2.5 Стандартизация LTE
LTE - это следующий важный шаг в развитии мобильной связи, который оформлен, как Release 8 3GPP (3rd Generation Partnership Project). LTE использует ортогональное мультиплексирование с частотным разделением (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) в качестве технологии радиодоступа, вместе с модернизированными антенными технологиями.
3GPP - это организация, основанная в 1998 году. Она объединила несколько организаций в области стандартизации телекоммуникаций. В настоящее время туда входят следующие компании CCSA , ARIB, ATIS, ETSI, TTA и TTC. Новаторы и разработчики со всего мира, представляющие более шести десятков операторов, вендоров и НИИ, принимают участие в совместных попытках сформулировать стандарт радиодоступа LTE.
Помимо протокола LTE, 3GPP разработала также "плоскую" сетевую архитектуру, основанную на применении IP-технологии. Данная архитектура определена, как часть разработок в рамках проекта SAE (System Architecture Evolution). Также были разработаны архитектура и концепции LTE-SAE для поддержки массового использования любых услуг на базе интернет протокола. Архитектура основана на эволюции существующей базовой сети GSM/WCDMA в сторону упрощения операций и эффективного по затратам развертывания.
Также было инициировано взаимодействие между 3GPP и 3GPP2 (организация, занимающаяся стандартизацией CDMA) с целью оптимизации межсетевого взаимодействия между CDMA и LTE-SAE. Это означает, что операторы CDMA смогут развить свои сети до LTE-SAE и воспользоваться экономией на масштабе и глобальном характере производства микросхем (чипов), что сыграло большую роль в успехе GSM и WCDMA.
Отправной точкой для стандартизации протокола LTE стала рабочая встреча 3GPP RAN Evolution Workshop, состоявшаяся осенью 2004 года в Канаде. В том же 2004 году начались исследования, целью которых было обозначить временные рамки эволюции технологии радиодоступа 3GPP:
сокращенная стоимость на бит;
гибкое использование существующих и новых частотных диапазонов;
увеличение объема услуг - больше услуг за меньшую цену с более высокой удовлетворенностью пользователей;
упрощенная архитектура и открытые интерфейсы;
сниженное энергопотребление терминалов
Данное исследование потребовалось для того, чтобы подтвердить, что концепция LTE сможет обеспечить набор требований, сформулированных в в 3GPP TR 25.913 Feasibility Study of Evolved UTRA and UTRAN.
Разработку LTE разбили на контрольные точки. График работ был согласован на заседаниях 3GPP летом 2007 г. Результаты показывали, что LTE не только отвечает, а иногда и превосходит, цели, установленные в отношении максимальных скоростей, пропускной способности, а также по производительности VoIP и Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS).
Завершить процедуру стандартизации LTE запланировали до конца 2007 года. После выхода первой спецификации были запланированы доработки и улучшения, которые будут связаны с изменениями требований и функциональности данного протокола.
2.6 Факты: набор исходных требований 3GPP к LTE
повышенная пиковая скорость: 100 Мбит/с в направлении вниз и 50 Мбит/с в направлении вверх;
сокращение отклика сети радиодоступа до 10 мс
повышенная спектральная эффективность (в 2-4 раза, по-сравнению с HSPA Release 6);
эффективная по затратам миграция от радиоинтерфейса и архитектуры Release 6;
Universal Terrestrial Radio Access (UTRA);
Улучшенная возможность широковещания;
IP-оптимизация (фокус на услугах в области пакетной коммутации);
масштабируемый диапазон от менее, чем 5 МГц до 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц;
поддержка работы, как с парными, так и с непарными частотными диапазонами;
поддержка межсетевого взаимодействия с существующими системами 3G и системами, которые не стандартизировались 3GPP.
Технически, LTE является производным от GSM сетей поколений 2, 2.5, 3G. Поэтому, наиболее подходящими сетями для внедрения данной технологии являются уже существующие сети мобильных операторов. Апгрейд оборудования для работы с поддержкой сетей 3G\LTE, позволяет развить существующую сеть, объединяя все возможности передачи голоса с ip-сетями, создавая, таким образом, единую, мультисервисную среду передачи данных.
На данный момент, в разработке и испытании оборудования для LTE участвуют многие гранды радиоэлектронной промышленности, в частности, Alcanel-Lucent, Motorolla, NTT DoCoMo, , Ericsson и т.п.
3.1 Варианты сосуществования сети LTE и сетей предыдущих поколений.
Наилучшим вариантом для тех операторов, которые уже располагают построенными сетями 2G и/или 3G/UMTS (WCDMA или CDMA2000), является построение конвергентной сети 2G/3G/LTE с единым управлением и поддержкой плавных хендоверов без прерывания сервисов. Для построения такой сети должны быть доступны в конвергентном варианте все основные составляющие сети:
- конвергентные мультисандартные BTS;
- конвергентная транспортная сеть;
- конвергентные услуги;
- конвергентный O&M.
3.2 Отвечая потребностям абонентов.
По графику работ, до конца 2009 года должны появится первые коммерческие аппараты LTE/CDMA, первые USB-донгл, пригодные для полевых испытаний, первый чипсет и первая "дата-карта" для использования в ноутбуках.
В планах на 2010 год значится первый телефон с поддержкой LTE/3G, первый телефон с поддрежкой LTE, первый USB-донгл, первый КПК с поддержкой LTE.
Стандарт предусматривает 5 классов терминалов, которые ориентированы на передачу в основном голосовых данных. Терминалы должны обеспечить работу в частотной полосе 20 МГц.
