Модем 4G LTE WiMAX

4G модеми LTE WiMAX

4G Інтернет

Не встигли вщухнути суперечки між скептиками та оптимістами з приводу розвитку мереж 3G, які закінчилися переважно перемогою останніх, як на порядок денний виходить нова проблематика – 4G . Звикнувши до швидкостей 3G, людська природа не знаходить заспокоєння і прагне кращого, вже не зважаючи на те, які зміни відбулися з приходом бездротових технологій третього покоління. Але навіть скептикам, яких з кожним днем стає все менше і менше, доводиться визнати, наскільки менш гострою стала за невеликий проміжок часу проблема, так званої останньої милі (last mile), тобто доведення телекомунікаційних послуг (зокрема Інтернет) від провайдера до кінцевого споживача. Дорожнеча прокладки кабелю в мегаполісі та абсолютна нерентабельність прокладання його за містом – це те, з чим постійно стикаються провідні оператори зв'язку. Мобільний Інтернет, який долає ці труднощі, так би мовити повітрям (в англ. Технічному так і є - on air), доносить глобальну мережу, включаючи цілі регіони. Дійсно, встановлення однієї базової станції, наприклад CDMA EVDO, може забезпечити підключенням до Інтернету територію в радіусі 25 км. Якщо якихось 3 роки тому про Інтернет у сільській місцевості можна було й не мріяти, то на сьогодні, найчастіше, питання лише у бажанні чи небажанні це зробити. Але крім класичного питання "останньої милі", не менш важливий аспект мобільності, тобто можливості оперативно отримувати інформацію будь-де і будь-коли, і навіть у русі, не пов'язуючи себе з офісом або будинком.

Сучасне ділове життя все більше потребує саме таких можливостей. І все це вже є та активно розвивається, а покриття деяких операторів 3G в Україні вже зараз претендує на статус національного. Однак темпи розвитку телекомунікацій у сучасному світі настільки великі, що все нове і, здавалося, тільки вчора впроваджене в життя людини, вже наступного дня починає відчувати легке дихання в потилицю, а користувачі починають мріяти про краще, на тлі перспектив, що з'являються І це краще не таке вже "прекрасне далеко", як виявляється і називається воно 4G. Абревіатура 4G , позначена в перспективі, зрозуміло, означає 4 Generation, тобто четверте покоління. Звучить багатообіцяюче, тому спробуємо розібратися які переваги несе ця назва, яка приховує нові технології 21-го століття. Говорячи просто, йдеться, звичайно, в першу чергу про швидкості. Для порівняння двох поколінь (3G і 4G) цілком коректно використовувати такі співвідношення, беручи за своєрідний зразок дротові технології. Якщо введення 3G декларувалося як заміна проводового ADSL (3-5 Мбіт/с), то 4G позиціонує себе як аналог виділеної лінії (десятки, сотні Мбіт/с). Природно, що такі швидкості розкривають нові можливості для користувачів і нові сфери застосування бездротового Інтернету. Крім того 4G надаючи більш високі швидкості, але також як його попередник відноситься до мобільної технології, а це означає, що дозволяє використовувати Інтернет переміщаючись в просторі.

На сьогоднішній день існують 2 найбільш відомі і мають вже конкретні плани розвитку технології 4G. Йдеться про найбільш перспективну LTE і, так зване, Mobile WiMax . LTE (Long Term Evolution) просувається групою 3GPP, що поєднує розробників нового бездротового проекту. Теоретично швидкості LTE можуть становити 326,4 Мбіт/с на прийом (download) та 172,8 Мбіт/с на віддачу (upload). Крім швидкості, технологія дозволяє економніше використовувати спектр частот, а це, як відомо, найдорожче, що зараз є в радіозв'язку. Значно знижуючи витрати, 3GPP LTE так само здатна поєднуватися з вже існуючими системами 3G. Для цього вже зараз розробляються конвергентні мультисистемні базові станції та транспортна мережа, що дозволяють керувати, наприклад, мережею 3G HSDPA через LTE. Перші комерційні проекти з впровадження технології намічені на 2010 рік і в них беруть участь такі відомі оператори, як Verizon Wireless (США) та NTT DoCoMo (Японія).

