Сети LTE: структура и принцип работы. LTE, что это такое в телефоне, планшете? Обзор технологий

Некоторое время под маркировкой 4G операторы предлагали различные технологии передачи данных, в числе которых WiMAX и HSPA+, мягко говоря, неудовлетворяющие требованиям нового стандарта. Желая расставить все на свои места и пресечь попытки ввести потребителей в заблуждение, Международный союз электросвязи в 2012 году официально закрепил статус 4G за стандартом 4g LTE Advanced . Это начальная ступень на пути к реально искомым целям – 100 Мбит/с пропускной способности для мобильных устройств, 1Гбит/с – для стационарных. И разработчики трудятся над совершенствованием характеристик LTE-A вплоть до скорости скачивания 1200 Мбит/с, что доступно для категории мобильных устройств LTE cat 8 . Впрочем, пока это лишь теоретически.

Категории нужны для того, чтобы удостовериться, что базовая станция сможет корректно взаимодействовать с пользовательским оборудованием, принимающим сигнал. Исходя из сигнала от приемного устройства, свидетельствующего о классе UE, раздающее оборудование определяет пропускную способность канала связи и автоматически выбирает оптимальный режим передачи данных.

Кроме скоростных характеристик, категории отличаются также и другими показателями. Например, LTE cat 1 не поддерживает технологию MIMO, а стандарты с LTE cat 2 по LTE category 4 сочетаются с конфигурацией 2х2. LTE category 5 рассчитан на 4х4 MIMO. В свою очередь, стандарты 4g cat 6 и LTE cat 7 совместимы как с первым, так и с вторым видом антенн. Самый перспективный в вышеуказанном списке проект – LTE category 8 , который теоретически способен обеспечить скачивание данных из Интернета со скоростью 1200 Мбит/с и их загрузку – 600 мегабит. Как ожидается, для работы с 4g cat 8 абоненты будут использовать восьмиканальные антенны MIMO 8х8.

LTE category 0

Помимо стандартных классов от 1 до 8, отдельно стоит упомянуть так называемую нулевую категорию 4g LTE advanced . Пиковые скорости нисходящего и восходящего сигналов равняются 1 Мбит, и этого более чем достаточно для работы «Интернета вещей». Речь идет об обмене данными между машинами «M2M»: холодильниками, автомобилями, стиральными машинами и различными автоматизированными системами. На первый план в этом сегменте выступает экономия электроэнергии, что трудно переоценить при наладке связи с удаленными от линий электропередач автоматами на аккумуляторных батареях, альтернативных источниках питания. Подключение к «паутине» осуществляется лишь периодически, а требуемая скорость передачи данных по современным меркам ничтожно мала. Как результат, преимущества LTE cat 0 пополнились еще и фактором конструктивной простоты модема, который легче и компактнее терминала LTE cat 1 примерно на 50%.

К числу наиболее распространенных в руках массового потребителя терминалов 4g LTE advanced следует отнести LTE cat 3 и LTE cat 4. При этом в США и Западной Европе также имеется высокая концентрация приемных устройств категории 0. Несмотря на большой потенциал, LTE cat 8 , как и LTE cat 7, пока не используются на практике. Главным ориентиром крупнейших операторов мирового рынка является 4g cat 6.

Преимущества LTE 4g cat 6 в сравнении с LTE cat 3

Внедрение новейшего стандарта LTE category 6 позволит значительно повысить не только скорость передачи данных, но и пропускную способность сетей. LTE cat 6 дает возможность скачивать файлы со скоростью 300 Мбит/с, что втрое больше, чем в случае LTE cat 3. Поддержка шестой категории открывает двери перед четырехканальной технологией 4х4 MIMO. С полномасштабным приходом LTE cat 6 пользователи смогут легко обмениваться данными, включая такие «тяжелые» элементы, как, например, файлы виртуальной реальности.

Термины LTE и 4G уже давно на слуху и постепенно становятся частью словарного запаса современного человека, а с появлением нового поколения Android-смартфонов и выходом iPhone 5 нам просто необходимо знать об этой технологии побольше, просто чтобы не возникало путаницы, ну и для общего развития.

В этой статье мы постараемся дать максимально простые ответы на самые популярные вопросы об LTE.

Что такое LTE?

Разработанный консорциумом 3GPP Long Term Evolution (если переводить дословно, то «долгосрочное развитие»), в общепринятом сокращенном варианте — LTE — это новый стандарт мобильных сетей с увеличенными пропускной способностью и скоростью передачи данных. LTE использует различные частоты, однако функционирует на основе используемых сетей GSM/HSPA, фактически являясь их усовершенствованной версией. Термин 4G, или «беспроводная связь четвертого поколения» употребляется как синоним LTE, подчеркивая отличия этого стандарта от 3G. По предварительным прогнозам к 2016-му году общее количество абонентов мобильных широкополосных сетей может достичь 5 млрд. человек.

