بررسي تكنولوژي تكامل بلندمدت (LTE)

“تكامل بلندمدت” (LTE) 3GPP تازه­ترين استاندارد در درخت تكنولوژي سيار است كه تكنولوژي­هاي شبكه GSM/EDGE و UMTS/HSPA را ايجاد نمود. اين بخشي از “پروژه مشاركت نسل سوم (3GPP)” است كه تحت نام تجاري اختصاصي ارائه شده توسط يكي از انجمنهاي حاضر در اين مشاركت، يعني “موسسه استانداردهاي مخابراتي اروپا“، فعاليت مي­كند.

نسل كنوني شبكه­هاي مخابراتي سيار در مجموع به نام 3G (نسل سوم) شناخته مي­شود. اگرچه LTE اغلب در بازار به عنوان 4G مطرح است، ولي نسخه­اوليه LTE كاملا با لازمه­هاي IMT Advanced 4G همخواني ندارد. استاندارد پيش-4G گامي به سوي “LTE پيشرفته” است كه يك استاندارد نسل چهارم (4G) تكنولوژي­هاي بيسيم طراحي شده براي افزايش ظرفيت و سرعت شبكه­هاي تلفن موبايل مي­باشد. LTE پيشرفته قابليت سازگاري با LTE (كه نسخه قبلي آن است) را دارد و از باندهاي فركانس همساني بهره مي­برد، ولي LTE‌ با سيستمهاي قبلي 3G سازگاري ندارد.

كمپاني­هاي MetroPCS، Verizon Wireless و AT&T Mobility در ايالات متحده و چندين كمپاني ديگر در سطح جهان از سال 2009 برنامه­هايي براي تبديل شبكه­هايشان به LTE اعلام كرده­اند. نخستين سرويسLTE چهاردهم دسامبر 2009 توسط TeliaSorena در استكهلم و اوسلو، پايتخت دو كشور اسكانديناوي، براي دسترسي عمومي آغاز به كار كرد. LTE مجموعه­اي از پيشرفتهاي انجام شده در “سيستم ارتباطات سيار جهاني (UMTS)” است كه در “نسخه 8 3GPP” معرفي شد. كار 3GPP Release 8 بيشتر بر پياده­سازي و تطبيق تكنولوژي ارتباطات سيار نسل چهارم، از جمله معماري شبكه مسطح تمام-IP متمركز است. در 18 اوت 2009، كميسيون اروپا اعلام كرد كه مبلغ 18 ميليون يورو براي تحقيق در زمينه گسترش LTE و سيستم نسل چهارم مورد تاييد “LTE پيشرفته” سرمايه­گذاري مي­كند.

با اينكه به فناوري LTE عمدتا به عنوان كاري در زمينه تلفنهاي موبايل يا پيشرفتهاي معمول نگريسته مي­شود، ولي آژانسهاي ايمني عمومي در ايالات متحده نيز از آن به عنوان تكنولوژي مُرجح براي باند راديويي ايمني-عمومي 700 مگاهرتز حمايت مي­نمايند. اين آژانسها در برخي نواحي اميدوارند كه از طيف 700 مگاهرتز با ديگر تكنولوژي­ها براي پياده­سازي يك استاندارد ملي استفاده نمايند. ^[1]

كمپانيهاي سازنده و اپراتورهاي دخيل در اين فناوري

چندين كمپاني در توسعه تجهيزات شبكه LTE، در محدوده تجهيزات سطح تك چارچوب تا راهكارهاي “انتها به انتها”، مشاركت دارند. در ذيل بازيگران كليدي اين صنعت معرفي مي­شوند:

اين كمپاني يكي از بزرگترين ارائه دهندگان سخت­افزار، نرم­افزار و خدمات حرفه­اي مخابراتي در جهان مي­باشد. دفتر مركزي اين كمپاني، كه در 150 كشور فعاليت مي­كند، در اسپوي فنلاند واقع است.

كمپاني Alcatel Lucent با اجراي پروژه براي 40 مشتري تاكنون يكي از پيشتازان فناوري LTE در جهان به شمار مي­رود. اين كمپاني به طور فعال در اكثر پروژه­هاي LTE در حال اجرا توسط اپراتورهاي رده اول جهان مشاركت دارد.

تا امروز، كمپاني اريكسون قراردادهاي تجاري LTE با شش اپراتور عمده بين المللي امضا كرده است كه سه تا از آنها در ايالات متحده، كه سريعترين رشد را در بازار LTE در جهان داراست، مي­باشند.

