Аспекты  успешного  развития  мобильного  широкополосного  доступа  в Украине

В последние годы в обиходе телекоммуникационного маркетинга часто можно услышать термин «стандарт LTE»; более того – если ввести это словосочетание в окно поиска любой поисковой системы, можно будет легко убедиться, что обнаружится множество ссылок на web-сайты и статьи, где не совсем корректно используется этот термин. На самом деле LTE (проект Долгосрочной Эволюции технологий подвижной связи) не является конкретным телекоммуникационным стандартом, как, к примеру, GSM. Это скорее «бренд» семейства радиотехнологий подвижной связи нового поколения. LTE – это процесс, и сам этот термин появился, чтобы обозначить дальнейшее развитие технологий после 3G. Некоторое время даже был в ходу термин «Beyond 3G» (то есть «всё, что следует после 3G»). Также хотелось бы отметить, что, если LTE -  это, в основном, «радиочасть», то 4G включает в себя еще и «сетевую часть».

Согласно аналитическим выводам исследовательской корпорации «Juniper Research», сделанным еще в 2010 г., количество абонентов LTE в мире к 2015 г. может возрасти до 300 миллионов человек. В более близкой перспективе, к 2013 году, согласно выводам другой корпорации, «Pyramid Research», в мире может насчитываться до 40 миллионов абонентов.

Нужно отметить, что приведенные данные являются весьма оптимистичными. Конечно, предсказание тенденций развитие новейших мобильных технологий – дело неблагодарное, особенно осторожно следует относиться к количественным показателям, даже приблизительным. Принимая это во внимание, мы можем всё же отметить ряд важных моментов, влияющих на успешность проекта.

Прежде всего, LTE должен доказать как пользователям, так и сетевым операторам и производителям оборудования свою эффективность и жизнеспособность, и только выполнение этого условия даст ему шанс на развитие.

К развитию LTE вполне можно применить «закон Парето» (также известный как «Принцип 20/80») и его следствия. Это эмпирическое правило, выведенное еще в 1897 году итальянским экономистом и социологом Вильфредо Парето, в наиболее общем наиболее общем виде формулируется как «20 % усилий дают 80 % результата, а остальные 80 % усилий — лишь 20 % результата». Примеры действия данного принципа можно наблюдать в самых разных областях (http://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Парето): «… 20 % людей обладают 80 % капитала, или 80 % пользователей посещают 20 % сайтов, 20 % покупателей или клиентов (постоянных) приносят 80 % прибыли. Но следует учитывать, что в этих утверждениях фундаментальными являются не приведённые числовые значения, а сам факт их существенного различия».

Если применить данный принцип к LTE, можно сказать, что для того, чтобы обрести массовость, абонентское проникновение LTE должно превысить рубеж примерно в 20%, после чего эта технология обретёт самостоятельный импульс развития и более не будет нуждаться в значительных усилиях по её поддержке.

Экономический кризис последних лет «испугал» операторов, и они уже не склонны безоглядно делать рискованные инвестиции, как это было в свое время с системами 3G, которые, по большому счету,  не оправдали возложенных на них надежд и не выполнили поставленных перед ними задач. Тем большей осторожностью характеризуется отношение к 4G: инвесторы, операторы и производители уже не спешат вкладывать миллиарды долларов, от вложенных инвестиций ожидают отдачи в обозримой перспективе, маркетинговая политика стала гораздо осторожнее…

Ведущие производители и всемирные центры по разработке и стандартизации мобильных решений 4G часто представляют на рынок полностью автономные решения LTE, которые далеко не всегда соответствуют базовым требованиям ITU к технологии 4G (таким, как скорость передачи, спектральная эффективность, помехоустойчивость и т.д.). В результате наблюдается автономизация решений LTE как по географическому принципу (решения из стран Европы, США, Японии, Китая и др. государств), так и по корпоративному (когда ведущие производители или крупные операторы представляют на мировом рынке свои собственные решения LTE, зачастую под собственными наименованиями. Таким образом, к настоящему времени сложилась ситуация, когда на современном телекоммуникационном рынке уже присутствует целый ряд мало- или совсем не совместимых между собой фирменных решений LTE.

