České vysoké učení technické Praha Fakulta elektrotechnická, katedra radioelektroniky Rozvoj služeb prostřednictvím UMTS Semestrální práce 37MK MOBILNÍ KOMUNIKACE Vypracoval: Martin Komenda květen 2006
Obsah 1. ÚVOD... 2 1.1 ÚVOD A CÍL PRÁCE... 2 1.2 POUŽITÉ ZKRATKY... 2 2. ROZVOJ SLUŽEB OD 2G K 3G... 3 3. SÍTĚ 3G A JEJICH SLUŽBY... 4 3.1 PŘEHLED SÍTÍ 3G... 4 3.2 CDMA2000 1XEV-DO... 5 3.3 UMTS TDD... 5 3.4 UMTS FDD... 6 3.5 UMTS FDD + HSPA... 7 4. ZÁVĚR... 8 5. PŘÍLOHY... 9 5. LITERATURA... 11 1. Úvod 1.1 Úvod a cíl práce Služby mobilních telekomunikací jsou dnes oblastí velkého zájmu veřejnosti, neboť v průběhu uplynulého desetiletí přinesly ve vyspělých zemích světa mnoho změn do každodenního života lidí. Koncem minulého roku jsme v ČR byli svědky spuštění komerčního provozu mobilních sítí třetí generace (3G) pod značkou UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), které však většina lidí chápe pouze jako rozšíření sítí druhé generace o nové služby. Tato práce shrnuje, které služby nabízely sítě 2G a 2,5G a poté se věnuje službám sítě UMTS. Informuje též o tom, jaké služby nabízejí operátoři v ČR a jaké jsou možnosti jejich dalšího rozšiřování. Nepokládá si za cíl vysvětlit či detailně popsat vývoj technologií po technické stránce, nýbrž poskytnout přehled o současných službách mobilních sítí z pohledu uživatele. 1.2 Použité zkratky CSD Circuit Switched Data CDMA Code Division Multiple Access EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution GSM Global System for Mobile communications GPRS General Packet Radio Service HSCSD High Speed Circuit Switched Data HSPA, HSDPA, HSUPA High Speed Packet Access, Downlink/Uplink TD-CDMA Time Division - Code Division Multiple Access UMTS Universal Mobile Telecommunication System UMTS FDD, TDD UMTS Frequency Division Duplex, Time Division Duplex W-CDMA Wideband - Code Division Multiple Access 2
2. Rozvoj služeb od 2G k 3G Klasická síť druhé generace, která je v ČR provozována již deset let (od července 1996), nabízí ve své základní podobě následující služby: Hovorová služba Mezinárodní roaming Datové přenosy (včetně faxových služeb) Doplňkové služby (přesměrování hovorů, zakázání hovorů, záznamník) Krátké textové zprávy SMS V letech 1996 1999 se tehdejší operátoři EuroTel a RadioMobil snažili o co nejkvalitnější pokrytí signálem GSM, a proto k dalšímu významnějšímu rozvoji služeb došlo až v březnu 2000, kdy Eurotel zprovoznil portál Juice. Ten při využití technologie WAP nabízel například přístup k e-mailu, možnost ovládat své bankovní konto, kupovat si vstupenky do kina, divadla či na koncerty, přístup k jízdním řádům IDOS, a rozsáhlé zpravodajství. Přístup k těmto službám byl možný pomocí datových přenosů o rychlostech původně pouze 9,6 kbit/s, dále 11,4 kbit/s přes CSD a od března 2000 až 43,2 kbit/s pomocí HSCSD. V květnu stejného roku pak EuroTel rozšířil své portfolio datových služeb o GPRS, které bylo vhodnější pro aplikace s nepravidelným posíláním dat jako je prohlížení internetových stránek, posílání e-mailů a přístup na WAP. GPRS umožňovalo připojení o rychlosti 22,8 kbit/s při využití jednoho timeslotu, při sdružení více timeslotů (max. 4) teoreticky až okolo 90 kbit/s. Při reálném provozu byla však rychlost maximálně srovnatelná s technologií HSCSD. Aby operátoři připravili své zákazníky na sítě 3G a zvýšili zájem veřejnosti, investovali do technologie 