В предыдущих материалах о путях дальнейшего развития сетей мобильной связи (см. «Сети», 2007, № 15, статья «Горизонты эволюции 3G» и № 16, статья «Горизонты эволюции 3G: архитектурные аспекты») мы рассматривали изменения на уровне радиоинтерфейса UTRAN и поддерживающей его системной архитектуры. За кадром остался третий компонент эволюции сетей 3G из описанных консорциумом 3GPP в документе «Mobile Broadband: The Global Evolution of UMTS/HSPA Release 7 and Beyond». Это — методы передачи данных в нисходящем и восходящем направлениях.

Технологический фундамент

Следующее поколение технологии High Speed Packet Access (HSPA), которая объединяет методы передачи трафика в нисходящем (HSDPA) и восходящем (HSUPA) направлениях, консорциум 3GPP именует HSPA Evolution, или HSPA+. Речь идет о дальнейшем совершенствовании радиоинтерфейса UMTS на базе технологических новинок, описанных в документе 3GPP Rel-7. Это позволит увеличить скорость передачи данных, уменьшить перекрестные помехи и задержки передачи, заложить фундамент плавного перехода на архитектуру LTE/SAE.

Технология HSPA+ призвана в полной мере реализовать потенциал сетей CDMA, достичь производительности, сопоставимой с таковой в сетях LTE при 5-мегагерцовой ширине радиоканалов, обеспечить взаимодействие сетей HSPA и LTE, а также обратную совместимость с более ранними технологиями без ущерба для производительности. По характеристикам сети HSPA+ должны если не превзойти мобильные сети WiMAX, то хотя бы сравняться с ними и открыть перед операторами UMTS новые бизнес-горизонты.

Предполагается, что при использовании алгоритма квадратичной амплитудной модуляции 16 QAM и технологии множественных антенн (MIMO) в конфигурации 2x2 теоретическая пиковая скорость передачи данных в нисходящем канале HSPA+ составит 28 Мбит/с, а в восходящем — 11,5 Мбит/с. Увеличение пропускной способности должно достигаться практически без обновления аппаратных средств, дабы продлить сроки эксплуатации имеющейся инфраструктуры HSPA.

В техническом плане основная ставка делается на технологию MIMO в сочетании с пространственным мультиплексированием. Кроме того, уже в спецификациях Rel-6 консорциум 3GPP предусмотрел возможность применения методов множественного доступа с пространственным разделением (SDMA), например алгоритмов формирования лучей и секторизации, которые позволяют еще больше поднять эффективность использования спектра. Переход к следующему поколению сетей HSPA будет базироваться еще на нескольких технических разработках:

  • модуляция более высоких порядков, прежде всего 64 QAM, которая в сочетании с технологией MIMO позволит довести скорость передачи данных в нисходящем канале до 42 Мбит/с;
  • непрерывная пакетная передача (Continuous Packet Connectivity, CPC), которая дает возможность уменьшить долю служебного трафика, воспринимаемого HSPA-терминалом, значительно увеличить число абонентов, обслуживаемых выделенным каналом соты, и ускорить активизацию сети после простоя;
  • новые типы принимающих устройств (2i и 3i), способные уменьшить помехи от соседних сот для сети HSPA. Это позволяет чуть ли не втрое поднять скорость передачи данных вблизи границы соты либо на 35–55% (в зависимости от степени разнесенности радиоканалов) увеличить радиус соты.

История и современность

Первая демонстрация технологии HSDPA на базе коммерческой сети UMTS состоялась в ноябре 2003 года в Свиндоне (Великобритания). Ее полномасштабное внедрение раньше других осуществила Cingular Wireless, позднее ставшая частью AT&T. Это произошло в самом конце 2005 года, но в гордом одиночестве Cingular оставалась недолго: довольно скоро ее примеру последовали Manx Telecom (подразделение O2) и Telekom Austria. В июне 2006 года рекордную по тем временам скорость нисходящей передачи в сети HSDPA (3,6 Мбит/с) продемонстрировал литовский оператор Bite Lietuva, но сегодня это достижение уже никого не впечатляет.

Всего за два года, прошедших с момента запуска первой коммерческой сети HSDPA, эта технология перешла из класса экзотики в категорию мэйнстрима. По данным Informa Telecoms & Media, WCIS и 3G Americas, в декабре прошлого года в 72 странах действовали 167 коммерческих сетей HSDPA, а еще 61 оператор развертывал либо планировал строить такие сети. Услуги в сетях UMTS на тот же момент предоставляли 200 операторов; логично предположить, что со временем все они внедрят у себя технологию HSDPA.

Повсеместное строительство сетей HSDPA было бы невозможно без соответствующих абонентских устройств. Первые терминалы HSDPA появились в мае 2006 года в Южной Корее, а вскоре после этого — в США. Согласно оценкам 3G Americas, в конце прошлого года на мировом рынке предлагались более 400 моделей терминалов HSDPA.

