Сравнение WiMAX с HSPA и LTE

Данное сравнение составлено по материалам WiMAX-форума и на наш взгляд, это достаточно объективные данные. Системы с технологией HSPA (3GPP релиз 6) коммерчески доступны с 2007 года. Технология предусматривает частотное дуплексирование (FDD) с шириной каждого дуплексного канала 5 МГц. В нисходящем канале используется модуляция QPSK либо 16-QAM, двойное пространственное разнесение на приеме (1×2 SIMO), пиковая скорость 14 Мбит/с. В восходящем канале модуляция BPSK либо QPSK, антенная конфигурация 1×2 SIMO. пиковая скорость 5,8 Мбит/с.

В то же время на рынке были системы WiMAX (релиз 1.0) с временным дуплексированием (TDD). При аналогичной ширине полосы 10 МГц они обеспечивали скорость в нисходящем канале в 2–3 раза более высокую чем у HSPA, поскольку в WiMAX при TDD общая пропускная способность динамически распределяется между нисходящим и восходящим каналами, точное значение привести невозможно.

Следующим шагом в эволюции систем HSPA являются технологии HSPA+ (HSPA релиз 7 и отдельные поправки релиза 8). Системы HSPA+ стали доступны в конце 2008 года. В нисходящем канале их отличает модуляция 64-QAM с SIMO (1×2) или 16-QAM с MIMO (2×2). В восходящем канале добавлена модуляция 16-QAM и улучшены возможности для VoIP. Поправки в соответствии с релизом 8 (внедрение ожидается не ранее 2009 года) позволяют использовать в нисходящем канале режим MIMO (2×2) с модуляцией 64-QAM, рассматривается возможность использования MIMO больших порядков в нисходящем канале и MIMO (2×2) — в восходящем канале.

Сравнивая мобильный WiMAX и HSPA+ (табл. 1), можно сделать следующие выводы: Мобильный WiMAX (релиз 1.5) имеет сравнимые с HSPA+ (релиз 8) пиковые скорости в нисходящем канале при одинаковых модуляции, скорости кодирования и ширине канала. При этом у мобильного WiMAX в восходящем канале пиковая скорость выше в 2 3 раза.

Системы HSPA + ограничены шириной канала 2×5 МГц в традиционных спектральных условиях сетей 3G. Мобильный WiMAX поддерживает ширину канала до 20 МГц, как частотное, так и временное дуплексирование. Его частотные профили планируются в диапазонах 700, 1700, 2300, 2500 и 3500 МГц. Мобильный WiMAX обеспечивает «гладкую» IP-сеть e2e (из конца в конец).

Следующим шагом в эволюции систем 3GPP, причем стратегическим шагом, являются системы Long Term Evolution (LTE). Их отличает технология OFDMА в нисходящем канале и SC-FDMA — в восходящем. Модуляция — до 64-QAM. ширина канала — до 20 МГц, дуплексирование TDD и FDD. Применены адаптивные антенные системы, гибкая сеть доступа.

Таблица 1. Сравнение систем HSPA (релизы 7 и 8) и WiMAX (релиз 1.5)

Сетевая архитектура полностью IP-сеть. В системе LTE используются технологии и методы, уже применяемые в мобильном WiMAX, поэтому следует ожидать схожей эффективности систем LTE (табл. 2 и 3).

Таблица 2. Сравнение параметров реальных систем LTE (по отчетам производителей; и мобильного WiMAX (релиз 1.5) в одинаковых частотных условиях при FDD с палосами 2×20 МГц

Следует отметить, что системы LTE это революционное улучшение 3G. LTE представляет переход от систем CDMA к системам OFDMA, а также переход к полностью IP-системе с коммутацией пакетов. Поэтому внедрение этой технологии на существующих сетях сотовой связи означает, как минимум, необходимость новых радиочастотных ресурсов для получения преимущества от широкого канала. Кроме того, для обеспечения обратной совместимости необходимы двухрежимные абонентские устройства. Поэтому плавный переход от систем 3G к LTE весьма проблематичен.

Таблица 3. Сравнение ключевых параметров LTE и WiMAX

Дальнейшее развитие мобильного WiMAX будут описывать спецификации релиза 2.0. Он будет основан на стандарте IEEE 802.16m, который отражает требования IMT-Advanced. В соответствии с ними, по сравнению с параметрами WiMAX релиз 1.0 вдвое увеличатся спектральная эффективность в нисходяшем (до 2,6 бит/с/Гц) и восходящем (1,3 бит/с/Гц) каналах (рис. 1). Этот параметр возрастет вдвое и на границе соты базы — до 0.09 и 0,05 бит/с/Гц для нисходящего и восходящего каналов, соответственно.

Станут возможными более 60 одновременных голосовых сессий на мегагерц для речевого кодека AMR (12,2 кбит/с). Появится режим расширения каналов за счет интеграции отдельных частотных полос как смежных, так и нет (всего до 100 МГц). Допустимая скорость перемещения мобильных терминалов возрастет до 500 км/ч. Сократится время установления соединения, общая задержка радиосети и время переключения при хендовере. При этом гарантируется полная обратная совместимость с системами WiMAX релиза 1.0 и 1.5. технологий WiMAX и LTE.

Рис. 1. Сравнение средней спектральной эффективности

Отметим, что преимущество в спектральной эффективности означает вы¬игрыш в стоимости развертывания сети (в том числе в удельной стоимости по отношению к пропускной способности сети). Кроме того, возрастает канальная емкость, что позволяет операторам вводить дополнительные сервисы. Мобильный WiMAX представляет гладкую IP-сеть, сеть LTE более сложна (рис. 2).

Рис 2. Сравнение системных архитектур сетей WiMAX и LTE

Если сеть WiMAX основывается полностью на IP-протоколах IEEE, то сеть LTE более сложна, включает больше протоколов, в том числе проприетарные протоколы 3G. Немаловажно, что интеллектуальная собственность в области технологий WiMAX, соответствующие патенты распределены среди многих компаний, создан открытый патентный альянс, что позволяет снижать цены абонентских устройств.

Но самое главное преимущество мобильного WiMAX время выхода на рынок (рис. 3).

Рис. 3. Развитие стандартов мобильного WiMAX и 3GPP

К концу 2008 года только сертифицированных продуктов WiMAX было почти 100, к 2011 году их число возрастет на порядок. Ряд сетей мобильного WiMAX уже введены в коммерческую эксплуатацию. Сети же LTE только планируется начать разворачивать в 2009 году. Притом, что объем инвестиций для апгрейда уже существующих ЗG-сетей в сети LTE сравним с затратами на развертывание WiMAX-сетей, фактор времени, а именно выигрыш в 2 3 года, становится решающим при выборе технологий 4G. Таким образом, можно в целом говорить, что с технической точки зрения WiMAX. и LTE представляют собой примерно одинаковый класс систем. И весь вопрос: какая технология окажется коммерчески более успешной?