Сотовая связь lte. Развитие мобильных сетей и появление LTE. Отсутствие поддержки VoLTE оператором

Технологии не стоят на месте и это в особенности заметно в сегменте мобильных устройств и коммуникаций. Новые гаджеты устанавливают более высокие стандарты и зарождают новые же потребности и требования, прежде всего, в качестве мобильной связи и скорости передачи информации. Одним из самых интересных и перспективных на сегодняшний день направлений является четвертое поколение связи 4G, которое в теории должно обеспечивать повышенное качество голосового общения и гораздо более высокую скорость работы в интернете.

Чем 4G отличается от предыдущих поколений связи?

Чтобы понять, в чем отличия и преимущества стандарта LTE и есть ли вообще смысл в масштабном переходе на 4G, нужно рассмотреть ключевые отличия данного формата от предшественников, начиная с самого первого поколения. Таковым была аналоговая связь, активно использующаяся вплоть до конца 90-х годов. Огромные по сегодняшним меркам средства связи в специальных чехлах-чемоданах общим весом до 5-7 килограммов – именно они работали на данном стандарте.

С внедрением связи второго поколения на рынке мобильных устройств произошел настоящий переворот. Большинству рядовых пользователей данный стандарт известен под названием GSM. Появилась возможность подключения к интернету. Формат остается популярным и широко используемым и в настоящее время.

Связь третьего поколения качественно изменила представление о скорости работы в сети на мобильных устройствах. К 3G относится несколько беспроводных технологий, наиболее популярными из которых являются стандарты UMTS, EV-DO и CDMA2000. В теории максимальная скорость загрузки должна составлять 21 Мбит/сек. На практике же эти показатели редко доходят даже до 5 Мбит/с. Видео в режиме онлайн смотреть, конечно же, не особо комфортно, но для обычного серфинга в интернете в большинстве случаев хватает. Однозначно быстрее, чем тот же EDGE, и это, при отсутствии альтернативы, очень радует.

Что касается 4G, то официально утвержденной полноценной сети такого формата в мире еще нет. Чтобы уполномоченная организация официально «признала» данный протокол, нужно, чтобы он обеспечивал передачу данных с невероятными по сравнению с предыдущими поколениями связи скоростями: 100 Мбит/с для мобильной электроники и 1 Гбит/с для стационарных устройств с возможностью выхода в интернет. Наиболее перспективными технологиями, у которых при грамотном подходе есть все шансы называться полноценным 4G, это протоколы WiMAX и LTE.

Основные особенности и характеристики стандарта LTE

Принцип технологии LTE становится хорошо понятным из расшифровки данной аббревиатуры: «Long Term Evolution». В литературном переводе на русский язык данное выражение означает «долговременное развитие». Компании, занимающиеся разработкой стандарта, принимают во внимание все ошибки и неудачи перехода с одного формата связи на другой. Как показывает практика, главной проблемой является обеспечение совместимости новых технологий со старым оборудованием и, конечно же, расходы, требующиеся для полноценного перехода.

В теории LTE-соты будут способны обеспечивать максимально качественную связь на расстоянии до 100 км. Это в особенности актуально для труднодоступной и малонаселенной местности. Для сравнения максимумом для наиболее распространенного на сегодня формата связи является расстояние в 30 км. То есть компаниям сотовой связи будет гораздо выгоднее установить одну точку 4G, нежели несколько 3G или GSM вышек.

Новый формат должен обеспечивать более высокое качество головой связи. GSM и 3G сети передают голос в полосе до 3,5 кГц, что является довольно скромным показателем. Современные же технологии будут способны передавать голос в полноценном режиме, т.е. от 20 Гц до 20 кГц. На практике это должно обеспечивать максимально правдоподобное и реалистичное звучание, словно собеседник говорит не по телефону, а находится рядом.

В настоящее время специалистами различных стран ведутся активные работы по усовершенствованию и развитию формата связи, специалисты постепенно подбираются к упоминавшимся ранее значениям скорости передачи данных. На текущий момент максимум, которого удалось добиться, составляет 173 Мбит/с на загрузку информации из сети и 58 Мбит/с на отдачу. На практике же эти цифры нередко снижаются до 10 и более раз, но даже в таких условиях «неполноценный» 4G уверенно превосходит по скорости связь третьего поколения.

Что такое 4G (LTE)? Согласно Википедии LTE (буквально с англ.Long-TermEvolution- долговременное развитие, часто обозначается как 4G LTE) - стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными (модемов, например). Он увеличивает пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети. Стандарт был разработан 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии). Беспроводной интерфейс LTE является несовместимым с 2G и 3G, поэтому он должен работать на отдельной частоте. В России для LTE выделено три частотных диапазона - 800, 1800 и 2600 МГц.

