Generacija štiri

Objavljeno: 26.6.2012 | Avtor: Nikolaj Simič | Kategorija: Vklop | Revija: Junij 2012

NMT, GSM, GPRS, EDGE, 3G, HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+. Množica kratic, ki jih že leta srečujemo v mobilni telefoniji, se bo počasi zlila v eno samo - LTE. Četrta generacija mobilne tehnologije obeta, da bomo končno vsi venomer povezani. Kaj LTE sploh je in kako to, da slovenski operaterji tokrat pri vpeljavi nove mobilne tehnologije niso v sami konici, kot so bili vselej.

Prva generacija - brezžična govorna telefonija

Prvi mobilni telefoni so bili še zelo težko prenosljivi.

Mobilne radijske komunikacije za komercialno rabo za širok krog uporabnikov so se začele uporabljati v začetku osemdesetih let. Različni ponudniki so razvili vrsto sistemov, ki med seboj večinoma niso bili združljivi. V Sloveniji smo uporabljali sistem NMT (Nordic Mobile Telephone), a je deloval na nestandardnih frekvencah, ker je v Jugoslaviji standardne frekvence zasedala vojska.

Sistem NMT je na radijskem vmesniku med baznimi postajami in terminali uporabljal analogno modulacijo, vendar se je za prenos govora med baznimi postajami in stikalnim delom že uporabljal digitalni prenos.

NMT je že omogočal tudi (počasen) prenos podatkov v govornem kanalu prek posebnega modema, prirejenega za uporabo v mobilnih omrežjih prve generacije.

Kljub razmeroma velikim napravam (od velikosti manjšega kovčka do nerodnih ročnih naprav) je ta sistem mobilne telefonije že nakazal, da so želje in potrebe po mobilnih komunikacijah dovolj velike, da je smiselno razviti sodobnejše načine modulacije in digitalnega prenosa na celotni prenosni poti od terminala do terminala.

Druga generacija - GSM

Prvi telefoni GSM so bili veliko manjši od prvih telefonov NMT, pa vendar še - "opeke".

Nezdružljivost analognih mobilnih omrežij je bila eden glavnih razlogov, da so se evropske (takrat še) poštne uprave pod okriljem CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) leta 1982 dogovorile, da bodo ustanovili skupino GSM (Groupe Spécial Mobile) za razvoj enotnega sistema digitalnih mobilnih komunikacij. Ta je dobila zahtevno nalogo, da pripravi enotne standarde za mobilno telefonijo, ki bi jo lahko uporabljali v vseh evropskih državah.

Skupina GSM je bila uspešna in tako je že leta 1987 15 evropskih operaterjev iz 13 držav podpisalo pogodbo o sodelovanju pri gradnji in povezovanju svetovnega digitalnega mobilnega telekomunikacijskega omrežja, imenovanega Global System for Mobile Communications, kar danes kratica GSM tudi pomeni.

Leta 1989 je delo skupine GSM prevzel ETSI (European Telecommunications Institute), ki je pravzaprav najbolj zaslužen za to, da je GSM postal nesporni svetovni standard. Iz Evrope se je v slabem desetletju GSM prenesel po vsem svetu. Največja prednost sistema GSM je bila vsekakor povezljivost, ki je omogočila, da se posamična nacionalna omrežja povezujejo med seboj v globalno omrežje. Danes nam je mednarodno gostovanje (roaming) v mobilnih omrežjih v tujini nekaj povsem samoumevnega, zato je poleg mobilnosti največ prispevalo k uspehu sistema GSM po vsem svetu.

Uvedba digitalnega prenosa tudi na radijskem vmesniku je zelo izboljšala kakovost prenosa govora, vendar osnovni GSM standard razen prenosa kratkih sporočil ni omogočal paketnega prenosa podatkov. To je omogočila šele nadgradnja standardov s tehnologijo GPRS (General Packet Radio Services) leta 1997.

