Что такое LTE и LTE-A ?

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. VoLTE - 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:

• переход от кодового разделения каналов (CDMA) к частотному (OFDMA и SC-FDMA)
• переход от коммутации каналов на технологии IP – коммутацию пакетов

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

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.

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.

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

Вдумайтесь в эти цифры:

• Более 100 лет ушло на создание 1 млрд. стационарных телефонных линий...
• ... и всего за 20 лет абонентами мобильной связи стали 5 млрд. человек, глобализация связи поистине грандиозна!
• К началу 2010 года объем мирового трафика мобильных данных превысил объем голосового трафика.
• Первое мобильное приложение было выпущено в начале 2008 года. А уже в 2011 году абоненты произвели 17 млрд. загрузок, что на 112.5 % больше, чем в 2010 году, когда этот показатель составлял около 8 млрд. загрузок.
• Прирост числа пользователей широкополосных сетей на 10 % увеличивает годовой ВВП на 1 %. В денежном эквиваленте это около 800 млрд. долларов и способствует появлению миллионов рабочих мест по всему миру.

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

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

• 3 - в диапазоне 1800 МГц FDD;
• 7 - в диапазоне 2600 МГц FDD;
• 8 - в диапазоне 900 МГц FDD;
• 20 - в диапазоне 800 МГц FDD;
• 31 - в диапазоне 450 МГц FDD;
• 38 - в диапазоне 2600 МГц TDD.

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

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 несущих в нисходящем канале для увеличения скорости передачи данных до 300 Мбит/с при спектре 20+20 МГц и 2х2 MIMO, а затем даже до 3 Гбит/с при использовании полосы пропускания 100 МГц и 8x8 MIMO. Для увеличения скорости передачи данных нужна большая пропускная способность.
• Эволюция MIMO до 8x8 в сторону абонента и 4x4 в сторону базовой станции, что дает преимущества для исполльзования технологии формирования луча, увеличение пропускной способности сети при агрегации несущих. Мультиантенны увеличивают скорость передачи данных и пропускную способность сети.
• Гетерогенная сеть (HetNet) для совместного размещения макро-, микро- и пикостанций. Функции HetNet обеспечивают координацию помех между сетевыми уровнями и увеличивают пропускную способность сети и локальное покрытие с высокой плотностью пикосот, одновременно разделяя частоту с микро и макросотами.
• Узлы ретрансляции (Relay nodes) для транзитной передачи данных базовых станций через радиоинтерфейс. Линия передачи может использовать внутриполосную или внеполосную передачу. Узлы ретрансляции используются для увеличения покрытия сети, когда магистральные наземные соединения недоступны.
• Скоординированная многоточечная передача и прием (CoMP) позволяет использовать несколько сектров разных БС для передачи данных к одному терминалу. Координированная многоточечная связь используется для улучшения скорости передачи данных на границе соты, которые ограничены межсотовыми помехами. Передача в сторону абонента может осуществляться с нескольких секторов в один и тот же момент времени, и обратно, прием данных от абонента идет несколькими секторами.
• Самоорганизующиеся сетевые функции (SON) ускоряют и упрощают развертывание сети и повышают производительность конечного пользователя, обеспечивая правильную и оптимизированную настройку параметров сети.

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.

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:

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.

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

• Huawei Honor P8, 9, 10, 20, 30, Nova;
• Samsung Galaxy S8, 9, 10;
• Iphone 6S,7, 8, X, XR.

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.

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.

VoLTE - поддержка голосовых вызовов по LTE

Сети LTE полностью основаны на IP-протоколе и поэтому в основной форме поддерживают только передачу данных. Существуют 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.

Voice over LTE, или VoLTE, аналогичен VoIP (Voice over Internet Protocol) - например Skype, который использует Интернет для поддержки голосовых вызовов по широкополосному соединению. Проще говоря, VoLTE позволяет голосовой связи стать еще одним приложением, которое работает в сети передачи данных. Этот протокол может обеспечить более быстрые и качественные голосовые вызовы и даже видеочат, привязанный к услуге и номеру вашего мобильного телефона. Бонус для потребителей: голосовые минуты не оплачиваются.

Предыдущие сотовые сети, такие как 2G и 3G, были предназначены главным образом для передачи голосовых вызовов. Позже в эти сервисы добавили поддержку передачи сотовых данных с помощью их «туннелирования» внутри голосовых соединений. LTE - это сетевая технология, разработанная для передачи данных, использует пакеты интернет-протокола (IP) для всех коммуникаций. Поэтому он не поддерживает традиционную технологию голосовых вызовов, а значить необходимы новый протокол и приложения для передачи голоса поверх LTE.

Большим преимуществом VoLTE является то, что качество вызовов превосходит соединения 2G и 3G, так как через 4G может передаваться в три раза больше данных, чем в 3G, и в шесть раз больше, чем в 2G. По сути, это голосовой вызов в формате HD. Он намного более насыщенный, используется речевой кодек HD-Voice. Но работает VoLTE только в том случае, если оба устройства, принимающее и выполняющее вызов, его поддерживают.

VoLTE также требует, чтобы оба участника разговора имели покрытие 4G. Это означает, что звонки VoLTE не всегда будут доступны, и если кто-то выходит из зоны покрытия 4G во время разговора, есть вероятность, что звонок будет сброшен.

Комментарии

Задайте свой вопрос

---

Вместе с этой статьей сейчас смотрят

Причины плохой связи

Бесшовный Wi-Fi

5G

Wi-Fi Mesh системы