Мобильные системы iii поколения.

НИКОЛАЕВ Вадим Петрович

МОБИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ III ПОКОЛЕНИЯ

В первом номере журнала нового тысячелетия так и напрашивается мысль представить новые информационные технологии, которые должны существенно изменить многие сферы нашей жизни. Одним из наиболее грандиозных проектов, воплощение которого должно прийтись на начало тысячелетия, является концепция IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000), предусматривающая создание нового семейства различных систем подвижной связи, объединенных под общим названием мобильных систем третьего поколения.

В последние годы мобильная связь является самым быстроразвивающимся сектором телекоммуникационного рынка. По прогнозам темпов развития мобильных систем за десятилетие тысячелетия количество абонентов сетей мобильной связи может превысить число пользователей стационарной телефонной связи. Однако дальнейший рост числа абонентов систем мобильной связи напрямую связан с возможностями выполнения этими системами требований о предоставлении услуг с качеством и составом не хуже, чем в сетях фиксированной связи. На передний план выдвигаются сами услуги связи, а не телекоммуникационные технологии, как это имеет место в настоящее время. Поэтому при разработке мобильных систем третьего поколения (3G) основной задачей стало предоставление массовому потребителю средств и услуг персональной связи во всех областях бизнеса, обеспечения безопасности, образования, домашней жизни, развлечений и т.д. При этом эти услуги должны обеспечиваться в любом месте, в любое время и при помощи одного универсального терминала.

Что такое 3G?

Как известно, большинство эксплуатирующихся в настоящее время систем мобильной связи относятся к системам второго поколения. Это цифровые системы сотовой подвижной радиосвязи (GSM, D-AMPS, CDMA), профессиональные транкинговые системы (TETRA, APCO 25, Tetrapol, IDEN), системы беспроводного доступа (CT2, DECT, PHS), спутниковые системы (Inmarsat-M, ICO, Globalstar и др.). Широкое внедрение систем второго поколения обеспечило предоставление абонентам массовых услуг речевой связи и низкоскоростной передачи данных. Вместе с тем, в каждом из крупных регионов мира (Европа, Азия, Северная Америка) использовались свои подходы к созданию систем подвижной связи, что привело к несовместимости существующих систем мобильной связи друг с другом.

В настоящее время в Международном союзе электросвязи (МСЭ) и органах стандартизации отдельных регионов мира (Европа, Северная Америка, Азиатско-Тихоокеанский регион) завершается работа по созданию стандартов систем сухопутной подвижной связи третьго поколения. Системы семейства IMT-2000 будут не просто усовершенствованными системами сотовой связи, а относятся к универсальным системам связи, объединяющим все виды сетей, включая спутниковые, макро-, микро- и пикосотовые сети наземной связи, а также системы радиодоступа. Отличительными чертами систем 3G, по замыслу их создателей, должны стать:

• доступность услуг связи в любом месте и в любое время, “связь всегда и везде” (anywhere, anytime);
• существенное увеличение номенклатуры услуг, в первую очередь, услуг мультимедиа и беспроводного доступа в Internet;
• мобильный доступ ко всем ресурсам единого общемирового информационного пространства, интеграция услуг сетей фиксированной и мобильной связи;
• гибкий маркетинг, т.е. возможность комплектования набора услуг в зависимости от потребностей клиентов.

Основными требованиями к системам мобильной связи третьего поколения, на основе которых строится их архитектура, являются необходимые виды услуг, набор которых приближается к предоставляемому в сетях фиксированной связи (таблица 1), а также определенные значения скорости передачи информации для различных степеней мобильности абонента или скорости его движения и зон покрытия (таблица 2).

Таблица 1.

Таблица 2.

Как видно из таблиц, разработка систем третьего поколения требует новых технических решений.

Прежде всего, необходима разработка новых радиоинтерфейсов, позволяющих передавать информацию со скоростью до 2048 кбит/с. Увеличение скорости передачи на радиоинтерфейсе влечет за собой расширение полосы частот радиоканала, требует выбора спектрально эффективных видов модуляции и радиодоступа. Актуальной в этих условиях становится проблема распределения спектра частот для систем 3G.

Во-вторых, повышение пропускной способности сетей связи должно быть обеспечено без значительных затрат на развитие и изменение действующих физических каналов связи. Наиболее прогрессивным решением этой проблемы является преимущественное использование коммутации пакетов в сетях 3G, а не коммутации каналов.

В-третьих, необходима разработка малогабаритных универсальных терминалов, способных работать в различных сетях мобильной связи третьего поколения и удовлетворять требованиям различных стандартов семейства 3G.

История создания

История создания мобильных систем третьего поколения берет свое начало с 1985 г., когда МСЭ объявил о программе FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems). Первоначально эта программа была направлена на голосовую связь, однако позднее МСЭ определил в качестве основных требования к беспроводной передаче данных.

