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.
27.10.2015
В предыдущей статье мы уже рассматривали стандарты третьего поколения под общим названием . Однако, быстрыми темпами распространяется связь уже четвёртого поколения - 4G. О основным стандартом в 4G на данный момент является LTE. Строго говоря, LTE не был первым стандартом четвёртого поколения, первым широкораспространённым был стандарт WiMAX. В нём работала первое время Yota, а некоторые операторы используют WiMAX до сих пор. Максимальная скорость WiMAX 40 Мбит/с, однако реальные показатели лежат в диапазоне от 10 до 20 Мбит/с.
Но вернёмся к LTE. Именно он сейчас наиболее распространён в мире в целом и в России в частности. Но что такое 4G LTE ? LTE (с англ. Long-Term Evolution ) - это стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных устройств. Основан он на всё тех же GSM/UMTS протоколах, однако теоритические и реальные скорости передачи данных в сетях LTE значительно выше, порой даже превосходят проводные соединения!
LTE FDD и LTE TDD: в чём отличия?
Стандарт LTE бывает двух видов, различия между которыми довольно существенны. FDD
- Frequency Division Duplex (частотный разнос входящего и исходящего канала)
TDD
- Time Division Duplex (временной разнос входящего и исходящего канала). Грубо говоря, FDD - это параллельный LTE, а TDD - последовательный LTE. Например, при ширине канала в 20 МГц в FDD LTE часть диапазона (15 МГц) отдаётся для загрузки (download), а часть (5 МГц) для выгрузки (upload). Таким образом каналы не пересекаются по частотам, что позволяет работать одновременно и стабильно для загрузки и выгрузки данных. В TDD LTE всё тот же канал в 20 МГц полностью отдаётся и как для загрузки, так и для выгрузки, а данные передаются в ту и другую сторорону поочерёдно, при этом приоритет имеет всё таки загрузка. В целом FDD LTE предпочтительне, т.к. он работает быстрее и стабильнее.
Частоты LTE
Сети LTE (FDD и TDD) работают на разных частотах в разных странах. Во многих странах эксплуатируются сразу несколько частотных диапазонов. Стоит отметить, то не всё оборудование умеет работать на разных "бэндах", т.е. частотных диапазонах. FDD-диапазоны нумеруются с 1 по 31, TDD-диапазоноы с 33 по 44. Существуют дополнительно несколько стандартов, которым еще не присвоены номера. Спецификации на частотные полосы называются бэндами (BAND). В России и Европе в основном используются band 7, band 20, band 3 и band 38.
| FDD LTE бэнды и частоты | |||
|---|---|---|---|
| Номер полосы LTE | Частотный диапазон Upload (МГц) | Частнотный диапазон Download (МГц) | Ширина диапазона (МГц) |
| band 1 | 1920 - 1980 | 2110 - 2170 | 2x60 |
| band 2 | 1850 - 1910 | 1930 - 1990 | 2x60 |
| band 3 | 1710 - 1785 | 1805 -1880 | 2x75 |
| band 4 | 1710 - 1755 | 2110 - 2155 | 2x45 |
| band 5 | 824 - 849 | 869 - 894 | 2x25 |
| band 6 | 830 - 840 | 875 - 885 | 2x10 |
| band 7 | 2500 - 2570 | 2620 - 2690 | 2x70 |
| band 8 | 880 - 915 | 925 - 960 | 2x35 |
| band 9 | 1749.9 - 1784.9 | 1844.9 - 1879.9 | 2x35 |
| band 10 | 1710 - 1770 | 2110 - 2170 | 2x60 |
| band 11 | 1427.9 - 1452.9 | 1475.9 - 1500.9 | 2x20 |
| band 12 | 698 - 716 | 728 - 746 | 2x18 |
| band 13 | 777 - 787 | 746 - 756 | 2x10 |
| band 14 | 788 - 798 | 758 - 768 | 2x10 |
| band 15 | 1900 - 1920 | 2600 - 2620 | 2x20 |
| band 16 | 2010 - 2025 | 2585 - 2600 | 2x15 |
| band 17 | 704 - 716 | 734 - 746 | 2x12 |
| band 18 | 815 - 830 | 860 - 875 | 2x15 |
| band 19 | 830 - 845 | 875 - 890 | 2x15 |
| band 20 | 832 - 862 | 791 - 821 | 2x30 |
| band 21 | 1447.9 - 1462.9 | 1495.5 - 1510.9 | 2x15 |
| band 22 | 3410 - 3500 | 3510 - 3600 | 2x90 |
| band 23 | 2000 - 2020 | 2180 - 2200 | 2x20 |
| band 24 | 1625.5 - 1660.5 | 1525 - 1559 | 2x34 |
| band 25 | 1850 - 1915 | 1930 - 1995 | 2x65 |
| band 26 | 814 - 849 | 859 - 894 | 2x35 |
