с 9-00 до 21-00 без выходных
Усиление сотовой связи и 3G/4G
интернета, бесшовный Wi-Fi доступ
+7(499)577-04-94Заказать обратный звонок
icon10icon20icon20
Калькулятор

Что такое LTE и LTE-A ?

Рейтинг: 4/5 - 36 голосов
Обновлено: 31.10.2019

Мы жили в городах, и выживали в деревнях, а теперь живем мы в Интернете! aka@piv70

  1. LTE - это не просто Upgrade 3G !
  2. Характеристики сетей LTE
  3. Основы мультиплексирования и использование MIMO в LTE
  4. Beamfoming - основы формирования луча в LTE
  5. Что будет с 3G сетями?
  6. Сравнительная таблица сетей GPRS, 3G, 4G
  7. Полосы частот и ширина каналов, используемые сотовыми операторами в России в 2019
  8. Частотное распределение каналов сотовой связи в России на 2019 год
  9. Что такое LTE-Advanced
  10. 6 основных особенностей LTE-Advanced
  11. Агрегация частот на смартфоне
  12. Три сценария объединения несущих (ОН)
  13. Какие смартфоны поддерживают LTE-A
  14. Какие скорости у LTE?
  15. Категории мобильных устройств
  16. Плюсы и минусы агрегации частот
  17. Поддержка голосовых вызовов по LTE

LTE (Long Term Evolution или долгосрочная эволюция) по определению консорциума 3GPP - это новейший стандарт для беспроводной мобильной связи 4-го поколения (4G). А направлен он, прежде всего, на дальнейшее улучшение и развитие сетей 3G (UMTS и EDVO).

На сетевом уровне LTE работает полностью на базе IP технологий, а на физическом уровне (в радиоканале) применяется ортогональное частотное уплотнение, и, в результате, мы получаем высокую пропускную способность, маленькие задержки и фантастическую спектральную эффективность.

LTE - это не просто Upgrade 3G !

Это совершенно иной подход, а физика его такова:

По прогнозам экспертов, уже к 2020 году более 5 млрд. человек станут членами мирового сообщества, называемого “мобильный мир”. При этом половина всего населения планеты будет иметь постоянный доступ к услугам LTE сетей.

Дальнейший прогресс развития будет связан с технологией LTE Advanced, и мы заглянем за рубеж 2020 года!

Характеристики сетей LTE

Производительность и пропускная способность — одно из требований LTE заключается в обеспечении пиковой пропускной способности обратного канала не менее 100 Мбит/с.

Технология предусматривает поддержку скорости обмена данными более 300 Мбит/с, однако шведы уже продемонстрировали нам следующий этап развития LTE — с теоретически возможной пиковой пропускной способностью до 1,2 Гбит/с.

Простота — поддерживаются гибкие варианты полосы пропускания с несущей частотой от 1,4 МГц до 20 МГц и дуплексная передача с разделением по частоте (FDD *) и по времени (TDD *).

Задержка передачи данных в LTE меньше, чем в существующих технологиях 3G. Это преимущество является очень важным для обслуживания интерактивных сред с эффектом присутствия (например, многопользовательских игр) и обмена большими объемами медиаконтента.

Разнообразие устройств — кроме мобильных телефонов и периферийных устройств, встроенными LTE-модулями планируется оснащать многие компьютерные и бытовые электронные устройства. Это ноутбуки, планшеты, игровые приставки и set-top box-ы, видеокамеры и другие портативные устройства.

* При использовании TDD (Time Division Duplex) вся полоса попеременно отдается на загрузку или выгрузку данных. При использовании FDD (Frequency Division Duplex) входящий и исходящий трафик разделены частотно, загрузка данных идет на одной частоте, а выгрузка на другой.

Основные рабочие характеристики

ПараметрЗначение
Спектр полос1.4, 3, 5, 10, 15 и 20 МГц
Пиковые скорости
  • Downlink (2-х канальный MIMO): 100 Мбит/c;
  • Uplink (Одноканальный Tx): 50 Мбит/c (канал 20 МГц);
Конфигурация антенн
  • Downlink: 4x2, 2x2, 1x2, 1x1;
  • Uplink: 1x2, 1x1;
Задержка
  • Управляющий (сигнальный) уровень (логика работы сетевого устройства - куда и как слать сетевой трафик): меньше 100 мс для перехода на уровень пользователя;
  • Пользовательский уровень (передача полезного трафика) : меньше 10 мс от клиента к серверу;
Размер соты
  • Полная функциональность: до 5 км;
  • Незначительные ухудшения: 5 км – 30 км;
Мобильность
  • Опитимизировано для низкой скорости (0-15 км/ч);
  • Высокая производительность на скорости до 120 км/ч;
  • Поддерживает работоспособность при передвижении на скорости до 350 км/ч;
Выигрыш в спектральной эффективности
  • Downlink: в 3 - 4 раза HSDPA Rel.5;
  • Uplink: в 2 - 3 раза HSUPA Rel. 6;

