4G модемы LTE WiMAX

                                                                                             4G модемы LTE WiMAX

4G Интернет

Не успели утихнуть споры между скептиками и оптимистами по поводу развития сетей 3G, закончившиеся в основном победой последних, как на повестку дня выходит новая проблематика – 4G. Привыкнув к скоростям 3G, человеческая природа не находит успокоения и стремится к лучшему, уже не обращая внимание на то какие изменения произошли с приходом беспроводных технологий третьего поколения. Но даже скептикам, которых с каждым днём становится всё меньше и меньше, приходится признать, насколько менее острой стала за небольшой промежуток времени проблема, так называемой “последней мили” (last mile), т. е. доведения телекоммуникационных услуг (в частности Интернет) от провайдера до конечного потребителя. Дороговизна прокладки кабеля в мегаполисе и абсолютная нерентабельность прокладки его за городом – это то, с чем постоянно сталкиваются проводные операторы связи. Мобильный Интернет, преодолевающий эти трудности, так сказать по воздуху (в англ. техническом так и есть – on air), доносит глобальную Сеть, подключая целые регионы. Действительно, установка одной базовой станции, к примеру CDMA EVDO, в состоянии обеспечить подключением к Интернету территорию в радиусе 25 км. Если каких нибудь 3 года назад об Интернете в сельской местности можно было и не мечтать, то на сегодня, зачастую, вопрос только в желании или нежелании это сделать. Но кроме классического вопроса “последней мили”, не менее важен аспект мобильности, т. е. возможности оперативно получать информацию где угодно и когда угодно, и даже в движении, не связывая себя с офисом или домом.

Современная деловая жизнь всё больше требует именно таких возможностей. И всё это уже есть и активно развивается, а покрытие некоторых операторов 3G в Украине уже сейчас претендует на статус национального. Однако темпы развития телекоммуникаций в современном мире настолько велики, что всё новое и, казалось, только вчера внедрённое в жизнь человека, уже на следующий день начинает испытывать лёгкое дыхание в затылок, а пользователи начинают мечтать о лучшем, на фоне появляющихся перспектив И это лучшее не такое уже “прекрасное далёко”, как оказывается и именуется оно 4G. Аббревиатура 4G, обозначенная в перспективе, разумеется, означает 4 Generation, т. е. четвёртое поколение. Звучит многообещающе, поэтому попробуем разобраться какие преимущества несёт это название, скрывающее в себе новые технологии 21-го века. Говоря по простому, речь идет, конечно, в первую очередь о скоростях. Для сравнения двух поколений (3G и 4G) вполне корректно использовать следующие соотношения, беря за своеобразный эталон проводные технологии. Если введение 3G декларировалось как замена проводному ADSL (3-5 Мбит/с), то 4G позиционирует себя как аналог выделенной линии (десятки, сотни Мбит/с). Естественно, что такие скорости раскрывают новые возможности для пользователей и соответственно новые сферы применения беспроводного Интернета. Кроме того 4G предоставляя более высокие скорости, но также как его предшественник относится к мобильной технологии, а это значит позволяет использовать Интернет перемещаясь в пространстве.

На сегодняшний день существуют 2 наиболее известные и имеющие уже конкретные планы развития технологии 4G. Речь идёт о наиболее перспективной LTE и, так называемом, Mobile WiMax. LTE (Long Term Evolution) продвигается группой 3GPP, объединяющей разработчиков нового беспроводного проекта. Теоритически скорости LTE могут составлять 326,4 Мбит/с на приём (download) и 172,8 Мбит/с на отдачу (upload). Кроме скорости технология позволяет экономней использовать спектр частот, а это, как известно, самое дорогое, что сейчас есть в радиосвязи. Значительно снижая затраты, 3GPP LTE так же способна объединяться с уже существующими системами 3G. Для этого уже сейчас разрабатываются конвергентные мультисистемные базовые станции и транспортная сеть, позволяющие управлять, к примеру, сетью 3G HSDPA сквозь LTE. Первые коммерческие проекты по внедрению технологии намечены на 2010 год и в них участвуют такие известные операторы, как Verizon Wireless (США) и NTT DoCoMo (Япония).