| band 27 | 807 - 824 | 852 - 869 | 2x17 |
| band 28 | 703 - 748 | 758 - 803 | 2x45 |
| band 29 | н/д | 717 - 728 | 11 |
| band 30 | 2305 - 2315 | 2350 - 2360 | 2x10 |
| band 31 | 452.5 - 457.5 | 462.5 - 467.5 | 2x5 |
| TDD LTE бэнды и частоты | ||
|---|---|---|
| Номер полосы LTE | Частотный диапазон (МГц) | Ширина диапазона (МГц) |
| band 33 | 1900 - 1920 | 20 |
| band 34 | 2010 - 2025 | 15 |
| band 35 | 1850 - 1910 | 60 |
| band 36 | 1930 - 1990 | 60 |
| band 37 | 1910 - 1930 | 20 |
| band 38 | 2570 - 2620 | 50 |
| band 39 | 1880 - 1920 | 40 |
| band 40 | 2300 - 2400 | 100 |
| band 41 | 2496 - 2690 | 194 |
| band 42 | 3400 - 3600 | 200 |
| band 43 | 3600 - 3800 | 200 |
| band 44 | 703 - 803 | 100 |
Приведём список частотных диапазонов сетей 4G LTE в России операторов "большой пятёрки". Существуют также региональные сети 4G LTE местных операторов, работающийх в других частотных диапазонах, однако в рамках данной статьи их рассмотрение не обязательно.
| Сети 4G LTE в России | ||||
|---|---|---|---|---|
| Оператор | Частотный диапазон /↓ (МГц) | 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 |
Самым главным критерием, который особенно интересует абонентов, т.е. пользователей сетей 4G LTE, является скорость передачи данных. А скорость прежде всего зависит от ширины частотного диапазона того или иного оператора, а так же типа дуплекса, используемого в сети. Например, для канала в 10 МГц скорость 4G LTE будет равняться 75 Мбит/с. Именно с такой номинальной скоростью работают сети LTE FDD (band 7) операторов Теле2, МТС и . А что же Мегафон? А Мегафон может позволить себе больше. Т.к. несколько лет назад произошло слияние, а точнее поглощение Мегафоном Йоты, то сейчас Мегафон имеет лицензии и на частоты Yota, соответственно максимальная ширина канала может достигать 40 МГц в частотном диапазоне 2600 МГц (band 7), что в теории даёт целых 300 Мбит/с! Но в основном сеть Мегафон 4G работат в канале 15-20 МГц, что даёт скорость загрузки 100-150 Мбит/с. Ведь и для Йоты надо что-то оставить.
LTE-Advanced, или 4G+
Следующим этапом развития сетей 4G LTE является стандарт LTE-A (LTE-Advanced). Некоторые операторы в целях маркетинга называют эту технологию 4G+, но это в корне некорректно. Т.е. фактически именно LTE-Advanced является настоящим 4G. Скорости передачи данных в сети LTE-A в значительной степени превышают обычный LTE. Главной особенностью LTE-Advanced является агрегация частотных диапазонов. Абонентское устройство с поддержкой LTE-A суммирует каналы передачи данных в разных частотных диапазонах, доступных оператору. Например, объединяя несколько частотных диапазонов в полосе 2600 МГц получает канал в 40 МГц, что даёт скорость в сети LTE-Advanced 300 Мбит/с. Но это далеко не предел. Если добавить сюда ещё 20 МГц из полосы 1800 МГц, что получится канал 60 МГц (band 7 + band 3), а это уже 450 Мбит/с! В прочем, это теоритические или стендовые скорости. В реальности они конечно значительно меньше, но тем не менее беспроводная технология LTE-Advanced вполне приближается к проводным скоростям.
Стоит отметить, что агрерировать разные каналы в разных частотных диапазонах могут все операторы при наличии соответствующих лицензий и сетевой инфраструктуры. Главной задачей является расширение частотного диапазона. Чем он шире, чем выше максимальная скорость, т.е. пропускная способность сети. Но и конечно должно быть абонентское оборудование, поддерживающее LTE-Advanced.
Перспективы 4G LTE
Несмотря на то, что стандарт 4G LTE появился уже несколько лет назад, во многих регионах нашей страны до сих пор нет даже сетей 3G. Так что ещё есть куда расти. В мире тестируют сети уже 5-го поколения (5G), но в реальных условиях сети 4G LTE ещё долго будут господствовать, благо операторы их активно развивают.