Основы мультиплексирования и использование MIMO в LTE

В LTE используются системы MIMO для повышения надежности и для увеличения скорости передачи данных. Как правило, система MIMO состоит из m передающих антенн и n приемных антенн.

Пространственное мультиплексирование

Проще говоря, приемник принимает сигнал Tx, который получается, когда вектор Rx входного сигнала умножается на матрицу Q передачи. Tx = Q * Rx. Матрица передачи Q содержит импульсные характеристики канала, которые ссылаются на канал между передающей антенной m и приемной антенной n. Многие алгоритмы MIMO основаны на анализе характеристик матрицы передачи Q. Ранг (матрицы канала) определяет количество линейно независимых строк или столбцов. Он указывает, сколько независимых потоков данных (уровней) может быть передано одновременно.

Повышение надежности передачи данных - разнесение передачи

Когда одни и те же данные передаются избыточно по более чем одной передающей антенне, это называется разнесением передачи. Это увеличивает отношение сигнал / шум. Пространственно-временные коды используются для генерации избыточного сигнала. Аламути разработал первые коды для двух антенн. Сегодня разные коды доступны для более чем двух антенн.

Увеличение скорости передачи данных - пространственное мультиплексирование

Пространственное мультиплексирование увеличивает скорость передачи данных. Данные делятся на отдельные потоки, которые затем передаются одновременно по одним и тем же ресурсам радиоинтерфейса. Передача включает в себя специальные секции (также называемые пилот-сигналами или опорными сигналами), которые также известны приемнику. Приемник может выполнить оценку канала для сигнала каждой передающей антенны.

В методе с обратной связью приемник сообщает о состоянии канала передатчику через специальный канал обратной связи. Это позволяет быстро реагировать на изменение условий в канале, например, адаптация количества мультиплексированных потоков. Когда скорость передачи данных должна быть увеличена для однопользовательского оборудования (UE), это называется однопользовательским MIMO (SU-MIMO). Когда отдельные потоки назначаются различным пользователям, это называется многопользовательским MIMO (MU-MIMO).

Что такое MIMO и MU-MIMO, как работает эта технология и что это дает конечному пользователю?

Beamfoming - основы формирования луча в LTE

При формировании луча используются несколько антенн для управления направлением фронта волны путем соответствующего взвешивания величины и фазы сигналов отдельных антенн (формирование луча передачи). Это позволяет лучше охватить конкретные области по краям сот. Поскольку каждая отдельная антенна в массиве вносит вклад в управляемый сигнал, достигается усиление сигнала (также называемое конструктивным формирования луча).

Формирование приемных лучей позволяет определить направление, куда будет приходить волновой фронт. Также имеется возможность подавить выбранные мешающие сигналы, применяя нулевую диаграмму направленности в направлении мешающего сигнала. Адаптивное формирование луча относится к технике постоянного применения формирования луча к движущемуся приемнику. Это требует быстрой обработки сигналов и мощных алгоритмов.

Формирование луча стало возможным благодаря изменению величины и / или фазы сигнала на отдельных антеннах. Сигналы обрабатываются таким образом, чтобы их можно было конструктивно (эффект усиления за счет сложения волн) добавлять в направлении предполагаемого передатчика / приемника и деструктивно (ослабление волн) в направлении источников помех.

конструктивная (усиливающая) и деструктивная (гасящая) интерференция

Что такое Beamforming, история развития, и для чего нужно формирование диаграммы направленности луча.

Вдумайтесь в эти цифры:

Что будет с 3G сетями?

Еще совсем недавно мировое сообщество делало ставку на развитие сетей третьего поколения и возможности, которые дали нам эти технологии, казались чем-то из области научной фантастики. Процесс перехода на LTE растянется еще на несколько лет, а да этого времени 3G сети будут так же эффективно решать задачи по передаче широкополосных данных миллиардам мобильных пользователей.

