциально прибыльными, нежели реально востребованными.

Ну а участившиеся в последнее время случаи появления надстроек в существующих WDCMA-сетях, позволяющие в несколько раз повысить скорость передачи данных, дали аналитикам еще один повод для оптимистических высказываний и отчетов. Впрочем, на то есть все основания. «Усовершенствованный» WCDMA/UMTS, за которым закрепилась очередная труднопроизносимая аббревиатура HSDPA, стал аналогом EDGE, по сути, представляющего собой надстройку в GSM-сетях.

В августе 2004 года исследовательская компания Pyramid Research выпустила отчет, посвященный анализу перспектив новой на тот момент технологии передачи данных — пакетного доступа с высокоскоростной загрузкой HSDPA. Аналитики отметили, что вендоры оборудования для сетей мобильной связи стали в массовом порядке продвигать эту технологию, подвергнув сомнению прогноз о начале коммерческой эксплуатации HSDPA-сетей не ранее 2007—08 годов. Компании привлекала простота и дешевизна развертывания оборудования на базе новой технологии. В частности, cети с оборудованием Ericsson начинали поддерживать HSDPA после установки дополнительной платы и обновления ПО, а в случае Nokia вообще лишь требовалось инсталлировать новую версию софта.

Операторы также нуждались в новых решениях по передаче данных, так как в существующих на тот момент сетях пропускная способность была весьма непостоянной и зависела от множества внешних условий. Для того будущего, которое отводилось компаниями мобильному телефону, вроде полноценной замены присутствия в офисе, телевизора и прочих прелестей, существующего качества передачи было явно недостаточно. В результате, согласно исследованию, опубликованному организацией GSA весной 2006 года, около 70 операторов мобильной связи по всему миру заинтересованы в развертывании HSDPA-систем, и по сравнению с прошлогодним показателем их количество возросло на 40%. Также в исследовании говорится о том, что большинство из 102 операторов, предоставляющих WCDMA-сервисы, уже внедрили или внедряют HSDPA.

Упоминание HSDPA впервые появилась в пятой версии стандартов 3GPP. Технология, основанная на использовании высокоскоростного общего нисходящего канала HS-DSCH (High-Speed Downlink Shared Channel), позволила обслуживать пользователей, осуществляя мультиплексирование с кодовым и временным разделением. Это идеальный вариант для передачи прерывистого пакетного трафика в многопользовательской среде. Количество абонентских устройств, обслуживаемых такой сетью, ограничивается лишь числом физических каналов и очередей, которые способна обработать базовая станция. HSDPA лежит на трех «китах»: адаптивных схемах модуляции и кодирования QPSK и 16QAM, протоколе ретрансляции и определении очередности передачи пакетов с помощью протокола MAC-hs (Medium Access Control-high speed).

В стандартах 3GPP предусматривается три этапа развития HSDPA. На первом предполагается достичь пропускной способности 10,8 Мбит/с, внедрив в существующие сети функции вышеперечисленных «китов». Второй этап, описываемый шестой версией 3GPP, предусматривает появление нескольких технологий для обработки сигналов, что должно повысить скорость передачи данных до 30 Мбит/с.

Страны Северной и Южной Америки отдают предпочтение диапазону 850 МГц. Передача данных по HSDPA-технологии осуществляется там на всех коммерчески доступных частотах UMTS-спектра, используемых операторами связи. В европейских сетях наиболее популярен диапазон 2100 МГц. Однако ожидается, что по мере отмирания GSM-сетей, работающих на частоте 900 МГц, этот диапазон тоже станет доступным для UMTS, а значит, и для HSDPA. Как ожидается, появление дополнительной части спектра ускорит развитие технологии.

Используемый в HSDPA метод модуляции позволил впятеро повысить пропускную способность и вдвое — емкость UMTS-сети. Впрочем, на тот момент ни один из экспериментальных проектов не показывал результатов, сколько-нибудь близких к заявленным. Долгое время вместо указанной в спецификациях HSDPA скорости 14,4 Мбит/с на практике удавалось добиться максимум 700 кбит/с, да и то нечасто, из-за загруженности сетей. Главной проблемой несоответствия желаемой и действительной скорости специалисты сочли время ожидания в HSDPA-сетях. Несколько утешило энтузиастов HSDPA появление решения OSN (Optimization Service Node), позволявшего расширить передаваемые пакеты данных и за счет этого увеличить пропускную способность до 1,4 Мбит/с.

