Модем lte advanced. Ликбез. Что такое LTE Advanced и почему вам стоит знать об этом? Ближайшее будущее. LTE-Advanced

Перемены, аналогичные революции в мобильной связи, изменяют все. Так, они уже давно поспособствовали тому, чтобы прежнее определение сети, звучащее как «соединение компьютеров и серверов с помощью кабелей» стало неактуальным. Никакого чуда в этом нет: число людей, подключающихся к сети через смартфон, постоянно растет, что отражается на неограниченном расширении сетей мобильной связи. Стандарт 5G является отдаленной целью отрасли, которая в прошлом году уведомила о разработке плана по созданию подобной беспроводной супер-сети: начиная с 2020 года она будет развертываться по всему миру и, отталкиваясь от производительности и числа абонентов, оттеснит проводной Интернет «на обочину».

Однако развитие уже существующих сетей не застопорится: поставщик сетевого оборудования Cisco определил, что только в 2015 году трафик в мобильном Интернете увеличился на 74 %. И до 2020 года подобный рост будет наблюдаться каждый год. Причина тому - пользователи, которые не только «серфят» в Интернете, но и обращаются к сервисам с большим объемом передаваемых данных, например, потокам видеоданных. Чтобы они смогли это делать, технология быстрой радиосвязи LTE предоставляет в распоряжение диапазоны частот «по ту сторону» DSL.

Le Max Pro - первый смартфон, оснащенный флагманским процессором Qualcomm Snapdragon 820 с модемом X12

Загрузка со скоростью 1000 Мбит/с

В то время как федеральное правительство планирует к 2018 году обеспечить каждый дом широкополосным кабельным соединением со скоростью 50 Мбит/с, глава Vodafone (провайдера мобильной связи) мечтает, что уже в 2017 году его компания станет «гигабитной». Подобные мечты воплотятся в реальность благодаря следующей стадии развития технологии LTE, которую консорциум по стандартизации (3GPP) одобрит в марте этого года: за применяемым в настоящее время стандартом LTE Advanced последует LTE Advanced Pro.

В процессор Exynos смартфона Samsung Galaxy S7 встроен модем, увеличивающий скорость в сети LTE вдвое

Сокращение «Pro» обещает больше, чем просто гигабитную скорость. В качестве переходного этапа к 5G данный стандарт поглотит предыдущие стандарты радиосвязи, такие как GSM, вмешается в технологию беспроводных сетей, частично вытеснит старые и заполнит новые области применения, например, автоматизированное вождение. Для клиентов, провайдеров и поставщиков оборудования это означает, что тот, кто воздержится от активных действий, очень быстро станет аутсайдером.

Революция начинается с модема

Первое впечатление от LTE Advanced Pro многие покупатели смартфонов скоро получат в форме Samsung Galaxy S7. Компания Samsung в последние годы уже приучила пользователей к тому, что в ее флагманских моделях применяются самые современные технологии. Модель S7 в зависимости от региона комплектуется различными процессорами: либо Qualcomm Snapdragon 820, либо Samsung Exynos 8890.

Глоссарий технологии LTE

> Квадратурная амплитудная модуляция (QAM): этот параметр определяет число одновременно передаваемых битов, например, 256 QAM = 8 бит, 64 QAM = 6 бит и 16 QAM = 4 бит.

> MIMO: одновременная отправка и получение данных несколькими антеннами. Чем больше соотношение (например, 4×4), тем выше общая итоговая скорость передачи данных.

> LTE-U/LAA-LTE: LTE дополнительно отправляет данные на частотах беспроводной сети в диапазоне 5 ГГц.

> LWA: LTE-модем и WLAN-маршрутизатор совмещают передачу данных.

Оба процессора оснащены собственным интегрированным LTE-модемом, который предвосхищает основные инновации LTE Advanced Pro. Обзор функций нового модема Qualcomm-X12 показывает, что ожидает клиентов. Это относится не только к моделям Galaxy, а почти ко всем смартфонам: процессоры Qualcomm встроены лишь в треть всех существующих мобильников, однако доступ в Интернет почти у всех смартфонов (включая iPhone) осуществляется через модемы Qualcomm.

Современный iPhone 6s практически исчерпал возможности LTE-сети. Его уже не очень новый модем X7 достигает скорости 300 Мбит/с при загрузке информации из Интернета и 50 Мбит/с при закачке. Модель X12 обещает максимальную скорость в два и даже три раза выше, а именно 600 и 150 Мбит/с.

Предпосылками к подобному увеличению скорости является целый ряд инноваций. Во-первых, следует отметить, что технология LTE использует т. н. «квадратурную амплитудную модуляцию» (QAM), которая позволяет кодировать в каждом сигнале несколько бит одновременно. Таким образом, первой инновацией является улучшенная модуляция, которая накладывается на несущий сигнал. Современная LTE-сеть использует для выгрузки параметр QAM 16; это означает, что каждой несущей передаются 4 бита. Для входящего канала действует QAM 64, что соответствует 6 битам. Так работает модем iPhones 6s. Модель X12 в Samsung Galaxy S7 «трудится» больше: он отправляет через QAM 64 и принимает данные через QAM 256, при этом на одну несущую приходится 8 бит. Благодаря этому X12 при той же полосе пропускания загружает на треть больше данных.

