Артюхин А.В.

г. Алматы НАО «Алматинский университет энергетики и связи»

Сравнительный анализ технологии LTE с WiMax и HSPA

Системы с технологией HSPA коммерчески доступны с 2007 года. Технология предусматривает частотное дуплексирование (FDD) с шириной каждого дуплексного канала 5 МГц. В нисходящем канале используется модуляция QPSK либо 16-QAM, двойное пространственное разнесение на приеме (1х2 SIMO), пиковая скорость 14 Мбит/с. В восходящем канале модуляция BPSK либо QPSK, антенная конфигурация 1x2 SIMO, пиковая скорость 5,8 Мбит/с.

В то же время на рынке были системы WiMAX (релиз 1.0) с временным дуплексированием (TDD). При аналогичной ширине полосы 10 МГц они обеспечивали скорость в нисходящем канале в 2-3 раза более высокую, чем у HSPA (поскольку в WiMAX при TDD общая пропускная способность динамически распределяется между нисходящим и восходящим каналами, точное значение привести невозможно) [1].

Следующим шагом в эволюции систем HSPA являются технологии HSPA+. Системы HSPA+ стали доступны в конце 2008 года. В нисходящем канале их отличает модуляция 64-QAM c SIMO (1x2) или 16-QAM c MIMO (2x2). В восходящем канале добавлена модуляция 16-QAM и улучшены возможности для VoIP. Поправки в соответствии с релизом 8 (внедрение осуществлено в 2009 году) позволяют использовать в нисходящем канале режим MIMO (2х2) с модуляцией 64-QAM, рассматривается возможность использования MIMO больших порядков в нисходящем канале и MIMO (2x2) – в восходящем канале [2].

Сравнивая мобильный WiMax и HSPA+ (таблица 1) можно сделать следующие выводы:

- Мобильный WiMax (релиз 1.5) имеет сравнимые с HSPA+ (релиз 8) пиковые скорости в нисходящем канале при одинаковых модуляции, скорости кодирования и ширине канал. При этом у мобильного WiMax в восходящем канале пиковая скорость выше в 2-3 раза.

- Системы HSPA+ ограничены шириной канала 2 х 5 МГц в традиционных спектральных условиях сетей 3G. Мобильный WiMax поддерживает ширину каналу до 20 МГц, как частотное, так и временное дуплексирование. Его частотные профили планируются в диапазонах 700,1700, 2300, 2500 и 3500 МГц. Мобильный WiMax обеспечивает гладкую IP-сеть (из конца в конец) [2].

Следующим шагом в эволюции систем 3GPP, причем стратегическим шагом, являются системы Long-Term Evolution (LTE). Их отличает технология OFDMA в нисходящем канале и SC-FDMA – в восходящем. Модуляция – до 64-QAM, ширина канала – до 20 МГц, дуплексирование TDD и FDD. Применены адаптивные антенные системы, гибкая сеть доступна. Сетевая архитектура – полностью IP-сеть. В системе LTE используются технологии и методы, уже применяемые в мобильном WiMax, поэтому следует ожидать схожей эффективности систем LTE (таблицы 2 и 3).

Следует отметить, что системы LTE – это революционное улучшение 3G. LTE представляет переход от систем CDMA к системам OFDMА, а также переход к полностью IP-системе с коммутацией пакетов. Поэтому внедрение этой технологии на существующих сетях сотовой связи означает, как минимум, необходимость новых радиочастотных ресурсов для получения преимущества от широкого канала. Кроме того, для обеспечения обратной совместимости необходимы двухрежимные абонентские устройства. Поэтому плавный переход от систем 3G к LTE весьма проблематичен.

Дальнейшее развитие мобильного WiMax будут описывать спецификации релиза 2.0. Он будет основан на стандарте IEEE 802.16m, который отражает требования IMT-Advanced. В соответствие с ними, по сравнения с параметрами WiMax релиз 1.0 вдвое увеличатся спектральная эффективность в нисходящем (до 2.6 бит/с/Гц) и восходящем (1.3 бит/с/Гц) каналах. Этот параметр возрастет вдвое и на границе соты базы – до 0,09 и 0,05 бит/с/Гц для нисходящего и входящего каналов, соответственно.

Станут возможными более 60 одновременных голосовых сессий на мегагерц для речевого кодека AMR (12,2 кбит/с). Появится режим расширения каналов за счет интеграции отдельных частотных полос – как смежных, так и нет (всего до 100 МГц). Допустимая скорость перемещения мобильных терминалов возрастет до 500 км/ч. Сократится время установления соединения, общая задержка радиосети и время переключения при хендовере. При этом гарантируется полная обратная совместимость с системами WiMax релиза 1.0 и 1.5 технологий WiMax и LTE.