2,5-té generace, která zprostředkovala tyto služby: MMS (multimediální zprávy zprávy obsahující obrázky, kratší videoklipy, dlouhé textové zprávy do velikosti 100 kb) Internet (použití mobilního telefonu jako modemu; prohlížení zjednodušených internetových stránek na displeji telefonu) Hry a zábava (stahování her a jiných aplikací pro mobilní telefony včetně streamovaného videa) LBS (viz níže) Transakční služby (GSM banking) LBS je zkratka anglického Location Based Services, což lze volně přeložit jako služby založené na identifikaci geografické polohy mobilního zařízení. Tyto služby se dělí na: služby pro zákazníka týkají se např. zajištění bezpečnosti a ochrany či zajištění bezprostředního přístupu k relevantním informacím o tom, co se děje v jeho okolí. služby pro obchodníka znalost lokality je pro obchodní společnosti významná ve smyslu zvýšení jejich produktivity a efektivity. Jsou tak schopné získávat informace o zákaznících, jejichž bydliště či zaměstnání je v blízkosti místa, kde se obchodník nachází, apod. [5]. 3
Do služby multimediálních zpráv MMS (9/2002 ji spustil Eurotel i T-Mobile, Oskar až o rok později) byly po vzoru SMS vkládány velké naděje, avšak u širší veřejnosti dodnes nedosáhla ani zlomku obliby tradičních SMS. Důvodů malého zájmu může být několik: cena okolo 10 Kč je vysoká, ne každý telefon dokáže MMS přijmout, natož vytvořit, většinu informací lze vyjádřit hlasem či textem. Naopak stále významnější se jevila poptávka po rychlém a mobilním připojení k internetu. Konkurencí vytáčeného připojení přes pevnou telefonní linku se stala zejména technologie GPRS, jejíž velkou výhodou bylo časově neomezené připojení, neboť pro většinu uživatelů je výhodnější platit za přenesená data než za čas strávený online. Typickým rozšířením v rámci sítí 2,5G pak bylo zavedení technologie EDGE (jako první ji spustil T-Mobile v listopadu 2004, Eurotel a Oskar ho následovali v březnu 2005), která zvýšila dosažitelné přenosové rychlosti na rádiovém rozhraní mezi mobilním telefonem a základnovou stanicí na cca 150 kbit/s (teoreticky až. 236,8 kbit/s, latence běžně 500-800 ms). (Latence je definována jako zpoždění mezi vysláním požadavku a přijetím odpovědi na něj, které vzniká při průchodu zprávy sítí.) Ne všichni operátoři však do této technologie významně investovali: Eurotel ji dnes nabízí pouze v několika lokalitách mimo velká města (nabídl totiž jiné řešení v podobě sítě CDMA2000 1xEV-DO, viz kap.3), Vodafone naopak ve velkých a středně velkých městech a několika dalších lokalitách. Významnějšího pokrytí dosahuje v této technologii pouze T-Mobile téměř všechna města a jejich blízké okolí. Pozn.: Podrobné mapky pokrytí jsou uvedeny v příloze. 3. Sítě 3G a jejich služby 3.1 PŘEHLED SÍTÍ 3G Mezi sítě třetí generace patří všechny mobilní sítě, které dosahují maximální teoretické rychlosti směrem k uživateli (downlink) 384 kbit/s a více. Ve světě je pod touto zkratkou (3G) uplatňováno několik standardů, z nichž je pro nás nejdůležitější evropsko-japonský standard W-CDMA neboli UMTS. Dalšími jsou americký CDMA2000 a čínský TD- CDMA. Mobilní sítě třetí generace mohly být v ČR uvedeny do provozu již o několik let dříve, avšak z důvodu malé poptávky po jejich službách byli operátoři nuceni s investicemi počkat. Licence pro jejich provozování zakoupili operátoři EuroTel a RadioMobil již v prosinci 2001, třetí operátor Český Mobil se tehdejší aukce nezúčastnil a licenci získal až v roce 2005. EuroTel a RadioMobil se tehdy zavázali spustit své nové UMTS sítě (v komerčním provozu) nejpozději do 1. ledna 2005, ale později získali odklad až do roku 2007. Dnes jsou v České republice provozovány celkem čtyři sítě 3G: CDMA2000 1xEV-DO (Eurotel) UMTS TDD (T-Mobile) UMTS FDD (Eurotel) UMTS FDD + HSDPA (Eurotel) Podrobnosti o každé z nich jsou uvedeny v následujících kapitolách. 4
