Алматы қаласында 4G технологиясын ұйымдастыру

Сайып келгенде, 4G жүйелер IMT-Advanced стандарттардың пулiне кіру технология сияқты анықтауға болады (1.2-сурет). Оларды қолданбалы деңгейде бөледі:

 

 

1.2-сурет. 4G технологиялардың құрастырылуы

 

- (жылжымалы/номадтикалық абоненттердiң  үшiн 100/1000 Мбит/с) жоғары  жылдамдық.  Бұл бiрнеше мультимедиа ағындарымен  жұмысты бiр уақытта бiлдiредi, табиғатқа және QoSқа талаптар  бойынша әр түрлi;

- өзара үйлесiмдiк және белсендi  өзара әрекеттесу. Қолданушы басқа  желiлерден бөгеуiл сезінбеу керек  және тораралық деректердi беруi мәселелер де.

4G технологиялық жүйе деңгейінде бейнеленедi:

- OFDM модуляцияларына толық өтуімен (қайта шағылыстыру шарттарда жұмыс iстеу) ;

- физикалық радиохаттамалары бiрлескен  жұмыстың келiсушiлiгiмен деңгейде;

- биiк иiлгiштiкпен жиiлiк жолақтары,  жиiлiк ауқымдарының таңдауында  әдiстердiң модуляциялары адаптивтi қайта құрумен;

- арналық түзететiн кодтаудың  өте мүлтiксiз әдiстерiнiң қолдануымен  (каскадты кодтар, LDPCтың коды, көп  деңгейлi интерливинганың дамыған  жүйесiмен тағы сол сияқтылар);

- (IPv6 хаттамаларға өтумен ), бiртұтас NGN-шы әр түрлi стандарттардың  жүйелерiнiң кiрiгуiн мүмкiндiк пайда  болады - (мысалы MPLS-тың технологиясының  негiзiнде желi) толық IP-шi желiнiң  тіректік/базалық, IMS-шi платформаның  қолдауы.

Барлық аталған технологиялық  ерекшелiктер төңiрегiнде микроэлектрон  элементтiк базасының соңғы жылдарының ақиқатында революциялық табыстарына  арқа сүйейдi. Бұл өздерiнiң қабылдау-жiберу құрылымдарының функционалдығына ғана емес. Оған олардың өңдеуiн құралдар керек болады. Керiсiнше, түпкi тұтынушы ТВ және видео қарағысы , жаңалықтармен  ауысып және оған үлкен файлдарды  бекіте кеткiсi, өлең  тыңдағысы, сөйлескiсi келедi. Компьютерлер, смартфоны, ноутбуктар және нетбуктар,қолда ұстайтын компьютерлер  торлық құрылымдарының қажеттi кiрiгуi үшiн және сол сияқты құрылымдарсыз 4G желi жай ғана пайдасыз.

 

 

1.2 Желiдегi қолданылатын  технологияларға шолуы

 

1.2.1 LTE мен WiMAX  технологияларын  салыстыру

 

 

WiMAX және LTE стандарттар аса көп  ортақ болады. Осылай, екi жағдайларға  (MIMO) көптiк антенналар, (OFDM) ортогоналді  мультиплекстеу  және жақын жиiлiктердi  қолданылады. Сонымен бiрге деректердi  беру жылдамдығы бірдей.

Сонымен бiрге  WiMAX (1.0 релиз) жүйелерi сол уақытта (TDD) уақытша дуплекстеу болды. Олар 10 МГц жолақтар жанында  ұқсас ені төмен түсетін арнадағы жылдамдық 2-3 есе HSPAға қарағанда биiгiрек  қамтамасыз еттi (төмен түсетін және жоғары өрлейтін арналардың арасындағы ортақ динамикалық өткiзу қабiлетi TDD-тың жанында WIMAXке жiктелу дәл  мән келтiруге мүмкiн емес).