На состоявшейся в 1992 г. Всемирной конференции по радио (WARC-92 – World Administrative Radio Conference) на мировом уровне было принято решение о выделении ресурсов радиочастотного спектра для нового поколения мобильных систем. Следует отметить, что в свое время Международный союз электросвязи не выдал технических рекомендаций для мобильных систем первого и второго поколения. Однако впечатляющие темпы развития сетей сотовой связи второго поколения, к которым, в частности, относятся системы GSM и D-AMPS, заставили МСЭ изменить отношение к мобильной связи. Исправляя собственные ошибки, МСЭ активно включился в разработку стандартов третьего поколения. Первоначально для снижения высоких расходов потребителей, связанных со множественностью систем, МСЭ было принято решение о разработке единого глобального стандарта 3G в рамках программы, получившей в 1996 г. свое название IMT-2000, и для этого были все предпосылки. С одной стороны, МСЭ были разработаны рекомендации, определявшие структуру радиоинтерфейса и его основных сетевых элементов, а с другой, было сделано обращение к странам-участникам этого международного органа о подготовке своих проектов систем третьего поколения.

Однако после рассмотрения представленных проектов наземных и спутниковых систем стало ясно, что договориться о единых требованиях к системам третьего поколения не удастся. Основной причиной стало принципиальное различие двух лежащих в основе различных проектов методов многостанционного доступа к каналам связи: временного – TDMA (Time Division Multiple Access), и кодового – СDMA (Code Division Multiple Access). Объединить же интересы различных международных организаций в рамках какого-либо одного проекта практически оказалось невозможным.

Поэтому подход изменился. Была одобрена концепция семейства стандартов, которая должна согласовать между собой различные типы сетей мобильной связи. Таким образом, нельзя говорить о том, что в рамках IMT-2000 будет создан единый стандарт мобильной связи, эта задача откладывается до этапа разработки систем четвертого поколения. Однако пользователи вполне могут получить универсальный многорежимный терминал, работающий в системах различных стандартов.

Стандарты радиоинтерфейсов: предложения и решения

В ответ на обращение к национальным администрациям связи и ведущим производителям оборудования мобильной связи, в 1998 г. в МСЭ поступило 16 отдельных проектных предложений по проектам стандартов, из которых 10 относились к наземной связи, а 6 – к спутниковой. Проекты были заявлены от 3-х ведущих мировых регионов: Европы, Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанского региона.

(Следует отметить, что проблема выбора стандарта (или стандартов) для спутниковых систем оказалась более сложной, чем для наземных. Кроме несовместимых технологий TDMA и CDMA, здесь добавляется многообразие вариантов построения орбитальных группировок, что приводит к дополнительным сложностям при гармонизации различных проектов. Если для наземных систем удалось достичь определенного компромисса, то для спутниковых – целый ряд вопросов еще ждет своего решения. Поэтому далее будут рассматриваться только системы наземной мобильной связи, оставляя информацию о всех проектах спутниковых систем третьего поколения в качестве темы для отдельной статьи.)

В Европе смогли выработать единую политику перехода к системам третьего поколения. Европейский подход базируется на успешном десятилетнем опыте разработки и внедрения GSM, а также на достаточно строгой политике регулирования телекоммуникационных рынков и правил сертификации и лицензирования оборудования мобильной связи. Европейская концепция создания систем мобильной связи третьего поколения получила название UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). В рамках этой концепции было представлено два проекта стандартов, разработанных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI European Telecommunications Standard Institute): UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) и DECT EP (Digital Enhanced Cordless Telecommunications ETSI Project).

Рынок мобильной связи США и Канады развивается в большей степени под воздействием рыночных сил, чем регулирующих решений. Здесь при подготовке проекта нового стандарта радиоинтерфейса отказались от единого национального предложения, поэтому в МСЭ поступили четыре проекта от Северо-Американского региона, два из которых были подготовлены не институтами по стандартизации, а промышленными фирмами Qualcomm и Ericsson (Северо-Американское отделение).

Азиатский подход к системам 3G характеризуется стремлением стран этого региона к лидерству в новейших технологиях мобильной связи. В этой связи представленные в МСЭ четыре проекта стандартов (Южная Корея – 2, Китай, Япония) характеризуются направленностью на собственных производителей оборудования.

Не утомляя читателей историей создания и борьбы за мировое лидерство различных объединений и ассоциаций, созданных для продвижения данных проектов, а также информацией, кем какой проект был представлен, можно сказать, что в результате сложной совместной работы конкурирующие стороны сумели согласовать 5 вариантов радиоинтерфейсов для наземных сетей связи:

• IMT-DS (Direct Spread);
• IMT-TC (Time Code);
• IMT-FT (Frequency Time);
• IMT-MC (Multi-Carrier);
• IMT-SC (Single-Carrier).

Основные различия этих интерфейсов определяются методом многостанционного доступа к каналам связи и способом дуплексного разноса.

Радиоинтерфейсы систем третьего поколения основаны на двух методах многостанционного доступа: TDMA и CDMA.

Технология TDMA предполагает использование всеми абонентами некоторого общего частотного ресурса при выделении каждому из них своего временного интервала, в течение которого он получает возможность передавать информацию. Для повышения пропускной способности сети связи TDMA, как правило, используется совместно с частотным разделением каналов.

Метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов CDMA основан на использовании сигналов с расширенным спектром и одновременной передачей большого числа сигналов в общей полосе частот. В системе отсутствует фиксированное закрепление каналов, а их разделение производится по виду кодовой последовательности абонента. Обладая высокой спектральной эффективностью, данный метод требует высокой точности выравнивания уровней принимаемых сигналов на базовой станции и жесткой синхронизации мобильных станций. Вместо скорости передачи информации, в системах CDMA используется понятие чиповой скорости (chip rate), которое определяется как скорость следования символов сигнала с расширенным спектром (шумоподобного сигнала).

Сторонники систем с кодовым разделением каналов подчеркивают преимущество данных систем в части скрытности и конфиденциальности по сравнению с другими технологиями мобильной связи. Дело в том, что в сетях технологии CDMA используется радиосигнал с широкой базой D=BT> > 1, где D – база или коэффициент сжатия сигнала; В – полоса сигнала CDMA в эфире, МГц; Т – длительность информационного символа, мкс. Обнаружить факт наличия такого сигнала в эфире специальными средствами гораздо сложнее, чем сигналов с частотным или временным разделением с малой базой, поскольку спектральная плотность мощности сигнала CDMA значительно ниже. Конфиденциальность связи достигается применением многоступенчатого кодирования.

Способ дуплексного разноса каналов связи определяет возможность обмена информацией по одной радиолинии в обоих направлениях. При частотном дуплексном разносе (FDD Frequency Division Duplex) прием и передача информации осуществляются на различных частотах. В режиме временного дуплексного разноса (TDD – Time Division Duplex) обмен информацией производится по одной линии связи (на одной несущей частоте) за счет уплотнения каналов приема и передачи в разных временных интервалах.

Радиоинтерфейс IMT-DS построен на базе технологии WCDMA (Wideband Code Division Access) широкополосном многостанционном доступе с кодовым разделением каналов с прямым расширением спектра (DS – Direct Spread) в полосе частот около 5 МГц и использованием частотного дуплексного разноса. Тактовая скорость – 3,84 МГц.

Радиоинтерфейс IMT-TC основан на кодово-временном разделении каналов TDMA/CDMA с временным дуплексным разносом и предназначен для организации связи в непарных полосах частот. Полоса частот также находится в пределах 5 МГц, а тактовая скорость совпадает с IMT-DS (3,84 МГц).

В радиоинтерфейсе IMT-FT используется комбинированный частотно-временной дуплексный разнос и возможна работа как в парных, так и в непарных полосах частот. Он представляет собой расширенный стандарт системы с микросотовой структурой DECT EP, подготовленный ETSI. В стандарте возможны три скорости передачи информации на радиоинтерфейсе (1152, 2304 и 3456 кбит/с), что стало возможным благодаря использованию новых методов модуляции.

Радиоинтерфейс IMT-MC базируется на модификации многочастотной системы с кодовым разделением каналов cdma2000, а увеличение пропускной способности основано на одновременной передаче сигналов на нескольких несущих с частотным дуплексным разносом.

Радиоинтерфейс IMT-SC основан на развитии американского проекта UWC-136, представляющего одночастотную систему TDMA для применения в парных полосах частот.

Краткие технические характеристики стандартизованных радиоинтерфейсов представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Революция или эволюция?

Как это обычно бывает, основным спорным вопросом внедрения перспективных технологий является не сама цель, а способ ее достижения. Так и в случае с мобильными системами 3G проявляется соперничество двух стратегий перехода: революционной (W-стратегия) и эволюционной (N-стратегия).

Революционная стратегия предусматривает полную замену существующей инфраструктуры сетей связи и внедрение принципиально нового оборудования на основе широкополосных (Wideband) технологий. Эта стратегия характеризуется высоким коммерческим риском и необходимостью значительных капитальных затрат. При революционном варианте требуется новый частотный ресурс, который, в то же время, позволяет сразу обеспечить высокую пропускную способность сетей и новые услуги связи. Первоначально создание системы связи 3G идет по пути построения отдельных пилотных сетей с полным набором услуг.

Ускоренная эволюция действующих узкополосных (Narrowband) систем мобильной связи предполагает плавную замену оборудования в зависимости от спроса на определенные виды услуг. Такой подход позволяет последовательно модернизировать существующую инфраструктуру сетей связи, внедряя новые элементы и постепенно предоставляя новые услуги связи. Первоначально наращивание пропускной способности и предоставление новых услуг отрабатывается в рамках уже выделенного частотного ресурса. Эволюционная стратегия характеризуется меньшим коммерческим риском и снижением объемов капитальных затрат по сравнению с революционным вариантом развития.

