Kolejny krok w ewolucji systemów telefonii komórkowej

Coraz częściej i więcej mówi się o kolejnych etapach rozwoju mobilnego dostępu do internetu. Wymagania stawiane obecnym sieciom mobilnym rosną w coraz szybszym tempie. Szybkie upowszechnianie treści multimedialnych w internecie, także tym mobilnym, wymusza stosowanie przez operatorów coraz to nowych technologii ich dostarczania.

Urząd Komunikacji Elektronicznej opublikował raport, w formie informatora, o najnowszej technologii mobilnej transmisji danych LTE (Long Term Evolution), o której coraz głośniej w kontekście zwiększania prędkości mobilnej transmisji danych. W raporcie tym UKE przedstawia m.in. charakterystykę technologii oraz plany jej wdrażania w Europie i Polsce.

Główną przewagą, jaką będzie posiadać LTE nad poprzednimi systemami, jest przede wszystkim dużo większa przepustowość. Dzięki temu użytkownik będzie miał możliwość korzystania z usług, które wymagają dużej prędkości przesyłu danych. W tabeli 1 zostały zestawione prędkości przesyłu danych, jakie mogą osiągać poprzednie systemy w porównaniu z LTE.

Podczas opracowywania standardu LTE grupa 3GPP (3rd Generation Partnership Project) postawiła mu następujące wymagania:

• redukcję kosztów przypadających na jeden bit;
• zwiększenie liczby dostępnych usług;
• elastyczne użycie różnych pasm częstotliwości;
• uproszczona architektura, otwarty interfejs;
• rozsądne zużycie mocy przez terminale.

W celu spełnienia stawianych dla standardu wymagań, grupa 3GPP zastosowała w systemie LTE następujące techniki:

• wprowadzono protokół odpowiadający za bez-błędną transmisję o nazwie HARQ;
• zmieniono technikę wielodostępu, dzięki czemu otrzymano niższy pobór mocy przez telefony komórkowe (dla łącza w górę stosowany jest wielodostęp SC-FDMA);
• MIMO (Multiple Input Multiple Output) – technika odbioru i nadawania sygnału. Wykorzystywanych jest kilka anten na stacji bazowej, które odbierają sygnał z różnych ścieżek, dzięki czemu eliminowany jest problem wielodrogowości, a dokładnie problem ten zamieniony został w zaletę. MIMO wykorzystuje matryce antenowe 2x2 (2 anteny nadawcze, 2 anteny odbiorcze) oraz 4x4. Stosowanie tej techniki poprawia jakość sygnału, co pozwala na zwiększenie maksymalnej przepustowości. W LTE stosowana jest również technika SISO (Single Input Single Output), ale mamy do czynienia wtedy z mniejszymi przepustowościami;
• zmianie uległa architektura systemu (zmniejszyła się liczba funkcji, za które odpowiedzialny był szkielet sieci – zostały one przeniesione na obrzeża sieci), co zapewniło małe opóźnienie i usprawniło przenoszenie pakietów przez sieć (tzw. routing).

3GPP zdefiniowało pięć kategorii urządzeń mobilnych (telefony komórkowe, modemy komputerowe) wspierających LTE (tab. 2). Główną cechą rozróżniającą poszczególne kategorie, a będącą bardzo istotną z punktu widzenia użytkownika, jest maksymalna przepustowość łącza „w górę” (od użytkownika) i „w dół” (do użytkownika).

Parametry i usługi systemu LTE

W tab. 3 zostały zestawione podstawowe parametry systemu LTE.

Dzięki nowemu systemowi telefonii komórkowej oraz zastosowanych w nim technik, użytkownik może korzystać z większych prędkości łączy, które charakteryzują się bardzo małym opóźnieniem. Umożliwia im to korzystanie z nowych rodzajów usług bądź ulepszonych już istniejących usług. W tab. 4 zostały przedstawione możliwe do świadczenia usługi za pomocą sieci LTE.

LTE w Europie

Standard LTE dzięki swoim zaletom oraz możliwościom może stać się w przyszłości podstawowym systemem komunikacji mobilnej. Już teraz w państwach Europy trwają prace badawcze oraz wdrożeniowe nowego systemu, a w Szwecji i Norwegii zostały uruchomione pierwsze sieci LTE. W tabeli 5 zostały zamieszczone informacje dotyczące planów związanych z LTE (rezerwacja pasma, testowanie, planowane uruchomienie sieci itd.).

Pierwsze komercyjne sieci LTE zostały uruchomione w Sztokholmie i Oslo przez operatora TeliaSonera. Swoim zasięgiem LTE pokrywa centralne obszary tych miast. Na rok 2010 TeliaSonera planuje intensywny rozwój sieci w 25 miastach Szwecji i 4 miastach Norwegii. Prowadzone są również prace nad uruchomieniem sieci LTE w Finlandii w 2010 roku.

Za pomocą sieci uruchomionych w Szwecji i Norwegii TeliaSonera świadczyć będzie na początku mobilny dostęp do internetu za pomocą specjalnego modemu i komputera. Modemy te będą produkowane przez firmę Samsung, która zamierza być pierwszą firmą na świecie produkującą modemy komputerowe pracujące w systemie LTE. Będą one mogły również współpracować z systemami 2G oraz 3G. W niedalekiej przyszłości planuje również produkcję telefonu komórkowego obsługującego system LTE. Jeśli chodzi o infrastrukturę sieciową w Sztokholmie, dostarczała ją firma Ericsson, a w Oslo firma Huawei.

LTE w Polsce

Zasobami częstotliwości w Polsce dysponuje Prezes Urzędu Komunikacji Elektronicznej i to właśnie nasz Urząd zajmuje się prowadzeniem przetargów i ich przydziałem. W efekcie przyszłość tej technologii zależy od popraw nych decyzji przetargowych. Obecnie Urząd prowadzi konsultacje przetargu na rezerwację częstotliwości w dwóch zakresach 2500-2570 MHz oraz 2620-2690 MHz. Zainteresowanie przetargiem na częstotliwości 2,6 GHz jest duże. Nie jest to jednak pierwszy przetarg częstotliwości, na której może pracować system LTE.

Już w październiku 2009 roku został przydzielony pewien zakres w paśmie 2,6 GHz firmie Aero2. Operator ten dzięki wygranej w przetargu otrzymał rezerwację na częstotliwości 2570-2620 MHz. Pasmo to wykorzystane zostanie do świadczenia usługi dostępu do internetu.

Aby wygrać przetarg, Aero2 zobowiązało się przeznaczyć do powszechnego i nieodpłatnego dostępu do sieci internet co najmniej 20 proc. pojemności sieci, z wykorzystaniem częstotliwości z zakresu do 1 GHz, przez okres 3 lat, tak aby swoim zasięgiem pokryć 75 proc. ludności kraju.

Operator ten jest również zobligowany do rozpoczęcia komercyjnego oferowania usług z wykorzystaniem częstotliwości będącej przedmiotem przetargu nie później niż do połowy 2011 roku. Jednak w polskich warunkach zainteresowanie wprowadzeniem nowej technologii może nie być takie proste. Operatorzy mają w pamięci zachłyśnięcie się UMTS-em i wydane ogromne kwoty na rezerwacje częstotliwości dla tej technologii. Wszystko będzie zależało od warunków rynkowo-ekonomicznych.

Czy i jaki wzrost tempa zapotrzebowania na szybką mobilną transmisję danych w naszym kraju będzie uzasadniał szybkie wprowadzenie LTE? Przecież na horyzoncie pojawia się 4G. ◊