LTE FDD и LTE TDD

Стандарт LTE бывает двух видов, различия между которыми довольно существенны. FDD - FrequencyDivisionDuplex (частотный разнос входящего и исходящего канала) TDD - TimeDivisionDuplex (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 сторону поочерёдно, при этом приоритет имеет всё-таки загрузка. В целом FDD LTE предпочтительнее, т.к. он работает быстрее и стабильнее.

Частотные диапазоны LTE, Band

Сети LTE (FDD и TDD) работают на разных частотах в разных странах. Во многих странах эксплуатируются сразу несколько частотных диапазонов. Стоит отметить, что не всё оборудование умеет работать на разных "бэндах", т.е. частотных диапазонах. FDD-диапазоны нумеруются с 1 по 31, TDD-диапазоны 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.

В России для сетей 4-го поколения на сегодня используются четыре частотных диапазона:

В качестве примера приведу распределение частот среди основных российских операторов связи в диапазоне LTE2600 (Band7):

Как видим из этой схемы, Билайну досталось всего 10 МГц. Ростелекому тоже досталось только 10 МГц. МТС - 35 МГц в Московском регионе и 10 МГц по всей стране. А Мегафону и Yota (это один и тот же холдинг) досталось аж 65 МГц на двоих в Московском регионе и 40 МГц по всей России! Через Yota в Москве виртуально работает только Мегафон в стандарте 4G, в других регионах - Мегафон и МТС. В диапазоне TDD по всей России кроме Москвы будут работать телевидение (Космос-ТВ и др.).
Полное распределение частот операторов сотовой связи в России см. .

Сети 4G LTE в России

Оператор	Частотный диапазон (МГц) Dw/Up	Ширина канала (МГц)	Тип дуплекса	Номер полосы
Yota	2500-2530 / 2620-2650	2x30	FDD	band 7
Мегафон	2530-2540 / 2650-2660	2x10	FDD	band 7
Мегафон	2575-2595	20	TDD	band 38
МТС	2540-2550 / 2660-2670	2x10	FDD	band 7
МТС	2595-2615	20	TDD	band 38
Билайн	2550-2560 / 2670-2680	2x10	FDD	band 7
Теле2	2560-2570 / 2680-2690	2x10	FDD	band 7
МТС	1710-1785 / 1805-1880	2x75	FDD	band 3
Теле2	832-839.5 / 791-798.5	2x7.5	FDD	band 20
МТС	839.5-847 / 798.5-806	2x7.5	FDD	band 20
Мегафон	847-854.5 / 806-813.5	2x7.5	FDD	band 20
Билайн	854.5-862 / 813.5-821	2x7.5	FDD	band 20

Распределение частот среди операторов по регионам России можно найти .

Для тех, кому трудно запомнить номера диапазонов-бэндов или под рукой нет подходящего справочника, рекомендую небольшое андроид-приложение RFrequence , скриншот которого приведен ниже.

Категории LTE

Абонентские устройства классифицируются по категориям. Наиболее распространенными на сегодня являются устройства 4-й категории CAT4. Это означает что максимально достижимая скорость мобильного интернета на прием (downlink или DL) может составлять 150 Мбит/секунду, на передачу (uplink или UL) – 50 Мбит/с. Важно отметить, что это максимально достижимая скорость в идеальных условиях – главные из которых - вы недалеко от вышки, кроме вас в соте больше нет абонентов, к базовой станции подведен оптический транспорт и др. Наиболее распространенные категории абонентских устройств приведены в таблице.

Таблица требует некоторых пояснений. Здесь упомянута «агрегация несущих» и «дополнительные технологии». Попытаюсь пояснить, что это такое.

Агрегация частот

Под словом «агрегация» в данном случае понимается объединение, т.е. агрегация частот – это объединение частот. Что это означает – попытаюсь объяснить ниже.
Известно, что скорость приема передачи зависит от ширины канала передачи. Как мы видели из таблицы в предыдущем разделе, ширина канала на загрузку, например, МТС равна 10 МГц в диапазоне Band7 (кроме Москвы), на отдачу также 10 МГц. Чтобы увеличить скорость загрузки оператор перераспределяет купленные им частоты в соотношении 15 МГц на загрузку и 5 МГц на отдачу. Аналогично поступают и другие провайдеры.

Однажды кому-то из разработчиков пришла в голову светлая мысль – а что, если передавать сигнал не на одной несущей частоте, а на нескольких одновременно. Тем самым расширяется канал приема/передачи и скорость теоретически значительно возрастет. А если еще каждую несущую передавать по схеме MIMO 2х2, то получаем дополнительный выигрыш в скорости. Такая схема приема-передачи получила название «агрегации частот».Именно эту схему использует интернет 4G+ или LTE-Advanced (LTE-A).

В таблице указано, что для Cat.9, нужно, чтобы передатчик и приемник умели передавать и принимать сигнал на трех несущих частотах (в трех бэндах) одновременно, ширина каждого канала должна быть не менее 20 МГц. Для Cat.12 необходимо дополнительно, чтобы антенные устройства были соединены по схеме MIMO 4х4, т.е. фактически нужно 4 антенны на приемной и передающей стороне. Загадочные символы 256QAM означают определенный вид модуляции сигнала, позволяющий более плотно упаковывать информацию. Желающих более детально ознакомиться с этой темой могут начать знакомство с материалом в статье в Википедии и с тамошними ссылками.

