Когда-то широкополосного мобильного Интернета не было вовсе, а теперь гляньте: как минимум три технологии существуют одновременно и претендуют на то, чтобы быть самой лучшей, быстрой, удобной и недорогой. Какова ситуация на самом деле?

В первую очередь надо разобраться с названиями стандартов. 3G или 4G и уж тем более выкрутасы типа 3,5G или даже 3,75G — это вовсе не названия стандартов, а условные обозначения поколений мобильной связи, общей договоренности по использованию которых ни у кого нет. Можно лишь примерно очертить границы: третье поколение — это скорости в несколько мегабит в секунду, четвертое — десятки и сотни мегабит в секунду. Однако скорость зависит не столько от используемого стандарта связи, который представляет собой по большей части маркетинговое наименование, сколько от конкретных технологий, протоколов и модуляций.

При детальном изучении выясняется, что технологии используются одни и те же либо очень похожие, поэтому и результаты достигаются приблизительно одинаковые: законы физики равны для всех. И в условиях городской застройки все начинает зависеть не от технологии, а от планирования и емкости сети конкретного оператора, а также от количества абонентов: чем больше загрузка сети, тем скорость ниже. Поэтому при выборе конкретного решения следует выбирать, скорее, оператора, чем стандарт связи.

В любой технологии скорость зависит от соотношения «сигнал/шум» — чем оно выше, тем больше данных можно передать в единицу времени, то есть скорость выше. С увеличением соотношения «сигнал/шум» можно получить ту же скорость при большем расстоянии между приемником и передатчиком или большую скорость при том же расстоянии. Одновременно увеличить и скорость, и расстояние нельзя, поэтому максимальная скорость, достижимая теоретически, всегда фиксируется только рядом с базовой станцией. Увеличение соотношения «сигнал/шум» возможно за счет применения более помехоустойчивых алгоритмов кодирования сигнала, а также увеличения его мощности. Если спектр полезного сигнала отличается от спектра шума, улучшить отношение «сигнал/шум» можно ограничением полосы пропускания системы. Однако чем больше полоса пропускания, тем больше данных можно передать одновременно, а значит, тем выше скорость. Также полоса пропускания ограничена свободным частотным ресурсом. Вышесказанное еще раз подтверждает тезис, что чудес не бывает: высокая скорость достигается только при большой мощности, на близком расстоянии, при использовании помехоустойчивых алгоритмов и при наличии широкой полосы пропускания. А как называется стандарт и к какому поколению он относится, не столь важно, главное, что каждое новое поколение каким-то образом улучшает одно из требуемых условий.

Сегодня в России рядовой абонент может подключиться к сети CDMA EV-DO Rev.A, UMTS с поддержкой технологий HSDPA и HSUPA и WiMAX 802.16e. В перспективе будут доступны технологии HSPA+ в сетях UMTS, новая версия WiMAX 802.16m и стандарт LTE.

EVDO(Evolution-Data Optimized) — технология передачи данных, используемая в сетях сотовой связи стандарта CDMA. Скорость передачи данных в EV-DO достигает 2,4 Мбит/с (Rev.0), 3,1 Мбит/с (Rev.A) в прямом канале (к абоненту) и 153 Кбит/с и 1,8 Мбит/с в обратном канале соответственно. В прямом канале используется технология временного разделения абонентов TDMA (как и в GSM), наиболее подходящая для пакетной передачи данных. При этом в прямом канале в стандарте EV-DO используются 16 таймслотов длительностью по 1,67 мс каждый, в которых и передается абонентская информация. То есть определенное время передается информация одного абонента. В зависимости от типа передаваемой информации используется адаптивная модуляция. От типа модуляции, применяемой в прямом канале, зависит, в свою очередь, скорость передачи данных, система оценивает размер кодируемого пакета, состояние радиоинтерфейса и назначает в соответствии с этим вид модуляции QPSK, 8-PSK или 16-QAM.

Для передачи пакетов большого объема скорость передачи данных абонента достигает 3,1 Mбит/с. При этом он занимает всего лишь один таймслот. Вся остальная емкость доступна для других абонентов (и с другими скоростями, находящимися на разных дистанциях от базовой станции). Таким образом, система управляет скоростью передачи и никогда не выделит больше ресурсов абоненту, находящемуся в худших условиях.

В перспективе технология EV-DO Rev.B позволит использовать несколько несущих частот, что обеспечит скорость до 14,7 Мбит/с. На замену ей разработан стандарт Ultra Mobile Broadband (UMB) с ортогональным разделением частот (OFDMA) и временным разделением каналов, фазированными антенными решетками и прочими ухищрениями, позволяющими развить скорость до 275 Мбит/с к абоненту и 75 Мбит/с от абонента.

