Развитие сети 4G LTE

Выполнил студент группы ТЭТР-110

Жолтаев Арслан

Астана - 2015

Введение

1. Основные сведения о сети 4 поколения LTE

1.1 Особенности технологии

1.2 Основные функциональные элементы

2. Развитие

2.1 LTE по странам СНГ

2.2 Аппаратное обеспечение

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Во время прохождения преддипломной практики на предприятии использовалась сеть четвертого поколения сеть 4G LTE.

Вне всяких сомнений, сегодняшний телекоммуникационный мир стоит на пороге тотальной мобильности. Уверенность в этом подтверждают неустанные разработки и колоссальные инвестиции производителей в области систем беспроводной связи. Мобильные технологии с каждым годом все агрессивнее вторгаются в фиксированную "епархию", а качество мобильных реализаций услуг телефонии передачи данных становится вполне сопоставимым с тем, к которому потребитель привык в традиционных сетях.

Технология LTE - яркий тому пример. Основная задача, поставленная перед ней - обеспечение высоких скоростей передачи данных и расширение спектра услуг в сетях мобильной связи с одновременным снижением затрат оператора на предоставление данных услуг. Помимо обмена большими видео- и звуковыми файлами, производители обещают обеспечить такие услуги, как потоковое видео, разговоры о котором ведутся давно, но пока реализация данного сервиса в больных сетях с помощью альтернативных технологий сложно назвать полноценной.

Ценным преимуществом технологий 4G в целом, и LTE - в частности, является так называемый "открытый" интернет-доступ. Это означает, что абонент сети мобильной связи может выходить в интернет с помощью наиболее удобного для него в данный момент устройства - мобильного телефона, КПК, смартфона, ноутбука, имеющих наиболее подходящие для текущего обмена информацией характеристики (размер экрана, объем памяти и т.д.)

Может возникнуть резонный вопрос - будут ли востребованы массовым рынком гиперскорости и суперуслуги, и не лягут ли в итоге инвестиции оператора в модернизацию сети грузом на плечи рядовых пользователей, которых вполне устраивает доступ к мобильной "аське" через GPRS или EDGE? Безусловно, круг пользователей, для которых высокоскоростной обмен большими объемами информации в мобильном формате весьма ограничен. Разработчики технологии LTE это предусмотрели и предоставили сотовым операторам возможность эффективного планирования сети и адаптивной модернизации. Производители предлагают LTE-совместимые базовые станции, которые интегрируются в существующую 2G или 3G сеть и поддерживают одновременно несколько стандартов. Таким образом, для предоставления указанных сервисов оператору нет необходимости модернизировать всю свою сеть - переход на 4G может осуществляться зонально, там, где концентрация потенциальных пользователей высокоскоростной передачей данных наиболее высока. Как правило, это деловые районы, промышленные объекты, зоны разработки полезных ископаемых, в которых телекоммуникационная инфраструктура традиционно развита крайне слабо. В результате требуемые доработки сети оказываются не слишком болезненными для оператора как с точки зрения затрат, так и объема работ.

Расчеты, опубликованные рядом мировых операторов, впечатляют - по словам Сола Трухильо, генерального директора австралийской компании Telstra, оператор ждет при переходе на LTE снижения затрат на передачу данных более, чем на 20 % по сравнению с 2G технологиями. В основе данных расчетов лежит не только более высокая спектральная эффективность технологии LTE по сравнению с системами 2 и 3-го поколений, но и то, что операционные расходы на обслуживание сети значительно снижаются. Важно также учитывать, что при внедрении LTE существует возможность использования IP-телефонии, что прямым образом влечет к снижению стоимости телефонных переговоров. В результате, несмотря на необходимость первоначальных инвестиций, переход на LTE в конечном счете может снизить затраты оператора на предоставление услуг, что приведет к снижению тарифов для конечных пользователей.

Между тем, любые "бумажные" выкладки относительно революционных возможностей новых технологий становятся действительно значимыми для рынка, когда они получают практическую реализацию. Ожидания разработчиков, производителей и ведущих операторов относительно массового внедрения LTE вселяют надежду в то, что переход на сети 4G все ближе приближается к реальности. Очевидно, что развитие стандарта во многом зависит от решения производителей сетевого оборудования и терминальных устройств. Согласно планам UMTS-форума, до конца 2009 года должен появиться первый коммерческий аппарат LTE, первый чипсет и первая ""дата-карта"" для использования в ноутбуках. Nokia обещает начать изготовление абонентских устройств LTE в 2010 году, LG уже выпустила чип LTE (3GPP) 13x13 мм, скорость 60 Мбит/с. Первые абонентские устройства на базе данного чипа компания планирует выпускать с 2010 года.