Жүйелердiң эволюцияларында келесi адымы 3GPP. Стратегиялық адым  LTE (Long Term Evolution) жүйелерi болып табылады. Оларды ажырату технологиясы төмен түсетін OFDMA, жоғары өрлейтін арнадағы SC-FDMA . Модуляция  -   64-QAM-ге дейiн, каналдың енi - 20 МГцке  дейiн. TDD және FDD дуплекстеу. Адаптивті  антенна жүйелерi, қатынастың иілгіш желiсi қолданады. Толық желілік архитектура - IP желi. LTE-ның жүйесiндегі технология жылжымалы WiMAX қолданылатын әдiстері  қолданылады, сондықтан  LTE-нiң жүйелерiнiң  ұқсас тиiмдiлiгi және салыстыру параметрлері 1 кестеде көрсетілген.

Бұл 3G-шi революциялық жақсартуды LTE-ның  жүйе атап өту керек. LTE   CDMA  жүйелерiнен OFDMA жүйелерiне , сонымен  бiрге толық пакеттер коммутациясымен IP жүйесiне өтуді ұсынады. Ұялы байланыстың  қазiргi желiлерiне бұл технологияның  енгiзуi, сондықтан қалай кең каналдан артықшылықтың алуы үшiн жаңа радиожиiлiк  қорлардың минимум, қажеттiлiк болғанын бiлдiредi. Бұдан басқа, керi үйлесiмдiктiң  қамтамасыз етулерi үшiн екi режимдi абоненттiк құрылымдар қажеттi. 3G LTE-ге жүйелерiне бiр қалыпты өту сондықтан  тiптi проблемалық.

Жылжымалы WiMAX ары қарай дамыту релиздi 2.0  спецификациясы суреттейдi. Ол стандартта талап IMT-Advanced қамтып көрсететiн IEEE 802.16m негiзделедi. WiMAX 1.0-релиз мен  параметрлермен салыстырғанда сәйкес спектрлiк тиiмдiлiктерi екi есе үлкееді, жоғары өрлейтін (1,3 бит/с/Гц),төмен түсетін (2,6 бит/с/Гцке дейiн) (1.3-сурет).

 

 

 

 

 

1.1-кесте

WiMAX және LTE керекті салыстыру параметрлері

Параметрлер	LTE	WiMAX 1.5 релиз
Дуплекстеу	FDD және TDD	FDD және TDD
Талдау үшiн жиiлiк ауқымы	2000 МГц	2500 МГц
Каналдың енi	20 МГцке дейiн	20 МГцке дейiн
Базасынан	OFDMA	OFDMA
Базасына	SC-FDMA	OFDMA
Бит/Гц/с спектрлiк тиiмдiлiк
Төмен түсетін арна, (2х2) MIMO	1,57	1,59
Жоғары өрлейтін арна, (1х2) SIMO	0,64	0,99
Жылжымалы станцияның максималды жылдамдығы, км/с	350	120
Кадрдың ұзақтығы, мс	1	5
Антенна жүйелерi
Төмен түсетін арна	2х2, 2х4, 4х2, 4х4	2х2, 2х4, 4х2, 4х4
Жоғары өрлейтін арна	1х2, 1х4, 2х2, 2х4	1х2, 1х4, 2х2, 2х4

 

Бұл параметр екi есе өседi және сота базасының шекарасында - төмен түсетін және жоғары өрлейтін каналдар үшiн 0,09 және 0,05 бит/с/Гцке дейiн, сәйкесiнше.

AMR (12.2 кбит/с ) сөйлеу кодегi үшiн  мегагерцке мүмкiн болатын 60 бiр  уақыттағы дауыс сессияларымен  болады. Жылжымалы терминалдардың  мүмкiн орын ауыстыру жылдамдығы 500 км/с  дейiн өседi. Хендовердiң  жанында уақыттың орнатуын қосылуы,  радио желiсiнiң ортақ тоқтауы  және ауыстырып қосуды уақытты  қысқарады. Сонымен бiрге 1.0 және 1.5-шi релиздi WiMAXтiң жүйелерi бар  толық керi үйлесiмдiкке кепiлдiк  берiледi WiMAX және LTE-нiң технологияларына.