Технология HSUPA распространялась с отставанием примерно на год (рис. 1), что неизбежно сказалось на мировой статистике. Первая демонстрация HSUPA состоялась в ноябре 2006 года в Европе, а уже через три месяца проведший ее оператор Mobilkom Austria приступил к предоставлению услуг на коммерческой основе. Прошлой весной на рынке появились первые USB-модемы и адаптеры, поддерживающие скорость восходящей передачи 7,2 Мбит/с. На американском рынке пионером HSUPA стала AT&T. К началу декабря 2007 года в мире насчитывалось 25 коммерческих сетей HSUPA; еще 132 компании анонсировали планы запуска услуг на базе этой технологии.

Активное развертывание сетей HSPA во всем мире заставляет предположить, что вскоре у операторов возникнет потребность в дальнейшем наращивании их технических возможностей, причем с минимальными затратами. Непонятно только, когда именно начнется этот процесс. Многое будет зависеть от готовности инфраструктурного и терминального оборудования, и в данном отношении позиции разных производителей не одинаковы.

Основные игроки

По мнению экспертов, в числе лидеров останется компания Alcatel-Lucent, ведь именно на базе ее оборудовании Cingular и Manx развернули первые сети HSDPA, а австрийская Mobilkom — первую сеть HSUPA. ALU первой продемонстрировала возможности технологии HSUPA и на крупнейших мировых телекоммуникационных форумах 3GSM World Congress и CTIA Wireless в 2006 году. Передовые разработки фирмы в области MIMO и машрутизаторов базовых станций (BSR) позволяют достичь существенной интеграции прежде разрозненных инфраструктурных компонентов сетей 3G и тем упростить поддержку в них услуг UMTS/HSPA. Добавьте сюда приобретение бизнеса UTRAN у корпорации Nortel в 2006 году, и перспективы Alcatel-Lucent на рынке оборудования HSPA+ будут выглядеть весьма многообещающе.

По состоянию на ноябрь 2007 года решения Ericsson использовались в 75 из 154 действовавших коммерческих сетей HSDPA. Наряду с ALU компания участвовала в развертывании первых сетей HSPA операторами Cingular и Mobilkom. Пару месяцев назад она продемонстрировала в Барселоне возможность пересылки данных на абонентское устройство со скоростью 90 Мбит/с. Выпускаемая Ericsson элементная база включает в себя самые компактные в индустрии чипсеты для HSPA-терминалов. В феврале 2007 года Ericsson анонсировала выпуск адаптеров Mobile Broadband Modules для ноутбуков, которые не только поддерживают EDGE, но и позволяют передавать данные по сетям HSPA со скоростями 7,2 Мбит/с в нисходящем и 2 Мбит/с в восходящем направлениях. Некоторые производители уже встроили такие адаптеры в свои ноутбуки.

Компания Motorola реализовала в 2007 году ряд проектов построения сетей UMTS/HSPA. Всякий раз она акцентировала внимание операторов на быстрой окупаемости вложений в инфраструктуру — за счет компактности, удобства монтажа и простоты наладки оборудования. Еще в 2004 году фирма продемонстрировала возможность передачи данных по технологии OFDM со скоростью 300 Мбит/с. Не приходится сомневаться в том, что ее наработки будут в полной мере востребованы операторами. В текущем году Motorola намерена провести первые испытания оборудования LTE, а выпуск коммерческих продуктов запланирован на конец 2009 года.

Совместное предприятие Nokia Siemens Networks, начавшее работать 1 апреля 2007 года, имеет в своем активе около 100 проектов построения сетей UMTS. В ноябре прошлого года его оборудование использовалось в 85 из 154 сетей HSDPA. На 3GSM World Congress 2007 компания впервые продемонстрировала возможности хэндовера между сетями HSPA и LTE. Посетители смогли также увидеть архитектуру «плоской» сети Internet-HSPA (i-HSPA), которая поддерживает прямое туннелирование IP-трафика при его передаче с абонентского терминала в Internet и тем самым существенно упрощает переход на LTE. В минувшем году ряд операторов успешно протестировали решение i-HSPA, и вскоре первую коммерческую сеть на его основе запустит американская Terrestar.

Несмотря на продажу корпорацией Nortel бизнеса UTRAN компании Alcatel-Lucent, эксперты продолжают рассматривать Nortel как одного из крупнейших игроков рынка решений для сетей мобильной связи следующего поколения. На прошлогоднем 3GSM World Congress фирма впервые продемонстрировала радиоинтерфейсы, основанные на предварительной версии стандарта LTE.

Заслуживают упоминания также HTC, LG и Samsung. По состоянию на конец прошлого года они имели самые большие линейки HSPA-терминалов.

Аналитики Informa Telecoms & Media ожидают, что в 2009 году мировая абонентская база сетей HSPA превысит 25% таковой для сетей UMTS (рис. 2). Кое-кто из 110 млн этих счастливчиков успеет в полной мере оценить достоинства технологии HSPA+.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями