Rambler's Top100
Статьи ИКС № 11 2006
Мори РАМНИ  Ким ТРАН  01 ноября 2006

Будущее наступит уже завтра, или Трудная дорога к 4G

Пока четко определенного направления развития технологии 4G не существует. Хотя определение 4G, предложенное МСЭ, выглядит достаточно ясным: оно призывает к интеграции трех областей беспроводного доступа – домашнего, локального (ближайшего к работе и офису) и по всему миру, а также к единому подходу: везде высокая пропускная способность и бесшовная интеграция. Появляются технологии, которые могли бы стать движущей силой перехода на 4G и обладающие вожделенными возможностями глобального взаимодействия, необходимой пропускной способностью и т.д., и т.п.

Провозвестники 4G

Системы на базе технологии Multiple Input Multiple Output (MIMO) позволяют линейно увеличить пропускную способность и емкость системы относительно числа передающих и принимающих сторон. Реализовать их можно двумя способами. Первый – разнесение приемопередачи для повышения устойчивости работы системы и расширения диапазона. Второй – передача нескольких отдельных потоков данных по параллельным (разделенным в пространстве) каналам. Возможна и комбинация этих методов.

Что касается радиоинтерфейсов, то для повышения эффективности использования спектра, устойчивости работы системы и достижения оптимальной мощности передачи сигнала в системах 4G предполагается реализовать динамическую адаптацию метода модуляции и скорости кодирования, исходя из состояния каналов и оценок их качества. Высокую пропускную способность также призваны обеспечить новые, более совершенные схемы модуляции и кодирования. Основной кандидат на роль 4G-радиоинтерфейса – OFDM, обладающий естественной устойчивостью к ухудшениям таких характеристик каналов, как, например, затухание.

Следующее требование 4G – бесшовность среды связи, обеспечение взаимодействия между разными системами и разными организациями. По всей вероятности, этим критериям может соответствовать технология программно-управляемого радиотерминала (SoftwareDefined Radio, SDR), позволяющая управлять несколькими методами модуляции, широкополосной и узкополосной работой, функциями безопасности связи (такими, как скачкообразная перестройка частоты) и формой сигналов в широком диапазоне частот в соответствии с существующими и развивающимися стандартами. С помощью SDR можно обеспечить гладкий роуминг, загрузку новых конфигураций и функций по радиоканалу, реализацию расширенных сетевых функций, т.е. создать действительно широкополосную мобильную связь.

В результате терминалы станут более сложными и более интегрированными, появятся новые функции для поддержки вертикальных и горизонтальных сетевых иерархий, различных радиоинтерфейсов и конфигурируемых архитектур. Это означает, что большинство функций следующего поколения будет создаваться в виде одной сложной «системы на чипе» (System on Chip, SoC) или «системного пакета(System in Package, SiP). А реализованные в этой системе переносимые приложения будут включать фильтры, антенные и иные компоненты для работы в среде смешанного режима.

Однако на дороге, ведущей к 4G, немало серьезных препятствий.

«Стандартные» особенности

Некоторые из этих проблем порождены недальновидностью Международного союза электросвязи в отношении технологий следующего поколения. Несмотря на то что в середине 90-х целью инициативы МСЭ в области технологий 3G было создание единого стандарта радиосвязи с высокой степенью мобильности, результатом работ стали пять, в сущности несовместимых, стандартов. Причина – столкновение интересов конкурентов, а по сути – реалии рынка. Ситуация с 4G аналогична, притом что сегодня проблемы сочетаемости разных технологий и IP значительно сложнее, чем 10 лет назад, а вероятность воплощения «унифицированной» технологии 4G еще меньше, чем для 3G. Самая же большая беда в том, что мы не всегда извлекаем уроки из прошлого опыта.

К сожалению, несмотря на «правильные» лозунги, МСЭ при описании потенциала новых технологий радиосвязи уделяет недостаточно внимания вопросам обеспечения высокой пропускной способности системы и качества обслуживания (QoS). Так, до сих пор не решены некоторые проблемы, связанные с переходом от GSM к WCDMA. Поэтому неудивительно, что из-за существующих преград гораздо больших инвестиций потребуют такие, например, области, как функциональная совместимость оборудования и управление радиоресурсами (Radio Resource Monitoring, RRM).

А между тем именно RRM отвечает за принятие решений по управлению мощностью радиоканалов, частот и эффективности кодирования для предоставления услуг с высоким качеством обслуживания (QoS) в условиях ограниченной пропускной способности радиоинтерфейса. Особое внимание при беспроводной связи следует уделить QoS. Превосходные инновационные технологии, такие как VoIP, PTT и UMA, могут помочь сэкономить средства. Но решающий фактор успеха 4G – качество связи и надежность (в идеале сети 4G должны соответствовать наземным широкополосным каналам). Без надлежащего качества увеличение пропускной способности потеряет всякий смысл.