Таблица 1. Сравнение систем HSPA (релизы 7 и 8) и WiMax (релиз 1.5)

Параметры	HSPA				WiMax
Версия	Релиз 7		Релиз 8		Релиз 1.5
Диапазон, ГГц	2,0				2,5
Дуплексирование	FDD				FDD	TDD
Ширина канала, МГц	2 x 5				2 x 5	10
Антенны БС (базовые станции)	1 x 2		2 x 2		2 x 2
Антенны АС (абонентские станции)	1 x 2				1 x 2
Модуляция и скорость кодирования
В нисходящем канале	64-QAM, 5/6	16-QAM, 3/4		64-QAM, 5/6	64-QAM, 5/6
В восходящем канале	16-QAM, 3/4				64-QAM, 5/6
Пиковая скорость, Мбит/с
В нисходящем канале	17,5	21		35	36	48
В восходящем канале	8,3	8,3		8,3	17	24

Таблица 2. Сравнение параметров реальных систем LTE и мобильного WiMax (релиз 1.5) в одинаковых частотных условиях при FDD с полосами 2 x 20 МГц

Параметры	LTE					WiMax (релиз1.5)
	Motorola			T-Mobile	Qualcom
Нисходящий канал
Антенна БС (базовая станция)	2x2	4x4		2x4	4x2	2x2	4x4
Модуляция и скорость кодирования	64-QAM, 5/6			64-QAM, 5/6	64-QAM, нет данных	64-QAM, 5/6
Скорость, Мбит/с	117		226	144	277	144,6	289
Восходящий канал	Нет данных
Антенна АС (абонентская станция)				1x2	1x2	1x2
Модуляция и скорость кодирования				64-QAM	16-QAM	64-QAM, 5/6
Скорость, Мбит/с				50,4	75	69,1

Таблица 3. Сравнение ключевых параметров LTE и WiMax

Параметры	LTE	WiMax Релиз 1.5
Дуплексирование	FDD и TDD	FDD и TDD
Частотный диапазон для анализа	2000 МГц	2500 МГц
Ширина канала	до 20 МГц	до 20 МГц
От базы	OFDMA	OFDMA
К базе	SC-FDMA	OFDMA
Спектральная эффективность, бит/Гц/с
Нисходящий канал, MIMO (2x2)	1,57	1,59
Восходящий канал, SIMO (1x2)	0,64	0,99
Макс. скорость мобильной станции, км/ч	350	120
Длительность кадра, мс	1	5

Преимущество в спектральной эффективности означает выигрыш в стоимости развертывания сети (в том числе в удельной стоимости по отношению к пропускной способности сети). Кроме того, возрастает канальная емкость, что позволяет операторам вводить дополнительные сервисы.

Мобильный WiMax представляет гладкую IP-сеть, сеть LTE более сложна. Если сеть WiMax основывается полностью на IP-протоколах IETF, то сеть LTE более сложна, включает больше протоколов, в том числе – пропиетарные протоколы 3G. Немаловажно, что интеллектуальная собственность в области технологий WiMax, соответствующие патенты распределены среди многих компаний, создан открытый патентный альянс, что позволяет снижать цены абонентских устройств [3].

Но самое главное преимущество мобильного WiMax – время выхода на рынок. К концу 2008 года только сертифицированных продуктов WiMax было почти 100, в 2011 году их число возросло на порядок. Ряд сетей мобильного WiMax уже введены в коммерческую эксплуатацию. Сети же инвестиций для апгрейда уже существующих 3G-сетей в сети LTE сравним с затратами на развертывание WiMax-сетей, фактор времени, а именно выигрыш в 2-3 года, становится решающим при выборе технологий 4G.

Таким образом, можно в целом говорить, то с технической точки зрения и WiMax, и LTE представляют собой примерно одинаковый класс систем. И весь вопрос – какая технология окажется коммерчески более успешной.

В качестве вывода в данный момент наиболее перспективной беспроводной технологией 4 поколения является LTE. На сегодняшний день мобильная сотовая связь стала неотъемлимой частью общества. По данным сотовых компаний в Казахстане насчитывается около 12 миллионов абонентов. Из них потенциальных пользователей интернета около 4 миллионов. Основным недостатком сети GSM/GPRS является низкая скорость передачи пакетных данных (скорость Интернета) за высокую цену. Технология LTE позволяет увеличить скорость пакетных данных путем модернизации существующей сети GSM. Основным конкурентом LTE является технология WiMax. Основные преимущества LTE перед WiMax:

1) LTE развертывается на базе существующей сети GSM либо WСDMA.

2) Базовые станции в LTE могут одновременно работать в 2G/3G/4G, что существенно снижает затраты оператора связи.

3) Радиус действия базовой станции LTE в зависимости от частотного диапазона может достигать 35 км, а WiMax 10 км (уверенный прием только в радиусе 2-3 км).

4) Большинство производителей ноутбуков и нэтбуков сделали свой выбор в пользу LTE и собираются выпускать продукцию со встроенными LTE устройствами.

Исходя из перечисленных преимуществ, я считаю, что технология LTE является наиболее перспективной не только по сравнению с мобильными технологиями. А также может составить достойную конкуренцию технологиям с фиксированной передачей данных, таким как xDSL.

Литература

1. HSPA+ for Enhanced Mobile Broadband. – Qualcomm, февраль 2009.

2. Gray. D. Comparing Mobile WiMAX with HSPA+, LTE, and Meeting the Goals of IMT-Advanced. – WiMAX Forum, февраль 2009.

3. Вишневский В. М., Портной С. Л., Шахнович И. В. – Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. – Москва. Техносфера, 2009.