В ноябре 2005 года компания Qualcomm выпустила HSDPA-чипсет, с помощью которого была достигнута передача данных в сотовой сети со скоростью 3,6 Мбит/с. Через месяц оборудование с аналогичными показателями появилось у другого ведущего вендора отрасли — корпорации Nortel. А в текущем году были установлены очередные рекорды. В конце Nortel и Qualcomm, на сей раз в альянсе, впервые добились передачи данных через мобильный телефон со скоростью 7,2 Мбит/с. Пока, правда, это лишь лабораторные результаты. «Быстрое» оборудование еще не было использовано ни в одном коммерческом проекте.

Меж тем в минувшем марте аналитики Informa Telecoms & Media заявили, что для удачного продвижения HSDPA на рынке недостаточно просто потрясающих воображение скоростей доступа, обилия трубок, ноутбуков и КПК с поддержкой технологии и строительства новых сетей. Залогом успеха должно стать появление тарифов с безлимитным доступом к HSDPA по приемлемым ценам, что послужит толчком для активного продвижения технологии в массы и позволит преодолеть консерватизм абонентов.

В Informa Telecoms & Media отмечают, что нынешняя ценовая политика сдерживает распространение HSDPA-сервисов. Операторы мобильной связи, уже «проапгрейдившие» свои сети до HSDPA, выставляют неоправданно высокие цены за соответствующие услуги, эксплуатируя преимущество в скорости доступа по сравнению с DSL или Wi-Fi. Когда-то совершенно несообразные деньги абонентов заставляли платить за возможность разговаривать по телефону в любом месте, до тех пор пока конкуренция не заставила резко снизить расценки. Текущие тарифы на доступ к HSDPA составляют от 50 до 70 евро в месяц с лимитом в 1—2 Гбайт.

На сегодняшний день оборудование для создания HSDPA-сети предлагают семь компаний: Alcatel, Ericsson, Huawei, Nokia, Nortel, Motorola и Siemens. Решение Alcatel HSDPA, которое, по всей видимости, появится в России первым, с мая текущего года официально поддерживает терминалы (то бишь мобильные телефоны, модемы и т. д.) всех категорий, прописанных в стандартах 3GPP. В систему встроена поддержка устройств восьмой и десятой категории, обеспечивающих доступ со скоростью 7,2 Мбит/c и 14,4 Мбит/c соответственно. Пока это, впрочем, является скорее перспективной, нежели действительно полезной функцией.

На конгрессе 3GSM в Барселоне Alcatel демонстрировала свои продукты класса HSDPA/HSUPA совместно с поставщиками терминалов Samsung (телефон), Novatel Wireless и Option (HSDPA-карты для компьютера). Разумеется, общие усилия не пропали даром, и в комплексе эти решения показали впечатляющие результаты. Например, при передаче данных с терминала Samsung скорость в сети с оборудованием Alcatel составила 3,6 Мбит/с против стандартных 1,8 Мбит/с. Таким образом, можно говорить о появлении первых корпоративных альянсов вендоров сетевого оборудования, терминалов, да и международных операторов, в конце концов. На том же конгрессе Alcatel хвалилась своими достижениями в HSUPA. Представленное решение поддерживает так называемую одноранговую интерактивность и обеспечивает исходящую скорость 2—5 Мбит/с.

Другим вендорам тоже есть чем гордиться. Причем не только разработками, но и масштабами их практического применения. В частности, Ericsson к февралю 2006 года внедрила свои HSDPA-решения в 21 сеть в 17 странах мира. Не отстает и Nokia, у которой к концу 2005-го имелось двадцать контрактов на разработку HSDPA-сетей.