Кроме того, X12 может использовать увеличенную полосу пропускания по сравнению с X7 в iPhone. С момента внедрения LTE Advanced смартфоны смогут одновременно отправлять и получать данные на нескольких диапазонах частот. Данная технология называется «агрегацией несущих частот» (Carrier Aggregation). Модем X7 в iPhone для входящего канала может объединять не более двух диапазонов частот, каждый из которых охватывает 20 МГц; это обеспечивает скорость от 150 Мбит/с. У X12 благодаря улучшенному параметру QAM скорость может достигать 200 Мбит/с; он также может объединять три диапазона частот.

Передача данных на частотах беспроводных сетей

Скорость загрузки данных для диапазона 20 МГц
> Модем Х7: 64 QAM (6 бит) без MIMO = 150 Мбит/с
> Модем Х12: 256 QAM (8 бит) с 2х2 MIMO = 400 Мбит/с

Наряду с исчерпанием возможностей LTE Advanced, модем X12 также включает в себя функции для грядущего расширения «Pro». К ним относятся технологии LTE-U (действует для США) и LAA-LTE (действует для Европы). Оба сокращения представляют идею переноса сети LTE в диапазон 5 ГГц, которая, к сожалению, уже занята беспроводными маршрутизаторами. В целом в распоряжении провайдеров мобильной связи находится 19 диапазонов частот шириной 20 МГц каждый, которые они могут использовать по своему усмотрению. В отличие от обычных, разрешенных для LTE диапазонов, они не должны приобретаться за большие деньги. Европейская система LAA-LTE не создает предпосылок для помех, так как действует по принципу «прослушивания перед передачей» (Listen before Talk): отправка данных осуществляется только в паузы беспроводной сети.

Технология задумана как ускоритель загрузки, который должен, прежде всего, улучшить прием в зданиях с помощью т.н. «малых ячеек» (Small Cells). В конце 2015 года компании Qualcomm и Deutsche Telekom успешно завершили полевые испытания технологии LAA-LTE. Бруно Якобфойерборн, технический директор Telekom, оценивает LAA- LTE как «ключевую технологию». X12 доминирует только в американском варианте LTE-U, однако Qualcomm анонсировала появление в 2016 году модема X16, который будет поддерживать технологию LAA-LTE.

Технологии LTE и WLAN должны непосредственно взаимодействовать. Эта идея включена в следующую инновацию X12: стандарт LTE + Wi-Fi Link Aggregation (LWA) предоставит возможность одновременной передачи данных через WLAN и LTE, если смартфоны зарегистрированы в обеих сетях. LTE-передатчик, наряду с непосредственной передачей данных на смартфон, создает беспроводное соединение через маршрутизатор, который также соединяется со смартфоном. Косвенная передача данных через маршрутизатор действует, в принципе, аналогично VPN-туннелю - посредством сигнала LTE.

Новая технология для LTE Advanced Pro

Однако грядущий стандарт LTE Advanced Pro выходит за рамки того, что может предложить модем X12. Он расширяет возможности объединения каналов с 5 разрешенных диапазонов частот в LTE Advanced до максимального значения 32, то есть «утоляет частотный голод». Взгляд на будущее распределение каналов показывает, что, начиная с 2017 года, абонент сможет использовать гораздо больше, чем пять диапазонов. В этом случае диапазон 700 МГц будет переадресован с DVB-T на LTE. Для этого наряду с LAA-LTE существуют дополнительные функции: Vodafone и Telekom зарезервировали для себя по одному блоку 20 МГц во всем диапазоне 1500 МГц. В этом диапазоне действует ограничение: в нем можно либо скачивать, либо выгружать данные, одновременно это делать нельзя.

Еще больше возможностей будет предоставлено, если операторы отключат технологию 2G GSM в диапазоне 900 МГц. Для России это звучит пока неправдоподобно, но швейцарский лидер рынка, компания Swisscom, намеревается отключить технологию GSM в конце 2020 года. Неутолимый «голод» LTE требует новых жертв.

Тестовые стройства (размером с ящик) демонстрируют сложность интеграции гигабитной LTE с MIMO в мобильные телефоны

Больше MIMO в мобильной связи

Благодаря технологии с использованием нескольких антенн (MIMO) можно увеличить скорость передачи данных в сетях LTE. Технология MIMO в настоящее время применяется в большинстве беспроводных маршрутизаторов. Идея состоит в передаче двух сигналов на одинаковых частотах антеннами, разнесенными в пространстве. На небольшом расстоянии (в квартире) эти сигналы поступают в приемник со смещением и не накладываются друг на друга. Однако мобильная связь обладает большей дальностью действия, которая нивелирует незначительные пространственные различия между передающими антеннами. Поэтому в LTE на каждый сигнал применяется иная поляризация (см. следующую страницу). Для этого антенны должны быть расположены под разными углами, что пока еще нельзя найти ни в одном смартфоне.