Чем LTE (4G) отличается от 3G

Прежде всего необходимо понимать, что 4G LTE — это эволюционный, а не революционный путь развития, предполагающий использование возможностей имеющейся инфраструктуры. 3G-сети еще долго и с не меньшей эффективностью будут выполнять задачи по доставке широкополосных сервисов миллиардам пользователей мобильных устройств. Но 4G, тем не менее, уверенно пророчат роль общепринятого стандарта мобильной связи в виду целого ряда очевидных преимуществ технологии 4G LTE, основные из которых:

• более высокие производительность и пропускная способность;
• простота — LTE поддерживает гибкие варианты полосы пропускания с несущей частотой от 1.4 MHz до 20 MHz, а также дуплексную передачу данных с возможностью разделения по частоте (FDD) и по времени (TDD).
• задержка — в LTE существенно меньшая задержка в передаче данных для протоколов плоскости пользователя в сравнении c существующими технологиями третьего поколения (преимущество крайне важное, к примеру, для обслуживания многопользовательских онлайн-игр ).
• широкий диапазон конечных устройств — LTE-модулями планируется оснащать не только смартфоны и планшеты, но также ноутбуки, игровые приставки, видеокамеры и другие портативные и бытовые устройства.

Скорость LTE

Возможностями технологии LTE предусматривается скорость передачи данных до 299.6 Мбит/с на загрузку (download) и до 75.4 Мбит/с — на отдачу (upload). Однако в LTE скорость в каждом конкретном случае во многом зависит как от местонахождения пользователя, так и от текущей нагрузки в сети. Но LTE развивается: еще два года назад на конгресе MWC-2010 был продемонстрирована возможная пиковая пропускная способность до 1.2 Гбит в секунду. Тем не менее, к примеру, в Сингапуре, где национальное LTE-покрытие обеспечивает оператор M1, средняя скорость загрузки в LTE не превышает 75 Мбит/с. В ближайшее время компания собирается увеличить скорость до 150 Мбит/с за счет использования частот, которые на данный момент используются для поддержки устаревшего стандарта 2G.

Почему LTE-частоты различны в разных странах?

Не смотря на то, что LTE очень активно развивается во всем мире, нет единого частотного диапазона, на котором работаю 4G-операторы в разных странах мира. Это связано с тем, что радиочастотный спектр во многих государствах находится под контролем правительственных структур, а деятельность операторов лицензируется. В разных странах определенные частоты уже используются другими сервисами (вроде цифрового ТВ), потому телекоммуникационным компаниям приходится пользоваться теми, которые доступны на данный момент и ждать возможности доступа к новым диапазоном, как в случае с сингапурским M1.

Наиболее часто используемый LTE-частоты

В станах Азии — это 1800 MHz или 2600 MHz. Именно на этих частотах работают операторы в Сингапуре, Гонг Конге и Южной Корее. В Японии и США — 700 MHz или 2100 MHz. В Европе — 1800 MHz или 2600 MHz.

В России LTE-лицензии получили компании «Ростелеком» (791-798.5/832-839.5 MHz, Band 20), «МТС» (798.5-806/839.5-847 MHz, Band 20), «Мегафон» (806-813.5/847-854.5 MHz, Band 20) и «Вымпелком» (« «) (813.5-821/854.5-862 MHz, Band 20), которые приступят к оказанию 4G LTE-услуг с июлю следующего года.

В Украине LTE-сети только начинают развиваться, и, по мнению специалистов, до начала ее полноценной коммерческой эксплуатации пройдет не менее полутора лет. Причины такого отставания — в проблемах с регулированием и лицензированием, а также в недостаточной емкости транспортной сети.

Универсальный LTE-смартфон?

Такого устройства пока нет, поскольку производители еще не разработали такую компактную антенну, которая могла бы обеспечивать прием-передачу сигнала хотя бы на самых популярных LTE-частотах одновременно. Потому и говорят, что купленный в Штатах iPhone 5 может не работать в азиатских и европейских LTE-сетях. Но расстраиваться особо все-таки не стоит, всегда остается универсальный , доступный во всех странах мира. Однако, если учитывать глобальную тенденцию к смещению операторов связи в сторону стандарта LTE и темпы освобождения ранее занятых частотных диапазонов, то в перспективе можно ожидать появления общего частотного диапазона в разных странах и регионах мира. Значит проблема разработки универсального LTE-смартфона может несколько упроститься и его создание — это лишь вопрос времени. Будем надеяться, что это произойдет очень скоро.