Категорирование приемных устройств

Схема агрегирования частот активно развивается российскими провайдерами, заключены много соглашений о взаимном использовании частотных диапазонов, реконструируется антенное хозяйство базовых станций. Однако есть одна проблема – на приемной стороне абонент должен уметь принимать сигнал на нескольких несущих частотах одновременно. Далеко не все смартфоны, планшеты и модемы поддерживают агрегацию частот и, следовательно, не могут работать в 4G+.

Начиная с 2016 года в документации к смартфонам указываются частотные диапазоны (бэнды) и категорию LTE,в которых они умеют работать. Например, для смартфона выпуска 2017 г. Huawei P10 Plus помимо прочих параметров указано:

Кроме того, этот смартфон имеет встроенную антеннуM IMO 4x4 и соответствующий модем, позволяющий обрабатывать сигналы сразу на двух несущих частотах. Если ваш смартфон поддерживает агрегацию частот, то вкладка «настройка» > «мобильная сеть» будет выглядеть примерно так:

Если это так, то ваш смартфон поддерживает LTE-A.

Таким образом, производители смартфонов начали догонять сотовых операторов. К сожалению, нельзя сказать того же о производителях модемов. До сих пор самый производительный модем дает максимальные скорости 150/50 Мбит/с, т.е. принадлежит Cat.4. Пока это обстоятельство не слишком огорчает, т.к. такие скорости, если будут достигнуты на практике, заслуживают восхищения. Однако, производство мобильных роутеров, похоже, начинает догонять смартфоны. На рынке стали появляться роутеры Cat.6 от Huaweiи Netgeer (не поддерживает российские бэнды). Так роутер Huawei E5787s-33a можно купить на AliExpress примерно за 10 тыс. руб.

Надо сказать, что реальные скорости, достигаемые в режиме 4G+, далеки от заявленных, но они значительно выше, чем в простом режиме 4G. Автором проведен ряд экспериментов в Москве, где не трудно найти LTE-A (оператор Мегафон), со смартфоном Cat.12, результаты которых показаны на скриншотах. Первый скриншот – скорости для LTE-A (агрегация частот включена), второй скриншот для LTE (агрегация частот выключена). Отмечу, что почему-то при выполнении скриншота у значка 4G+ пропадает плюсик. Почему – не знаю, при тестировании плюс был – см. скрин.

Было проведено по шесть измерений для каждого режима. Скорости при включенной агрегации частот в среднем заметно выше, хоть и не в разы. Измерения проводились вблизи вышки, днем.

Желающим поэкспериментировать с LTE-A

Если в вашей местности появился LTE-A, в чем вы убедились, измерив частоты выбранного вами оператора (провайдер раздает интернет на двух частотах, например, LTE800 и LTE2600, т.е. использует сочетание В7+В20) и у вас руки чешутся попробовать что это такое, то можете попытаться использовать схему из двух MIMO-антенн с диплексерами.

После запуска приложения, зайдите в его настройки и поставьте галочку на пункте "Определять частоты GMS/UMTS/LTE".

Затем на основном экране должна отобразиться интересующая вас информацию об используемом частотном диапазоне.

В нашем случае смартфон подключился к сети Tele2 по стандарту 4G на частоте 1800 МГц (band 3).

LTE (от английского Long-Term Evolution - долговременное развитие) — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных устройств (и не только), работающих с данными. Часто обозначается как LTE 4G.

LTE является развитием стандартов GSM/UMTS. Целью данного стандарта связи было увеличение пропускной способности и скорости с помощью метода цифровой обработки сигналов и модуляции, которые были разработаны еще в конце прошлого столетия. Беспроводной интерфейс LTE несовместим с 2G и 3G, а потому должен работать на отдельной частоте.

Где я могу услышать про LTE?

Про LTE вы можете узнать, например, в обзоре очередного смартфона, который поддерживает данный стандарт, или при покупке смартфона в магазине, где менеджер будет уверять вас в том, что вам однозначно нужно приобрести устройство с поддержкой LTE. Отчасти он будет прав, ведь при наличии LTE в смартфоне и поддержке технологии в вашем городе вы сможете передавать файлы на огромной скорости с помощью беспроводного интернета или, к примеру, смотреть фильмы в FHD-разрешении прямо в интернете, если, конечно, устройство поддерживает просмотр роликов в Full HD-разрешении.

Скорость LTE

Спецификация LTE такова, что обеспечивает скорость загрузки до 326,4 Мбит/с, а скорость отдачи может достигать 172,8 Мбит/с. Задержка в передаче данных составляет 5 миллисекунд.

