Femtobuňky do každé domácnosti?

Femtobuňky patří mezi další potenciální přírůstek do domácnosti, kde mají výrazně zlepšit pokrytí signálem i rychlost internetových a hlasových služeb pomocí běžného mobilního telefonu. Jejich technologie se stále vylepšuje a provozovatelé pracují na podnikatelských modelech, které by byly zajímavým řešením jak pro ně samotné, tak pro uživatele.

V mobilních sítích se toho sice stále hodně děje, ale většina témat je do značné míry „otřepaná“. Vývoj 3G neúnavně pokračuje směrem k LTE (Long Term Evolution), přičemž obrysy čtvrté generace jsou ještě rozostřené. Mezitím přibyly další mobilní technologie, na které si postupně svět s větším či menším zájmem zvyká: mobilní WiMAX (norma IEEE 802.16 z roku 2005, dnes již s existujícími komerčními sítěmi) a nejnověji MBWA (specifikace IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access z roku 2008). A tak jedním z mála témat, která jsou v této oblasti nová a zkoumají se ze všech stran, jsou tzv. femtocells.

Co to je

Jako femtobuňka se označuje domácí základnová stanice (velikosti WiFi směrovače), která má velmi malý dosah (do 100 m) i výkon a pracuje (na rozdíl od WiFi) v licenčním pásmu. Femtobuňky mohou existovat samostatně, ale častěji se integrují do zařízení jako domácích bran, vždy s cílem, aby instalaci (a obsluhu) zvládl samotný uživatel. Femtobuňka se zapojuje do širokopásmové přípojky (optické, kabelové, xDSL či bezdrátové) a jejím prostřednictvím komunikuje s mobilní sítí (3G, mobilní WiMAX), takže částečně ulevuje provozu v mobilní síti a přitom nabízí uživateli slušnou rychlost komunikace. Stávající mobilní telefon může proto sloužit i pro domácí širokopásmovou mobilní službu.

Název femtobuňka odpovídá jejímu miniaturnímu dosahu (femto = 10-15). Pro srovnání klasická makrobuňka se váže ke klasické základnové stanici a pokrývá velkou oblast (např. město); mikrobuňka pak jako rozšíření makrobuňky může být uplatněna v menším (typicky městském) prostoru, kde je velké množství mobilních uživatelů; pikobuňka je ještě menší a koncentrovanější, např. na nákupní centrum, letiště nebo stanici metra (podporuje 15–100 současných hovorů). Jedna femtobuňka může obsloužit až šest mobilních zařízení současně, což plně vyhovuje rodinným potřebám. Dnes se již začíná hovořit o tzv. super femtobuňkách, které jsou někde na hranici mezi piko- a femtobuňkou a měly by vyhovovat s 8 až 16 kanály firmám s 50–100 zaměstnanci.

Důvodem zájmu o malé buňky je potřeba dobrého pokrytí vnitřních prostor (domácností, kanceláří) mobilním signálem a zvýšení přenosové kapacity pro hlasové i datové služby. Pokrytí uzavřených prostor bezdrátovým signálem vždy činilo značné problémy, protože zdi způsobují útlum signálu o 10 dB až 20 dB a v některých případech vznikají až hluchá místa, a to i za předpokladu velmi dobrého pokrytí vně budovy. S využitím vyšších kmitočtů mobilních sítí se problém zhoršuje, protože jejich schopnost průniku pevnými překážkami je ještě menší. Důsledkem vysokého útlumu je také vyšší spotřeba energie jak na straně terminálu, tak základnové stanice. Femtobuňky velmi cíleně pokrývají vnitřní prostor, a tím částečně posilují celou infrastrukturu sí­tě.

Provozovatele z nich profitují snížením nákladů na makrosíťovou infrastrukturu (nové základnové stanice), přesunutím nadbytečného provozu mimo mobilní síť a lepším využitím kapacity pro zákazníky páteřní mobilní sítě, a to díky efektivnímu zlepšení lokálního pokrytí prostor uvnitř budov.

Pro uživatele přinášejí femtobuňky jakožto soukromé (vyhrazené) základnové stanice nejen lepší dostupnost signálu, ale zejména vyšší rychlost připojení na Internet, což znamená i větší plejádu služeb s vyšší kvalitou. Kapacita samozřejmě úzce souvisí s kapacitou zainteresovaných sítí: liší podle typu mobilní sítě, pro kterou femtobuňka pracuje (3G LTE, mobilní WiMAX), a podle kapacity navazující širokopásmové přípojky.