Еще одна новинка технологии Pro, отсылающая нас к будущему, действует под названием 3D- или FD-MIMO (Full Dimensional). В наше время недостатком LTE является быстрое падение скорости передачи данных, если несколько оконечных устройств обращаются к одной и той же радиомачте. Технология FD-MIMO обеспечивает возможность многократного увеличения количества антенн на каждой мачте, так как участники благодаря направленной радиосвязи принимают другой, пространственно разделенный сигнал. Таким образом, одна мачта на каждой частоте может обслуживать больше конечных устройств. При этом сигнал «выравнивается» по вертикали и по горизонтали, что обеспечивает лучший прием, особенно в центре городов с высотными зданиями.

На первом этапе для FD-MIMO запланировано 16 антенн, на следующей стадии строительства – 64. Соответственно, одна LTE-мачта может обслуживать большее число абонентов без того, чтобы они страдали от снижения скорости передачи данных. Если взглянуть на полевые испытания крупных игроков на рынке оборудования (Ericsson, Nokia, Huawei), становится ясно, что в них еще не используется технология FD-MIMO.

Скорость передачи данных 1 Гбит/с достигается у них благодаря агрегации каналов, 256 QAM и 4×4 MIMO. Среди европейских провайдеров наиболее активно форсирует переход на новую технологию компания Vodafone.

«Умные» автомобили и датчики с LTE

Консорциум по стандартизации 3GPP расширил технологию LTE не только на Advanced Pro. Одновременно беспроводная связь должна быть пригодной для «Интернета вещей», т. е. самостоятельной коммуникации между устройствами. Для этого LTE расширяется на два дополнительных стандарта, которые отличаются не повышенной, а пониженной скоростью передачи данных и тем самым - уменьшенным энергопотреблением. LTE-M отправляет данные в узком диапазоне частот (1,4 МГц) и достигает максимальной скорости 1 Мбит/с.

Еще меньший диапазон, а именно 200 кГц, требуется для «узкополосного «Интернета вещей» (NB-IoT, Narrowband Internet of Things), скорость передачи данных в котором составляет всего несколько кбит/с. Благодаря этому технология LTE превращается из супер-связи в универсальную структуру, которая в будущем сможет объединить в большую сеть все устройства, которые способны «общаться без проводов».

Базовая станция для сетей 5G. На примере прототипа Ultra Node телекоммуникационный гигант Huawei
демонстрирует, как могут выглядеть радиомачты мобильных сетей 5G.

Турбо-скорость связи в «Интернете вещей»

Первое полевое испытание системы NB-IoT компания Deutsche Telekom провела в сентябре прошлого года на оборудовании компании Huawei. При этом эксплуатировалась система парковки с применением этой беспроводной технологии. Компания Vodafone протестировала систему NB-IoT в декабре. При этом речь шла об эксплуатации счетчиков воды. В обоих случаях обновления ПО базовой станции было достаточно для интеграции NB-IoT в сеть мобильной связи. Для компаний-участников речь идет о гигантском бизнесе. В масштабах мирового рынка до 2020 года они насчитали свыше 500 млрд. евро только для объединения в сеть наших инфраструктур: от автоматизированного вождения и интеллектуального промышленного производства до датчиков, измеряющих параметры окружающей среды в центрах городов.

Однако сеть 802.11p работает на частоте 5,9 ГГц и обладает малым радиусом действия. Этот также делает необходимой интеграцию автомобиля в сеть мобильной связи. В настоящее время проводятся проверки возможности комбинирования обоих решений, основанных на LTE.

Первые полевые испытания на базе модели А9 были проведены в ноябре компанией Deutsche Telekom совместно с Nokia, Continental и Институтом интегральных схем общества Фраунгофера. Решающим результатом стало то, что сигнал мог быть передан между автомобилями в течение 20 миллисекунд. В течение этого времени автомобиль проезжает около метра. Этого малого времени отклика достаточно для большинства сценариев аварий. Кажется, что технология LTE могла бы быстро расширить свой потенциал в качестве универсальной радиосвязи.

ФОТО: компании-производители; Jan Jirous/Shutterstock; Legion-Media; Dan Steinberg/Invision for Letv/AP Photo

Внешний модем Zyxel 4G+ LTE-Advanced ZyXEL LTE7460-M608 хорошо подходит для предоставления интернет-доступа в пригородах и общественных местах, в домах и офисах. Используя его, вы с минимальными усилиями получите все преимущества технологии 4G+ LTE-Advanced.

● Современная технология связи

Наружный маршрутизатор Zyxel LTE7460-M608 4G LTE-A Series использует 3GPP release 1 0, category 6 — лучшую на сегодняшний день версию технологии LTE, обеспечивающую скорость передачи данных до 300/50 Mbps (DL/UL) с применением механизма Carrier Aggregation Approbation. Кроме того, он поддерживает сети 3G/2G с новейшей технологией Dual Carrier HSPA+ (DC -HSPA+), позволяющей развить скорость передачи данных до 42/5.76 Mbps (DL/UL). С его помощью вы получите сверхбыстрый и гибкий беспроводной выход в Интернет везде, где работает мобильная сеть LTE/3G/2G.