 

 

1.3-сурет. Орташа спектр тиiмдiлігінің  салыстырылуы.

 

Мобиліді WiMAX тиімді IP-желiсін ұсынады,ал LTE желiсi айтарлықтай қиындау. Егер WiMAX желiлері IETF IP- хаттамаларына толықтай негізделес, онда LTE қиындау, көбiрек  хаттамалар қосады.Соның iшiнде 3G приетарлы  хаттамалары бар.

 

 

1.4-сурет. LTE-ның жүйелiк архитектурасы

 

 

1.5-сурет.WiMAX-тың жүйелiк архитектурасы

 

Мен салыстырмалы талдауды негiзде WiMAXтiң технологиясын таңдадым, кең жолақты сымсыз рұқсаттың желiлерiнiң технологиясы өйткенi үш маңызды есептер шешуге мүмкiндiк бередi: жылжымалы компьютерi бар қарым-қатынасты ықшамдау; өз ноутбугi бар кеңсе келген, iскер әрiптестер жұмыс үшiн жайлы шарттар, кабелдi төсеу мүмкiн емес немесе жол тым тар жерге .

Мұндай технологиялардың бiрi WiMAX жүйесi болып табылады - 802.16 стандарттарының  бұл 75 Мбит/с дейінгі айшылықты алыс жерлерге интернетті екi жақты қатынас жылдамдықпен қамтамасыз ететiн радиотехнология сонымен бiрге QoS-ты қамтамасыз етеді.

Бүгiнгi және келешек операторлардың ықыласына WiMAX-тiң рұқсат берілген үш бизнес үлгiлерi ұсынылады:бекітілген қатынас, кабел немесе DSL алмастыратын;портативті қатынас, құрылымы бар толық жылжымалы  жүйе және тiптi қалалық аудан қамтитын  - бұл жылжымалы абоненттерге шығынсыз QoS-тардың қызметiн алуға мүмкiндiк берген 802.16-IEEE 802.16m  перспективалы стандарты. WiMAX дауыс байланысының мүмкiндiгiн қолдайды. Технология артықшылықтардың қатарын алатынын атап өтуi керек.

WiMAXтiң желiлерi (xDSL, T1) салыстырғанда,  сымсыз немесе спутниктi жүйелермен  операторларға және сервис мүмкiндiк  беруi керек - провайдерлерге жаңа  потенциалдық қолданушыларғана  емес, ендi (тұрақты ) бекiтiлген қатынас  болатын қолданушылар үшiн ақпараттық  және коммуникациялық технологиялардың  спектрiн кеңейту қамтуға экономикалық  тиiмдi.

Сымсыз технологиялар иілішті  және, салдар бойынша, жазуда оңайырақ болатын өйткенi масштаб жасай  аладуға керегiншедi.

Дамитын елдердегi желiлерiнiң жазуына  шығынды кiшiрейтудi фактор, аз  немесе алып тастаған аудандар сияқты қоюды  оңайырақ.

Қамтуды алыстық радиобайланыстың жүйесiнiң маңызды көрсеткiшi болып  табылады. Кең жолақты деректердi берудiң сымсыз технологияларының  көпшiлiгi дәл осы кездегі желi объекттердiң арасындағы көрiнетiндiктiң  түзуiн бар болулар талап етедi. OFDMА технологиялар WiMAX қолданудың арқасында  негiзгi станцияға клиент жабдығының көрiнетiндiктiң түзудiң жоқтығы  шарттарындағы жамылғыны аймағын  құрады, бұл қашықтықта  километрлермен саналады.

WiMAX технология оны интегралдауға  оңай және айқын мүмкiндiк бередi, жергiлiктi жүйенің IP хаттамасы бастапқы  болады.

WiMAX технология бекiтiлген, басқа  орынға ауыстырылатын және бiртұтас  инфрақұрылымда желiлердiң жылжымалы  объекттерi үшiн жақындайды.