При этом важно отметить, что нет общемировых регуляторных проблем, которые препятствуют развитию LTE. Есть разные пути развития LTE, и очень многое зависит от национальных администраций: важно, чтобы они не создавали преград. Украина не является особенным мировым феноменом, она декларирует ориентацию на Европу, и в нашей стране процесс развития новых технологий вообще, и LTE в частности, будет происходить в русле общеевропейских и мировых тенденций, естественно, с неизбежными задержками вследствие влияния «украинской специфики» и проблем, искусственно создаваемых государством на рынке телекоммуникаций, о чём уже неоднократно писали СМИ.

С учетом интеграционных процессов Украины с Европой и общих перспектив развития бизнеса весьма важно придерживаться именно европейской стратегии развития LTE. В настоящее время наиболее упорядочен процесс внедрения LTE в Европе: утвержден единый стандарт (3GPP Rel.8/Rel.9/Rel.10) и выбран единый базовый частотный диапазон: 2500 – 2690 МГц. Европейский вариант LTE уже реализован и подкреплен внедрениями 3GPP Rel.8; 3GPP Rel.9 представляет собой доработанную предыдущую версию, а «сетевая часть» должна быть доработана в рамках 3GPP Rel.10, но ходу работ немало помешала рецессия мировой экономики. Неучтённые до этих пор технические требования должны быть охвачены в рамках концепции (исследовательского проекта) LTE-Advanced, принятой в 2009 году.

Важный импульс развитию проекта LTE в мире могут дать решения Всемирной Радиоконференции 2012 г, которая состоится в январе-феврале 2012 г. На этой конференции должен быть кардинально решен вопрос о внедрении LTE в полосе так называемого «цифрового дивиденда» (790-862 МГц). Вопрос этот решить непросто – в ряде стран (Германии, Франции…) эта полоса частот уже выделена для систем цифрового телевидения. Тем не менее, решение хотя бы части существующих проблем поможет укрепить веру операторов и производителей оборудования в перспективность LTE. Что касается вопросов использования диапазона частот 450 МГц, то их решение скорее всего будет отложена на ВРК 2016 года.

Вопрос веры и путь к успеху

Несмотря на недавно внесённые Кабинетом Министров Украины изменения в План использования радиочастотного ресурса Украины, LTE в нашей стране всё ещё не получил достаточного стимула к развитию. Другие технологии - потенциальные конкуренты на отечественном рынке (например, сети технологии cdma Rev. B) также пока ещё не демонстрируют достаточного развития в массовом общенациональном масштабе. В настоящее время операторы не спешат вкладывать значительные средства в скоростную передачу данных, и в основном, в украинских сетях cdma скорости передачи достаточно низкие, а решить эту проблему можно путём установки дорогостоящих дополнительных базовых станций.

Операторы как в Украине, так и в Европе уже ждут окупаемости, инвестируя незначительные средства, которые намного меньше инвестиций, сделанных в своё время в GSM, и тем более в 3G. Развитию сетей GSM в своё время немало способствовала уверенность операторов и производителей оборудования в то, что, образно говоря, «без голосовой связи дальше жить просто невозможно», и нужно смело вкладывать в развитие сетей и ассортимент пользовательских терминалов, ведь инвестиции многократно окупятся.

Для операторов важным аспектом является сокращение затрат, например, снижение стоимости передачи 1 бита информации. После того, как 3G не оправдало вложенных инвестиций, возник эффект «отложенного спроса» на новую массовую технологию, которую UMTS так и не смог полностью удовлетворить, а сетей cdma в Европе вообще нет. Поэтому операторам и производителя важно снижать стоимость услуг, ведь если LTE окажется дороже 3G, он будет вытеснен другими новыми технологиями. 

Успеху LTE будет способствовать обеспечение «прозрачности» к IP- технологиям. Именно это в своё время способствовало развитию WiMAX. В LTE применяется и коммутация каналов (для передачи голосовой информации), и коммутация пакетов. Окончательная стандартизация этого вопроса в рамках 3GPP Rel.10 пока еще не проведена, но необходимо переходить к передаче и данных, и голоса при помощи коммутации пакетов, что также является одной из предпосылок снижения стоимости услуг.