Во многих случаях 4G интернет является не только альтернативной проводному подключению, но и безальтернативным единственным вариантом, в том числе экономически целесообразным. Отдалённые объекты, прокладка провода к которым связана с определёнными сложностями или риском, а иногда и вовсе невозможна, тоже нуждаются в подключении. Зачастую возможно подключить 4G интернет даже там, где покрытие сетей LTE отсутствует. Для этого используются специальные , которые ловят и усиливают сигнал 4G LTE. Чтобы правильно подобрать антенну, надо знать, сеть какого оператора необходимо поймать, на какой частоте она работает, а также в каком режиме дуплекса (FDD или TDD). Наши определят тип сигнала, замерят его параметры, подберут соответствующее оборудование для обеспечения быстрого и стабильного выхода в Интернет через сеть 4G LTE.
В последнее время выбирая планшет или мобильный телефон можно натолкнуться на непонятное обозначение LTE. Причем преподносится это словно суперспособность у фантастического героя. Многие мобильные операторы тоже с пафосом вещают о поддержке сетей формата 4G. Давайте подробнее рассмотрим, что такое LTE в , или смартфоне. И вообще, нужен ли LTE в планшете?
Стандарт LTE (он же 4G, сети четвертого поколения) расшифровывается как «долговременное развитие». Он собрал в себе все самое лучшее из области беспроводной передачи данных с помощью модулированного сигнала и технологий современных локальных сетей. Он применяет частотную модуляцию для формирования сигнала. Одновременно используется пакетная передача данных.
Это позволяет достичь сразу нескольких преимуществ:
- Более высокая устойчивость к помехам;
- Увеличение дальности стабильной связи;
- Есть возможность применять упаковку данных;
- Применяется меньшая избыточность передаваемых пакетов;
- Значительно расширяется полоса пропускания канала.
Тестирование нового стандарта связи показало, что 4G позволяет достичь суммарной полосы пропускания в 1 Гб/с для одного устройства и дальности передачи до 100 км в случае крайней необходимости. Такие данные были получены при применении специального оборудования высокой мощности.
Рост показателей, которые понравятся пользователю
Если кратко отвечать на вопрос, что означает LTE , то можно сказать, что с помощью использования нового стандарта покупатель получает действительно высокую скорость передачи данных. Настолько высокую, что она может «заткнуть за пояс» предложения некоторых кабельных интернет-провайдеров. Например, максимальная скорость передачи в сетях 3G составляет 42 мегабита в секунду. Реально пользователь получает только 2, максимум 3 Мб/с. Происходит это из-за загрузки мобильной сети и довольно долгого времени отклика.
Стандарт 4G бьет все эти показатели. Уже сейчас, на заре развития сетей этого класса, пользователи Мегафон или Билайн в Москве могут получать данные со скоростью в 20 Мбит/с. И это далеко не предел. А очень низкое время отклика и стабильность передачи делают пользование LTE неотличимым от кабельного . Обеспечивается плавная передача потокового видео высокой четкости, не говоря уже о том, что качество соединения в Skype поднимается до невиданных высот.
Немного об устройствах
Если хочется высокой скорости при использовании сети, но это ведет к покупке нового дорогого планшета, то стоит сначала ответить на вопрос: LTE модуль - что это?
На самом деле, все не так страшно. Конструктивно это тот же цифровой модем только с новыми функциональными способностями. Если в планшете их нет, то можно с легкостью использовать внешний. Компании Мегафон и МТС уже предлагают такие устройства, которые умеют использовать сети всех форматов. Провайдер Скартел продает модемы 4G, которые работают в его сети и сетях других операторов формата FDD.
LTE-модуль или модем можно использовать и с настольным ПК. Это легкий выход для тех, кто использует много стационарной техники (на работе, дома, ноутбук на даче, в дороге) и хочет получить высокую скорость передачи данных.
Текущее развитие и некоторые подводные камни
Стоит сразу отметить, что внедрение сетей стандарта 4G сопряжено с высокими расходами на оборудование и информационное обеспечение сети в пределах покрытия. Поэтому развивается все медленно. Сегодня 4G существует в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург и так далее. Медленно, но верно идет распространение в другие регионы. Если вы собираетесь покупать планшет или ноутбук с поддержкой LTE, то проконсультируйтесь у местных мобильных провайдеров, обеспечивается ли такая функция.
