Przez HSDPA do telefonii 4G

Multimedialne aplikacje z dynamicznym ruchem obrazu potrzebują przepływności kanałowej ponad 500 kb/s, a niekiedy sięgającej 2-3 Mb/s. Takie parametry bezprzewodowej transmisji danych zapewnia szerokopasmowa technologia HSDPA, implementowana w terminalach mobilnych i stacjach bazowych systemu komórkowego UMTS z wielodostępem WCDMA. Pytanie: kiedy będziemy z niej korzystać?

Multimedialne aplikacje z dynamicznym ruchem obrazu potrzebują przepływności kanałowej ponad 500 kb/s, a niekiedy sięgającej 2-3 Mb/s. Takie parametry bezprzewodowej transmisji danych zapewnia szerokopasmowa technologia HSDPA, implementowana w terminalach mobilnych i stacjach bazowych systemu komórkowego UMTS z wielodostępem WCDMA. Pytanie: kiedy będziemy z niej korzystać?

Pakietowa transmisja danych przez sieci komórkowe GSM (SMS, MMS, gry, Internet, pliki, VoIP) nabiera coraz większego znaczenia dla użytkowników mobilnych. Według operatorów, tylko w ubiegłorocznym okresie świątecznym (23-26.12.2005) wysłano w Polsce łącznie 264 mln wiadomości SMS i ponad 2 mln MMS-ów. W sieci Orange Centertela przesłano 113 mln komunikatów tekstowych SMS oraz 866 tys. multimedialnych MMS, abonenci sieci Plus GSM natomiast wygenerowali w tym czasie ok. 85 mln SMS-ów oraz 600 tys. obrazków MMS, a klienci Ery ponad 66 mln wiadomości tekstowych. Szacuje się, że w szczytowym momencie użytkownicy wszystkich sieci komórkowych GSM w Polsce w każdej sekundzie generowali po kilka tysięcy komunikatów (ponad 1500) w każdej z nich.

Dynamiczny wzrost

Przez HSDPA do telefonii 4G

Rynek komórkowy w Polsce

O narastającej dynamice korzystania z aplikacji mobilnych świadczy porównanie z poprzednim rokiem, z którego wynika, że liczba tekstowych SMS-ów podwoiła się, a multimedialnych MMS wzrosła prawie czterokrotnie. Jednocześnie pojawiły się nowe mobilne aplikacje będące odpowiednikami internetowych blogów (moblogi), za pomocą których odpowiednich wpisów do witryn informacyjnych w serwerach sieci dokonuje się poprzez MMS. Równie wysokie natężenie transportu danych wykazuje jedna z bardziej popularnych i multimedialnych gier mobilnych związana z usługami lokalizacyjnymi (kto, gdzie, kiedy). Generuje ona obecnie ponad milion komunikatów SMS tygodniowo. Pakietowa transmisja danych przez sieci komórkowe GSM narasta więc gwałtownie i wszystko wskazuje, że podobną dynamikę przekazów przejmą nowo powstające sieci trzeciej generacji.

Multimedialne aplikacje o prywatnym bądź rozrywkowym charakterze zaczynają dopiero wkraczać na polski rynek. Oprócz korzyści indywidualnych oraz związanych z zastosowaniami biznesowymi, umożliwiają one dostęp do korporacyjnych baz danych, które gwarantują firmom sprawne i efektywne zarządzanie online pracownikami działającymi poza obrębem przedsiębiorstwa - bez względu na czas i miejsce ich lokalizacji w terenie. Pojawienie się w Polsce sieci trzeciej generacji UMTS spowodowało wzrost zainteresowania kartami modemowymi szybkiej transmisji danych w sieciach mobilnych (notebooki), z której obecnie korzysta online ponad 100 tys. użytkowników.

Przez HSDPA do telefonii 4G

Wzrost wymagań na multimedia

Aby operatorzy sieci 3G byli w stanie sprostać narastającym wymaganiom usług dodanych o unikalnym charakterze, muszą mieć do dyspozycji szybsze i bardziej niezawodne medium transmisji danych. Nową technologię transportową, która nie będzie wymagała przebudowy istniejącej sieci - a więc zminimalizuje wydatki inwestycyjne operatora oraz udostępni klientom mobilnym wyższą szybkość transmisji danych.

Takie cechy ma wdrażana obecnie przez operatorów radiowa technologia transportowa HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), przeznaczona do transmisji danych "w dół" przez sieci 3G oraz dopiero niedawno zdefiniowana (grudzień 2004 r.) w projekcie 3GPP technologia HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) do szybkiej transmisji "w górę" sieci. O ile technologia HSDPA znajduje się już na etapie wdrożeń komercyjnych, o tyle na implementację rozwiązań podnoszących szybkość transmisji abonenta mobilnego w stronę sieci (HSUPA) trzeba będzie jeszcze poczekać kilka lat.

Dlaczego HSDPA?

