Průvodce po mobilních sítích nejen čtvrté generace, aneb co znamená 3G, 4G, HSPA+, LTE či WiMax (2. část)

Evoluční vztahy mezi technologiemi GSM, EDGE, WCDMA, HSPA a LTE.

Nejčastěji se můžeme setkat se sítěmi typu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), který do mobilních sítí přinesl prvek podpory kvality služeb (QoS) se čtyřmi třídami (konverzace, jednosměrné vysílání, obousměrná interakce a základní přenos) a mladšími HSDPA/HSUPA sítěmi, ty přinášejí z pohledu uživatele slušné navýšení rychlosti a výrazné poklesy latencí, z technického pohledu pak adaptivní metody modulace a kódování.

Adaptivní modulace zajišťuje uživatelům optimální zacházení ze strany sítě. Pokud jsme například blízko základnové stanice, sníží se automaticky ochrana proti chybám přenosu a naroste nám rychlost přenosu, když se vzdalujeme od stanice, situace se obrací. Završením 3G technologií (poslední release) je pak standard LTE (Long Term Evolution), k němuž se dostaneme příště.

Rozdělení jednotlivých sítí

V rámci UMTS standardu můžeme dále sítě (jednotlivé technologie) rozdělit na ty, které využívají kmitočtového duplexu (FDD) a na ty, které pracují s duplexem časovým (TDD), kdy uplink i downlink probíhá na stejné frekvenci a střídání na základě různých časových slotů (tzv. „Ping-Pong“). Do této kategorie patří například dnes napůl zapomenutá TD-SCDMA. O světově unikátní experiment s UMTS-TDD, ze kterého se ve finále stala mezinárodní ostuda (možná i kvůli nešťastnému marketingovému označení 4G), se v České republice pokoušel T-Mobile. Dlužno ale také podotknout, že šlo vedle CDMA2000 EV-DO v pásmu 450 MHz, o vůbec druhý náznak 3G sítě u nás. Bohužel ani jedna ze sítí nebyla standardní 3G sítí (minimálně je nepodporovali výrobci koncových zařízení), ale zejména CDMA2000 v pásmu 450 MHz byla ve své době pro mobilní přenos dat docela výhra.

UMTS sítě s kmitočtovým duplexem (FDD) si můžeme dále rozdělit na dva přímé konkurenty: pomalejší (384 kb/s) síť W-CDMA (Wideband CDMA), kterou si tak oblíbili provozovatelé GSM sítí kvůli zpětné kompatibilitě a rychlejší, nicméně méně standardní CDMA2000. W-CDMA má nejvíce zastánců na starém kontinentu, kdežto s CDMA2000 se častěji setkáme v progresivnější Severní Americe.

CDMA se dále dělí na 1xRTT (1x Radio Transmission Technology) s limitem 144 kb/s směrem k uživateli, 1xEV-DO (Data Optimised), která je určena výhradně pro přenos dat a před první revizí umožňovala max. 2,45 Mb/s. CDMA EV-DO 2000 1x Rev a pak přišla s navýšením rychlosti na 3.8 Mb/s pro downlink a 1.8 Mb/s pro uplink. Vzhledem k tomu, že to byl prakticky nepatrný skok, CDMA2000 1x EV-DO Rev B, která přinesla navýšení rychlosti na 9.3 Mb/s pro stahování a 5.4 Mb/s pro download na sebe nenechala dlouho čekat. Poslední varianta CDMA2000 nese označení 1xEV-DV (Data Voice), která kombinuje podporu hlasu i dat.

HSDPA (Evolved High-Speed Downlink Packet Access) přinesl do 3G sítí inovaci v tom, že zavedl nový přenosový kanál pro uživatelská data – jde o tzv. rychlý kanál sdílení (HS-DSCH) umožňující efektivnější práci se spektrem. Jakmile základnová stanice rozhodne, který z uživatelů má dostat před HSDPA datový packet, nejprve o tom uživatele prostřednictvím signalizačního kanálu informuje a sdělí mu způsob modulace a verzi kódu vybranou základnovou stanicí. Plánovač svá rozhodnutí podřizuje požadavkům dané služby, prioritě datového toku či dostupnosti síťových prostředků.

