УДК ________

О перспективах развития технологии LTE: исследование основных проблем перехода к сетям нового поколения

Акимжанов Аскар Дулатович

Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина,

Мухамедрахимов К.У. –

кандидат физико-математических наук, Аграрнотехнический университет им. С.Сейфуллина

Республика Казахстан, г. Астана

Аннотация: проведен анализ поэтапного развития, состояния и перспективы развития телекоммуникационных сетей, для дальнейшего анализа перспективы и проблемы использования LTE и LTE-Advanced, и развития мировых телекоммуникационных технологий в области мобильной связи, анализа современного состояния разработок по усовершенствованию технологии 4G/LTE в мире и в Республике Казахстан.

Ключевые слова: телекоммуникационные услуги, возможности технологии LTE, эволюция развития сетей мобильной связи, сети третьего поколения 3G, четвертого поколения 4G.

Изучение возможностей технологии LTE для сотовых сетей мобильной связи четвертого поколения ставит одной из задач – обзор принципов построения архитектуры сети и организация в них сетевых услуг. Изученные нами возможности сетевых услуг технологии LTE показали не только качество обслуживания в этих сетях, но и дали возможность анализировать дальнейшее развитие мировых телекоммуникационных технологий в области мобильной связи – разработку и внедрение стандартов четвертого поколения 4G, столь необходимых для обеспечения еще больших скоростей передачи данных. Целью таких мероприятий является повышение качества услуг при общем снижении издержек в эксплуатации телекоммуникационного оборудования.

Так как сетью является множество взаимодействующих друг с другом систем, которые осуществляют хранение, обработку и передачу разнообразной информации, то для анализа состояния рассматриваемой нами проблемы и перспективы использования мировых телекоммуникационных технологий, нами были изучены существующие научные источники о развитии мировых телекоммуникационных технологий в области мобильной связи. Это направление составляет особый интерес в связи с тем, что такое развитие предполагает разработку и внедрение стандартов четвертого поколения – 4G, обеспечивающих еще большие скорости передачи информаций, что предполагает в свою очередь повышение качества предлагаемых услуг. Причем такое внедрение стандартов 4G предполагается при общем снижении издержек в эксплуатации телекоммуникационного оборудования. Отметим, что к технологиям, призванным для решения насущных задач современных телекоммуникаций, относится технология Long Term Evolution (LTE) – «долговременное развитие» – стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных.

Технология, призванная для решения самых современных задач телекоммуникаций – LTE-технология, на основе которой реализованы сети мобильной связи – LTE-сети, понимается нами как система и как сетевая технология четвертого поколения. Но поскольку LTE-сети – это продолжение, причем довольно удачно развивающееся дальнейшее развитие сетей UMTS третьего поколения, то нами был проанализированы основные моменты функционирования мобильных сетей связи третьего поколения [1].

Бесспорно, что эволюция развития сетей мобильной связи от 2G, 3G определило современное состояние мирового рынка сотовой связи 4G.

Многие приложения мобильных систем третьего поколения (3G) по мере разработки стандартов этого поколения, показывали существенные улучшения таких показателей, как рост рыночного потенциала. Обсуждая тенденции и перспективы развития мирового рынка инфраструктуры беспроводной связи – 2G, 3G, 4G/LTE, WiMAX, Wi-Fi– активное развитие сети 3G, 4G/LTE ожидается к концу 2017 года [2-4].

Прогнозы такого рода строятся специалистами именно в этой области, причем по данным анализа развития всех поколений сетей и выполнения тех требований, которые возлагаются на ту или иную сеть, можно построить прогнозы на перспективы развития телекоммуникационных сетей. Для этого необходимо постоянно исследовать особенности потребления телекоммуникационных услуг среди населения мира и конкретно страны, изучать потребности мирового рынка радиосвязи, делать тщательный прогноз тенденции и перспективам развития мирового рынка инфраструктуры беспроводной связи, к примеру, 2G, 3G, 4G/LTE, WiMAX, Wi-Fi.

Мы ставили себе целью не только изучение динамики улучшения поставленных к системам поколений сетей 2G, 3G целей и задач, но и изучение мировой тенденции к глобализации, которая обеспечивала желаемую глобальную мобильность. Сети третьего поколения 3G обеспечивали скорость передачи данных до 3,6 Мб/сек. Запуск сетей 3G открыл абонентам мобильной связи тогда доступ к еще более лучшему качеству существующих услуг и к принципиально новым инновационным услугам. Сеть была построена настолько удобно, что после установления соединений с Интернет, в сети 3G и переходе в сеть GSM доступ в Интернет не разрывалась, также сохранялась в сети GSM/GPRS/EDGE. Это обеспечивало плавный переход между сетями 2G и 3G. Анализ эволюции развития сетей мобильной связи от 2G, 3G, показал, что успех 3G-сети зависел от тех целей и требований, которые были поставлены при создании систем третьего поколения, а именно: обеспечить качество передачи речи, сравнимое с качеством передачи в проводных сетях связи; эффективно использовать спектр частот; обеспечить поддержку многоуровневых сотовых структур; реализовать пакетную и канальную коммутацию; обеспечить взаимодействие с системами спутниковой связи; реализовать возможность национального и международного роуминга; обеспечить безопасность, сравнимую с безопасностью в проводных сетях.