● Простая установка

Устройство подключается по технологии питания PoE. Уличный модуль можно установить можно закрепить на фасаде или кронштейне спутниковой тарелки. При установке не требуется использовать дополнительные утилиты или драйвера. Благодаря индикаторам сигнала пользовател ь может быстро находить выгодное положение модуля направленной антенны для лучшей работы интернета.

IP маршрутизация:

Поддержка IPv4/IPv6 (NDP IPv6)
DHCP клиент/сервер
Поддержка ICMP
Поддержка режимов Bridge/Router
Виртуальная частная сеть (VPN)

Трансляция сетевых адресов (NAT)

Поддержка NAT/NAPT
Поддержка DMZ
Поддержка port forwarding
Поддержка ALG
Поддержка DDNS

IP Firewall

Защита от DoS атак
Поддержка SPI

Обслуживание и настройка

Поддержка локального/удаленного Web управления and обновление ПО через Web
Поддержка TR069 and TR069 дистанционного обновление ПО
Сервис SMS
Управление APN/PIN
Управление PIN/PUK
Выбор провайдера
Выбор типа сети
Выбор диапазонов LTE (только Cat.4)

LTE Interface

Международный стандарт: 3GPP Release10 Category 6
Поддержка частот:Band LTE 1/3/7/8/20/38/40, LTE TDD 2300/2600 MHz, LTE FDD 2600/2100/1800/900/800 MHz
Агрегация частот: B1+B1, B1+B8, B1+B20, B3+B3, B3+B7, B3+B8, B3+B20, B7+B7, B7+B8, B7+B20, B38+B38, B40+B40
FDD LTE: 300 Mbps DL при 40 MHz (CA) / 50 Mbps UL при 20 MHz
TDD LT: 224 Mbps DL при 40 MHz (CA) / 10 Mbps UL при 20 MHz

UMTS/EDGE/GPRS/GSM

Стандарты: WCDMA Rel’99 and Rel’10 DC-HSPA+; GSM/GPRS/EGPRS Rel’99
Поддерживаемые частоты: DC-A+/UMTS band 1/8, EDGE/GPRS/GSM band 2/3/5/8
DC-HSPA+ downlink data rate до 42 Mbps
HSUPA uplink data rate до 5.76 Mbps
UMTS data rate до 384 kbps
EDGE data rate до 236.8 kbps
GPRS data rate до 85.6 kbps

Антенна

2 направленные широкополосные антенны по 7 dBi

Питание

Стандартный 802.3 af power over Ethernet (PoE)

Физические разщмеры

Постепенно сети 4G становятся такими же привычными, как и 3G, а мобильный интернет неотъемлемой частью современного пользователя смартфона или иного мобильного устройства. В настоящее время мобильная сеть помогает нам пользоваться всевозможными , ориентироваться на местности, читать новости и общаться. Много реже мы можем позволить себе скачивать аудио- и видео файлы. Современные онлайн-сервисы требуют быстрого развития беспроводных технологий, увеличения их скоростей и качества обслуживания. Последним и самым совершенным из внедренных стандартов мобильной связи на сегодняшний день является технология LTE, которая относится к четвертому поколению сотовой связи (4G) и предоставляет передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с. Благодаря 4G мы уже можем пользоваться YouTube и смотреть ролики в HD качестве. В идеальных условиях скорость сетей LTE сравнима с проводным подключением. В скором времени должно выйти и улучшение LTE — LTE Advanced со скоростью 300 Мбит/с. К примеру 1,5 Гбайта данных будут качаться за минуту. Основное преимущество новейших поколений сотовой связи - повышение скорости передачи данных в условиях перегруженных диапазонов радиочастот. В этом частотном спектре работают не только сотовые операторы, но и ТВ-компании, провайдеры спутниковой связи, а также около десятка разных телекоммуникационных бизнесов. LTE дает возможность более эффективно использовать радиодиапазон и предоставляет доступ к современным сервисам большему числу пользователей одновременно.

Технически доступная скорость - до 74 Мбит/с, но по факту она будет ниже в зависимости от места приема сигнала, загруженности сети и производительности вашего мобильного устройства (ограничение скорости из-за возможностей процессора). Скорости 74 Мбит/с вам удастся добиться лишь вблизи базовых станций, а в Москве при обычной загрузке сети средняя скорость составит от 10-20 Мбит/с.

Переход на LTE стандарт

Переход на LTE влечет за собой покупку новых моделей мобильных устройств, так как в старых смартфонах и планшетах нельзя использовать для поколения 4G уже имеющиеся слоты для 3G SIM карт. Вам придется выбрать новый гаджет из официально представленных в России LTE-устройств, так как неофициально поставляемое оборудование может блокироваться оператором или не поддерживаться диапазон частот. Затем понадобится поменять у оператора (бесплатно) свою SIM-карту на ту, что поддерживает LTE. При этом, возможно, придется переподключить мобильный интернет-банкинг и некоторые другие сервисы, где использовалась мобильная авторизация.