3.2 CDMA2000 1xEV-DO První mobilní síť třetí generace v České republice začal provozovat v srpnu 2004 Eurotel. Jedná se o síť CDMA2000 1xEV-DO Rev. 0, která je určena pro mobilní připojení k internetu jako alternativa k ADSL a především tam, kde není k dispozici ani ADSL ani jiné širokopásmové připojení (tzn. mimo města). Uživatelé si musí pořídit speciální modem, s integrací do mobilních telefonů se nepočítá. CDMA v uvedené verzi standardu (Rev. 0) nabízí maximální rychlost pro download 2,4 Mbit/s (na sektor, tzn. tato rychlost se dělí mezi uživatele připojené k jedné BTS) a pro upload 153,6 kbit/s (na uživatele) s latencí 200-300 ms. V porovnání s GPRS je problémem nižší pokrytí, Eurotel uvádí 80 procent populace. Za první rok provozu CDMA získal Eurotel 50 000 uživatelů, dnes jich má okolo osmdesáti tisíc. Měsíční poplatek je dnes nastaven na 832 Kč vč. DPH, nejlevnější modem je nabízen za 6995 Kč nebo za 1995 Kč při podpisu smlouvy na 24 měsíců. V dalších revizích, na kterých pracuje skupina CDMA Development Group, půjde o zvyšování rychlosti (v revizi B až na 73,5 Mbit/s pro download a 27 Mbit/s pro upload) a snižování latence (doby odezvy) tak, aby tato technologie byla vhodná i pro aplikace, které nízkou latenci vyžadují přenos hlasu, videa, on-line hry. 3.3 UMTS TDD Síť UMTS TDD provozuje od října 2005 T-Mobile pod názvem Internet 4G. Jedná se však pouze o jiný standard 3G sítě, než je v Evropě běžné: TD-CDMA. Strategií T-Mobile při tvorbě názvu bylo zdůraznit skutečnost, že v síti UMTS TDD lze dosahovat znatelně vyšších přenosových rychlostí než v běžné síti UMTS FDD, kterou provozuje Eurotel. Rozdíl je v tom, že nová síť T-Mobile není určena pro hlasové či jiné služby, ale výhradně pro služby datové. Měla by se tedy srovnávat spíše s CDMA2000, které bude konkurovat. Technickými parametry UTMS TDD současné CDMA převyšuje - například maximální rychlost na sektor má být 4,75 Mbit/s, průměrná okolo 2,2 Mbit/s, maximální rychlost na zákazníka by měla být 2,2 Mbit/s pro download a 1,1 Mbit/s pro upload, latence se v reálných podmínkách pohybuje kolem hodnot 70-90 ms. T-Mobile v současnosti nabízí dvě varianty připojení: Internet 4G Standard: download 512 kbit/s, upload 128 kbit/s, datový limit 3GB, cena 832 Kč vč. DPH za měsíc. Internet 4G Premium: download 1024 kbit/s, upload 256 kbit/s, datový limit 10 GB, cena 1189 Kč vč. DPH za měsíc. V ceně paušálu tarifu Premium je využívání EDGE či GPRS v případě, že se uživatel nachází mimo pokrytí UMTS TDD, a dokonce i připojení přes WI-FI využitím služeb T- Mobile HotSpot. Pro připojení nabízí T-Mobile USB modem či PCMCIA kartu v ceně okolo 3000 Kč, se kterými uživatel získá novou SIM kartu pro datové přenosy. Slabinou této služby je pokrytí. Zatímco Eurotel nabízí své CDMA již osmdesáti procentům populace, T-Mobile pokrývá signálem UMTS TDD v současné době pouze Prahu, do konce roku 2006 plánuje pokrýt velká města, ale jinde počítá jen s EDGE. 5