Уже 27 операторов сотовой связи со всего мира заявили о намерениях развивать сети LTE, 12 из них рассчитывают осуществить коммерческий запуск уже в 2010 г. Так, шведская TeliaSonera совместно с Ericsson активно строит сеть LTE в Стокгольме, Vodafone в Германии в партнерстве с Huawei Technologies испытывают LTE в диапазоне 790-862 МГц, а Verizon даже осуществила первый звонок LTE в опытной зоне в Сиэтле, США.

Что касается развития LTE в Казахстане, то рыночные перспективы данной технологии весьма реальны. Так, возможность использования низких частот, которыми уже располагают операторы, дает надежду на то, что административные согласования и получения разрешений не окажутся такими же драматичными, как в случае с 3G. Еще одним плюсом данного частотного диапазона является то, что на низких частотах обеспечивает более широкое покрытие и более устойчивую связь внутри зданий, что крайне актуально в условиях географии Казахстана. Надо отметить, что крупнейшие отечественные операторы уже начали присматриваться LTE. Так, лидирующий оператор сотовой связи Kcell 19 августа провел тестовые испытания LTE в своем головном офисе в Алматы. По словам представителей компании, в ходе испытаний им удалось получить скорость передачи данных около 170 Мбит в секунду. Однако о каких-либо конкретных сроках запуска LTE в Казахстан, по мнению оператора, пока говорить преждевременно - даже в ближайшие 3-5 лет технология еще не будет готова к широкому внедрению в республике.

У ряда российских операторов также пока весьма скептические настроения относительно перспектив LTE в РФ. Скорее всего, это связано с тем, что операторы уже инвестировали средства в развитие 3G-сетей и не имеют возможности дополнительных вложений еще и в технологии "четвертого поколения". Между тем, по оценкам мировых экспертов, затраты на развертывание сетей HSPA (3G) и LTE (4G) вполне сопоставимы, в связи с чем развертывание данных сетей в Казахстане вполне актуально.

Однако, для того, чтобы развитие технологии не происходило ради развития технологии, а имело коммерческую целесообразность, операторам необходимо четко понимать, что новые возможности будут востребованы рынком исключительно при условии близости мобильной реализации услуг передачи данных к привычной фиксированной как по уровню качества, так и по стоимости. Услуги, оказываемые по новой технологии, едва ли окажутся востребованными потребителями, если операторы не модернизируют свои магистральные сети, так как каждой базовой станции LTE необходима полоса как минимум в 200 Mбит/с. Наконец, ключевым вопросом остается стоимость трафика. Соизмеримость тарифов в проводных и беспроводных сетях является основным залогом успешного развития услуг на базе передачи данных как таковых. Так, в 2008 году пользователи беспроводного ШПД в Европе потребляли порядка 5 Гб в месяц, и основной причиной тому является массовое распространение безлимитных тарифных планов. Средний трафик казахстанских пользователей пока далек даже до 1 Гб. Между тем, вопрос тарифов по большей части зависит не от технологии, а от договоренностей операторов по вопросам эффективного обмена трафиком, а значит, перспективы договориться есть всегда.

1. Основные сведения о сети 4 поколения LTE

LTE (Long Term Evolution) - это технология построения беспроводных сетей на базе IP-протокола, характеризующаяся высокими скоростями передачи данных.

Long Term Evolution - проект разработки консорциумом 3GPP стандарта усовершенствования технологий мобильной передачи данных CDMA, UMTS. Эти усовершенствования могут, например, повысить скорость, эффективность передачи данных, снизить издержки, расширить и улучшить уже оказываемые услуги, а также интегрироваться с уже существующими протоколами. Скорость передачи данных по стандарту 3GPP LTE в теории достигает 326,4 Мбит/с (демонстрационно 1 Гбит/с на оборудовании для коммерческого использования [1]) на приём (download) и 172,8 Мбит/с на отдачу (upload); в стандарте же установлены 173 Мбит/с на приём и 58 Мбит/с на отдачу.

Стандарт 3GPP LTE, под которым чаще всего имеется в виду его версия 9 и более ранние, формально не является стандартом беспроводной связи четвёртого поколения (4G), так как он не удовлетворял всем условиям Международного союза электросвязи относительно 4G. Однако стандарт LTE Advanced, под которым понимается релиз 10 и более поздние релизы LTE, утвержден МСЭ как стандарт, отвечающий всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, и включен в IMT-Advanced. Стандарт 3GPP LTE стали относить к pre-4G, то есть предварительной версии стандартов 4-го поколения.