Выбор оператора и тарифа

Технология LTE для передачи голоса (Voice over LTE) в России до сих пор недоступна, а что касается доступа в Интернет, то здесь мобильный оператор «Скартел» предлагает уникальные безлимитные тарифы. Самый доступный тариф начинается от 400 рублей/месяц при максимальной скорости 512 кбит/с. Цена наиболее дорогого составляет 1400 рублей в месяц в Москве и Петербурге и 850 рублей в месяц в регионах. Здесь предлагается скорость до 20 Мбит/с. Абонентам «Скартела» можно как угодно часто менять тарифный план, а при отсутствии средств на счете можно пользоваться бесплатным доступом в Интернет на скорости до 64 кбит/с.

У «МегаФона» в LTE-сети трафик лимитирован: до 40 Гбайт в месяц (по 20 Гбайт днем и ночью). Для работы с LTE необходимо подключить опцию для передачи данных с абонентской платой от 1000 до 3000 рублей в месяц. Существуют ограничения и по скорости: максимальная скорость в недорогих LTE-опциях ограничена 10 Мбит/с, а вот в дорогих тарифах пределов по скорости нет, по сравнению со «Скартел».

LTE-сеть в Москве предоставляет и МТС. Тарифы этой компании несколько комфортнее, чем у «МегаФона»: абонентская плата составляет от 500 до 1400 рублей в месяц, максимальный объем трафика - от 4 до 25 Гбайт, а скорость при этом не ограничена. Однако зона покрытия сети МТС несколько ниже, чем у «МегаФона»/«Скартела».

В Москве также функционирует и 4G сеть «Билайна», на очереди ее запуск в Санкт-Петербурге. Для ее подключения потребуется получить USIM-карту с поддержкой LTE. Покрытие 4G сети «Билайна» в Москве больше, чем у МТС, но меньше, чем у «МегаФона».

Выбор устройств с поддержкой 4G

Первоначальные проблемы совместимости устройств с российскими LTE-сетями, как были ранее, сейчас практически решены и российским пользователям доступен неплохой выбор гаджетов: около 30 устройств с поддержкой LTE, подавляющее большинство которых - это модемы и смартфоны.

Компания «Скартел» предлагает пользователям фирменный USB-модем и карманный Wi-Fi-роутер с поддержкой LTE, а также интернет-центр для подключения нескольких устройств. Стоимость аппаратов составляет 3000, 5000 и 6000 рублей соответственно. В роутере есть SIM-карта, но использовать ее в другом устройстве нельзя. Также компания рекомендует ряд моделей ноутбуков Sony VAIO со встроенными LTE-модулями.

«Мегафон» сначала предлагал только USB-модем за 3000 рублей. Сейчас вы можете получить его бесплатно, но при этом нужно оплатить два месяца доступа к LTE- интернету. По размерам модем гораздо больше, чем аналог от «Скартел», но зато обеспечивает работу как в сетях LTE, так и в 3G и GSM. Чуть позже появился и карманный Wi-Fi-роутер стоимостью 4500 рублей, опять-таки с поддержкой как LTE, так и предшествующих технологий. «Мегафон» обеспечивает абонентам значительно большую зону покрытия. Кроме того, модем от «МегаФона» поддерживает обе разновидности LTE - FDD и TDD.

Стоит отметить, что за счет использования полноценных SIM-карт спектр доступного пользователям «МегаФона» абонентского LTE-оборудования постоянно расширяется. Так, «Мегафон» представила планшет Samsung Galaxy Tab 8.9 и смартфон Samsung Galaxy S III LTE. Список телефонов, поддерживающих LTE-FDD в диапазоне 2,5-2,7 ГГц, также увеличивается: HTC Evo 4G, Sony Xperia ion, Nokia Lumia 900 и iPhone 5c/5s.

МТС использует технологию TDD, а ассортимент ее абонентского оборудования ограничен USB-модемом и карманным Wi-Fi-роутером производства Huawei. Стоимость устройств составляет 2000 и 4800 рублей соответственно. В прошлом году в Москве компания МТС развернула еще и сеть LTE-FDD.

Apple iPad Air
Apple iPhone 5s
Sony Xperia Tablet Z
Sony Xperia Z
LG G2
Nokia Lumia 925, 1020 и 1520
Samsung Galaxy S III LTE
HTC One
Samsung Galaxy S4
BlackBerry Q10
HTC One Mini
Samsung Galaxy S4 Mini

Мобильные роутеры

«Мегафон Space» является удобным устройством для домашнего или офисного использования в местах, где нельзя организовать проводное подключение к Интернету. К одному роутеру можно подсоединить по Wi-Fi до 32 устройств, телефон через VoIP - и при этом оставаться на связи со скоростью LTE- Advanced (до 300 Мбит/с). Цена устройства кусается и составляет 12000 руб.

4G Модем Huawei E392 можно купить отдельно, без привязки к оператору связи. Но выгодней взять брендированное устройство от МТС. Стоит отметить, что модем работает как в диапазоне FDD, так и TDD. Также он обладает слотом для карт памяти microSD и невысокой ценой в 900 рублей.

4G Wi-Fi роутер от МТС идет в комплекте с тарифным планом «МТС Коннект-4». Оригинальное название устройства — Huawei E5776s-22. Он способен переключаться между стандартами 2G/3G/4G и раздавать интернет десяти пользователям. В зависимости от количества подключившихся время автономной работы может составлять до десяти устройств.