Na tem mestu moramo omeniti, zakaj je pravzaprav GPRS mejnik v mobilnih podatkovnih komunikacijah. Do prihoda GPRS so se podatki prenašali prek omrežij GSM preko tako imenovanih tokokrogovnih (CS - Circuit Switched) povezav. To je pomenilo, da se je skozi omrežje vzpostavila povezava, po kateri so se prenašali podatki. GPRS uporablja radijski vmesnik s paketnim prenosom (PS - Packet Switched) podatkov, kar pomeni, da se podatki prenašajo v obliki paketov prek navideznih povezav. Če je uporabnik pri tokokrogovnih povezavah ves čas prenosa podatkov zasedal prenosni kanal in ga tudi plačeval (!), pri paketnem prenosu zaseda prenosni kanal le v času prenosa paketa podatkov. S tem se seveda zmanjša zasedenost kanalov in poveča skupna prepustnost omrežja, cena prenosa podatkov pa drastično upade, saj uporabnik plačuje le čas, ko se podatki dejansko prenašajo, torej plačuje le količino prenesenih podatkov.

Izboljšava standarda GPRS, imenovana EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), je omogočila paketni prenos podatkov s hitrostmi tudi do 384 kb/s. Kljub temu je bila ta nadgradnja le premik proti tretji generaciji mobilnih omrežij, ki se je zaradi kompleksnosti nekoliko zakasnila. Zato ta izboljšana omrežja včasih imenujemo tudi omrežje 2,5 G.

Tako GPRS kot EDGE sta torej predstavljala prvi korak k hitremu paketnemu prenosu podatkov in s tem večji mobilnosti hitrega dostopa do interneta. GPRS omogoča poveza z internetnim protokolom (IP) in paketne povezave točka - točka (PPP - point-to-point protocol). S tuneliranjem lahko prenaša celo podatke prek protokola X.25, ki pa je medtem že postal zgodovina in se v mobilnih omrežjih ne uporablja.

Vzporedno z razvojem prenosa podatkov je potekal tudi razvoj storitev, ki jih omogočajo mobilna omrežja, vendar so te storitve še vedno precej zaostajale za klasičnim internetom. (Pogojno!) Večina uporabnikov je paketni prenos podatkov uporabljala (in ga še vedno uporablja) za dostop do elektronske pošte, manjše brskanje po internetu in podobne namene.

Kratice

NMT    Nordic Mobile Telephone

3GPP    3rd Generation Partnership Project

GSM    Global System for Mobile Communications (prvotno Groupe Spécial Mobile)

ETSI    European Telecommunications Standards Institute

GPRS   General Packet Radio Services

EDGE   Enhanced Data rates for Global Evolution

UMTS   Universal Mobile Telecommunications System

HSPA   High Speed Packet Access

HSPA+   High Speed Packet Access +

HSDPA   High Speed Downlink Packet Access

HSUPA   High Speed Uplink Packet Access

OFDMA   Orthogonal Frequency-Division Multiple Access

TD-CDMA  Time Division - Code Division Multiple Access

W-CDMA  Wideband Code Division Multiple Access

Tretja generacija - UMTS

UMTS je v začetku stavil na video telefonijo. Tako kot videotelefonija ISDN je stava klavrno padla.

Sorazmerno pomanjkanje storitev in predvsem primernih terminalov za uporabo teh storitev je vzpodbudilo podjetja k razvoju tretje generacije mobilne telefonije, bolje rečeno, mobilnih telekomunikacijskih sistemov, saj ti že v osnovi niso bili namenjeni več predvsem prenosu govora.

Povprečni uporabniki so bili s sistemi GSM v bistvu dovolj zadovoljni, da niso potrebovali nove generacije omrežij, še posebej, ker so zaradi ostre konkurence operaterji mobilnih omrežij začeli agresivno prodajati naročniške pakete, v katere so bili že zajeti mobilni terminali (telefoni). Naj mi tu naprednejši uporabniki ne zamerijo, vendar v mobilnih omrežjih še vedno prevladujejo uporabniki, ki jim govorna povezava in pošiljanje kratkih sporočil povsem zadostuje.

Tako operaterji kot izdelovalci so se zavedali, da morajo ponuditi uporabnikom nekaj novega, vznemirljivega, nekaj, kar bo spet pognalo trg mobilnih komunikacij. In so se domislili - mobilna video povezava. To bo nekaj, kar bo spet pritegnilo uporabnike!

