№ 4 (59) 2011

Василий ТКАЧЕНКО

Мы живем в очередную эпоху перемен. В развитых странах абонентская емкость сетей мобильной связи второго поколения (GSM и CDMA) достигла насыщения, превысив количество жителей, и больше увеличиваться не будет; в то же время трафик данных в мобильных сетях по объему обошел голосовой и продолжает расти. Спрос на все более высокие скорости мобильного доступа подогревается, в том числе, появлением дешевых и производительных смартфонов, планшетных компьютеров и других пользовательских устройств, а также требовательных к пропускной способности приложений, таких как потоковое HD-видео (а в перспективе — и 3D). Люди привыкают к скоростному мобильному Интернету — он становится таким же обыденным делом, как в свое время фиксированный.

Из технологий «почти четвертого» поколения (мобильный WiMAX и LTE), теоретически обеспечивающих передачу данных в направлении абонента со скоростью 100 Мбит/c и выше, позиции LTE многие эксперты считают более предпочтительными. LTE — преемник технологий мобильной связи GSM и UMTS, а потому естественный выбор сотовых компаний. Более того, о намерении внедрять эту технологию заявляют и WiMAX-операторы (например, российская Yota и американская Clearwire). Хотя ни LTE, ни WiMAX не отвечают всем критериям IMT-Advanced, т.е. систем мобильной связи четвертого поколения, операторы в своих маркетинговых компаниях упорно обозначают их как «4G» (кроме японской NTT DoCoMo, которая то ли решила, что такие уловки недостойны самураев, то ли посчитала, что на технически подкованных японцев они все равно не подействуют).

Спустя почти два года после запуска первой коммерческой сети LTE уже можно посмотреть на первые результаты и динамику продвижения технологии по планете.

Цифры и факты

Пятнадцатое декабря 2009 года — красный день LTE-календаря. Именно тогда оператором TeliaSonera была введена в эксплуатацию первая коммерческая LTE-сеть в Стокгольме и Осло. Сегодня компания обслуживает абонентов во всех четырех скандинавских и трех балтийских странах. Сколько этих абонентов на сегодняшний день, неизвестно, но по состоянию на февраль 2011 года их было всего несколько тысяч.

Следом за TeliaSonera двинулись и другие, причем вторая и третья сети неожиданно были развернуты в Узбекистане — операторами Ucell и «МТС Узбекистан» (как у них обстоят дела сейчас, тоже неизвестно: на сайтах обеих компаний сведений об услугах LTE обнаружить не удалось). Зато неплохие успехи у США — там первую сеть LTE построил оператор MetroPCS, который решил миновать этап 3G, при этом сделав ставку на безлимитные тарифные планы и относительно недорогой смартфон Samsung Craft ($300). Второй американский оператор, Verizon Wireless, проводит агрессивный маркетинг услуг LTE, намереваясь к концу 2013 года охватить территорию с населением 285 млн. человек. Пока что по итогам I квартала 2011 года он набрал 500 тыс. абонентов LTE (из них половина пользуются смартфонами HTC Thunderbolt, хотя начинал оператор с USB-модемов).

В целом количество абонентов, которые пользуются услугами LTE, в первой половине 2011 года аналитическая служба Worls Cellular Information Service оценивала в 1,2 млн. человек. К концу года, по разным оценкам, услугами сетей LTE в мире будут пользоваться от 4 до 16 млн. абонентов — по-видимому, разброс вызван разницей в прогнозах роста абонентской базы крупных операторов, прежде всего Verizon, и выхода на рынок новых игроков.

По состоянию на конец августа 2011 года в мире работали 26 национальных сетей LTE, развернутых в 18 странах (таблица 1). По данным Всемирной ассоциации поставщиков оборудования для мобильных сетей (Global mobile Suppliers Association — GSA), к концу 2012 года в коммерческой эксплуатации будут находиться 93 сети. Еще 237 операторов вкладывают средства в развитие направления LTE, из них 174 уже объявили о намерениях строить такие сети и еще 63 проводят или провели испытания (в их числе и «МТС Украина»). Более того, эти цифры могут еще возрасти, поскольку в предыдущих отчетах GSA последовательно увеличивала прогнозные показатели.