Вместе со стандартом WiMAX Release 2 (или просто WiMAX 2, что чаще используется как название стандарта IEEE 802.16m) LTE Advanced являются на данный момент всеми стандартами, утвержденными в IMT-Advanced.

4G - поколение мобильной связи с повышенными требованиями. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с подвижным и 1 Гбит/с - стационарным абонентам.

Технологиям LTE Advanced (LTE-A) и Mobile WiMAX Release 2 (также известным, как WirelessMAN-Advanced или IEEE 802.16m) присвоено официальное обозначение IMT-Advanced, что позволяет их квалифицировать в качестве технологий 4G.

1.1 Особенности технологии

Радиус действия базовой станции LTE может быть различным в зависимости от мощности и используемых частот. В оптимальном случае это порядка 5 км, но при необходимости дальность действия может составлять 30 км или даже 100 км (при достаточном возвышении антенны).

Звонок или сеанс передачи данных, инициированный в зоне покрытия LTE, технически может быть передан без разрыва в сеть 3G (W-CDMA, CDMA2000) или в GSM/GPRS/EDGE. Таким образом, развитие сетей LTE возможно на уже развитых сетях как операторов GSM так и операторов CDMA. Для передачи голоса в сетях LTE разработан стандарт VoLTE.

1.2 Основные функциональные элементы

Serving SAE Gateway, или Serving Gateway (SGW) - обслуживающий шлюз сети LTE. Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных, поступающих из (в) подсистему базовых станций. По сути, заменяет MSC, MGW и SGSN сети UMTS. SGW имеет прямое соединение с сетями второго и третьего поколений того же оператора, что упрощает передачу соединения в/из них по причинам ухудшения зоны покрытия, перегрузок и т. п.

Public Data Network (PDN) SAE Gateway, или PDN Gateway (PGW) - шлюз к/от сетей других операторов. Если информация (голос, данные) передаются из/в сети данного оператора, то они маршрутизируются именно через PGW.

Mobility Management Entity (MME) - узел управления мобильностью. Предназначен для осуществления "эстафетной передачи" (хэндовера) между базовыми станциями сети LTE, а также сетей второго и третьего поколений данного оператора.

Home Subscriber Server (HSS) - сервер абонентских данных. HSS представляет собой объединение VLR, HLR, AUC, выполненных в одном устройстве.

Policy and Charging Rules Function (англ.) (PCRF) - узел выставления счетов абонентам за оказанные услуги связи.

2. Развитие

В 2000 году, когда только шло освоение технологии связи третьего поколения 3G, один из ведущих производителей персональных компьютеров Hewlett-Packard и японский гигант сотовой связи NTT DoCoMo объявили о начале совместных исследований по разработке технологий передачи мультимедиа-данных в беспроводных сетях четвёртого поколения [11]. Помимо них, разработки вели Ericsson и AT&T совместно с Nortel Networks. Впоследствии появилось два действительно пригодных к реализации стандарта: LTE и WiMAX, которые, по мнению IMT-Advanced, и стали новой эрой в развитии сети.

Стандарт LTE разрабатывался в рамках 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) как продолжение CDMA и UMTS и первоначально не относился к четвёртому поколению мобильной связи. Международным союзом электросвязи как стандарт связи, отвечающим всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, был избран десятый релиз LTE - LTE Advanced, который впервые был представлен японской компанией NTT DoCoMo. Так как данный стандарт можно реализовать на существующих сотовых сетях, то он стал более популярен у операторов сотовой связи. В апреле 2008 года компания Nokia заручилась поддержкой ряда компаний (Sony Ericsson, NEC) для развития стандарта LTE и придания этому стандарту конкурентоспособности против WiMAX. В том же году аналитическая компания Analysys Mason спрогнозировала увеличение роста потребности сотовых технологий, таких как LTE, нежели WiMAX. Первая коммерческая сеть LTE была запущена 14 декабря 2009 года шведской телекоммуникационной компанией TeliaSonera совместно с Ericsson в Стокгольме и Осло.