Z hlediska bezpečnosti představuje femtobuňka dost exponovaný bod, který mohou vetřelci použít jako vstup do celé mobilní sítě, proto se pozornost věnuje jejímu zabezpečení a metodám řízení přístupu a autentizace. Femtobuňka může uplatnit uzavřený přístup, kdy ji mohou používat pouze oprávnění uživatelé, takže je vskutku privátní základnovou stanicí. Nebo může pracovat v otevřeném režimu přístupu, kdy se chová jako jakákoli jiná základnová stanice a obsluhuje všechna volání. Rozdíly jsou nejen v úrovni bezpečnosti, ale také tarifikace, protože je třeba rozlišit domácí (paušální) tarif od placení návštěvníků tzv. od minuty.

Úkoly k řešení

Jedním z úkolů provozovatelů je zamezit jakémukoli rádiovému rušení mezi komunikací s femtobuňkou a běžnou komunikací v mobilní síti nacházející se hned za dveřmi. Rušení je rizikem zejména u širokopásmových technologií jako WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), kdy se stejné kmitočty mohou používat pro femtobuňku i pro makro síť (hrozí rušení femto-makrobuňka), nebo v městském prostředí mohou být femtobuňky velmi blízko u sebe (hrozí rušení femto-femtobuňka). Řešením pak může být použití různých kmitočtů, nebo omezení výkonu femtobuňky pro zmenšení dosahu (vlivu mrtvých zón). Ve skutečnosti negativní vliv zdí na šíření signálu dovnitř prostor z mobilní sítě se stává výhodou pro omezení rušení z femtobuňky.

Potřebná podpora mobility uživatelů pohybujících se uvnitř a přecházejících mezi budovou a vnějším prostředím vyžaduje hladké předávání uživatelů mezi (makro)mobilní sítí a femtobuňkou. Jakmile se uživatel vzdaluje z dosahu femtobuňky, musí její úlohu převzít mobilní makrosíť. Předávání uživatele z femtobuňky do makrobuňky (s jednou základnovou stanicí) je jednodušší než obráceně. V běžných mobilních systémech se vysílá seznam sousedních základnových stanic, z nichž si mobilní uživatel může vybrat pro případnou předávku dál. V případě nasazení femtobuněk ale tento seznam výrazně vzroste, protože femtobuněk sousedících s makrobuňkou, a v mnoha případech se vzájemně překrývajících a sídlících uvnitř makrobuňky, je velmi mnoho. Síť také není zařízena na časté změny v tomto seznamu. Proto se budoucí generace mobilních sítí musí postarat, aby problematiku femtobuněk a předávání uživatelů vzala při technickém návrhu v potaz. Nasazení femtobuněk klade nároky také na páteřní IP síť, zejména na úroveň QoS (Quality of Service), kterou různé přenosy vyžadují. Zejména minimalizace zpoždění je důležitá, protože mobilní síť v makrobuňkách garantuje latenci do 15 ms. Chybějící neutralita sítě může pak být velkým problémem; vyjma situace, kdy se jedná o stejného provozovatele (páteřní i mobilní sítě) či o velmi úzké strategické partnerství mezi dvěma provozovateli. V jiných případech mohou poskytovatelé širokopásmových přístupových sítí žádat od mobilního provozovatele kompenzaci za přenos provozu s vysokými nároky na QoS vyžadující – kromě kapacity sítě – ještě přednostní zacházení.

Femtobuňka kvůli použití licenčního pásma také podléhá požadavkům regulace, takže provozovatel musí zajistit např. pohotovostní volání. S tím úzce souvisí funkční mobilita femtobuněk: jejich charakter jim samozřejmě přenositelnost umožňuje, ale jejich „příslušnost“ k danému provozovateli a jeho licenčnímu pásmu jejich mobilitu omezuje. Provozovatelé by museli pro tento případ uzavírat dohody pro roaming domácích uživatelů na bázi femtobuněk a sledování jejich pozice pomocí GPS (Global Positioning System). Ostatně GPS bude potřeba právě pro podporu pohotovostních/nou­zových volání.