4G LTE — это дорого

Как и стандарт 3G в свое время, новый 4G тоже пока не отличается демократичностью в тарифообразовании. Дешевого 4G LTE пока не предлагают, потому за скорость и быстродействие пользователям приходится платить больше. Однако по-настоящему LTE становится дорогим, если не обращать внимания на объемы скачиваемых или передаваемых данных.

LTE-смартфоны в продаже

Кроме упомянутого iPhone 5, который Apple начнет продавать с 21 сентября этого года, с LTE-сетями могут работать еще несколько смартфонов: HTC One XL, Samsung Galaxy S II LTE, LG Optimus True HD LTE и the Galaxy Note LTE. Также в скором времени в продаже должны появиться LG Optimus G и Galaxy S3 LTE.

Новости LTE технологии

В нашей стране 4G LTE стандарт — это пока только перспектива, при том не самая близкая. Однако для тех, кто часто бывает за границей, возможностей ощутить все преимущества LTE предостаточно. О росте популярности данного стандарта связи говорит также и тот факт, что новый iPhone 5 от Apple выпускается сразу в трех различных вариантах, каждый из которых разработан для определенного диапазона LTE частот. Так модель A1428 (GSM) iPhone 5 поддерживает LTE только в США и Канаде и работает на частоте 700MHz. Модель A1429 (CDMA) ориентирована на сети Штатовских операторов Sprint и Verizon, а также японского KDDI.

И, наконец, A1429 (GSM) iPhone 5 работает на частотах 850 MHz, 1800 MHz и 2100 MHz и является наиболее универсальной, поскольку именно эти частоты используются для LTE-связи во многих странах мира (кроме США и Канады). На сайте Apple support указано, что модель A1429 (GSM) совместима с LTE в Австралии, Гонконге, Германии, Корее, Японии, Сингапуре и Великобритании. Другими словами, это означает, что если вы живете в Украине и часто бываете в Европе, то заказывая iPhone 5 из других стран, выбирайте именно A1429 (GSM). Соответственно, тем кто чаще посещает США лучше купить A1428 (GSM) iPhone 5. Также не стоит забывать, что такое разграничение по региональному признаку касается только LTE-специфики аппаратов, в 3G-сетях каждый из них будет работать в любом регионе планеты.

Samsung может приобрести Nokia Siemens Networks (3 августа 2012)
Южнокорейская корпорация Samsung изучает возможность приобретения одного из крупнейших производителей универсального оборудования для сетей связи NSN. По словам независимых аналитиков и экспертов, сумма данной сделки может составить пятьдесят пять миллиардов долларов. Официальный представитель компании NSN заявил, что интерес руководство корпорации Samsung относится к массовым поставкам и глобальному производству оборудования для уникальных беспроводных сетей мобильной связи.

Следует напомнить, что на сегодняшний день мобильных компаний, способных совершить данную покупку, в мире не так много, а на международном рынке операторского оборудования подобный актив был бы по карману только корпорациям Ericsson или Huawei. Однако в стратегическую политику компании Ericsson подобная финансовая сделка не укладывается, а у второй корпорации уже есть аналогичная инфраструктура. Необходимо упомянуть, что в качестве потенциального покупателя компании NSN рассматривается китайская корпорация . Что же касается южнокорейского производителя мобильной аппаратуры, то ранее компания Samsung выпускала фирменные станции для модели WiMAX, но данный сервис уступил лидирующие позиции инновационной технологии LTE.

Даже первоклассник сегодня умеет пользоваться мобильным интернетом. Развитые беспроводные технологии позволяют выходить в сеть не только с компьютеров и ноутбуков: доступ в интернет имеет большинство телефонов, плееров, планшетов и прочих гаджетов. Для среднестатистического пользователя стандарт связи неважен: не обязательно знать, чем отличается 3g от 4g и что значит lte, чтобы скачивать приложения, просматривать ленту новостей в соцсетях и смотреть кино онлайн.

Эти вопросы становятся более значимыми при изучении характеристик мобильного интернета. Что дают стандарты lte и 4g и в чем разница между ними?

Найди 10 отличий

Аббревиатура LTE означает долговременное развитие (Long Term Evolution) и относится к технологии 4G. LTE – это один из первых стандартов 4G, этап развития данной технологии. Понятие LTE входит в 4G, являясь подтипом наряду с другой технологией, WiMax 2. В характеристиках многих устройств 4G и LTE указаны вместе, единым термином. Другими словами, на вопрос, в чем разница между lte и 4g, можно смело отвечать: это одна и та же технология.