Особенности технологии LTE

Радиус действия станции LTE зависит фактически от мощности излучения, при этом не ограничен в теории, а вот максимальная скорость передачи данных зависит от удаленности от станции и радиочастоты. Предел для скорости в 1 Мбит/сек составляет от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц). В нашей стране многие операторы работают на частотах 2600 МГц, 1800 МГц и 800 МГц. В мире наиболее часто используется диапазон 1800 МГц.

LTE в России и в мире

Если верить различным источникам, то в зоне покрытия LTE на момент написания статьи находится более 50% всего населения России. В некоторых странах эта цифра на порядок выше. Например, внедрение LTE в Южной Корее достигает 97%, в Японии — 90%, а в Сингапуре — 84%.

Зона покрытия в России постоянно расширяется, так что стоит ожидать, что технология LTE в перспективе будет доступна едва ли не по всей стране.

Как подключиться к LTE?

В первую очередь абоненту нужно уточнить, поддерживает ли его оператор сотовой связи LTE. Если поддерживает, тогда понадобится смартфон с поддержкой данной технологии. После этого единственное, что нужно сделать абоненту, это просто подключиться к мобильному интернету и, по возможности, подключение будет производиться с помощью мобильной связи четвертого поколения (4G). Обращаем ваше внимание, что далеко не везде поддерживается LTE даже в пределах одного города. Например, зона покрытия может быть актуальна только для некоторых районов города.

В некоторых случаях необходимо заменить старую сим-карту на новую, если она не поддерживает новые технологии. Кроме того, если планируете использовать высокоскоростной интернет, лучше подключить безлимитный интернет, так как при такой высокой скорости трафик расходуется очень быстро и, что самое главное, почти незаметно для самого абонента.

Технология LTE – что это такое? В современном мире инновационных технологий беспроводной связи наблюдается стремительное развитие. Многие уже наверняка слышали о технологии LTE, но не каждый понимает, что это такое, и зачем оно вообще нужно.

Благодаря огромному количеству всевозможных планшетных ПК, смартфонов и ноутбуков, которые имеются на отечественном рынке, пользователи все больше и чаще нуждаются в высокоскоростном беспроводном интернет соединении. А, как известно – спрос рождает предложение. Вот и здесь, мобильные операторы, учитывая огромный спрос, просто вынуждены предоставить своим абонентам более качественное и скоростное соединение.

Именно по этой причине в современные сети мобильной связи активно внедряются новые технологии, наиболее перспективной из которых является именно технология LTE. Сегодня мы наблюдаем постепенный переход от 3G к четвертому поколению связи, и именно технология LTE позволяет сделать это плавно и незаметно для пользователей. Это объясняется тем, что реализация LTE возможна в разных частотных диапазонах.

1. Что означает LTE?

Ответ на вопрос, что значит LTE - Long Term Evolution, что в переводе на русский язык означает – длительная эволюция. Изначально в качестве четвертого поколения мобильной связи планировалось использовать технологию WiMAX, но в силу множества факторов, свидетельствующих в пользу LTE, WiMAX все же был отодвинут на второй план.

LTE – это уникальная технология построения сети мобильной связи, которая относится к четвертому поколению связи. Построена эта технология на базе IP-технологий, а это означает, технология обладает повышенной скоростью передачи информации. Стандарт LTE был разработан и утвержден международным партнерским объединением 3GPP.

Некоторые считают, что технология LTE это простое усовершенствование третьего поколения связи, однако это мнение ошибочно. На самом деле LTE – это более глубокое и значительное изменение. Это переход от систем стандарта CDMA (WCDMA) к системам OFDMA. Помимо этого технология LTE знаменует переход от системы, которая использует коммутацию каналов, к системе, использующей коммутацию пакетов (е2е IP).

Что такое стандарт LTE? Это новая система связи, которая внедряется в имеющиеся сети, и обеспечивающая более высокие скорости интернет соединений.

2. Цели разработки стандарта LTE

В первую очередь стандарт связи LTE был разработан для достижения следующих целей:

• Снижение стоимости передачи информации по беспроводной сети;
• Существенное повышение скорости передачи данных;
• Расширение спектра предоставляемых услуг и снижение их стоимости;
• Увеличение гибкости применения уже имеющихся систем мобильной связи.

Главной целью разработки стандарта LTE является увеличение скорости передачи данных по беспроводным сетям. Все остальные цели автоматически будут достигнуты при достижении первой. Интеграция технологии LTE предоставляет возможность создания высокоскоростных систем мобильной связи, которые будут оптимизированы именно для пакетной передачи дынных. При этом скорость в канале приема (download), теоритически, составляет 326 Мбит/с, а в канале отдачи (upload) – 75 Мбит/с.

Однако учитывая тот факт, что технология еще находится в стадии доработки и только начала внедряться в действующие сети фактическая скорость передачи данных немного разниться с теоритической и в идеальных условиях составляет 100 Мбит/с при приеме сигнала и 50 Мбит/с при отдаче. Стоит отметить, что на сегодняшний день даже такие показатели достигаются далеко не везде. Хотя в любом случае скорость передачи данных в сети LTE значительно выше, нежели в 3G.