3.4 UMTS FDD Služby, které od prosince 2005 nabízí Eurotel, vychází z klasické sítě třetí generace UMTS FDD tedy W-CDMA. Z hlediska použité technologie si Eurotel vybral stejné řešení jako většina mobilních operátorů v Evropě i mimo ni. V důsledku toho může svým zákazníkům nabídnout možnost roamingu, a také širší portfolio koncových zařízení. V jeho UMTS síti je možné provozovat jak klasické hlasové, textové či obrazové služby, známé z GSM, tak i videohovory. Využití videohovorů je podpořeno zaprvé službou Web videohovory, tj. provozování videohovoru mezi počítačem s videokamerou připojeným k internetu a UMTS mobilním telefonem, zadruhé promo nabídkou, díky níž jsou videohovory až do konce června 2006 téměř zdarma (1 Kč/min.). Důležitou službou jsou datové přenosy rychlostí až 384 kbit/s obousměrně, přičemž reálné rychlosti se pohybují mezi 300-370 kbit/s. Ve srovnání s UMTS TDD či CDMA2000 je rychlost přenosu dat znatelně nižší a o něco horší je i latence - ve verzi UMTS R4, kterou Eurotel nasadil, činí 200 ms. Naopak velkou výhodou této sítě je, že se k internetu můžeme snadno připojit pomocí běžného UMTS telefonu (ceny cca od 6 000 Kč) a se stávající SIM kartou (jak s paušální, tak s předplacenou). Díky rychlému datovému připojení jsou dostupnější a zároveň pestřejší služby portálu Eurotel Live!, které jsou obohaceny o video streaming (dopravní kamery, hudební stanice O, ČT24, ), stahování videoklipů (zábavné, sportovní sestřihy, erotické, ). Zajímavou nabídkou pro majitele UMTS telefonů je též stahování hudby i videa z Eurotel Jukeboxu. UMTS FDD tedy podpoří mobilní zábavu, která se tak stává mohutným byznysem i v ČR, kde uživatelé mobilních telefonů jen za loňský rok utratili za zábavu stahovanou do mobilů přes miliardu korun. Co se týká pokrytí signálem, není na tom Eurotel o mnoho lépe než T-Mobile se svým UMTS TDD. V současné době můžete videohovor či rychlejší data využít pouze v Praze a Brně, jak naznačují mapky na obr. 3.1. Obr. 3.1 Veškeré pokrytí signálem UMTS FDD (W-CDMA) Eurotelu, 05/2006 Plány ostatních českých operátorů jsou spustit síť UMTS-FDD pravděpodobně ještě letos. Pokud se tak stane, můžeme očekávat rychlé zvýšení poptávky i nabídky UMTS telefonů a následné rozšíření využití jak videohovorů, tak mobilní zábavy pro tato zařízení. 6
Při představení služeb na Invexu 2005 Eurotel poodhalil, jak bude postupovat s pokrýváním do konce roku 2006: Praha, Brno, Ostrava, Plzeň, České Budějovice, Liberec, Hradec Králové, Olomouc, Ústí nad Labem, Pardubice, Karlovy Vary, Teplice, Most, Kladno, Zlín. Pro srovnání uvádím současné pokrytí nejsilnějších operátorů v západoevropských a severských státech: Velká Británie Vodafone cca 40% území Rakousko T-Mobile cca 25% území Finsko Sonera cca 20% území Německo T-Mobile cca 40% území Francie Orange cca 15% území Švédsko Telia cca 40% území Cílem však zatím není pokrýt 100% území jako v případě GSM signálu, nýbrž poskytnout služby 3G ve všech větších městech, průmyslových a rekreačních oblastech (tedy tam, kde bude o rychlá data či videotelefonii největší zájem). 