Чем отличается 3g от 4g? В эволюции беспроводных технологий 3 G стоит ступенькой ниже 4 G. В свое время появление 3G-интернета открыло новую эру мобильного интернета, но сегодня 3G уступает 4G по скорости передачи данных. К плюсам технологии 3G можно отнести ее возраст: 3G используется уже почти 20 лет, тогда как 4G начали разрабатывать лишь с 2008 года, поэтому 3G пока лидирует, хоть и без большого отрыва, в вопросах зоны покрытия.

4G и LTE в вопросах и ответах

Разбираемся, как подключить LTE и чем хорош 4g: вопросы специалистам Wifire.

– Как подключить 4g на моем смартфоне?
Ответ: Таким же образом, как подключить мобильный интернет любого формата. 3g, 4g и lte можно подключить в офисе провайдера Wifire или прямо на сайте. Выберите подходящий тарифный план, ознакомьтесь с ценами и оставьте онлайн-заявку!

– Я уже подключил услугу мобильного интернета. Как включить 4g на телефоне?
Ответ: Чтобы включить 4G-интернет, вам нужно активировать функцию мобильного интернета на вашем устройстве. Возможно, после подключения интернета вам придется изменить режим сети. Для этого в настройках мобильных сетей нужно выбрать 4G (LTE). К сожалению, подробной инструкции по включению 4g именно на вашем телефоне мы привести не можем, так как меню настроек у разных моделей существенно отличается. Мы можете обратиться за помощью в сервисный центр производителя вашего устройства или к поставщику услуг связи.

– Какие преимущества у 4G?
Ответ: К главным преимуществам 4G относятся такие параметры, как скорость передачи данных, скорость загрузки файла в сеть (upload) и скорость скачивания файла (download). Высокие показатели скорости позволяют предложить нашим абонентам бесперебойную беспроводную связь по всей России, причем вы получаете быстрый мобильный интернет по привлекательной стоимости.

Тарифы и услуги ООО «Нэт Бай Нэт Холдинг» могут быть изменены оператором. Полная актуальная информация о тарифах и услугах – в разделе «тарифы» или по телефону указанному на сайте.

Пересказ публикации д-ра Stamatis Georgoulis, Aeroflex Limited "LTE to LTE-Advanced: What You Need to Know Right Now". В принципе, ничего принципиально нового.

Переход от LTE к LTE-A обещает преимущества, как для оператора, в плане сокращения OPEX/CAPEX и повышения коэффициента использования спектра, так и для абонента в плане роста скоростей передачи данных и емкости сети.

LTE-A обещает возможность получения подлинной подключенности 4G, впервые могут быть соблюдены требования к IMT-Advanced. Какие проблемы LTE следует разрешить, чтобы иметь возможность эволюционировать к LTE-A? Как начать пользоваться преимуществами решения уже с первых шагов?

В статье обсуждаются основные драйверы, которые стимулируют быстрый переход к LTE-A, те преимущества, которые ожидаются с учетом быстрого роста спроса на смартфоны, а также тех проблем для владельцев сетей, которые с этим связаны. Также рассматривается, как именно LTE-A помогает оператору сократить OPEX и CAPEX, а также как это позволяет операторам лучше использовать дорогой и фрагментированный спектр для улучшения качества покрытия и емкости сети.

LTE-A также помогает операторам справляться с задачей повышения энергоэффективности технологий связи, в статье показано, как этого можно добиться. В статье уделено внимание практически всем новым технологическим компонентам, которые ассоциированы с LTE-A - агрегации частот, MIMO, само-организующиеся сети, управление интерференцией.

LTE-A. Когда и что

LTE-A уже с нами и сейчас пора обсудить преимущества данной технологии. Основная причина в том, что LTE-A не только обещает ускорение передачи данных, но также может справиться с удовлетворением массового спроса на услугу передачи данных, которую формируют пользователи. Растущим объемом трафика мы обязаны росту распространенности мобильных устройств, включая смартфоны и планшеты, росту популярности приложений, особенно приложений социального взаимодействия, которые требуют постоянного подключения. Как только пользователь обзаводится смартфоном, его профиль потребления начинает изменяться в сторону увеличения объема трафика, по мере того, как пользователь осваивает различные возможности своего устройства и скачивает на него приложения. В свою очередь этот процесс приводит к росту спроса на непрерывное покрытие, включая покрытие в зданиях и услуги связи в общественном транспорте. Согласно известному отчету Cisco, в последние годы число мобильных подключений превысило население планеты и сейчас составляет около 7 млрд, как показано на рис.1.

Преимущества LTE-A

Итак, как LTE-A может помочь нам в решении известных проблем? Прежде всего, эта технология позволяет улучшить покрытие и емкость сети, два ключевых параметра, которые сказываются на пользовательском опыте. Не менее важно то, что оператор сможет сэкономить на операционных и капитальных затратах, что позволит компании сохранять прибыльность. Преимущества технологии, которые присущи LTE-A обещают возможность более быстрого внедрения и быстрого обнаружения и решения проблем. Это обеспечит для абонентов возможность более быстрого подключения, вырастет качество подключения и возможность получения доходов оператором.