موتورولا يك كمپاني مخابراتي چندمليتي اصالتا آمريكايي مي­باشد كه مقر آن در شامبرگ ايالت ايلينويز واقع است و تجهيزات زيربنايي شبكه مانند ايستگاههاي انتقال داده­هاي موبايل و تقويت كننده­هاي سيگنال به فروش مي­رساند.

كمپاني Huawei با تواناييهاي جامعي كه در خطوط سيمي، بيسيم و تكنولوژي­هاي IP دارد جايگاهي ممتاز در عصر همگرايي تمام-آي­پي به دست آورده است.

كمپاني ZTE Corporation يكي از ارائه دهندگان برجسته تجهيزات مخابراتي و راهكارهاي شبكه در بيش از 140 كشور جهان است و به 59 كمپاني از مجموع 100 اپراتور عمده مخابراتي در جهان خدماترساني انجام مي­دهد. ^[2]

در عرصه خدمات اپراتوري و در آغاز راه، هشت اپراتور برتر تلفن‌همراه دنیا آمادگی خود را جهت راه اندازی شبکه نسل چهارم LTE تا اواسط سال 2010 اعلام کردند که Verizon آمریکا از جمله آنهاست و 16 شرکت مخابراتی دیگر نیز قرار شد تا بعد از سال 2010 به آنها بپيوندند.

کمپانی Verizon همراه با -وودافون شریک و سرمایه‌گذار خود- به منظور ترغیب هرچه بیشتر سازندگان و اپراتورهایی که روی LTE سرمایه‌گذاری کرده‌اند و قصد توسعه آن را دارند، برای نخستین بار اقدام به انتشار ویژگی‌های دقیق فنی این تکنولوژی تحت عنوان کنفرانسی با همین نام کرد که با این اقدام قصد شفاف‌سازی LTE را داشت.

Verizon یکی از کمپانی‌های معروف در زمینه تکنولوژی بی‌سیم در آمریکا، چندی پیش از گشایش مرکز تحقیقات بزرگی که صرفا روی شبکه نسل چهارم تلفن‌همراه فعالیت می‌کند، خبر داد. این در حالی است که کمپانی AT&T به عنوان بزرگ‌ترین اپراتور تلفن‌همراه در آمریکا که سریع‌ترین رشد را در پهنای باند وسیع سیار داشته، حمایت خود را از LTE در سال 2008 رسما اعلام کرد و پیش‌بینی نمود كه تا سال 2010 این سرویس را در سراسر آمریکا به صورت تجاری عرضه کند. در این راستا اپراتور T-Mobile نیز با همکاری Nortel نسخه آزمایشی LTE را در شهر برن آلمان به نمایش گذاشتند. ^[3]

همچنين ترمینال های کاربری سرویس LTE توسط سامسونگ طراحی شد و برخی کشورهای دیگر هم در سال 2010 شبکه های مشابهی راه اندازی کردند.

چند اپراتور بزرگ در ایالات متحده و اروپا هم گفته اند که قصد دارند در سال 2011 سرویس هایی بر مبنای فناوری LTE ارائه کنند. ارائه این سرویس به رونق خدماتی مانند تلویزیون همراه و دیگر سرویس های چند رسانه ای بر روی گوشی های تلفن همراه منجر شد. ^[4]

اهداف LTE

اهداف اصلي تعريف شده براي فناوري LTE عبارتند از:

• افزايش بيشينه نرخ بارگزاري و بارگيري
• پهناي باند افزايش يافتني
• بهبود راندمان طيفي
• شبكه تمام آي­پي
• يك رابط بر مبناي استاندارد كه مي­تواند انواع مختلفي از كاربران را پشتيباني نمايد.

شبكه­هاي LTE در صددند تا خلاء تبادل داده­هاي كاربردي بين داده­هاي “شبكه­هاي محلي (LAN)” ثابت بيسيم با نرخ نتقال داده­هاي بسيار بالا و شبكه­هاي بسيار سيار را برطرف نمايند. ^[5]

معماري LTE

شكل زير نماي سطح بالايي از معماري LTE را به نمايش در مي­آورد. اين تصويري از بخشيست كه نزديكترين تعامل را با UE يا وسيله سيار دارد. معماري كامل آن به مراتب پيچيده­تر است؛ يك نمودار كامل خواهد توانست تا كل اينترنت و ديگر جنبه­هاي پشتيباني ارتباط شبكه براي تماس­هاي پيوسته بين سيستمهاي 3G، 2G، وايمكس و ديگر استانداردها را نشان دهد. اين وسيله خاص eNodeB، كه نام ديگري براي ايستگاه اصلي است، و رابطهاي بين eNodeB و UEها را نشان مي­دهد. سيستم E-UTRAN كل شبكه است كه يك نام استاندارد “رسمي” براي LTE مي­باشد. ^[6]

