к вопросу 11
Тезисы доклада
«Сравнительный анализ перспектив внедрения технологий
беспроводного доступа LTE и WiMax»
Докладчик: , старший инженер,
», Российской Федерации
По итогам ВКР-2007 было выделено порядка 400 МГц нового спектра для систем IMT, включая системы IMT-2000 и IMT-Advanced. В семейство IMT-2000 входит шесть радиоинтерфейсов (см. Таблицу 1), наиболее перспективными из которых в настоящее время принято считать интерфейсы на базе ортогонального частотного разделения каналов с мультиплексированием OFDM и применения антенной технологии MIMO. Такими интерфейсами являются IMT-2000 OFDMA TDD WMAN (WiMax IEEE 802.16e), IMT-2000 CDMA Direct Spread и IMT-2000 CDMA TDD (с временным кодом) (LTE Rel.8 FDD и TDD). Изначально WiMaX и LTE разрабатывались как разные технологические решения для разных задач. Технология LTE считается эволюцией современных сетей подвижной связи, в то время как технология WiMax была разработана в рамках фиксированной службы для создания муниципальных сетей широкополосного доступа на расстоянии десятков километров от базовой станции в основном для решения проблемы «последней мили». Однако тенденция современного телекоммуникационного сообщества к конвергенции услуг и служб радиосвязи привела к тому, что развитие стандартов вызывает конкуренцию сетей WiMax и LTE в диапазонах 2,3 ГГц, 2,6 ГГц и 3,5 ГГц (см. Таблицу 2).
В настоящий момент сети WiMax уже развернуты во многих странах мира, включая страны АС РСС. Строительство сетей LTE уже начато в США, Японии и Канаде. Наиболее высокими темпами данная технология сейчас развивается в Китае в диапазоне
2,3 ГГц. Согласно имеющимся прогнозам, появление первых сетей на базе LTE в Европе ожидается к гг.
В связи с этим, предлагается произвести анализ перспектив внедрения технологий LTE и WiMax. Сравнение некоторых основных параметров радиоинтерфейсов IEEE 802.16e и LTE Rel.8 приведено в Таблице 3. Несмотря на то что, обе технологии базируются на использовании MIMO-OFDM, на первый взгляд LTE обладает рядом преимуществ, которое позволяет сделать выводы, что данная технология позволит обеспечить большую гибкость использования радиочастотного ресурса. Вместе с тем, следует учесть, что для получения данного эффекта от технологии требуется тщательная настройка сети и достаточный частотный ресурс. Сравнение технологий по энергетическим показателям (см. Таблицу 4) не дает явного выигрыша с точки зрения обеспечения ЭМС. В общем можно сделать вывод о том, что по сути технологии являются равноценными, хотя некоторые операторы считают LTE Rel. 8 наиболее перспективным направлением развития.
Помимо данного анализа необходимо уделить внимание работе по стандартизации новых радиоинтерфейсов семейства IMT-Advanced, которая проводиться в рамках Рабочей группы 5D 5-ой Исследовательской комиссии МСЭ-R. На настоящий момент, в рамках дальнейшего развития систем IMT-Advanced, которые придут на смену системам IMT-2000, имеется только два кандидата – это следующее поколение стандартов WiMax IEEE 802.16m и LTE Rel.10 (LTE-Advanced). Как видно из Таблицы 5 системные характеристики радиоинтерфейсов IEEE 802.16m и LTE Rel.10 имеют большое сходство.
С учетом вышесказанного, можно отметить тенденцию уменьшения количества радиоинтерфейсов (IMT-2000 – 6, IMT-Advanced – 2) и сближение характеристик различных радионтерфейсов IMT. Это позволяет сделать предположение, что в будущем возможно создание унифицированного радиоинтерфейса, что позволит регулировать спектр на более нейтральной основе.
В Российской Федерации одним из первых решений, принятых по системам беспроводного доступа, стало Решение ГКРЧ от 01.01.01г. № 1, в соответствии с которым было признано возможным использование полос радиочастот ,5 МГц, МГц, МГц, МГц и МГц для радиоэлектронных средств (РЭС) фиксированного беспроводного доступа. В настоящее время в соответствии с Решениями ГКРЧ разрешено использование РЭС фиксированного и мобильного беспроводного доступа в полосах радиочастот МГц, МГц, МГц, МГц и МГц; РЭС мобильного беспроводного доступа в полосе частот МГц, а также РЭС фиксированного беспроводного доступа в МГц и МГц. В 2009 году проникновение широкополосного интернета на базе сетей WiMax в Российской Федерации составило 26,5%, и по прогнозам аналитиков общее количество абонентов сетей WiMax может достичь порядка 5 миллионов к 2012 году. В ближайшем будущем планируется принять решение о развертывании тестовых сетей на базе LTE, и есть все предпосылки к тому, что данная технология в будущем придет на смену существующим сетям сотовой связи и заменит часть существующих сетей WiMax. Вместе с тем, возможности и условия использования полос частот для LTE требует проведения дополнительного ряда исследований, которые возможно будут сделаны только в следующем году.