Другие компании пока работают в меньших масштабах, однако и они интенсивно продвигают свои системы на рынке HSDPA-оборудования. Motorola в прошлом году начала поставки решения UMTS Node B Horizon 3G, которое позволяло довести UMTS-сеть до HSDPA-уровня, просто-напросто сменив софт. В нынешнем году усилия компании были акцентированы на продажах точки доступа для поддержки 3G/HSDPA, обеспечивающей скорость до 3,6 Мбит/с. Nortel в начале года выпустила в продажу свою базовую станцию UMTS Base Transceiver Station. При использовании с прототипом сотового HSDPA-телефона Aeroflex TM500 достигнута скорость 1,4 Мбит/c.

PCMСIA-карты, рассчитанные на работу в HSDPA-сетях, уже перестали быть экзотикой. Среди их основных поставщиков отметим компании Novatel Wireless, Option, Sierra Wireless и Qualcomm. При этом Option, возможно благодаря успешной PR-кампании, упоминается в специализированной прессе в контексте HSDPA значительно чаще своих коллег по цеху. Впрочем, компании действительно есть чем гордиться. В свое время Option стала одним из первых вендоров, выпустивших PCMCIA-карту для 3G-сетей, и сегодняшний успех, выраженный в желании ряда производителей ноутбуков интегрировать HSDPA-модемы Option в свои модели, есть лишь следствие развития компанией этой линейки. PCMCIA-карты с поддержкой HSDPA могут работать как в сетях UMTSA/WCDMA (обычно на диапазоне 2100 МГц), так и в EDGE/GPRS на 850/900/1800/1900 МГц. Подключить модем можно на канал 1x PCI Express или по USB 2.0. Наличие такой карты в ноутбуке позволяет выходить в Сеть, не прибегая к помощи точек доступа Wi-Fi.

Первым производителем ноутбуков, объявившим о выпуске моделей с поддержкой HSDPA, стала компания Dell. В конце 2006 года новая линейка ноутбуков поступит в продажу во Франции, Германии и Великобритании.

Рынок мобильных телефонов с поддержкой HSDPA развивается медленнее, однако несколько прототипов уже появились на рынке в начале года. Пионерами в этом направлении стали BenQ-Siemens и Samsung. Телефон Samsung ZX20 был представлен на выставке CES 2006. А второй представитель HSDPA-линейки — Samsung SGH-Z560, как ожидается, Vodafone будет продвигать для использования в своих сетях. И все же другой «первенец» — BenQ EF91, вероятно, станет первым реально используемым в коммерческих масштабах HSDPA-мобильником. К настоящему времени трубки с поддержкой технологии также представили Motorola, Fujitsu, NEC (все три — при поддержке японского оператора NTT DoCoMo) и LG. Стремительный рост этого рынка может произойти после начала поставок компанией Agere Systems чипсета для HSDPA-телефонов, позволяющего выпускать мобильники по цене около $150.

Как и следовало ожидать, одним из первых среди азиатских операторов за HSDPA ухватился японский NTT DoCoMo, который построил демонстрационную сеть на основе технологии еще в прошлом году и показывал ее возможности участникам барселонской конференции 3GSM 2006. К маю сеть действовала лишь в центре Токио, однако до конца 2007 года она должна покрыть всю страну.

В феврале компания Wataniya Telecom начала коммерческую эксплуатацию в Кувейте HSDPA-сети, созданной Nokia. В принципе, это одна из оптимальных стран для запуска дорогостоящих мобильных сервисов. Население там малочисленное, а нефтедолларов много. Интереснее, что среди пионеров новой технологии оказались филиппинцы. Тамошний оператор Smart Communications в том же феврале анонсировал запуск сети 3G и уже месяц спустя приобщил своих абонентов к радостям HSDPA. Оборудование опять же поставляла Nokia. Филиппины обогнали даже Японию, где коммерческая эксплуатация HSDPA-сети началась только летом.