Однако рано или поздно мы полностью перейдем на сети четвертого поколения, и тогда в полной мере можно будет говорить об удовлетворении потребности клиентов в быстродействии и высокой пропускной способности мобильной сети – того, что так необходимо для развития новых приложений.

Видеоблоги и интерактивное телевидение, системы удаленного видеонаблюдения через интернет в режиме реального времени, 3D игры нового поколения и другие профессиональные сервисы предъявляют высокие требования к скорости передачи данных, отсутствию задержек и минимальному джиттеру в работе телекоммуникационной сети, и LTE это главная движущая сила инновационного развития.

Сравнительная таблица сетей GPRS, 3G, 4G

Стандарт сетиТехнологияМодуляцияСкорость передачи данных (макс.) к абоненту/от абонентаПолоса сигнала, МГц
GSMGPRSGMSK20/20 Kбит/с0,2
EDGE8PSK59,2/59,2 Kбит/с0,2
UMTSR99 WCDMAQPSK384/384 Kбит/с5
HSDPA16QAM/QPSK14,4/5,76 Мбит/с5
HSPA+64QAM/16QAM21/11,5 Мбит/с5
DC HSPA+64QAM/16QAM42/23 Мбит/с10
LTE Release 8MIMO 2\264QAM150/75 Мбит/с20
LTE-Advanced Rel. 10Downlink 8x8 MIMO / Uplink 4x4 MIMO64QAM3/1.5 Гбит/с100
LTE-Advanced Pro Rel. 13 (4.5G)8x8 MIMO256QAM25/12.5 Гбит/с640

В России для оборудования мобильных 4G сетей выделены стандартные диапазоны частот, так называемые бэнды (BAND):

Полосы частот и ширина каналов, используемые сотовыми операторами в России в 2019

ОператорЧастотный диапазон (UL/DL), МГцШирина канала, МГцТип дуплексаНомер в 3GPP
1Мегафон847-854.5 / 806-813.57.5FDDBand 20
2Мегафон1835-1855 / 1730-175020FDDBand 3
3Yota (Мегафон)2500-2530 / 2620-265030FDDBand 7
4Мегафон2530-2540 / 2650-266010FDDBand 7
5Мегафон2575-259520TDDBand 38
6МТС839.5-847 / 798.5-8067.5FDDBand 20
7МТС1855-1875 / 1750-177520FDDBand 3
8МТС2540-2550 / 2660-267010FDDBand 7
9МТС2595-261520TDDBand 38
10МТС2595-262025TDDBand 38
11Билайн854.5-862 / 813.5-8217.5FDDBand 20
12Билайн1805-1825 / 1710-173020FDDBand 3
13Билайн2550-2560 / 2670-268010FDDBand 7
14Теле2453-457.4 / 463-467.44.4FDDBand 31
15Ростелеком/Теле22560-2570 / 2680-269010FDDBand 7
16Ростелеком/Теле2832-839.5 / 791-798.57.5FDDBand 20

Частотное распределение каналов сотовой связи в России на 2019 год

Что даст LTE конечному пользователю?

Увеличение пропускной способности и минимальные задержки, большая устойчивость канала связи, уменьшение стоимости трафика - все вместе это открывает новые возможности для пользователей, сервисы становятся более качественными и менее дорогими.

Какая выгода от LTE для операторов?

Перспективные сетевые технологии с точки зрения мощности, пропускной способности и взаимодействия с пользователем. Это новые коммерческие возможности и источники дохода, как для старых операторов, так и для новых.

Так как новые сети можно использовать для технологий связи любого поколения – 2G, 3G и 4G это позволит снизить капитальные и эксплуатационные затраты операторов.

Что такое LTE-Advanced

Первый набор спецификаций LTE был завершен в марте 2009 года. Первая коммерческая сеть LTE была открыта в декабре 2009 года. По данным Ovum WCISК к концу 2019 года количество подключеней к LTE сетям будет насчитывать 5 млрд. Первые смартфоны с поддержкой LTE были представлены в 2011 году. Базовые технологические возможности развиваются дальше, что ведет к еще более высоким скоростям передачи данных и более высокой плотности размещения базовых станций, и следующий шаг в эволюции развития называется LTE-Advanced. Направлен он на получение скоростей свыше 1 Гбит/с. Развитие LTE-A начинается с 10 релиза, котрый был завершен в июне 2011 года.