Сопоставив количество заявлений от операторов о намерении строить сети с использованием LTE и разновидностей HSPA (HSDPA, HSUPA и HSPA+) в течение 6 и 12 месяцев с момента запуска первой сети, ассоциация назвала LTE наиболее динамично развивающейся технологией мобильной связи (до этого пальма первенства принадлежала HSDPA). За первые 12 месяцев количество операторов, строящих сети LTE или проводящих испытания, увеличилось более чем на 140%.

Что касается дальнейшего развития, то аналитические агентства дают разные прогнозные оценки, но не сомневаются, что через пять лет абонентская база сетей LTE по всему миру будет измеряться сотнями миллионов человек. По прогнозу, озвученному в прошлом году исследовательской фирмой Maravedis, к 2015 году количество абонентов LTE в мире превысит 200 млн. Согласно более свежему обзору от InStat, вышедшему в июле этого года, в 2014 году их будет 150 млн., причем основным движителем агентство считает рынок США, где к 2014 году будет больше абонентов LTE, чем в Европе и Азии вместе взятых. В то же время, по мнению компании Pyramid Research, больше всего потребителей к концу 2014 года будет как раз в Азиатско-Тихоокеанском регионе (АТР), где к концу 2016 года абонентская база достигнет 238 млн. человек. Наконец GSM Association прогнозирует, что к концу 2015 года в мире будет насчитываться 300 млн. пользователей LTE в 55 странах, из них почти половина (126 млн.) — в АТР, где крупнейшими рынками станут Китай и Япония.

Китайский путь

Все развернутые на сегодняшний момент сети LTE используют разновидность этой технологии с частотным мультиплексированием (FD-LTE). Между тем уже на подходе LTE с временным мультиплексированием (TD-LTE) — разработка китайского оператора China Mobile. В отличие от FD-LTE, где данные  в сторону абонента и от него передаются по двум разным радиоканалам, в TD-LTE для передачи и приема поочередно используется один и тот же канал. Из-за этого TD-LTE в целом занимает больше выделенного спектра для передачи сигнализации, и в частности — менее эффективна при обслуживании приложений, генерирующих симметричный трафик (таких как голосовая и видеотелефония). Зато эта технология позволяет более гибко управлять соотношением скоростей к абоненту и от него, что важно, например, при веб-серфинге, скачивании фильмов (когда входящий трафик значительно превышает исходящий), а также при загрузке пользовательского контента (когда справедливо обратное).

На данный момент тестирование TD-LTE провели или проводят по меньшей мере 20 операторов в 16 странах, причем не только в Юго-Восточной Азии, но и в Европе и Америке. В Китае China Mobile проводит масштабные испытания своего детища, строя тестовые сети в шести городах и демонстрационную зону в Пекине — для этой цели китайское министерство промышленности и информационных технологий отобрало пять поставщиков оборудования, каждый из которых должен предоставить по 200 базовых станций. Оператор планировал завершить строительство к сентябрю нынешнего года, всего же испытания продлятся до конца следующего. А тем временем China Mobile с помощью TD-LTE уже обеспечила связью несколько спортивных мероприятий, таких как Азиатские игры (Гуньчжоу, ноябрь 2010 года) и Летняя универсиада (Шэньчжень, август 2011 года). Поставщиком оборудования в обоих случаях выступила Huawei.

Провели испытания TD-LTE и индийские операторы Aircell (на оборудовании Nokia Siemens Networks) и Reliance Industries (на оборудовании Ericsson). Что примечательно, хотя дальше тестов дело пока не пошло. Проявляют интерес и европейские операторы: испытания прошли в Германии, Франции и Ирландии, а в апреле этого года китайский производитель ZTE заключил контракт на поставку оборудования шведскому оператору Hi3G, который намерен построить двухрежимные сети TDD/FDD в Швеции и Дании.