Выбор стратегии перехода волнует всех участников рынка мобильной связи. Можно с уверенностью предположить, что мощные компании-производители оборудования (Ericsson, Motorola, Nokia, Qualcomm и др.), давно работающие на этом рынке и обладающие достаточным инвестиционным потенциалом, пойдут одновременно по обоим направлениям, т.к. это позволит не прогадать при любом варианте развития событий. Менее крупным производителям придется рисковать и выбирать конкретную стратегию, т.к. средств на параллельное движение по обоим направлениям просто не хватит.

Такой же выбор придется делать действующим операторам сетей мобильной связи, причем скорее это будет выбор в пользу эволюционного варианта по той же причине сложности изыскания необходимых финансовых средств. В то же время, внедрение сетей мобильной связи третьего поколения предоставляет великолепный шанс занять свое место в группе лидеров молодым компаниям-операторам, не боящимся потерять свои капитальные вложения в действующие сети. Следует отметить, что захват большой доли рынка систем мобильной связи планируют осуществить гиганты компьютерного и сетевого бизнеса такие, как Microsoft и Oracle.

Частотный ресурс

Создание единого информационного пространства с помощью систем мобильной связи третьего поколения невозможно без выделения общего частотного ресурса, необходимого для их функционирования. Поэтому одной из основных проблем, которые должен был решить МСЭ, разрабатывая стратегию внедрения сетей связи 3G, стала задача выделения единого диапазона частот.

Основными принципами, сформулированными в концепции IMT-2000 по проблеме распределения частотного ресурса, стали:

• возможность сочетания различных стратегий внедрения услуг мобильной связи третьего поколения (революционной и эволюционной);
• обеспечение гибкости в распределении частот для свободы выбора варианта использования спектра (парные и непарные полосы частот), его объема и географического района, где предполагается задействование новых услуг связи.

Исходя из теоретических и экспертных исследований, общие потребности в частотном ресурсе для развертывания сетей 3G были оценены как диапазон шириной 230 МГц. Естественно, что такого участка спектра в наиболее приемлемом для мобильной связи диапазоне частот (до 1 ГГц) не было. В связи с этим на конференции WARC-92 было сформировано согласованное решение об использовании для 3G частотного ресурса в области более высоких частот. В соответствии с этим решением полосы частот 1885 – 2025 и 2110 – 2200 МГц предназначены для систем беспроводного доступа, сотовой и спутниковой связи третьего поколения (рис.1). При этом для спутникового сегмента отводятся полосы частот 1980 – 2010 МГц (направление связи “Земля-борт”) и 2170 – 2200 МГц (“борт-Земля”). Эти решения позднее были подтверждены соответствующими рекомендациями МСЭ: WRC-95 и WRC-97.

 
Рис.1. Распределение частотного ресурса для IMT 2000 согласно решению МСЭ.

Подход к освоению частотного ресурса в различных регионах мира определяется выбором революционного или эволюционного варианта развития мобильных систем третьего поколения.

В Европе предусматривается сочетание революционного и эволюционного вариантов. Поэтому для новых систем подход к распределению спектра практически совпал с рекомендациями МСЭ. В соответствии с решением Европейского комитета радиосвязи ERC (European Radiocommunications Committee) для начала коммерческой эксплуатации систем третьего поколения с 2002 г. зарезервированы следующие полосы частот (рис.2.):

• парные полосы частот 1920 – 1980 и 2110 – 2170 МГц (2 x 60 МГц) – для наземных сетей (макросоты), работающих в режиме FDD на основе радиоинтерфейса IMT-DS;
• непарные полосы частот 1900 – 1920 и 2010 – 2025 МГц – для наземных сетей (микросоты) с дуплексным разносом TDD и применением радиоинтерфейса IMT-TC;
• 1980 – 2010 и 2170 – 2200 МГц – для организации спутниковых сетей.

Единственной особенностью является выделение специально для систем стандарта DECT отдельного диапазона шириной 20 МГц (1880 – 1900 МГц), отрезающего” от общего частотного ресурса UMTS полосу 15 МГц. Таким образом, всего для систем третьего поколения в Европе выделено 155 МГц для наземных сетей и 60 МГц – для спутниковых.

Эволюционный переход к системам 3G в Европе предполагается осуществлять в рамках участков спектра (около 240 МГц), используемых сетями второго поколения (GSM-900, GSM-1800 и DECT), путем внедрения технологий GPRS и EDGE.

 
Рис.2. Распределение частотного ресурса для IMT 2000 в Европе

В Азиатско-Тихоокеанском регионе положение с распределением частотного ресурса для IMT-2000 похоже на ситуацию в Европе. Выбранный в Японии, Южной Корее и ряде других азиатских стран революционный вариант внедрения сетей третьего поколения позволяет распределить спектр на основе рекомендаций IMT-2000. Вместе с тем, если для систем с FDD ресурсы спектра свободны, то внедрение систем с TDD, по крайней мере в Японии, осложняется наличием в том же диапазоне системы персональной связи на базе портативных телефонов PHS (Personal Handy phone System), работающей в полосе частот 1895 – 1918,1 МГц.

Сети спутниковой связи в странах этого региона предполагается создавать в диапазонах частот, рекомендованных IMT-2000.