Еще одна опасность, с которой может столкнуться пользователь - это несовместимость стандартов. Несмотря на то, что модуль LTE работает по четкой технологии, полосы частот и методы формирования сигнала отличаются в разных странах. Поэтому такие популярные в последнее время пути покупки, как eBay, Amazon и разные посредники для приобретения товаров из Европы или Китая, могут сыграть злую шутку. Планшет, оснащенный LTE импортного стандарта просто не будет работать в мобильных сетях постсоветского пространства. Нужно покупать устройство, ориентированное на использование в конкретной стране.
Однако все не так мрачно. При покупке пользователь получает устройство, которое способно работать в сетях последнего поколения. К тому же оно полностью обратно совместимо. 4G-модуль будет также уверенно работать в сети и старых сетях 2G EDGE/GPRS. Никаких проблем со связью не будет.
Покупая планшет с LTE, можно получить гарантированное техническое соответствие последним достижениям связи. Стандарт LTE не зря назван «долговременным развитием». Рассмотрим подробнее, что это означает.
Перспективы построения инфраструктуры LTE
Пока что сети формата 4G сводятся к структуре передачи данных для мобильного устройства. Однако широчайшая полоса пропускания и возможности построения сети таковы, что в будущем ожидается глобальная интеграция. Сети LTE объединят почти все:
- мобильные телефоны
- планшеты и ноутбуки
- устройства мультимедиа
- охранные и сигнальные системы
- структуры видеонаблюдения городов
- службы контроля дорожного движения
- сервисы заказа билетов, услуг
- онлайн-банкинги, банкоматы и терминалы оплаты
- аварийные службы, в том числе и с автоматическим оповещением.
Можно продолжать еще долго. В единое цифровое пространство с помощью сетей LTE в будущем будет связано все, включая бытовые приборы. Например, уже сейчас можно вывести сигнал «видеоняни» на планшет и быть всегда уверенным, что с ребенком все в порядке. А спустя несколько лет подобное будет восприниматься так же естественно, как включение света с наступлением темноты.
Отвечая на вопрос: «Что значит LTE в ?» можно сказать просто. Приобретая устройство с LTE, пользователь получает возможность долго и уверенно идти в ногу со временем. Это действительно новый стандарт связи, который будет развиваться и использоваться очень долго. У него есть все шансы стать средством глобальных коммуникаций.
Сотовые сети стандарта GSM по своей структуре изначально не были предназначены для мобильного интернета. Соответственно, в наши дни операторы сотовой связи вынуждены с целью удовлетворения потребностей населения вкладывать огромные деньги в модернизацию своих сетей до 3G (UMTS), а теперь уже и до 4G (LTE). Само собой, данные капиталовложения сотовые компании щедро заимствуют из наших с вами карманов, однако их работа тоже при этом весьма не легка.
Сейчас, когда внедрение сетей третьего поколения еще до конца в России не закончено, операторы уже приступили к работе над сетями следующего поколения - 4G или LTE.
На фото первая базовая станция LTE от Yota в Сочи:
Сам термин LTE расшифровывается как Long Term Evolution и в переводе на русский означает «долгосрочная эволюция». Длительное время на роль связи 4G претендовал стандарт WiMAX, однако впоследствии был отодвинут на задний план как менее востребованный вариант быстрого беспроводного интернета.
LTE является следующим после 3G поколением мобильной связи и работает на базе IP-технологий. Основное отличие LTE от предшественников - высокая скорость передачи данных. Теоретически она составляет до 326,4 Мбит/с на прием (download) и 172,8 Мбит/с на передачу (upload) информации. При этом в международном стандарте указаны цифры в 173 и 58 Мбит/с, соответственно. Данный стандарт связи четвертого поколения разработало и утвердило Международное партнерское объединение 3GPP.
Система кодирования последнего поколения - OFDM
Давайте разберемся, в чем же состоит главная особенность стандарта LTE. Так же как и в сетях 3G главным звеном в LTE можно назвать технологию кодирования и передачи данных OFDM-MIMO.
OFDM расшифровывается как Orthogonal Frequency-division Multiplexing и по-русски означает ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием. Это цифровая схема модуляции, использующая близко расположенные друг от друга ортогональные поднесущие в большом количестве. Все поднесущие моделируются по стандартной схеме модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция на небольшой символьной скорости с соблюдением общей скорости передачи данных, как и в простых схемах модуляции одной несущей в этой же самой полосе пропускания. В действительности сигналы OFDM генерируются благодаря применению "Быстрого преобразования Фурье".
