Žodis angliškai:

Fourth Generation

Santrumpa:

4G

Žodis lietuviškai:

Ketvirtoji karta

Apibrėžimas:

Įvadas. Sąvoka ketvirtoji karta (4G) telekomunikacijose reiškia bevielio ryšio technologija. 4G yra šiuo metu plačiai naudojamos trečiosios kartos tęsinys. Naujosios technologijos tikslas yra suteikti spartesnį duomenų perdavimą ir užtikrinti didesnį duomenų saugumą. Ji pradėta vystyti, tam, kad būtų galima patenkinti vis labiau plintanti duomenų perdavimo poreikį, kadangi vis daugiau prietaisų naudoja interneto prieigą. Nors daug paslaugų tiekėjų jau siūlo ketvirtosios kartos technologijas dar iki galo nėra aišku ką tiksliai galima vadinti ketvirtąja karta. Pagal tarptautinės telekomunikacijų sąjungos priimtus reikalavimus ketvirtosios kartos tinklu galima laikyti tokį tinklą kuris:

• · Palaiko didelį skaičių taikomųjų programų ir paslaugų.
• · Turi aukštą paslaugų kokybę.
• · Gali dalyvauti daugelyje tinklų ir esant reikalui gali pakeisti tinklą.
• · Perėjimas iš vieno tinklo į kitą vyksta be pertraukčių arba su minimaliais nuostoliais.
• · Turi technologinę ir topologinę nepriklausomybę.
• · 4G technologija turi pasižymėti tuo, kad duomenų perdavimo greitis būtų tarp 100 Mbps iki 1 Gbps, dažnių juosta 2-8 GHz, o jis plotis 100 MHz.

Todėl galima teigti jos ketvirtoji karta yra daugiau nei didesnio greičio technologija, tai technologija kuri suteikia didelio greičio prieigą bet kuriuo metu, bet kuriame tinkle. Deja šiuo metu tikrųjų ketvirtosios kartos paslaugų reikalavimu neatitinka joks operatorius, tačiau priimta laikyti, jog ryšio technologijos kaip WiMAX, LTE ir HSPA+ yra ketvirtosios kartos.

LTE

LTE (Long Term Evoliution) yra bevielės komunikacijos standartas kuris pasižymi dideliu informacijos siuntimo greičiu. LTE yra EPS (Evolved Packet System) dalis. Pagrindiniai šio standarto reikalavimai yra platus spektro panaudojimas, aukšti ribiniai perdavimo greičiai, trumpas atsako laikas ir dažnių lankstumas.

• 1 lentelė. LTE reikalavimai

LTE veikimo principas: Paprastas GSM tinklas buvo sukurtas atlikti tiesioginį ryšio paslaugas panaudojant komutacinį principą (Circuit switching), kai du klientai esantys tinkle sukuria priskirtą ryšių kanalą per kurie jie visa komunikacijos laiką lieka sujungti, tarsi būtų vienoje elektrinėje grandinėje. Tokiu būdu duomenis galima perduoti tik labai nedideliu greičiu. Pirmieji žingsniai link greitesnio duomenų perdavimo buvo pasiekti atsiradus GPRS (General Packet Radio Service), jis naudojo IP paremtą paketinį duomenų siuntimą naudojant tą patį kanalą ir prieigos modelį kaip ir GSM pritaikant TDMA (Time Division Multiple Access). Norint pasiekti didesni perdavimo greitį ir didesni perduodamų duomenų kiekį buvo išrasta UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) technologija. Pastaroji buvo paremta naujo prieigos tinkle, paremto CDMA (Code Division Multiple Access) technologija, atsiradimu. Tinklas naudoja komutacini principą norint užmegsti tiesioginį ryšį ir paketinį principą norint perduoti paketinius duomenis. Tačiau norint perduoti paketinius duomenis ryšys užmezgamas panaudojant komutacinį principą. EPS technologija yra visiškai paremta IP protokolu. Tiek komutacinis tiek paketinis duomenų perdavimas paremti IP protokolu. IP adresas yra priskiriamas kai įrenginys jungiasi prie tinkle ir paleidžiamas kai jis atsijungia. Naujoji LTE technologija paremta OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) tai jai padeda pasiekti didelius greičius ir dideli kanalo pralaidumą. OFDMA technologija išskaido signalą į kelias nepriklausomas dalis ir tik tada jį siunčia, taip padidindama tinklo efektyvumą ir duomenų siuntimo greitį. Šie išskaidyti signalai prieš pasiekdami gavėją vėl susijungia į vieną. Net jei dalis signalo pasimeta duomenų gavimo procese, OFDMA technologija jį atkuria, neprarandant duomenų. Taipat panaudojama didelė moduliacija (64QAM) ir MIMO (Multiple-input and multiple-output) technologija (iki 4x4) siekiant aukštų rezultatų. MIMO terminas nurodo, kad siųstuvas ir imtuvas turi daugiau nei po vieną anteninį įrenginį. Šios technologijos pagalbą duomenis galima siųsti keliais kanalais, kas padidiną siuntimo greiti, taipogi jos pagalba parerinamas perėjimas tarp bazinių stočių. Taipogi duomenų gavimui ir siuntimui naudojamos skirtingos technologijos, siuntimui naudojama SC-FDMA ( Single Carrier Frequency Division Multiple Access), o gavimui OFDMA. LTE tinklo principas pagrįstas bazinių stočių kuriama plokščia architektūra, kai nėra vieno centrinio valdymo įtaiso, ir jis padalintas tarp bazinių stočių norint padidinti perdavimo greiti ir sumažinti laiką reikalinga pereiti prie kitos stoties tam, kad išvengti ryšio sutrikimų.