HSUPA (Evolved High-Speed Uplink Packet Access) přináší k výhodám HSDPA ještě posílení zpětného směru komunikace. Technologie je proto také někdy nazývána jako vylepšený zpětný kanál EUL (Enhanced UpLink). Tato technologie sebou nese vedle větší rychlosti i různá nová omezení. Prostorový multiplex s více datovými toky si totiž vyžádal použití více antén (u vysílače i na přijímači), pracujících o nižší rychlosti, než je u původního toku, přičemž výsledná rychlost lineárně roste s počtem použitých antén u vysílače. To pro operátory znamená nepříjemný fakt výměny hardwaru základnových stanic a tak se jim nelze divit, že se do HSUPA sítí příliš nehrnou.

Jak začala 3G revoluce u nás a ve světě

Revoluce 3G sítí odstartovala v roce 2001, kdy japonský operátor NTT DoCoMo spustil první FOMA/W-CDMA síť. První CDMA2000 1X EV-DO síť pak odstartoval SK Telecom v Jižní Koreji přibližně o rok později (na začátku roku 2002), ale ještě dva roky poté nebylo jasné, na kterou stranu se většina operátorů definitivně přikloní. Vzhledem k tradici GSM nakonec zvítězila W-CDMA.

U nás se začalo s provozem první opravdové 3G sítě kupodivu brzy, první síť byla spuštěna v roce 2004. Šlo o CDMA 2000 EV-DO, která využívala pásmo 450 MHz po zastaralé NMT. Přeci jenom dvacetiletou licenci na provoz mobilní telekomunikační sítě v pásmu 450 MHz, kterou získal Eurotel v roce 1990 bylo potřeba nějak efektivně využít. Její výhodou bylo zejména vysoké pokrytí (poměrně brzy dokázala dosáhnout na téměř 80 % populace). O rok později spustil tehdy ještě Český Telecom (bývalý SPT Telecom) první standardní UMTS sít, kterou po něm zdědila Telefónica O2. V roce 2006 začal s výstavbou vlastní 3G sítě Vodafone, ale projekt šel poměrně brzy zase k ledu, takže šla síť do provozu až v březnu 2009, aby byla ani ne za rok nahrazena sítí úplně novou.

Zásadní nevýhodou původní sítě Telefóniky byla vedle malého pokrytí (větší část Prahy a Brna) přenosová rychlost pouze do 384 kb/s. V zhledem k totální apatii konkurence, trvala u nás tato doba 3G temna až téměř do konce roku 2008, kdy O2 změnila původního dodavatele technologie (Nokii) za levnější společnost (Huawei) a začala síť aktivně rozšiřovat. Dnes se pohybuje někde kolem 39 až 40 % pokryté populace a to s přenosovou rychlostí, kolísající od 1,8 Mb/s do 3,6 Mbit/s.

T-Mobile Czech Republic, který zdědil 3G licenci po českém Radiomobilu, se v roce 2005
pustil do světově ojedinělého technologického experimentu, když se rozhodl vybudovat u nás UMTS síť na principu časového duplexu (TDD), která využívá jediné frekvenční pásmo pro oba směry (tedy tzv. nepárové spektrum) a zároveň prohlásil, že UMTS FDD stavět nikdy nebude, protože mu technologie vystačí až do příchodu LTE. Ne náhodou změnil názor v okamžiku, kdy Telefónica s pomocí Huawei začala rozšiřovat a modernizovat vlastní 3G síť. T-Mobile spustil v ČR svoji 3G síť jako poslední, stalo se tak v lednu 2010.

Náš přehled by nebyl kompletní, pokud bychom se alespoň slovem nezmínili ještě o sítí, kterou u nás pod značkou U:fon provozuje společnost MobilKom. Ten u nás svoji technologii CDMA2000 EVDO Revize A provozuje od května 2007 a nabízí na ní zejména mobilní Internet v pro konkurenty hůře dostupných oblastech. Vybudovat v České republice celoplošnou CDMA mobilní síť umožnila MobilKomu licence na celoplošné vysílání v pásmu 410-430 MHz, kterou společnost získala v roce 2006. Od července 2010 se MobilKom rozhodl přesunout svoji snahu z předimenzovaného koncového trhu na velkoobchodní způsob prodeje, jeho infrastrukturu využívá například Vodafone.

Příště seriál zakončíme pohledem na budoucí standard 4G a přechodové technologie, které k němu vedou (LTE, WiMax).

Zbývající díly:

Průvodce po mobilních sítích nejen čtvrté generace, aneb co znamená 3G, 4G, HSPA+, LTE či WiMax (dokončení)