• eNB: “گره B ارتقايافته”، يا ايستگاه پايه
• UE: “تجهيزات كاربر”
• EPC: “هسته بسته تغييريافته”
• MME: “نهاد مديريت قابليت سياربودن(سطح كنترل)”
• SAE: “معماري تغييريافته سيستم (سطح كاربر)”
• E-UTRAN: شبكه دستيابي راديويي زميني جهاني تغييريافته”

چشم­اندازهاي پيش رو

برآوردها نشان مي‌دهد تا سال 2015 ترافيک داده در شبکه‌هاي مخابراتي کشورهاي پيشرفته تا 10برابر و در ساير کشورها به‌طور متوسط تا 7برابر افزايش خواهد يافت. در اين ميان، گذشته از نياز به پهناي باند ناشي از عرضة انواع سرويس‌ها و خدمات جديد، در پيش گرفتن استراتژي‌هاي نرخ‌گذاري ثابت خدمات نيز در حال افزايش است؛ سياستي که به تجربه ثابت شده است مصرف پهناي باند را افزايش داده و به تبع آن ولع کاربران براي استفاده از سرويس‌ها و فناوري‌هاي پيشرفته‌تر را به دنبال خواهد داشت. حداقل بنا به اين استدلال، حرکت به سمت LTE يک ضرورت اجتناب‌ناپذير در فرايند تکامل فناوري‌هاي مخابراتي و در ادامة همان مسيري است که ما را بدين نقطه (عرضة فناوري‌هايي چون WiMAX سيار و +HSPA) رسانده است. در مورد زمان مناسب براي بروز اين تحول هنوز اختلاف نظر‌هايي وجود دارد. درحالي‌که اپراتورهاي Verizon و DoCoMo در آمريکا و ژاپن از عزم خود براي راه‌اندازي اين فناوري در سال 2010 سخن مي‌گفتند، برخي ديگر مانند ودافون، T-Mobile و France Telecom به نامناسب بودن اين زمان و اجراي سياست خود براي حرکت به سمت اين فناوري در سال 2012 تأكيد دارند. ^[7]

همچنين جیم مک‌گرگور، تحلیلگر مرکز In- Stat در این باره گفت: تغییر مسیر اپراتورها از وایمکس به فناوری بی‌سیم نسل چهارم استانداردهای زیادی را تحت تاثیر قرار داده و محدودیت‌هایی را در مدل‌های تجاری کسب‌ وکارها ایجاد خواهد کرد.

وی افزود: با وجودی که هم‌اکنون وایمکس تسلط بیشتری در بازار نسل چهارم خدمات ارتباطی پرسرعت دارد، LTE تا سال 2014 حدود 2/61 درصد بازار را تحت پوشش قرار خواهد داد. ^[8]

البته درباره توسعه و چشم انداز اين فناوري اين نكات نيز قابل توجه خواهند بود:

1. از ديدگاه کاربران نهايي در اکثر قريب به اتفاق بازارهاي دنيا هنوز ضرورتي براي پياده‌سازي LTE ديده نمي‌شود. به عبارت ديگر، هنوز و شايد تا 3سال آينده، حتي در بازارهاي پيشرفته فشاري از سمت مشترکان به اپراتورها وارد نمي‌شود که آنها را به حركت در مسير سرمايه‌گذاري جديد چندين ميليارد دلاري وادار كند و چشم آنها را بر فناوري‌هاي توانمندي همچون HSPA بپوشاند. تأکيد بر اين نکته لازم است که هم‌اکنون فناوري‌هاي پيشرفته‌اي در بازار وجود دارند که باوجود قابليت‌هاي فراوان هنوز در ابتداي راه هستند. HSDPA، HSPA و +HSPA سه فناوري از خانوادة نسل سوم به ترتيب سرعت‌هاي بارگذاري Mbps3.6، Mbps14.4 و Mbps28 را پشتيباني مي‌کنند. به نظر شما، در شرايط موجود و حداقل تا چند سال آينده ميزان تقاضا براي پهناي باند بالاتر توجيه مناسبي براي کنار گذاشتن اين فناوري‌هاست؟