Что еще важно для конечных пользователей? Конечно же, роуминг. И здесь необходимо подумать о технологиях хэндовера. Успех любой системы беспроводной связи зависит не только от стоимости оборудования (инфраструктуры и мобильных телефонов), но и от алгоритмов внутрисистемного и межсистемного хэндовера. Очевидно, что с внедрением технологий 3G осуществлять хэндовер проще не стало.

Увы, но напрямую эта проблема не решается разработкой стандартов, определяющих правила выполнения хэндовера. Ведь стандарт никак не описывает временны’е алгоритмы его исполнения. Кроме того, стоящая перед технологиями 4G задача интеграции систем с высоким и низким уровнями мобильности означает, что обеспечить в них гладкий хэндовер гораздо сложнее, чем в сетях 3G.

В то же время органы по стандартизации, весьма преуспевшие в синтаксисе, лексике и в некоторой части грамматики стандартов беспроводной связи, остальное содержательное наполнение спецификаций оставили операторам и производителям оборудования. Они-то и должны попытаться превратить весь этот набор инструментов или правил в давно обещанный нам бестселлер под названием «Беспроводная утопия» или что-то близкое к нему.

Результат непредсказуем: тут и недовольство хэндовером со стороны клиентов, и опасность ввести их в заблуждение. Ведь на рынке мобильных беспроводных устройств царит полный разнобой, а сложность среды прикладных систем постоянно возрастает.

Еще одна группа проблем связана с физическим уровнем организации связи, например с новыми методами модуляции и более высокой скоростью передачи данных. Главный вопрос сетей 4G: как заставить новые технологии работать в реальной среде радиосвязи? Ведь это уже не сеть GSM с одним-двумя диапазонами частот, одним сервисом голосовой связи и службой SMS. Управлять столь сложной средой, как 4G, – очень непростая задача.

В погоне за новыми технологиями физического уровня отрасль беспроводной связи продолжает поиски некоего приложения-«убийцы» (а по сути – спасителя), которое позволило бы окупить инвестиции. Однако с учетом существующих для 3G и появляющихся для 4G трудностей наиболее вероятно, что истинным убийцей 4G может стать сама сложность этих технологий и огромное их разнообразие.

Есть ли выход из этой ситуации? Возможно, проблему удастся решить, разделив отрасль на группы «по стандартам» в попытке ограничить «количество переменных». Это позволит создать бизнес-модель ограниченного применения, но не поможет осуществить бесшовную интеграцию беспроводных систем в мировом масштабе.

Другое решение – применение архитектуры UMA, которая позволяет оператору в рамках своей сети развертывать несколько закрытых корпоративных систем на базе «фирменных» протоколовв разных географических зонах. Но и оно ни на шаг не приближает нас к идеалу сотовой/беспроводной системы, которая работает везде и для всех.

Теоретически время для решения проблем еще есть. Но следует помнить, что потребителю не нужна связь на скорости 14 Мбит/с, если из-за проблем с QoS на нее нельзя положиться.

Измерить несуществующее

Это может показаться фантастикой, но некоторые работы по тестированию и измерениям технологий 4G уже осуществимы на практике. И все благодаря проекту 4G Radio Project (www.4G-radio.de), разрабатываемому совместно компаниями STMicroelectronics, Infineon Technologies, Agilent Technologies и другими производителями при участии университетов. Цель проекта – сократить сроки разработки передовых чипсетов и платформ SоC в области 4G-радиосвязи за счет создания стандартизованных библиотек схем и конфигурируемых цифровых компонентов. В рамках проекта разработаны решения производителей контрольно-измерительного оборудования, обеспечивающие имитацию всего приемопередающего тракта – от чипсета (DSP) до радиоинтерфейса – и позволяющие использовать собственные патентованные модели для имитационного моделирования систем и анализа схем.

Среди них и ПО Advanced Design System (Agilent), и платформа для автоматизации проектирования электронного оборудования, и ряд устройств в области генерации и анализа сигналов. Требования к такому оборудованию – возможность масштабирования по диапазону частот, полосе пропускания информации и динамическому диапазону, а также средства конфигурирования для проведения многоканальных измерений.

Однако пока нет «предмета исследования» целиком, неясно, сможет ли контрольно-измерительная отрасль помочь в создании эффективного оборудования, предложив сложные мультистандартные системы имитационного моделирования. Сегодня трудно предсказать, как будут решаться в сетях 4G такие системные вопросы, как управление радиоресурсами или взаимодействие приложений. А поскольку об упрощении пока и речи не идет, надо подготовиться к постоянной и все возрастающей зависимости производителя от дорогостоящих полевых испытаний.
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!