Коли чекати 4G — версія від «Vodafone Україна»

В Україні лише півтора роки тому розпочалося масштабне розгортання мережі 3G, наразі доступом до швидкісного мобільного інтернету користується половина населення. Однак провідні країни світу активно переходять на технологію LTE (Long Term Evolution), яку відносять до 4G — зв’язку четвертої генерації. Оператор «Vodafone Україна» провів круглий стіл за участі провідних виробників телеком-обладнання, на якому розказав про архітектуру та переваги LTE, а також складнощі у впровадженні цієї технології в Україні.

vst-lte-s

Перша у світі мобільна мережа на базі технології Long Term Evolution була запущена ще 14 грудня 2009 року в центральній частині Стокгольму, Швеція. За рік мережі LTE були розгорнуті в Польщі, США, Австрії, Гонконзі, Німеччині, Естонії, Японії і — як не дивно, — в Узбекистані (там впровадження виконали оператори MTS та UCell). Втім, хоча перші запуски LTE були виконані ще 6 років тому, їх можна було назвати скоріше експериментальними. Адже широка підтримка цієї технології в абонентських терміналах з’явилася тільки в 2012 році, з виходом iPhone 5 та Samsung Galaxy S4. Сьогодні переважна більшість телефонів вже підтримує стандарт зв’язку LTE, більш того, сучасні смартфони здатні працювати у величезній кількості діапазонів: наприклад, iPhone 7 підтримує 23 LTE-діапазона, 5 HSPA, 4 GSM та 3 CDMA-діапазони.

Еволюція смартфонів з точки зору підтримки технологій передачі даних

Еволюція смартфонів з точки зору підтримки технологій передачі даних

Як відомо, в Україні оператори почали впроваджувати останню модифікацію 3G зв’язку — HSPA+, яка забезпечує швидкість передачі до 42,2 Мбіт/с у напрямку від оператору до абонента, та до 5,76 Мбіт/с — у зворотньому. Здавалося б, цього достатньо і для перегляду відео, і для більшості програмних додатків. Та проблема в тому, що технологія 3G HSPA+ вже майже не розвивається, а в майбутньому оператори припинять підтримувати і обладнання для базових станцій стандарту HSPA+. Це — одна з причин, чому оператори зацікавлені в швидкому переході на LTE. Євген Фрунза, технічний директор «Vodafone Україна», відзначив:

«— Мережа «Vodafone Україна» використовує технологію DC-HSPA на всіх базових станціях 3G, як найбільш сучасну. Так, ми продовжимо будувати базові станції і розширювати покриття, будемо займатися оптимізацією мережі і вирішувати скарги абонентів. Але сама технологія 3G HSPA+ далі 42.2 – 5.76 Мбіт/с вже майже не розвивається. Далі … 4G».

За словами Олени Мірошниченко, начальника відділу стратегії «Vodafone Україна», більш ніж дві третини країн світу вже розгорнули мережі 4G, а 44% всіх операторів мобільного зв’язку, станом на червень 2016 р., надають послуги по технології 4G. 73 країни планують запустити 4G (наприклад, найближчим часом анонсовано запуск в Єгипті та В’єтнамі). Якщо в 2015 році відсоток з’єднань в 4G складав лише 11%, в 3G – 33%, а все інше приходилося на 2G, то в поточному році кількість з’єднань 4G збільшилася майже в 2 рази, до 19%. Зростання підключень мережевих технологій 3G в цьому році склало всього 1%. Покриття 4G по відношенню до населення, також росте: в 2-му кварталі 2015 року це було 40%, через рік цифра збільшилася до 49%.

Кількість країн з діючими мережами 4G стрімко росте

Кількість країн з діючими мережами 4G стрімко росте

Загалом кількість комерційних LTE мереж в серпні 2016 року склала 521, а кількість LTE-абонентів в світі сягнула 1,3 млрд. Найбільш популярним діапазоном для розгортання LTE стала частота 1800 МГц, в цьому спектрі налічується  246 мереж. На другому місці за популярністю — смуга 2,6 ГГц, на 3-му — 800 МГц (див. діаграму, наведену нижче). Приблизно така ж пропорція спостерігається і по кількості моделей абонентських пристроїв, що підтримують той чи інший діапазон.

Vodafone наразі розгорнув мережі з підтримкою технологій LTE та LTE Advanced в 22 країнах. 53 млн абонентів Vodafone користуються 4G, більше 26 млн у 18 країнах користуються 4G+, швидкість якого сягає 450 Мбіт/сек. В Європі 50% передачі даних здійснюється за допомогою 4G-мережі.