Для LTE путь к успеху – это повторение успеха GSM, это вопрос веры операторов и производителей в то, что появится массовая технология, будет построена национальная сеть, а пользователю мобильного Интернета достаточно будет купить точку доступа (модем) и платить за радиопокрытие, чтобы получать качественные высокоскоростные широкополосные услуги. Если в LTE поверят операторы и производители, и обеспечат достаточное предложение на рынке, - абоненты поддержат это предложение спросом. Но для этого сеть широкополосного мобильного Интернета нужно сделать массовой, а не «элитной». Для этого украинским операторам нужно обратить своё внимание не на крупные города, где предложение и конкуренция уже и так высоки (в областных центрах обеспечено покрытие сетями операторов: «Интертелеком», CDMA Ukraine, Peoplenet), а на регионы Украины, особенно на районные центры, где спрос на услуги мобильного Интернета удовлетворен недостаточно, и конкуренция намного меньше...

Оператор LTE не сможет выиграть в рыночном соревновании, если не сумеет предложить пользователям конкурентоспособный тариф на безлимитный мобильный Интернет. Другими словами, пользователей нужно убедить в том, что им действительно необходим мобильный Интернет, для чего важна организация продуманной информационной кампании, рассчитанной на различные целевые группы. Абонентам, на самом деле, не очень интересно, какая именно технология обеспечивает им получаемую услугу с заданным уровнем качества, им более важен результат - то, что именно они получат взамен потраченных денег.

Еще в марте 2011 г. появились сообщения, что украинский оператор "Интертелеком" произвел трансформацию своей сети при помощи оборудования  Alcatel-Lucent,  внедрив аналог LTE – CDMA Multi-Carrier EV-DO Rev.B (MC EV-DO), заявив о достижении пиковой скорости передачи данных в 14,7 Мбит/с на сектор в прямом канале. В отличие от конвенционального cdma, для которого ширина канала составляет 1,25 МГц, теоретическая скорость передачи – до 3 Мбит/с, а скорость передачи снижается пропорционально возрастанию нагрузки в сети, эта новая технология позволяет объединять для одного пользователя сразу несколько каналов, что позволяет в разы увеличить скорость передачи данных на абонента.

Если внедрение LTE на украинском рынке будет отложено еще на несколько лет, эта рыночная ниша будет заполнена другими новыми технологиями, среди которых, кроме cdma, также стоит также вспомнить сети стандартов IEEE 802.11 и IEEE 802.16.

 

Оптимальная ширина рабочего канала

При практическом внедрении технологии подвижной связи 4G/LTE, важнейшей задачей, несомненно, является выбор оптимальной ширины рабочего канала. На рисунке 1 представлены возможные номиналы ширины канала.

 

Рисунок 1 – Возможные варианты ширины рабочего канал 4G/LTE

Действующее в настоящее время частотное распределение для систем 3G/UMTS, как правило, состоит в том, что одному оператору предоставляется совокупный радиочастотный ресурс (РЧР) объемом 2х15 МГц (для режима частотного дуплекса (FDD)). Заявленная для LTE минимально допустимая ширина канала 1,4 МГц во многом повторяет аналогичный параметр стандарта cdmaIS-95/1X/EV-DO, и появилась в данном перечне вследствие того, что в ряде стран Латинской Америки и Азии широко применяются именно решения CDMA. Естественно, возникает соблазн внедрить LTE с минимальными затратами частот (т.е. с каналом 1,4 МГц), но при этом надо обязательно учитывать: из-за недостаточной ширины рабочего канала вся информационная емкость будет отдана под передачу пользовательского трафика, в то время как будет существенно затруднена передача служебной информации, прежде всего касательно эстафетной передачи. Операторам надо будет считаться с ситуацией невозможности организации сотового покрытия LTE с реальной эстафетной передачей. Вариант ширины рабочего канала LTE 3 МГц - это фактически два канала CDMA, но проблемы с эстафетной передачей свойственны и выбору номинала 5 МГц. Дальнейшие варианты кратны 5 МГц, при этом полосы шириной 10 и 15 МГц более приспособлены для внедрения стандарта 3G/UMTS, ведь у инвесторов всё еще остаётся надежда возместить хотя бы часть средств, вложенных в эту систему.