6 основных особенностей LTE-Advanced

Агрегация частот на смартфоне - что это такое и как увеличить скорость?

Агрегация несущих частот смартфонов Huawei, Samsung, Iphone и других брендов - это механизм объединения частотных диапазонов в единую полосу с целью увеличения пропускной способности интернет-канала. При этом используется технология MIMO и поддержка промежуточных ретрансляторов (Relay Nodes). Проще говоря, это способ ускорения передачи данных в 4G сетях. Он активно применяется в стандарте LTE-Advanced (LTE A), мобильные операторы так и именуют данную технологию 4G+.

Принцип работы агрегации частот

На 2019 г 4G в России работает в 6-ти частотных диапазонах.

Каждый из них использует не одну конкретную частоту, а некий отрезок шириной: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 МГц. Сделано это для того, чтобы каждому оператору в каждом диапазоне досталось по частотному отрезку. Агрегация частот объединяет несколько таких отрезков в единый «коридор». Например, делает из 2-х или 3-х отрезков по 10 МГц один, многополосный, шириной 20 или 30 МГц. Используя данную технологию, смартфоны могут передавать/получать данные сразу по двум каналам, что значительно увеличивает скорость передачи данных. Таким образом, преодолевается ограничение по количеству подключенных абонентов и увеличивается полоса пропускания канала.

Принцип агрегации 3-х частотных каналов в LTE-Advanced
Агрегация 3-х частотных каналов в LTE-Advanced

В Москве оператор Мегафон имеет 40 МГц непрерывного спектра в 7-м банде (диапазоне 2600 МГц), а МТС, Теле2 и Билайн всего по 10 МГц. Таким образом, у Мегафона значительное преимущество в емкости и скорости сети. В свою очередь, абонентам МТС важно проверить, поддерживает ли их телефон работу 38 банда (2600 TDD), потому что у данного оператора широкое покрытие в Москве – 20 МГц. Отстающими для столицы являются Билайн и Теле2.

Для агрегации доступны не только подсети разных бандов, но и разных стандартов разделения. То есть, одновременно можно подключиться к FDD-подсети (частотное разделение каналов), и к TDD-подсети Band 38, где для приема–передачи сигналов используется временное разделение каналов (в отличие от 🤖 Андроида, 🍏 «Яблоки» пока не умеют совмещать FDD и TDD - делайте выводы 😂).

На 2019 год в РФ операторы поддерживают следующие комбинации агрегации несущих:

ОператорМегаФонМТСБилайнТеле2
Комбинации7+7, 3+7, 3+7+73+38, 3+73+7-

У МегаФон в Москве и Санкт-Петербурге в максимальной конфигурации агрегация трех полос — 20 МГц из 3-го диапазона и 20+20 МГц из 7-го диапазона.

Три сценария объединения несущих (ОН)

Агрегация несущих в одном диапазоне: эта форма ОН использует один диапазон. Возможны два варианта:

Смежная. Это самая простая форма реализации агрегации несущих LTE. При этом несущие находятся на соседних каналах рядом друг с другом. В этом случае нужен только один приемопередатчик, так как сигнал рассматривается как один расширенный.

Несмежная: немного сложней в выполнении, несущие используют одну и ту же рабочую полосу, но не соседствуют друг с другом. Здесь уже нужны два приемопередатчика, потому что сигнал не может рассматриваться как один сигнал, что увеличивает сложность и стоимость решения.

Несмежная в разных диапазонах: эта форма агрегации несущих использует разные полосы. Это более сложная задача, так как несущие из разных рабочих диапазонов. Таким образом, нужно несколько приемопередатчиков для передачи / приема сигналов. Этот тип ОН самый затратный и сложный в реализации.

Три сценария агрегации несущих в LTE-Advanced
Три сценария агрегации несущих в LTE-Advanced

Эта технология может применяться к вариантам LTE с FDD или TDD с максимум пятью компонентными несущими, каждая с шириной полосы до 20 МГц, в результате чего общая ширина полосы передачи достигает до 100 МГц.

Какие смартфоны поддерживают LTE A

Эта функция на 2019 г поддерживается следующими смартфонами:

Все мобильные операторы сейчас активно внедряют данную технологию на своих каналах.Телефоны и любые другие мобильные гаджеты делятся на категории, самой распространенной из которых является четвертая (CAT 4). Если в технических характеристиках устройства вы видите такую маркировку, то это означает, что в идеальных условиях максимальная скорость интернета на прием может достигать 150 Мбит/с, а на передачу - 50 Мбит/с.