Стандарт LTE и его разновидности: LTE Advanced

Пока сети LTE только разворачиваются, некоторые операторы тестируют новую технологию - LTE Advanced. Оператор «Скартел» создал в Москве две опытные зоны LTE Advanced. Скорость в этой сети может достигать 300 Мбит/с. Но основное преимущество данной технологии - возможность для оператора совместно использовать различные участки частот из различных диапазонов общей шириной до 100 МГц. Правда, абонентских устройств для этого стандарта в продаже пока еще нет.

Две разновидности LTE: FDD и TDD

Особенность LTE - широкий набор диапазонов. В то же время описание стандарта указывает, какие участки каждого диапазона можно использовать и под какую из двух его разновидностей.

Frequency-Division Duplexing (FDD) означает, что частоты для приема и передачи должны быть разнесены между нижним и верхним участками диапазона. Например, в диапазоне 2,5-2,7 ГГц разница между такими участками должна составлять 120 МГц. Time-Division Duplex (TDD) предполагает, что прием и передача осуществляются на одной частоте с разделением по времени - в таком случае частоты должны находиться в центре диапазона. Это две принципиально разные версии LTE, которые влияют на абонентское и операторское оборудование и, как следствие, на распространенность того или иного варианта LTE в России.

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.

Благодаря стандарту Advanced Pro технология LTE переходит на гигабитную скорость и становится пригодной для Интернета вещей. Первые смартфоны с функцией Pro уже поступают на рынок.

Число людей, подключающихся к Интернету через смартфон, постоянно растет, что способствует практически неограниченному расширению сетей мобильной связи. Эти революционные перемены оказывают влияние на многие сферы и подстегивают развитие беспроводных технологий передачи данных. Стандарт 5G является отдаленной целью отрасли, которая в прошлом году уведомила о разработке плана по созданию подобной беспроводной супер-сети: начиная с 2020 года она будет развертываться по всему миру и, отталкиваясь от производительности и числа абонентов, оттеснит проводную технологию подключения к Интернету «на обочину».

Базовая станция для сетей 5G. На примере прототипа Ultra Node телекоммуникационный гигант Huawei демонстрирует, как могут выглядеть радиомачты мобильных сетей 5G

Однако развитие уже существующих сетей и технологий до этого времени не застопорится: поставщик сетевого оборудования Cisco определил, что только за 2015 год трафик в мобильном Интернете увеличился на 74%. И до 2020-го подобный рост будет наблюдаться каждый год. Причина тому - пользователи, которые не только «серфят» в Интернете, но и обращаются к сервисам с большим объемом передаваемых данных, например, видео.
Глава Vodafone (оператора мобильной связи с 450 млн абонентов) мечтает, что уже в 2017 году его компания станет «гигабитной». Подобные мечты воплотятся в реальность благодаря следующей стадии развития технологии LTE, которую консорциум по стандартизации (3GPP) одобрил в марте этого года: за применяемым в настоящее время стандартом LTE Advanced следует LTE Advanced Pro.

Сокращение «Pro» обещает больше, чем просто гигабитную скорость. В качестве переходного этапа к 5G данный стандарт поглотит предыдущие стандарты радиосвязи, такие как GSM, вмешается в технологию беспроводных сетей, частично вытеснит старые и заполнит новые области применения, например, автоматизированное вождение. Для клиентов, провайдеров и поставщиков оборудования это означает, что тот, кто сейчас воздержится от активных действий, очень быстро станет аутсайдером.

Революция начинается с модема

В процессор Exynos смартфона Samsung Galaxy S7 встроен модем, увеличивающий скорость в сети LTE вдвое

Первое впечатление от LTE Advanced Pro скоро получат покупатели смартфона Galaxy S7. Компания Samsung в последние годы уже приучила любителей гаджетов к тому, что в ее флагманских моделях применяются самые современные технологии. Модель S7 в зависимости от региона комплектуется различными процессорами: либо Qualcomm Snapdragon 820, либо Samsung Exynos 8890. Оба этих чипа оснащены интегрированным LTE-модемом, который предвосхищает основные инновации LTE Advanced Pro.

Le Max Pro - первый смартфон, оснащенный флагманским процессором Qualcomm Snapdragon 820 с модемом X12

Обзор функций нового модема Qualcomm X12 показывает, что ожидает клиентов. Это относится не только к моделям Galaxy, а почти ко всем смартфонам: процессоры Qualcomm встроены лишь в треть всех существующих мобильных телефонов, однако доступ в Интернет почти у всех гаджетов (включая iPhone) осуществляется через модемы Qualcomm. Современный iPhone 6s практически исчерпал возможности LTE-сети. Его модем X7, уже не очень новый, достигает скорости 300 Мбит/с при загрузке информации из Интернета и 50 Мбит/с при закачке. Модель X12 обещает максимальную скорость в два и даже три раза выше, а именно 600 и 150 Мбит/с.