Ситуация в США, определяющая развитие телекоммуникационных систем во всей Северной и Южной Америке, кардинальным образом отличается от положения в Европе и Азии. Дело в том, что часть спектра (1850 – 1910 и 1930 – 1990 МГц), выделенная для наземных систем IMT-2000, уже распределена и распродана. Поэтому в США на первом этапе внедрения мобильных систем третьего поколения предполагается эволюционный вариант развития за счет внедрения новых услуг в полосах частот систем второго поколения, суммарный частотный ресурс которых составляет 190 МГц. Потенциально для сетей 3G может использоваться и свободный пока участок спектра 2110 – 2160 МГц.

Зато для спутниковой связи в Северной Америке предусмотрен более широкий, чем в других регионах, диапазон частот: 1990 – 2025 и 2160 – 2200 МГц.

 
Рис.4. Распределение частотного ресурса для IMT 2000 в Америке

Перспективы повышения эффективности использования ресурсов радиочастотного спектра связаны как с техническими, так и с организационными аспектами.

С технической точки зрения, увеличение эффективности спектра может быть достигнуто применением новых спектрально-эффективных методов модуляции и помехоустойчивого кодирования, протоколов радиодоступа, различных методов разнесенного приема. Кроме этого, пропускная способность сетей мобильной связи может быть повышена путем применения более эффективных методов сжатия мультимедийной информации и гибкого управления радиоресурсами.

Организационные меры предполагают совместное использование полос частот операторами наземных и спутниковых сетей связи и конверсию спектра.

Услуги

Основной отличительной особенностью мобильных систем третьего поколения является возможность передачи мультимедийной информации с высоким качеством. Тенденции развития подвижной связи позволяют прогнозировать существенное увеличение числа пользователей мультимедийных услуг связи. По оценкам экспертов форума UMTS, уже в 2005 г. мультимедийный трафик может превысить 60 % суммарного объема трафика сетей 3G.

С внедрением систем третьего поколения абонентам будет обеспечен сервис, сравнимый по уровню с фиксированными сетями связи. При этом он будет предоставляться в любом месте. Владельцы мобильных терминалов смогут пользоваться высокоскоростным доступом к Internet, услугами видеотелефонии и видеоконференц-связи. Становится возможным прием самых разнообразных широковещательных программ, включая даже телевизионные программы.

Такие услуги, кроме непосредственно области телекоммуникаций, могут применяться в самых различных сферах.

Например, в сфере обеспечения безопасности. В нашем журнале уже указывались некоторые возможности, которые могут появиться у сотрудников правоохранительных органов и служб безопасности при внедрении новых технологий в системах сотовой связи (Николаев В.П. “Новые технологии GSM для сотрудников служб безопасности”, Специальная техника”, №4, 2000 г.), однако, учитывая тематику журнала, целесообразно остановиться на этом вопросе еще раз.

С внедрением мобильных систем третьего поколения становится возможным создание эффективных комплексных систем дистанционного контроля охраняемых объектов. Контроль за безопасностью различных компонентов объекта может быть легко организован с помощью различных датчиков и портативных видеокамер, а передача этой информации может осуществляться по каналам сетей 3G. Следует отметить, что важным преимуществом подобных систем является отсутствие необходимости получения специального разрешения на использование радиочастот.

Возможность быстрого получения справочной информации из открытых и закрытых баз данных может значительно повысить эффективность деятельности сотрудников служб безопасности. Определенный объем аналитической работы может проводиться непосредственно на месте происшествия. Возрастает оперативность принятия решений в самых различных ситуациях.

Высокая скорость потока данных в мобильных системах третьего поколения позволит обеспечить передачу видеоинформации с места событий при проведении самых различных мероприятий: антитеррористических операций, наблюдения за объектом, технической экспертизы на месте происшествия и т.д.

Сочетание услуг систем навигации и высокоскоростной передачи больших объемов информации по сетям 3G позволит создавать мощные системы местоопределения подвижных объектов, которые могут использоваться в различных сферах обеспечения безопасности.

Следует еще раз отметить, что в сетях 3G, в особенности основанных на системах с кодовым разделением каналов, достигается высокая скрытность и конфиденциальность связи, что крайне важно для специальных приложений.

Ожидается, что наибольшая степень внедрения мобильных систем будет достигнута в сфере коммерции и бизнеса. Прежде всего, будет значительно расширен объем банковских услуг, предоставляемых с помощью мобильных терминалов. Это будут различные платные информационно-справочные услуги, электронные платежи и другие банковские операции. Сотовые радиотелефоны в ближайшем будущем при решении проблемы обеспечения безопасности передаваемой информации вполне могут стать своего рода мобильными банкоматами.

Использование мобильных терминалов, по прогнозам некоторых экспертов, позволит практически передать розничную торговлю в руки клиента. По оценкам фирмы Intel, ежегодный оборот электронной коммерции в начале нового века превысит $1 трлн. Поэтому многие операторы мобильной связи абсолютно серьезно ведут подготовку к началу работы в сфере розничной торговли различными товарами.

