4G: прыжок через поколение
В сотовой связи смена поколений выражена намного более ярко, чем, скажем, в индустрии персональных компьютеров или другой подобной техники. В мобильном мире все четко: 1G (первое поколение) — это аналоговая связь (стандарт NMT). 2G — поколение цифровой связи с коммутацией каналов (стандарты GSM и CDMA). Третье поколение — 3G (стандарт UMTS) — предусматривает наряду с коммутацией каналов и пакетную передачу данных. О мобильной связи 3G сейчас много говорят буквально как о символе прогресса. Но на наших глазах происходит удивительная вещь: вперед вырывается уже следующее поколение сотовой связи, именуемое 4G. Если так пойдет и дальше, то сети 3G так и не разовьются в полную силу — их место займет 4G.
Техническая сторона
К семейству 4G, как правило, относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек. В широком понимании 4G — это еще и технологии беспроводной передачи интернет-данных Wi-Fi (скоростные варианты этого стандарта) и WiMAX (в теории скорость может превышать 1 Гбит/сек). В наиболее распространенном сейчас в мире стандарте сотовой связи GSM/EDGE (2G) предел скорости передачи данных составляет всего 240 Кбит/сек. В сетях третьего поколения (3G), развернутых сейчас только в Европе, США и некоторых странах Азии (Япония, Тайвань, Сингапур), скорость составляет до 7-14 Мбит/сек.
Главное отличие сетей четвертого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу как голосового трафика, так и пакетов данных. Международный союз телекоммуникаций определяет технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, которая позволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях движения источника или приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными между двумя мобильными устройствами. Пересылка данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6). Это заметно облегчает работу сетей, особенно если они различных типов. Для обеспечения необходимой скорости используются частоты 40 и 60 GHz. Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили испытанный в цифровом вещании прием — технологию мультиплексирования с ортогональным разделением частот OFDM. Такая методика манипулирования сигналом позволяет значительно "уплотнить" данные без взаимных помех и искажений. При этом происходит разбиение по частотам с соблюдением ортогональности: максимум каждой несущей волны приходится на тот момент, когда соседние имеют нулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр — не нужны защитные "противоинтерференционные" полосы. Для передачи сигнала применяется модуляция со сдвигом фазы (PSK и ее разновидности), при которой пересылается больше информации за отрезок времени, или квадратно амплитудная (QAM), более современная и позволяющая выжать максимум из пропускной способности канала. Конкретный тип выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается при приеме.
Для уверенного приема и передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую станцию. Но в условиях города таким антеннам в определении правильного направления могут помешать замирания сигнала — его искажения, возникающие в процессе распространения. Здесь выручает еще одна особенность OFDM — стойкость к замираниям (для разных типов модуляции есть свой запас на замирания). Возможна и работа в условиях отсутствия прямой видимости, что так мешает телефонам стандарта GSM. Недостатки ODFM — чувствительность к доплеровским искажениям и требовательность к качеству электронных компонентов.
Хроника стремительного развития
Наиболее технически развитые страны сейчас активно переходят на использование 3G, а во многих сетях уже применяется технология, получившая обозначение 3,5G. В коммерческой эксплуатации уже более 90 соответствующих сетей. Но, по мнению аналитиков телекоммуникационной индустрии, ряд стран, где недавно пришли к необходимости внедрять сети третьего поколения, теперь предпочтет "перескочить" на поколение вперед, начав частичную эксплуатацию 4G.
Еще в 2005 году японская компания NTT DoCoMo сообщила об успехах в работе над новым стандартом беспроводной связи — были проведены удачные эксперименты по передаче данных на скорости 100 Мбит/сек по беспроводным каналам сети 4G. Таким образом, вопреки всем ожиданиям оказалось, что NTT DoCoMo опережает конкурентов по меньшей мере на четыре года. Но только во второй половине 2006 года крупные национальные и международные операторы начали официальное сотрудничество для разработки стандарта 4G. Рабочая группа Next Generation Mobile Network Cooperation (NGMNC) собрала вместе GSM- и CDMA-операторов со всего мира, чтобы определить их требования к мобильным сетям четвертого поколения. Основными членами группы стали Sprint Nextel, T-Mobile, Vodafone, KPN и Orange, к ним присоединились NTT DoCoMo и China Mobile. Это объединение откроет предприятие в Великобритании, которое, в свою очередь, в июле 2007 года начнет разработку полномасштабной сети с пакетной коммутацией данных. Одной из технологических задач группы является подготовка плавного перехода на 4G со всех 3G-технологий включая UMTS и EV-DO. По словам участников NGMNC, запуск коммерческих сетей на базе нового стандарта намечен на 2010 год.