Kot ste verjetno že opazili, je bila mobilna video telefonija ena večjih polomij v zgodovini komunikacij. Operaterji se niso ničesar naučili iz poloma video telefonije v ISDN omrežjih v devetdesetih letih - in so se spet opekli.

Kljub popolnemu neuspehu mobilne video telefonije pa je tretja generacija mobilnih komunikacij prinesla novo arhitekturo omrežij, ki so omogočala popolno paketno komutacijo (preklapljanje) in s tem zlitje z internetom. Mobilni internet je lahko zadihal v celoti.

Razvoj tehnologij mobilnih omrežij tretje generacije je prevzelo združenje 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Sestavlja ga šest standardizacijskih organizacij z vsega sveta, kar mu daje pomen in zagotavlja, da bodo ti standardi sprejeti po večjem delu sveta.

Ena najpomembnejših tehnologij tretje generacije je W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), ki jo je že okoli leta 1990 razvil japonski operater NTT Docomo (Nippon Telegraph and Telephone "vsepovsod"). Danes se uporablja kot najpogostejša radijska dostopovna tehnologija omrežij UMTS. W-CDMA je radijski vmesnik, ki omogoča paketni prenos podatkov s teoretično hitrostjo do 14,4 Mb/s, vendar danes v praksi večina terminalov še vedno ne omogoča več kot okoli 3,6 Mb/s z uporabo protokola v smeri proti terminalu HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Terminali nove generacije ob uporabi vmesnika W-CDMA in protokola HSDPA omogočajo hitrosti proti terminalu do 42 Mb/s.

Podobno kot GPRS in EDGE so se tudi v omrežjih UMTS pojavile izboljšave, in sicer v obliki HSPA (High-Speed Packet Access), ki se deli na HSUPS in HSDPA (v smeri proti bazni postaji in v smeri proti terminalu). Ta tehnologija pogosto označujemo kot 3,5 G in je korak k omrežjem 4G.

Vzporedno z razvojem omrežij tretje generacije so se torej pojavili tudi pametni terminali, ki so bili dovolj zmogljivi, da so lahko izrabili vse prednosti in storitve, ki jih omogočajo omrežja UMTS. Ravno ti terminali so spet dali dodaten zagon mobilnim omrežjem tretje generacije.

Poleg pametnih terminalov so začeli izdelovalci ponujati tudi vmesnike v obliki USB vtičev, ki omogočajo uporabo paketnega prenosa podatkov na prenosnih računalnikih, čedalje več prenosnikov pa ima take vmesnike že kar vgrajene.

Stanje pri nas

Če so bili naši mobilni operaterji v preteklosti tehnološko vedno v ospredju, saj so nas, majhno Slovenijo, izdelovalci rade volje izbrali za tehnološki poligon za preizkušanje nove opreme, v generaciji LTE to ne drži več. Kot pišemo v članku, je razlog predvsem neurejen frekvenčni pas, ki je namenjen komunikaciji LTE, pri čemer operaterji nimajo prav veliko besede. Tako smo bili novinarji že lani povabljeni na prikaz tehnologije LTE, ki jo preizkušajo v Mobitelu, nedolgo nazaj pa smo brali, da imajo podoben preizkusni poligon postavljen tudi v Simobilu.

Razpored izdanih dovoljenj za uporabo radiofrekvenčnega spektra za mobilna radijska omrežja v Republiki Sloveniji. Vir: www.svetidej.com

Pri Mobitelu smo preizkušali komunikacijo (prenašanje datotek in SpeedTest) med prenosnikom in strežnikom, pri čemer je bila za prenosno pot bazna postaja LTE, postavljena v bližini ljubljanskega Instituta Jožef Stefan. Hitrosti so bile impresivne, okoli 70 Mb/s, podatkovni ključek (podjetja ZTE) pa se je silno grel. Zaradi kompleksnosti komunikacije LTE in zaradi uporabe tehnologije MIMO, ki pomeni hkratno delovanje več sprejemnikov in oddajnikov. Kar predstavljamo si, kako bi tako hitra komunikacija hitro izpraznila veliko manjši akumulator mobilnega telefona ...

Matjaž Klančar

Četrta generacija - LTE?