Применения мобильной связи в сфере предоставления индивидуальных услуг (домашняя среда, образование, развлечения и т.п.) с развитием передачи мультимедийной информации становятся самостоятельным и очень емким рынком. Услуги третьего поколения включают сервис, предоставляемый технологией домашней виртуальной среды VHE (Virtual Home Environment), идея которой состоит в предоставлении абоненту услуг, адаптированных под его требования, независимо от используемых технологий радиодоступа, сетевых стандартов, абонентского оборудования. (Как пример внедрения мобильной связи на рынок бытовых услуг, можно привести первую в мире стиральную машину со встроенным радиомодемом, выпущенную компанией Merloni. Чтобы включить такую машину, требуется просто позвонить по определенному номеру мобильного телефона.)

Увеличение абонентской базы систем мобильной связи за счет подростков и молодежи предполагает значительный рост спроса на информационные, образовательные и развлекательные услуги (платные телевизионные каналы, интерактивные игры). Повышение активности населения способствует увеличению потребностей в услугах телепомощи (предоставление аудио- и видео- данных по запросу, справочной информации для ориентации на местности и т.д.) Таким образом, спектр применений мобильной связи в этой области будет постоянно расширяться.

Универсальный терминал будущего

Пока аналитики прогнозируют развитие тех или иных видов услуг в системах мобильной связи третьего поколения, а операторы выбирают стратегию перехода к сетям 3G, производители оборудования уже начинают отрабатывать модели новых сотовых телефонов, которые могут послужить прообразом будущих мобильных терминалов.

Исходя из задач систем 3G, мобильный терминал, кроме выполнения функций обмена информацией по радиоканалу, должен обеспечивать возможности высококачественного отображения видеоинформации, ввода и хранения достаточного объема данных и определенной вычислительной мощности, хотя бы для решения задачи доступа в Internet. Все эти дополнительные функции присущи персональному компьютеру. Поэтому наиболее простой из предлагаемых вариантов мобильного терминала 3G – это интеграция мобильного телефона и компьютера типа palmtop. Однако и здесь возможны самые разнообразные конструктивные варианты.

Для решения задачи вывода видеоизображений фирма Ericsson предлагает расширить размер дисплея, сделав его выдвижным. Это позволит уменьшить общие размеры телефона.

В другой проектной модели дисплей выполняется в виде гибкого цветного экрана, находящегося между двумя раздвижными пластинами, на которых располагаются компьютер и собственно телефон. Дело за немногим: осталось только разработать гибкий цветной экран.

Фирма Nokia предлагает просто расширить дисплей на всю поверхность сотового телефона.

Для обеспечения ввода информации пока предлагается применять сенсорные экраны с изображенной на них клавиатурой или устройства считывания написанного вручную текста (такие модели уже продаются). Однако скорость ввода информации в этом случае очень мала. Гораздо приятнее помечтать о возможности речевого ввода информации, но строить прогнозы о времени появления подобной услуги дело неблагодарное.

Для хранения информации вполне могут использоваться малогабаритные накопители на жестком диске, тем более, что миниатюризация винчестеров идет полным ходом. С их помощью вполне можно обеспечивать запись ведущихся переговоров.

Наиболее перспективным принципом построения мобильных терминалов 3G, вероятно, следует считать использование технологии Bluetooth, позволяющей использовать составные части телефона отдельно друг от друга, не соединяя их конструктивно. При этом элементы терминала обмениваются информацией по многоточечному радиоканалу в диапазоне 2,44 ГГц, управляемому многоуровневым протоколом, аналогичным протоколу GSM. Таким образом, в каждый конкретный момент можно работать только с теми элементами телефона, которые необходимы: либо с дисплеем, либо с переговорным устройством, либо с компьютером.

Нет сомнения, что ведущую роль на рынке мобильных терминалов завоюют те фирмы, которые предложат потребителю наиболее широкий выбор услуг и максимальное удобство пользования аппаратом.

Начало пути

Европейский подход к созданию сетей третьего поколения характеризуется соблюдением рекомендаций форума UMTS по распределению частотного спектра и ведущей ролью признанных операторов сетей GSM.

В настоящее время практически все ведущие действующие операторы сотовой связи GSM стран Европы уже подали заявки на предоставление услуг 3G. Администрации связи европейских государств сейчас решают проблему распределения парных (2x60 МГц) и непарных (1x35 МГц) полос частот из общедоступного ресурса. Большинство из них выделяет для каждого из операторов парные полосы 2x10 или 2x15 МГц и одну 1x5 МГц непарную полосу.

Первыми проблему выдачи лицензий на развертывание сетей третьего поколения решили в Финляндии. По результатам тендера, проведенного в начале 1999 г., лицензии получили четыре ведущих оператора мобильной связи. В некоторых европейских странах уже проявилась проблема ограниченных ресурсов частот для сетей 3G. В таких странах, как Нидерланды, Англия, Италия, Германия, Дания, где действует четыре – пять национальных операторов, не хватает общедоступного ресурса для новых операторов, планирующих начать оказание услуг 3G.