Какие скорости у LTE и LTE-A?

Скорость передачи данных до 100 Мбит в секунду. С поправкой на то, что этот показатель может меняться в зависимости от текущей сетевой нагрузки и местонахождения пользователя. В рамках технологии предусмотрены скорости более 300 Мбит/с. Дальнейшая эволюция развития (LTE Advanced) предусматривает пропускную способность до 3 Гбит/с к абоненту и до 1.5 Гбит/с от абонента.

И, примечательно то, что для перехода с LTE на LTE Advanced потребуется простое обновление программного обеспечения и дальнейшая перенастройка базовых станций оператора. Для внедрения функциональности MIMO 8x8 необходимо будет заменить радио-модули.

Категории мобильных устройств

Эта характеристика очень важна для модемов LTE, от нее зависит возможность объединения каналов шириной до 20 МГц. Модем шестой категории одновременно использует 2 канала, при этом скорость достигает 300 Мбит/с .Модемы категории 9 объединяет уже 3 несущих полосы, при этом «разгоняясь» до 450 Мбит/с. А устройства 12 категории, на тех же трех полосах, достигают максимума в 600 Мбит/с. 16 категория способна использовать 4 канала в режиме MIMO, выдавая до 1 Гбит/с. Самые современные модели категории 20 объединяют до 7 каналов сразу, достигая фантастических скоростей, до 2 Гбит/с.

Категория абонентского устройстваМакс. скорость DL, Мбит/сАгрегация несущихДополнительные технологии
CAT4150-2x2 MIMO
CAT63002х20 МГц2x2 MIMO
CAT94503Х20 МГц2x2 MIMO
CAT126003Х20 МГц4x4 MIMO, 256 QAM
CAT169804Х20 МГц4x4 MIMO, 256 QAM

Плюсы и минусы агрегации частот

Основным преимуществом технологии для оператора это повышение пропускной способности канала и увеличение одновременного обслуживания абонентов с одной базовой станции. Например, флагман Самсунга Galaxy S10, что соответствует пятому поколению связи (5G).

Недостатком технологии является повышенный расход энергии, ввиду того, что сотовому устройству приходится поддерживать связь сразу с несколькими базовыми станциями.

Также операторы экономно используют частотный ресурс, редко устанавливая на одной вышке приемопередатчики для разных подсетей, что мешает мобильным устройствам достигать максимальной для категории скорости.

Как правило, в городах используется Band 7 (2600 МГц), а в малонаселенной местности - низкочастотный Band 20 (800 МГц), и рядом друг с другом это оборудование почти не встречается, лишая тем самым, смартфоны способности объединить эти каналы.

Поддержка голосовых вызовов по LTE

Сети LTE полностью основаны на IP-протоколе и поэтому в основной форме поддерживают только передачу данных. Ведутся разработки, позволяющие операторам предложить своим абонентам решения для передачи голоса.

Это IP-решения, которые обеспечат такую же функциональную совместимость, гибкость и бесперебойную работу, какую предлагают современные беспроводные технологии 2G и 3G.

Такими возможностями обладают IMS - мультимедийные подсистемы, использующие протокол IP. IMS дает возможность операторам оказывать голосовые услуги в сетях LTE. При этом обеспечивается непрерывность сервиса при переходе абонента из одной сети в другую.

События будут развиваться по следующему сценарию - ведущие операторы сначала реализуют услуги передачи данных в сети LTE, продолжая использовать сети 2G и 3G для передачи голоса, а затем со временем перейдут к передаче голоса поверх LTE - VoLTE (Voice-over-LTE) на базе IMS.

VoLTE как раз и является спецификацией передачи голосового трафика от систем канальной коммутации и SMS к системам пакетной коммутации, т.е. непосредственно через сети LTE с использованием IMS.

VoLTE доставляет голосовые данные в виде потока ip-данных по LTE, имеет в три раза больше голосовую ёмкость и ёмкость данных, чем сети 3G UMTS и до шести раз больше, чем сети 2G GSM. Использует речевой кодек HD-Voice.

Поддерживается возможность обмена данными через интернет во время телефонного разговора.

Комментарии

Задайте свой вопрос

Пожалуйста, оцените по 5 бальной шкале

Вместе с этой статьей сейчас смотрят