Zaradi vse večjih zahtev po hitrosti prenosa in zmogljivosti omrežja so se rodile ideje o nadaljnjem razvoju hitrih mobilnih podatkovnih omrežij. Razvoj na tem področju hitro napreduje, pojavljajo se nove in nove različice standardov. Tako so četrto generacijo mobilnih omrežij poimenovali enostavno LTE (Long Term Evolution).

Priporočila za četrto generacijo mobilnih omrežij (4G) je pripravila Mednarodna telekomunikacijska zveza (ITU) v svojem sektorju za radiokomunikacije (ITU-R) pod nazivom IMT-Advanced, ki so nadaljevanje priporočil IMT-2000. Priprava standardov za LTE in LTE Advanced pa poteka v okviru že omenjenega projekta 3GPP. Čeprav se v javnosti 4G in LTE pogosto uporabljata kot sinonim, to dejansko nista. 4G predstavljajo priporočila ITU, LTE pa je živa družina standardov, ki jih pripravlja združenje 3GPP. Najnovejša različica standardov nosi naziv LTE Advanced iz leta 2010 in šele ta različica pravzaprav v celoti ustreza priporočilom za 4G, oziroma jih presega.

Standardi, ki jih pripravlja 3GPP, opisujejo radijska dostopovna omrežja (UTRA - Universal Terrestrial Radio Access in E-UTRA - Evolved Universal Terrestrial Radio Access). Že iz razvoja teh standardov lahko vidimo, da pri omrežjih 4G ne gre za popolnoma nove koncepte in tehnologije, temveč za postopno evolucijo radijskih dostopovnih omrežij. Od tod pravzaprav tudi ime LTE - Long Term Evolution.

Standardi za LTE obsegajo neverjetno količino tehničnih zahtev in opisov in daleč presegajo raven tega sestavka.

Če skušamo povedati poenostavljeno, katere so poglavitne izboljšave pri tehnologijah LTE, so to gotovo prostorsko multipleksiranje (SM - Spatial Multiplexing), večkanalna komunikacija (MIMO - Multiple-input Multiple-Output Communication) in novi način multipleksiranja OFDM.

Glavna težava pri mobilnih radijskih komunikacijah je omejen radiofrekvenčni spekter, ki ga imamo na voljo. Zato skušamo z različnimi načini povečati izrabo tega spektra. Kako to naredimo? Prostorsko multipleksiranje pravzaprav ni nič drugega kot hkratno oddajanje več podatkovnih tokov v prostoru. Na ta način lahko dosežemo večjo učinkovitost uporabe radiofrekvenčnega spektra, saj v istem frekvenčnem pasu v sosednjih plasteh prenašamo različne podatkovne tokove. Sprejemnik te tokove združi v en podatkovni tok in s tem poveča spektralno učinkovitost. Merimo jo v b/s/Hz, to je koliko bitov na sekundo lahko prenesemo v enem Hz pasovne širine radiofrekvenčnega spektra. Medtem ko dosegamo pri omrežjih 3G spektralno učinkovitost med 3 in 4 b/s/Hz, z uporabo prostorskega multipleksiranja in prenašanja več hkratnih bitnih tokov (MIMO) dosegamo učinkovitosti nad 8 b/s/Hz pri dvoslojnem prostorskem multipleksu in nad 16 b/s/Hz pri štirislojnem prostorskem multipleksu. V smeri proti terminalu lahko z uporabo osemslojnega multipleksiranja dosežemo celo več kot 30 b/s/Hz. To pa seveda pomeni drastično povečanje zmogljivosti omrežja LTE v primerjavi z omrežji 3G.

