На шляху до четвертого покоління мобільних систем зв’язку (4G)

У мобільному зв'язку зміна поколінь здійснюється значно швидше, ніж, скажімо, в індустрії персональних комп'ютерів або іншої подібної техніки. За останні три десятиріччя були розроблені й діяли системи мобільного зв’язку декількох поколінь: системи першого покоління (1G) – це аналоговий зв’язок (стандарти NMT,АМРS,TAKS та ін.), другого покоління (2G) – покоління цифрового зв'язку з комутацією каналів (стандарти GSM і CDMA), системи третього покоління (3G) — (стандарт UMTS), в яких передбачається разом з комутацією каналів і пакетна передача даних. Мобільний зв'язок 3G зараз вважається як символ прогресу. Але вже зараз вперед виривається наступне покоління мобільного зв'язку, іменоване 4G.

До сімейства 4G, як правило, належать технології, які дозволяють передавати дані в мобільних мережах зі швидкістю вище 100 Мбіт/с. У широкому розумінні 4G — це ще й технології бездротової передачі інтернет-даних Wi-Fi (швидкісні варіанти цього стандарту) і WiMAX (у теорії швидкість може перевищувати 1 Гбіт/с.). У найпоширенішому зараз у світі стандарті мобільного зв'язку GSM/EDGE (2G) межа швидкості передачі даних складає лише 240 кбіт/с. В мережах третього покоління (3G), розгорнених зараз в Європі, США і деяких країнах Азії (Японія, Тайвань, Сінгапур), швидкість складає до 7-14 Мбіт/с.

Головна відмінність мереж четвертого покоління від попереднього, третього, полягає в тому, що технологія 4G повністю заснована на протоколах пакетної передачі даних, тоді як 3G поєднує в собі передачу як голосового трафіка, так і пакетів даних. Міжнародний союз телекомунікацій визначає технологію 4G як технологію бездротової комунікації, яка дозволяє досягти швидкості передачі даних до 1 Гбіт/с в умовах руху джерела або приймача і до 100 Мбіт/с в умовах обміну даними між двома мобільними пристроями. Пересилання даних у 4G здійснюється за протоколом IPv6 (IP версії 6). Це помітно полегшує роботу мереж, особливо якщо вони різних типів. Для забезпечення необхідної швидкості використовуються частоти 40 і 60 GHz. У приймально-передавальному устаткуванні для систем 4G застосована технологія мультиплексування з ортогональним розподілом частот OFDM. Така методика маніпулювання сигналом дозволяє значно «ущільнити» дані без взаємних завад і спотворень. При цьому відбувається розбиття за частотами з дотриманням ортогональності: максимум кожної несучої хвилі припадає на той момент, коли сусідні мають нульове значення. Цим виключається їхня взаємодія, а також ефективніше використовується частотний спектр — не потрібні захисні «протиінтерференційні» смуги. Для передачі сигналу застосовується фазова модуляція (PSK і її різновиди), при якій пересилається більше інформації за відрізок часу, або квадратноамплітудна модуляція (QAM), більш сучасна, що дозволяє забезпечити максимальну пропускну здатність каналу. Конкретний тип модуляції вибирається залежно від необхідної швидкості й умов прийому. Сигнал розбивається на певну кількість паралельних потоків при передачі і збирається при прийомі.

Для впевненого прийому і передачі на надвисоких частотах планують застосовувати так звані адаптивні антени, які зможуть підстроюватися під конкретну базову станцію. Але в умовах міста таким антенам у визначенні правильного напряму можуть завадити завмиранням сигналу — його спотворення, що виникають в процесі розповсюдження. Тут виручає ще одна особливість OFDM — стійкість до завмирань (для різних типів модуляції є свій запас на завмирання.

Найбільш технічно розвинені країни зараз активно переходять на використання 3G, а в багатьох мережах вже застосовується технологія, що одержала позначення 3,5G. Але, на думку аналітиків телекомунікаційної індустрії, ряд країн, де нещодавно дійшли необхідності впроваджувати мережі третього покоління, тепер вважатиме за краще «перескочити» на покоління вперед, почавши часткову експлуатацію 4G.

В Європі вже функціонує мережа мобільного зв'язку четвертого покоління. Про свою участь у проекті LTE (Long-Term Evolution) заявили європейські оператори T-Mobile International, Orange і Vodafone Group, а також виробники мобільного устаткування Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Nortel Networks і Ericsson. Тестовий запуск LTE почався у травні 2007 року. Експерти вважають, що до цього терміну можна розвернути мережі 4G, але покриття базових станцій буде швидше «осередковим». Фахівці також впевнені, що наврядчи послуги 4G стануть популярними серед європейських абонентів найближчими роками. Адже навіть зараз після запуску перших мереж третього покоління 3G в Європі вони використовуються менше, ніж на половину своїх можливостей. Аналітики пов'язують це із завищеними тарифами на послуги зв'язку третього покоління.

Отже, важливу роль в успіху 4G виконуватиме цінова політика європейських операторів. Адже, насправді, далеко не всі користувачі зацікавлені у високошвидкісному мобільному Інтернеті і пов'язаними з ним послугах — більшості потрібен звичний голосовий зв'язок. Враховуючи проблеми 3G, вплив технологій зв'язку четвертого покоління на ринок телекомунікаційних послуг в Європі стане помітним лише до 2015 року.

Зараз у США оператор мобільного зв'язку Nextel розглядає можливість відмовити від 3G на користь системи 4G компанії Flarion. «Перевірка життєздатності 4G охопить 150 базових станцій у найбільших містах півдня Америки», — повідомляє Nextel, розширюючи область тестування.

Послуги 4G сьогодні в Україні надаються саме за технологією Mobile WiMAX. Решта технологій з'явиться на ринку лише в 2011-2015 роках».

Нові можливості у передачі величезних обсягів даних, які надаються технологією 4G, вже зараз примушують операторів мобільного зв`язку задуматися про розширення свого бізнесу. Якщо сьогодні основним товаром на цьому ринку є мелодії і простенькі ігри, то поява 4G зробить набагато актуальнішим мобільне телебачення, video-on-demand (VOD — «відео за запитом»), «просунуті» ігри і тощо. Крім того, завдяки 4G стануть можливі мобільні відеоконференції (відео чати) і мобільні peer-to-peer-мережі. За прогнозами дослідницької компанії Screen Digest, до 2012 року у всьому світі налічуватиметься щонайменше 140 млн. підписчиків сервісів мобільного телебачення. Щорічний сукупний дохід цього ринку через п'ять років досягне показника в 4,7 млрд євро. Аналітики вважають, що потенційно сервіси мобільного ТБ можуть приносити набагато більший прибуток, ніж ігри і музика для мобільних апаратів.

Контрольні запитання та завдання

1. Дайте загальну характеристику стандартів мобільних систем зв'язку третього покоління.

2. Охарактеризуйте еволюцію систем з технологією TDMA.

3. Обгрунтуйте тенденцію розвитку систем мобільного зв`язку з технологією CDMA.

4. Дайте загальну характеристика системи мобільного зв’язку UMTS.

5. Наведіть архітектуру системи стандарту UMTS.

6. Поясніть організацію каналів у стандарті UTRA FDD.

7. Наведіть структуру кадрів, процедуру мультиплексування каналів.

8. Як здійснюється формування сигналу в системі UTRA. Які особливості стандарту UTRA TDD?

9. Дайте загальну характеристику СМЗ стандарту CDMA-450.

10. Визначте перспективи впровадження четвертого покоління мобільних систем зв’язку (4G).