Průvodce po mobilních sítích nejen čtvrté generace, aneb co znamená 3G, 4G, HSPA+, LTE či WiMax (dokončení)
Zhruba od loňského roku začal svět na vlastní kůži zažívat nedostatečnost kapacity současných mobilních datových sítí třetí generace. Přestože se s nastalou situací různé země a různí operátoři vypořádávají různě, dokonce i zpátečnickým omezováním chytrých koncových zařízení, je jisté, že mobilní broadband konečně vstoupil do nové éry. Prosadí se s příchodem IMT-Advanced konečně po celém světě univerzálně kompatibilní mobilní technologie?
Možná vás napadlo, zda-li vůbec takové přechodné technologie potřebujeme, nevyplatilo by se spíše počkat na finální produkt 4G? Vězte, že takhle nějak se ptají i čeští operátoři a odpověď v jejich případě bude nejspíše hlavně otázkou investic. Naštěstí vedle operátorů (když již do toho nesmějí mluvit klienti) mohou přitlačit na pilu také výrobci mobilních zařízení. Tak či tak, například celá současná LTE je do velké míry hlavně věcí chytrého marketingu několika výrobců infrastruktury.
Ono technicky vzato lze efektivnější modulací vytáhnout ty chybějící megabajty i z posledních verzí současných 3G sítí. Společnost Ericsson například koncem ledna informovala o úspěšném testu tří nových rychlostních konfigurací HSPA sítě. Všechny rychlosti představovaly ve svých kategoriích zajímavé rekordy.
V tom prvním případě se povedlo prostřednictvím několika MIMO (multiple-input and multiple-output) antén dosáhnout konfigurace s maximální rychlostí 42 Mb/s realizovatelnou na jediném 5 MHz kanálu a to za použití běžných komerčních koncových produktů. Vzhledem k tomu, že současné HSPA sítě vyžadují na stejnou rychlost kanály dva, lze touto technologií se stejným rozsahem získat rychlost přenosu 84 Mb/s Technologie by měla být letos komerčně dostupná.
Krom toho se společnosti podařil ještě absolutní rekord, který si s výkonem LTE či WiMaxu již příliš nezadá a to rychlosti 168 Mb/s pro download a 24 Mb/s pro upload při použití více kanálů současně. Ačkoli to Ericsson neuvádí, muselo jít pravděpodobně o statický (nepohybující se zařízení) test, ale i tak je to ale zajímavý výkon. Dobrá zpráva pro operátory s HSPA sítí, ale co pro uživatele?
Přechodové technologie (3,5G)
První a co si budeme povídat, dnes také nejnadějnější, technologií je LTE (long-term evolution), jejíž kořeny jsou zapuštěné hluboko v GSM (global system for mobile communications) a UMTS (universal mobile telecommunications system) systému, což jí podobně jako před tím W-CDMA (Wideband Code-Division Multiple Access) propůjčuje výhodu zpětné kompatibility. Technologie operuje defaultně v 700 MHz a 2.5 GHz pásmu a je kompatibilní s IMT-2000 (pásma 450, 850, 900, 1800, 1900, 2100 MHz). a na jednom kanálu je schopná dosáhnout až 100Mbit/s rychlosti pro download a 50 Mb/spro upload. Při použití schématu více antén (2x2 nebo 4x4) je možné dosáhnout teoretických rychlostí 172.8 Mb/s a 326.4 Mb/s pro download.
Oproti tomu WiMax (worldwide interoperability for microwave access), na který svého času vsadil Intel, je bezdrátová technologie postavená na specifikaci IEEE 802.16e (Mobile WiMax Rel 1). Operuje v pásmech 3,5 GHz (licencované mezinárodní pásmo) 10,5 GHz (Licencované mezinárodní pásmo) 2,5 – 2,7 (Licencované v USA) a nelicencovaných pásmech 2,4 GHz a 5,725 – 5,825 GHz. Výhodou WiMAXu oproti LTE je zejména snadné pokrývání velkých vzdáleností, zásadní nevýhodou pak nekompatibilita s GSM a W-CDMA. Poslední Release s číslem 1.5 (standard 802.16e Rev2) by měl přinést vyšší rychlost a nové služby (multicast i broadcast, lokační služby).
Co znamená OFDMA
Obě uvedené sítě mají jeden společný jmenovatel a to OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) technologii. Ta označuje druh širokopásmové modulace využívající kmitočtové dělení kanálu. Její hlavní předností je, že pracuje s rozprostřeným spektrem, to má za následek, že je signál vysílán na více nezávislých frekvencích, což zvyšuje odolnost vůči interferenci. Modulace spočívá v nasazení stovek až tisíců nosných kmitočtů.
S OFDM se můžeme setkat také digitálního terestrického televizního vysílání (DVB-T) a u ADSL. Zatímco ale WiMAX používá OFDMA jak pro download, tak i upload, LTE pro upload využívá trochu jinou fyzickou vrstvu a to tzv. SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access), tedy frekvenčně dělený vícenásobný přístup na jedné nosné. Jaký to má význam? Jde o to, že způsob přiřazení konkurenčních uživatelů na nosné/pod-nosné má zásadní vliv na celkovou kapacitu uplink kanálu a kapacitu pro konkrétního uživatele. V důsledku tak bude upload u LTE vždy o něco rychlejší, než v případě WiMAXu.
Síť 4G a standard IMT-Advanced
Zatím to vypadá, že jsou karty osudu předem rozdány. Valná většina operátorů podporovaná výrobci jako je Qualcommem se totiž rozhodla pro LTE, takže budoucnost 4G bude nejspíše patřit LTE-Advanced. Ta představuje další generaci mobilních technologií pro širokopásmový přenos dat, která by měla nastoupit po úspěšném celosvětovém nasazení LTE. Technologie zatím nebyla standardizovaná a jedná se tudíž pouze o draft. Nicméně její standard by měl být schválen ještě letos. LTE-Advanced bude mít po své standardizaci oproti současné LTE výhodu v tom, že vyhovuje požadavkům, které klade Mezinárodní telekomunikační unie na mobilní sítě 4. generace. To v praxi znamená například přenosovou rychlost nad 1Gb/s u statického zařízení a 100 Mb/s u naopak velmi rychle se pohybujícího mobilního přístroje.
Samotný budoucí standard pro sítě 4. generace nese označení IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications – Advanced) a je pokračováním původního konceptu ITU pro sítě třetí generace, tedy IMT-2000. Jeho výsledkem by měl být jakýsi deštník („umbrela“), kryjící dvě odlišné technologie, které se však z hlediska uživatele chovají podobně. Z hlediska provozovatele sítě pochopitelně nejde o kompatibilitu, ale spíše o interoperabilitu.
Pokud se WiMAX a posléze WiMMAX 2.0 přeci jen na mobilním trhu etabluje a bude tento problém nutno prakticky řešit, budou muset výrobci infrastruktury a koncových zařízení sáhnout k výrobě kombinovaných zařízení, která podporují obě technologie a jsou schopny mezi nimi plynule přecházet. To sebou nese násobení výrobních nákladů a nikomu se do něj chtít určitě nebude, podobně jako se ani dnes příliš nesetkáváme s kombinací UMTS a CDMA2000 telefonů či modemů. Problém ITU ale spočívá v tom, že se coby tvůrce standardů musí tvářit technologicky neutrálně a neupřednostňovat jednu konkrétní technologii byť by byly její vyhlídky sebelepší.
Předchozí díly:
Průvodce po mobilních sítích nejen čtvrté generace, aneb co znamená 3G, 4G, HSPA+, LTE či WiMax (1. část)
