Кафедра MForum: От GSM к 3G. Прокладывая путь к конвергенции голоса и данных

28.06.2004, MForum.ru

Пока успех мобильной связи в Центральной и Восточной Европе основан почти исключительно на передаче речи, операторы региона должны принять решение – смогут ли они развить свой бизнес, предлагая все более совершенные услуги на базе передачи данных, чтобы скомпенсировать падение среднего дохода от одного абонента (ARPU) от передачи голоса.

Если они придут к выводу, что потребность в таких услугах существует, они должны будут решить – какой из доступных технологий воспользоваться. В частности, можно ли будет удовлетворить потребность в новых услугах, основанных на передаче данных, только за счет внедрения GPRS? Несомненно, эта технология способна обеспечить возможность передачи данных с большей скоростью, чем в базовой сети GSM, кроме того, на рынке присутствует богатый выбор терминалов GPRS, однако скорость передачи данных окажется ограниченной. Должны ли операторы выбрать вариант технологической миграции в EDGE? Небольшие инвестиции и в результате более высокие скорости передачи данных, чем при внедрении GPRS – это только некоторые из преимуществ этой технологии, однако пока что не столь широк выбор терминалов. Или все же операторы должны совершить рывок сразу к технологии 3G?

На рынках мобильной связи в Центральной и Восточной Европе (CEE) сейчас царит бум. Хотя уровень проникновения в среднем по-прежнему остается ниже, чем в Западной Европе, эти рынки сегодня продолжают демонстрировать стабильный рост, в сочетании с огромным потенциалом будущего роста. Стандарт GSM доминирует на рынке региона, и новые лицензии GSM продолжают выдаваться, например, в Молдове и Македонии в 2003 году и в Хорватии в 2004 году.

Не считая России, в регионе уже более 64 млн абонентов сотовой связи, самым большим рынком остается Польша с ее 16 млн абонентов, на втором месте – Венгрия с абонентской базой 7 млн. В число рынков с наивысшим проникновением входят Словения (91%), Чехия (87%) и Эстония (65%).

Хотя среднее проникновение в регионе (в настоящее время равное 30.8%) пока что остается ниже, чем в Западной Европе, доходы от GSM-бизнеса достигли плато, и теперь, чтобы увеличить ARPU, операторы стремятся вводить все более передовые услуги, основанные на передаче данных. Это заставляет развивать инфраструктуру сетей GSM, и первым шагом в этом направлении является внедрение GPRS.

Необходимый шаг

Внедрение GPRS необходимо по двум основным причинам: эта технология позволяет операторам предоставлять услуги высокоскоростной передачи данных, а что еще более важно, именно с запуска GPRS начинается движение к системам 3G, основанным на технологии W-CDMA. Запуск GPRS – это первый шаг в миграции от мира канальной коммутации GSM, к миру IP, основанному на коммутации пакетов.

Несомненно, миграция к GPRS требует заметных инвестиций в развитие сети. В частности, требуются два новых элемента, которые должны быть инсталлированы на опорной сети, это GGSN – шлюзовой узел поддержки GPRS (Gateway GPRS Support Node) и SGSN – обслуживающий узел поддержки GPRS (Serving GPRS Support Node). SGSN – это устройство, которое обеспечивает интерфейс с подсистемой базовых станций и управляет пакетным трафиком. GGSN – служит интерфейсом к внешнему IP-миру. Кроме того, необходим апгрейд контроллеров базовых станций, к каждому из которых должен быть добавлен PCU (Packet Control Unit – блок поддержки пакетной передачи данных), обеспечивающий стыковку радиоинтерфейса и трафика с коммутацией пакетов.

Технология GPRS предусматривает возможность использования четырех схем кодирования, CS1-CS4, каждая из которых обеспечивает различную скорость передачи данных (и помехоустойчивость) из расчета на тайм-слот.