Стандарт WiMAX (или IEEE 802.16) разрабатывается созданной в июне 2001 года организацией WiMAX Forum и является продолжением беспроводного стандарта Wi-Fi, альтернативой выделенным линиям связи и DSL. У стандарта WiMAX много версий, но преимущественно они подразделяются на фиксированный WiMAX (спецификация IEEE 802.16d, также известная как IEEE 802.16-2004, которая была утверждена в 2004 году) и мобильный WiMAX (спецификация IEEE 802.16e, более известная как IEEE 802.16-2005, которая была утверждена в 2005 году). По названиям стандартов ясно, что фиксированный WiMAX предоставляет услуги только "статичным" абонентам после установления и закрепления соответствующего оборудования, а мобильный WiMAX предоставляет возможность подключения пользователям, передвигающимся в зоне покрытия со скоростью до 115 км/час. Сумятицу в умах конечных пользователей может создавать тот факт, что эти две версии несовместимы, и нельзя точно предсказать, как они будут конкурировать и какая из них в итоге доминирует. Преимуществом стандарта WiMAX было то, что он гораздо раньше стандарта LTE стал пригоден к коммерческой эксплуатации. Первую сеть, основанную на технологии WiMAX, построила в Канаде компания Nortel 7 декабря 2005 года. Через два дня, тем самым став первой в странах СНГ, услуги беспроводного широкополосного доступа в сеть интернет стала предоставлять украинская компания "Украинские новейшие технологии" на основе микросхем Intel® PRO/Wireless 5116. В настоящее время компаниями, составляющими WiMAX Forum, являются такие известные производители, как Intel Corporation, Samsung, Huawei Technologies, Hitachi, и многие другие.

К маю 2012 года все крупные города Финляндии имеют покрытие сетью 4G несколькими операторами стандартом LTE. В планах - обеспечить 95 % покрытие территории страны за 3 года и 99 % за 5 лет.

С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от третьего заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов [источник не указан 961 день. Для передачи голоса в 4G предусмотрены технологии VoLTE (англ. Voice over LTE)

Международный союз электросвязи и 4G Alliance определяют технологию 4G как следующий этап развития беспроводной телекоммуникации, которая позволит достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях стационарного применения и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными с мобильными устройствами доступа. Технология 4G, в частности, позволит абонентам смотреть многоканальные телетрансляции высокой четкости и управлять домашней бытовой техникой с помощью мобильного устройства, совершать дешёвые междугородные телефонные звонки.

2.1 LTE по странам СНГ

Оператор сотовой связи МТС запустил в коммерческую эксплуатацию сеть четвёртого поколения (4G) на базе технологии LTE в Узбекистане. Сеть развёрнута в центральной части Ташкента в частотном диапазоне 2,5-2,7 ГГц, лицензию, на использование которого узбекская дочерняя компания МТС получила в октябре 2009 года. Поставщиком оборудования для строительства сети является китайская Huawei Technologies.

В 2010 году расширение 4G сети TeliaSonera продолжается в 25 городах и зон отдыха в Швеции и 4 городов в Норвегии. До конца 2010 года TeliaSonera также внедрили коммерческие сети 4G для клиентов в Финляндии, Дании и Эстонии, а в апреле 2011 и в Литве.

С февраля 2011 года армянский мобильный оператор VivaCell-MTS полностью перешёл к коммерческой эксплуатации сети в Ереване, и ныне развивается в регионах Армении.

С 9 декабря 2011 года в Бишкеке (Кыргызстан) начались подключения к скоростному беспроводному Интернету четвёртого поколения по технологии LTE [источник не указан 630 дней. Сеть LTE 4G на базе собственных технических ресурсов была развёрнута независимым альтернативным оператором связи Кыргызстана - ЗАО "Saima-Telecom". Сеть покрыла всю столицу - Бишкек, а затем планируется покрыть сетью крупные города Чуйской области. Жители этих городов будут иметь полноценный широкополосный доступ в сеть интернет, которые будут на уровне текущих цен. телекоммуникационная lte беспроводная аппаратное

17 июня 2011 года в Тирасполе между компаниями СЗАО "Интерднестрком" и Alcatel-Lucent Украина был подписан контракт о строительстве в Приднестровье мобильной сотовой сети 4-ого поколения на базе технологии LTE.

20 апреля 2012 года компанией Интерднестрком в Приднестровье запущена в эксплуатацию первая коммерческая сеть на базе технологии LTE.

В конце второго квартала 2012 года азербайджанский оператор сотовой связи Azercell запустил сеть 4-ого поколения в центре Баку.

Производитель телекоммуникационного оборудования Huawei и Министерство связи Бразилии подписали соглашение, в рамках которого Huawei разработает решение LTE в диапазоне 450 МГц, которое будет использоваться для обеспечения мобильным ШПД жителей удаленных и сельских территорий.

