Быстро! Быстрее! Еще быстрее, или Снова о 4G

Итак, что такое 4G? Так называют следующее (за 3G и 2G) поколение сетей сотовой связи, другими словами — новый виток развития мобильной телефонии. Что нам даст четвертое поколение?

Не секрет, что сейчас происходит стремительное развитие вычислительной техники, телекоммуникационного оборудования, Всемирной Паутины, к тому же заметна усиливающаяся интеграция этих составляющих. Пользователи Сети заинтересованы во все более скоростном и вместе с тем недорогом доступе. Развитие средств передачи данных может подарить владельцам "мобилок" новые возможности, а также сделать наконец телефон полноценным средством доступа к Internet. На фоне такого положения вещей и возник проект 4G.

Техника на грани фантастики

Перейдем к техническим деталям. Прежде всего — о планируемой скорости передачи данных. Номинальное значение составляет 100 Mbps — гораздо больше, чем заявленные значения для предшественника — сетей 3G. Зачем нужны такие скорости, будут ли они востребованы? Ответ однозначный: будут! И дело здесь не в голосовой связи — она вполне способна работать и при стандартных для 2G 9,6 Kbps. Массовое использование сервисов наподобие MMS, пересылка больших файлов и нормальное (в смысле интенсивности) применение ресурсов Internet — все это открывает заманчивые перспективы перед будущими пользователями сего чуда техники. Становится возможной передача видео высокого качества и проведение полноценных видеоконференций. Обмен сообщениями практически ничем не будет ограничен — разве только разумными пределами объема.

Пересылку данных планируется осуществлять не коммутацией каналов, как в сетях 2G (TDMA-GSM), или простой коммутацией пакетов, как в случае 2,5 G (GPRS и EDGE) и 3G, а по протоколу IP версии 6 — сокращенно IPv6. Это облегчает работу сетей, особенно если они — различных типов. Поэтому в Японии уделяется много внимания популяризации этого протокола.

Для обеспечения такой гигантской по современным "мобильным" меркам скорости используются частоты 40 и 60 GHz — тоже показатели соответствующие. Задача была ясна, и решили применить испытанный в цифровом вещании прием — технологию мультиплексирования с ортогональным разделением частот OFDM. О ней уже сказано настолько много, что эти понятия даже отождествляют, говоря "4G-OFDM" или "OFDM-4G". Такая методика манипулирования сигналом позволяет значительно "уплотнить" данные без взаимных помех и искажений. Говоря в двух словах, происходит разбиение по частотам с соблюдением ортогональности: максимум каждой несущей волны приходится на тот момент, когда соседние имеют нулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр — не нужны защитные "противоинтерференционные" полосы. Для передачи сигнала применяется модуляция со сдвигом фазы (PSK и ее разновидности), при которой пересылается больше информации за отрезок времени, или квадратно амплитудная (QAM), более современная и позволяющая выжать максимум из пропускной способности канала. Конкретный тип выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается при приеме.

Для уверенного приема и передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую станцию. Но в условиях города таким антеннам в определении правильного направления могут помешать замирания сигнала — его искажения, возникающие в процессе распространения. Здесь выручит еще одна положительная особенность OFDM — стойкость к замираниям (для разных типов модуляции есть свой запас на замирания). Возможна даже работа в условиях отсутствия прямой видимости, что так мешает телефонам стандарта GSM.

Недостатки ODFM — чувствительность к доплеровским искажениям (сдвигам частоты сигнала при движении их источника, величина которых зависит от его скорости) и требовательность к качеству радиокомпонентов.

4G шагает по миру

Сети 3G уже коммерчески используются в США, Японии, Южной Корее, некоторых странах Европы. В Украине пока наблюдают за их развитием, но внедрять не спешат.

Дело в том, что скорость, обещанная создателями технологии мобильных сетей третьего поко-ления (планировалось от 2 до 10 Mbps), в реальной жизни составляет всего от 64 до 384 Kbps (в зависимости от того, загружаете вы данные или передаете). Передаваемое потоковое видео — неважного качества, а голосовая связь осуществляется не с помощью протокола IP, как обещалось вначале, а коммутацией каналов. Также появилась проблема несовместимости стандартов, что не радует будущих пользователей. И хотя голосовая связь в новых сетях будет лучше реализована благодаря расширенной пропускной способности, в отношении передачи данных серьезных подвижек нет. Устранить все эти недостатки намерены создатели сетей 4G.