Но в Китае, как это часто бывает в последнее время, придерживаются других взглядов на развитие технологий. 28 января этого года после нескольких месяцев испытаний здесь была официально запущена в эксплуатацию первая в мире сеть мобильных коммуникаций четвертого поколения — она начала функционировать в шанхайском районе Чангнинг. Система обеспечивает скорость беспроводной передачи данных в 100 Мбит/с, что сопоставимо со скоростью, которую позволяют достичь оптоволоконные технологии. Тут нужно заметить, что исследовательский проект по переходу от 3G к 4G был запущен Китаем еще в 2001 году. Запуск действующей системы обошелся в $19,2 млн. Ожидается, что в Китае широкое внедрение 4G начнется в преддверии Олимпиады 2008 года в Пекине.
В Европе также готовятся к запуску первые сети мобильной связи четвертого поколения. О своем участии в проекте LTE (Long-Term Evolution) заявили крупные европейские операторы T-Mobile International, Orange и Vodafone Group, а также производители мобильного оборудования Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Nortel Networks и Ericsson. Тестовый запуск LTE планировалось начать уже в мае 2007 года, а в коммерческую эксплуатацию первые сети будут запущены в 2009-2010 годах. Эксперты полагают, что к этому сроку можно развернуть сети 4G, но покрытие базовых станций будет скорее "очаговым". Специалисты также уверены, что вряд ли услуги 4G станут популярными у европейских абонентов в ближайшие годы. Ведь даже сейчас, через четыре года после запуска первых сетей третьего поколения 3G в Европе, они используются менее чем на половину своих возможностей. Аналитики связывают это с завышенными тарифами на услуги связи третьего поколения. Таким образом, важную роль в успехе 4G будет играть ценовая политика европейских операторов. Ведь, на самом деле, далеко не все пользователи заинтересованы в высокоскоростном мобильном Интернете и связанным с ним услугах — большинству нужна обычная голосовая связь. Учитывая проблемы 3G, влияние технологий связи четвертого поколения на рынок телекоммуникационных услуг в Европе станет заметным лишь к 2020 году, прогнозируют пессимисты.
Сейчас в США оператор мобильной связи Nextel рассматривает возможность отказаться от 3G в пользу системы 4G компании Flarion, которая вовсю раскручивает свое детище. "Проверка жизнеспособности 4G охватит 150 базовых станций в крупнейших городах юга Америки", — сообщает Nextel, расширяя область тестирования. А вот испанская Telefonica не собирается полностью отказываться от внедрения сетей третьего поколения, а только ограничивает масштабы их применения для того, чтобы сконцентрироваться на "прыжке через одно поколение". Только если в Новом Свете востребованы решения компании Flarion, то здесь отдают предпочтение разработкам IPwireless, что очень удобно в сложившейся обстановке, так как используется задел от внедрения 3G.
А теперь — самая удивительная новость последнего времени, относящаяся к теме внедрения 4G. Ожидается, что в IV квартале 2007 года сразу четыре компании объявят о начале предоставления услуг связи четвертого поколения в нескольких крупных городах Украины. Такой прогноз в середине апреля нынешнего года сделал на основании переговоров с тремя операторами о поставке оборудования генеральный директор "Nortel Украина" Евгений Лисицын: "Данные операторы получат лицензии и начнут предоставление услуг по технологии Mobile WiMAX. Услуги 4G сегодня в Украине могут предоставляться именно по технологии WiMAX. Остальные технологии появятся на рынке лишь в 2008-2009 годах". В Украине среди компаний мобильной связи конкурентным преимуществом обладают CDMA-операторы, поскольку для предоставления услуг нового поколения им не нужно приобретать лицензии на новые частоты: новое оборудование работает на тех же частотах. Однако действительно ли Украина сумеет уже сейчас внедрить у себя 4G и столь значительно оторваться от своих соседей по Восточной Европе — большой вопрос.