3. Поддержка голосовой связи в сети LTE

Как говорилось выше, технология LTE находится в стадии доработки и только внедряется в действующие сети, однако многие задают вопрос, - режим LTE что это такое? Возможна ли в данной сети голосовая связь?

Изначально технология LTE полностью разрабатывалась на основе IP-протоколов. Из-за этого данная технология, в основной своей форме, способна поддерживать исключительно передачу данных. Однако в настоящий момент ведутся активные разработки, которые позволят операторам предложить своим абонентам некоторые решения, позволяющие использовать голосовую связь в сети LTE.

Уже сегодня разрабатываются такие IP-решения, которые предоставят такую же функциональную совместимость, бесперебойную работу, а также гибкость, какую способны предложить имеющиеся мобильные технологии второго и третьего поколений.

4. LTE на iPhone 5s и что такое LTE: Видео

Такие возможности имеются у IMS. Это мультимедийные подсистемы, которые используют протоколы IP. Именно IMS предоставляет мобильным операторам возможность оказывать услуги высококачественной голосовой связи LTE. При этом сеть LTE строится таким образом, чтобы в случае выхода абонента из зоны покрытия LTE, он автоматически переключается на 3G без потери связи.

В планах операторов мобильной связи планируется следующий сценарий развития. Для начала будет построена сеть LTE только для передачи данных. Для голосовой связи будут использоваться уже имеющиеся сети 3G и 2G. Однако с течением времени планируется полностью перейти на LTE, как для передачи данных, так и для голосовой связи (VoLTE – Voice-over-LTE) на базе IMS.

Технология VоLТЕ – это спецификация голосовой передачи трафика от систем канальной коммутации и СМС к системам пакетной коммутации. Другими словами, благодаря VоLТЕ голосовой трафик будет передаваться непосредственно через связь LTE с применением IMS.

5. Преимущества технологии LTE

В первую очередь стоит понимать, что LTE – это не революционный, а эволюционный путь в развитии мобильной связи. Ведь для внедрения данной технологии используется уже имеющаяся инфраструктура. Даже не смотря на то, что сети третьего поколения еще долго будут использоваться во всех странах мира, технология LTE и четвертое поколение связи – это будущее мобильных сетей. Это объясняется целым рядом неоспоримых и очевидных преимуществ:

• Существенно более высокая пропускная способность и, соответственно, более высокая скорость интернета;
• Простота. Технология LTE поддерживает гибкие варианты полосы пропускания с несущей частотой 1,4-20 МГц. Помимо этого данная технология поддерживает дуплексную передачу данных с возможностью разделения сигналов по частоте (FDD), а также по времени (TDD);
• Низкая задержка. Технология LTE имеет значительно меньшую задержку при передаче данных для протоколов плоскости пользователя. Это открывает массу возможностей, к примеру, у абонентов появляется возможность играть в многопользовательские онлайн-игры;
• Более широкий спектр абонентских мобильных устройств. Планируется оснащать модулями LTE не только мобильные телефоны (смартфоны) и планшетные ПК, но и ноутбуки, видеокамеры, игровые приставки, а также другие бытовые и портативные приборы.

Сеть стандарта LTE не так давно была одобрена консорциумом 3GPP. Благодаря использованию такого радиоинтерфейса удается получить сеть с беспрецедентными эксплуатационными параметрами в плане максимальной скорости, с которой осуществляется передача данных, времени задержки при пересылке пакетов, а также спектральной эффективности. Авторы говорят, что запуск сети LTE позволяет более гибко использовать радиоспектр, мультиантенную технологию, адаптацию канала, механизмы диспетчеризации, организацию повторной ретрансляции данных и регулирование мощности.

Предыстория

Мобильная широкополосная связь, которая базируется на технологии передачи пакетов данных на высокой скорости по стандарту HSPA, уже стала достаточно широко признанной пользователями сотовых сетей. Однако необходимо и дальше производить совершенствование их обслуживания, к примеру, используя увеличение скорости трансляции данных, минимизацию времени задержки, а также увеличение общей емкости сети, так как требования пользователей к услугам подобной связи постоянно повышаются. Именно с этой целью и была произведена спецификация радиоинтрфейсов HSPA Evolution и LTE консорциумом 3GPP.

Основные отличия от ранних версий

Сеть стандарта LTE отличается от ранее разработанной системы 3G улучшенными техническими характеристиками, включая максимальную скорость, с которой осуществляется передача информации - более 300 мегабит за секунду, задержка пересылки пакетов не превышает 10 миллисекунд, а спектральная эффективность стала гораздо выше. Построение сетей LTE можно осуществлять как в новых частотных полосах, так и в уже имеющихся у операторов.