Бүгiнгi күнге, байланыстың сандық технологиялары шапшаң екпiндермен  дамиды. Осылай, әлi де әлдеқашан, желiлердiң  сервистерi 3G қиял ғажап болатын, әлемнiң  әр түрлi елдерiндегi барлық үлкен және үлкен мәлiмдiлiгiн 4G-ден бүгiн жаулап алып жатыр. 4G технологиялары  сымсыз байланысты ондық және жүздiк Мбит/с  жылдамдықпен жүзеге асыруға мүмкiндiк  бередi. Бүгiнде,үшжарым мың адамдарға 4G желiнiң абоненттерi  болып табылады. Онда мәлiметтердiң арнайы пакеттi тапсыруы iске асырылған 4-шi ұрпақ желiнiң  өте маңызды және маңызды айырмашылығы ғой. Сол бiр мезгiлде, 3G  дауыс  трафигiнiң берiлуi және деректер топтамаларында мұндай мүмкiндiгi болмайды. 4G-шi осы  желiлердi максималды өткiзу қабiлетi 1 Гбит/с  жете алады.Демек, технология сол сияқты тiптi қозғалыста бейне фильмдердi қарап  шығып, музыканы тыңдап және машинада интернеттiң желiсiнде жұмыс iстеуге мүмкiндiк бередi немесе басқа көлiк  құралдың қолдануында. Сонымен бiрге  деректердi беру IPv6 хаттама бойынша (IP 6 болжамы).

WiMAX-ті LTE-мен салыстырғанда үлкен  артықшылықтарға ие болады: WiMAX (802.16e)  қазірде артықшылығы онымен салыстырылатын 2009 жылдың наурызында стандарт  ретiнде жасалған LTE-ның болжамдарының  үш  жыл уақыты көп. WiMAXтiң келесi  итерациясы, 802.16m, тезiрек жинағы, 2012-2013 жылдардағы LTE-Advanced-тың пайда болуы,ол  алда ұстайтын 2010 жылда енгiзiледi. Бұдан басқа, WiMAX спектрі LTE спекрінен  арзан болады. LTE қабылданулар тоқтаулармен  қақтығысып қалады,ал WiMAX ары қарай  тоқтаусыз дами береді.

 

 

3. IEEE 802.16 кең жолақты қатынау стандарттары

 

1.3.1 Кең жолақты IEEE 802.16 стандарттарының түрлерi

 

 

IEEE 802.16 2001-шi стандарттың бiрiншi болжамы 2001 жылдың желтоқсаны, 10-66 ГГц стандартта жұмыс жолағы  бастапқы қабылданды. IEEE 802.16 стандарты  “нүкте-көпнүкте” топологиясы бойынша  ұйымдастырылған кең жолақты  сымсыз байланысқа архитектураны  суреттедi  және  қаланың масштабының  тұрақты сымсыз желiлерiнiң жасауына  бағдарлады (WirelessMAN). IEEE 802.16 2001 физикалық деңгейде стандартта өйткенi қолдану жинағы бiр тасымалдаушы жиiлiк есептедi, ол WirelessMAN-SC (Single Carrier) аталған болатын.

Сигналдың  тез басылуы 10-66 ГГц-тiң  жиiлiктерi аралықта таратқышпен және қабылдағыштың аралығында тек қана көрiнетiндiктiң түзуiн аймақта  болуы мүмкiн. Бiрақ радиобайланыстың бас мәселелерiнiң бiрi шешіліп  жатыр - сигналдың көп сәуле таратуы. Стандартта модуляцияның мына түрін  пайдалануға кеңес QPSK, 16-QAM  немесе  64-QAM. Деректердi беру жылдамдығы 20, 25 және 28 МГц радиоканалдардағы енмен  берiлудi 32-134 Мбит/с және 2,5 шақырым  алыстыққа жетеді.Кейін 2002 жылғы 802.16-2001 стандартта қателiк айқындалып, 802.16с-2002 қосымшасы пайда болды - профильлердi кеңейтетiн және оларды түзететiн.

