10.3.3. Информационные сети четвертого поколения 4G

Беспроводные информационные сети четвертого поколения относятся к категории сетей масштаба города (MAN, Metropolitan Area Network). Беспроводные сети WMAN предназначены для установления беспроводных связей между пользователями, расположенными в различных частях большого города на расстояниях в диапазоне 5—10 км. Клиенты беспроводной сети, наделенные необходимыми правами, могут осуществлять доступ к ней из любой точки города в пределах радиуса действия сети.

Эти сети можно использовать для высокоскоростного доступа в Интернет или к ресурсам корпоративной сети сотрудников больших компаний и других сетевых клиентов, которым требуется обеспечить доступ к сети на расстояниях, превышающих районы охвата локальных сетей. Для этого применяются сети стандартов IEEE 802.16e и IEEE 802.16m (мобильный WiMAX) и LTE (Long Term Evolution — долгосрочное развитие). Благодаря им информационные сети станут еще более быстрыми и универсальными, а также приобретут ряд дополнительных возможностей и сервисов. Самыми перспективными являются сервисы, предоставляемые оператором связи с использованием внутренних ресурсов, серверов и контент-платформ, размещенных рядом с опорными сетями оператора без выхода в Интернет.

В ближайшем будущем планируется официальный запуск более 300 сетей стандартов WiMAX и LTE.

Стандарт WiMAX. Сети мобильной связи стандарта WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) обеспечивают возможности видеотелефонии, потокового видео, мобильного широкополосного доступа в Интернет, VoIP. Мобильная версия стандарта разрабатывалась с учетом использования сетей WiMAX для фиксированного доступа стандартов IEEE 802.16-2004 (802.16d) и IEEE 802.16-2005 (802.1 бе). Стандарт 802.1 бе, также известный как "Мобильный WiMAX", уже предусматривал возможность его применения для мобильных пользователей.

Кроме того, он поддерживает технологии множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFI).VIA), что обеспечивает гибкость при работе с различными сценариями применения и проблемами, связанными с быстрым перемещением мобильных пользователей. Стандарт "Мобильный WiMAX" (Mobile WiMAX) версии 1.0, появившийся в 2004 г., давал возможность получать скорости до 15 Мбит/с для 5-МГц канала.

Существующие мобильные сети WiMAX стандарта IEEE 802.1 бе теоретически обеспечивают пропускную способность до 40 Мбит/с. Сети этого стандарта и последующих стандартов способны работать в режиме фиксированного и в режиме мобильного доступа в пределах зоны покрытия. Первая сеть Mobile WiMAX стандарта IEEE 802.16е— 2005 в России была развернута компанией Yota. Она же предлагает для работы в сети этого стандарта мобильные устройства: НТС MAX 4G, Samsung SWC-U200, ASUS WUSB25E2, ASUS WEXP25E2, ASUS и др. Безопасность в сети обеспечивается на уровне протокола 3DES.

Стандарт мобильной широкополосной связи Mobile WiMAX Rel 1.5 (802.16е Rev2), появившийся в 2009 2010 гг., позволял получать скорости до 100 Мбит/с. В 2011 г. уже использовалась версия 2.0. Вторая версия стандарта IEEE 802.16m, утвержденная Институтом инженеров электроники и электротехники (IEEE), также известна под названием WirelessMAN-Advanced и WiMAX-2. В случае ее применения для построения беспроводных информационных сетей их пропускная способность будет в несколько раз выше, чем обеспечиваемая предшествующими версиями стандарта и сетями стандартов 3G (EV-DO, UMTS, IMT-MC 450), 3.5G (HSPA), 3.75G (HSPA+).

Стационарное оборудование в сетях WiMAX-2 сможет принимать данные па скорости до 1 Гбит/с, а мобильные аппаратные устройства — до 300 Мбит/с. При этом сохранится совместимость с существующим оборудованием стандарта WiMAX. В России уже действует более 30 операторов WiMAX, в том числе "Престиж-интернет" (торговая марка "Энфорта"), "Скартел", "Сумма телеком". Схема коммуникаций при использовании технологии WiMAX показана на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Схема коммуникаций при использовании технологии WiMAX

Сведения о беспроводных широкополосных сетях стандарта IEEE 802.16n (WiMAX 3.0) размещены на сайтах Cellular News, Daily Wirelessr и Софт@таи.ги. Реализация этого проекта должна обеспечить скорости доступа к сетям, равные 10 Гбит/с для каналов фиксированной связи и до 1 Гбит/с — для мобильной связи. Пропускная способность сетей должна стать в 10 раз выше, чем у самых современных действующих сетей, предлагая многоканальные очереди 4x8 MIMO и "сцепление каналов". Планируется, что стандарт WiMAX 3 будет принят в течение ближайших трех-пяти лет.

Сети стандарта LTE. Технология LTE (Long Term Evolution), появившаяся в 2008 г., позиционируется как основное направление эволюции сетей третьего поколения (3G) на базе IP-технологий, отличающихся высокими скоростями передачи данных. Ее созданием занимается международное объединение Third Generation Partnership Project (3GPP), разрабатывающее перспективные стандарты мобильной связи. Оно утвердило стандарт 3GPP LTE в качестве следующего после UMTS стандарта широкополосной мобильной связи. Это направление характеризуется переходом от систем CDMA (WCDMA) к системам OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access — множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов), а также переходом от систем с коммутацией каналов к системе коммутации пакетов е2е IP.

Технология OFDMA позволяет обеспечить предоставление голосовых, видео- и мультимедийных сервисов. Реализация сетей стандарта LTE возможна в различных частотных диапазонах — от 1,4 до 20 МГц, а также по частотной (FDD) и временной (TDD) технологиям разделения. Релиз 9 стандарта 3GPP LTE теоретически предусматривает скорость передачи данных 326,4 Мбит/с на прием (download) и 172,8 Мбит/с на отдачу (upload), а в международном стандарте указаны скорости 173 Мбит/с на прием и 58 Мбит/с на отдачу.

Релиз 10 и более поздние релизы стандарта удовлетворяет требованиям, предъявляемым "Международным телекоммуникационным союзом" (International Telecommunication Union, ITU) к информационным сетям четвертого поколения. Стандарт, получивший начиная с этой версии название LTE Advanced, был принят в качестве стандарта широкополосного беспроводного доступа, поскольку его характеристики удовлетворяли требованиям спецификации IMT-Advanced к 4С-доступу. Сети стандарта LTE Advanced способны работать по всей ширине спектра частот от 700 МГц до 2,7 ГГц со скоростью передачи данных 1 Гбит/с. Ожидается, что применение этой технологии приведет к появлению качественно новых мобильных сервисов. Пользователи смогут в режиме реального времени получать видео высокого качества, работать с интерактивными службами и пр.

В марте 2011 г. группа Yota подписала меморандум о развитии LTE в России с крупнейшими операторами связи: "Билайном" ("Вымпелкомом"), "МегаФоиом", "МТС" и "Ростелекомом" на базе своего сетевого оператора "Скартел". В апреле 2012 г. "Скартел" запустила первую в России сеть сотовой связи четвертого поколения LTE в Новосибирске. Операторы сотовой связи активно продвигают мобильные сети четвертого поколения. В 2012 г. компания МТС запустила в эксплуатацию сети четвертого поколения в Москве, Казани, Узбекистане, а компания "МегаФон" -в Москве, Краснодаре, Сочи, Самаре. К 2019 г. планируется запустить сети четвертого поколения во всех населенных пунктах РФ с населением более 50 тыс. человек.