Волшебное слово «рефарминг»

Как можно видеть из таблицы 1, большинство действующих сетей используют три частотных диапазона: 800 МГц, 1,8 ГГц и 2,6 ГГц. Опрос 150 мобильных операторов и 50 национальных регуляторов, результаты которого были опубликован агентством Informa Telecoms & Media в мае этого года, выявил восемь самых популярных полос для начального развертывания сетей LTE: 700-800 МГц, 1,8-2,1 ГГц и 2,5-2,6 ГГц. Более половины операторов объявили о намерении начать построение сетей в полосе 2,6 ГГц (2500-2690 МГц), в которой в свое время были развернуты первые в мире LTE-сети в Скандинавии. Этот диапазон еще в 2000 году был определен Международным Союзом Электросвязи для использования операторами наземной мобильной связи. Хотя в полосе 2,6 ГГц работают и другие службы (спутниковые, наземного вещания и т.д.), а в некоторых странах его используют военные, в целом этот диапазон остается относительно свободным и доступным. Кроме того, он имеет важные чисто технические преимущества. Более короткие (по сравнению с другими диапазонами) волны не годятся для покрытия больших территорий и сильнее поглощаются стенами зданий. С другой стороны, именно благодаря ограниченной зоне распространения волн, а также более широкой доступной полосе, обеспечивающей бóльшую пропускную способность, диапазон удобен для построения сетей в городах, организации хот-спотов и внутридомового покрытия (фемтосоты). Поскольку это равнозначно охвату наиболее «денежных» клиентов, полоса 2,6 ГГц оказывается особенно удобной для начального развертывания сетей LTE.

Для продвижения LTE в регионы полоса 2,6 ГГц не подходит — нужны более низкие частоты, обеспечивающие бóльшую зону охвата. В мае 2010 года Европейская комиссия утвердила Решение о гармонизации технических условий использования диапазона 800 МГц (790-862 МГц) для построения сетей наземной связи на территории Евросоюза. Диапазон 800 МГц — т.н. «цифровой дивиденд» — ранее использовался системами аналогового телевещания и должен быть освобожден к концу 2012 года, когда Европа полностью перейдет на цифровое телевидение. Рефарминг (замена используемой на данных частотах радиотехнологии) диапазона 800 МГц позволит решить проблему покрытия с меньшими капиталовложениями в инфраструктуру, а идеальным вариантом представляется сочетание высокочастотного (для городов) и низкочастотного (для сельской местности) диапазонов.

Уже состоялись два аукциона по продаже лицензий на частоты в «цифровом дивиденде». В Германии его приобрели три оператора — Deutsche Telekom, O2 и Vodafone. Одним из условий конкурса было развертывание сетей LTE в малых городах и общинах, где широкополосный доступ слабо развит — начиная с муниципалитетов с населением до 5 тыс. человек. К началу 2016 года широкополосным доступом должно быть охвачено 90% жителей этих населенных пунктов. В Швеции на похожих условиях приобрел лицензию оператор Net4Mobility — совместное предприятие Telenor и Tele2.

Еще одно возможное направление — использование частотных диапазонов 900 МГц и 1800 МГц, в которых ныне работают сети GSM. В мае 2010 года Еврокомиссия утвердила поправку к техническим правилам гармонизации этих диапазонов, разрешив задействовать их для построения сетей LTE и WiMAX при условии защиты других систем, которые уже работают на этих частотах (для защиты установлено расстояние в 200 кГц между границами полос GSM и LTE).

Особенно перспективным представляется диапазон 1800 МГц, объединяющий, как говорят американцы, лучшее из двух миров: он обеспечивает почти вдвое бóльшую зону покрытия, чем 2,6 ГГц, и в то же время имеет достаточно свободных частот, так как обычно не фрагментирован и задействован лишь частично (например, по данным GSA, во Франции, Германии, Великобритании и еще в ряде стран ЕС 60% этого спектра доступно для выделения операторам полосами по 10 МГц и больше). На данный момент в диапазоне 1800 МГц уже работают несколько сетей, первая из которых была запущена в сентябре 2010 года польскими операторами Mobyland и CenterNet. Поскольку же в Евросоюзе действует норма о технологической нейтральности, теоретически LTE можно внедрять и на основе существующей сети GSM или UMTS путем модернизации базовых станций, в частности, используя уже работающие антенны UMTS-2100 и GSM-1800, или же устанавливать многофункциональные базовые станции (GSM/LTE).