Данный радиоинтерфейс позиционируется как решение, на которое постепенно операторы будут переходить с систем стандартов, существующих на данный момент, это 3GPP и 3GPP2. А разработка этого интерфейса - это достаточно важный этап на пути формирования стандарта IMT-Advanced сетей 4G, то есть нового поколения. Фактически в спецификации LTE уже содержится большинство функций, которые изначально предназначались для систем 4G.

Принцип организации радиоинтерфейса

Радиосвязь обладает характерной особенность, которая состоит в том, что радиоканал по качеству не является постоянным во времени и пространстве, а зависит от частоты. Тут необходимо сказать и о том, что параметры связи меняются относительно быстро в результате многолучевого распространения радиоволн. Чтобы поддерживать постоянную скорость обмена информацией по радиоканалу, обычно применяется целый ряд способов свести к минимуму подобные изменения, а именно - различные методы разнесенной передачи. Одновременно с этим в процессе передачи пакетов информации пользователи не всегда могут заметить кратковременные колебания битовой скорости. Режим сети LTE предполагает в качестве основного принципа радиодоступа не уменьшение, а применение стремительных изменений качества радиоканала для того, чтобы обеспечить максимально эффективное использование радиоресурсов, доступных в каждый момент времени. Это реализуется в частотной и временной областях посредством технологии радиодоступа OFDM.

Устройство сети LTE

Что это за система, можно понять, только разобравшись, как она организована. В ее основу заложена обычная технология OFDM, предполагающая по нескольким узкополосным поднесущим. Применение последних в совокупности с циклическим префиксом позволяет сделать связь на базе OFDM устойчивой к временным дисперсиям параметров радиоканала, а также дает возможность практически исключить необходимость в использовании сложных эквалайзеров на принимающей стороне. Это обстоятельство оказывается весьма полезным для организации нисходящего канала, так как в этом случае удается упростить обработку сигналов приемником на главной частоте, что позволяет снизить стоимость самого терминального устройства, а также мощность, потребляемую им. И это становится особенно важно в случае использования сети 4G LTE вместе с передачей в режиме нескольких потоков.

Восходящий канал, где излучаемая мощность существенно ниже, чем в нисходящем, требует обязательного включения в работу энергоэффективного метода передачи информации для увеличения зоны покрытия, снижения принимающим устройством, а также его стоимости. Проведенные исследования привели к тому, что теперь для восходящего канала LTE используется одночастотная технология трансляции информации в форме OFDM с дисперсией, соответствующей закону дискретного Подобное решение позволяет обеспечить меньшее отношения среднего и максимального уровня мощности в сравнении с применением традиционной модуляции, что позволяет повысить энергоэффективность и упростить конструкцию терминальных устройств.

Базовый ресурс, используемый при передаче информации в соответствии с технологией ODFM, можно продемонстрировать в виде частотно-временной сети, которая соответствует набору символов OFDM, и поднесущим во временной и частотной областях. Режим сети LTE предполагает, что в качестве основного элемента передачи данных тут использованы два ресурсных блока, которые соответствуют частотной полосе 180 килогерц и интервалу времени в одну миллисекунду. Широкий диапазон скоростей для передачи данных можно реализовать посредством объединения частотных ресурсов, настройки параметров связи, включая скорость кодирования и выбор модуляционного порядка.

Технические характеристики

Если рассматривать сети LTE, что это такое, станет понятно после определенных объяснений. Чтобы достичь высокие целевые показатели, которые установлены для радиоинтерфейса такой сети, его разработчиками был организован ряд достаточно важных моментов и функциональных возможностей. Далее будет описан каждый из них с подробным указанием на то, какое влияние они оказывают на такие важные показатели, как емкость сети, зона радиопокрытия, время задержки и скорость передачи данных.

Гибкость применения радиоспектра

Законодательные нормы, которые действуют в том или ином географическом регионе, влияют на то, как будет организована мобильная связь. То есть, в них предписывается радиоспектр, выделяемый в разных частотных диапазонах непарными или парными полосами разной ширины. Гибкость использования - это одно из важнейших преимуществ радиоспектра LTE, что позволяет задействовать его в разных ситуациях. Архитектура LTE сети позволяет не только работать в разных частотных диапазонах, но и использоватьем частотные полосы, имеющие различную ширину: от 1,25 до 20 мегагерц. Помимо этого, такая система может осуществлять работу в непарных и парных частотных полосах, поддерживая временной и частотный дуплекс соответственно.

Если говорить о терминальных устройствах, то при использованении парных частотных полос прибор может действовать в дуплексном или полудуплексном режиме. Второй режим, в котором терминалом осуществляется прием и передача данных в разное время и на различных частотах, привлекателен тем, что существенно понижает требования, выставляемые к характеристикам дуплексного фильтра. Благодаря этому удается уменьшить стоимость терминальных устройств. Помимо того, появляется возможность для введения в действие парных частотных полос с незначительным дуплексным разносом. Получается, что сети мобильной связи LTE можно организовать почти при любом распределении частотного спектра.

