Несколько лет назад на многочисленных конференциях, посвященных развитию сетей мобильной связи, технологии EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) отводилась роль промежуточного этапа в последовательном движении операторов от GSM к UMTS. Однако время все расставило по своим местам, и сегодня развертывание сетей UMTS и EDGE происходит практически параллельно

Среди причин отступления от предначертанного аналитиками курса — сильно запоздавшее развертывание сетей UMTS, виной чему стали заоблачная стоимость лицензий 3G и кризис на мировом телекоммуникационном рынке. Кроме того, по сравнению с GPRS (не говоря уже про обычные сети GSM) технология EDGE оказалась огромным шагом вперед.

Максимальная скорость передачи данных в сетях GPRS составляет 115 Кбит/с, а в сети EDGE — 384 Кбит/с (правда, пропускная способность, с которой приходится иметь дело абонентам, обычно втрое ниже). Конечно, это еще далеко от тех 2 Мбит/с, которые теоретически обеспечивают системы UMTS, но сети EDGE дают операторам реальный шанс предложить мобильным абонентам современные услуги передачи данных. Увеличивается и емкость сети: благодаря использованию EDGE на одной и той же территории можно обслуживать больше абонентов.

Самое привлекательное свойство технологии EDGE заключается в том, что ее реализация практически не требует затрат. По имеющимся оценкам, инвестиции в поддержку технологии EDGE для оператора, который уже располагает инфраструктурой GSM, составляют 1-2 долл. в пересчете на одного абонента. В любом случае они не превышают десятой доли средств, необходимых для реализации в сети GSM сервиса GPRS. Надо ли говорить, что окупаются такие вложения моментально.

Секреты бесплатного сыра

Возможность почти втрое увеличить пропускную способность сети «малой кровью» заложена в технологической природе EDGE. Напомним, что за аббревиатурой EDGE скрываются две технологии. Одна из них относится к передаче трафика по коммутируемым каналам (Enhanced Circuit-Switched Data, ECSD), а другая обеспечивает расширение пакетной сети GPRS (Enhanced General Packet Radio Service, EGPRS). Именно о втором варианте и пойдет речь.

При разработке технологии EGPRS преследовались цели повышения скорости передачи данных и эффективности использования частотного спектра, увеличения емкости сети и обеспечения реализации новых приложений (доступа в Internet, мобильной электронной почты, передачи файлов). Их удалось достичь с помощью новых алгоритмов модуляции сигналов и линейного кодирования, а также устойчивого к ошибкам метода передачи и усовершенствованных механизмов адаптации к параметрам среды.

EDGE представляет собой способ повышения пропускной способности радиоканала сети GSM. Это в буквальном смысле надстройка над GPRS, которая не может функционировать самостоятельно. По мнению некоторых экспертов, технология GPRS обеспечила больший прогресс в развитии сетей GSM, нежели EDGE. Однако лишь благодаря EDGE удалось довести параметры сетей GSM до того уровня, который позволяет всерьез говорить об услугах передачи данных.

В сетях EDGE используются те же структура, ширина радиоканалов и протоколы обработки трафика, обеспечивается та же функциональность, что и в сетях GPRS. Более того, заложенный в стандартах EDGE метод восьмипозиционной фазовой манипуляции (8-PSK) имеет те же интерференционные свойства, что и GMSK (см. таблицу). По этой причине новые радиоканалы EDGE могут быть интегрированы в существующий частотный план, а их выделение осуществляется тем же способом, что и выделение стандартных каналов GSM. Прежним остается и число символов, передаваемых в каждом временном слоте. Троекратный выигрыш в пропускной способности достигается благодаря тому, что метод 8-PSK позволяет в каждом символе передавать три бита вместо одного.

Теоретические характеристики GPRS и EDGE

Примечания. GMSK — гауссова фазовая манипуляция, 8-PSK — восьмипозиционная фазовая манипуляция, MCS — модуляционная кодовая схема. Максимальные скорости передачи данных для сетей GPRS и EDGE ограничены стандартом IMT-2000 на уровне, соответственно, 115 и 384 Кбит/с из соображений повышения устойчивости связи.

Правда, в плохих условиях такое уплотнение двоичного потока может привести к росту числа ошибок передачи. Для обеспечения устойчивости к ошибкам необходима передача дополнительных контрольных битов, и в каких-то случаях метод GMSK оказывается более эффективным. По этой причине стандарт допускает его применение и в сетях EDGE.

Если в сетях GPRS могут использоваться четыре схемы кодирования, отличающиеся друг от друга длиной кода коррекции ошибок, то в EDGE таких схем уже девять. При этом первые четыре (MSC1-MSC4) характеризуются наибольшим числом дополнительных битов и соответствуют стандартной GMSK-модуляции. В случае их применения пропускная способность мало отличается от таковой в сети GPRS (8,4-17,6 Кбит/с). В оставшихся пяти схемах (MSC5-MSC9) задействуется модуляция 8-PSK, что позволяет довести пропускную способность до 59,2 Кбит/с в пересчете на один временной слот.

В отличие от GPRS, в сетях EDGE реализуется алгоритм повторной передачи (ресегментации) пакетов с использованием иной (как правило, более помехоустойчивой) схемы модуляции. Эта процедура дает возможность оперативно адаптироваться к изменяющимся условиям передачи и повышать фактическую пропускную способность сети. Ее эффективность обеспечивается новым, более точным механизмом оценки параметров радиоканала (уровень сигнала, частота ошибок и т.д.).

Увеличение емкости достигается за счет того, что в одном и том же временном слоте сеть EDGE способна обслуживать большее число абонентов. В результате для передачи прежнего объема трафика требуется меньший частотный ресурс, а высвобождающаяся его часть может быть отведена под дополнительные сервисы передачи голоса и данных. Указанный выигрыш особенно важен для сетей с сильно ограниченным частотным спектром.

Различия между GPRS и EGPRS проявляются только на уровне базовой станции, а в опорной сети протоколы обработки трафика остаются прежними. Возможность использования существующей магистральной сети GPRS обусловливает простоту и дешевизну внедрения технологии EDGE в существующую инфраструктуру GSM. Изменения в базовой станции сводятся к установке трансивера, воспринимающего новые схемы модуляции в сети EDGE, и нового программного обеспечения, поддерживающего изменившиеся протоколы обработки пакетов на уровне радиоинтерфейса.

Плечом к плечу

Первая сеть EDGE была развернута в США оператором Cingular Wireless во II квартале 2003 года. В том же году число таких сетей перевалило за десяток, причем они были построены в странах Латинской Америки, Европы и Юго-Восточной Азии. Сначала их развитие сдерживалось недостатком абонентского оборудования. Так, еще в апреле прошлого года предлагались всего три модели мобильных EDGE-телефонов (исключительно производства Nokia) и одна плата стандарта PC Card (от Sony Ericsson). К тому же далеко не все эти изделия продавались на одном региональном рынке.

С тех пор ситуация изменилась кардинально. Совместимые с EDGE мобильные телефоны, карманные ПК и другие портативные устройства выпускают более 20 производителей, в том числе HP, LG, Motorola, NEC, Nokia, Panasonic, Samsung, Siemens и Sony Ericsson. Взрывообразное увеличение числа сетей EDGE по всему миру (см. рисунок) заставляет производителей спешно наверстывать упущенное, хотя угнаться за лидерами рынка абонентских устройств не так-то просто.

Динамика роста числа операторов, сделавших выбор в пользу технологии EDGE

Одних только EDGE-терминалов сегодня — около 70 моделей. Скажем, Motorola предлагает семь разновидностей EDGE-телефонов и еще минимум шесть намерена выпустить до конца года. Фирма Nokia, пионер данного рыночного сегмента, предлагает примерно 20 трубок, поддерживающих EDGE, причем две из них способны работать и в сетях UMTS. Надо ли говорить, что поддержка EDGE реализована в устройствах Nokia Communicator (9300 и 9500). Шесть вариантов терминалов — у компании Samsung, хотя продажи большинства из них начинаются лишь в текущем квартале.

А вот корпорация Siemens явно отстала от конкурентов: поддержка EDGE реализована только в четырехдиапазонных платах MC75. Одним из объяснений пассивности немецкого гиганта может послужить тот факт, что немецкие операторы связи практически не проявили интереса к технологии EDGE и сразу взялись за развертывание сетей UMTS. Так, в апреле-июне прошлого года в Германии запустили такие сети в коммерческую эксплуатацию сразу четыре компании — E-Plus, O2, T-Mobile и Vodafone D2.

Упомянем еще Treo 650 Spartphone производства palmOne, карманные ПК iPAQ Mobile Messenger фирмы Hewlett-Packard (поставки начнутся во II квартале) и два семейства адаптеров для ноутбуков — GCxx EDGE PC Card компании Sony Ericsson и AirCard от Sierra Wireless.

Недостатка в инфраструктурных продуктах операторы также не испытывают, тем более что модифицировать требуется лишь базовые станции. Соответствующие устройства предлагают Alcatel, Ericsson, Motorola, Nokia, Nortel и Siemens. Не менее внушителен список компаний, занимающихся разработкой, производством и тестированием микросхем для EDGE-оборудования. В их числе — Agere, Broadcom, Infineon, Intel, Motorola и Texas Instruments. Наконец, добрая дюжина фирм (включая Alcatel, Ericsson, Hewlett-Packard, Siemens, Cisco, IBM и Oracle) активно разрабатывают приложения и вспомогательные решения для сетей EDGE, а также занимаются интеграцией продуктов разных производителей.

Шагая по планете

Согласно данным, опубликованным на сайте компании 3G Americas, в конце февраля во всем мире коммерческие услуги предоставлялись в 56 сетях EDGE и в 64 сетях UMTS. Кроме того, в восьми сетях UMTS они предлагаются на некоммерческой основе, еще 14 зон UMTS находятся на стадии опытной эксплуатации, а 48 операторов лишь приступают к развертыванию сетей UMTS либо планируют это сделать. Таким образом, к 64 работающим сетям UMTS в недалеком будущем должны добавиться еще 70.

Статистика развития сетей EDGE на удивление схожа с приведенной выше. По состоянию на 28 февраля семь операторов проводили испытания, 37 обеспечили поддержку EDGE в своих сетях GSM, но еще не начали предоставлять услуги, 40 планировали реализовать такую поддержку в будущем и еще 12 располагали инфрастуктурой GSM, в которой поддержку EDGE можно обеспечить путем простого апгрейда. Другими словами, помимо 56 операторов, уже запустивших сети EDGE в коммерческую эксплуатацию, интерес к данной технологии проявили еще 96 компаний.

Удивительны не только близость приведенных цифр, но и тот факт, что некоторые операторы, уже предоставляющие услуги UMTS, лишь планируют обеспечить поддержку технологии EDGE. Примерами могут служить компании Mobilkom Austia, Swisscom Mobile и Orange France (первые две являются дочерними структурами Vodafone).

Услуги EDGE сегодня доступны абонентам в 41 стране, причем недавно в этот список вошла и Россия. Первопроходцем стал «ВымпелКом»: 6 декабря 2004 года сервис EDGE стал доступен его абонентам в Вологодской области. Через десять дней этому примеру последовала компания «Мобильные ТелеСистемы», внедрившая технологию EDGE в самарской сети GSM, а несколько позже — и в Мурманской области. Последний член «большой тройки» решил не размениваться на регионы и первым предложил услуги расширенного GPRS столичным клиентам. Насколько известно, поддержку EDGE уже реализовал в своей сети «Уралсвязьинформ», хотя коммерческие услуги на основе этой технологии пока не предоставляются. Путем простого апгрейда технология EDGE довольно быстро может быть внедрена в сети оператора «СМАРТС», но он также не спешит сделать такой шаг, возможно, ожидая первых результатов использования нового сервиса абонентами других операторов.

Итак, крупнейшие отечественные владельцы сетей GSM проявили неподдельный интерес к EDGE. Не последнюю роль сыграла сохраняющаяся неопределенность с распределением лицензий на развертывание сетей третьего поколения. Хотя нормативно-правовая и техническая база для проведения конкурса давно готова, сроки его проведения остаются сокрытыми в тумане неопределенности.