В настоящее время в распоряжении операторов дорогой, но фрагментированный спектр. Вместе с тем, стоит задача возврата инвестиций, которую не получится решить без аггрегации фрагментов спектра и их совместного использования. О способах агрегации мы еще поговорим, но важно понимать, что агрегация частот (CA - carrier aggregation) - это ключевой компонент LTE-A, который позволяет эффективно использовать частоты.

Наконец, есть востребованность со стороны отдельных потребителей и общества в целом в отношении того, чтобы технологии сотовой связи и мобильного ШПД становились более "зелеными". Энергосбережение, кроме того, имеет под собой и экономическое обоснование. Использование технологий компенсирующих интерференцию в LTE-A с целью улучшения сигнала на краях сот, в комбинации с использованием самооптимизации сетей, а также большого числа малых сот в гетерогенной сети, обеспечивает существенный позитивный вклад в энергосбережение по-сравнению с 3G и LTE.

Кроме перечисленных фич, есть и еще более эффективные технологии, например, растущее использование трекинга пакетов или технология Догерти в усилителях мощности базовых станций, что также обеспечивает дополнительное энергосбережение. Релейное включение в LTE-A также из числа энергосберегающих мер, например, релейная станция может (RN - relay node) может оставаться в "спящем" режиме, если она не востребована.

Преимущества LTE-A перед LTE

1. Агрегация частот.

- улучшенная емкость
- гибкость в использовании спектра
- лучше покрытие

2. MIMO более высоких порядков
- высокая скорость передачи данных
- эффективность использования спектра

3. SON / умная гетерогенная сеть
- улучшение покрытия
- улучшение энергоэффективности
- сокращение OPEX и CAPEX
- улучшенное качество пользовательского опыта
- лучше общая емкость сети
- быстрее развитие сети

4. Управление интерференцией
- ниже стоимость использования данных
- лучше покрытие


- лучше общая емкость сети

5. Релейное включение
- лучше покрытие
- лучше качество пользовательского опыта
- улучшенная энергоэффективность
- быстрее развитие сети

Что такое 4G?

Хотя операторы и продают LTE, как технологию 4G, в действительности мы имеем дело определенной задержкой в переходе к новому поколению. Так же, как "мобильный интернет", который начали предлагать еще в 1990 году на базе E-GPRS, стал реальностью только после появления 3G WCDMA, мобильный ШПД стал реальностью только после появления 3.5G HSPA, а не в момент появления 3G. Высокая емкость и возможность непрерывной подключенности, которые ожидались от HSPA, стали реальностью только с появлением LTE. Таким образом, настоящее функционирование 4G станет реальностью только с появлением LTE-A. Можно утверждать, что LTE - это прототип LTE-A.

Международный Союз Электросвязи (ITU) предложил список рекомендаций, которым должна отвечать IMT Advanced 4G. Цель - обеспечить гибкое, глобальное, непрерывное мобильное подключение на основе сети all-IP с масштабируемой полосой частот и высокой спектральной эффективностью, одновременно с обеспечением низкой задержки и быстрой мобильности. Цели по скорости - 100 Мбит/с в мобильном режиме и до 1 Гбит/с в пиковом режиме. В 3GPP назвали спецификацию с такими параметрами - LTE-A, который описан, как Rel.10 3GPP LTE. В таблице ниже приведено сравнение рекомендаций ITU, параметров, которые обеспечивает LTE Rel.9, а также LTE-A.

Технологические энейблеры LTE-A

LTE-A стала возможной благодаря набору технологических энейблеров, каждый из которых обеспечивает улучшение характеристик по-сравнению с LTE. Основые энейблеры таковы:

Агрегация частот (CA)

Комбинируя блоки частот, которые называют компонентными несущими (CC), как показано на рисунке, агрегация частот позволяет использовать фрагментированный спектр и позволяет LTE-A соответствовать требованиям IMT-Advanced, прежде всего, требованию обеспечивать скорость передачи данных 1 Гбит/с.

Агрегация частот может быть обеспечена за счет апгрейда железа, а также при обеспечении совместимости вниз с 3GPP Rel.8. Агрегация частот обеспечивает гибкость использования спектра, но речь идет не только о использовании нескольких полос частот 20 МГц, можно также агрегировать небольшие, несмежные полосы частот. Таким образом, полоса частот может заметно измениться, что отвечает потребностям индивидуальных пользователей.

Однако, обеспечение поддержки CA в абонентских устройствах - это действительная проблема.