Единственная проблема при разработке технологии радиодоступа, где предусматривается гибкое применение радиспектра, - сделать устройства связи совместимыми. С такой целью в технологии LTE реализована идентичная кадровая структура в случае использования частотных полос различной ширины и разных дуплексных режимов.

Многоантенная трансляция данных

Применение многоантенной трансляции в системах мобильной связи позволяет улучшить их технические характеристики, а также расширить их возможности в плане абонентского обслуживания. Покрытие сети LTE предполагает использование двух методов многоантенной передачи: разнесенной и многопоточной, в качестве частного случая которой выделяется формирование узкого радиолуча. Разнесенную информацию можно рассматривать в качестве способа выравнивания уровня сигнала, который идет с двух антенн, что позволяет устранить глубокие провалы в уровне сигналов, которые принимаются от каждой антенны в отдельности.

Можно подробнее рассмотреть сеть LTE: что это и как она использует все указанные режимы? Разнесенная передача тут базируется на методе пространственно-частотного кодирования блоков данных, которое дополнено разнесением по времени с частотным сдвигом при применении четырех антенн одновременно. Разнесенную передачу используют обычно на общих нисходящих каналах, где нельзя применять функцию диспетчеризации в зависимости от того, в каком состоянии находится При этом разнесенная передача может быть использована для пересылки пользовательских данных, к примеру, трафика VoIP. Из-за относительно низкой интенсивности подобного трафика нельзя оправдать дополнительные накладные расходы, которые связаны с функцией диспетчеризации, упомянутой ранее. Благодаря разнесенной передаче данных удается повысить радиус сот и емкость сети.

Многопоточная передача для одновременной пересылки ряда потоков информации по одному радиоканалу предполагает использование нескольких приемных и передающих антенн, находящихся в терминальном устройстве и базовой сетевой станции соответственно. Это существенно увеличивает максимальную скорость трансляции данных. К примеру, если терминальное устройство снабжено четырьмя антеннами и такое количество имеется на базовой станции, то вполне реальной является одновременная передача по одному радиоканалу до четырех потоков данных, что позволяет фактически сделать его пропускную способность вчетверо больше.

Если используется сеть с небольшой рабочей нагрузкой либо маленькими сотами, то благодаря многопоточной передаче удастся добиться достаточно высокой пропускной способности для радиоканалов, а также эффективно использовать радиоресурсы. Если имеются большие соты и нагрузка высокой степени интенсивности, то качество канала не позволит использовать передачу в режиме мультипотока. В таком случае качество сигнала можно повысить, если задействовать несколько передающих антенн, чтобы сформировать узкий луч для передачи данных в

Если рассматривать сеть LTE - что это дает ей для достижения большей эффективности - то тут стоит заключить, что для качественной работы при различных эксплуатационных условиях в этой технологии реализована адаптивная мультипотоковая передача, которая позволяет постоянно регулировать количество потоков, передаваемых одновременно, в соответствии с постоянно изменяющимся состоянием канала связи. При хорошем состоянии канала можно осуществлять одновременную передачу до четырех потоков данных, что позволяет достичь скорости передачи до 300 мегабит за секунду при ширине частотной полосы в 20 мегагерц.

Если состояние канала не является настолько благоприятным, то передача производится меньшим количеством потоков. В данной ситуации антенны могут использоваться для формирования узкой диаграммы направленности, повышая общее качество приема, что в итоге приводит к увеличению пропускной способности системы и расширению обслуживаемой зоны. Чтобы обеспечить обширные зоны радиопокрытия либо передачу данных на высокой скорости, можно осуществлять передачу одного потока данных с узком луче либо задействовать на общих каналах разнесенную трансляцию данных.

Механизм адаптация и диспетчеризации канала связи

Принцип работы LTE сетей предполагает, что под диспетчеризацией будет подразумеваться распределение между пользователями сетевых ресурсов для передачи данных. Тут предусматривается динамическая диспетчеризация в нисходящем и восходящем каналах. Сети LTE в России настроены на данный момент так, чтобы сбалансировать каналы связи и общую производительность всей системы.

Радиоинтерфейс LTE предполагает реализацию функции диспетчеризации в зависимости от того, в каком состоянии находится канал связи. С ее помощью обеспечивается передача данных на высоких скоростях, что достигается за счет применения модуляции высокого порядка, передачи дополнительных потоков информации, уменьшения степень кодирования каналов, а также снижения количества повторных трансляций. Для этого задействованы частотные и временные ресурсы, характеризующиеся относительно хорошими условиями связи. Получается, что передача любого конкретного объема данных производится за более короткий промежуток времени.