Надежды операторов на получение соответствующих лицензий в прошлом году не оправдались, и сейчас представители Федерального агентства связи кормят индустрию обещаниями решить вопрос в конце года наступившего. Памятуя о том, насколько неторопливо российские власти приобщают наше государство к ценностям экономически развитых стран (и не только в области связи), логично предположить, что заявленный срок в очередной раз не будет выдержан. Как следствие, российским операторам, уже давно развернувшим опытные зоны UMTS, остается лишь разворачивать оглобли и осваивать новую сотовую межу. Хорошо еще, что технологию EDGE они могут внедрять в рамках имеющихся лицензий.

Станет ли для них EDGE панацеей? И да, и нет. По данным компании «ВымпелКом», средняя скорость передачи данных в ее вологодской сети EDGE не превышает 120 Кбит/с. По сравнению с GPRS прогресс — налицо, хотя сама по себе приведенная цифра не впечатляет. Некоторые приложения передачи данных, например мобильная электронная почта и даже доступ к Internet, могут быть успешно реализованы и при такой пропускной способности. Однако ее явно недостаточно для реализации куда более амбициозных планов, вынашиваемых российскими операторами. Достаточно вспомнить об услуге мобильного телевещания, запущенной в прошлом году «МегаФоном» и рассчитанной на массового абонента. Оставив в стороне вопрос стоимости подобных сервисов, можно констатировать, что со временем требования абонентов к их качеству будут только ужесточаться, а удовлетворить их в рамках стокилобитной полосы пропускания операторы не сумеют.

Не следует забывать и о том, что истинный смысл многолетних разговоров об 3G сводится к поиску новых источников доходов на рынке мобильной связи. В России, где у представителей «большой тройки» показатель ARPU находится на уровне 15 долл. и, кажется, уже исчерпал все возможности снижения, услуги передачи данных воспринимаются как палочка-выручалочка, позволяющая поднять доходность бизнеса операторов. Собственно, поэтому они и ждут с таким нетерпением разрешения ситуации с лицензиями на сети 3G.

Впрочем, технологию EDGE рано сбрасывать со счетов. Не исключено, что ее истинные возможности просто недооценены, а потенциал, связанный с развитием рынка услуг передачи данных, гораздо выше, чем представляется сегодня.

В добрый путь

Технология EDGE наряду с UMTS описана в серии стандартов на сети третьего поколения IMT2000, но ее развитие далеко от завершения. И хотя EDGE можно отнести к поколению 3G с очень большой натяжкой, через какое-то время ситуация может измениться. Пути дальнейшего совершенствования этой технологии определяются потребностями операторов, которые стремятся еще больше снизить стоимость услуг, повысить собственные доходы путем реализации сервисов реального времени (включая передачу видео и пакетную телефонию), добиться более плотного взаимодействия сетей GSM/EDGE и UMTS.

Дальнейшее развитие стандартов EDGE идет сразу в нескольких направлениях. Технология подавления помех при использовании парных антенн (Dual Antenna Interference Cancellation, DIAC) позволяет уменьшить негативное влияние помех на скорость передачи трафика и тем самым расширить как полосу пропускания сети, так и радиус зоны действия одной базовой станции. Возможность работы абонентских терминалов сразу на двух несущих и удвоение ширины отдельных каналов должны привести к росту средней и пиковой пропускной способности. Наконец, благодаря совершенствованию функциональности (в частности, реализации механизмов QoS, совместимых с таковыми в сетях UMTS) могут наполовину снизиться задержки передачи.

В результате в два-три раза должны возрасти эффективность использования спектра (для голоса и данных) и пропускная способность. Удвоение пропускной способности при передаче голосового трафика сулит технология адаптивного многоскоростного речевого кодирования, которая стала одной из «горячих» тем обсуждения в минувшем году.