Оборудование

Именно на таких многофункциональных базовых станциях основаны LTE-решения, предлагаемые производителями оборудования. Это позволяет строить как «наложенную» сеть LTE, так и модернизировать существующую мобильную сеть с прицелом на LTE.

В частности, базовые станции Flexi Multiradio разработки Nokia Siemens Networks могут одновременно работать в сетях GSM, 3G и LTE.

Решение Huawei SingleRan, в основе которого лежат базовые станции серии BTS3900 (в вариантах для внутреннего и внешнего монтажа, а также в компактной компоновке), помимо LTE, поддерживает GSM, UMTS, CDMA и WiMAX.

Базовые станции Ericsson семейства RBS 6000 поддерживают LTE, GSM и WCDMA.

Решение для радиосети Alcatel-Lucent может взаимодействовать с GSM, WCDMA и его китайской альтернативой TD-SCDMA. Кроме того, весной компания представила сверхминиатюрные (размером с кубик Рубика) базовые станции LightRadio (рис. 1), также способные передавать и принимать сигналы сетей 2G и 3G. В устройстве совмещены антенная решетка, диплексор, радиопередатчик и усилитель; при этом функции самой базовой станции вынесены в сеть — «операторское облако».

Ключевым фактором быстрого развития сетей LTE эксперты считают появление разнообразных терминальных устройств, в том числе смартфонов. Пользовательское оборудование LTE выпускают ряд компаний, среди которых — Cisco, Ericsson, LG, HTC, Samsung, Huawei, ZTE, HP и др. Еще год назад именно отсутствие терминалов называли одним из главных препятствий на пути LTE. В июле GSA насчитала свыше 160 различных устройств, которые уже имеются в продаже (рис. 2).

Как и следовало ожидать, среди них преобладают маршрутизаторы и USB-модемы (соответственно 39 и 26%), а также LTE-модули (18%). Около 6% представленных на рынке устройств — это ноутбуки со встроенными LTE-модулями; по 5% набрали смартфоны и планшетные компьютеры, и всего 1% (2 модели) — LTE-карты для ПК. При этом, по оценкам аналитической компании ABI Research, к концу 2014 года основную долю пользовательских устройств (72%) составят мобильные терминалы — смартфоны и планшеты.

Если модемы и карты принципиально от аналогичных 3G-устройств не отличаются (само собой, помимо более высоких скоростей), то смартфоны в качестве «запасного» стандарта поддерживают уже не 2G, а третье поколение мобильной связи. Пока все существующие семь моделей (HTC Thunferbolt, LG VS910 Revolution, Motorola Droid Bionic и др.) предназначены для американского рынка (большинство — для Verizon), а потому работают в диапазоне 700 МГц и поддерживают CDMA/EV-DO. Хотя где-то в следующем году ожидается телефон ZTE V5L, который работает в трех «европейских» диапазонах и как второй стандарт использует UMTS.

Несите ваши денежки

Услуги доступа по LTE у ведущих операторов варьируются по цене, а у многих тарифы отличаются как по объему включенного трафика, так и по скорости передачи данных (таблица 2).

Например, в сетях TeliaSonera стоимость тарифных планов с наибольшей скоростью (80 Гбит/c) и самым большим объемом трафика (30 ГБ) достигает 55 евро, но цена в расчете на гигабайт трафика невысока: менее 2 евро. У Vodafone цены повыше: пакет на 10 ГБ со скоростью к абоненту до 7,2 Мбит/c обойдется в 40 евро, на 30 ГБ со скоростью до 50 Мбит/с — в 70 евро, что составляет 4-5 евро за гигабайт. Особняком стоит Verizon Wireless с достаточно высокими ценами: пакет на 2 ГБ трафика при скорости к абоненту 5-12 Мбит/c и от абонента 2-5 Мбит/с стоит $30, на 10 ГБ — $80.

