Hlavní navigace

Datový triumvirát 4G: LTE, UMB a WiMax

 Autor: 29
Patrick Zandl 10. 9. 2008

Pojmy jako LTE, 4G či WiMax jsou v poslední době skloňovány ve všech pádech bez ohledu na to, že jsou nesklonné. Jak vypadá situace na poněkud nepřehledném kolbišti nástupců 3G sítí, o kterých si nejenom u nás můžeme pořád jen nechat zdát? Nejde o přechválené technologie a co, případně kdy nám přinesou?

Nejdříve si rekapitulujme jednotlivé technologie.

Rodina UMTS / 3GPP

Rodina UMTS spatřila světlo světa fakticky finálním schválením v březnu 2000 jako Release 99 a to v podobě, jakou označujeme jako UMTS a podle přístupového schématu také WCDMA. Dalším podstatným zlomem ze standardizačního hlediska byl březen 2002, kdy byla schválena technologie HSDPA určená ke zrychlenému stahování dat (download). Tu také označujeme jako Rel-5. O další tři roky později přichází Release 6 s rychlejším uploadem dat pod označením HSUPA, spojené používání HSDPA/HSUPA se také zjednodušeně označuje jako HSPA. Dalším doplněním standardu je Rel-7 z roku 2007, které přidalo vícesegmentové antény MIMO (multiple-in/out) pro stahování dat a další optimalizaci služeb v reálném čase. 

V roce 2004 započly studijní fáze projektu dalšího rozvoje UMTS sítí, který později dostal označení LTE, Long Term Evolution. Ke standardizaci došlo v lednu 2008 pod označením Rel-8, předpokládá se ale další doplňování standardu až do roku 2010 a již dnes se pracuje na výzkumu toho, co se označuje jako LTE-Advenced fáze. 

CDMA2000 / 3GPP2

Vývoj skupiny odvozené od CDMA2000 má na starosti 3GPP2 a první standard 1× se objevil v roce 1999, o rok později pak jeho datově optimalizovaná úprava 1×EV-DO. V roce 2004 přichází EV-DO Revize A a to s podporou VoIP, v roce 2006 pak EV-DO Rev. B s více nosnými. K sítím 4G má rodinu CDMA2000 dovést UMB neboli Ultra Mobile Broadband, původně také označovaný jako EV-DO Rev. C. Ten zahrnuje poznatky z předchozích řad EV-DO, Flash OFDM a IEEE 802.20, specifikace byla dodělána v dubnu 2007 a v komerčním nasazení se na trh dostane o něco dříve, než LTE, pravděpodobně již v průběhu roku 2009.

WiMax / IEEE 802.16

Tento standard byl původně určen pro metropolitní sítě jako páteřní napojení pro přístupové body WiFi. Taková byla v roce 2002 původní podoba standardu IEEE 802.16, která předpokládala přímou viditelnost mezi bezdrátovými prvky pracujícími v pásmech mezi 10–66 GHz. O rok později byla doplněna norma na 802.16a, která podporovala rádiové připojení v pásmu 2–11 GHz, její další doplňky či spíše v tomto případě opravy vyšly o rok později jako 802.16d. Podstatná byla v roce 2006 revize 802.16e nabízející datovou mobilitu, jakož i asymetrický datový tok. Ekvivalentem LTE a UMB v tomto případě je rozpracovaný návrh 802.16m, jenž zvyšuje celkové i uživatelské datové rychlosti, redukuje zpoždění a rozšiřuje dostatečné bezpečností mechanismy tak, aby WiMax v tomto podání obstál vůči konkurentům.

Vývoj mobilních dat

Vývoj mobilních datových standardů (zdroj Rysavy Report)