3 ноября 2012 года SkyLine-WiMAX начинала тестирование на юге России новой платформы широкополосного беспроводного доступа Canopy PMP 450 4G по технологии LTE pro.

26 декабря 2012 года 4G сеть на базе LTE запущена в Казахстане под торговой маркой Altel4g.

18 сентября 2013 года национальный оператор "Алтын Асыр" запустил 4G сеть на базе LTE в Туркменистане.

2.2 Аппаратное обеспечение

Производителями оборудования на сегодняшний день являются такие ведущие компании, как Nokia Siemens Networks, Huawei, Alcatel-Lucent, и другие [60]. В России выпуск сетевого оборудования начала компания Nokia Siemens Networks на базе совместного с НПФ "Микран" и корпорации "Роснано" предприятия под Томском. Выпускаемые ими мультистандартные базовые станции, могут работать как в различных стандартах (2G/GSM/GPRS/EDGE, 3G/WCDMA/UMTS/HSPA и 4G/LTE/FDD/TDD/LTE-Advanced), так и большом количестве частотных диапазонов 800/900/1900/2100/2500/2700 МГц [61].

Первые чипсеты для модемов (MDM9225, MDM9625) [62], которые будут поддерживать сети LTE Advanced, компания Qualcomm планирует выпустить в конце 2012 года. Это первые чипсеты, которые поддерживают технологию агрегации несущих частот, позволяющую комбинировать несколько радиоканалов в нескольких полосах частот. Благодаря этой технологии операторы могут обойти ограничение стандарта LTE в части требования наличия 20 МГц непрерывного спектра и в имеющихся у них LTE-сетях повысить скорость работы пользователей до 150 Мбит/с. Стоит также отметить, что чипсеты MDM9225 и MDM9625 обратно совместимы с более старыми стандартами мобильных сетей - EV-DO Advanced, TD-SCDMA и GSM, в результате чего модемы, в которых они будут устанавливаться, смогут работать в 7 разных режимах: CDMA2000 (1X, DO), GSM/EDGE, UMTS (WCDMA, TD-SCDMA) и LTE (причем, и в LTE-FDD и в LTE-TDD).

Новые системы на чипе Snapdragon 800, предназначенные для мобильных устройств, представила компания Qualcomm на выставке CES 2013. Это первый чип (MSM8974) со встроенным модемом 4G LTE Advanced, поддерживающим агрегацию каналов и скорость передачи данных Cat 4 до 150 Мбит/с. [64]В 2014 году Intel планирует представить модем Intel XMM 7260 с поддержкой LTE Advanced.

Заключение

За время прохождения преддипломной практики была изучена специальная литература, касающаяся принципов работы системы связи четвертого поколения и систем передачи информации с помощью данной сети в целом, история развития данной технологии, находящегося на этапе разработки института, при этом - более детальное рассмотрение более ранних систем, третьего поколения передачи информации. Кроме этого я ознакомился с технологией и организацией производства, правилами техники безопасности и охраны труда.

С позиции радиоаппаратуры LTE обеспечивает примерно такой же размер ячейки, как и GSM, то есть оптимум лежит в районе 5 км. В то же время, если для GSM-связи потолком является расстояние в 30 км до базовой станции, то LTE-соты могут обеспечивать связь на расстоянии до 100 км, что особенно важно в малонаселенной или труднодоступной местности.

Вторым важным отличием, не затрагивающим передачу данных, является качество голосовой связи. Традиционно сети второго и третьего поколений передают голос в очень узкой полосе - до 3.5 кГц. В результате даже самые качественные динамики современных телефонов передают собеседника с искажениями. Технология же LTE передаёт голос в полном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, в результате чего получается максимально натуралистичное звучание.

LTE делится на две крупные группы стандартов: собственно LTE в виде релизов 1...9 и LTE Advanced, включающее релизы версии 10 и более поздние. Последний формально удовлетворяет требованиям для четвертого поколения сетей сотовой связи, однако на текущий момент ни одна полномасштабная сеть в мире не работает с этим стандартом.

Полученные при изучении разных дисциплин теоретические и практические знания были применены для выполнения задания руководителя и закреплены в ходе прохождения практики.

Список использованной литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/4G.

2. http://www.kcell.kz/ru/article/show/712/567.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/3GPP_Long_Term_Evolution.

4. http://horde.me/CoolerMF/tak-chto-zhe-takoe-lte-ili-4g.html.

Размещено на Allbest.ru