Як показує діаграма, найбільш прийнятними для розгортання LTE є діапазони 800 МГц, 1800 МГц та 2600 МГц

Як показує діаграма, найбільш прийнятними для розгортання LTE є діапазони 800 МГц, 1800 МГц та 2600 МГц

В українській мережі Vodafone вже налічується близько 8% смартфонів з підтримкою LTE, а на момент запуску 3G їх було лише 3%. За словами представників «Vodafone Україна», до 2020 року цей показник може збільшитися до 40-50%.

Запуск LTE є стимулюючим фактором для розвитку економіки в цілому

Запуск LTE є фактором, що стимулює розвиток економіки в цілому

Про формулу Шеннона та жорсткі санітарні норми

В 1948 році Клод Шеннон вивів формулу, на якій побудований весь сучасний світ радіозв’язку. Ця формула пізніше стала відома як «верхня межа Шеннона». Суть її полягає в тому, що для збільшення швидкості передачі даних, потрібно розширити смугу каналу і збільшити співвідношення сигнал/шум. Для цього є два шляхи: або підвищувати потужність передавача на базовій станції (БС), або збільшувати кількість базових станцій, щоб абонент міг знаходитися ближче до базової станції. В другому випадку, потужність сигналу від базової станції збільшиться, а радіошум від інших джерел сигналу — зменшиться.

Формула Шеннон, яка визначила напрямок розвитку світу радіозв'язку

Формула Шеннон, яка визначила напрямок розвитку галузі радіозв’язку

Справа в тому, що оператор не може просто збільшити потужність БС, адже існують жорсткі санітарні норми рівнів випромінювання, що зазначені в документі «Санітарні норми і правила захисту населення від дії електромагнітних випромінювань» (затверджено наказом МОЗ України від 01.08.96 № 239). Відповідно до цих норм, щільність потоку електромагнітної енергії не повинна перевищувати в місці знаходження людини 2,5 мкВт/кв см. Нормативна база України в області гігієни електромагнітного випромінювання — одна з найжорсткіших у світі. Для порівняння, гранично допустимі рівні електромагнітного випромінювання в Угорщині складають 10 мкВт/кв см, в країнах Скандинавії — 100 мкВт/кв см.

Таким чином, оператори вимушені збільшувати кількість базових станцій, щоб забезпечити прийнятну якість сигналу. В великих містах це не завжди можливо, адже часто єдиним доступним місцем розташування радіообладнання є дахи будинків. Та майже завжди жителі цих будинків виступають рішуче проти встановлення радіосоти на даху. Цим частково пояснюється не завжди якісне покриття і доволі довгий процес розгортання мережі.

Оператори намагаються переконати українські державні органи у збільшенні санітарних норм рівнів випромінювання. Адже при слабкому сигналі від базової станції абонентський термінал автоматично збільшує потужність власного передавача. І цей передавач, що знаходиться біля вуха людини, набагато сильніше впливає на її здоров’я, ніж випромінювання БС, що знаходиться за кілька кілометрів.

Як зазначив Євген Фрунза, при побудові мережі 1G в Києві вистачило встановлення всього декількох десятків базових станцій, щоб забезпечити повне покриття міста. При розгортанні мережі 2G, кількість БС довелося збільшити до кількох сотень. А от при впровадженні LTE чисельність БС необхідно збільшити щонайменше на 30%, хоча ця цифра залежить і від частоти, на якій будуть розгортати зв’язок четвертої генерації.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

Технологічні особливості 4G LTE

Сучасний зв’язок 3G HSPA+, який наразі впроваджено в Україні, дозволяє отримати 42 Мбіт/с від базової станції (Downlink) до терміналу, та 5,76 Мбіт/с від термінала до базової станції (Uplink). Технологія LTE зі смугою частот 20 МГц забезпечує Downlink до 150 Мбіт/с та близько 50 Мбіт/с – Uplink.

Серед інших можливостей LTE, окрім високої швидкості, – гнучкий вибір ширини каналу (1.4, 3, 5, 10, 15, 20 МГц). Крім того, LTE можна розгорнути в більш широкому переліку частотних діапазонів, всього їх стандартизовано 50: від 450 МГц до 5 ГГц. Слід зазначити, що чим вища частота зв’язку — тим більша ємність мережі, і тим менше радіус дії базової станції. Також в діапазоні 5 ГГц є частотна смуга близько 500 МГц, яка взагалі не потребує ліцензування. Це спрощує розгортання нових мереж для операторів.

