От LTE к LTE-A: что нужно знать об этом. LTE, что это такое в телефоне, планшете? Обзор технологий

Упрощенный рассказ для тех, кто еще не в теме, чего следует ожидать от перехода с LTE на LTE-A.

LTE Advanced (сокращенно LTE-A) - это очередной шаг в эволюции сетей LTE. Это новая технология, которая, как ожидается поможет справиться с активным ростом трафика беспроводных данных, а также поможет повысить средние скорости в беспроводных сотовых сетях. Это означает также лучшее покрытие, большую стабильность и быстроту сетей. То есть речь не о только о том, что скачивание данных станет быстрее.

LTE Advanced - это намного быстрее

В таблице ниже собраны данные, призванные дать идею, насколько, как ожидается, вырастут скорости беспроводной передачи данных.

Теоретически возможные скорости передачи данных практически никогда не достигаются в условиях реальной эксплуатации коммерческих сетей. Реальные скорости будут различными в различных сетях и в разных точках одной и той же сети, но все же, в среднем, мы можем ожидать, что сети LTE-A будут, как минимум в 5 раз быстрее, нежели большинство сегодняшних сетей LTE. Приятная новость для всех, кто любит видео стриминг, по крайней мере, если в ваш тариф включен достаточно большой объем передачи данных.

Как мы перейдем на LTE-A?

Запуски мобильных сетей 4G (четвертого поколения) в США происходили не гладко. Дело в том, что некоторые операторы в маркетинговом угаре решили именовать услуги своих сетей 3G, как услугами 4G. Это привело к тому, что сегодня зачастую сети LTE называют "истинными сетями 4G" или 4G LTE. Но и это, на самом деле, является прегрешением перед истиной. Первые сети LTE не отвечают требованиям, которые предъявляются к сети, которую, согласно определению МСЭ (Международного Союза Электросвязи) можно считать сетью 4G, например, по такому показателю, как пиковые скорости.
Только теперь, когда на горизонте маячит LTE Advanced, мы можем ожидать, что получим первые сети 4G. Давайте разберемся чуть детальнее, чего нам ожидать от новых сетей.

Как работает LTE Advanced

LTE-A, как ожидается, обеспечит для операторов возможность нарастить емкость их сетей, улучшить качество пользовательского опыта, улучшить возможности распределения сетевых ресурсов. Для этого используется целый набор различных технологий, ряд которых не являются новыми, но ранее не использовались в единой системе связи.
Основные принципиальные новшества, которые отличают LTE-A от LTE - это агрегация частот (CA - Carrier Aggregation), улучшенное использование многоантенных технологий (MIMO), а также поддержка релейного режима включения базовых станций (RN - Relay Nodes).

Агрегация частот обеспечивает возможность предоставлять абонентам более высокие скорости, позволяя загружать данные с использованием одновременно нескольких полос частот. Ваш смартфон в режиме CA принимает и комбинирует одновременно несколько сигналов, например, из двух несущих частот или даже из разных диапазонов частот. Комбинировать можно до 5 несущих шириной по 20 МГц каждая, собирая из гигантскую "трубу" для перекачки данных с полосой до 100 МГц.
Про MIMO уже не раз писали, это технология множественного ввода-вывода, которая может увеличивать суммарную скорость передачи данных за счет одновременной передачи сигнала с разделением потока данных между двумя или большим числом антенн. Это позволяет повысить спектральную эффективность передачи инфрмации, или, если говорить проще, способ "выжать" больше из имеющегося у оператора частотного ресурса.

Relay Nodes - это способ быстро нарастить покрытие сети в местности, где нет мощных каналов передачи цифровых данных. В этом случае радиоподсистема LTE-A сама выполняет функцию беспроводной опорной сети. Это также возможность размещать маломощные базовые станции на краях соты чтобы улучшить там покрытие и емкость.

Что нам нужно?

Считается, что LTE-A обладает обратной совместимостью с LTE. Но вы не сможете "автоматически" перейти к пользованию LTE-A, даже если ваш провайдер включит поддержку этой технологии. Вам потребуется новое абонентское устройство (устройства!), со встроенным чипом, способным поддерживать LTE-A. Такие чипы, среди прочих, готовы поставлять Qualcomm, Broadcom и Nvidia. Вероятно, в этот список можно включить и Samsung. Айфонов с поддержкой LTE-A пока не существует.