MIMO более высоких порядков (HOM)

Более высокие порядки MIMO (на рисунке 4) позволяют повысить спектральную эффективность, в терминах бит/с на Гц. Но для этого опять же требуется апгрейд железа. MIMO более высоких порядков обеспечит LTE-A с до 8 одновременных потоков передачи, обеспечивающих спектральную эффективность в аплинке и даунлинке для исполнения спецификаций IMT-A. Возможно использовать несколько хитрых схем для аплинка и даунлинка, как в случае одиночных, так и множественных пользователей. MIMO требует использования множественных антенн, как на базовых станциях, так и на абонентских устройствах - 8 потоков потребуют 8 раздельных антенн на устройстве. В комбинации с множественными радио, что также предусматривается в LTE-A, это означает, что мобильные устройства в конце концов могут стать похожими на "дикобраза".

Релейное включение

Релейные включения - это эффективный по цене способ расширить покрытие в зонах, где обеспечение фиксированного ШПД не является экономически оправданным. Можно подключать цепочку базовых станций, которые выступают в качестве релейных станций в опорной сети. Релейная база выступает в качестве абонентского устройства в донорной макросоте. Использование такой схемы позволяет быстро развернуть сеть, сохраняя низкую стоимость оборудования по-сравнению с использованием традиционной опорной сети. Использование релейных включений - это эффективный обмен емкости соты на площадь покрытия.

Самоорганизующиеся/самооптимизирующиеся сети (SON)

SON обеспечивает эффективное использование гетерогенных сетей (HetNets), гибридных сетей, которые включают малые соты для улучшения покрытия и емкости, обеспечиваемой традиционными макросотами. Несколько малых сот могут быть размещены в макросоте, используя те же частотные диапазоны, чтобы заполнить гэпы в покрытии и обеспечить дополнительную емкость.

Эффективное использование SON может сократить OPEX, а также нарастить емкость. Однако, если вести развитие сети хаотично, могут возникать проблемы. Необходима координация для того, чтобы избежать потери емкости. Необходима динамическая адаптация, чтобы максимизировать достигаемый эффект.

Некоторые элементы SON, такие, как сообщения CGI и автоматическое распознавание соседей (ANR - Automatic Neighbor Recognition), уже были внедрены в Rel.8, в Rel.9 есть улучшения RLF. Но если LTE обеспечивает базовые показатели, то LTE-A, где появился интерфейс X2, обеспечивающий возможность обмена информации; улучшенная координация интерференции между сотами; баланс нагрузки; минимизация необходимости драйв-тестов (MDT); само-исправление; энергосбережение. В релизе 11 предусмотрено также Coordinated Multipoint (CoMP).

Рис.3 Три из множества возможных для LTE-A сценариев агрегации частот, где частота f1 показана серым, а f2 - голубым: (a) f1 использована для наращивания покрытия, а f2 использован для наращивания скорости передачи данных (f2>f1)
(b) Обе частоты использованы для наращивания пропускной способности соты;
(c) f1 обеспечивает макро-покрытие и f2 используется для увеличения пропускной способности в хотспотах.

Управление интерференцией (IM)

Управление интерференцией - это еще одна фича LTE-A, которая достигается апгрейдом ПО, которая может обеспечивать увеличение спектральной эффективности (измеряемой в битах/с на Гц/кв.км). Это обеспечивает выигрыш за счет более эффективного совместного использования частот в заданной зоне. Фича является динамической и может работать в диапазоне до 100 мс.

Улучшенное подавление межсотовой интерференции (eICIC) представляет наращивание технологий управления интерференцией, которая использовалась в LTE Rel 8 и Rel 9. Отличие в том, что этот процесс не прозрачен в отношении абонентских устройств и таким образом необходимо вести его тестирование, например, с помощью Aeroflex TM500 Test Mobile.

ECIC требует координации между каждым из узлов сети, которые коммуницируют друг с другом по интерфейсу X2. В типичном случае макросоты, чьи зоны покрытия перекрываются с зонами покрытий одной или нескольких малых сот, могут координировать передачу с этими узлами. Это поможет сократить интерференцию, вызванную абонентскими устройствами в данных сотах в некоторых подкадрах, за счет ограничения передачи макросот до DL Common Reference Signal (CRS), без передачи данных, во время некоторых сабфреймов - этот режим называется Almost Blank Subframes (ABS) - почти пустые сабфреймы. Это снижает интерференцию на краю соты, образованной микро-сотой или пикосотой, а также обеспечивает возможность для микро- и пикосоты формировать "расширение радиуса соты", увеличивая зону покрытия во время этих сабфреймов.