Комбинируя число тайм-слотов, операторы могут предлагать абонентам различные скорости передачи данных. Схемы CS1 и CS2 уже нашли повсеместное распространение, чего не скажешь о CS3 и CS4, поддержка которых, хотя и реализована в оборудовании большинства производителей, но, похоже, лишь несколько операторов решились на их внедрение. Частично это объясняется тем, что для внедрения этих схем кодирования требуется некоторая модификация оборудования подсистемы базовых станций, а также тем фактом, что на границах сот, скорость передачи данных не возрастет относительно того, что предлагают схемы CS1 и CS2 даже после внедрения CS3 или CS4.

Большинство телефонов GSM, которые сейчас есть в продаже, обеспечивают поддержку GPRS, так что операторы в Центральной и Восточной Европе либо уже внедрили поддержку GPRS на своих сетях, либо планируют сделать это уже в самом ближайшем будущем. Применительно к стратегии миграции, это иллюстрирует, что технология GPRS является необходимым шагом для внедрения системы пакетной коммутации, что в свою очередь будет основным условием, обеспечивающим возможность дальнейшей эволюции сети. И в самом деле, успешное внедрение EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution – повышение скорости передачи данных для эволюции GSM), и в дальнейшем W-CDMA, зависят от доступности GPRS.

Вторая жизнь EDGE

Впервые технология EDGE получила статус стандарта еще в 1997 году, но до недавнего времени она почти не привлекала интерес операторов, которые фокусировались на переходе в 3G. Первоначально технология EDGE задумывалась в качестве альтернативного решения, которое было призвано обеспечивать возможность высокоскоростной передачи данных для тех операторов, которые не смогут получить лицензию 3G. Но поскольку многие операторы быстро обзавелись необходимыми лицензиями, лишь операторы США, не имеющие возможности использовать полосы частот, выделенные под системы 3G согласно IMT2000, продолжали заявлять о планах внедрения EDGE на своих сетях.

Однако в последние два года можно было заметить оживление по отношению к будущему EDGE. Задержки с внедрением W-CDMA не только сделали EDGE привлекательным временным решением, теперь эта технология рассматривается еще и в качестве полезного дополнения к W-CDMA. По состоянию на март 2004 года уже 76 операторов из 50 стран публично заявили о намерении внедрить EDGE, а ряд других занимаются испытаниями этой технологии. В частности, речь идет о Венгрии, Словении, Румынии и Сербии.

Сейчас 3GPP относит EDGE к технологиям 3G, тогда как первоначально эта технология понималась, как развитие GSM/GPRS. Внедрение новой схемы модуляции – 8 PSK (8-фазовая модуляция с фазовым сдвигом) вместо GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying - гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом) используемого в GSM/GPRS (8-PSK позволяет передавать информацию с плотностью 3 бита на символ, тогда как GMSK обеспечивает лишь 1 бит на символ), что обеспечивает возможность при переходе к EDGE добиться повышения скорости передачи данных от 40 кбит/с (типовое значение для существующих коммерческих внедрений GPRS), до 160 кбит/с или даже больших значений (при соблюдении некоторых условий), в зависимости от типа используемых терминалов и качества радиоканала.

Основное преимущество EDGE заключается в том, что сразу же на этапе его начального внедрения, технология предоставляет выбор из девяти схем канального кодирования. Это выгодно отличает EDGE от GPRS с его всего двумя первоначальными схемами (переход к использованию двух других требует дополнительных усилий).

Различные схемы канального кодирования, которые используются в EDGE, позволяют передавать данные со скоростью от 8 кбит/с до 59 кбит/c на таймслот. Базовая станция EDGE вдобавок обладает новой функциональностью, которую называют адаптацией канала. Этим термином обозначают способность станции постоянно осуществлять мониторинг качества радиоканала при передаче данных и, если появится помеха, например, если участвующий в передаче данных терминал попадает в здание, система автоматически снизит скорость передачи данных, что будет сопровождаться использованием более помехоустойчивого кодирования с исправлением ошибок. Из-за этой особенности некоторые операторы даже называют EDGE - «турбо-GSM» или «GSM с исправлением ошибок».