Когда мы получим сети LTE-A?

Первая в мире сеть LTE-A недавно запущена в коммерческую эксплуатацию в Южной Корее. До конца 2013 года число сетей LTE-A в мире наверняка еще вырастет, а с 2014 года запуск поддержки LTE-A станет уже рядовым явлением.
В частности, Verizon заявил, что начнет предоставлять услуги LTE-A "скоро". AT&T упоминала о планах запуска во второй половине 2013 года. Собирается запускать поддержку LTE-A и T-Mobile US.

Сохраняются, как это почти всегда бывает с передовыми технологиями, некоторые разногласия, что считать "истинным LTE-A". И, как это произошло с 4G, за которую часто выдают технологии, не отвечающие требованиям 4G по ITU версии, следует ожидать, что первые сети LTE-A вряд ли будут отвечать требованиям ITU.

Нет также ясности по вопросу, не начнут ли операторы пытаться брать дополнительные средства за услуги LTE-A? На ряде рынков это будет, веротяно, сложно внедрить, но где-то, например, в США - это вполне вероятный сценарий.

Ждать ли запуска LTE-A в России? Безусловно. Это, вполне вероятно, произойдет еще в 2013 году, если Yota сочтет необходимым приобрести у Yota Networks соответствующую возможность, а МегаФон не заблокирует это решение. С учетом имеющихся у Yota Networks двух полос частот 2х15 МГц band 7, в запуске LTE-A есть целесообразность. Также это открывает возможность улучшить услугу, предлагаемую операторами многодиапазонных сетей - в России вскоре появятся и такие (уже появились, если считать комбинацию FDD LTE и TD LTE). Если и не в 2013 году, то почти наверняка - в 2014-м, а там и разнообразие терминалов с LTE-A подоспеет.

27.10.2015

В предыдущей статье мы уже рассматривали стандарты третьего поколения под общим названием . Однако, быстрыми темпами распространяется связь уже четвёртого поколения - 4G. О основным стандартом в 4G на данный момент является LTE. Строго говоря, LTE не был первым стандартом четвёртого поколения, первым широкораспространённым был стандарт WiMAX. В нём работала первое время Yota, а некоторые операторы используют WiMAX до сих пор. Максимальная скорость WiMAX 40 Мбит/с, однако реальные показатели лежат в диапазоне от 10 до 20 Мбит/с.

Но вернёмся к LTE. Именно он сейчас наиболее распространён в мире в целом и в России в частности. Но что такое 4G LTE ? LTE (с англ. Long-Term Evolution ) - это стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных устройств. Основан он на всё тех же GSM/UMTS протоколах, однако теоритические и реальные скорости передачи данных в сетях LTE значительно выше, порой даже превосходят проводные соединения!

LTE FDD и LTE TDD: в чём отличия?

Стандарт LTE бывает двух видов, различия между которыми довольно существенны. FDD - Frequency Division Duplex (частотный разнос входящего и исходящего канала)
TDD - Time Division Duplex (временной разнос входящего и исходящего канала). Грубо говоря, FDD - это параллельный LTE, а TDD - последовательный LTE. Например, при ширине канала в 20 МГц в FDD LTE часть диапазона (15 МГц) отдаётся для загрузки (download), а часть (5 МГц) для выгрузки (upload). Таким образом каналы не пересекаются по частотам, что позволяет работать одновременно и стабильно для загрузки и выгрузки данных. В TDD LTE всё тот же канал в 20 МГц полностью отдаётся и как для загрузки, так и для выгрузки, а данные передаются в ту и другую сторорону поочерёдно, при этом приоритет имеет всё таки загрузка. В целом FDD LTE предпочтительне, т.к. он работает быстрее и стабильнее.

Частоты LTE

Сети LTE (FDD и TDD) работают на разных частотах в разных странах. Во многих странах эксплуатируются сразу несколько частотных диапазонов. Стоит отметить, то не всё оборудование умеет работать на разных "бэндах", т.е. частотных диапазонах. FDD-диапазоны нумеруются с 1 по 31, TDD-диапазоноы с 33 по 44. Существуют дополнительно несколько стандартов, которым еще не присвоены номера. Спецификации на частотные полосы называются бэндами (BAND). В России и Европе в основном используются band 7, band 20, band 3 и band 38.

