LTE: где-то — быстро, а где-то — медленно

По данным Ассоциации GSM, всего через полтора года после начала коммерческой эксплуатации к сетям LTE во всем мире подключился 1 млн абонентов. В то же время на планете уже имеется 500 млн абонентов HSPA, и каждый месяц их число увеличивается еще на 19 млн человек. Причина стремительного развития обеих технологий — взрывной рост спроса на смартфоны, планшеты и другие мобильные интернет-устройства, требующие широкополосного доступа в сеть.

Ассоциация GSM (GSMA) называет HSPA наиболее быстро развивающейся технологией за всю историю коммуникаций. Алан Хадден, президент GSA, напротив, считает таковой LTE. Одни и те же, по существу, цифры служат основой для противоположных выводов. Причина разночтений — в разных измеряемых величинах. GSMA оценивает прирост абонентов, а GSA — операторов, заявивших о построении сетей LTE (см. Рисунок 1). В настоящее время в мире развиваются 154 сети LTE, 20 из них уже введены в коммерческую эксплуатацию. Еще 54 оператора проводят тестовые испытания и реализуют пилотные проекты. Продолжая аналогию, можно сказать, что GSMA изучает первую производную, а GSA — вторую.

Рисунок 1. Операторы мобильной связи и новые технологии (по данным GSA).

ЧАСТОТ ХВАТИТ НЕ ВСЕМ

Отличий между технологиями HSPA и LTE не так много — обе поддерживают одинаковые способы модуляции и, по крайней мере до уровня LTE Advanced, сопоставимые скорости. LTE обеспечивает вдвое меньшие задержки (10–20 мс против 20–35 у HSPA), более эффективные механизмы управления трафиком и расширенный набор частот. Уже сегодня в LTE стандартизован 31 поддиапазон в районе 700, 800, 900, 1400, 1800, 1900, 2300, 2500–2700, 3600–3800 МГц. В общей сложности это составляет 1,8 ГГц, которые при использовании LTE Advanced позволяют образовать трубу с пропускной способностью 18 Гбит/с!

На очереди — диапазон 450 МГц и, возможно, другие «цифровые дивиденды» — частоты, освобождаемые при переходе с аналогового на цифровое телевидение. Не исключено, что совсем скоро абонентские устройства смогут осуществлять роуминг во всем этом диапазоне: по мнению Алана Хаддена, минимальный набор требований к абонентским устройствам FDD LTE включает поддержку работы в LTE-диапазонах 700/800/1800/2600 МГц, 3G/WCDMA-HSPA-диапазонах 850/900/1900/2100 МГц и GSM/EDGE/GPRS-диапазонах 850/900/1800/1900 МГц.

Россия, по оценкам ComNews Research, заметно отстает от мировых тенденций. Временной разрыв между появлением первой сети GSM в мире и в России составлял четыре года; для сетей 3G он увеличился до шести лет. LTE, если все пойдет по утвержденным планам, задержится на пять: конкурсы на частоты для LTE запланированы только на 2014 год, а пока российские операторы пытаются отстоять в судах уже полученные частоты, проводят тестирование технологий, строят LTE-сети за рубежами отечества и готовятся к переходу сразу на LTE Advanced, минуя LTE. Как заявила на форуме LTE Russia & CIS 2011 Гульнара Хасьянова, исполнительный директор «Консорциума 4G», России нужно не догонять мировое сообщество, а выступать на равных: минуя стадию внедрения LTE, следует непосредственно переходить к предоставлению услуг 4G.

Есть, правда, одно маленькое «но» — задержки с внедрением LTE в России объясняются нехваткой частного спектра и стремлением к его оптимизации. В то же время преимущества LTE Advanced в полной мере проявляются лишь при наличии у оператора достаточных частотных ресурсов: технология предусматривает возможность объединения каналов в разных диапазонах частот с целью доведения суммарной полосы канала до 100 МГц и использование MIMO 8×8 — все для того, чтобы предоставить скорости доступа до 1/0,5 Гбит/с малоподвижным и фиксированным абонентам и обеспечить ретрансляцию беспроводных сигналов для подключения пользователей в сельской местности.

Гульнара Хасьянова призвала операторов взвешенно подходить к построению беспроводных широкополосных сетей и трезво оценивать перспективы предоставления услуг и сервисов, чтобы сохранить прибыльность сети. По ее мнению, такой подход особенно актуален в условиях, когда рынок телекоммуникационных услуг растет незначительными темпами (ежегодный прирост рынка мобильной передачи данных составляет около 12%), увеличение выручки несущественно, а объемы трафика растут опережающими темпами. Как результат, ARPU многих операторов сотового и фиксированного ШБД практически сравнялись, более того, с середины прошлого года в некоторых регионах стоимость мобильного доступа уже ниже стоимости фиксированного.