Предпосылками к подобному увеличению скорости является целый ряд инноваций. Во-первых, следует отметить, что технология LTE использует так называемую «квадратурную амплитудную модуляцию» (QAM), которая позволяет кодировать в каждом сигнале несколько бит одновременно. Первым нововведением является улучшенная модуляция, которая накладывается на несущий сигнал. Современная LTE-сеть использует для передачи данных от абонента параметр QAM 16. Это означает, что каждой несущей передаются 4 бита. Для входящего канала действует QAM 64, что соответствует 6 битам. Так работает модем iPhone 6. Модель X12 в Galaxy S7 «трудится» больше: она отправляет информацию через QAM 64 и принимает через QAM 256, при этом на одну несущую приходится 8 бит. Благодаря этому X12 при той же полосе пропускания загружает на треть больше данных.

Кроме того, X12 способен использовать увеличенную полосу пропускания по сравнению с X7 в iPhone. С момента внедрения LTE Advanced смартфоны смогут одновременно отправлять и получать данные на нескольких диапазонах частот. Эта технология называется «агрегацией несущих частот» (Carrier Aggregation). Модем X7 в iPhone для входящего канала может объединять не более двух диапазонов частот, каждый из которых охватывает 20 МГц, что обеспечивает скорость от 150 Мбит/с. У X12 благодаря улучшенному параметру QAM скорость передачи может достигать 200 Мбит/с, и он также может объединять три диапазона частот.

Глоссарий технологии LTE
> Квадратурная амплитудная модуляция (QAM): этот параметр определяет число одновременно передаваемых битов, например, 256 QAM = 8 бит, 64 QAM = 6 бит и 16 QAM = 4 бит.
> MIMO: одновременная отправка и получение данных несколькими антеннами. Чем больше соотношение (например, 4x4), тем выше общая итоговая скорость передачи данных.
> LTE-U/LAA-LTE: LTE дополнительно отправляет данные на частотах беспроводной сети в диапазоне 5 ГГц.
> LWA: LTE-модем и WLAN-маршрутизатор совмещают передачу данных.

Передача данных на частотах беспроводных сетей WLAN

Наряду с достижением предела возможностей LTE Advanced модем X12 также включает в себя функции для грядущего расширения «Pro». К ним относятся технологии LTE-U (действует для США) и LAA-LTE (действует для Европы). Обе представляют идею переноса сети LTE в диапазон 5 ГГц, который, к сожалению, уже занят беспроводными маршрутизаторами. В целом в распоряжении провайдеров мобильной связи сегодня находится 19 диапазонов частот шириной 20 МГц каждый, которые они могут использовать по своему усмотрению. В отличие от обычных, разрешенных для LTE диапазонов, они не должны приобретаться за большие деньги. Европейская система LAA-LTE не создает предпосылок для помех, так как действует по принципу «прослушивания перед передачей» (Listen before Talk): отправка данных осуществляется только в паузы беспроводной сети.

Технология задумана как ускоритель загрузки, который должен, прежде всего, улучшить прием в зданиях с помощью так называемых «малых ячеек» (Small Cells).

Скорость загрузки данных для диапазона 20 МГц
> Модем X7: 64 QAM (6 бит) без MIM0 = 150 Мбит/с
> Модем X12: 256 QAM (8 бит) с 2x2 MIM0 = 400 Мбит/с

Новая технология для LTE Advanced Pro

Однако грядущий стандарт LTE Advanced Pro выходит за рамки того, что может предложить модем X12. Он расширяет возможности объединения каналов с пяти разрешенных диапазонов частот в LTE Advanced до максимального значения 32, то есть «утоляет частотный голод». В результате, начиная с 2017 года, абонент сможет использовать гораздо больше, чем пять диапазонов. В этом случае диапазон 700 МГц будет переадресован с DVB-Т на LTE.

Еще больше возможностей будет предоставлено, если операторы отключат технологию 2G GSM в диапазоне 900 МГц. Для России это звучит пока неправдоподобно, однако швейцарский лидер рынка, компания Swisscom, намеревается отключить технологию GSM в конце 2020 года. Неутолимый «голод» LTE требует новых жертв.

Увеличение скорости благодаря объединению диапазонов частот

LTE Advanced допускает объединение до пяти диапазонов частот по 20 МГц. На сегодняшний день многие провайдеры объединяют только два диапазона и достигают максимальной скорости 300 Мбит/с. Дополнение Pro для LTE-А предусматривает объединение 32 диапазонов.

Больше MIMO в мобильной связи

LTE-MIMO с крестообразной поляризацией. LTE-связь с использованием нескольких антенн (MIM0) возможна только в том случае, если излучаемые сигналы обладают различной поляризацией

Благодаря технологии с использованием нескольких антенн (MIMO) можно увеличить скорость передачи данных в сетях LTE. Технология MIMO в настоящее время применяется в большинстве беспроводных маршрутизаторов. Идея заключается в передаче двух сигналов на одинаковых частотах антеннами, разнесенными в пространстве. На небольшом расстоянии (в квартире) эти сигналы поступают в приемник со смешением и не накладываются друг на друга. Однако мобильная связь обладает большей дальностью действия, которая нивелирует незначительные пространственные различия между передающими антеннами. Поэтому в LTE на каждый сигнал применяется иная поляризация. Для этого антенны должны быть расположены под разными углами, что пока еще нельзя обнаружить ни в одном смартфоне.