802.16а стандарттың негiзгi айырмашылығы 2-11ГГц жиiлiк ауқымындағы жұмыс,  бұл қабылдағышпен және таратқыштың  аралығында көрiнетiн түзуi бар  болуы керек емес. Бұл 802 16a сымсыз  желiлердiң аймақ жамылғысы түрiнде  стандарттың желiлерiнде 802.16-ға  қарағандасы едәуiр кеңiрек. 2-11ГГц  қолдану жиiлiк ауқымдары физикалық  деңгейдегi кодтауды техниканың  маңызды қайта қарауы және  сигналдың модуляциясы да талап  еттi. 802.16а жабдығы мына модуляциямен  жұмыс iстеуi QPSK 16QAM, 64QAM және 256QAM,  қабылдайтын  өткiзу жолағы  бар радиоканалдардағы 6-9 км қашықтықтағы, бiр базалық станцияның секторына  1-75 Мбит/с мәлiметiнiң тапсыру жылдамдығы 1,5 ден 20 дейін МГц аралығындағы  қолдауы керек. Бiр үлгiдегi  негiзгi станция секторларда 4 тен  6 ға дейін аралығындағы болады.

802.16a стандартында жұмыс iстеу  тәртiбiн сақтауға мүмкiндiк берген  бiр тасымалдаушы, (LOS ) сонымен бірге  (NLOS ) көрiнетiн түзу шартта да. Сайып келгенде, үйреншiктi 256 апаратын  сандарында  8 абоненттердiң бiр  уақыттағы жұмыс қамтамасыз етiлуде.

2004 жылының шiлдесiне қарай IEEE 802.16-2004  стандарты қабылданды,белгілі  атымен 802.16d немесе бекiтiлген WiMAX  және мына барлық жаңалықты  топтастырған. Бiрақ жабдықтың толық  үйлесiмдiгi туралы сол кезде  айтылуы  мүмкiн емс еді.  Радиоканалдардың әртүрлi енiмен,  сонымен бiрге әрбiр өндiрушiнiң  жабдығының FDD және TDDтiң дуплекстеуiн  уақытша және жиiлiк тәртiбi  және басқа талаптардың қатары SC, OFDM және OFDMнiң мультиплекстеу жасауының  әртүрлi тәртiптерiнiң бар болулары  артынан сол сияқты сирек кездесетiн  қалды, абоненттiк құрылымдардың  құны қымбат болды. Стандарттың  бекiтiлген қатынсының жабдығының  бұл жағдайлары арқасында IEEE 802.16-2004 абоненттiк қатынастың желiлерiнiң  құрастыруының дәстүрлi әдiстерi қолдану, қайда  арзанда қолданылады  және жай ғана мүмкiн емес  те тиiмдi емес те еді.

2005 жылдың соңында IEEE 802.16е стандартпен  қабылданды, IEEE 802.16-2005 немесе жылжымалы  WiMAX сияқты белгiлi. Бұл интернетке  сымсыз кең жолақты рұқсаттың  дамытуын эволюциясындағы жаңа  адымдары болды. Негiзгi ықыластың  жылжымалы абоненттердiң қолдауының  сұрақтары және хендоверді жеке  алғанда және желілер аралығындағы  роумингке,әртүрлі құрылыстағы сымсыз  стандарттарда бөлінді. Роуминг  жылдамдықтағы абоненттiң орын  ауыстыруында 120 км/с дейiн ( тура  бұл ұялы байланыс желiлерiндегiндей  болады) негiзгi станциялардың арасындағы  жiксiз ауыстырып қосуға мүмкiндiк  бередi. Жылжымалы WiMAX-те Scalable OFDMAны  қолданылады – OFDM қатынас масштаб  жасалатын және оның жоқтығына  осылай көрiнетiн түзуi шартта  болуы мүмкiн жұмыс. Mobile WiMAX-тiң  желiлерi үшiн жиiлiк ауқымдары  бөлінеді: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8ГГц.