Обычно наблюдается, что в первую очередь разрабатываются и внедряются такие услуги, как доступ к беспроводным услугам Интернет, постоянный доступ к Сети, диалоговому видео и речи для сопровождения компьютерных услуг. Требования же к системам 3G наиболее полно были сформулированы в рекомендациях IMT-2000 Международным союзом электросвязи (МСЭ): глобальный роуминг; сочетание пакетной коммутации данных и коммутации каналов; эффективное использование спектра частот; открытая архитектура; обеспечение передачи речи, данных и мультимедийных услуг; качество речи, сопоставимое с проводной связью; защита информации, сопоставимая с уже имеющейся системой в ТфОП/ISDN; взаимная работа со спутниковыми системами; высокая скорость передачи данных; поддержка иерархической структуры сот (HCS – Hierarchical Cell Structure); поэтапный подход к повышению скорости передачи данных до 2 Мбит/с.

Несмотря на выше перечисленные очевидные преимущества, на сегодняшний день сеть 3G доступна далеко не всем абонентам. Поясним такого рода проблемы на примерах исследований особенностей потребления телекоммуникационных услуг в мире, стран СНГ и Республики Казахстан.

Причинами аналитики считают следующее. Сети третьего поколения 3G развернуты лишь фрагментарно и по покрытию значительно отстают от своих предшественников на базе 2G. Также из распространенных на рынке телефонов не все поддерживают стандарты 3G-сети, однако производители аппаратов постоянно увеличивают количество моделей. К примеру, по данным статистики в 2006 году в России только каждый двадцать пятый проданный телефон поддерживал 3G. В 2007 году количество таких телефонов возросло до 10 процентов. По прогнозам специалистов, к 2010 году 3G будут поддерживать более 40 процентов телефонов, а к 2015 году их доля составит около 90 процентов. Эксперты многих стран отмечают, что хотя функционирование мобильных сетей связи третьего поколения еще к 2010-2011 годам уже стало полной «реальностью» [2], тем не менее первый опыт работы в сетях 3G в Европе был недостаточно успешен. Лицензии на 3G в Европе выдавались с 2000 года, а первые сети заработали только с 2003 года. Однако услуги не пользовались ожидаемым спросом из-за высоких цен и отсутствия на рынке достаточного количества телефонов, поддерживающих 3G. Такие же задачи стоят перед операторами разработать новые сервисы, которые пользовались бы большой популярностью у абонентов и позволили вложениям в 4G начать окупаться.

По данным Комитета по статистике Республики Казахстан, рынок потребления телекоммуникационных услуг в нашей стране растет и его прирост за последние 4-5 лет составило от 16% к концу 2013 года [2], еще на 4% в 2014 году, нетрудно прогнозировать прирост еще в 3-4% и на конец 2015 года. Проведенный опрос компанией Jʼson & Partners Consulting среди населения Казахстана в 2014 году дал интересные результаты: мобильная связь остается основным драйвером дохода на телекоммуникационном рынке Казахстана. От мобильных услуг доход занимает около половины рынка связи – 46%. По данным опроса, больше всего пользователей используют услуги доступа в Интернет – USB модемы 2G/3G/4G, мобильный интернет на мобильных телефонах и т.п. проводных и беспроводных технологий [2].

Главным отличием связи четвертого поколения 4G от сетей третьего поколения является то, что 4G-технологии позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек и повышенным качеством голосовой связи. Хотя начало разработок сети четвертого поколения 4G относят к 2000 году, тем не менее реализация происходила значительно позже, в 2008-2010 годах. Одновременно с этим ведущие мировые операторы приступили к внедрению сетей четвертого поколения 4G. Сети поколения 4G позволят передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с (входящий трафик) и 50 Мбит/с (исходящий трафик).

Сети 4G на основе стандарта LTE способны работать практически по всей ширине спектра частот от 700 МГц до 2,7 ГГц. Таким образом, LTE обеспечивает теоретическую пиковую скорость передачи данных до 326,4 Мбит/с от базовой станции к пользователю и до 172,8 Мбит/с в обратном направлении. Ожидается, что технология LTE приведет к появлению качественно новых мобильных сервисов: пользователи смогут в режиме реального времени получать видео высокого качества, работать с интерактивными службами и др. Интересное и значимое событием произошло в апреле 2009 года: Motorola на выставке CTIA Wireless представила сеть LTE, а в мае того же года шведский оператор Telia продемонстрировал первый в мире участок сети сотовой связи, построенный по технологии LTE. Над созданием таких сетей уже на протяжении ряда лет работают Verizon, Bell и Telus. Но Технология LTE является основным направлением эволюции сетей сотовой связи третьего поколения 3G. В январе 2008 года международное объединение Third Generation Partnership Project (3GPP), разрабатывающее перспективные стандарты мобильной связи, утвердило LTE в качестве следующего после UMTS стандарта широкополосной сети мобильной связи.