Европейские страны в ближайшие годы планируют выдать национальные или региональные лицензии на работу в сетях UMTS (таблица 4). Предоставление широкого спектра услуг 3G планируется с 2002 г.

Решение вопросов о предоставлении частотного ресурса европейские страны осуществляют на основе двух подходов: тендера или аукциона. Причем принцип выделения частотных ресурсов на основе аукциона приносит большие доходы правительствам тех стран, которые выбирают данный подход. Например, крупнейшие аукционы по продаже прав на аренду частотных каналов принесли британской казне $34 млрд., а германской – рекордную сумму в $46,2 млрд.

Таблица 4.

Ряд экспертов полагает, что приверженность европейских операторов системам GSM и выбранный в связи с этим эволюционный путь развития на основе внедрения технологий GPRS и EDGE, замедлит продвижение к системам третьего поколения, так как операторы будут ограничены узкополосными режимами связи. Поэтому предполагается, что рынок услуг 3G быстрее сформируется в США и развитых азиатских странах, где значительную долю рынка занимают системы CDMA, дающие определенные технологические преимущества при переходе к системам третьего поколения.

Например, крупнейший оператор сотовой связи Японии NTT DoCoMo уже в феврале 1999 г. запустил первую общенациональную службу мобильной связи i-Mode, предоставляющую услуги 3G на базе технологии пакетных IP-сетей и мобильного Internet. На сегодня 14 млн. абонентов сети пользуются данной услугой. Развертывание полномасштабных сетей третьего поколения компания NTT DoCoMo и другие японские операторы планируют начать в 2001 г. на основе сетевых узлов и терминалов, реализующих широкополосную CDMA. К 2003 г. компания намерена вложить в развертывание сети до $40 млрд. Возможность столь крупных инвестиций объясняется продуманной политикой японского правительства: лицензия на оказание услуг связи третьего поколения получена компанией NTT DoCoMo в июне этого года на безвозмездной основе.

Компания Samsung Electronics на Олимпиаде в Сиднее продемонстрировала технологии третьего поколения, основанные на базе систем CDMA. Были показаны возможности организации видеоконференций с использованием небольших цветных жидкокристаллических дисплеев в мобильных телефонах, предоставления услуг “звук по требованию” (загрузка в мобильный телефон напрямую из Internet музыкальных файлов), передачи по каналам мобильной связи видеоклипов и фильмов через услугу “видео по требованию”.

Перспективы 3G в России

Россия в своем продвижении к мобильным системам третьего поколения, в основном, ориентируется на эволюционный вариант развития и европейские технологии, разработанные в рамках концепции UMTS. Проектными институтами Минсвязи в ряде научно-исследовательских работ сформулированы основные принципы внедрения систем третьего поколения в России:

• эволюционный переход от систем связи 2-го поколения к системам третьего поколения;
• преемственная лицензионная политика, направленная на поддержку операторов стандарта GSM;
• взаимоувязанная с европейской системой стандартизации сертификационная политика Минсвязи России;
• обеспечение государственного регулирования операторской деятельности и рыночных механизмов в выделении и использовании спектра;
• обеспечение национальной и информационной безопасности.

В “Концепции развития в России систем сотовой подвижной связи общего пользования на период до 2010 года” указаны конкретные этапы и направления внедрения систем третьего поколения. Предусматривается постепенная замена аналоговых сетей цифровыми, модернизация сетей NMT-450 на базе технологии GSM, создание многодиапазонных сетей GSM, укрупнение существующих и создание новых сетей, эволюция существующих цифровых сетей к предоставлению высокоскоростных услуг, развертывание сетей 3G на основе европейской версии UMTS международного стандарта IMT-2000.

Такой подход объясняется следующими причинами. В России, с ее сравнительно небольшим количеством абонентов подвижной связи, внедрение мобильных систем нового поколения может начаться только в крупных городах, где могут быть востребованы в приемлемом объеме услуги, предоставляемые этими системами. Скорее всего, операторы, получившие лицензии на эксплуатацию систем связи UMTS, начнут создание опытных районов в Москве и Санкт-Петербурге, и на первом этапе будут предоставлять услуги только в густонаселенных районах. Обеспечение только услуг UMTS в ограниченных зонах не привлечет абонентов, поэтому операторам сетей третьего поколения и будет необходимо взаимодействие с системами второго поколения. Им придется использовать многорежимные терминалы и роуминг с наиболее развитыми в настоящее время сетями GSM.

Возможно, читателям будет интересно узнать, как в Концепции развития систем сотовой связи предусматривается будущее существующих систем сотовой связи различных стандартов.

Аналоговые сети NMT-450 будут преобразованы на базе цифровой технологии GSM в сети GSM-450.

Аналого-цифровые сети технологии AMPS/DAMPS, после завершения их перевода в цифровой вариант в диапазоне 800 МГц, сохранят свой региональный статус и продолжат работу до конца амортизационного срока.