Итоги

Все улучшения, которые появляются в LTE-A - SON, IM, малые соты, HetNets - обещают существенные выигрыши для операторов и подписчиков. Все эти компоненты, если их внедрить одноврменно, повышают спектральную эффективность, увеличивают емкость и покрытие, а также позволяет сети обслуживать большее число устройств более эффективно.

Эти улучшения достигаются за счет комбинации программных апгрейдов и эффективных по затратам замен железа. Комбинированный эффект обеспечивает выигрыш в емкости в 2.2 раза (рел.10 HetNet) по-сравнению с сетью, в которой используются только макросоты. Вдобавок преимущества LTE-A самоочевидны и ощутимы. Пользователям эта технология обещает общее улучшение качества опыта и снижения стоимости передачи данных. Оператор выиграет от сокращения OPEX и CAPEX за счет использования "интеллектуальности" HetNets, опции, которая сейчас внедряется. А также за счет дальнейшего повышения эффективности по мере развития железа. Производители сетевых решений уже способны обеспечить улучшения для интеллектуальных сетей HetNets, за которыми вскоре последуют CA и MIMO высоких порядков.

Сегодня российские сотовые операторы активно расширяют зону покрытия сетей четвёртого поколения. LTE - термин, используемый для обозначения сетей, пропускная способность которых составляет не менее 10 Мбит/с. 4G-сети являются новым стандартом связи, который характеризуется, в первую очередь, быстротой соединения и высоким качеством голосовых звонков.

Список LTE-частот, на которых работают российские сотовые операторы

4G-сети каждого отечественного оператора располагаются в определённом частотном диапазоне. Представленная таблица содержит сведения о ЛТЕ бендах (от англ. Band), которые поддерживаются в нашей стране:

Стандарт LTE не совместим с сетями второго и третьего поколений, поэтому для него были выделены особые каналы передачи данных. Band - это частотные полосы любой LTE-сети. Номер бенда обозначает период начала использования данного диапазона в мире (сейчас существует 44 диапазона).

Представленные в таблице бенды используются каждым сотовым оператором. Необходимо отметить, что данные частотные диапазоны постоянно расширяются, что позволяют провайдерам обеспечить интернет-соединением большее количество пользователей. В некоторых случаях операторы объединяются для строительства сотовых вышек: подобное соглашение заключили в 2016 году Beeline и Megafon. Другим примером сотрудничества стал договор между Билайн и MTS, в соответствии с которым операторы используют общие частоты на территории некоторых субъектов РФ.

Приобретение бендовых частот происходит путём открытых торгов, на которых провайдеры покупают право транслировать свой сигнал по определённым каналам. МТС, к примеру, потратил 4 миллиарда рублей на диапазон 2500 МГц, распространённый во всей Российской Федерации кроме Московской области и Крыма. Tele2 первым запустил 4G в Калининградской области и ряде других субъектов нашей страны на частоте 450 МГц.

Теперь вы можете ознакомиться с таблицей, в которой представлены актуальные характеристики сетей четвёртого поколения в Российской Федерации.

Помимо пяти федеральных операторов, также существуют и региональные, каждый из которых имеет собственную частотную сеть.

Верхние и нижние частоты

С финансовой точки зрения, развитие LTE-сетей на нижних частотах (менее 2000 МГц) наиболее выгодно для операторов. Такие частоты лучше проникают в здания, но не способны обеспечить скоростным подключением территории с высокой плотностью населения. Функции верхних частот противоположны функциям нижних, поэтому оптимальным вариантом качественного соединения является комбинация обоих частотных каналов, позволяющая избавиться от «теневых» участков на больших пространствах. Также в мегаполисах существует тенденция устанавливать на крышах офисных зданий специальные приборы, способствующие распространению скоростной сети внутри помещений.

Основные режимы LTE

LTE-стандарт разделяется на два вида: TDD и FDD. Первый подразумевает временное (от англ. Time) разделение сигнала, а второй - частотное (от англ. Frequency). FDD является более удобным режимом связи, так как, с точки зрения повседневного использования, работает стабильнее.

Разница между данными понятиями заключается в способе загрузки и выгрузки данных. Благодаря FDD происходит параллельная обработка входящего и исходящего интернет-трафика. Представьте, что пользователь смотрит видео на YouTube и одновременно с этим отправляет в облачное хранилище целый альбом фотографий. Просмотр видео будет считаться download-операцией, а отправка фото - upload, и в FDD-режиме гаджет распределяет обе операции по разным частотным каналам. Например, LTE от российского Мегафона работает на частоте 17 МГц, 11 из которых могут использоваться для загрузки контента, а остальные 6 - для выгрузки.

Раздельная обработка трафика увеличивает стабильность скорости каждого отдельного процесса, обеспечивая тем самым более качественное соединение.