Проблемы
Эксперты отмечают, что на пути введения в эксплуатацию сетей 4G есть ряд препятствий. Во-первых, на рынке нет абонентских устройств. Такие телефоны, если бы существовали, потребляли бы слишком много энергии и не могли бы долго работать на аккумуляторах (сейчас подобные проблемы есть и у 3G-устройств). Во-вторых, скоростной доступ в Интернет и видеосервисы потребуют больших по размеру и более качественных дисплеев, чем те, которые устанавливаются в телефоны сейчас. Но главная проблема все же носит принципиально иной характер. Дело в том, что капиталовложения в развертывание сетей четвертого поколения должны быть намного солиднее, чем в 2G и даже в 3G. Между тем, инвесторы, в том числе и венчурные, пока осторожничают — они не уверены в должной экономической отдаче от 4G-проектов. К тому же, некоторые производители предлагают "скрестить" 4G и беспроводные широкополосные сети. В разных ситуациях пользователь будет иметь возможность выбирать наиболее подходящие способы подключения. Но в любом случае в основном варианте использования 4G технология Wi-Fi получит грозного конкурента.
Контент для 4G
Новые возможности в передаче огромных объемов данных, которые предоставляются технологиями группы 4G, уже сейчас заставляют поставщиков мобильного контента задуматься о расширении своего бизнеса. Если сегодня основным товаром на этом рынке являются мелодии и простенькие игры, то появление 4G сделает намного более актуальным мобильное телевидение, video-on-demand (VOD — "видео по запросу"), "продвинутые" игры и т.п. Кроме того, благодаря 4G станут возможны мобильные видеоконференции (видеочаты) и мобильные peer-to-peer-сети. По прогнозам исследовательской компании Screen Digest, к 2011 году во всем мире будет насчитываться по меньшей мере 140 млн подписчиков сервисов мобильного телевидения. Ежегодный совокупный доход этого рынка через пять лет достигнет показателя в 4,7 млрд евро. Аналитики полагают, что потенциально сервисы мобильного ТВ могут приносить гораздо большую прибыль, чем игры и музыка для сотовых аппаратов.
Объем рынка мобильных игр в настоящее время составляет порядка 1,6 млрд евро, причем 50% из этой суммы приходится на Южную Корею и Японию. К 2011 году этот рынок увеличится ненамного и будет оцениваться в 2 млрд евро. Причиной столь незначительного роста специалисты Screen Digest называют стремление сотовых операторов сфокусироваться на музыкальных и телевизионных мобильных сервисах, а не на играх. На рынке музыкального мобильного контента в течение следующих пяти лет, напротив, будет наблюдаться взрывной рост. Объем рынка в сравнении с показателями 2006 года увеличится в 8 раз и составит 1,47 млрд евро. Одним из основных факторов роста станет доступность подписных сервисов, которые предлагают пользователям не только аудиотреки, но и сопутствующие (в том числе мультимедийные) материалы. Хотя к 2011 году большинство музыкальных композиций сотовые абоненты будут, как и сегодня, загружать на мобильники с персональных компьютеров.
Денис Лавникевич
Техническая сторона
Главное отличие сетей четвертого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу как голосового трафика, так и пакетов данных. Международный союз телекоммуникаций определяет технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, которая позволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях движения источника или приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными между двумя мобильными устройствами. Пересылка данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6). Это заметно облегчает работу сетей, особенно если они различных типов. Для обеспечения необходимой скорости используются частоты 40 и 60 GHz. Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили испытанный в цифровом вещании прием — технологию мультиплексирования с ортогональным разделением частот OFDM. Такая методика манипулирования сигналом позволяет значительно "уплотнить" данные без взаимных помех и искажений. При этом происходит разбиение по частотам с соблюдением ортогональности: максимум каждой несущей волны приходится на тот момент, когда соседние имеют нулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр — не нужны защитные "противоинтерференционные" полосы. Для передачи сигнала применяется модуляция со сдвигом фазы (PSK и ее разновидности), при которой пересылается больше информации за отрезок времени, или квадратно амплитудная (QAM), более современная и позволяющая выжать максимум из пропускной способности канала. Конкретный тип выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается при приеме.
Для уверенного приема и передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую станцию. Но в условиях города таким антеннам в определении правильного направления могут помешать замирания сигнала — его искажения, возникающие в процессе распространения. Здесь выручает еще одна особенность OFDM — стойкость к замираниям (для разных типов модуляции есть свой запас на замирания). Возможна и работа в условиях отсутствия прямой видимости, что так мешает телефонам стандарта GSM. Недостатки ODFM — чувствительность к доплеровским искажениям и требовательность к качеству электронных компонентов.