Для снижения остроты вопроса стоило бы добавить, что с переходом на новые технологии не менее, а то и более быстрыми темпами падает себестоимость передачи трафика — по оценкам Huawei, в сегодняшних сетях LTE она не превышает одного евро за гигабайт.

ТРАФИК БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ

Доклад Константина Юрганова, технического директора Yota, был посвящен оптимизации ядра сети и радиоинтерфейсов при предоставлении услуг с неограниченным доступом. В то время как европейские операторы постепенно переходят от плоских тарифов к смешанным — доступ без ограничений по скорости плюс то или иное ограничение по трафику, например с шагом 10–15 Гбайт, — Yota по-прежнему придерживается бескомпромиссной модели, видимо, исходя из бакунинского тезиса о том, что земля должна принадлежать тем, кто ее обрабатывает, — то есть абонентам.

Посыл, на первый взгляд, абсурдный и несправедливый: казалось бы, в такой ситуации абоненты со скромными аппетитами платят за обжор. Но — только на первый взгляд. Оплата за трафик в структуре расходов оператора Yota не превышает 5%, а дополнительная нагрузка на сеть не вызывает негативных последствий до тех пор, пока не приводит к ухудшению качества услуг и оттоку абонентов. Глубокая инспекция трафика, маркировка пакетов с трафиком P2P и присвоение им минимальных приоритетов позволяют снизить нежелательное влияние торрентов и других некритичных к временным задержкам сервисов в часы максимальной нагрузки на сеть. Кроме того, как показывает опыт предоставления услуг, около 50% абонентов потребляют не более 5 Гбайт трафика в месяц, и лишь 4% — более 100 (см. Рисунок 2). При этом почти половина, а то и все 80 % абонентов (как считать), по сути, являются потребителями услуг фиксированного доступа.

Рисунок 2. По данным Yota, даже при безлимитных тарифах объемы трафика 50% абонентов не превышают 5 Гбайт в месяц.

Тонкое управление настройками на уровне пакетного ядра привело к повышению пропускной способности сети Yota на 30%, причем достигнуто это не за счет приобретения каких-то новых сетевых элементов и устройств, а программным образом — то есть без существенных дополнительных затрат. Наряду с оптимизацией на уровне ядра сети, Yota продолжает работу над кластерной оптимизацией и настройкой радиосекторов. В ряде случаев изменения требуют повторного монтажа, а возможно и переноса некоторых секторов или базовых станций. Основной акцент делается на оптимизации радиопараметров на этапе проектирования новых базовых станций.

В отличие от программных настроек, когда результаты заметны сразу, конфигурация радиоинтерфейса более сложна, постепенна и не приводит к немедленным результатам. По опыту Yota, оптимизация настроек радиокластера из 10–15 базовых станций позволяет повысить пропускную способность сети на 10%. Еще 6% может принести разработанная по заказу Yota технология перераспределения активных абонентов в сектора с хорошими радиоусловиями. Вместе с программными настройками это дает почти двукратное увеличение пропускной способности сети.

Ночью, когда нагрузка на сеть минимальна, вся полоса сектора может быть предоставлена трафику P2P, общий объем которого ограничивается только потому, что механизмов приоритизации данных, реализованных в WiMAX, недостаточно для эффективного управления трафиком.

Не исключено, что Yota предпочитает игры не с нулевой, а, скорее, с положительной суммой, когда выигрывают все!

МИГРАЦИЯ НА LTE

LTE, в сравнении с WiMAX, предлагает более гибкие механизмы приоритизации трафика и, видимо, позволит дополнительно увеличить эффективность использования радиоэфира. Решение о постепенном переводе всей сети Yota на LTE принято: оператор не может и не хочет эксплуатировать два разных стандарта и параллельные сети, это неэффективно не только с технической, но и с коммерческой точки зрения.

Процесс миграции начнется после запуска и приобретения опыта эксплуатации первых сетей LTE. Технически, и с точки зрения частотного плана, и ввиду необходимой замены абонентских устройств, процесс этот очень сложен. Тем не менее будут предприняты все усилия, чтобы процедура миграции заняла минимально возможное время. Как утверждает Константин Юрганов, сегодня Yota начинает не просто тестировать оборудование LTE, а проверять те настройки, которые позволят осуществить переход наименее болезненным для абонентов способом.

В рамках модели совместного доступа к радиосети (RAN-sharing) Yota планирует выстраивать взаимодействие с большой четверкой — «Консорциумом 4G» на гибких принципах, то есть в зависимости от потребностей операторов; и более того, планирует сама предоставлять услуги на базе общей сети на равных условиях с другими участниками консорциума: легким движением руки четверка превращается в пятерку?