Для эффективного функционирования сети 4G/LTE необходимая ширина рабочего канала составляет 2 полосы по 20 МГц, и такой выбор обусловлен получаемыми при этом преимуществами:

- достижением пиковых показателей скоростей передачи данных;

- обспечением максимальных показателей качества услуг и абонентской емкости;

- кроме этого, в LTE исполользуются разные технологии для направлений передачи: на канале «вниз» применяется технология OFDMA, а на канале «вверх» - SC-FDMA. Каналы OFDMA можно «нарезать» любой ширины, но каналы SC-FDMA должны быть согласованными. Поэтому для согласования технических показателей применяемых в 4G/LTE радиотехнологий на каналах «вверх» и «вниз» необходима ширина рабочего канала именно 2х20 МГц.

Для реализации технологии 4G/LTE возможно использовать и меньший совокупный РЧР: (каналы 2х5 МГц или 2х10 МГц), однако для таких сценариев, с целью достижения максимальных технических и маркетинговых показателей, необходимы следующие дополнительные меры:

- применение техники множественных антенн MIMO;

- обеспечение сложного скоординированного радиопланирования при микро- и пикосотовом покрытии.

Эффективное функционирования сети 4G/LTE может быть обеспечено только при ширине рабочего канала  2 х 20 МГц.

Анализ эффективности  3G/4G, как технологий

радиопокрытия крупных городов

В последнее время, как в научном, так и в маркетинговом обиходе появилось мнение, что есть «сельские» и «городские» технологии мобильной связи, причём LTE относят к городскому типу. Такой подход только запутывает и мешает корректному пониманию ситуации, ведь у каждой технологии есть сильные и слабые технические и маркетинговые стороны.

Более корректно говорить не «городские» и «сельские», а высоко-, средне- и низкоскоростные технологии. Скорость передачи, соответственно, определяет качество и помехоустойчивость: более низкая скорость передачи даёт гарантированный уровень качества услуг и более высокую помехоустойчивость; маскимально высокая скорость – минимальные качество и помехоустойчивость, средние скорости являются некими компромиссами между пропускной способностью и качеством. Очевидно, что при разработке LTE была поставлена задача достичь высокой скорости передачи данных в радиоканале «любой ценой», и, поскольку чудес не бывает, за это приходится «платить» помехоустойчивостью и качеством.

Рассмотрим, насколько 3G/4G может считаться концепцией, предназначенной исключительно для города. Существуют три основных типа радиопокрытия городской среды: неперерывное, локальное и «indoor»-кластерное (рисунки 2, 3,4).

1) Неперерывное радиопокрытие для крупного города с плотной застройкой (рисунок 2). При этом варианте достаточно высокие капитальные затраты на построение сети радиодоступа сочетаются с недостаточно эффективным распределением ёмкости и канальных ресурсов, при этом радиус соты ограничен (до 500 м) вследствие межсотовых помех. Таким образом, решение с непрерывным радиопокрытием для крупных городов является недостаточно эффективным.

 

Рисунок 2. Неперерывное радиопокрытие

Рисунок 3. Локальное радиопокрытие 3G/4G

Рисунок 4 – «Indoor»-кластерное радиопокрытие 3G/4G.

2) Локальное радиопокрытие 3G/4G для крупного города с плотной застройкой

(рисунок 3):

• для обеспечения на базе 3,5G / 4G непрерывности услуг ПД необходимо обязательное развертывание дополнительной сети радиодоступа 3G (сети-«подложки»), поскольку роуминг с GSM недостаточен - поддерживает только услуги голосовой связи и низкоскоростную ПД – GPRS/EDGE;


• реально достижимая скорость передачи 3G для такого варианта покрытия не превысит 1 Мбит/с ;


• без использования в кластерах 3G управляющего оборудования –контроллеров радиосети (RNC) от одного производителя возможно ограничение поддержки абонентской мобильности.

Реализация этого варианта возможна при условии одновременного развертывания отдельных сетей радиодоступа 3G / 3,5G / 4G.        