Technologia HSDPA odnosi się do nowej wersji standardów UMTS, opracowanych przez zespół standaryzujący 3GPP (3rd Generation Partnership Project) i działający w zakresie komunikacji mobilnej. Ostatnia wersja standardu kilkakrotnie zwiększa szybkość pobierania danych (downlink) z obecnie dostępnych 384 kb/s (2 Mb/s wg teoretycznych założeń standardu UMTS) do maksymalnej wartości 14,4 Mb/s określonej teoretycznie w standardzie. W praktyce oznacza to, że większość użytkowników będzie mieć do swej dyspozycji spływ danych z szybkością powyżej 500 kb/s, a często nawet 2-3 Mb/s, czyli całkowicie wystarczający do obsługi wszelkich multimedialnych aplikacji mobilnych z pełnym ruchem treści obrazu.

Przez HSDPA do telefonii 4G

Treści pobierane przez abonenta

Większość uruchamianych obecnie sieci UMTS nadal opiera się na podstawowej specyfikacji w wersji R99 (R4), której maksymalną przepływność zdefiniowano w zależności od środowiska: do 2 Mb/s w systemach pikokomórkowych (najwyżej 300 m od stacji bazowej z terminalami stacjonarnymi lub zmieniającymi swe położenie z prędkością piechura), do 384 kb/s w systemach mikrokomórkowych (w zasięgu do ok. 2 km i z szybkością przemieszczania się terminali mobilnych nie większą niż 120 km/godz.) oraz przepływnością sięgającą 144 kb/s w systemach makrokomórkowych (ruchliwość terminali do 500 km/godz.).

W europejskim systemie UMTS są stosowane dwa odrębne sposoby transmisji, operujące w niespójnych podzakresach naziemnej sieci radiowej UTRAN (UMTS Terrestial Radio Access Network). Obejmują one dwa przedziały częstotliwości:

  • w skojarzonych pasmach radiowych 1920-1980 MHz i 2110-2170 MHz z dupleksem częstotliwościowym FDD (Frequency Division Duplexing) oraz szerokopasmowym wielodostępie kodowym WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Wdrażana w UMTS technologia WCDMA obejmuje rozpraszanie bezpośrednie z przepływnością ciągów rozpraszania o podstawowej szybkości 3,84 Mc/s;

  • w pasmach nieskojarzonych 1900-1920 MHz i 2010-2025 MHz z dupleksem czasowym TDD (Time Division Duplexing) oraz techniką wielodostępu czasowo-kodowego TD-CDMA (Time Division - Code Division Multiple Access).
Do realizacji przekazów głosowych przez sieć komórkową UMTS (symetryczne natężanie ruchu w obydwu kierunkach) bardziej korzystny jest dupleks częstotliwościowy FDD, który zajmuje dwa jednakowe podzakresy radiowe o tej samej szerokości pasma, a więc wykorzystanie zasobów radiowych jest bardziej efektywne. Taki symetryczny sposób transmisji nie ma ekonomicznego uzasadnienia do transportu danych, gdzie zwykle potrzeba wielokrotnie szerszego pasma dosyłowego (downlink) w transmisjach internetowych i multimedialnych, niż są one potrzebne w kanałach przesyłających informacje od abonenta w górę sieci (uplink).

Przez HSDPA do telefonii 4G

Ewolucja systemów komórkowych

Wzrastający udział transportu danych przez sieci komórkowe UMTS powoduje, że silnie narasta potrzeba wdrażania asymetrycznych technologii radiowych takich jak HSDPA o większej szybkości i efektywności wykorzystania łącza w kierunku abonenta. Obecnie sądzi się jednak, że wkrótce nastąpi dalsze podniesienie przepływności łącza radiowego "w dół" za pośrednictwem kolejnej technologii MIMO (Multiple Input Multiple Output), sygnowanej w specyfikacji UMTS (3,5G) jako wersja R6 o teoretycznej przepływności sięgającej 21,6 Mb/s (downlink).

Zwiększanie szybkości łącza radiowego bez poszerzania pasma wymaga stosowania schematów modulacji o większej wartościowości, podobnie jak korzysta się z nich w trybie EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), stosowanym w rozwiązaniach GSM (2,5G). W UMTS oprócz modulacji QPSK zastosowano 16-wartościową modulację 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation), której wydajność widmowa jest dwukrotnie większa. Jednakże korzystanie z zalet nowej modulacji 16QAM ma ograniczenia środowiskowe, gdyż wymaga stosunkowo wysokiego poziomu sygnału użytecznego, z niewielkim jego tłumieniem wzdłuż trasy emisji. Spełnienie wszystkich funkcji jest więc możliwe jedynie w stosunkowo niewielkiej odległości między stacją bazową a terminalem odbiorczym.

Prace nad szybszym łączem pakietowym HSDPA - czyli radiowej transmisji w kierunku abonenta - zespół projektowy 3GPP podjął w 2002 r., a specyfikacja określająca parametry takiego kanału pojawiła się w wersji R5 systemu komórkowego UMTS. Mimo że specyfikacja obejmuje obydwa tryby pracy dupleksowej systemu UMTS (zarówno częstotliwościowego FDD, jak i czasowego TDD), operatorzy w pierwszej kolejności zaczęli wdrażać jedynie dopracowane rozwiązania operujące w trybie pracy FDD z wielodostępem WCDMA. Najnowsza wersja standardu HSDPA oferuje 2 systemy modulacji sygnałów w infrastrukturze radiowej, przy czym nominalna szybkość pobierania danych 3,6 Mb/s jest implementowana standardowo, natomiast transmisja 14,4 Mb/s zwykle stanowi jeszcze opcję.


TOP 200