Сети LTE в России, как и в других странах, построены так, что трафик сервисов, которые заняты пересылкой пакетов с небольшой полезной нагрузкой спустя одинаковые временные промежутки, может вызывать необходимость в увеличении объемов трафика сигнализации, который требуется для динамической диспетчеризации. Он может даже превосходить объем информации, транслируемой пользователем. Именно поэтому существует такое понятие, как статическая диспетчеризация сети LTE. Что это, станет понятно, если сказать, что пользователю выделяется радиочастотный ресурс, предназначенный для передачи какого-то конкретного числа подкадров.

Благодаря механизмам адаптации удается «выжать все возможное» из канала с динамическим качеством связи. Он позволяет выбрать схему канального кодирования и модуляции в соответствии с тем, какими условиями связи характеризуются сети LTE. Что это, станет понятно, если сказать, что его работа влияет на скорость трансляции данных, а также на вероятность возникновения в канале каких-либо ошибок.

Мощность в восходящем канале и ее регулирование

Этот аспект касается управления уровнем мощности, излучаемой терминалами, чтобы увеличить емкость сети, повысить качество связи, сделать зону радиопокрытия больше, снизить потребление энергии. Чтобы достичь перечисленных целей механизмами регулирования мощности, стремятся к максимальному увеличению уровня полезного входящего сигнала с одновременным снижением радиопомех.

Сети LTE "Билайн" и других операторов предполагают, что сигналы в восходящем канале остаются ортогональными, то есть между пользователями одной соты не должно быть взаимных радиопомех, по крайней мере, это касается идеальных условий связи. Уровень помех, которые создаются пользователями соседних сот, зависит о того, где находится излучающий терминал, то есть от того, как затухает его сигнал на пути к соте. Сеть LTE "Мегафон" устроена точно так же. Правильно будет сказать так: чем ближе терминал находится к соседней соте, тем выше будет уровень помех, которые он в ней создает. Терминалы, которые находятся на более значительном расстоянии от соседней соты, способны передавать сигналы большей мощности в сравнении с терминалами, находящимися с ней в непосредственной близости.

Благодаря ортогональности сигналов, в восходящем канале можно мультиплексировать сигналы от терминалов разной мощности в одном канале на одной и той же соте. Это означает, что нет необходимости компенсировать всплески уровня сигнала, которые возникают из-за многолучевого распространения радиоволн, а можно использовать их с целью увеличения скорости трансляции данных с применением механизмов адаптации и диспетчеризации каналов связи.

Ретрансляции данных

Почти любая система связи, и LTE сети в Украине не являются исключением, время от времени допускает ошибки в процессе пересылки данных, к примеру, из-за замирания сигнала, помех или шумов. Защита от ошибок обеспечивается за счет методов повторной передачи утраченных или искаженных частей информации, предназначенных для гарантии обеспечения высокого качества связи. Радиоресурс используется намного рациональнее, если протокол ретрансляции данных организован эффективно. Чтобы максимально полно использовать радиоинтерфейс высокой скорости, технология LTE обладает динамически эффективной двухуровневой системой ретрансляции данных, которая реализует Hybrid ARQ. Он характеризуется небольшими накладными расходами, необходимыми для обеспечения обратной связи и повторной посылки данных, дополненный протоколом селективного повтора высокой степени надежности.

Протоколом HARQ предоставляется приемному устройству избыточная информация, дающая ему возможность корректировать какие-то конкретные ошибки. Ретрансляция по протоколу HARQ приводит к формированию дополнительной информационной избыточности, которая может потребоваться в том случае, когда для устранения ошибок оказалось недостаточно повторной передачи. Ретрансляция пакетов, которые не прошли исправление протоколом HARQ, производится с использованием протокола ARQ. LTE сети на iPhone работают в соответствии с вышеописанными принципами.

Это решение позволяет гарантировать минимальную задержку трансляции пакетов с малыми накладными расходами, а надежность связи при этом гарантируется. Протокол HARQ позволяет обнаружить и исправить большую часть ошибок, что приводит к достаточно редкому использованию протокола ARQ, так как это сопряжено с немалыми накладными расходами, а также с повышением времени задержки при трансляции пакетов.

Является конечным узлом, который поддерживает оба эти протокола, обеспечивая тесную связь уровней двух этих протоколов. В числе разнообразных преимуществ подобной архитектуры можно назвать высокую скорость устранения ошибок, которые остались после работы HARQ, а также регулируемый объем информации, передаваемой посредством использования протокола ARQ.

Радиоинтерфейс LTE обладает высокими рабочими характеристиками, благодаря его основным компонентам. Гибкость применения радиоспектра позволяет задействовать данный радиоинтерфейс при любом доступном ресурс частот. Технология LTE предусматривает ряд функций, которые обеспечивает эффективное применение стремительно изменяющихся условий связи. В зависимости от состояния канала, функция диспетчеризации выдает лучшие ресурсы пользователям. Применение многоантенных технологий приводит к уменьшению замирания сигнала, а с помощью механизмов адаптации канала можно задействовать методы кодирования и модуляции сигнала, гарантирующие в конкретных условиях оптимальное качество связи.