Dodatno povečanje učinkovitosti prenosa lahko dosežemo s statističnim multipleksiranjem podatkov na radijskem vmesniku ter z uporabo kodiranja OFDM. Pri tem načinu kodiranja se za prenos podatkov ne uporablja posamičen radiofrekvenčni kanal, temveč frekvenčni pas. S posebnim načinom kodiranja (SST - Spread Spectrum Technology) dosežemo, da frekvenčni spekter oddajnega signala pokriva celotno dodeljeno frekvenčno področje, podobno kot pri W-CDMA v omrežjih UMTS. Na tem območju se ta signal za druge sprejemnike obnaša kot šum v kanalu in jih ne moti, dokler ne doseže določenega nivoja, se pravi, dokler se v določenem delu spektra ne znajde preveliko število oddajnikov. Signali so zaklenjeni, zato sprejemniki sprejemajo le tiste, ki so zaklenjeni z njihovim ključem. Tako lahko hkrati uporablja isti radiofrekvenčni pas več terminalov, odvisno od širine frekvenčnega pasu. Najlepše pri celotnem postopku je, da lahko širino radiofrekvenčnega pasu sproti prilagajamo razmeram in glede na dodeljeno pasovno širino. Še več, tehnologija omogoča celo agregacijo nepovezanih delov spektra tam, kjer ni na voljo povezanega spektra.

Ne glede na vse navedeno pa je radiofrekvenčni spekter, ki je na voljo za mobilna radijska omrežja, še vedno razmeroma omejen. Posebej na gosto naseljenih območjih z velikim prometom se lahko zaradi tega zasiči radijski prostor. Na srečo je na voljo način, kako se temu vsaj deloma izogniti. Tehnologija LTE omogoča uporabo antenskih sistemov z natančno usmerjenimi oddajnimi snopi. Z usmerjanjem snopa v bolj vodoravni smeri se povečuje domet oddajnika, s povečanjem naklona pa se domet zmanjšuje. Ker se s tem zmanjšuje tudi efektivna površina celice bazne postaje, lahko z uporabo večjega števila manjših celic povečujemo zmogljivost dostopovnega omrežja. LTE predvideva uporabo celic različnih velikosti, od mikro do piko in femto celic. V teh primerih se uporabljajo celice z zelo majhnim dosegom (tudi samo en prostor), zato lahko s postavitvijo velikega števila piko in femto celic zelo povečamo zmogljivost omrežja. Te celice ne uporabljajo MIMO in dosegajo povprečne spektralne učinkovitosti med 3 in 6 b/s/Hz.

Iz povedanega je jasno, da razvoj mobilnih omrežij ne poteka po natančno določenih korakih, temveč je pravzaprav postopna evolucija omrežij z dodajanjem novih in novih tehnologij, ki omogočajo čedalje boljšo izrabo radiofrekvenčnega spektra ter nove in nove storitve. Morda je ta razvoj še najbolj viden pri evoluciji omrežij 3G v 4G. Iz prvih omrežij UMTS s tehnologijo W-CDMA so se omrežja z uporabo tehnologije HSPA (HSDPA in HSUPA) in kasneje HSPA+ prelevila v omrežja LTE.

Ob tem ne smemo zanemariti še enega vidika omrežij 4G. Omrežja UMTS uporabljajo IP protokol različice 4 (IPv4). Ker naslovnega prostora pri tem protokolu hitro zmanjkuje, se že uvaja IP protokol različice 6 (IPv6), ki bo omogočil uporabo praktično neomejenega števila terminalov, ki bodo priključeni v ta omrežja.

Pomanjkljivosti

Seveda imajo tudi omrežja 4G pomanjkljivosti in težave. Ena večjih je povečana poraba energije. Kodiranje in predvsem dekodiranje signalov na radijskem vmesniku je silno kompleksno in se izvaja z zmogljivimi procesorji z uporabo Fourierove transformacije in digitalne obdelave signalov. Celo ob visoki stopnji integracije teh procesorjev v integrirana vezja slednja še vedno trošijo veliko energije za delovanje. Če ob tem upoštevamo, da so terminali praktično ves čas vključeni v omrežje (always-on), lahko razumemo, da bo eden ključnih problemov pri terminalih vsaj v začetnem obdobju napajanje z električno energijo. Sedanji akumulatorji bodo le stežka vzdržali dlje časa, vendar se bo stanje z zmanjšanjem porabe v naslednjih generacijah procesorjev in z novimi tehnologijami akumulatorjev izboljšalo.

Druga težava, povezana s prvo, je segrevanje terminalov, saj velika poraba pomeni tudi velike toplotne izgube. Tudi ta težava se bo zmanjšala z napredkom tehnologije.