Возможно, схема взаимодействия будет одинакова для всех, а может быть, кому-то из операторов будут предложены специальные условия — единой картины пока нет, но Юрганов уверен, что оптимальные технические решения, устраивающие всех, обязательно найдутся.

ТЕХНОЛОГИЯ TDD LTE

Дефицит частотного ресурса делает актуальной технологию TDD LTE, позволяющую использовать одну и ту же полосу частот как для приема, так и для передачи данных, а также оптимальным образом загрузить канал в случае асимметричных потоков, характерных для доступа в Интернет. Опытом тестирования первых систем TDD LTE поделился на форуме LTE Russia & CIS 2011 Алексей Павлюц, заместитель генерального директора компании «Воентелеком», которая приступила к проведению испытаний в ноябре 2010 года, уже имея опыт работы с оборудованием WiMAX.

Принять участие в тестах изъявили желание 27 производителей, однако лишь четверо из них смогли предоставить оборудование для тестирования, и только у двух компаний результаты оказались положительными. Участие российских производителей, как правило, ограничивалось предложениями заключить договор о намерениях — некоторые из них на момент начала тестов даже не определились с поставщиками наборов микросхем. Технология TDD LTE отстает от FDD LTE не менее чем на год, и если бы China Mobile не приступила к построению сети TDD LTE, разрыв мог бы оказаться еще более значительным.

Тестирование проводилось в центре Москвы, где были размещены три базовые станции, покрывающие 6–7 км2. Кроме того, оборудование испытывалось и в движении на скорости до 70 км в час. Практически во всех тестовых условиях, которые удалось воспроизвести, задержка сигналов не превышала 10–20 мс, а пропускная способность в полосе 20 МГц достигала 90–120 Мбит/с. Как отметил Алексей Павлюц, сеть обеспечивала приемлемое качество видеосвязи и на скоростях до 120 км в час. Технология LTE оказалась заметно эффективнее WiMAХ и комплексно, на системном уровне, решает многие проблемы, характерные для последней.

Диапазон 2,3 ГГц сложен с точки зрения обеспечения покрытия и очень хорош для районов с высокой плотностью абонентов. Наращивание мощности базовых станций, как отметил Алексей Павлюц, для TDD LTE неэффективно. Структура протокола очень сложна и требует высочайшей синхронизации, а наличие радиосигнала в прямом канале не гарантирует возможности двусторонней связи. До конца июля «Воентелеком» собирается закончить тестирование оборудования еще четырех вендоров, причем двух из них — повторно. Появление доступного абонентского оборудования для TDD LTE следует ожидать не раньше III квартала 2011 года. (По прогнозам «Воентелекома», TDD LTE будет находиться в режиме непрерывных бета-тестов до середины 2012 года.) А пока что стоимость одного модема USB измеряется сотнями долларов, а череда программных обновлений, которую пришлось пройти за время тестов, совершенно несовместима с коммерческой эксплуатацией.

При этом — вот ведь парадокс! — инвестиционные риски очень невелики: большинство вендоров уже стабилизировали аппаратную базу. Обработка сигналов осуществляется по технологиям программного радио, и, более того, аппаратные платформы обладают запасом производительности на будущее.

И Yota, и «Воентелеком» уверены в наличии большого запаса по оптимизации пропускной способности радиосети у оборудования практически любого из вендоров. Можно предположить, что обе компании готовят наборы инструментов, которые позволят их сетям достичь максимальной эффективности.

ДОГОНЯТЬ ВСЕГДА ТРУДНЕЕ

В то же время отставание с выводом LTE на рынок может оказаться критическим и для технологии, и для операторов. Ведь, как показывает статистика Yota (см. Рисунок 3), более 80% абонентов используют ШБД для фиксированных и псевдофиксированных — например, дома и на работе — подключений. А согласно опросам компании Devicescape, уже сегодня 98% пользователей считают наличие интерфейса WiFi критичным фактором при выборе ноутбука или планшета. Еще 95% ожидают, что WiFi будет встроен в их смартфон, другие 88% полагают, что найдут хотспот в своей гостинице.

Рисунок 3. Мобильность более 80% абонентов Yota ограничена 2–6 радиосекторами.

Установить беспроводные точки доступа в местах постоянного пребывания и фиксированного подключения к Интернету сегодня уже и не сложно, и не дорого. Практикуя запредельные тарифы на беспроводной трафик и откладывая внедрение мобильных технологий ШБД, сотовые операторы и Минкомсвязи фактически толкают абонентов в объятия операторов фиксированного ШПД, и заполучить их обратно, возможно, будет не так-то просто.

Георгий Башилов — научный редактор «Журнала сетевых решений/LAN».