Есть мнение, что дальнейшая конкуренция сетей LTE и WiMax станет невыгодной как для производителей оборудования (так как усовершенствование одного стандарта, тут же влечет ответные действия производителя другого), так и для операторов. Это повлечет неизбежную конвергенцию систем фиксированного и подвижного беспроводного доступа, что соответствует основным мировым тенденциям развития радиосвязи. Однако окончательные выводы можно сделать только после, как обе сетевые технологии будут введены в действие.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Полное название | Используемые наименования | Метод дуплексного разноса |
IMT-2000 CDMA Direct Spread | UTRA FDD WCDMA UMTS HSPA, HSPA+ E-UTRA FDD (LTE FDD) | FDD |
IMT-2000 CDMA Multi-Carrier | CDMA2000 1X и 3X CDMA2000 1xEV-DO CDMA2000 1xEV-DV CDMA2000, HRPD и UMD | FDD и TDD |
IMT-2000 CDMA TDD (time-code) | UTRA TDD3.84 Mchip/s UTRA TDD1.8 Mchip/s (TD-SCDMA) UMTS E-UTRA TDD (LTE TDD) | TDD |
IMT-2000 TDMA Single-Carrier | UWC-136 EDGE | FDD |
IMT-2000 FDMA/TDMA (frequency-time) | DECT | TDD |
IMT-2000 OFDMA TDD WMAN | Мобильный WiMax IEEE 802.16e | FDD и TDD |
Таблица 1. Интерфейсы семейства IMT-2000
Режим дуплекса | Частоты, МГц | LTE | WiMax[*] |
TDD | Индонезия (пилотный проект), Япония | - | |
- | Китай | ||
Аргентина | - | ||
- | - | ||
- | - | ||
Аргентина, Мексика, США | - | ||
Китай (планируется), Индия | Австралия, Канада, Индия, Россия | ||
Армения, Австралия (планируется), ряд Европейских стран, Канада, Китай, Россия (планируется), США, Узбекистан, Украина, Швеция, Япония | Ряд африканских стран, Европа, Индия, Россия, Япония | ||
Соответствует спецификации LTE Rel.10 | Австралия, Европа, Китай |
Таблица 2. Внедрение сетей LTE и подвижного WiMax в различных странах
в полосах частот IMT
Показатель | LTE Rel.8 | WiMax IEEE 802.16e | Примечание |
Многостанционный доступ | OFDMA на линии вниз и SC-FDMA на линии вверх | OFDMA на линии вниз и на линии вверх | Использование SC-FDMA в стандарте LTE снижается пик-фактр, упрощается терминал, повышается КПД. Кроме того, использование разных методов доступа ни линии вверх и вниз дает дополнительную гибкость использования РЧС |
Диспетчеризация частотных ресурсов | Селективная | Рандомизированная | Частотная селективная диспетчеризация дает дополнительный энергетический выигрыш |
Заголовки/служебная информация | Сравнительно малые заголовки | Достаточно большие заголовки | Снижение заголовков повышает спектральную эффективность |
Задержка на обработку пакетов | 10 мс | 30 мс | Упрощенная архитектура сети LTE позволяет снизить задержку |
Адаптация системы к каналу | Высокая точность (1-2 дБ) | Грубая настройка (2-3 дБ) | Адаптация с высокой точностью повышает спектральную эффективность |
Управление мощностью | Частичное управление мощностью | Классический алгоритм | Частичное управление мощностью - компромисс между пропускной способностью на краю и в сумме по соте |
Переиспользование частот | Коэффициент 1 | Коэффициент 3 | Меньше коэффициент, выше спектральная эффективность. Вместе с тем, предъявляются высокие требования к синхронизации в одночастотных сетях. |