2. اما عجلة اپراتورهاي آمريكايي و ژاپني هم بي‌دليل نيست و ريشه در جايي ديگر دارد: نسل سوم تلفن همراه در اين دو کشور بيشتر بر مبناي فناوري‌هاي گروه3GPP2  يعني CDMA2000 و EV-DO توسعه يافته است. اين در حالي است که حرکت تدريجي بازيگران اکوسيستم بازار به سمت فناوري‌هاي خانوادة 3GPP يعني WCDMA، HSDPA و HSPA در کنار قابليت‌هاي فني آنها، رشد و ارتقاي فناوري EV-DO را متوقف ساخته است. در اين ميان تلاش‌هاي شرکت کوالکام براي توسعة UMB به‌عنوان نسل بعد در گروه 3GPP2 نيز به ثمر نرسيد و در عمل راه را بر توسعة فناوري‌هاي نسل سوم در اين گروه بسته و اپراتورهاي آمريکايي و ژاپني را تحت فشار قرار داده است. اکنون تلاش Verizon براي تولد زودتر از موعد LTE تنها چارة اين اپراتور آمريکايي براي از دست ندادن آينده و تبديل کردن اين انتخاب به برگ برندة خود است. آينده‌اي که با توجه به عرضة WiMAX سيار در دو شهر آمريکا و اجماع نانوشته اما به عرصة عمل رسيدة اپراتورها و توليدکنندگان تجهيزات جهاني بر فناوري‌هاي HSDPA/HSPA به خطر افتاده است.

3. دسترسي به شبکة بک‌هال مناسب براي LTE از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. فناوري‌هاي موجود که امروزه براي بک‌هال به‌کار مي‌روند اعم از خطوط T1/E1، مايکروويو، فيبر و ساير راهکارهاي ترکيبي هر يک مشکلات خاص خود را براي پاسخ‌گويي به نياز LTE دارند. هر خط E1 با هزينة اجارة بالا تنها پهناي باند Mbps2 را در اختيار مي‌گذارد. استفاده از راديوهاي مايکروويو علاوه بر قيمت بالا، مشکل دسترسي به پهناي باند مناسب و در دسترس را به اپراتور تحميل مي‌کند. توسعة فيبر نوري نيز با وجود داشتن پهناي باند بالا تاکنون ناچيز بوده و ايجاد شبکه‌هاي جديد نيز هزينة سنگيني را دربردارد. به هر حال واقعيت آن است که توسعة فناوري‌هاي بک‌هال و دسترسي بايد متناسب باشد. به قول معروف: يا مکن با پيل‌بانان دوستي/ يا بنا کن خانه‌اي در خورد پيل!

4. اپراتورهاي بزرگ تلفن همراه همواره از پيشرفت استقبال کرده‌اند، در اين ميان LTE نيز از پشتيباني لفظي اغلب اين اپراتورها بي‌نصيب نبوده است؛ امري که در ظاهر از آن به “اجماع جهاني براي پياده‌سازي LTE” تعبير مي‌شود. اما به نظر مي‌رسد با توجه به واقعيت اقتصادي موجود، اپراتورها و سازندگان تجهيزات درصدد هستند با مطرح کردن اخبار خوشايند از پيشرفت‌ها و برنامه‌هاي آينده، سرزندگي و شادابي بازار را حفظ کرده و مانع کسادي آن و نيز از دست رفتن اميد مشترکان شوند. موردي كه مي‌توان آن را دليلي مهم براي عجلة برخي اپراتورها در اعلام تولد زودهنگام LTE و يا راه‌اندازي پرسروصداي شبکه‌هاي آزمايشي محسوب كرد. جالب اين‌كه، در اين ميان سازندگان و فروشندگان تجهيزات نيز براي آن‌که نشان دهند در لبة تکنولوژي در حال حرکت هستند، در اين هياهو با اپراتورها همداستان شده‌اند. اما در سوي ديگر ماجرا، منطق اقتصادي حکم مي‌کند تا زماني‌ که سرمايه‌گذاري موجود توانايي پاسخ‌گويي به نياز مشترکان را به‌‌صورت بهينه داراست، سرمايه‌گذاري جديد انجام نشود. اهميت اين منطق در شرايط کمبود اعتبار مالي دوچندان است. از اين رو، با توجه به اين‌‌که فناوري‌هاي HSPA و +HSPA در منحني عمر فناوري هنوز در ابتداي راه‌ هستند، بعيد به نظر مي‌رسد جوّ بازار به سمت سرمايه‌گذاري جديد متمايل شود. ^[9]

منابع:

[1] 3GPP Long Term Evolution

[2] LTE Equipment Manufacturers

[3] LTE چیست ؟

[4] نگاهی به آینده شبکه‌های سیار با سرعتی معادل یک گیگابیت بر ثانیه

[5] LTE Systems Overview

[6] LTE Architecture

[7] و [9] نگاهي به چالش‌هاي ورود فناوري LTE به بازار

[8] جنگ وایمکس و LTE در 2014 اوج می‌گیرد