Хроника стремительного развития
Наиболее технически развитые страны сейчас активно переходят на использование 3G, а во многих сетях уже применяется технология, получившая обозначение 3,5G. В коммерческой эксплуатации уже более 90 соответствующих сетей. Но, по мнению аналитиков телекоммуникационной индустрии, ряд стран, где недавно пришли к необходимости внедрять сети третьего поколения, теперь предпочтет "перескочить" на поколение вперед, начав частичную эксплуатацию 4G.
Еще в 2005 году японская компания NTT DoCoMo сообщила об успехах в работе над новым стандартом беспроводной связи — были проведены удачные эксперименты по передаче данных на скорости 100 Мбит/сек по беспроводным каналам сети 4G. Таким образом, вопреки всем ожиданиям оказалось, что NTT DoCoMo опережает конкурентов по меньшей мере на четыре года. Но только во второй половине 2006 года крупные национальные и международные операторы начали официальное сотрудничество для разработки стандарта 4G. Рабочая группа Next Generation Mobile Network Cooperation (NGMNC) собрала вместе GSM- и CDMA-операторов со всего мира, чтобы определить их требования к мобильным сетям четвертого поколения. Основными членами группы стали Sprint Nextel, T-Mobile, Vodafone, KPN и Orange, к ним присоединились NTT DoCoMo и China Mobile. Это объединение откроет предприятие в Великобритании, которое, в свою очередь, в июле 2007 года начнет разработку полномасштабной сети с пакетной коммутацией данных. Одной из технологических задач группы является подготовка плавного перехода на 4G со всех 3G-технологий включая UMTS и EV-DO. По словам участников NGMNC, запуск коммерческих сетей на базе нового стандарта намечен на 2010 год.
Но в Китае, как это часто бывает в последнее время, придерживаются других взглядов на развитие технологий. 28 января этого года после нескольких месяцев испытаний здесь была официально запущена в эксплуатацию первая в мире сеть мобильных коммуникаций четвертого поколения — она начала функционировать в шанхайском районе Чангнинг. Система обеспечивает скорость беспроводной передачи данных в 100 Мбит/с, что сопоставимо со скоростью, которую позволяют достичь оптоволоконные технологии. Тут нужно заметить, что исследовательский проект по переходу от 3G к 4G был запущен Китаем еще в 2001 году. Запуск действующей системы обошелся в $19,2 млн. Ожидается, что в Китае широкое внедрение 4G начнется в преддверии Олимпиады 2008 года в Пекине.
В Европе также готовятся к запуску первые сети мобильной связи четвертого поколения. О своем участии в проекте LTE (Long-Term Evolution) заявили крупные европейские операторы T-Mobile International, Orange и Vodafone Group, а также производители мобильного оборудования Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Nortel Networks и Ericsson. Тестовый запуск LTE планировалось начать уже в мае 2007 года, а в коммерческую эксплуатацию первые сети будут запущены в 2009-2010 годах. Эксперты полагают, что к этому сроку можно развернуть сети 4G, но покрытие базовых станций будет скорее "очаговым". Специалисты также уверены, что вряд ли услуги 4G станут популярными у европейских абонентов в ближайшие годы. Ведь даже сейчас, через четыре года после запуска первых сетей третьего поколения 3G в Европе, они используются менее чем на половину своих возможностей. Аналитики связывают это с завышенными тарифами на услуги связи третьего поколения. Таким образом, важную роль в успехе 4G будет играть ценовая политика европейских операторов. Ведь, на самом деле, далеко не все пользователи заинтересованы в высокоскоростном мобильном Интернете и связанным с ним услугах — большинству нужна обычная голосовая связь. Учитывая проблемы 3G, влияние технологий связи четвертого поколения на рынок телекоммуникационных услуг в Европе станет заметным лишь к 2020 году, прогнозируют пессимисты.
Сейчас в США оператор мобильной связи Nextel рассматривает возможность отказаться от 3G в пользу системы 4G компании Flarion, которая вовсю раскручивает свое детище. "Проверка жизнеспособности 4G охватит 150 базовых станций в крупнейших городах юга Америки", — сообщает Nextel, расширяя область тестирования. А вот испанская Telefonica не собирается полностью отказываться от внедрения сетей третьего поколения, а только ограничивает масштабы их применения для того, чтобы сконцентрироваться на "прыжке через одно поколение". Только если в Новом Свете востребованы решения компании Flarion, то здесь отдают предпочтение разработкам IPwireless, что очень удобно в сложившейся обстановке, так как используется задел от внедрения 3G.