Stávající pozice na trhu ve zkratce
Technologie UMTS tábor (EDGE/HSPA/LTE) CDMA2000/UMB IEEE 802.16e WiMax
Počty uživatelů Přes 3 miliardy, 4 miliardy očekávány v roce 2010 438 milionů v roce 2007, očekáván pomalejší růst, než u UMTS méně jak 50 milionů do roku 2012
Vyspělost technologie Velmi vyspělá Velmi vyspělá Vznikající
Pokrytí celosvětové celosvětové s výjimkou Evropy velmi omezené
Nabídka zařízení široká nabídka všech typů široká nabídka všech typů Zatím žádná, první zařízení budou jen pro přenos dat (datové karty)
Radiová technologie Velmi optimalizované TDMA pro EDGE, CDMA pro HSPA a OFDMA pro LTE Velmi optimalizováné CDMA pro Rev 0/A/B a OFDMA pro UMB OFDMA s postupnou optimalizací, v Release 1.5 již velmi optimalizováno
Datové rychlosti (download) špičkové dnes i přes 4 Mb/s, výrazně více v budoucnu. špičkové dnes přes 1,5 Mb/s, výrazně více v budoucnu. Záleží na návrhu sítě.
Latence (zpoždění) V HSPA sítích dnes kolem 70 ms, snížení v budoucnu. U EV-DO Rev. A pod 70 ms, snížení v budoucnu. Ještě se uvidí.
Integrace hlasových služeb Velmi efektivní přenos hlasu po okruhové doméně funguje dnes, migrace na VoIP má být nejjednodušší ze všech technologií. Velmi efektivní přenos hlasu po okruhové doméně funguje dnes, EV-DO nemůže kombinovat okruhovou doménu najednou s VoIP. Potenciálně možné, ale do začátku se neočekává.
Efektivní využití spektra pro kombinci služeb Všechny radiové kanály v UMTS mohou míchat hlasové i datové služby velmi efektivně. Dnes omezeno na míchání hlasu a pomalejších dat nebo jen vysokorychlostních dat. Zatím se očekává jen datový přenos.

Požadavky na LTE

Sumarizujme si tu základní požadavky, jež jsou kladeny na LTE:

  • Špičkové datové rychlosti: až 100 Mbit/s pro download, až 50 Mbit/s pro upload na šířce pásma 20 MHz.
  • Až 200 aktivních uživatelů může být na jedné buňce (5 MHz).
  • Latence na straně uživatelského terminálu pod 5 ms. 
  • Mobilita: optimalizována pro rychlosti do 15 km/h, vysoký výkon je podáván v rychlostech do 120 km/h, nutnost fungovat až do 500 km/h. 
  • Spektrální flexibilita: možnost využít šířku pásma mezi 1,25 až 20 MHz.
  • Komplexní podpora řízení kvality služby QoS.

Technické inovace v LTE

Jak vidno, požadavky nejsou malé. Naštěstí i vývoj v radiových technologiích pokročil, takže se očekává (nebo je již schváleno) použití následujících:

  • OFDM (ortogonální frekvenčně dělený multiplex),
  • SC-FDMA – (frekvenčně dělený vícenásobný přístup na jedné nosné) pro uplink,
  • MIMO – složené antény pro příjem i vysílání,
  • částečné znovuvyužití frekvencí (Fractional Frequency Reuse),
  • kanálově závislé plánování zdrojů na více nosných (Multicarrier channel-dependent resource scheduling).

Podstatným zlepšením v současném vývoji LTE je právě kombinace OFDMA pro downlink s SC-FDMA pro uplink (detailně pojednáno zde v Knolu), protože SC-FDMA poskytuje signifikantně lepší výsledky při práci v prostředí s více vysílajícími terminály, díky nižšímu PARP. Umožní nižší vyzářený výkon a lepší práci na hranicích buňky. Důležitá je také modulace, na uplinku i downlinku lze použít jak QPSK, tak 16QAM i 64 QAM, konvolunční kódy i turbo kódy představené v Rel-6. V oblasti mimo je pro uplink i downlink plánována možnost jak dvou, tak čtyř antén. 

Situace na trhu

Tip: nenechte si ujít také bilanci současného stavu 3G sítí v ČR v článku Karla Wolfa.

Na americkém trhu vypadá situace spíše ve prospěch LTE. V počtu zákazníků největší operátor AT&T plánuje upgrade své sítě na LTE, ale ne v nijak blízkém horizontu, pouze oznámil podporu LTE, což je pochopitelné, prootže 3G je u něj příliš čerstvá záležitost. Na HSPA+ plánuje přejít v roce 2009 až 2010, testování LTE neočekává před rokem 2010 a komerční provoz nejdříve o dva roky později. V současné době jsou ve firmě spokojeni s HSPA, ačkoliv se ukazuje, že rychlý nárůst HSPA kompatibilních zařízení reprezentovaný hlavně telefony iPhone, dělá síti dosti těžkou hlavu.

Verizon Wireless testuje LTE od několika dodavatelů, plánuje službu nasadit na rok 2010 a o dva roky později mít pokrytou většinu populace. Pravděpodobně tak bude prvním americkým operátorem s LTE sítí. 

Sprint – Nextel se přikloní spíše k WiMaxu, ostatně v září má spouštět síť na WiMaxu a do konce roku hodlá spolu s Clearwire nabízet celonárodní síť na WiMaxu. 

T-Mobile se v USA pořád moří se svou 3G sítí, takže od něj se žádný převrat nečeká, jeho německá matka hlásí příklon k LTE. 