На сегодняшний день сети четвертого поколения 4G/LTE развернуты уже более чем в 112 странах мира более 300 коммерческих сетей, а среди них 20 сетей – LTE-Advanced, в которых поддерживается агрегированное использование радиочастот [5]. О готовности внедрения технологии 4G можно судить по наличию на рынке пользовательских устройств. Авторами [5] даны подробные данные по типам устройств LTE для разных частотных диапазонов.

Последнее требование особенно важно для поставщиков услуг, операторов и производителей аппаратуры. Они заинтересованы в том, чтобы предоставлять лучшие услуги (естественно, получая прибыли), но при этом сохранить доходы с уже вложенных средств (защита инвестиций). Поэтому наиболее подходящим является эволюционный путь развития.

К примеру, на середину 2013 года в 81 странах мира насчитывалось 2013 коммерческих сетей LTE, а к 2017 г. прогнозируется рост до 400 сетей в 120 странах мира. Число абонентов должно вырасти от 100 млн (оценка 2013 г.) до 900 млн к 2017 г. [3]. Такую перспективу развития сетей дают очень высокие показатели характеристик и ряда особенностей LTE-технологии, к примеру, инфраструктура, приложения и абонентская база.

Несмотря на такие высокие показатели, по мнению аналитиков, сети LTE и LTE-Advanced ждет постепенное внедрение – в течение 5-6 лет. Внедрение в России планировалось закончить в 2018 году, крупнейшие российские операторы мобильной связи занимаются строительством сети 4G. Что касается Казахстана, то по оценкам эффективности инновационных процессов в телекоммуникации, составляют интерес следующие данные Казахтелеком: несмотря на высокую конкурентноспособность на телекоммуникационном рынке стран СНГ, реализации крупных проектов в сфере телекоммуникационной инфраструктуры, функционирующей инфраструктуры «электронного правительства», наличия СЭЗ ПИТ «Алатау», как центра развития отрасли, имеются и существенно слабые стороны в сфере развития телекоммуникации, например: отставание в развертывании сетей связи на основе технологий 3G, 4G; устаревшая инфраструктура телерадиовещательного комплекса; неразвитость казахстанского контента в сети Интернет; недостаточное количество предоставляемых электронных услуг; высокая импортозависимость в ИКТ; изношенность основных фондов почтовой инфраструктуры, затрудняющей развитие интернет-торговли и отсутствие успешных предприятий в сфере производства ИКТ-оборудования.

Сегодня можно встретить разные оценки эффективности инновационных процессов в телекоммуникации экспертов и зарубежных, и России и отечественных. Тем не менее, многие аналитики и эксперты сходятся в одном – Республика Казахстан переживал трудности, но они схожие с теми, которые испытывали и в других странах. Сегодня отрасль телекоммуникаций Республики Казахстан является быстро растущим сегментом казахстанской экономики. У Казахстана наблюдаются высокие возможности для успешного развития телекоммуникации: высокий спрос на услуги широкополосного доступа в Интернет; Спрос на оборудование в связи с переходом на цифровое вещание; использование Интернета, как средства развития МСБ и инноваций; высокий спрос на услуги инфо-коммуникаций и ИКТ – оборудование в рамках реализации ГП ФИИР; расширение рынков сбыта в рамках Таможенного союза для отечественных производителей оборудования, ПО и ИТ-услуг; развитие почтово-логистической инфраструктуры, как элемента электронной торговли; высокий спрос на ИКТ – специалистов.

В рамках нашего исследования поставленной проблемы нами был проведен анализ поэтапного развития, состояния и перспективы развития телекоммуникационных сетей, перспективы и проблемы использования LTE и LTE-Advanced, анализ современного состояния разработок по усовершенствованию технологии 4G/LTE в мире и в Республике Казахстан.

Использованная литература

1. Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Высочин В.П. Сети мобильной связи LTE/ LTE Advanced: технологии 4G, приложения и архитектура. – М.: Издательский дом Медиа Паблишер, 2014. – 384 с.

2. Исследование особенностей потребления телекоммуникационных услуг среди населения Республики Казахстан. Итоги 2013 года // Информационные, телекоммуникационные сети. Профессиональный журнал о телекоммуникациях. 2014. – № 9-10 (97-98). – С.18-20.

3. Перспективы развития LTE: инфраструктура, приложения и абонентская база, 2013-2018 // Информационные, телекоммуникационные сети. Профессиональный журнал о телекоммуникациях. № 9-10 (85-86) 2013. – С.32-35.

4. Тенденции и перспективы развития мирового рынка инфраструктуры беспроводной связи – 2G, 3G, 4G LTE, WiMAX, Wi-Fi // Информационные, телекоммуникационные сети. Профессиональный журнал о телекоммуникациях. 2014. – № 1-2 (89-90). – С.24-27.

5. Скрынников В.Г., Сеилов Ш.Ж. 4G: состояние рынка, динамичное развитие технологий (LTE Advanced) // Информационные, телекоммуникационные сети. Профессиональный журнал о телекоммуникациях. 2014. – № 11-12 (99-100). – С.10-18.