Цены довольно высокие — выше, чем за услуги 3G. Но если исходить из стоимости гигабайта трафика, то по сравнению с предложениями 3G-операторов, даже украинских, — не такие уж заоблачные. Это обусловлено тем, что в тарифные планы 3G редко включаются большие объемы трафика. Например, при выборе пакета «3G Турбо 300» компании «Интертелеком» (5 ГБ в месяц 300 грн.) каждый гигабайт трафика обойдется в 5,1 евро, а в пакете «Безлимитный» от «МТС-Украина» (10 ГБ в месяц за 200 грн.) стоимость гигабайта данных получается примерно 1,7 евро. Кроме того, стоит отметить, что безлимитные планы относительно редки, но даже и таковые имеют верхнюю границу потребленного трафика, после превышения которой либо снижается скорость, либо дополнительные объемы оплачиваются отдельно. Например, в сети Verizon каждый гигабайт сверх лимита обойдется в $10.

Поговорим по LTE

Хотя LTE сейчас используется преимущественно для доступа в Интернет, он вряд ли останется единственной услугой, предоставляемой в этих сетях. Несмотря на рост трафика данных, основной доход операторы по-прежнему получают от телефонии, поэтому для них критически важно сохранить возможность передачи голоса и SMS, и если для планшетов эта функция не обязательна, то смартфон — это «умный телефон», а кому нужен телефон, по которому нельзя говорить? Проблема в том, что LTE, будучи технологией «All-IP», передачу голоса не поддерживает, хотя теоретически благодаря малым задержкам и высоким скоростям способна обеспечить качество речи на уровне коммутируемых соединений или даже выше. Проблема поддержки услуг телефонии в LTE решается несколькими способами, один из которых — «отход к коммутации каналов» (Circuit-Switch Fallback — CSFB) — состоит в том, что для передачи голоса используется существующая сеть 2G или 3G. Этот способ применяют американские Verizon и MetroPCS (сейчас голосовые звонки обрабатываются их CDMA-сетями), о намерении идти этим путем (в качестве временной меры), в частности, заявила японская NTT DoCoMo. Однако этот метод имеет ряд недостатков, среди которых — дополнительная задержка при установлении соединения и переключении терминала в режим 2G/3G, невозможность сохранять сеанс передачи данных при голосовом вызове и дополнительная сигнальная нагрузка, не говоря уже о том, что «отходить» станет некуда, если операторы начнут сворачивать сети второго поколения. А это произойдет неизбежно: конечно, можно поддерживать отдельно сеть для данных и сеть для голоса, но это накладно, к тому же теряется весь смысл LTE — переход к максимально упрощенной архитектуре для всех услуг.

Технологию передачи голоса внутри сети LTE (VoLTE) на основе IMS разработала GSM-Ассоциация (GSMA). Пока VoLTE реально нигде не реализована, хотя намерение ее внедрять высказали ряд операторов. Проблема VoLTE в том, что эту технологию имеет смысл вводить только при наличии обширного покрытия и многочисленной абонентской базы. К примеру, Verizon демонстрировал голосовые вызовы по LTE на выставке World Mobile Congress в феврале 2011 года, но ввести услугу обещает только в конце следующего (причем после запуска VoLTE передача речи между LTE и CDMA поддерживаться не будет). Deutsche Telecom, до этого бывший главным сторонником еще одного решения под названием VoLGA («голос по LTE через сеть общего доступа», т.е. инкапсуляция и передача голосовых сессий в потоке данных), также перешел в лагерь VoLTE.

Если говорить о видеотелефонии, то здесь успехи тоже пока довольно скромные. О намерении ввести эту услугу заявляли, в частности, Verizon и SK Telekom: по заявлению последнего, увеличение скорости передачи сигнала с 64 кбит/с до 500 кбит/с позволит повысить качество картинки в восемь раз, а качество звука — вдвое по сравнению с аналогичной услугой, которую компания предоставляет в своей сети 3G. Кроме того, различными компаниями проводятся испытания технологии — например, Verizon в феврале тестировал как голосовую, так и видеосвязь, а совсем недавно (в августе) пробный видеозвонок был совершен в тестовой сети China Mobile в Шанхае на оборудовании Alcatel-Lucent.