Menší operátoři jako Metro PCS nebo US Cellular hlásí příklon k LTE, ale časové plány nemají, na situaci na americkém trhu také nemají podstatný vliv. 

V Británii všichni mobilní operátoři ohlásili podporu LTE, naopak řada ISP se hlásí k WiMaxu. Zajímavostí je, že BT plánuje nabídnout síť WiMax v pásmu 2,6 GHz s plošným pokrytím Británie.

WiMaxu se zatím nedaří. Americký Sprint na něm zatím krvácí z mnoha ran, zbylé velké trhy spíše koketují, než staví. WiMax se kupodivu nerozmáhá ani na trhu v Indii a Číně, kde mu původní analýzy nalézaly pole neorané. K oborání se zatím nikdo moc nemá, China Mobile a China Unicom mírně pokoušely štěstí v několika čínských městech (nikoliv kompletně pokrytých – i tak to obnášelo cca 50 milionů populace) v pásmu 3,5 GHz, ale s dalším nasazováním WiMaxu otálejí, používají jeho stacionární variantu. China Mobile nakonec počátkem září oznámila, že hodlá testovat spíše TD-LTE, tedy LTE za­ložené na časo­vém duplexu, což a­le v Číně nemu­sí nic znamenat, pros­tě pár pokusů, co technologie bílých ďáblů umí a co z ní půjde „opajcnout” do vlastního standardu TD-SCDMA.

Určitou šanci dává WiMaxu v Indii tendr na 40MHz v pásmu 2,3 GHZ a stejnou šířku pásma ve 2,5 GHz pásmu. Oba incumbenti BSNL a MTNL dostali 20 MHz pásma na frekvenci 2,5 GHz, zbytek (těch 60 MHz) půjde do aukce a dává šanci pro tři a možná i více zájemců. Kromě toho své frekvence na pásmech 2 GHz dostanou i 3G operátoři, kteří mohou koupit 5MHz párového spektra. Od tohoto tendru se obecně očekává, že pomůže nejenom šíření broadbandu v Indii, tak zejména WiMaxu, protože miliardový indický trh je jak objemem zakázky, tak potenciálním dopadem něco zcela jiného než pilot někde v Rakousku nebo na Slovensku. Mimochodem, kdybyste se na indickém telekomunikačním trhu ztráceli, zde je dobrý průvodce – v tomto odstavci jsem musel zjednodušovat, protože situace je v Indii různá podle regionu. 

V Japonsku jakožto vlajkovém trhu nasazování všech možných rychloudělátek, to také vypadá na zatím drtivé vítězství LTE. To bude podporovat jak NTT DoCoMo, tak Softbank Mobile, který pro svou novou síť v pásmu 1,5 GHz nasadí HSPA+ a následně ji chce migrovat na LTE (až bude a budou i ceny). 

Zajímavý vývoj v Japonsku slibovala aukce na dva bloky v pásmu 2,5 GHz, která proběhla vloni v prosinci. Vyhrála dvě konsorcia, přičemž to první vedené KDDI (místní mobilní operátor) přislíbilo pokrytí WiMaxem. Startovat se má v lednu 2009 s pokrytou Jokohamou a Tokiem a WiMax se do výběru dostal především proto, že velkou část z 1,3 miliard dolarů investic poskytl Intel Capital, jenž intelovský WiMax tlačí a tlačí. 

Ještě zajímavější je situace u druhého vítěze, společnosti Willcom. Ta totiž provozuje mobilní síť na asijském standardu PHS a i když nám to možná zní komicky, tento standard stále žije a veškerá komičnost je dosti neoprávněná. Jen Willcom na něm provozuje 4,6 milionů klientů, China Telecom a China Netcom na něm drží několik desítek milionů uživatelů, celkem je to trh s více jak 105 miliony uživatelů, kterým vyhovuje nízká cena, malé rozměry přístrojů a datové rychlosti až 500 Kb/s. Jenže i PHS prochází poměrně rychlým vývojem, rychlosti se díky modulaci 64QAM a možnosti zdvojnásobení počtu přenášených paketů posouvají až na 800 Kb/s a letos ohlášená technologie pod jménem XGP (zkratka z eXtended Global Platform) slibuje nabídnout až 20 Mbit/s syme­trického přenosu dat na šířce pásma 10 MHz. Technologie je velmi podobná WiMaxu a většinu jejích součástí je možné s WiMaxem sdílet, použito je OFDMA/TDMA-TDD, šířka kanálu je 1,25, 2,5, 5, 10 nebo 20 MHZ, takže je zde značná flexibilita, lze použít i MIMO a chytré antény. Společným prvkem PHS systémů je převážně nasazování mikrocell pro větší kapacitu, zatímco WiMax spíše staví na makrocellách. XGP také využije autonomní decentralizované řízení radiových kanálů, čímž odpadne nutnost frekvenčního plánování.  