Technických otazníků pro plné využití femtobuněk ve stávajících i budoucích mobilních sítích ještě několik zůstává a pilně se pracuje na vylepšení femtobuněk v oblastech jako vzájemné rušení, adaptivní řízení výkonu, adaptivní modulace a kódování s využitím více antén (MIMO, Multiple In Multiple Out). Ovšem vyšší inteligence na straně femtobuněk, podobně jako integrace s jinými zařízeními, bude mít dopad na jejich výslednou cenu.

Vývoj a nasazení femtobuněk ve světě podporuje nezávislé průmyslové sdružení Femto Forum, založené v létě 2007 a sdružující stovku mobilních provozovatelů i výrobců síťových zařízení. Spolupracuje s Broadband Forem (dříve DSL Forum) na záležitostech týkajících se poskytování služeb, s GSM Association a Next Generation Mobile Network Alliance. 3GPP již zahájilo práci na specifikaci pro femtobuňky určené pro LTE, ale první specifikace pro femtobuňky WCDMA (rozhraní I-uh) bude již součástí verze 8. V řeči 3GPP a ETSI je femtobuňka Home NodeB.

Velké naděje, pomalý nástup

O potenciálu femtobuněk se již pár let hovoří, teprve od loňska běží řada pilotních projektů nasazení femtobuněk pro 3G (nevyjímaje pro nás důležité provozovatele jako Vodafone a Telefónica) a na trh se dostávají první komerční produkty. Boom by měl nastat v roce 2010. Otazníkem ale nadále zůstává podnikatelský model pro jejich nasazení jako domácí základnové stanice, což souvisí mj. s cenou, jednoduchostí instalace i používání (bez zvýšené poptávky po help line a technické podpoře na místě).

Úspora při nasazení femtobuněk je lákavá, ale zdaleka nestačí jako základ podnikatelského modelu. Proto je třeba využít účinné kombinace souvisejících nových služeb a aplikací, v čemž se angažují poskytovatelé a integrátoři jako třeba Google (např. sdílení obsahu mezi domácími zařízeními a mobilními telefony). Návratnost investic se zatím pro provozovatele mobilní sítě – podle analytiků ABI – odhaduje na minimum tří let.

UX16

Vhodný podnikatelský model, nízká cena (do 100 USD) a integrace jsou nejdůležitější milníky pro nástup femtobuněk na trh. Současných 200 dolarů za femtobuňku (pro 3G, neboť pro méně rozšířený WiMAX bude cena ještě vyšší) nikoho nepřesvědčí, protože oblíbené WiFi směrovače přijdou na čtvrtinu až polovinu této sumy. Rozšíření domácích WiFi zájemce o femtobuňky z řad velkých provozovatelů straší nejen z důvodu silné konkurence na trhu, ale také z technických důvodů, protože – jak vyplývá z výsledků pilotních projektů Telefoniky – měly femtobuňky kvůli existujícím WiFi problémy nejen s přenosy datovými, ale dokonce hlasovými. Femtobuňky mohou krom vylepšení místního pokrytí, silnějšího a kvalitnějšího přijímaného signálu a zvýšení kapacity komunikace také díky nižšímu vysílacímu výkonu prodloužit nejen výdrž baterií mobilních telefonů, ale i zmenšit potenciální omezující rušení mezi femtobuňkou a makrobuňkou. Makrobuňky zase mohou více věnovat své prostředky na uspokojení skutečně mobilních uživatelů připojených na danou základnovou stanici, protože provoz z femtobuněk putuje nikoli přímo do makrosítě, ale oklikou přes přístupové sítě po IP páteři.

Z potřeby licenčního pásma vyplývá, že konkurentem v mobilním přístupu je řešení UMA (Unlicensed Mobile Access), využívající levnější bezlicenční pásma, tedy primárně přenos hlasu po WiFi nebo Bluetooth, pro přístup k mobilní síti. Otazníkem tak zůstává postavení femtobuněk v procesu konvergence pevných a mobilních sítí (FMC, Fixed Mobile Convergence), protože se zatím nepouští konvergenci odpovídající cestou IMS (IP Multimedia Subsystem) s internetovým protokolem SIP (Session Initiation Protocol).

Anketa

Jak dobře femtobuňky znáte?

8 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 26. 5. 2009 16:55
Zasílat nově přidané názory e-mailem

Školení e-mail marketingu – pokročilé techniky

  •  
    Jak připravit šablonu moderního e-mailu
  • Jak spustit automatizované kampaně
  • Jak dynamizovat běžnou rozesílku

Detailní informace o školení e-mail marketingu - pokročilé techniky »