Число абонентов ШПД к 2012 году, как ожидается, может достичь порядка двух млрд. По прогнозам практически 2/3 от этого количества, будут использовать мобильный ШПД. Трафик передачи мобильных данных в 2010 году будет превосходить по объему трафик передачи голоса, что предъявляет высокие требования к мобильным сетям в самом ближайшем будущем и даже сейчас.
Потребители поняли и оценили преимущества мобильного ШПД. Очень большое количество людей уже используют мобильные телефоны и многие кроме того подключают свои нетбуки и ноутбуки к беспроводным сетям. Шаг к полному мобильному ШПД очевиден, особенно, когда речь идет о LTE-сети, обеспечивающей качественное покрытие и роуминг с существующими сетями 2G/3G.
Также, полученный при эксплуатации сетей, опыт с поддержкой HSPA показал, что если оператор обеспечивает качественное покрытие и предоставляет необходимые услуги и терминалы, то использование мобильного ШПД быстро обретет популярность у данного оператора.
Пакетный трафик передачи данных начал опережать трафик передачи голоса уже весной 2007 года в сетях 3G (WCDMA). Основной причиной этому стало появление в сетях поддержки HSPA. Карточки беспроводных модемов HSPA и USB-донглы очень быстро обрели популярность у абонентов. Некоторые операторы отмечают даже 4х-ый прирост трафика передачи данных по истечении 3-4 месяцев с момента запуска поддержки HSPA.
Во многих случаях, мобильный ШПД может конкурировать с фиксированным ШПД по цене, производительности, защищенности и по удобству. Абоненты могут лучше организовывать свое время, используя мобильный доступ, нежели настраивая подключение к беспроводной LAN.
Также, число доступных беспроводных приложений существенно вырастает в мобильных сетях. Социальные сети, поисковые машины, приложения, обеспечивающие индикацию присутствия (presence), сайты для совместного использования контента, вот некоторые из очевидных примеров. Благодаря мобильности, эти приложения становятся более ценными для абонентов. Высокие максимальные скорости и сокращенное время отклика в сетях LTE позволяют обеспечить поддержку приложений real-time.
3.3 Отвечая потребностям операторов.
Операторы, которые ведут свой бизнес в ситуации постоянной конкуренции, ведут борьбу не только с другими операторами, но также и с новыми участниками рынка и новыми бизнес моделями и идеями. Однако, с появлением новых бизнес моделей и идей появляются и новые возможности. Сегодня у мобильных операторов есть преимущество, которое состоит в том, что у них есть возможность предоставлять конкурентные услуги мобильного ШПД на базе уже совершенных инвестиций в технологии 2G/3G.
Поэтому операторы столь активны в формулировании стратегий и требований к технологии мобильномого ШПД, в их работе с организациями, которые занимаются стандартизацией. Некоторые из операторов, входящих в число мировых лидеров, вендоры и НИИ объединили свои силы в рамках Next Generation Mobile Networks Ltd. (NGMN, Сети мобильной связи следующего поколения). NGMN работает в тесном сотрудничестве с существующими организациями, занимающимися стандартизацией. Хотя NGMN этого и не отмечал, но стандарты LTE-сетей отвечают всем требованиям NGMN.
3.4 Архитектура.
В параллель с радиодоступом LTE, опорные пакетные сети также эволюционируют к плоской архитектуре SAE. Эта новая архитектура разработана для оптимизации производительности, улучшения эффективности затрат и упрощения запуска услуг на базе IP для массового рынка.
На пользовательском уровне архитектуры SAE есть всего два базовых устройства: базовая станция LTE (eNodeB) и гейт SAE Gateway. Базовые станции LTE подключаются к опорной сети, используя интерфейс S1 - Core Network - RAN. Такая плоская архитектура сокращает число узлов, необходимых для обеспечения соединения.
Существующие системы 3GPP (GSM и WCDMA/HSPA) и 3GPP2 (CDMA2000 1xRTT, EV-DO) интегрированы в систему LTE за счет использования стандартизованных интерфейсов, обеспечивающих оптимизированную мобильность. Для систем 3GPP это означает наличие сигнального интерфейса между CDMA RAN и новой опорной сетью. Такая интеграция обеспечит поддержку, как двойных, так и одиночных радио хэндоверов, обеспечивая возможность плавной миграции к LTE.
Управление сигнализацией, например, для обеспечения мобильности, поддерживается узлом управления мобильностью (Mobility Management Entity, MME), выделенным из гейта (Gateway). Это упрощает оптимизацию развертывания сети и обеспечивает возможность гибкого масштабирования ее емкости.
Сервер домашних абонентов (HSS) подключается к пакетной сети (Packet Core) за счет интерфейса, основанного на Diameter, а не на базе сигнализации SS7, которая использовалась в сетях GSM и WCDMA. Сигнализация сети для полицейского прослуживания и для биллинга (charging) также основана на Diameter. Это означает, что все интерфейсы архитектуры - это IT-интерфейсы.
Существующие системы GSM и WCDMA/HSPA интегрированы с системой LTE с помощью стандартизованных интерфейсов между SGSN и опорной сетью LTE. Как ожидается, попытка интегрировать CDMA доступ также приведет к обеспечению возможности поддержания мобильности между сетями CDMA и LTE. Такая интеграция также должна обеспечивать, как дуальный, так и одиночный handover вызовов, что обеспечивает гибкую возможность миграции из сетей CDMA в сети LTE.
В LTE-SAE действует концепция QoS (качества услуги), основанная на понятии класса услуги. Это обеспечивает простое, но эффективное решение, позволяющее оператору предлагать дифференцировать предоставляемые пакетные услуги.