Схемы MIMO | CL-MIMO, параллельное кодирование | MIMO без обратной связи, последовательное кодирование | Обратная связь, MIMO с перекодирование дает дополнительный энергетический выигрыш |
Оценка радиопокрытия для диапазона 2,3 ГГц | |||
Дуплекс | TDD | TDD | - |
Соотношение TDD линия вниз /линия вверх | 1:1 | 3:2 | - |
Системная полоса частот | 15 МГц | 15 МГц | - |
Число секторов БС | 3 | 3 | - |
Схема MIMO на линии вниз | 2x2 | 2x2 | - |
Схема MIMO на линии вверх | Разнесенный прием | Разнесенный прием | - |
Таблица 3. Различия радиоинтерфейсов WiMax IEEE 802.16e и LTE Rel.8
Параметры | LTE Rel.8 | WiMax IEEE 802.16e | Примечание |
Скорость передачи данных на краю соты | 144 кбит/с | 144 кбит/с | |
Используемая ширина полосы частот | 540 кГц | 1313 кГц | |
Модуляция и кодирование | QPSK 0,66 | QPSK 0,5 | |
Отношения С/Ш в приемнике | 2,3 дБ | 4,0 дБ | Зависит от алгоритмов цифровой обработки сигнала |
Коэффициент шума приемника | 2,5 дБ | 2,5 дБ | |
Чувствительность приемника | -111,9 дБм | -106,3 дБм | Разница из-за различий в полосе принимаемого сигнала и отношении сигнал/шум |
Усиление антенны | 18,0 дБи | 18,0 дБи | |
Потери в фидерном тракте | 0,5 дБ | 0,5 дБ | |
Вероятность покрытия | 95% | 95% | |
Запас на затенение | 8,7 дБ | 8,7 дБ | |
Запас на помехи | 3 дБ | 3 дБ | |
ЭИИМ абонентского терминала (UE) | 23,0 дБм | 23,0 дБм | |
Радиус соты в городе | 0,56 км | 0,39 км |
Таблица 4. Типовой энергетический бюджет для условий городской застройки
Показатель | Требования IMT-Advanced | 3GPP LTE Rel.10 | IEEE 802.16m |
Пиковая спектральная эффективность (бит/с/Гц/спектр) | «линия вниз»: 15 (4х4) «линия вверх»: 6,75 (2х4) | «линия вниз»: 16,3 (4х4) «линия вверх»: 8,4 (2х4) | «линия вниз»: 16,3 (4х4) «линия вверх»: 8,4 (2х4) |
Спектральная эффективность ячейки (бит/с/Гц/спектр) | «линия вниз»: 2,2 (4х2) «линия вверх»: 1,4 (2х4) (базовое покрытие города) | «линия вниз»: 2,4-3,8 (4х2) «линия вверх»: 1,5х-2,1 (2х4) (базовое покрытие города) | «линия вниз»: 2,6 (2х2) «линия вверх»: 1,3 (1х2) (ограниченная мобильность) |
Пользовательская спектральная эффективность на границе ячейки (бит/с/Гц/спектр) | «линия вниз»: 0,06 (4х2) «линия вверх»: 0,03 (2х4) (базовое покрытие города) | «линия вниз»: 0,066-0,10 (4х2) «линия вверх»: 0,062-0,099 (2х4) (базовое покрытие города) | «линия вниз»: 0,09 (2х2) «линия вверх»: 0,05 (1х2) (ограниченная мобильность) |
Латентность (мс) | С-plane: 100 (из спящего в активный) U-plane: 10 | С-plane: 50 (из спящего в активный) U-plane: 4 | С-plane: 100 (из спящего в активный) U-plane: 10 |
Мобильность (бит/с/Гц при км/ч) | 0,55 при 120 км/ч 0,25 при 350 км/ч | 3,15-1,08 до 120 км/ч 1,22-1,45 до 350 км/ч | Оптимальные характеристики до 10 км/ч; Плавное снижение до 120 км/ч; Поддержка связи до 350 км/ч |
Перерыв при хэндовере (мс) | 27,5 внутри несущей 40 (в полосе) между несущими 60 между полосами | 10,5 во всех режимах | 27,5 внутри несущей 40 (в полосе) между несущими 60 между полосами |
Емкость VoIP (активные пользователи/спектр/МГц) | 40 (4х2 и 2х4) (базовое покрытие города) | 68-69 (4х2 и 2х4) (базовое покрытие города) | 60 (2х2 и 1х2) |
Таблица 5. Системные характеристики радиоинтерфейсов LTE Rel.10 (LTE-Advanced) и IEEE 802.16m
[*] Данные полечены при использовании базы данных по частотам сообщества WiMax Forum