Есть и другие важные преимущества. Каждый тайм-слот EDGE может обеспечить поддержку втрое большего числа пользователей, нежели таймслот GSM/GPRS при равной скорости передачи данных на пользователя, что обеспечивает заметный прирост емкости сети: сразу же - в части передачи данных и в дальнейшем, в части передачи голоса, при внедрении передачи голоса с использованием кодирования AMR HR 8PSK.
Переход к EDGE, кроме того, оказывает минимальное воздействие на существующие сети GSM/GPRS. Все, что требуется, это добавление/замена некоторых плат в трансиверах (TRX) базовых станций, а также некоторая модификация софта, которая и вовсе может осуществляться дистанционно. Речь, таким образом, идет лишь об очень небольших дополнительных инвестициях в каждую BTS относительно всей суммы капиталовложений при их развертывании. Заметная доля всех базовых станций GSM, которые устанавливались на сетях сотовой связи после 2000 года, уже EDGE-совместимы, что позволяет производить переход к EDGE практически без отключения базовой станции. Дополнительным преимуществом можно считать и то, что не потребуется модифицировать существующий частотный план сети.

Стратегии миграции

За счет перехода к EDGE, оператор получает возможность обеспечивать для своих абонентов услуги, основанные на передаче данных с высокой скоростью, при этом он остается в рамках уже имеющейся инфраструктуры и частотных присвоений и при заметно меньших затратах, нежели, чем при строительстве сети W-CDMA.

Похоже, можно говорить лишь о нескольких незначительных «темных пятнах», сопутствующих внедрению EDGE, так что решение стоит ли оператору идти по этому пути, а также решение о том, как именно позиционировать EDGE, зависит исключительно от стратегии, избранной оператором для миграции к 3G.

Наиболее важным фактором успеха является понимание оператором тенденций развития рынка, на котором он работает. Если оператор считает, что на рынке уже есть или будет потребность в услугах высокоскоростной передачи данных, которая обернется заметным дополнительным ARPU, то напрашивается простое решение – сеть необходимо проапгрейдить, чтобы удовлетворить растущие требования рынка.

Следущий фактор, который должен учитываться - это долгосрочная стратегия оператора в отношении внедрения W-CDMA. Если оператор располагает лицензией 3G и соответствующими частотами, а также активно занимается подготовкой к развертыванию сети W-CDMA, то переход к EDGE на этом этапе вряд ли будет полезным.

Если же, оператор, напротив, еще не обзавелся лицензией 3G, а это, в общем-то, характерно для многих стран Центральной и Восточной Европы, то EDGE представляет пример элегантного эволюционного решения. После перехода на EDGE оператор сможет начать формирование рынка «продвинутых» мультимедийных услуг, основанных на передаче данных, так что в дальнейшем, после запуска сети 3G, на рынке уже будет существовать спрос на новые услуги.

Этим не ограничиваются плюсы, которые обеспечивает наличие EDGE до того, как будет внедрен W-CDMA. На ранних фазах строительства сети W-CDMA, только отдельные зоны в городских центрах будут обеспечены покрытием, и потребуется некоторое время, чтобы обеспечить покрытие W-CDMA в масштабах всей лицензионной территории. Между тем, оператор, обеспечивающий покрытие EDGE в масштабах всей сети, сможет предоставлять своим клиентам возможность оставаться в зоне, где можно передавать данные с высокой скоростью даже в случаях, когда клиент будет выходить за пределы покрытия W-CDMA.

Это позволяет решить проблему существенного падения в таких ситуациях качества обслуживания (QoS), с которым неминуемо столкнутся абоненты сетей GSM/GPRS. Внедрение EDGE на всей лицензионной территории, кроме того, позволит операторам предоставлять услуги высокоскоростной передачи данных абонентам на удаленных и малонаселенных территориях, где пока что, по соображениям экономической эффективности, не может быть обеспечено покрытие W-CDMA.