TDD обрабатывает трафик последовательно. Иными словами, по тем же 17 МГц будет осуществляться и загрузка, и выгрузка данных - но уже без разделения, а поочередно в одном канале. Недостатком такого режима являются возможные «скачки» скорости.

В настоящее время российские сотовые операторы стремятся комбинировать работу TDD- и FDD-станций. Объединяя режимы в одну сеть, провайдеры увеличивают общую скорость подключения.

Технология LTE-advanced (4G+)

LTE-advanced представляет собой «продвинутую» 4G-сеть и обозначается российскими операторами 4G+. Хотя такое название подчёркивает увеличение скорости нового стандарта, оно не является верным, так как LTE-A по своим реальным показателям является обычным 4G. То, что называется в России 4G, значительно уступает номинальным стандартам сетей четвёртого поколения.

Преимущество advanced-стандарта заключается в суммировании всех частот, принадлежащих сотовому оператору, что снижает коэффициент «проседания» в канале передачи данных. Благодаря слиянию нескольких диапазонов band 7 в один Megafon сумел увеличить теоретическую скорость соединения до 300 Мбит/с. Если же к частотам band 7 прибавить частоты band 3, то быстрота передачи данных составит 450 Мбит/с (40 МГц + 20 МГц = 300 Мбит/с + 150 Мбит/с). К сожалению, реальная пропускная способность advanced-каналов ниже заявленной и соответствует лишь номинальным стандартам 4G.

Использовать различные частотные каналы может любой сотовый оператор, обладающий соответствующей лицензией и необходимым оборудованием. Сейчас наблюдается тенденция расширения пропускной способности каналов, объемы которой как раз зависят диапазона частот. Также стоит отметить, что для поддержки LTE-A устройство пользователя должно обладать специальными техническими характеристиками.

Скорость 4G

Стоит понимать, что реальная скорость соединения почти всегда отличается от номинальной. В теории не учитываются такие факторы, как ландшафт, удаленность сотовых станций или пребывание пользователя в здании, - подобные условия создают помехи подключению и значительно снижают его качество.

Быстрота передачи данных также зависит от загруженности оператора: чем больше пользователей имеют доступ к сетям четвёртого поколения, тем ниже показатели скоростных качеств. в беспроводных сетях определяется шириной диапазона частот, а также реализацией дуплекса связи. Данные характеристики зависят от оператора. Хотя некоторые провайдеры гарантируют показатели в 300 Мбит/с, в среднем реальная скорость составляет всего 75 Мбит/с (Tele2, MTS и Билайн).

Уже упомянутый тандем Beeline и Megafon недавно начал переход к стандарту LTE-advanced, который позволил увеличить скорость до 160 Мбит/с в некоторых точках покрытия. Сейчас такой стандарт представлен в Москве и Санкт-Петербурге, но регионам его ждать придётся долго: тотальное распространение 4G+ по всей территории России сейчас невозможно по двум причинам. Первая заключается в стоимости требуемого оборудования, а вторая (вытекает из предыдущей) - в том, что при увеличении зоны покрытия будет расти нагрузка на уже имеющиеся сотовые вышки, то есть средний показатель скорости будет только уменьшаться.

Так как быстрота соединения зависит от ширины частотного диапазона, можно сказать, что сегодня в наиболее выгодном положении находится Мегафон, который после поглощения Yota к собственным частотам добавил каналы приобретённой компании. Теоретически сеть Megafon может работать на канале в 40 МГц и разгоняться в режиме FDD до 300 Мбит/с, но, так как часть канала отдаётся абонентам дочерней Йоты, реальная скорость составляет примерно 100 Мбит/с.

Если сравнивать сети третьего и четвёртого поколений, то у последних скорость в несколько раз больше: средние 80 Мбит/с против максимальных 3 Мбит/с. HSPA+ смогла разогнать 3G до 45 Мбит/с, но данные показатели все равно отстают от 4G.

Дальнейшее развитие LTE

Несмотря на запуск тестирования сетей пятого поколения в мире, некоторые регионы Российской Федерации до сих не поддерживают даже 3G. В связи с данным обстоятельством стоит прогнозировать, в первую очередь, повсеместное развитие технологии LTE. Также сети четвёртого поколения представляют собой безальтернативный на территории ряда субъектов России способ доступа к Глобальной паутине, что стимулирует отечественных сотовых операторов развивать именно стандарт 4G.

В некоторых случаях проводное подключение является просто невозможным, что способствует распространению беспроводных технологий: возможности сотовых станций можно расширить благодаря специальным антеннам-ретрансляторам сигнала. Пользователь может самостоятельно приобрести такую антенну. Важно учитывать, что каждый ретранслятор работает только с определёнными частотами и режимом (FDD или TDD).