3D/FD-MIMO: передача сигнала LTE через направленные антенны. Путем формирования целенаправленного сигнала антенны отправляют данные на смартфоны. Таким образом, один LTE-передатчик может обслуживать несколько абонентов

Еще одна новинка технологии Pro, отсылающая нас к будущему, называется 3D- или FD-MIMO (Full Dimensional). Сегодня недостатком LTE является быстрое падение скорости передачи данных, если несколько оконечных устройств обращаются к одной и той же радиомачте. Технология FD-MIMO обеспечивает возможность многократного увеличения количества антенн на каждой мачте, так как участники благодаря направленной радиосвязи принимают другой, пространственно разделенный сигнал. Таким образом, одна мачта на каждой частоте способна обслуживать больше оконечных устройств.

При этом сигнал «выравнивается» по вертикали и по горизонтали, что обеспечивает лучший прием, особенно в центре городов с высотными зданиями. На первом этапе для FD-MIMO запланировано 16 антенн, на следующей стадии строительства - 64. Соответственно, одна LTE-мачта может обслуживать большее число абонентов без того, чтобы они страдали от снижения скорости передачи данных. Если взглянуть на полевые испытания крупных игроков рынка оборудования (Ericsson, Nokia, Huawei), становится понятно, что они пока еще не используют технологию FD-MIMO. Скорость передачи данных в 1 Гбит/с достигается у них благодаря агрегации каналов, 256 QAM и 4x4 MIMO. Среди европейских провайдеров наиболее активно форсирует переход на новую технологию компания Vodafone.

Умные автомобили и датчики с LTE

Консорциум по стандартизации 3GPP расширил технологию LTE не только до уровня Advanced Pro. Одновременно беспроводная связь должна быть пригодной для «Интернета вещей», то есть самостоятельной коммуникации между устройствами и различными умными датчиками. Для этого разрабатываются два дополнительных стандарта LTE, которые отличаются не повышенной, а пониженной скоростью передачи данных и, как следствие, пониженным потреблением электроэнергии. LTE-М отправляет данные в узком диапазоне частот (1,4 МГц) и достигает максимальной пропускной способности 1 Мбит/с. Еще меньший диапазон, а именно 200 кГц, требуется для так называемого «узкополосного «Интернета вещей» (Narrowband Internet of Things, NB-IoT), скорость передачи данных в котором составляет всего несколько килобит в секунду. Благодаря этому технология LTE превращается из суперсвязи в универсальную структуру, которая в будущем сможет объединить в большую сеть все устройства, которые способны «общаться без проводов».

Расширение LTE для «Интернета вещей»

LTE дополняется двумя вариантами стандартов, которые обеспечивают энергосберегающую связь при малой пропускной способности. LTE-М и NB-IoT в будущем объединят датчики и устройства в единую мобильную сеть.

Турбо-скорость связи для «Интернета вещей»

Операторы сотовой связи уже тестируют новые технологии для подключения различных систем, устройств и датчиков к Интернету. Первое полевое испытание системы NB-IoT оператор Deutsche Telekom провел в сентябре прошлого года на оборудовании компании Huawei. При этом эксплуатировалась система парковки с применением данной беспроводной технологии. Компания Vodafone протестировала систему NB-IoT в декабре, выбрав в качестве примера эксплуатацию счетчиков воды. В обоих случаях обновления ПО базовой станции было достаточно для интеграции NB-IoT в сеть мобильной связи.

Для участников этих проектов речь идет о гигантском бизнесе. В масштабах мирового рынка до 2020 года €500 млрд принесет только объединение в сеть различных инфраструктур: от автоматизированного вождения и интеллектуального промышленного производства до датчиков, измеряющих параметры окружающей среды в центрах городов.

При коммуникации между автомобилями технология беспроводной связи зарекомендовала себя в форме 802.11p. Преимущества 802.11p состоят в малом времени отклика и создании самоорганизующихся ad-hoc-сетей между автомобилями. Эти способности важны в случае возникновения затруднений, например, аварии или пробки, о чем должны быть предупреждены другие участники движения. Однако сеть 802.11p работает на частоте 5,9 ГГц и обладает малым радиусом действия. Это также делает необходимой интеграцию автомобиля в сеть мобильной связи. В настоящее время проводятся проверки возможности комбинирования обоих решений в рамках LTE.

Испытание на A9 показало, что LTE подходит и для автоматической синхронизации данных между движущимися автомобилями

Первые полевые испытания новой технологии на трассе A9 в Германии проводились в ноябре 2015 года компанией Deutsche Telekom совместно с Nokia, Continental и Институтом Фраунгофера. Решающим результатом стало то, что сигнал мог быть передан между автомобилями в течение 20 мс. В течение этого времени автомобиль проезжает около метра. Этого малого времени отклика достаточно для работы систем аварийного реагирования. Кажется, что технология LTE имеет все шансы стать универсальным стандартом радиосвязи.