Mobile WiMax, продвигаемый организацией WiMax Forum, является 4G стандартом, который уже сейчас имеет огромное распространение и коммерческое использование в целом ряде стран. Вообще WiMax основан на стандарте, зарегистрированном как IEEE 802.16, предпологающем различное использование широкополосной беспроводной сети, благодаря чему на сегодняшний день существуют сети WiMax фиксированного и мобильного доступа. Возможности заложенные в технологию позволяют рассматривать её как универсальную, позволяющую реализовывать самые различные сетевые проекты. Наиболее многообещающей, с коммерческой точки зрения, является, конечно, именноWiMax 4G, или же мобильный WiMax. Спецификация мобильного варианта WiMax, именуемая как IEEE 802.16-2005, была утверждена в 2005 году, открыв двери в мир 4G, благодаря чему уже сейчас во многих странах существуют проекты четвёртого поколения национального масштаба. Наиболее ярким примером может служить оператор Sprint Wireless в США. Так же целый ряд операторов нашего северного соседа активно взялись за построение сетей мобильного WiMax и большими темпами расширяют покрытие. Одним из преимуществ 4G WiMax является достаточно большой диапазон частот, закреплённых за ним. На данный момент используются частоты 2,3; 2,5; 3,4 – 3,8 ГГц. Что особенно приятно для Украины и стран СНГ, эти частоты не попадают под юрисдикцию Минобороны, для нужд котрого ещё в советские времена была была закреплена частота 2,1 ГГц, что существенно тормозит развитие 3G UMTS. Так же как и LTE WiMax умньшает затраты на построение сетей, экономно занимая частотный диапазон, увеличивая шансы оператора на быстрое развёртывание сети. Кроме того есть целый ряд факторов, среди которых упрощённая масштабируемость, благодаря которым, при соответствующей финансовой поддержке, можно в кратчайшие сроки построить достаточно большую по покрытию сеть. Подобные примеры уже существуют, наиболее яркий из них происходил в Индонезии после цунами, когда сеть WiMaх разворачивалась для оперативного использования с невиданной быстротой. Сеть 4G WiMax, так же как и в мобильной связи, строится путём расположения базовых станций в прямой видимости друг от друга, которые осуществляют между собой соединение для обмена данными на частотах от 10 до 66 ГГц. Скорость между базовыми станциями предусмотрена в пределах до 120 Мбит/с, которой вполне достаточно для поддержания высоких скоростей на клиентской стороне в условиях высокой загрузки. Абонетское оборудование (4G модемы) может работать с базовыми станциями вне прямой видимости, несмотря на достаточно высокую несущую частоту.

Мобильный WiMax 4G – беспроводной Интернет 21-го столетия

В основе стандарта 4G WiMax Mobile, как впрочем и 3GPP LTE, лежат 3 технологии, позволяющие осуществлять высокую пропускную способность. Это во-первых, OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access), или почти по-русски ортогональный частотно-разделённый множественный доступ, имеющий значительно более высокие параметры нежели принятый в 3G CDMA (или WCDMA). Во-вторых, давно известные в теории информации турбо-коды, значительно увеличивающие эффективность использования каналов связи в самых сложных условиях приёма. В-третьих, современная технология создания антенн MIMO (Multiple Input Multiple Output), формирующих излучение радиосигнала таким образом, что выделенный частотный диапазон имеет большую пропускную способность.

Цели и объёмы данной статьи не предусматривают глубокого анализа теории радиосвязи, однако чтобы посетители нашего сайта имели общие представления о преимуществах мобильного WiMax, постараемся хотя бы немного сконцентрировать внимание на некоторых аспектах.

Итак, что же такое ортогональное частотно-разделённое мультиплексирование, или OFDM доступ. К слову говоря, мобильный WiMax построен на SOFDMA (Scalable OFDMA) или масштабируемый OFDMA. В SOFDMA сигнал формируется таким образом, что имея определённую полосу пропускания, на одной и той же частоте формируется множество каналов, благодаря так называемым ортогональным поднесущим, не имеющим друг на друга влияния. Благодаря этому на одной и той же полосе пропускания, в WiMax можно создать на много больше каналов для передачи информации, нежели в уже существующих системах 3G. При этом, несмотря на то что метод разделения, называется частотным, на самом деле в формировании используется как частотная, так и временная области, которые технологически в WiMax взаимозаменяемы. Кроме того в применяется пространственно-временное кодирование. Говоря образно, OFDMA имеет такие же преимущества перед существующими широкополосными системами (CDMA, WCDMA), как, к примеру, объёмное изображение перед плоским. Намного более эффективное использование частотного ресурса и определяет большую пропускную способность стандарта 4G WiMax. Кроме того, благодаря SOFDMA, намного эффективнее решается проблема, с которой сталкивается любой мобильный оператор. Речь идёт о непрямом попадании сигнала (луча) на абонентскую станцию (3G или 4G модем), что особенно актуально в городской застройке. В результате, на мобильное устройство могут приходить сигналы (лучи), отраженные от различных препятствий, в противофазе, упрощённо можно сказать, что минус налагается на плюс. В следствие этого может происходить то, с чем сталкивался каждый владелец мобильного телефона или 3G модема, когда при практически нормальном сигнале вдруг начинает что-то булькать в трубке, или сигнал начинает “прыгать”. Такой же эффект, но касающийся уже временной области происходит при перемещении мобильного объекта в пространстве и чем выше скорость, тем он ощутимей. В мобильном WiMax такие трудности, называемые технически правильно частотными и временными замираниями, сведены к минимуму. В частности скорость передвижения мобильного абонента предусмотрена в стандарте до 120 км/ч.