Варто виділити і таку технологію, як MIMO (Multiple Input Multiple Out), що дозволяє застосовувати кілька антен для передачі даних на передавальній і приймаючій сторонах. MIMO з’явилася ще в специфікаціях третього покоління. У більшості мереж LTE MIMO працює в режимі 2×2: дві антени — на передачу, а дві — на прийом. У цьому режимі дані передаються відразу по двох незалежних каналах, що дозволяє збільшити швидкість передачі майже в 2 рази. Більш того, вже існують смартфони, що підтримують режим 4х4. Але збільшувати число антен далі неможливо через невеликі габарити смартфонів. Ще однією проблемою є необхідність передачі службових сигналів від кожної антени, що знижує ефективність технології.

«Vodafone Україна» вже провів тестування LTE в декількох частотних діапазонах: в Києві на частотних смугах 1800 та 2100 МГц, у Житомирі — 800 МГц та 2600 МГц, у Вінниці — 800 МГц. Результати по Києву в діапазоні LTE 2100 при ширині смуги 20 МГц забезпечили Downlink 154 Мбіт/с та Uplink — 48 Мбіт/с, в діапазоні LTE 1800 при ширині смуги 10 МГц — 71 Мбіт/с та 24 МБіт/с відповідно. Таким чином, тестування оператора наочно показало, що при звуженні частотної смуги в 2 рази швидкість передачі падає пропорційно.

Результати тестування швидкості передачі даних при використанні полоси частот 20 МГц, 10 МГц та 5 МГц

Результати тестування швидкості передачі даних при використанні смуги частот 20 МГц, 10 МГц та 5 МГц

Одна з останніх розробок в галузі 4G — технологія LTE Advanced, що дозволяє виконати агрегацію декількох смуг в різних частотних діапазонах в один канал. Наприклад об’єднати дві смуги по 20 МГц в один канал 40 МГц (LTE2100 20 МГц та LTE1800 20 МГц). Це дає можливість різко підвищити швидкість передачі, на практиці – до 300 МБіт/с.

Використання частотних спектрів 20 МГц + 20 МГц та технології LTE Advanced дозволяє сягнути швидкості Downlink більше 300 Мбіт/с

Використання частотних спектрів 20 МГц + 20 МГц та технології LTE Advanced дозволяє сягнути швидкості Downlink більше 300 Мбіт/с, Uplink – 37 Мбіт/с

Варто зауважити, що спочатку планувалося використовувати LTE-технологію тільки для передачі даних. Передбачалося, що голос буде передаватися через радіо підсистему 2G/3G та голосове ядро 2G/3G. Але пізніше було винайдено технологію VoLTE, що забезпечує передачу голосу в режимі VoIP через радіо підсистему LTE та підсистему IMS.

Втім, вищезазначені переваги — далеко не єдині. Дуже важливо, що LTE надає можливість операторам швидко та економічно вигідно виводити на ринок нові сервіси, в тому числі, різноманітні хмарні сервіси.

Стан впровадження LTE в Україні

Проведення LTE-аукціону стосовно надання радіочастотного ресурсу для впровадження LTE заплановано на четвертий квартал 2017 року. Попередньо, в грудні 2016-го, очікується отримання рекомендацій Analysys Mason щодо необхідних заходів для впровадження 4G, а в червні 2017 року – відключення аналогового телебачення та план дій по звільненню ІІ цифрового діапазону.

Проблема в тому, що радіочастотний ресурс в основних LTE-діапазонах є дуже фрагментований, це добре видно на приведеній нижче схемі. Крім того, частина РЧР взагалі недоступна через судові позови; в судовому порядку розглядається питання щодо продовження ліцензій на використання РЧР в діапазоні 2,3 ГГц для організації «Ес-Лайн» (2300 – 2345 МГц). Поки що незрозуміло, чим закінчиться суд, адже у регулятора, з юридичної точки зору, в позиція в цій справі не дуже вигідна.

Поточний розподіл радіочастотного ресурсу в Україні

Поточний розподіл радіочастотного ресурсу в Україні

Український державний центр радіочастот розробляє нові критерії освоєння РЧР та зареєстрував для розгляду в парламенті проект нового Закону «Про радіочастотний ресурс України». Протягом 2017 року очікується проведення перерозподілу РЧР та зміна ставок ренти за користування радіочастотним ресурсом.

Найвища ймовірність розгортання LTE передбачається в частотних спектрах: 800 МГц, 1800 МГц, 2300 МГц, 2600 МГц. Дуже висока вірогідність впровадження технічної нейтральності частот одночасно із проведенням аукціону 4G. Технічна нейтральність частот забезпечить операторам право в майбутньому впроваджувати будь які технології зв’язку в частотних спектрах, що їм належать, наприклад, технології 5G. Такі дії однозначно прискорять розвиток телекомунікаційної галузі.

Наразі національний регулятор повідомляє про намір видати на аукціоні чотири LTE ліцензії. Втім, за більш ніж рік, що залишився до аукціону, ситуація може змінитися.