LTE использует сеть GSM только для роуминга, не являясь следующей фазой ее развития. Не является LTE и эволюционным развитием cdma.

По сравнению с «конкурентами», LTE является полностью новой технологией (для которой нужно создавать и производить новые оборудование, строить новые сети…), «проигрывая» в преемственности, к примеру, технологии cdma, у которой переход от старых вариантов к новым происходит плавно, с сохранением преемственности новых и старых фаз, что дает несомненную экономию. Поэтому, внедряя LTE, важно знать, что есть спрос, и тогда уже вкладывать деньги. В случае cdma все обновления аппаратного и программного обеспечение, как и расширение сети, можно делать на основе уже существующих сетей.

3) «Indoor»-кластерное радиопокрытие 3G/4G для крупного города (рисунок 4).:

• практически единственный возможный вариант для поддержки выскоскоростных услуг;


• необходимость допольнительного использования направленных антенн и «indoor»-транспорта (xDSL);


• возможна сильная конкуренция со стороны сетей радиодоступа Wi-Fi / WiMAX / CDMA / EV-DO и маркетинговый проигрыш болен эффективным решениям.

Технологии  3G/4G не обладают безусловными техническими и экономическими преимуществами для реализации непрерывного радиопокрытия крупных городов.

Внедрение 4G/LTE-TDD в диапазоне GSM-1800

Мобильные операторы стран ЕС рассматривают LTE-1800(TDD) только как вспомогательную технологию после полноценного внедрения LTE-2600 (FDD).

• 4G/LTE (TDD) - абсолютно независимая технология мобильного ШПД (по аналогии с UTRA TDD), которая может быть внедрена в неосновных диапазонах LTE (800 МГц и 1800 МГц) без необходимости значительного высвобождения под нее РЧР (минимальная ширина канала 1,4 МГц).


•  По структуре радиоинтерфейса LTE (TDD) соответствует основным требованиям стандарта на LTE-FDD Rel.8 (тип модуляции, помехоустойчивый код, и т.д.), но, с точки зрения сигнальной обработки, это отличная от LTE-FDD технология, требующая собственного передающего и приемного оборудования.  


•  Технологии LTE-FDD (базовый диапазон 2500-2690 МГц) и LTE-TDD (на сегодня базовый диапазон 1800 МГц) – это две несовместимые между собой технологии, требующие различных терминалов.

Текущее развитие технологии TDD-LTE характеризуется рядом особенностей:

            1) LTE-TDD является копией коммерческого продукта WiMAX. С технологической точки зрения, LTE-TDD и WiMAX-TDD являются практически одной и той же радиотехнологией. Таким образом внедряя LTE-TDD, оператор внедряет, по сути, WiMAX-TDD со всеми его ососбеностями бизнеса на рынке мобильной ШПД.

2) Ограниченность возможностей режима временного дуплекса (TDD) по сравнению с частотным дуплексом (FDD). Системы широкополосного радиодоступа с режимом TDD уступают по своим функциональным возможностям системам с FDD.

3) Неполное соответствие европейским стандартам LTE. Использование рядом азиатских производителей в LTE-TDD решениях неевропейских мобильных радиотехнологий (например, китайское решение 3G TD-SCDMA (Time Division – Synchronous CDMA), являющееся, по сути, гибридом FDD и TDD).

4) Трудности с развитием массового рынка терминального оборудования. Вследствие практически полного совпадения позиционирования на рынке коммерческих продуктов LTE-TDD и WiMAX-TDD основным типом терминального обрудования LTE-TDD является модем фиксированного радиодоступа, а не мультифункциональный терминал для поддержки Triple Services (голос+данные+мультимедиа). 

Внедрение технологии LTE-TDD в диапазоне 1800 МГц (или после разрешения ITU в диапазоне 2500-2690 МГц) означает, по сути, внедрение WiMAX-TDD, ограничивающее возможности решения стратегических задач по развитию национального рынка мобильной ШПД.

Внедрение 4G/LTE в диапазоне 2,5 – 2,6 ГГц

Возможный сценарий внедрения европейского варианта технологии 4G/LTE (3GPP Release 8) с шириной канала 2х20 МГц представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 – варианты внедрения европейского варианта технологии 4G/LTE (3GPP Release 8) в Украине.