3.5 UMTS FDD + HSPA Aby se mobilní připojení k internetu pomocí UMTS FDD stalo opravdu konkurenceschopným v porovnání s ADSL či WI-FI, bylo třeba připravit upgrade existující sítě. Cílem bylo navýšit rychlost přenosu dat ze stávajících 384 kbit/s, a zároveň snížit latenci. Řešení přišlo v podobě technologie HSPA, která je považována za 3,5-tou generaci. Můžeme v ní vidět jistou analogii k dřívějšímu vylepšení sítě GSM pomocí EDGE. V prvních fázích půjde o zvyšování rychlosti stahování HSDPA (downlink) na 1,8 Mbit/s, které v současnosti připravuje ke komerčnímu spuštění Eurotel pod názvem Internet Speed. Do doby než se na český trh dostanou přímo telefony podporující tuto technologii (např. Samsung W200, LG SH-100), bude ji Eurotel nabízet s PCMCIA kartou Huawei E620, která kombinuje technologie HSDPA, UMTS, EDGE a GPRS. Služba by měla nabídnout reálné přenosové rychlosti 1024 kbit/s, takže se stane přímou a rovnocennou konkurencí službě Internet 4G od T-Mobile. Výhodou pro ni je, že se na rozdíl od UMTS TDD bude v dohledné době implementovat i do mobilních telefonů. V dalších fázích zrychlování downlinku bude HSDPA moci dosáhnout postupně 3,6 a 7,7 Mbit/s a v průběhu roku 2008 až maximálních 14,4 Mbit/s. HSDPA tedy nabídne: 1) Vysoce kvalitní videohovory včetně internetové telefonie (VoIP) 2) Ultrarychlé datové přenosy schopné poskytovat jak připojení k internetu, tak na vyžádání filmy, zpravodajské a vzdělávací programy v kvalitě QVGA (320x240 pixelů). 3) Mezinárodní roaming Po zvyšování rychlosti downloadu nebo již v jeho průběhu přijde na řadu i upload, tedy HSUPA. V konečné fázi technologie HSPA může nabídnout rychlosti 14,4/5,8 Mbit/s (downlink/uplink). 7
4. Závěr Jak je z mojí práce zřejmé, sítě 3G především rozšiřují možnost připojení k internetu. Zatím největším přínosem je síť CDMA Eurotelu, která poskytla rozumné řešení pro uživatele z menších měst a vesnic. Je zatím otázkou, kolik lidí v Praze se rozhodne pro UMTS TDD od T-Mobile, které má konkurovat ADSL, kabelové televizi či Wi-Fi, když nabídka i využití těchto služeb jsou zejména právě v Praze již značně rozvinuté. UMTS FDD považuji v jeho současné podobě (rychlosti a pokrytí) spíše za doplňkové a příležitostné připojení. Můžeme však očekávat, že situace se razantně změní při komerčním spuštění HSDPA a rozšíření pokrytí v dalších městech. Rozhodující pro rozvoj a využitelnost bude kromě rozšíření dostupnosti také nabídka kombinovaných PC karet pro co nejuniverzálnější přístup a udržení kvality služby při rostoucím počtu uživatelů. UMTS FDD však naštěstí nepřináší pouze mobilní připojení k internetu. Služby jako videotelefonie, či mobilní zábava, která je nyní díky 3G mnohem pestřejší, mají dle mého názoru velkou budoucnost. Jejich rozvoj podporují stále sofistikovanější multimediální zařízení, která postupně odstraňují rozdíly mezi mobilními telefony a kapesními počítači, a svými schopnostmi nahrazují digitální fotoaparáty i hudební přehrávače. Mobilní sítě třetí generace mají co nabídnout. 8
5. Přílohy Eurotel současné pokrytí signálem EDGE: Vodafone současné pokrytí signálem EDGE: T-Mobile současné pokrytí signálem EDGE: Mapa zde nelze kvůli jejímu provedení uvést; viz níže uvedený odkaz. http://t-mobile.cz/web/residential/tarifysluzby/datovesluzby/mapapokrytiedge.aspx 9
Eurotel současné pokrytí signálem CDMA2000 1xEV-DO: T-Mobile současné pokrytí signálem UMTS-TDD: 10
5. Literatura Časopisy: Svět mobilů 10/2005; Mobility 1/2006; Mobile&Wireless Internetové stránky českých operátorů Eurotel, T-Mobile, Vodafone www.3g.co.uk, www.3gtoday.com Internetové stránky národních operátorů Orange, TeliaSonera, Vodafone, T-Mobile www.csmap.cz/locationbasedservices.htm 11