Сети GSM должны развиваться в соответствии с последними рекомендациями ETSI, предусматривающими внедрение технологий GPRS и EDGE.

Сторонники систем CDMA (сеть “Сонет”) пока пытаются доказать целесообразность включения в концепцию положений о переходе к 3G на основе модернизации существующих систем с кодовым разделением каналов.

В России, в отличие от европейских стран, пока еще нет заявок на развертывание систем третьего поколения. Вместе с тем, в конце 1999 г. Минсвязи России поддержало инициативу ведущих операторов сетей GSM о проведении работ по созданию опытных зон сетей связи третьего поколения и определению условий внедрения 3G в России. К проведению исследований подключены научно-исследовательские и проектные институты. Их работа координируется недавно созданной Национальной ассоциацией операторов сетей связи третьего поколения – 3G”. В рамках этих работ должны быть определены условия выделения полос частот, решены проблемы электромагнитной совместимости, определены направления работ по созданию сетей пакетной коммутации и т.д.

А пока некоторые операторы сотовой связи уже приступили к освоению новых сервисных приложений к сетям сотовой связи, которые могут считаться предвестниками услуг третьего поколения мобильных систем. Первенствуют здесь московские операторы сотовой связи: ОАО МТС и Вымпелком. Эти компании начали опытную эксплуатацию технологии GPRS в своих сетях. Число подписчиков услуг беспроводного протокола WAP в каждой из сетей связи составляет несколько тысяч человек. Компания МТС в конце этого года объявила о начале предоставления услуг мобильного банкинга в сотрудничестве с Гута-банком. Новая услуга вряд ли получит в ближайшее время широкое распространение, однако это первый росток мобильной коммерции, которая рано или поздно сможет изменить облик торговли.

Немного скепсиса

Не надо думать, что все эксперты однозначно оптимистично оценивают перспективы внедрения сетей 3G. Здесь основная причина кроется в необходимости колоссальных затрат на создание будущих систем мобильной связи. По прогнозам ряда операторов сотовой связи, развертывание сетей третьего поколения обойдется, как минимум, в три раза дороже, чем приобретение необходимых частот для этих сетей, а только в Европе сюда вложены десятки миллиардов долларов.

С технической точки зрения, причина заключается в необходимости увеличения числа базовых станций по сравнению с сетями второго поколения. В связи с переходом на новые диапазоны частот в районе 2 ГГц зоны обслуживания базовых станций уменьшаются, и их количество, необходимое для покрытия той же территории, возрастает. Проведенные исследования показывают, что связь третьего поколения потребует увеличения количества базовых станций ориентировочно на 70 %. В целом, по прогнозам аналитиков, суммарная стоимость общеевропейской сети 3G, которая должна быть введена в строй не ранее 2003 г., составит от $200 до 300 млрд. Даже по наиболее оптимистичным мнениям, сроки окупаемости этих вложений будут находиться в пределах от 5 до 7 лет.

Поэтому даже по прогнозу форума UMTS, операторы сетей GSM и DAMPS при условии внедрения технологий GPRS и EDGE смогут уверенно работать на рынке до 2007 – 2010 г.г., успешно сдерживая конкуренцию со стороны новых систем третьего поколения.

Ситуация осложняется еще и тем, что внедрение новых технологий в мобильной связи идет не столь быстрыми темпами, как предполагалось. Например, сейчас популярность ныне действующего стандарта беспроводного доступа в Интернет – WAP – находится под вопросом. Год назад операторы сотовых сетей предполагали, что к концу 2000 г. услугами мобильного Интернета будет пользоваться около 10 млн. абонентов по всей Европе. Однако на сегодняшний день пользователей WAP примерно в 5 раз меньше. Поэтому многие маркетологи считают, что в ближайшее время новые технологии типа GPRS и EDGE не станут движущей силой рынка сотовых систем связи, что, в свою очередь, осложнит продвижение мобильных систем третьего поколения.

Заключение

Данная в последнем разделе статьи информация о тех трудностях, с которыми сталкиваются операторы и производители оборудования на пути к системам связи третьего поколения, отнюдь не означает сомнения автора в торжестве светлого будущего мобильной связи. Это только попытка предоставить читателям более объективную информацию.

Различные сценарии развертывания сетей 3G не могут отрицать саму идею внедрения новых технологий мобильной связи. Мир движется по пути создания открытого информационного общества, и развитие мобильных систем связи направлено на обеспечение доступа пользователя к любым информационным ресурсам в любой точке планеты.

На динамику развития мобильных систем влияет широкая совокупность факторов. В современных условиях внедрению новых технологий мобильной связи способствуют промышленно-технологическая конвергенция, приход в отрасль мобильной связи гигантов компьютерного бизнеса и бытовой электронной промышленности, развитие электронной коммерции и т.д.

Таким образом, несмотря на большое количество объективных и субъективных трудностей, с которыми сталкиваются операторы и производители оборудования при переходе к системам третьего поколения, внедрение нового поколения мобильных систем – это вопрос только времени (и денег).