Právě XGP chce Willcom použít na své rychlé datové služby a proto také tuto technologii označuje jako Willcom Core, což na jednu stranu napovídá, že to bude těžiště jeho dalšího rozvoje a také je to snivá zkratka z Communication Of Revolution and Evolution. Vzhledem k podpoře širokého spektra japonských firem (Hitashi, Sharp, NEC, UTStarcom atd) je pravděpodobné, že XGP bude pro stávající zákazníky PHS systémů konkurenceschopným řešením, ačkoliv se XGP pravděpodobně příliš mimo Asii šířit nebude, je třeba s ním jako s konkurentem WiMaxu u operátorů PHS počítat. Plný komerční provoz XGP technologie Willcom ohlásil na srpen 2009, pilot pojede ve třech japonských městech od dubna příštího roku.

 

Jen tak pro porovnání, na pokrytí Japonska systémem PHS je použito cca 170 000 základnových stanic, protože ty mají dosah několik málo kilometrů. Proto je velmi obtížné tento systém použít mimo Asii, kde je hustota obyvatelstva v aglomeracích obrovská a výstavba stanic s pokrytím několika set metrů v průměru je zde myslitelná. Proto také hodnoty vyzářeného výkonu PHS systémů padají až na 10 mW, lze díky menšímu poloměru buněk přesněji navigovat i bez GPS (které žere baterky) a telefony v systému PHS mohou být díky menší energetické náročnosti menší, než klasické.

Posledním důležitým trhem je prozatím Korea, samozřejmě ta Jižní. Zde kraluje CDMA2000 EV-DO a místní technologie WiBro, derivát to WiMaxu. K LTE se zde zatím nikdo hlasitě nehlásí, už také proto, že i Korea vyvíjí vlastní rychlodatový formát nazvaný NeMA – New Mobile Access – upgrade k WiBro. Jeho tahákem má být rychlost až 100 Mbit/s a samozřejmě domácí produkce. 

Triumvirát bude pokračovat

Kde je zatím politicky poměrně ticho, je tábor příznivců CDMA. To může znamenat mnohé a vyvozovat z toho lze jen málo. Tak především sítě CDMA zasahují zhruba desetinu klientů standardů z rodiny 3GPP (GSM/UMTS/HSPA), na druhé straně jsou úspěšné na velmi konkurenčních trzích, jako je USA a Korea. Kromě toho jsou tu méně viditelné vazby, jako jsou nedávné investice korejských operátorů do operátorů v Číně, které mohou (a nemusí) změnit směrování na čínském trhu. Silnou stránkou rodiny CDMA byla slušná integrace, provázanost a vyspělost služeb, sítím CDMA2000 se nikdy nepovedl tak pitomý start a řada technických přehmatů, jako tomu bylo v případě UMTS, ovšemže se můžeme dlouho dohadovat, zda to nebylo spíše nenažraností místních regulátorů a specifiky evropského trhu. Faktem ale je, že praxe ukázala, že UMTS je pro hlasové hovory výrazně horší volba, než dnes už opovrhované obstarožní GSM – a to je přehmat, jaký se CDMA nepovedl. Na druhou stranu s HSPA chytlo UMTS druhý dech a tam, kde bylo implementováno, prokazuje slušné výsledky a předhání stávající implementace EV-DO. I v ostatních aspektech datových přenosů se UMTS poučilo a v posledních třech letech prochází rychlým vývojem. Stačí to na napravení nepříznivého dojmu u služby, která pro nás měla být oslnivou samozřejmostí někdy v roce 2008?

CDMA papírově vykazuje slabší technickou pozici, v praxi jsou ale zkušenosti se sítěmi EV-DO lepší – zdejší služby dosahují konstantně lepších výsledků a více se jim daří dodržet to, co je uživatelům slíbeno – až poslední implementace HSPA to vylepšují. I to je důvod, proč se ozývají hlasy, že LTE je „overhyped“ –  přešponované v očekáváních (viz třeba zde). Zatímco start LTE sítí se očekává při nejlepším v roce 2011, UMB z rodiny CDMA bude komerčně dostupné v polovině roku 2009 (zpoždění ovšem možná na obou stranách barikády). LTE je také náročnější, než UMB, na podmínky stávající sítě. Oba tábory se sice holedbají, že půjde o softwarové upgrady, jenže v případě LTE půjde přeci jen o náročnější proces – jak to dopadne v praxi, ještě uvidíme. I přes to, že se také oba tábory snaží zjednodušit přechod mezi technologiemi, je praktických případů přechodu z jedné na druhou pramálo. Například operátoři v Jižní Koreji bez uzardění provozují komerčně jak UMTS, tak CDMA2000 i WiMax/WiBro, aniž by je to deptalo – a všechny tři tábory z toho vyvozují své ku podpoře svých argumentů.