Затронем немного тему упоминавшихся турбо-кодов. Скорее всего, мало кто догадывается, что когда вы общаетесь по мобильному телефону, то в трубке слышите отнюдь не голос своего собеседника, хотя он действительно очень на него похож. Звучит довольно странно и загадочно, но это на самом деле так. В действительности, в динамике слышна речь не вашего собеседника, а предугаданный, на основе предсказания восстановленный и сформированный голосовой сигнал. Другими словами, не его речь, а возможный, вероятный её вариант. Не пугайтесь, но это уже реальности нашей жизни, поскольку вся цифровая связь построена на теории вероятности. Процесс кодирования сигнала на передающем устройстве, требует последующего его декодирования (раскодирования) и превращения либо в речь, либо в изображение, которое пользователь видит, открывая старницу в Интернете. Но проблема заключается в том, что из-за помех (шума) сигнал полученный на входе приёмного устройства (пусть это будет 4G модем), значительно отличается от своего оригинала, то есть сигнала, который уходил с передатчика. Восстановить сигнал в его первозданном виде возможно только благодаря определённым методам предсказания. Восстановление методом предсказания, можно образно представить, если бы вы получили письмо, в котором в словах отсутствовало или начало, или середина, или окончание, или были переставлены местами буквы. Путём предположения того, какие это слова и о чём идёт речь в письме вы бы его конечно прочли. Для того, чтобы такую же работу совершали, к примеру 4G модемы, применяются коды, исправляющие ошибки возникшие при передаче. Всякий зашумлённый канал связи, в зависимости от зашумлённости (соотношение сигнал/шум), характеризуется предельной максимальной скоростью передачи информации, при которой ещё возможно эту информацию восстановить. Задача, которая стоит пред системой цифровой связи – максимально приблизиться к этой теоретически возможной скорости (предел Шеннона). Турбо-коды, применяемые в WiMax, как раз и позволяют наиболее близько подойти к пределу Шеннона. Для пользователя, подключающего к ноутбуку 4G модем WiMax, это буде означать, более устойчивую и более высокую скорость в условиях слабого сигнала.

Осталось затронуть тему антенных систем MIMO (Multiple Input Multiple Output). Перевод названия звучит как “Множественный вход – множественный выход”. Что означает это новшество в такой, казалось бы, консервативной области как антенны можно понять если воспользоваться аналогией с дорожным движением. В MIMO как передача радиосигнала, так и приём осуществляется несколькими антеннами. Соответственно, когда вы имеете не одну автомобильную дорогу, а несколько, то намного проще разгрузить потоки, путём комбинирования их пропускной способности, т. е. направляя движения по тем магистралям, который менее загружены, тем самым более равномерно распределять загрузку сети. Кроме этого, в MIMO применяется повторная передача одного и того же информационного потока, в результате создаётся возможность получить более достоверную “версию”. Так же применяется так называемый “выбор антенны”, то есть выбирается та, к примеру, передающая антенна, которая, исходя из имеющейся информации о приёмнике (4G модем) сможет лучше донести до него информационный сигнал. Реализация на практике трёх вышеперчисленных технических идей и делает реальным Интернет 4G, со скоростями, которые не всегда доступны пользователям кабельных технологий.

4G модемы

Мобильный Интернет 4G WiMax оказался технологией, которую живо восприняли во множестве стран. Причём интерес к ней оказался большим, чем к реализации 3G. Это конечно связано с определённым скепсисом, который присутствовал, когда 3G начал существовать. Первым, как говорится, всегда тяжелей. Поэтому все те телекоммуникационные компании, которые в силу ряда причин, в том числе психологических, уже “пропустили” эпоху 3G, теперь из всех сил пытаются не отстать в 4G, получив уверенность в перспективе беспроводного доступа, как основного вида связи будущего. В результате, 4G модемы выпускаются самыми различными компаниями, в том числе и теми, которых ещё недавно никак нельзя было причислить к производителям модемного оборудования. Основными разработчиками клиентского оборудования для мобильного WiMax в настоящий момент являются компании с мировыми именами, такие как Alcatel, Green Packet, Huawei, ZTE. Традиционно, WiMax модемы в основном, подобно модемам EVDO использующимся в США, настраиваются на сеть оператора программным путем, то есть не используют SIM карту. Так же как и устройства предыдущего поколения, эти 4G модемы можно разделить на следующие категории:

1. USB модемы WiMax
2. PCMCIA или ExpressCard модемы WiMax
3. Встроенные модемы WiMax
4. Стационарные (Indoor) модемы
5. 4G WiMax модемы для внешней установки
6. 4G/3G/2G устройства WiMax

Из вышеперчисленных, конечно же наиболее популярными и распростарнёнными являются, конечно же, 4G модемы USB. Во-первых, благодаря компактности, которая позволяет получать действительно мобильную услугу высокоскоростного Интернета. Во-вторых, такой 4G модем просто универсален, поскольку USB порт присутствует во всех компьютерах. Ну и в-третьих, стоимость таких устройств достаточно невысока, и в то же время в большинстве случаев такого модема (USB Doungle) вполне достаточно, чтобы получать сервис на хорошем уровне. Большинство современных, подключающихся через USB модемов WiMax, имеют встроенное программное обеспечение автоинсталлирующееся при подключении к ПК.