Šiuo metų LTE technologi sparčiai tobulinama ir yra sukurta LTE- Advanced technologija, kuri nuo pirmtakės skiriasi tuo, kad: padidintas ribinis duomenų siuntimo greitis, gavimas iki 3 Gbps, siuntimas iki 1.5 Gbps, didesnis spektro efektyvumas, iki 30 bps/Hz, padidintas aktyvių vartotojų palaikymo skaičius, pagerintas ryšio padengiamo ploto pajėgumas ribiniuose taškuose. LTE-Advanced pagrinde susitelkia ties dviejų funkcijų tobulinimu, tai nešėjų sumavimas (Carrier Aggregation) ir retransliaciniai mazgai (relay nodes). Pirmojo panaudojimas paremtas kelių dažnių juostos panaudojimų informacijai siųsti, antrasis mažesnio galingumo retransliacinių stočių statimu ribinėse veikimo taškuose.

• 

• 1 pav. MIMO principinė schema

HSPA+

HSPA yra dvieju apjungtu mobiliuju protokolu standartas. Duomenų gavimui jis naudoja HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), o duomenų siuntimui - HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) protokolus.. Jo ribiniai greičiai siekia 14 Mbps duomenų gavimą ir 5.76 Mbps duomenų siuntimą. HSPA+ yra patobulinta HSPA versija kurioje teoriškai galima pasiekti 168 Mbps duomenų gavimą ir 22 Mbps duomenų siuntimą. Tai pasiekiama pritaikant ankščiau minėtas MIMO ir didesnio skaičiau moduliacija, bei panaudojant DC- HSDPA, pastaroji veikia siunčiant informaciją į įtaisą iš dviejų skirtingų stočių. HSPA+ naudoja 5 MHz dažnių juostą. HSPA+ nuo ankščiau aptartos LTE skiriasi tuo, kad HSPA yra suderinamas su kitais 3G, tuo tarpu LTE reikalauja atskiro tinklo.

HSPA+ žadama ir toliau tobulinti ir siekiamą išleisti protokolą pavadintą HSPA+ advanced. Naujasis protokolas siekia ištobulinti daugianešlio (multicarrier) technologija kuri sugebėtų konkuruoti su plataus dažnių spektro panaudojimu. Padidinti duomenų atsiuntimo greiti naudojant nesuporuotą spektrą (unpaired spectrum). Panaudoti daugelio srautų stechnologija kuri gavėjui priimti informacija iš dviejų skirtingų stočių naudojant dviejų nešančių dažnių poras. Panaudoti retransliatorius vietuose kur labiausiai apkrautas tinklas.

WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) yra bevielio ryšio standartas. Jis priklauso IEEE 802 standartų grupei todėl dažnai yra maišomas su Wi-Fi. WiMAX dažnių spektras yra nuo 2,3 GHz iki 3,5 GHz. WiMAX standartas taipogi naudoja MIMO ir OFDMA technologijas. Maksimalus teorinis greitis siekia 37 Mbps duomenų gavime ir 17 Mbps duomenų siuntime. WiMAX turi patobulintą leidimą pavadintą WiMAX 2 kuriame teorinis maksimalus greitis siekia iki 1 Gbps. WiMAX 2 pajėguma didina panaudodama keleto kanalų sumavimo principą bei padidindama imtuvų-siustuvų skaičių. WiMAX taipogi turi vadinamąją paslaugų kokybę (Quality of Service – QoS). QoS apibrėžia tokius tinklo parametrus, kaip interneto ryšio prieinamumas, duomenų pralaidumas, vėlinimas ir klaidų skaičius. WiMAX taipgi paremtas vien IP paremtu duomenų siuntimu. Saugumui užtikrinti WiMAX naudoja AES ir DES3 technologijas. WiMAX kanalo lygmens architektūra yra nepriklausoma nuo fizinio lygmens, jo pagrindinės funkcijos yra valdyti perdavimo resursus viena ir kita kryptimi, valdyti saugumo bei QoS procedūras, ARQ, BER. Taip pat atlikti fragmentaciją, persiuntimus. MAC lygmuo vienu metu gali tiekti tiek pliūpsnines duomenų, tiek srautines ir vėlinimui jautrias paslaugas tame pačiame kanale. Kanalo lygmenį sudaro ne tik MAC, bet ir kiti sub-lygmenys – MAC konvergencijos sublygmuo, skirtas aukštesnių protokolų adaptacijai, bei MAC saugumo sub-lygmuo, skirtas tapatumo nustatymo, šifravimo, raktų paskirstymo algoritmams įgyvendinti. WiMAX tinkluose MAC lygmuo naudoja siuntimo planuokles tam, kad duomenų blokai būtų pristatomi atsižvelgiant į reikalaujamą paslaugų kokybę.

WiMAX technologijoje naudojamas 5-ios paslaugų klasės, kurios naudoja skirtingas siuntimo planuokles:

1. BE (Best Effort) - geriausių pastangų paslaugų klasė.

2. UGS (Unsolicited Grant Service) - pastovios perdavimo spartos paslaugų klasė.

3. rtPS (real-time Polling Service) - realaus laiko perdavimo su užklausimu paslaugų klasė.

4. nrtPS (non-real-time Polling Service) - nerealaus laiko perdavimo su užklausimu paslaugų klasė.

5. ertPS (extended real-time Polling Service) - išplėsta realaus laiko perdavimo su užklausimu paslaugų klasė

Išvados: Nors visi išvardinti tinklai pagal jų tiekėjus ir vadinami ketvirtosios kartos, tačiau jie dar nėra pilnai įžengę į ketvirtąją kartą. Tačiau jie yra nuolatos tobulinami ir turi perspektyvų pereiti į ketvirtąją kartą. Sunku nustatyti vieno ar kito tinklo pranašumus, LTE yra greičiausia technologija, tačiau ji mažiausiai išplėtota lyginant su kitais tinklais, tačiau turi ir didžiausia potencialą, taipogi daugelis naujai išleidžiamu elektronikos prietaisų gali palaikyti LTE standartą. Lietuvoje LTE tiekėjas yra Omnitel kuris siūlo iki 80 Mbps greitį, dėja tokio ryšio padengiamumas yra labai mažas. WiMAX standartas nėra toks greitas kaip LTE, tačiau jis sukurtas seniau, todėl yra plačiau išplėtotas, lietuvoje WiMAX tiekiejai yra du, tai Mezon ir UAB Balticum TV, maksimali Mezon siūloma sparta yra 10 Mbps, ryšio padengiamumas yra saliginai nedidelis, didesni Lietuvos miestai. HSPA+ yra lėčiausias standartas, tačiau jis turi šiuo metu didžiausia galimybe padengti didelius plotus, nes jam nereikia diegti papildomos įrangos, jis gali naudoti trečiosios kartos naudojama įranga, dar viena problema, kad HSPA+ yra beveik pasiekes savo galimybių ribą ir manoma, kad jo patobulinti nelabai pavyks, tuo tarpu LTE yra tik savo gyvavimo pradžioje, o ir WiMAX dar turi plėtimosi galimybiu. Lietuvoje HSPA+ paslaugos nėra teikiamos.

2 lentelė. 4G technologijų palyginimas

Naudota literatūra:

1. Mobile Broadband Explosion, Rysavy Research/4G Americas, August 2012

2. 4G: THE WHAT, WHY AND WHEN, 2012 Tellabs.

3. LTE: The Future of Mobile Broadband Technology, Verizon wireless, 2009

4. HSPA+ advanced, Qualcomm, 2012

5. http://en.wikipedia.org/wiki/WiMAX

6. www.mezon.lt

7. www.omnitel.lt

---

• CategoryŽodis