Для заметного улучшения технических характеристик по-прежнему будут требоваться незначительные инвестиции, но по своим параметрам сети EDGE во многом станут аналогичными сетям UMTS. Напомним, что типичные значения скорости передачи в эксплуатируемых сетях UMTS находятся в диапазоне 300-350 Кбит/с. Согласно оценкам GSM Suppliers Association, коммерческие решения, позволяющие вывести сети EDGE на качественно новый уровень, могут появиться на рынке уже в 2007 году. Реальные сроки связаны с тем, какими темпами будет разрабатываться серия стандартов GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), именуемых также EDGE Phase II, в стенах консорциума 3GPP.

Итак, не исключено, что менее чем через три года сети EDGE начнут на равных конкурировать с сетями третьего поколения — UMTS и cdma2000. Но пока эта светлая пора не наступила, EDGE и UMTS мирно сосуществуют, используя общую опорную инфраструктуру и различные методы доступа. В зарубежных источниках все чаще можно встретить утверждение о том, что эти технологии гармонично дополняют друг друга, позволяя снизить инвестиции до разумного уровня, обеспечить необходимое территориальное покрытие и эффективное использование частотного ресурса. Недаром уже сегодня более 20 операторов (в том числе такие гиганты, как Cingular Wireless, американское отделение T-Mobile, Telenor и TeliaSonera) обслуживают абонентов в комбинированных сетях EDGE/UMTS. Сочетание двух технологий гарантирует большую гибкость при реализации услуг передачи данных, что немаловажно для владельцев сотовых сетей. Может, «золотую середину» выберут и отечественные операторы мобильной связи?

Слово оптимистам

Разговор о перспективах сетей EDGE и услуг мобильной передачи данных был бы не полон без оценок и прогнозов аналитиков. Вот каковы их сегодняшние заявления.

  • «В 2008 году услуги мобильной передачи данных, такие как транспортировка сообщений, мобильные игры и загрузка мелодий, принесут операторам 126 млрд долл., или примерно 20% их совокупного дохода», — заявляет в одном из своих недавних отчетов ARC Group.
  • In-Stat/MDR утверждают, что уже в I квартале 2004 года 54% мобильных абонентов пользовались как минимум одной мобильной услугой. Среди таких услуг доминировал обмен SMS-сообщениями, но ощутимый вклад внесли и доступ в Internet, загрузка мелодий и мобильные игры. В In-Stat/MDR считают, что абоненты, подписавшиеся на услуги передачи данных, активнее используют телефон и по прямому назначению: они говорят по нему на 42% чаще, а их расходы на мобильную связь увеличиваются на 64%.
  • По оценкам Strategy Analytics, в 2003 году доход американских сотовых операторов с каждого мегабайта трафика данных, загруженного в качестве контента по сети мобильной связи, составлял в среднем 50 долл., а такой же объем голосового трафика приносил лишь 1,63 долл.
  • Сотрудники компании META Group прогнозируют, что в 2007 году две трети корпоративных заказчиков будут использовать решения мобильной передачи данных. Наиболее востребованными окажутся приложения мобильной электронной почты: через три года ими будет пользоваться каждая вторая организация.
  • Согласно данным CTIA, ежемесячно 150 млн американцев отправляют 2,5 млрд SMS-сообщений, которые постепенно начинают вытесняться сообщениями MMS. Во всем мире мобильных телефонов со встроенными камерами уже продается больше, чем собственно цифровых фотоаппаратов. В соответствии с предварительными оценками InfoTrends Research Group, в минувшем году продано свыше 150 млн таких устройств, или около 22% от общего числа мобильных телефонов.
  • Заслуживает внимания прогноз компании Dresdner Kleinwort Wasserstein Equity Research (см. рисунок). По мнению ее специалистов, в 2010 году объем ежедневного мобильного трафика, приходящегося на одного абонента, достигнет почти 28 Мбит, что соответствует более чем десятикратному росту по сравнению с 2002 годом. При этом 6,8 Мбит будут приходиться на трафик данных (электронная почта, доступ к Internet и др.), а 7,7 Мбит — на видеотрафик. Другими словами, уже через пять лет мобильный трафик видео и данных превзойдет по объему трафик голосовой.
Прогноз роста ежедневного мобильного трафика по типам приложений

Несомненно, технология EDGE в ее современном виде рискует серьезно затормозить подобный рост. Вот только в последние годы аналитики стали слишком часто ошибаться в своих прогнозах.