HSDPA (англ.High-Speed Downlink Packet Access, высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) — технология, развертываемая на сетях UMTS. Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/с, в действующих сетях реализованы скорости 3,6 и 7,2 Мбит/с. Категории мобильных терминалов, использующих технологию HSDPA в сетях мобильной связи UMTS/HSDPA. Стандартом предусмотрено 12 категорий с различными значениями максимальной скорости передачи данных в пакетном режиме от базовой станции к мобильному терминалу. Каждая категория характеризуется максимальным числом одновременно используемых кодов (до 15-ти) и типом модуляции в радиоканале (QPSK/16-QAM). При использовании также модуляции 64-QAM достигаются новые скорости: до 17,6 или до 21,1 и даже до 42,2 Мбит/с, правда, последнее значение — уже с двумя несущими частотами, а если использовать одновременную связь с двумя сотами, то скорость теоретически может вырасти до 84,4 Мбит/с. Все эти «вкусности» уже относятся к технологии HSPA+.

Аналогично HSDPA, технология высокоскоростной пакетной передачи данных по направлению «вверх» (англ. High-Speed Uplink Packet Access, HSUPA) представляет собой стандарт мобильной связи, позволяющий ускорить передачу данных от устройств конечного пользователя до базовой станции за счет применения более совершенных методов модуляции. Теоретически стандарт HSUPA рассчитан на максимальную скорость передачи данных по направлению «вверх» до 5,7 Мбит/с.

WiMAX 802.16e, а именно его разновидность WiBro, — стандарт, в котором применяется временное мультиплексирование, масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA). OFDM является цифровой схемой модуляции, использующей большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме (например BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (быстрое преобразование Фурье). Полоса частот каждого канала равна 8,75 МГц. Скорость передачи данных для каждой несущей составляет 30-50 Мбит/с, зона действия каждой базовой станции — 1–5 км. Стандарт поддерживает QoS — приоритеты в передаче данных разного типа, что позволяет надежно передавать видеопотоки и другие данные, чувствительные к задержкам в канале.

Перспективное развитие WiMAX — это модификация 802.16m, которая в настоящее время находится на стадии разработки. В ней будет реализована скорость передачи данных до 1 Гбит/с в фиксированном режиме и до 100 Мбит/с — в мобильном с обязательным использованием технологии MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) — передачи и приема данных с помощью нескольких антенн. Передающие и приемные антенны разнесены настолько, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами. Число передающих и приемных антенн не обязательно должно совпадать. Разнесенная приемопередача позволяет достичь лучшей помехоустойчивости, а значит, и более высокой скорости передачи данных.

3GPP Long Term Evolution (LTE) — название мобильного протокола передачи данных (Long Term Evolution). Проект 3GPP считается стандартом по совершенствованию технологий CDMA, UMTS для удовлетворения будущих потребностей в скорости передачи данных. Эти усовершенствования могут, например, повысить эффективность, снизить издержки, расширить и совершенствовать оказываемые услуги, а также интегрироваться с существующими протоколами. Скорость передачи данных по стандарту 3GPP LTE в теории достигает 326,4 Мбит/с в прямом канале для каждых 20 МГц спектра при использовании четырех приемных и четырех передающих антенн (MIMO). В обратном канале скорость достигает 172,8 Мбит/с, а при использовании одной антенны — 86,4 Мбит/с. Для прямого канала используется OFDM-доступ, а для обратного — FDM-доступ с одной несущей без ортогонального разделения.

Радиус действия базовой станции LTE может быть различным, в зависимости от мощности и используемых частот. В оптимальном случае это порядка 5 км, но при необходимости он может составлять до 30 или даже 100 км (при достаточном поднятии антенны).

Реальные скорости, доступные абонентам, сильно отличаются от идеальных, заявленных в описании протоколов. Так, в сетях EV-DO и HSDPA типичная скорость загрузки данных составляет всего 512 Кбит/с, поднимаясь до 1-1,5 Мбит/с по ночам, когда сеть не загружена. В сетях WiMAX можно рассчитывать примерно на 1 Мбит/с, при небольших нагрузках она достигает 8 Мбит/с. Такие же скорости достигаются и в HSPA+. В сетях LTE скорость загрузки данных составляет около 20-30 Мбит/с.

В обратном канале скорость не превышает 300 Кбит/с для всех сетей, кроме LTE, и по праздникам достигает 1 Мбит/с. Возможны и более высокие значения скорости, однако реально рассчитывать можно только на вышеуказанные цифры, поэтому, выбирая провайдера беспроводного широкополосного доступа, подумайте: для каких целей вам нужна такая скорость? Мобильный Интернет, доступный сегодня, подойдет, в основном, только для веб-серфинга: видео высокой четкости и терабайты программного обеспечения будут доступны лишь в перспективе. Сегодня же операторы вследствие недостаточной для таких приложений пропускной способности сетей вынуждены искусственно ограничивать абонентов: например, на безлимитных тарифах после израсходования определенного лимита трафика скорость понижается до минимальной (операторы UMTS — МТС, «Билайн», «МегаФон», и CDMA — «Скай Линк») либо абоненту может быть установлен наименьший приоритет, тогда при загруженной сети он получит минимальную скорость (оператор WiMAX — Yota).

Текст: Илья Шатилин