А теперь — самая удивительная новость последнего времени, относящаяся к теме внедрения 4G. Ожидается, что в IV квартале 2007 года сразу четыре компании объявят о начале предоставления услуг связи четвертого поколения в нескольких крупных городах Украины. Такой прогноз в середине апреля нынешнего года сделал на основании переговоров с тремя операторами о поставке оборудования генеральный директор "Nortel Украина" Евгений Лисицын: "Данные операторы получат лицензии и начнут предоставление услуг по технологии Mobile WiMAX. Услуги 4G сегодня в Украине могут предоставляться именно по технологии WiMAX. Остальные технологии появятся на рынке лишь в 2008-2009 годах". В Украине среди компаний мобильной связи конкурентным преимуществом обладают CDMA-операторы, поскольку для предоставления услуг нового поколения им не нужно приобретать лицензии на новые частоты: новое оборудование работает на тех же частотах. Однако действительно ли Украина сумеет уже сейчас внедрить у себя 4G и столь значительно оторваться от своих соседей по Восточной Европе — большой вопрос.
Проблемы
Эксперты отмечают, что на пути введения в эксплуатацию сетей 4G есть ряд препятствий. Во-первых, на рынке нет абонентских устройств. Такие телефоны, если бы существовали, потребляли бы слишком много энергии и не могли бы долго работать на аккумуляторах (сейчас подобные проблемы есть и у 3G-устройств). Во-вторых, скоростной доступ в Интернет и видеосервисы потребуют больших по размеру и более качественных дисплеев, чем те, которые устанавливаются в телефоны сейчас. Но главная проблема все же носит принципиально иной характер. Дело в том, что капиталовложения в развертывание сетей четвертого поколения должны быть намного солиднее, чем в 2G и даже в 3G. Между тем, инвесторы, в том числе и венчурные, пока осторожничают — они не уверены в должной экономической отдаче от 4G-проектов. К тому же, некоторые производители предлагают "скрестить" 4G и беспроводные широкополосные сети. В разных ситуациях пользователь будет иметь возможность выбирать наиболее подходящие способы подключения. Но в любом случае в основном варианте использования 4G технология Wi-Fi получит грозного конкурента.
Контент для 4G
Новые возможности в передаче огромных объемов данных, которые предоставляются технологиями группы 4G, уже сейчас заставляют поставщиков мобильного контента задуматься о расширении своего бизнеса. Если сегодня основным товаром на этом рынке являются мелодии и простенькие игры, то появление 4G сделает намного более актуальным мобильное телевидение, video-on-demand (VOD — "видео по запросу"), "продвинутые" игры и т.п. Кроме того, благодаря 4G станут возможны мобильные видеоконференции (видеочаты) и мобильные peer-to-peer-сети. По прогнозам исследовательской компании Screen Digest, к 2011 году во всем мире будет насчитываться по меньшей мере 140 млн подписчиков сервисов мобильного телевидения. Ежегодный совокупный доход этого рынка через пять лет достигнет показателя в 4,7 млрд евро. Аналитики полагают, что потенциально сервисы мобильного ТВ могут приносить гораздо большую прибыль, чем игры и музыка для сотовых аппаратов.
Объем рынка мобильных игр в настоящее время составляет порядка 1,6 млрд евро, причем 50% из этой суммы приходится на Южную Корею и Японию. К 2011 году этот рынок увеличится ненамного и будет оцениваться в 2 млрд евро. Причиной столь незначительного роста специалисты Screen Digest называют стремление сотовых операторов сфокусироваться на музыкальных и телевизионных мобильных сервисах, а не на играх. На рынке музыкального мобильного контента в течение следующих пяти лет, напротив, будет наблюдаться взрывной рост. Объем рынка в сравнении с показателями 2006 года увеличится в 8 раз и составит 1,47 млрд евро. Одним из основных факторов роста станет доступность подписных сервисов, которые предлагают пользователям не только аудиотреки, но и сопутствующие (в том числе мультимедийные) материалы. Хотя к 2011 году большинство музыкальных композиций сотовые абоненты будут, как и сегодня, загружать на мобильники с персональных компьютеров.
Денис Лавникевич
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 22 за 2007 год в рубрике mobile