И вперед к 3G

Хотя зачастую 3G воспринимают, как что-то единое и неделимое, в действительности, это набор технологий, объединенных в единое целое «под зонтиком» инициативы IMT-2000 Международного союза электросвязи (ITU). Члены семейства 3G – это CDMA2000, DECT, а теперь еще и EDGE, однако технологии, которые приковывают к себе основной интерес операторов сетей GSM – это те, что выступают под знаменем 3GPP: W-CDMA или FDD – дуплекс с частотным разделением (Frequency Division Duplex) и TDD – дуплекс с временным разделением (Time Division Duplex) со «специальной добавкой» TD-SCDMA.

Впрочем, радиоинтерфейсы, встроенные в одну и ту же структуру сети радиодоступа, используют одни и те же протоколы и интерфейсы. Для W-CDMA требуются парные участки спектра, тогда как TDD может использовать и непарные участки частотного диапазона, так что этот стандарт особенно удобен для передачи трафика, ориентированного на передачу данных, отличающуюся повышенной асимметрией.

В большинстве стран парные и непарные участки спектра выдаются оператору в «одной корзине». Основная часть спектра при этом выделяется под использование W-CDMA, с его внедрения начинается развертывание и ввод сетей 3G в коммерческую эксплуатацию. TDD, похоже, уготована роль решения, которое в дальнейшем позволит нарастить емкость сети, прежде всего, за счет расширения ее возможностей передачи асимметричных потоков данных.

Независимо от типа используемой технологии, все системы 3G работают в базовом частотном диапазоне 2 ГГц, выделенном под новые сети Всемирной конференцией радиосвязи (World Radiocommunications Conference). Недоступность базового диапазона в США, повлияла на формирование сегодняшней ситуации, когда операторам необходимо внедрять EDGE в качестве основного средства предоставления услуг высокоскоростной передачи данных.

3GPP в настоящее время определила возможность работы технологий 3GPP и на других частотах, в частности, в диапазоне 1900 МГц, если там свободны необходимые частотные полосы, и если это допускает местный регулятор.

По состоянию на сегодня, по всему миру выдано уже более 200 лицензий 3G, некоторые на основании «конкурсов красоты», тогда как другие, как широко отмечалось в прессе, на аукционах с высоким уровнем цен. Ситуация с лицензированием 3G в Центральной и Восточной Европе выглядит сложной. В шести странах: Чехии, Эстонии, Латвии, Польше, Словакии и Словении – лицензии 3G уже выданы. В Албании, Болгарии, Хорватии, Венгрии и Румынии заявлялось о намерении выдать лицензии 3G, однако, выдача не раз откладывалась по различным причинам, связанным с экономикой или регулированием. Словения планирует в 2004 году приступить к аукциону, на котором будут выставлены на продажу еще две лицензии UMTS. В Эстонии запланирован новый тендер на выделение четвертой лицензии UMTS уже в конце апреля 2004 года.

По состоянию на конец марта, восемь операторов в Центральной и Восточной Европе заявили о вводе в опытную эксплуатацию сетей UMTS (W-CDMA), включая Westel и Pannon в Венгрии, PTC в Польше и Orange в Румынии. Только один из операторов в этом регионе, а именно словенский Mobitel уже запустил ряд услуг 3G на территории, где проживает примерно 15% населения страны – в столице и в прилегающих областях.

Учитывая эти факторы, а также серьезные инвестиции, требующиеся для развития сетей W-CDMA, можно, вероятно, заключить, что операторы Центральной и Восточной Европы будут очень осторожно внедрять системы 3G. Между тем, начав с запуска EDGE, операторы получат возможность для формирования рынка услуг, основанных на передаче данных, что создаст основу для плавной миграции к системам 3G, когда придет время.

Об авторе