Данная технология описывает направление сигнала от базовой станции (БС) к вашему мобильному телефону. Что же касается обратного пути сигнала, т.е. уже от телефонного аппарата к базовой станции, техническим разработчикам пришлось отказаться от системы OFDM и воспользоваться другой технологией под названием SC-FDMA. В расшифровке она читается как Single-carrier FDMA и в переводе означает мультиплексирование на одной несущей. Смысл ее в том, что при сложении большого количества ортогональных поднесущих образуется сигнал с большим пик-фактором (отношением амплитуды сигнала к своему среднеквадратичному значению). Для того чтобы такой сигнал мог передаваться без помех необходим высококлассный и довольно дорогой высоколинейный передатчик.
Именно это устройство создало некоторые сложности с получением лицензии на территории России под сети LTE. И, тем не менее, как обычно бывает в нашей стране, несмотря на искусственно созданные сложности, Минкомсвязи России признал перспективным направлением развития сотовых сетей именно стандарт LTE. Однако при проведении тендера на распределение часто 2,3 - 2,4 ГГц в 40 регионах Российской Федерации методом радиодоступа была указана лишь технология OFDMA, что исключает, непосредственно, LTE, т.к. в последнем случае кроме OFDMA необходимо еще и SC-FDMA. Из этого в очередной раз следует полная некомпетентность российских чиновников в тех вопросах, которыми они занимаются.
MIMO - Multiple Input Multiple Output - представляет собой технологию передачи данных с помощью N-антенн и приема информации M-антеннами. При этом принимающие и передающие сигнал антенны разнесены между собой на такое расстояние, чтобы получить слабую степень корреляции между соседними антеннами.
Положение LTE в эфире
На данный момент под сети 4G уже зарезервированы диапазоны частот. Наиболее приоритетными принято считать частоты в районе 2,3 ГГц. Здесь главным примером является Китай со своим сотовым оператором China Mobile, уже выделившим нужный частотный диапазон и проводящий тестовое вещание. С учетом огромного объема местного потребления сотовой связи использование данной частоты обречено на успех и преобладание в Китае.
Другой перспективный диапазон частот - 2,5 ГГц применяется в США, Европе, Японии и Индии. Имеется еще частотная полоса в районе 2,1 ГГц, но она сравнительно небольшая - доступны лишь 15 МГц в диапазоне 2,1 ГГц, а большинство европейских мобильных операторов ограничивают в этом диапазоне полосы до 5 МГц. В будущем, скорее всего, наиболее используемым будет частотный диапазон 3,5 ГГц. Это связано с тем, что на данных частотах в большинстве стран уже используются сети беспроводного широкополосного доступа в интернет и благодаря переходу в LTE операторы получат возможность вновь применять свои частоты без необходимости приобретения новых дорогих лицензий. В случае необходимости под сети LTE могут быть выделены и другие диапазоны частот.
В отношении используемых полос частот и методов распределения в LTE все довольно непонятно и противоречиво, т.к. сам стандарт достаточно гибкий. В разных структурах сети четвертого поколения могут базироваться на полосах частот в диапазоне от 1,4 до 20 МГц, в отличие от фиксированных 5 МГц в 3G (UMTS). Также имеется возможность применения как временного разделения сигналов TDD (Time Division Duplex - дуплексный канал с временным разделением), так и частотного - FDD (Frequency Division Duplex - дуплексный канал с частотным разделением). Например, сеть LTE, строящаяся в Китае, стандарта TD-LTE.
Зона обслуживания базовой станции сети LTE может быть разной. Обычно она составляет около 5 км, но в ряде случаев она может быть увеличена до 30 и даже 100 км, в случае высокого расположения антенн (секторов) базовой станции.
Другое позитивное отличие LTE - большой выбор терминалов. Помимо сотовых телефонов, в сетях LTE будут использоваться многие другие устройства, такие как ноутбуки, планшетные компьютеры, игровые устройства и видеокамеры, снабженные встроенным модулем поддержки сетей LTE. А так как технология LTE обладает поддержкой хендовера и роуминга с сотовыми сетями предыдущих поколений, все данные устройства смогут работать и в сетях 2G/3G.
Структура сетей четвертого поколения
Схема сетей 4G (LTE) выглядит следующим образом:
Как видно из данной схемы, сети LTE включают в себя модули сетей 2,75G (EDGE) и 3G (UMTS). Из-за данной особенности строительство сетей четвертого поколения будет достаточно специфичным и походит скорее на следующую ступень развития сегодняшних технологий, нежели на что-то принципиально новое.
К примеру, в соответствии с такой структурой, звонок или интернет-сессия в зоне действия сети LTE может быть без разрыва соединения передана в сеть 3G (UMTS) или 2G (GSM). Кроме того, сети LTE довольно легко интегрируются с сетями WI-FI (обозначение WLAN Access NW на вышеприведенной схеме) и Интернет.