Пока сети четвертого поколения популярны гораздо меньше, чем третьего, не говоря уже о GSM. Да и капиталовложения в их развертывание должны быть посолиднее. Но старт уже дан. Неудачи конкурента, 3G, подстегнули разработчиков и операторов мобильной связи. Хорошее соотношение затраты/результат — лучший козырь, чем большая распространенность в настоящий момент. А прекрасная интегрируемость оставляет немного шансов конкуренту.

В новом поколении планируется не только увеличение скорости передачи данных в мобильных системах, но и реализация части возможностей существующих беспроводных широкополосных сетей, таких, как IEEE 802.11 (Wi-Fi). Последние имеют общие 4G-черты, но в плане мобильности остаются далеко позади. Сеть Wi-Fi предоставляет пользователю скоростной доступ к ресурсам при сравнительно маленьком радиусе покрытия одной точки доступа — до 100—200 м. Этого хватит, чтобы бороздить просторы Internet в кафе, аэропорту, другом людном месте. Но в результате эксплуатации таких сетей выяснилось, что многим не хватает именно большого покрытия, свойственного сотовым сетям.

Некоторые производители предлагают "скрестить" 4G и беспроводные широкополосные сети. В разных ситуациях можно будет выбирать самые подходящие способы подключения. Но в основном варианте использования 4G Wi-Fi получит грозного конкурента. По нашим данным, в Америке оператор мобильной связи Nextel рассматривает возможность отказаться от 3G в пользу системы 4G компании Flarion, которая вовсю раскручивает свое детище. "…Проверка жизнеспособности 4G охватит 150 базовых станций в крупнейших городах юга", — сообщает Nextel, расширяя область тестирования. Испанская Telefonica не собирается полностью отказываться от внедрения сетей третьего поколения, а только ограничивает масштабы их применения для того, чтобы сконцентрироваться на "прыжке через одно поколение". А глава крупнейшего в Японии сотового оператора NTT DoCoMo Кейдзи Татикава еще раз заявил о том, что его компания намерена активно работать над созданием систем сотовой связи 4G. Потом, правда, японцы признались, что погорячились и не станут списывать свою 3G-сеть, но продолжают параллельно развивать ее конкурента и "убийцу". О начале работ над сетями четвертого поколения в этой компании впервые заговорили весной 2002 г., вскоре после ввода в эксплуатацию в Японии первой в мире сотовой сети 3G. Сначала переход к широкому коммерческому использованию 4G был запланирован на 2010 г., но по мере приближения к этой знаменательной дате появилось маленькое уточнение: введем в 2006 г. Так что ждите!

В Европе тоже внедряют 4G — в Германии и Голландии, хотя и меньшими темпами. Только если в Новом Свете востребованы решения компании Flarion, то здесь отдают предпочтение разработкам IPwireless, что очень удобно в сложившейся обстановке, так как используется задел от внедрения 3G.

В Украине в настоящее время не стоит обольщаться перспективами скорого перехода к 4G. Пока у нас степень приближения даже к 3G очень мала, не говоря уж о "высоких материях" — закономерный прогресс сдерживается как ценовой политикой, так и юридическими тормозами. Отечественные операторы довольствуются эволюционным развитием своих сетей GSM, внедряя GPRS и борясь с уменьшением прибыли в результате снижения тарифов на голосовую связь. Заодно увеличивается пропускная способность оборудования, необходимая для принятия в сеть новых пользователей и повышения качества GPRS. Кстати, вышеупомянутая пакетная передача данных еще имеет неплохие (не по японским, а по украинским меркам) резервы — на Западе испытали ускоренную версию, EDGE, которая при изменении кодировки и улучшении покрытия может повысить производительность сети. В нашей ситуации сейчас возможно лишь сочетание GSM с технологиями Wi-Fi для обеспечения быстрого доступа к Internet хотя бы в "горячих точках". Более масштабные проекты по внедрению 3G и 4G требуют значительных капиталовложений и соответствующей законодательной базы.