Приведём список частотных диапазонов сетей 4G LTE в России операторов "большой пятёрки". Существуют также региональные сети 4G LTE местных операторов, работающийх в других частотных диапазонах, однако в рамках данной статьи их рассмотрение не обязательно.

Самым главным критерием, который особенно интересует абонентов, т.е. пользователей сетей 4G LTE, является скорость передачи данных. А скорость прежде всего зависит от ширины частотного диапазона того или иного оператора, а так же типа дуплекса, используемого в сети. Например, для канала в 10 МГц скорость 4G LTE будет равняться 75 Мбит/с. Именно с такой номинальной скоростью работают сети LTE FDD (band 7) операторов Теле2, МТС и . А что же Мегафон? А Мегафон может позволить себе больше. Т.к. несколько лет назад произошло слияние, а точнее поглощение Мегафоном Йоты, то сейчас Мегафон имеет лицензии и на частоты Yota, соответственно максимальная ширина канала может достигать 40 МГц в частотном диапазоне 2600 МГц (band 7), что в теории даёт целых 300 Мбит/с! Но в основном сеть Мегафон 4G работат в канале 15-20 МГц, что даёт скорость загрузки 100-150 Мбит/с. Ведь и для Йоты надо что-то оставить.

LTE-Advanced, или 4G+

Следующим этапом развития сетей 4G LTE является стандарт LTE-A (LTE-Advanced). Некоторые операторы в целях маркетинга называют эту технологию 4G+, но это в корне некорректно. Т.е. фактически именно LTE-Advanced является настоящим 4G. Скорости передачи данных в сети LTE-A в значительной степени превышают обычный LTE. Главной особенностью LTE-Advanced является агрегация частотных диапазонов. Абонентское устройство с поддержкой LTE-A суммирует каналы передачи данных в разных частотных диапазонах, доступных оператору. Например, объединяя несколько частотных диапазонов в полосе 2600 МГц получает канал в 40 МГц, что даёт скорость в сети LTE-Advanced 300 Мбит/с. Но это далеко не предел. Если добавить сюда ещё 20 МГц из полосы 1800 МГц, что получится канал 60 МГц (band 7 + band 3), а это уже 450 Мбит/с! В прочем, это теоритические или стендовые скорости. В реальности они конечно значительно меньше, но тем не менее беспроводная технология LTE-Advanced вполне приближается к проводным скоростям.

Стоит отметить, что агрерировать разные каналы в разных частотных диапазонах могут все операторы при наличии соответствующих лицензий и сетевой инфраструктуры. Главной задачей является расширение частотного диапазона. Чем он шире, чем выше максимальная скорость, т.е. пропускная способность сети. Но и конечно должно быть абонентское оборудование, поддерживающее LTE-Advanced.

Перспективы 4G LTE

Несмотря на то, что стандарт 4G LTE появился уже несколько лет назад, во многих регионах нашей страны до сих пор нет даже сетей 3G. Так что ещё есть куда расти. В мире тестируют сети уже 5-го поколения (5G), но в реальных условиях сети 4G LTE ещё долго будут господствовать, благо операторы их активно развивают.

Во многих случаях 4G интернет является не только альтернативной проводному подключению, но и безальтернативным единственным вариантом, в том числе экономически целесообразным. Отдалённые объекты, прокладка провода к которым связана с определёнными сложностями или риском, а иногда и вовсе невозможна, тоже нуждаются в подключении. Зачастую возможно подключить 4G интернет даже там, где покрытие сетей LTE отсутствует. Для этого используются специальные , которые ловят и усиливают сигнал 4G LTE. Чтобы правильно подобрать антенну, надо знать, сеть какого оператора необходимо поймать, на какой частоте она работает, а также в каком режиме дуплекса (FDD или TDD). Наши определят тип сигнала, замерят его параметры, подберут соответствующее оборудование для обеспечения быстрого и стабильного выхода в Интернет через сеть 4G LTE.

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.

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).