Остановимся на подсистеме радиодоступа более подробно. По своей структуре сеть радиодоступа RAN - Radio Access Network - выглядит аналогично сети UTRAN UMTS, или eUTRAN, но имеет одно дополнение: приемо-передающие антенны базовых станций взаимосвязаны по определенному протоколу X2, который объединяет их в сотовую сеть - Mesh Network - и дает возможность базовым станциям обмениваться данными между собой напрямую, не задействуя для этого контроллер RNC - Radio Network Controller.
К тому же взаимосвязь базовых станций с системой управления мобильными устройствами MME - Mobility Management Entity - и сервисными шлюзами S-GW - Serving Gateway - осуществляется путем «многих со многими», что позволяет получить большую скорость связи с небольшими задержками.
Технология LTE против WiMAX
Наверняка многим из вас стало интересно, почему будущее именно за LTE? Ведь буквально год-два назад все считали стандартом 4G технологию WiMAX, хорошо известную такими провайдерами широкополосного беспроводного интернета, как Yota и Комстар.
В действительности стандарты LTE и WiMAX достаточно близки между собой. Они оба используют технологию кодирования OFDM и систему передачи данных MIMO. И в том, и в другом стандарте применяются FDD и TDD-дуплекирование при пропускной способности канала до 20 МГц. И обе из систем связи используют в роли своего протокола IP. Соответственно, обе технологии в реальности одинаково хорошо применяют свой частотный диапазон и обеспечивают сравнимую скорость передачи данных интернет-доступа. Но, конечно, есть у них и кое-какие отличия.
Одним из таких отличий является гораздо более простая инфраструктура сети WiMAX, а, следовательно, и более надежная технически. Данная простота стандарта обеспечивается его предназначением исключительно для передачи данных. С другой стороны, «сложности» LTE нужны для обеспечения ее совместимости со стандартами предыдущих поколений - GSM и 3G. И данная совместимость нам с вами, безусловно, потребуется.
Существуют и другие детали в различии между LTE и WiMAX. Например, диспетчеризация радиочастотных ресурсов. В WiMAX она производится по технологии Frequency Diversity Scheduling, согласно которой поднесущие, предоставляемые абоненту, распределяются по всему спектру канала. Это необходимо для рандомизации и усреднения влияния частотно-селективных замираний на широкополосный канал.
В сетях LTE применена другая технология устранения частотно-селективных замираний. Она называется частотно-селективной диспетчеризацией ресурсов - Frequency Selective Scheduling. При этом для каждой абонентской станции и каждого частотного блока несущей создаются индикаторы качества канала CQI - Channel Quality Indicator.
Еще одним очень важным моментом, связанным с планированием сетей связи массового использования - коэффициент переиспользования частот. Его роль - показывать эффективность использования доступной полосы радиочастот для каждой базовой станции в отдельности.
Базовая структура переиспользования частотного диапазона WiMAX состоит из 3-х частотных каналов. При использовании трехсекторной конфигурации сайтов (базовых станций определенного частотного диапазона), в каждом из секторов реализован один из 3-х частотных каналов. При этом коэффициент переиспользования частот равняется 3-м. Иными словами, в каждой из точек пространства имеется лишь треть радиочастотного диапазона.
Работа сотовой сети LTE (4G) производится с коэффициентом переиспользования частот равном 1. То есть, получается, что все базовые станции LTE работают на одной несущей. Внутрисистемные помехи в подобной системе сводятся к минимуму благодаря частотно-селективной диспетчеризации, гибкому частотному плану и координации помех между отдельными сотами. Абонентам в центре каждой соты могут даваться ресурсы из всей полосы свободного канала, а пользователям на краях сот предоставляются частоты только из определенных поддиапазонов.
Перечисленные выше особенности сетей LTE и WiMAX оказывают большое влияние на одну из их главных характеристик - степень радиопокрытия. Отталкиваясь от данного параметра определяется необходимое количество базовых станций для качественного покрытия конкретной территории. Соответственно, он напрямую влияет и на конечную стоимость строительства сетей LTE.
Согласно расчетом, сеть LTE способна обеспечить лучшую зону покрытия при одинаковом числе базовых станций, что является несомненным плюсом для всех операторов сотовой связи.
Сегодня российские сотовые операторы активно расширяют зону покрытия сетей четвёртого поколения. LTE - термин, используемый для обозначения сетей, пропускная способность которых составляет не менее 10 Мбит/с. 4G-сети являются новым стандартом связи, который характеризуется, в первую очередь, быстротой соединения и высоким качеством голосовых звонков.