С мая израильская Orange начала подключать первых корпоративных клиентов к сети 3,5G и приступила к продаже новых модемных карт. Проект осуществлялся на технологической платформе компании Nortel. К концу года HSDPA-сервисы, как ожидается, станут доступными для физических лиц. Примерно в то же время о запуске аналогичного проекта в Южной Корее объявил национальный оператор SK Telecom. Новый сервис был запущен под брэндом «3G+» и позволил предложить абонентам такие услуги, как видео по запросу, многопользовательские игры, доставку MP3-контента и видеоконференцсвязь. Для создания инфраструктуры SK Telecom использовала модификацию HSDPA — HSOPA (High Speed OFDM Packet Access). Оборудование было предоставлено LG-Nortel (совместное предприятие обеих компаний).

В январе о коммерческом запуске HSDPA-сети объявил австрийский оператор A1 mobilkom (национальная «дочка» Vodafone). Продажи соответствующих модемов для ноутбуков предусмотрительно были начаты еще до официального открытия сервиса. Интересно, что абонентам, которые ранее работали с модемами UMTS+EDGE, A1 mobilkom предоставил возможность перейти на HSDPA на льготных условиях. Пока к сети подключены только абоненты, проживающие в Вене и на близлежащих территориях. Покрытие остальной части страны планируется к концу года.

А к выставке CeBIT 2006 оператор Vodafone приурочил запуск HSDPA-сети в Германии. К широкополосным сервисам изначально получили доступ жители Ганновера, Франкфурта, Дюссельдорфа и Мюнхена, однако постепенно планируется охватить всю территорию, покрываемую WCDMA-сетью оператора, где проживает больше 70% населения страны. Проект вышел в коммерческую эксплуатацию под брэндом «UMTS Broadband». На CeBIT Vodafone также продемонстрировал сервисы, которые будут доступны абонентам после запуска второй стадии проекта -Mobile Broadband. Используемое оборудование Ericsson позволяет обеспечить скорость загрузки данных от базовой станции к телефону в 10 Mбит/с. Правда, в настоящее время пропускная способность в сетях Vodafone не превышает 1,6 Мбит/с.

Интерес также вызывают планы Vodafone по интеграции в свои HSDPA-сервисы службы VoIP-телефонии Skype, от которой хочет избавиться ее нынешний владелец eBay. Vodafone намерен купить Skype за $3,4 млрд., потратив на это средства, освобожденные после продажи японского филиала оператора Vodafone K.K.

По завершении сделки Vodafone собирается внедрить Skype в мобильные телефоны и наладить практически бесплатную передачу голосового и видеотрафика по HSDPA-каналу. К концу текущего года новая технология будет доступна почти во всех европейских странах, где Vodafone предоставляет услуги связи. Помимо предоставления абонентам максимально возможного спектра услуг, в компании намерены составить конкуренцию операторам фиксированной связи.

Меж тем в Германии у Vodafone есть серьезный конкурент — компания T-Mobile. Она практически одновременно развернула свою HSDPA-сеть на базе оборудования Nokia. Проект охватил не только Германию, но и Великобританию и Нидерланды.

Еще один вендор HSDPA-оборудования, успевший закончить тестирование к нарастающему буму, — Huawei — тоже закрепился на европейском рынке. Его технологии были использованы оператором мобильной связи Optimus для построения HSDPA-сети, покрывающей Португалию, Азорские острова и Мадейру.

Во Франции HSDPA-проектом занимается оператор Orange France, четыре месяца назад начавший тестовую эксплуатацию сети в Лионе. Пока лионцам предлагается доступ со скоростью 1,8 Мбит/с. Однако после завершения тестирования и запуска сети на территории всей страны во второй половине года скорость может быть повышена до 3,6 Мбит/с. Поставщиком оборудования для проекта стала компания Nortel.

Cingular Wireless, оператор мобильной связи в США, называет себя первой в мире компанией, развернувшей HSDPA-сеть. В коммерческую эксплуатацию сеть была запущена в декабре прошлого года — правда, пока лишь в шестнадцати американских городах.