Преимущества сценариев внедрения 4G/LTE в диапазоне 2,5-2,6 ГГц:

•  возможность внедрения 4G/LTE с шириной рабочего канала 2х20 МГц;


•  возможность совместного использования 4G/LTE и 3G/HSDPA.

Среди недостатков таких сценариев стоит назвать:

•  необходимость высвобождения части диапазона от технологии LMDS/MMDS.

Как видно на рисунке 8, существует несколько сценариев внедрения европейского варианта технологии 4G/LTE: в первом из них полосы чередуются; во втором спектр делится пополам между технологиями 4G/LTE и многоканальными многоточечными распределительными (телевизионными) сервисами MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service); в третьем – системы LTE/HSDPA распределяются по краям диапазона частот.

Наиболее предпочтительным с точки зрения регулятора является четвёртый вариант, когда три дуплексные полосы по 20 МГц выделяются трём основным крупнейшим операторам подвижной связи Украины, и еще одна спаренная полоса 10 МГц резервируется для еще одного участника рынка в рамках единой лицензии.

Перспективы распределения частот для  4G/LTE после 2013 г.

Рисунок 9 – Распределение РЧР после 2013 г.

Ближайшие перспективы распределения частот для 4G/LTE  связаны с диапазоном 3400–3800 МГц:



- диапазон 3400 – 3600 МГц в Европе уже выделен для технологий 4G (IMT-Advanced);

- выделение в Европе диапазона 3600 – 3800 МГц для 4G (IMT-Advanced) ожидается решениями CEPT/EU в 2012 г.;

- диапазон 3600 – 3800 МГц планируется для совмесного функционирования в режимах FDD/TDD.

Запланированное освоение диапазона 3400 – 3800 МГц для развития технологии 4G/IMT-Advanced позволит:

   - гарантировать пиковые скорости передачи более 100 Мбит/с;

-   удовлетворить потребности операторов в РЧР для долгосрочного развития своих сетей.

Выводы:

LTE, как в Украине, так и во всем мире, на данный момент характеризуется высокой себестоимостью услуг при отсутствии так называемых «killer applications» - «захватчиков рынка», которые обеспечат наиболее полное удовлетворение определенных рыночных потребностей за разумную цену. Экономическая рецессия и возможное начало новой волны кризиса являются сдерживающими факторами для инвесторов. LTE может добиться успеха на рынке, если сможет доказать свою эффективность и жизнеспособность если в этот проект поверят операторы и производители оборудования, а абоненты поверят в то, что им нужны такие услуги. Маркетинговому успеху LTE будет способствовать резкое снижение себестоимости услуг и стоимость передачи 1 бита данных, по сравнению с технологиями-конкурентами.

Радиочастотный ресурс для внедрения LTE есть, выделены разные диапазоны частот, в которых можно внедрять эти системы. Вопрос о реализации в частотных полосах «цифрового дивиденда» должен быть решен в ходе ближайшей ВРК-2012.

Технология LTE – автономна и независима, она не является развитием предшествующих систем (GSM, cdma…). Путь «в операторы LTE» открыт для всех желающих, и совсем не обязательно быть оператором существующих сетей, хотя наличие покрытия и является положительным фактором.

С учётом заявленного Украиной стремления к полноправному членству в Европейском Союзе, для построения эффективно функционирующей сети 4G/LTE наиболее перспективной представляется европейская стратегия развития LTE, с шириной рабочего канала 2х20 МГц. Зачастую наиболее трудное решение оказывается и наиболее правильным: проведение необходимых мер по высвобождению дуплексной полосы частот диапазона GSM-1800 и сдвигу полосы частот 3G/UMTS, выделенной ОАО «Укртелеком», могут позволить реализовать в Украине полноценную европейскую версии 4G/LTE (FDD), при этом крупнейшие операторы страны получат по дуплексной полосе 20 МГц каждый.

По примеру зарубежных коллег, украинские операторы могут сэкономить инвестиции, совместно реализуя единую общенациональную сеть 4G/LTE в виде разделенных по географическому принципу взаимодополняющих радиосетей LTE отдельных операторов.