Mobile WiMax , що просувається організацією WiMax Forum, є 4G стандартом, який вже зараз має величезне поширення та комерційне використання в низці країн. Взагалі WiMax заснований на стандарті, зареєстрованому як IEEE 802.16, що передбачає різне використання широкосмугової бездротової мережі, завдяки чому на сьогоднішній день існують мережі WiMax фіксованого та мобільного доступу. Можливості закладені в технологію дозволяють розглядати її як універсальну, що дозволяє реалізовувати різні мережеві проекти. Найбільш перспективною, з комерційної точки зору, є, звичайно, саме WiMax 4G , або мобільний WiMax . Специфікація мобільного варіанту WiMax, що називається IEEE 802.16-2005, була затверджена в 2005 році, відкривши двері у світ 4G, завдяки чому вже зараз у багатьох країнах існують проекти четвертого покоління національного масштабу. Найбільш яскравим прикладом може бути оператор Sprint Wireless у США. Також ціла низка операторів нашого північного сусіда активно взялися за побудову мереж мобільного WiMax і великими темпами розширюють покриття. Однією з переваг 4G WiMax є досить великий діапазон частот, закріплених за ним. На даний момент використовуються частоти 23; 2,5; 3,4 – 3,8 ГГц. Що особливо приємно для України та країн СНД, ці частоти не підпадають під юрисдикцію Міноборони, для потреб якого ще за радянських часів було закріплено частоту 2,1 ГГц, що суттєво гальмує розвиток 3G UMTS. Так само як і LTE WiMax зменшує витрати на побудову мереж, економно займаючи частотний діапазон, збільшуючи шанси оператора на швидке розгортання мережі. Крім того є ціла низка факторів, серед яких спрощена масштабованість, завдяки яким, за відповідної фінансової підтримки, можна в найкоротші терміни побудувати досить велику мережу. Подібні приклади вже існують, найяскравіший із них відбувався в Індонезії після цунамі, коли мережа WiMaх розгорталася для оперативного використання з небаченою швидкістю. Мережа 4G WiMax, так само як і в мобільному зв'язку, будується шляхом розташування базових станцій у прямій видимості один від одного, які здійснюють між собою з'єднання обміну даними на частотах від 10 до 66 ГГц. Швидкість між базовими станціями передбачена в межах до 120 Мбіт/с, якої цілком достатньо для підтримки високих швидкостей на стороні клієнта в умовах високого завантаження. Абонетське обладнання ( 4G модеми ) може працювати з базовими станціями поза прямою видимістю, незважаючи на досить високу несучу частоту.

Мобільний WiMax 4G – бездротовий Інтернет 21 століття

В основі стандарту 4G WiMax Mobile, як і 3GPP LTE, лежать 3 технології, що дозволяють здійснювати високу пропускну здатність. Це по-перше, OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access), або майже російською ортогональний частотно-розділений множинний доступ, що має значно вищі параметри ніж прийнятий в 3G CDMA (або WCDMA). По-друге, давно відомі в теорії інформації турбо-коди, які значно збільшують ефективність використання каналів зв'язку в найскладніших умовах прийому. По-третє, сучасна технологія створення антен MIMO (Multiple Input Multiple Output), що формують випромінювання радіосигналу таким чином, що виділений частотний діапазон має більшу пропускну здатність.

Цілі та обсяги цієї статті не передбачають глибокого аналізу теорії радіозв'язку, проте щоб відвідувачі нашого сайту мали спільні уявлення про переваги мобільного WiMax, постараємося хоча б трохи сконцентрувати увагу на деяких аспектах.

Отже, що таке ортогональне частотно-розділене мультиплексування, чи OFDM доступ. До речі, мобільний WiMax побудований на SOFDMA (Scalable OFDMA) або масштабований OFDMA. У SOFDMA сигнал формується таким чином, що маючи певну смугу пропускання, на одній і тій же частоті формується безліч каналів завдяки так званим ортогональним піднесучим, що не мають один на одного впливу. Завдяки цьому на одній і тій же смузі пропускання, WiMax можна створити на багато більше каналів для передачі інформації, ніж у вже існуючих системах 3G. При цьому, незважаючи на те, що метод поділу називається частотним, насправді у формуванні використовується як частотна, так і тимчасова області, які технологічно в WiMax взаємозамінні. Крім того, застосовується просторово-тимчасове кодування. Говорячи образно, OFDMA має такі переваги перед існуючими широкосмуговими системами (CDMA, WCDMA), як, наприклад, об'ємне зображення перед плоским. Набагато ефективніше використання частотного ресурсу і визначає більшу пропускну здатність стандарту 4G WiMax . Крім того, завдяки SOFDMA набагато ефективніше вирішується проблема, з якою стикається будь-який мобільний оператор. Йдеться про непряме потрапляння сигналу (променя) на абонентську станцію (3G або 4G модем ), що особливо актуально у міській забудові. В результаті, на мобільний пристрій можуть приходити сигнали (промені), відбиті від різних перешкод, протифазі, спрощено можна сказати, що мінус накладається на плюс. Тому може відбуватися те, з чим стикався кожен власник мобільного телефону або 3G модему, коли при практично нормальному сигналі раптом починає щось булькати в трубці, або сигнал починає "стрибати". Такий же ефект, але що стосується вже тимчасової області відбувається при переміщенні мобільного об'єкта в просторі і чим вища швидкість, тим він відчутніший. У мобільному WiMax такі труднощі, які називаються технічно правильно частотними і тимчасовими завмираннями, зведені до мінімуму. Зокрема, швидкість пересування мобільного абонента передбачена в стандарті до 120 км/год.