Список LTE-частот, на которых работают российские сотовые операторы
4G-сети каждого отечественного оператора располагаются в определённом частотном диапазоне. Представленная таблица содержит сведения о ЛТЕ бендах (от англ. Band), которые поддерживаются в нашей стране:
| Наименование бенда | Частота |
| Band 3 | 1800-1880 МГц |
| Band 7 | 2620-2690 МГц |
| Band 20 | 790-820 МГц |
| Band 31 | 450 МГц |
| Band 38 | 2570-2620 МГц |
Стандарт LTE не совместим с сетями второго и третьего поколений, поэтому для него были выделены особые каналы передачи данных. Band - это частотные полосы любой LTE-сети. Номер бенда обозначает период начала использования данного диапазона в мире (сейчас существует 44 диапазона).
Представленные в таблице бенды используются каждым сотовым оператором. Необходимо отметить, что данные частотные диапазоны постоянно расширяются, что позволяют провайдерам обеспечить интернет-соединением большее количество пользователей. В некоторых случаях операторы объединяются для строительства сотовых вышек: подобное соглашение заключили в 2016 году Beeline и Megafon. Другим примером сотрудничества стал договор между Билайн и MTS, в соответствии с которым операторы используют общие частоты на территории некоторых субъектов РФ.
Приобретение бендовых частот происходит путём открытых торгов, на которых провайдеры покупают право транслировать свой сигнал по определённым каналам. МТС, к примеру, потратил 4 миллиарда рублей на диапазон 2500 МГц, распространённый во всей Российской Федерации кроме Московской области и Крыма. Tele2 первым запустил 4G в Калининградской области и ряде других субъектов нашей страны на частоте 450 МГц.
Теперь вы можете ознакомиться с таблицей, в которой представлены актуальные характеристики сетей четвёртого поколения в Российской Федерации.
| Оператор | Дуплекс | Полоса | |
| Yota | 2500-2530 / 2620-2650 | FDD | Band 7 |
| Megafon | 2530-2540 / 2650-2660 | FDD | Band 7 |
| Megafon | 2575-2595 | TDD | Band 38 |
| MTS | 2540-2550 / 2660-2670 | FDD | Band 7 |
| MTS | 2595-2615 | TDD | Band 38 |
| Beeline | 2550-2560 / 2670-2680 | FDD | Band 7 |
| Tele2 | 2560-2570 / 2680-2690 | FDD | Band 7 |
| MTS | 1710-1785 / 1805-1880 | FDD | Band 3 |
| Tele2 | 832-839.5 / 791-798.5 | FDD | Band 20 |
| MTS | 839.5-847 / 798.5-806 | FDD | Band 20 |
| Megafon | 847-854.5 / 806-813.5 | FDD | Band 20 |
| Beeline | 854.5-862 / 813.5-821 | FDD | Band 20 |
Помимо пяти федеральных операторов, также существуют и региональные, каждый из которых имеет собственную частотную сеть.
Верхние и нижние частоты
С финансовой точки зрения, развитие LTE-сетей на нижних частотах (менее 2000 МГц) наиболее выгодно для операторов. Такие частоты лучше проникают в здания, но не способны обеспечить скоростным подключением территории с высокой плотностью населения. Функции верхних частот противоположны функциям нижних, поэтому оптимальным вариантом качественного соединения является комбинация обоих частотных каналов, позволяющая избавиться от «теневых» участков на больших пространствах. Также в мегаполисах существует тенденция устанавливать на крышах офисных зданий специальные приборы, способствующие распространению скоростной сети внутри помещений.
Основные режимы LTE
LTE-стандарт разделяется на два вида: TDD и FDD. Первый подразумевает временное (от англ. Time) разделение сигнала, а второй - частотное (от англ. Frequency). FDD является более удобным режимом связи, так как, с точки зрения повседневного использования, работает стабильнее.
Разница между данными понятиями заключается в способе загрузки и выгрузки данных. Благодаря FDD происходит параллельная обработка входящего и исходящего интернет-трафика. Представьте, что пользователь смотрит видео на YouTube и одновременно с этим отправляет в облачное хранилище целый альбом фотографий. Просмотр видео будет считаться download-операцией, а отправка фото - upload, и в FDD-режиме гаджет распределяет обе операции по разным частотным каналам. Например, LTE от российского Мегафона работает на частоте 17 МГц, 11 из которых могут использоваться для загрузки контента, а остальные 6 - для выгрузки.
Раздельная обработка трафиков увеличивает стабильность скорости каждого отдельного процесса, обеспечивая тем самым более качественное соединение.