Podobně za vyšponované se někdy označuje soupeření LTE a WiMaxu. WiMax si jednoduše a prostě pořizují především firmy, které nevzešly z telekomunikačního businessu a mají zkušenosti s počítačovými IP sítěmi, zatímco LTE je volba telekomunikačních operátorů. Jenže WiMax již existuje a funguje, byť ne na rychlostech, které slibují jeho novější verze, zatímco z LTE známe spíše jen tu zkratku – pořizovat si pro data jen UMTS a čekat na LTE nedává moc smysl. WiMax se umí také hezky čísly ohánět, WiMax fórum promptně upozornilo, že na světě je přes 300 sítí nabízejících služby WiMax, už ale nedodává, že většina z těch sítí má  do deseti základnových stanic a tedy pokrývá zhruba jedno město. Nově spuštěnou mapu WiMax sítí, kterou se WiMax Forum snaží upozornit na své aktivity, najdete zde: http://www.wi­maxmaps.org/

WT100

Na jasného vítěze to tedy nevypadá – a to je nakonec dobře. Po celém světě, jakož i u nás se pravděpodobně budeme potkávat se všemi třemi technologiemi, běží tu něco jako pilotní provoz UMTS/HSDPA (O2), máme tu regionální projekty založené na WiMaxu i dva plošné poskytovatele CDMA2000 (O2 a MobilKom). S uvolňováním dalších frekvencí se pravděpodobně počet provozovatelů těchto sítí bude zvyšovat, migrovat na ně budou i provozovatelé jiných ustupujících a zastarávajících technologií.

A jste příznivce technologie WiFi? I pro vás máme dobrou zprávu. Ačkoliv standard 802.11n ještě nedošel na konec své standardizační cesty, skupina inženýrů začala pracovat na „Gigabitovém WiFi“. To by mělo nabízet přenosové rychlosti přes 1 Gb/s a operovalo by na dvou frekvencích: pro delší dosah v pásmu 5 GHz, pro krátký dosah v novém pásmu 60 GHz, obojí nelicencované. Zatím ovšem došlo jen k vzniku pracovní skupiny – protestovat ihned začala další skupina IEEE 802.15.3c, která připravuje standard pro přenos nekomprimovaného videa ve vysokém rozlišení bezdrátově mezi set-top-boxem a televizorem (LCD panelem). Té se nelíbí, že se s ní bude pracovní skupina křížit v  pásmu 60 GHz.

Anketa

Máte již zkušenost s některou v titulku zmíněnou technologií?

Našli jste v článku chybu?
Root.cz: Prvních 700 routerů Omnia je hotových

Prvních 700 routerů Omnia je hotových

DigiZone.cz: Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

DigiZone.cz: Samsung EVO-S: novinka pro Skylink

Samsung EVO-S: novinka pro Skylink

Vitalia.cz: Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Vitalia.cz: Tipy: Kde zaručeně koupíte dobré maso

Tipy: Kde zaručeně koupíte dobré maso

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

DigiZone.cz: Nova opět stahuje „milionáře“

Nova opět stahuje „milionáře“

DigiZone.cz: Nejnovější špičkové TV ve videu

Nejnovější špičkové TV ve videu

Vitalia.cz: Antibakteriální mýdla nepomáhají, spíš škodí

Antibakteriální mýdla nepomáhají, spíš škodí

Vitalia.cz: Když bílkoviny, tak jíme ty nekvalitní

Když bílkoviny, tak jíme ty nekvalitní

Podnikatel.cz: „Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

„Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

120na80.cz: Co je padesátkrát sladší než cukr?

Co je padesátkrát sladší než cukr?

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

Podnikatel.cz: Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Podnikatel.cz: Vytvořte si web sami. Redakční systém Tumblr

Vytvořte si web sami. Redakční systém Tumblr

Lupa.cz: Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

Podnikatel.cz: Takhle se prodávají mražené potraviny

Takhle se prodávají mražené potraviny

DigiZone.cz: Na jaká videa se vlastně díváme

Na jaká videa se vlastně díváme

Lupa.cz: Adblock Plus začal prodávat reklamy

Adblock Plus začal prodávat reklamy

Vitalia.cz: 5 chyb, které děláme při skladování potravin

5 chyb, které děláme při skladování potravin