Меняем медь на воздух

Еще одно интересное применение LTE — замена линий фиксированного доступа (DSL). В частности, этим занимается в Швеции оператор Tele2, который предлагает абонентам подключение со скоростью 80 Мбит/с за 499 шведских крон, что эквивалентно 55 евро (в первые 12 месяцев — 299 крон). DSL-подключение у другого оператора — Telia — со скоростью 12-24 Мбит/с стоит на 150 крон дешевле, но аналитики полагают, что если Tele2 не будет выставлять абонентам полную цену после первого года, конкуренция вполне реальна.

В августе 2011 года о намерении перевести 4 млн. своих абонентов DSL в Германии на LTE заявил Vodafone. По словам президента компании Фридриха Йоссена, это связано с высоким тарифом, который Vodafone платит Deutsche Telekom за пользование его линиями фиксированного доступа (500 млн. евро в год), тогда как LTE обладает «достаточной пропускной способностью» и сможет заменить DSL. Чтобы убедить пользователей перейти на LTE, Vodafone предположительно будет предлагать какие-то привлекательные тарифные планы или пакеты услуг; те, кто переходить не пожелают, вероятно, будут переданы какому-нибудь другому DSL-провайдеру.

В США Verizon устами своего исполнительного вице-президента Дэвида Линча также объявил о намерении предоставлять услуги беспроводного фиксированного доступа, по-видимому, нацеливаясь и на абонентскую базу провайдеров DSL. Хотя за счет чего компания надеется убедить население переходить на LTE, не до конца понятно, учитывая достаточно высокие цены в сети Verizon и относительно небольшой объем включенного трафика (5-10 ГБ). С другой стороны, мобильные операторы объективно вынуждены ограничивать объемы передаваемых данных, заложенные в тарифных планах, иначе сеть просто не выдержит — тем более, если они надеются на массовый наплыв абонентов, привыкших к раздолью безлимитного DSL-доступа. Так что, даже несмотря на более высокие скорости, LTE вряд ли существенно потеснит провода.

Планета под названием «Украина»

Когда смотришь, как LTE шагает по планете, становится грустно и завидно. В Украине по-прежнему все сложно не только с LTE, но и с UMTS, продажа лицензий на который до сих пор не состоялась. Между тем интерес к LTE у украинских компаний есть: например, директор по развитию бизнеса на массовом рынке компании «Киевстар» Виталий Ворожбит упоминал о готовности строить сеть LTE, задействовав, в том числе, и частоты, полученные после объединения с Beeline, а «МТС-Украина» даже намеревалась проводить испытания. Все упирается в отсутствие закона о технологической нейтральности, который «отвязал» бы частотные присвоения от радиотехнологий — тогда мобильные операторы смогли бы развивать LTE в диапазонах 900 МГц и 1800 МГц, как это делается в цивилизованном мире.

Правда, один пригодный для LTE диапазон — 2,6 ГГц — внезапно стал доступен в мае, когда Кабмин своим постановлением добавил эту технологию в План использования радиочастотного ресурса. Но основным владельцем диапазона 2,6 ГГц является компания «ММДС-Украина», которая, по мнению экспертов, заниматься LTE не станет. До этого «ММДС-Украина» уже пыталась создать на этих частотах сеть WiMAX, но проект был заморожен из-за кризиса.

Со всеми этими затяжками и проволочками мы рискуем дождаться, когда в мире начнут внедрять LTE-Advanced, официально получившую статус технологии 4G в конце прошлого года. Испытания «настоящего 4G» уже идут полным ходом: передачу данных с помощью LTEAdvanced уже продемонстрировали Ericsson (с использованием все той же базовой станции RBS 6000) и Исследовательский институт электроники и телекоммуникаций Республики Корея, где была достигнута скорость в направлении к абоненту 600 Мбит/с. Начало коммерческого внедрения технологии ожидается в 2014-2015 годах. Как знать — может, к тому времени и догоним.

Василий ТКАЧЕНКО,

СиБ

№ 4 (сентябрь) 2011