TDD обрабатывает трафики последовательно. Иными словами, по тем же 17 МГц будет осуществляться и загрузка, и выгрузка данных - но уже без разделения, а поочередно в одном канале. Недостатком такого режима являются возможные «скачки» скорости.
В настоящее время российские сотовые операторы стремятся комбинировать работу TDD- и FDD-станций. Объединяя режимы в одну сеть, провайдеры увеличивают общую скорость подключения.
Технология LTE-advanced (4G+)
LTE-advanced представляет собой «продвинутую» 4G-сеть и обозначается российскими операторами 4G+. Хотя такое название подчёркивает увеличение скорости нового стандарта, оно не является верным, так как LTE-A по своим реальным показателям является обычным 4G. То, что называется в России 4G, значительно уступает номинальным стандартам сетей четвёртого поколения.
Преимущество advanced-стандарта заключается в суммировании всех частот, принадлежащих сотовому оператору, что снижает коэффициент «проседания» в канале передачи данных. Благодаря слиянию нескольких диапазонов band 7 в один Megafon сумел увеличить теоретическую скорость соединения до 300 Мбит/с. Если же к частотам band 7 прибавить частоты band 3, то быстрота передачи данных составит 450 Мбит/с (40 МГц + 20 МГц = 300 Мбит/с + 150 Мбит/с). К сожалению, реальная пропускная способность advanced-каналов ниже заявленной и соответствует лишь номинальным стандартам 4G.
Использовать различные частотные каналы может любой сотовый оператор, обладающий соответствующей лицензией и необходимым оборудованием. Сейчас наблюдается тенденция расширения пропускной способности каналов, объемы которой как раз зависят диапазона частот. Также стоит отметить, что для поддержки LTE-A устройство пользователя должно обладать специальными техническими характеристиками.
Скорость 4G
Стоит понимать, что реальная скорость соединения почти всегда отличается от номинальной. В теории не учитываются такие факторы, как ландшафт, удаленность сотовых станций или пребывание пользователя в здании, - подобные условия создают помехи подключению и значительно снижают его качество.
Быстрота передачи данных также зависит от загруженности оператора: чем больше пользователей имеют доступ к сетям четвёртого поколения, тем ниже показатели скоростных качеств. в беспроводных сетях определяется шириной диапазона частот, а также реализацией дуплекса связи. Данные характеристики зависят от оператора. Хотя некоторые провайдеры гарантируют показатели в 300 Мбит/с, в среднем реальная скорость составляет всего 75 Мбит/с (Tele2, MTS и Билайн).
Уже упомянутый тандем Beeline и Megafon недавно начал переход к стандарту LTE-advanced, который позволил увеличить скорость до 160 Мбит/с в некоторых точках покрытия. Сейчас такой стандарт представлен в Москве и Санкт-Петербурге, но регионам его ждать придётся долго: тотальное распространение 4G+ по всей территории России сейчас невозможно по двум причинам. Первая заключается в стоимости требуемого оборудования, а вторая (вытекает из предыдущей) - в том, что при увеличении зоны покрытия будет расти нагрузка на уже имеющиеся сотовые вышки, то есть средний показатель скорости будет только уменьшаться.
Так как быстрота соединения зависит от ширины частотного диапазона, можно сказать, что сегодня в наиболее выгодном положении находится Мегафон, который после поглощения Yota к собственным частотам добавил каналы приобретённой компании. Теоретически сеть Megafon может работать на канале в 40 МГц и разгоняться в режиме FDD до 300 Мбит/с, но, так как часть канала отдаётся абонентам дочерней Йоты, реальная скорость составляет примерно 100 Мбит/с.
Если сравнивать сети третьего и четвёртого поколений, то у последних скорость в несколько раз больше: средние 80 Мбит/с против максимальных 3 Мбит/с. HSPA+ смогла разогнать 3G до 45 Мбит/с, но данные показатели все равно отстают от 4G.
Дальнейшее развитие LTE
Несмотря на запуск тестирования сетей пятого поколения в мире, некоторые регионы Российской Федерации до сих не поддерживают даже 3G. В связи с данным обстоятельством стоит прогнозировать, в первую очередь, повсеместное развитие технологии LTE. Также сети четвёртого поколения представляют собой безальтернативный на территории ряда субъектов России способ доступа к Глобальной паутине, что стимулирует отечественных сотовых операторов развивать именно стандарт 4G.
В некоторых случаях проводное подключение является просто невозможным, что способствует распространению беспроводных технологий: возможности сотовых станций можно расширить благодаря специальным антеннам-ретрансляторам сигнала. Пользователь может самостоятельно приобрести такую антенну. Важно учитывать, что каждый ретранслятор работает только с определёнными частотами и режимом (FDD или TDD).