Торкнемося трохи теми згаданих турбо-кодів. Швидше за все, мало хто здогадується, що коли ви спілкуєтеся по мобільному телефону, то в слухавці чуєте аж ніяк не голос свого співрозмовника, хоча він справді дуже схожий на нього. Звучить досить дивно та загадково, але це насправді так. Насправді, в динаміці чути не вашого співрозмовника, а передбачуваний, на основі передбачення відновлений і сформований голосовий сигнал. Інакше кажучи, не його мова, а потенційний, можливий її варіант. Не лякайтеся, але це вже реальність нашого життя, оскільки весь цифровий зв'язок побудований на теорії ймовірності. Процес кодування сигналу на передавальному пристрої вимагає подальшого його декодування (розкодування) і перетворення або в мову, або в зображення, яке користувач бачить, відкриваючи сторінку в Інтернеті. Але проблема полягає в тому, що через перешкоди (шуму) сигнал отриманий на вході приймального пристрою (нехай це буде 4G модем) значно відрізняється від свого оригіналу, тобто сигналу, який йшов з передавача. Відновити сигнал у його первозданному вигляді можна тільки завдяки певним методам передбачення. Відновлення методом передбачення, можна образно уявити, якби ви отримали листа, в якому в словах був відсутній або початок, або середина, або закінчення, або були переставлені місцями літери. Шляхом припущення того, які це слова і про що йдеться в листі ви його звичайно прочитали. Для того, щоб таку ж роботу робили, наприклад 4G модеми , застосовуються коди, що виправляють помилки, що виникли при передачі. Кожен зашумлений канал зв'язку, залежно від зашумленості (співвідношення сигнал/шум), характеризується максимальною максимальною швидкістю передачі інформації, при якій ще можливо цю інформацію відновити. Завдання, яке стоїть перед системою цифрового зв'язку - максимально наблизитися до цієї теоретично можливої швидкості (межа Шеннона). Турбо-коди, що застосовуються в WiMax, якраз і дозволяють найближче підійти до межі Шеннона. Для користувача, що підключає до ноутбука 4G модем WiMax , це буде означати більш стійку і більш високу швидкість в умовах слабкого сигналу.

Залишилося торкнутися теми антенних систем MIMO (Multiple Input Multiple Output). Переклад назви звучить як "Множинний вхід - множинний вихід". Що означає це нововведення в такій, здавалося б, консервативної області як антени можна зрозуміти, якщо скористатися аналогією з дорожнім рухом. У MIMO як передача радіосигналу, і прийом здійснюється кількома антенами. Відповідно, коли ви маєте не одну автомобільну дорогу, а кілька, то набагато простіше розвантажити потоки, шляхом комбінування їх пропускної спроможності, тобто направляючи рухи тими магістралями, які менш завантажені, тим більш рівномірно розподіляти завантаження мережі. Крім цього, в MIMO застосовується повторна передача того самого інформаційного потоку, в результаті створюється можливість отримати більш достовірну “версію”. Так само застосовується так званий "вибір антени", тобто вибирається та, наприклад, антена, що передає, яка, виходячи з наявної інформації про приймач (4G модем) зможе краще донести до нього інформаційний сигнал. Реалізація на практиці трьох вищезгаданих технічних ідей робить реальним Інтернет 4G , зі швидкостями, які не завжди доступні користувачам кабельних технологій.

4G модеми

Мобільний Інтернет 4G WiMax виявився технологією, яку швидко сприйняли в багатьох країнах. Причому інтерес до неї виявився більшим, ніж до реалізації 3G. Це, звичайно, пов'язано з певним скепсисом, який був присутній, коли 3G почав існувати. Першим, як кажуть, завжди важче. Тому всі ті телекомунікаційні компанії, які з низки причин, зокрема психологічних, вже “пропустили” епоху 3G, тепер щосили намагаються не відстати в 4G, отримавши впевненість у перспективі бездротового доступу, як основного виду зв'язку майбутнього. В результаті, 4G модеми випускаються різними компаніями, в тому числі і тими, яких ще недавно ніяк не можна було зарахувати до виробників модемного обладнання. Основними розробниками клієнтського обладнання для мобільного WiMax зараз є компанії зі світовими іменами, такі як Alcatel, Green Packet, Huawei, ZTE. Традиційно, WiMax модеми в основному, подібно до модемів EVDO, що використовуються в США, налаштовуються на мережу оператора програмним шляхом, тобто не використовують SIM карту. Як і пристрої попереднього покоління, ці 4G модеми можна розділити на такі категорії:

1. USB модеми WiMax
2. PCMCIA або ExpressCard модеми WiMax
3. Вбудовані модеми WiMax
4. Стаціонарні (Indoor) модеми
5. 4G WiMax модеми для зовнішньої установки
6. 4G/3G/2G пристрої WiMax

З вищезгаданих, звичайно ж, найбільш популярними і розповсюдженими є, звичайно ж, 4G модеми USB . По-перше, завдяки компактності, яка дозволяє отримувати справді мобільну послугу високошвидкісного Інтернету. По-друге, такий 4G модем просто універсальний, оскільки USB порт є у всіх комп'ютерах. Ну і, по-третє, вартість таких пристроїв досить невисока, і в той же час у більшості випадків такого модему (USB Doungle) цілком достатньо, щоб отримувати сервіс на хорошому рівні. Більшість сучасних, що підключаються через USB модемів WiMax, мають вбудоване програмне забезпечення, що автоінсталюється при підключенні до ПК.