В свое время Cingular Wireless стал последним из тройки крупнейших американских операторов (Verizone Wireless и Sprint Nextel), кто запустил сеть 3G на базе технологии CDMA EV-DO. Теперь у него есть шанс вернуть утраченные позиции и привлечь на свою сторону наиболее активных абонентов, падких до технологических новшеств. Также HSDPA-решение от Nortel было протестировано еще одним американским оператором EDGE Wireless.

В Канаде коммерческий запуск HSDPA-сети, построенной на оборудовании Ericsson, должен состояться осенью 2006 года. Автор проекта — местный оператор Roger Communications.

В России HSDPA пока не дошел не только до коммерческого использования, но даже до тестирования. Как, в общем-то, и сети 3G. Тем не менее первый шаг в сторону широкополосных мобильных сервисов уже сделан. В мае корпорация Alcatel демонстрировала возможности своего HSDPA-оборудования отечественному оператору мобильной связи «Вымпелком» (торговая марка «Билайн»). Демонстрация проводилась с помощью опционной HSDPA-карты (Option HSDPA Data Card). Был создан беспроводной HSDPA-канал для передачи трафика любого вида, включая потоковое видео, с пропускной способностью 3,6 Мбит/с. Пока же отраслевые решения такого типа поддерживают скорость около 1,8 Мбит/с.

Представители Alcatel подтвердили, что предлагаемое модульное ПО позволит с минимальными затруднениями внедрять сервисы на базе HSDPA/HSUPA по мере готовности местного рынка. Мультистандартные системы беспроводного доступа Alcatel Evolium поддерживают одновременную работу решений GSM/EDGE и 3G на единой аппаратной платформе. Это позволит оператору развивать HSDPA-сети, не отказываясь от предоставления услуг в GSM-диапазоне. Абонентам посоветовали ожидать появления отечественных HSDPA-сетей через пару лет.

Другой отечественный оператор — МТС — уже приступил к тестированию HSDPA-сети. Правда, испытательным полигоном была выбрана не Россия, а Белоруссия. В рамках тестирования, в частности, будет проведена проверка совместимости оборудования нового поколения с уже работающим. Технологическим вендором мероприятия выступила компания Siemens.

HSUPA — технология высокоскоростного пакетного доступа по исходящему каналу — стала очередным шагом в развитии сетей UMTS/WCDMA/HSDPA. В то время как HSDPA расширяет полосу пропускания по входящему каналу, HSUPA позволяет также повысить скорость передачи исходящих данных до 5,76 Мбит/с. Официальные спецификации HSUPA должны появиться в шестой версии стандартов 3GPP, а потому решений, поддерживающих эту технологию, пока мало. Среди «первых ласточек» можно отметить базовые станции NB88x и NB860 от Siemens, которые поддерживали работу с HSUPA в тестовом режиме.

Компания Qualcomm анонсировала свой новый MSM-чипсет (Mobile Station Modem) MSM7200, который предназначен в первую очередь для обеспечения доступа к беспроводным сервисам, требующим передачи больших объемов данных с мобильных терминалов. Qualcomm позиционирует MSM7200 как первое в мире HSUPA-решение. Чипсет поддерживает стандарт MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service), что делает экономически выгодным передачу мультимедийного контента через имеющиеся UMTS-сети.

MSM7200 поддерживает скорость до 7,2 Мбит/с при передаче входящих данных и до 5,76 Мбит/с при исходящем трафике. Чипсет входит в состав платформы Convergence Platform, состоящей из двухъядерных решений с интегрированным процессором обработки приложений ARM11 и процессором модема ARM9. MSM7200 поддерживает различные ОС, тем самым позволяя создавать на основе чипсета смартфоны и КПК, многопользовательские 3D-игры, цифровые фото до 8 Mп, VGA-видео, музыкальные форматы MP3, AAC/AAC Plus, Enhanced AAC Plus, Windows Media Audio, RealAudio, а также позиционные сервисы (с помощью решения gpsOne Assisted-GPS).

А в феврале нынешнего года состоялся первый звонок с мобильника на мобильник с использованием HSUPA: был передан VoIP-трафик и потоковое видео, скорость передачи достигла 1,4 Мбит/с. Nortel обещает выпустить оборудование с поддержкой HSUPA к началу следующего года.