Tretja težava je bolj vezana na uporabnike in praktičnost uporabe terminalske opreme. Omenili smo že, da še danes velik odstotek uporabnikov uporablja telefon pretežno za pogovore in kratka sporočila. Za te namene seveda ne potrebujejo niti terminalov tretje, kaj šele četrte generacije. V prihodnosti bodo ključ za razvoj omrežij primerne storitve, ki bodo zahtevale večje pasovne širine prenosa in pa primerne in privlačne internetne storitve. Zato bo za razvoj omrežij 4G še kako pomembna navzočnost teh vsebin in pa povečevanje števila uporabnikov, ki bodo uporabljali internet (e-vključenost). Tudi tu lahko država s povečevanjem prizadevanj za razvoj informacijske družbe pospeši uvajanje omrežij 4G.

Frekvenčni pasovi

Govorna telefonija je dvosmerna storitev, zato mora mobilno omrežje prenašati govor v obe smeri hkrati (dupleks). Govor lahko prenašamo bodisi hkrati v ločenih frekvenčnih pasovih, kar imenujemo frekvenčni dupleks (FDD - Frequency Division Duplex), ali pa izmenično v istem frekvenčnem pasu, kar imenujemo časovni dupleks (TDD - Time Division Duplex).

V tabelah so našteti vsi frekvenčni pasovi, ki so predvideni za LTE omrežja, ločeno za FDD in TDD. Različne države po svetu lahko izberejo tiste frekvenčne pasove, ki jim najbolj ustrezajo glede na razmere in zgodovinski razvoj mobilnih omrežij pri njih. Zato morate biti pri potovanjih po svetu previdni in vnaprej preveriti, na katerih frekvencah delujejo mobilna omrežja v državah, kamor potujete, in ali vaš telefon (ali pa iPads...) deluje na teh frekvencah. Če ne deluje, z mednarodnim gostovanjem ne bo nič, pa čeprav ima vaš operater podpisano pogodbo o mednarodnem gostovanju z operaterjem v državi, kamor potujete.

nove teh pasovi.jpg

Tabela z rezultati 1

Tabela z rezultati 2

LTE - zakaj je tako pomemben?

Zakaj je pravzaprav prehod na omrežja LTE tako pomemben? Predvsem zaradi Digitalne agende, to je načrta razvoja informacijske družbe, ki jo je maja 2010 sprejel Svet Evropske unije in predstavlja temeljni dokument za razvoj informacijskih in komunikacijskih tehnologij, ki bodo pomagale Evropski uniji, da se izvije iz gospodarske krize.

V tem dokumentu je predvidena med drugim tudi gradnja širokopasovnih omrežij za dostop do interneta. Medtem ko ima Slovenija na urbanih območjih dobro razvito optično in drugo širokopasovno infrastrukturo, pa je podeželje zelo slabo razvito, saj je gradnja optičnih povezav povezana z visokimi stroški.

Rešitev se ponuja v obliki kombiniranega širokopasovnega dostopa do interneta. Optične hrbtenične povezave v kombinaciji z radijskim dostopovnim omrežjem so lahko na podeželju zmagovita kombinacija in omogočijo hitro in razmeroma poceni informatizacijo manj razvitih predelov države.

Drugi razlog je v skokovitem povečevanju podatkovnega prometa v urbanih okoljih. Ob povečevanju življenjskega ritma čedalje več prebivalcev spremlja informacije na poti, torej v gibanju. Temu se prilagajajo tudi izdajatelji vsebin in jih ponujajo prek interneta v obliki oddaj v realnem času ali v obliki podcastov oziroma pretočnih medijskih izdelkov. Poleg tega se hitro povečuje število javnih strežnikov z medijskimi vsebinami (YouTube, Vimeo itd.). Če k temu prištejemo še odsotnost od doma in razdrobljenost prostega časa, je jasno, da bodo uporabniki čedalje večkrat posegali po mobilnih možnostih informiranja, komunikacije in zabave. Po raziskavah bodo že v bližnji prihodnosti storitve OTT (Over-the-Top Services) postale največji generator fiksnega in mobilnega internetnega prometa.

Tretji razlog je prihod Interneta stvari (Internet of Things). Internet stvari bo povezal velikansko količino naprav (do leta 2020 predvidoma okoli 50 milijard naprav!) v enotno omrežje. Večina naprav bo nameščena v avtomobilih, gospodinjstvih, energetskih objektih, zdravstvu itd. Za naslavljanje vseh teh naprav bo potreben IPv6, ki ga omrežja 4G že generično podpirajo.

Frekvence

Mobilna radijska omrežja za svoje delovanje uporabljajo radiofrekvenčni spekter. Radiofrekvenčni spekter je omejena naravna dobrina in zakon določa, da moramo to dobrino uporabljati učinkovito. To je eden od ključnih razlogov za povečevanje spektralne učinkovitosti radijskih dostopovnih omrežij.

Mobilnim omrežjem je namenjenih več radiofrekvenčnih pasov. V grobem delimo te pasove na 900 MHz pas, 1800 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz, 2400 MHz. V začetku so bili posamezni pasovi namenjeni različnim vrstam mobilnih omrežij, vendar so države zaradi povečanja učinkovitosti uporabe radiofrekvenčnega spektra dovolile nevtralno uporabo slednjega. Ob tem postopku so nacionalni regulatorji dovolili uporabo na primer 900 MHz pasu poleg za GSM tudi za UMTS omrežja. Postopek so poimenovali "refarming".

Za poznavalce

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) je način prenosa digitalnih signalov, ki se danes na široko uporablja v digitalnih žičnih in brezžičnih prenosnih sistemih. Odlikuje ga visoka spektralna učinkovitost, neobčutljivost na napake pri prenosu in prilagodljivost na razmere v prenosnem kanalu. V vsakdanjem življenju ga srečamo na primer pri nekaterih vrstah ADSL, pri vsem poznanem digitalnem prizemnem televizijskem oddajanju (DVB-T, DVB-H), pa v prenosnikih z vgrajenim vmesnikom WLAN IEEE 802.11 a/g/n, radijskih mestnih omrežjih WiMAX, če naštejemo samo najbolj pogoste. Seveda ta način prenosa uporabljajo tudi omrežja LTE.

Ker je postopek kodiranja in dekodiranja OFDM izjemno kompleksen in vključuje digitalno procesiranje signalov s pomočjo hitre Fourierjeve transformacije (Fast Fourier Transform - FFT), sta na slikah prikazani le blokovni shemi OFSM sprejemnika in oddajnika. Procesiranje izvajajo hitri namenski procesorji, ki vsebujejo na milijone tranzistorjev.

nove teh OFDM_transmitter_ideal.jpg

Oddajnik OFDM

nove teh OFDM_receiver_ideal.jpg

Sprejemnik OFDM

Vir: Wikipedia

Digitalna dividenda

Izjema je 800 MHz pas, ki sega od 790 MHz do 862 MHz in je bil namenjen tako radiodifuzni službi kot mobilnim omrežjem, vendar so ga do leta 2010 zasedali le televizijski oddajniki. Zaradi pridobitve dodatnega radiofrekvenčnega spektra za mobilna omrežja je Slovenija konec leta 2010 prepovedala oddajanje analognih TV oddajnikov in v celoti prešla na digitalno oddajanje (DVB-T - Digital Video Broadcasting - Terrestrial). S tem je skrčila radiofrekvenčni spekter, potreben za TV oddajanje, za osemkrat. Radiofrekvenčni spekter od 790 MHz do 862 MHz, ki se je pri tem sprostil in se imenuje digitalna dividenda, se bo uporabil za mobilna radijska omrežja četrte generacije (4G - LTE).

800 MHz del spektra je nadvse ugoden za uporabo v mobilnih omrežjih, saj zaradi dobrih propagacijskih lastnosti na nižjih frekvencah omogoča gradnjo omrežij z velikimi celicami na podeželju in s tem zmanjšanje stroškov izgradnje. Po drugi strani v urbanih okoljih predvideva postavitev že omenjenih piko in femto celic, s katerimi lahko ob majhni uporabi radiofrekvenčnega spektra dosežemo veliko pretočno kapaciteto dostopovnega mobilnega omrežja.

Razvoj tu ne bo zastal. V teku so že postopki za sprostitev še večjega dela radiofrekvenčnega spektra v UHF območju, ki se bo lahko uporabil tako za mobilna omrežja kot za nove vrste digitalnih radijskih storitev, pri čemer uporabniki ne bodo več dobivali frekvenc v izključno rabo, temveč bodo spekter bolj učinkovito uporabljali obenem z drugimi uporabniki. Razviti so že inteligentni sistemi za tako uporabo, na primer kognitivni radio, ki se zna samodejno prilagajati zasedenosti spektra in poiskati najboljše pogoje za delovanje.

Regulacija

Praviloma v državah EU z radiofrekvenčnim spektrom upravljajo nacionalni regulatorji. V Sloveniji je to Agencija za pošto in elektronske komunikacije (APEK). APEK med drugim tudi skrbi za učinkovito uporabo spektra in na osnovi tega in drugih kriterijev podeljuje dovoljenja za uporabo radiofrekvenčnega spektra operaterjem mobilnih radijskih omrežij.

Glede na stanje razvoja tehnologije LTE in pilotskih projektov LTE omrežij po svetu je skrajni čas, da tudi v Sloveniji podelimo dovoljenja za uporabo 800 MHz spektra za LTE omrežja. Zanimanje za ta frekvenčni pas je veliko in operaterji že težko čakajo na razpis za podelitev frekvenc, saj jih sedanje stanje že ovira pri razvoju.

Deloma je kriva tudi pasivna politika Slovenije proti agresivni zahodni sosedi. V sosednji Italiji so kabelski distribucijski sistemi zelo slabo razviti, večina distribucije vsebin poteka prek radiodifuznih sistemov. Zato Italija agresivno zaseda radiofrekvenčni spekter, ki po mednarodnih dogovorih pripada sosednjim državam, tudi Sloveniji. Slovenija bi morala veliko bolj odločno zahtevati, da se italijanski oddajniki umaknejo s frekvenc, ki pripadajo Sloveniji.

Motnje v sprejemu slovenskih radijskih in televizijskih postaj so še najmanjša škoda, ki se pri tem dogaja. Veliko bolj zaskrbljujoče je to, da v bližini zahodne meje italijanski DVB-T oddajniki motijo frekvenčni 800 MHz, ki je namenjen omrežjem LTE. Čim dlje se bo tako stanje nadaljevalo, tem težje bo očistiti radiofrekvenčni spekter in tem kasneje bomo lahko začeli postavljati omrežja LTE. Zaradi tega se bo drastično zakasnilo uvajanje širokopasovnih dostopovnih omrežij na ruralnih območjih ob meji z Italijo in s tem postavilo pod vprašaj izvajanje ciljev, ki jih pred Slovenijo postavlja Digitalna agenda.

Samo po sebi se postavlja vprašanje, kako najbolj pravično podeliti dovoljenja za uporabo radijskih frekvenc za LTE omrežja. Možna sta dva načina: javni razpis ("lepotno tekmovanje") in javna dražba. Razlika je predvsem v tem, da se pri javnem razpisu ocenjujejo ponudbe na podlagi tehničnih in komercialnih parametrov, pri čemer država določi minimalno višino enkratnega nadomestila za uporabo radiofrekvenčnega spektra, pri javni dražbi pa se cena nadomestila ustvari med konkurenčnim postopkom dražbe. Vsekakor je javna dražba v luči razvoja mobilnih omrežij neprimerno boljši način za izbor najboljšega ponudnika, saj se tržna cena radiofrekvenčnega spektra in s tem nadomestila določa v odprtem in transparentnem postopku in ne z administrativnim postopkom.

Glede na to, da sedanji Zakon o elektronskih komunikacijah ne predvideva javne dražbe, bi morala Slovenija čim prej sprejeti Zakon o elektronskih komunikacijah, ki je že v pripravi in že vsebuje tudi določila o javni dražbi, APEK pa bi moral na temelju tega zakona čim prej pripraviti dražbo za podelitev pravic uporabe radiofrekvenčnega spektra za mobilna omrežja četrte generacije. Le tako bomo lahko pravočasno izpeljali izgradnjo omrežij LTE in s tem pripomogli k hitrejši gradnji širokopasovnih omrežij za dostop do interneta.

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki