Сети LTE - что это? Режим, структура и принцип работы сети LTE. Сети LTE: структура и принцип работы

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:

1. Более высокая устойчивость к помехам;
2. Увеличение дальности стабильной связи;
3. Есть возможность применять упаковку данных;
4. Применяется меньшая избыточность передаваемых пакетов;
5. 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.

В связи с тем, что на Российском рынке появляется все больше смартфонов, имеющих встроенный модуль LTE, многие задаются вопросом, - что такое LTE в смартфоне? Для того чтобы наиболее понятно ответить на этот вопрос, нужно понять что такое LTE и какими преимуществами обладает эта технология. Ведь зная ответ на эти вопросы, даже самый далекий от этого пользователь мобильной связи сможет понять, какие преимущества имеет LTE смартфон.

1. Технология LTE и ее особенности

Современные технологии не стоят на месте. В особенности это касается технологий мобильной связи. Если вспомнить все технологии мобильной связи, доступные простым абонентам, можно выделить некоторую закономерность. Каждое поколение связи, начиная с 2G, имеет определенный временной интервал. То есть, технология 2G была разработана в 1990 году, а интегрирована она была только в 2000. Точно также и 3G – разработана в 2000 году, а полноценно стала работать только в 2010. Теперь пришел черед четвертого поколения связи. Уже сегодня мы можем наблюдать постепенный переход от 3G к 4G. И именно LTE и является той самой технологией, которая позволяет осуществить этот переход плавно и незаметно для абонентов.

LTE – это технология четвертого поколения связи. Под стандарт 4G попадают такие технологии мобильной связи, которые смогут обеспечить абонентам скорость интернет соединения не менее 100 Мбит/с. Главное отличие данной технологии заключается в высокой скорости передачи данных, которая в теории составляет 300 Мбит/с при приеме информации (download) и 170 Мбит/с при отдаче (upload). Однако учитывая новизну технологии и тот факт, что она только внедряется, фактическая скорость передачи данных отличается от теоритической и составляет около 100 Мбит/с при приеме сигнала и 50 Мбит/с при отдаче.

Таким образом, становится понятно, что LTE смартфоны позволяют пользователю иметь доступ к высокоскоростному интернету. Благодаря этому абоненты получают массу новых, абсолютно не ограниченных возможностей. К примеру, высококачественная двухсторонняя видеосвязь, просмотр фильмов онлайн в формате FullHD и так далее.

Помимо этого технология LTE внедряется в сети 3G и позволяет использовать уже имеющуюся инфраструктуру. Это делает переход от 3G к четвертому поколению связи более плавным и незаметным для абонентов. К тому же, в подавляющем большинстве случаев смартфоны с LTE способны работать и в сетях третьего поколения, и даже 2G. Другими словами, даже в случае выхода абонента из зоны покрытия LTE устройство автоматически переходит в 3G режим без потери связи.

1.1. Режимы связи LTE

Помимо этого, особенность технологии LTE заключается в том, что она способна работать сразу в двух режимах связи:

• FDD – это двухсторонний режим связи с частотным разделением сигналов. То есть нисходящие и восходящие потоки информации имеют разные частоты. Благодаря этому достигается более высокая стабильность установленной связи и высокая скорость соединения. При этом количество каналов в обоих направлениях является равным.
• TDD – это двухсторонняя связь с временным разделением сигналов. То есть связь реализуется путем временного уплотнения нисходящих и восходящих каналов передачи данных на одной несущей частоте. Преимущество такого режима связи заключается в том, что он позволяет более оптимально использовать ресурсы линий радиосвязи. При этом количество временных интервалов в нисходящих и восходящих каналах связи различное.

Уже сегодня, понимая потребность в комбинировании этих режимов, производители мобильных устройств изготавливают терминалы, поддерживающие оба режима. Причем по сложности устройство, имеющее комбинированный терминал не значительно отличается от простого устройства FDD.

2. Смартфоны с LTE для России

Учитывая все преимущества технологии LTE, становится видно, что смартфон с LTE способен предоставить пользователю массу дополнительных возможностей и более высокое качество связи, а также скорость интернет соединения.

Кроме этого, операторы мобильной связи, предоставляющие услуги LTE, отчетливо понимают, что доступность мобильных абонентских устройств, в частности смартфонов LTE, напрямую влияет на спрос подобных услуг. Это объясняется простым правилом – спрос рождает предложение. Ведь чем больше людей смогут позволить себе приобрести мобильное устройство с LTE, тем выше будет спрос на эту технологию, тем, соответственно, быстрее будет развиваться и внедряться технология.

Понимая эту взаимосвязь, наиболее крупные операторы мобильной связи создали стратегическое партнерство и подали запрос на понижение таможенной пошлины на ввоз мобильных устройств, в частности смартфонов. Это позволит снизить их стоимость и сделает их более доступными для россиян.

Однако есть один нюанс. Не каждый смартфон с поддержкой LTE сможет работать в российских сетях. Объясняется это тем, что в данный момент выпускаются устройства с LTE модулями, настроенными на определенную частоту. К примеру, если смартфон настроен на частоту 2100 МГц, то в России он работать не будет, так как сети LTE строятся в частотных диапазонах 791-862 МГц и 2500-2700 МГц. В технических характеристиках устройства обязательно указывается поддерживаемая частота.

На сегодняшний день в России могут работать единицы моделей смартфонов, в число которых входят:

• Nokia Lumia 920;
• LG Optimus G;
• LG Optimus F5;
• Sony Xperia V;
• Sony Xperia SP;
• Samsung Galaxy Express;
• Alcatel IDOL S;
• HTC One SV;
• BlackBerry Z10.

Однако даже эти модели не поддерживают все частоты. В большинстве случаев они могут работать только в условиях нижнего диапазона. Для того, чтобы знать точно какие частоты поддерживает смартфон, смотрите технические характеристики. Помимо этих устройств, на российском рынке встречаются и другие смартфоны. С развитием технологий появляются все новые и новые модели, способные работать в российских сетях LTE.

3. Преимущества LTE смартфонов

Учитывая все преимущества и особенности технологии LTE, очевидными становятся и все преимущества смартфонов LTE. Смартфоны с поддержкой LTE являются не просто удобным инструментом для путешествия по просторам интернета. В первую очередь это многофункциональные устройства, которые позволяют решать самые разнообразные задачи, которые могут быть связаны как с мультимедиа (просмотр фильмов в формате FullHD, прослушивание музыки, обработка изображений и так далее), так и с интернетом (видеоконференции, онлайн презентации, высококачественная связь и высокая скорость интернета). Все это становится доступным каждому обладателю смартфона LTE.

Помимо обычных моделей на российском рынке можно встретить двухсимочные смартфоны с LTE. Они позволяют использовать связь четвертого поколения от разных операторов. На данный момент это является огромным преимуществом, так как пока еще сети LTE не покрывают всю территорию страны. Разные операторы охватывают разные города. Так в тех городах, в которых нет покрытия LTE от МТС, действуют сети Билайна или Мегафона. Вот в этих случая смартфоны с двумя сим-картами являются отличным решением.

Еще одно весьма важное преимущество заключается в том, что LTE смартфоны для России способны работать не только в сетях четвертого поколения. Они поддерживают связь третьего, и даже второго поколения. Таким образом, абонент всегда остается на связи. На данный момент действует технология автоматического перехода между сетями. Другими словами, при выходе из зоны покрытия LTE смартфон автоматически переходит в режим 3G без потери связи и незаметно для пользователя.

4. Доступный LTE смартфон от Samsung: Видео

LTE для современных смартфонов – это существенное расширение возможностей. Это масса увлекательных развлечений. К примеру, многопользовательские онлайн игры, которые раньше были доступны только при Wi-Fi подключении, сегодня доступны каждому абоненту LTE. Помимо этого, сам смартфон можно использовать как Wi-Fi роутер, раздавая интернет всем окружающим. То есть, если на ноутбуке нет модуля LTE, вам необходимо подключить ваш смартфон к интернету через 4G сеть и включить точку доступа Wi-Fi в настройках. При этом высокоскоростной интернет будет раздаваться на ваш ноутбук, а также на другие абонентские устройства, оснащенные Wi-Fi модулем.

В современном мире высоких технологий всегда оставаться на связи является не роскошью, а необходимостью, поэтому, для деловых людей смартфоны с LTE – это настоящее спасение, так как они в любой момент и в любом месте смогут создать видеоконференцию или решить какие-либо другие задачи, связанные с выходом в интернет и отправкой файлов. А учитывая компактные размеры таких устройств их всегда и везде можно брать с собой.

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

LTE FDD и LTE TDD

Стандарт LTE бывает двух видов, различия между которыми довольно существенны. FDD - FrequencyDivisionDuplex (частотный разнос входящего и исходящего канала) TDD - TimeDivisionDuplex (временной разнос входящего и исходящего канала). Грубо говоря, FDD - это параллельный LTE, а TDD - последовательный LTE. Например, при ширине канала в 20 МГц в FDD LTE часть диапазона (15 МГц) отдаётся для загрузки (download), а часть (5 МГц) для выгрузки (upload). Таким образом каналы не пересекаются по частотам, что позволяет работать одновременно и стабильно для загрузки и выгрузки данных. В TDD LTE всё тот же канал в 20 МГц полностью отдаётся и как для загрузки, так и для выгрузки, а данные передаются в ту и другую сторону поочерёдно, при этом приоритет имеет всё-таки загрузка. В целом FDD LTE предпочтительнее, т.к. он работает быстрее и стабильнее.

Частотные диапазоны LTE, Band

Сети LTE (FDD и TDD) работают на разных частотах в разных странах. Во многих странах эксплуатируются сразу несколько частотных диапазонов. Стоит отметить, что не всё оборудование умеет работать на разных "бэндах", т.е. частотных диапазонах. FDD-диапазоны нумеруются с 1 по 31, TDD-диапазоны с 33 по 44. Существуют дополнительно несколько стандартов, которым еще не присвоены номера. Спецификации на частотные полосы называются бэндами (BAND). В России и Европе в основном используются band 7, band 20, band 3 и band 38.

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

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

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

Сети 4G LTE в России

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

Распределение частот среди операторов по регионам России можно найти .

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

Категории LTE

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

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

Агрегация частот

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

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

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

Категорирование приемных устройств

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

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

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

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

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

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

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

Желающим поэкспериментировать с LTE-A

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

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

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

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

LTE включает в себя сеть радиодоступа (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN) и усовершенствованное пакетное ядро (Evolved Packet Core, EPC).

Сеть LTE построена как совокупность новых базовых станций eNB (Evolved NodeB или eNodeB), где соседние eNB соединены между собой интерфейсом Х2. eNB подключены к EPC посредством интерфейса S1. На рис.1 показано взаимодействие новых элементов в архитектуре сети: S-GW (Serving Gateway) – обслуживающих шлюзов, содержащих ПО управления по протоколу MM (MME – Mobility Management Entity).

Рис. 1. Упрощенная архитектура сети LTE

В сети радиодоступа радиоинтерфейс между UE и eNB осуществлен на основе технологии ортогонального частотного разнесения (O rthogonal F requency D ivision M ultiplexing, OFDMA). Работа EPC основана на технологии IP. Такую структуру относят к All-IP Network (AIPN).

Структура сети LTE приведена на рис. 2. Ядро сети EPC (Evolved Packet Core) состоит из обслуживающего шлюза S-GW (Serving Gateway), шлюза для выхода на пакетные сети P-GW (Packet Data Network Gateway), структуры управления по протоколу Mobility Management MME (Mobility Management Entity), связанной с S-GW и eNodeB сигнальными интерфейсами.

Рис. 2.

Функции eNodeB (Evolved NodeB )

eNodeB объединяет в себе функции базовых станций и контроллеров сетей 3-го поколения:

Обеспечивает передачу трафика и сигнализации по радиоканалу,

Управляет распределением радиоресурсов,

Обеспечивает сквозной канал трафика к S-GW,

Поддерживает синхронизацию передач и контролирует уровень помех в соте,

Обеспечивает шифрацию и целостность передачи по радиоканалу,

Выбирает MME и организует сигнальный обмен с ним,

Производит сжатие заголовков IP-пакетов,

Поддерживает услуги мультимедийного вещания,

При использовании структуры с усилителями мощности на антенной мачте организует управление антеннами по специальному интерфейсу Iuant.

Интерфейс S 1 , как показано на рис.2, поддерживает передачу данных с S-GW и сигнализации через ММЕ. Отметим, что eNB может иметь соединения с несколькими S-GW.

Интерфейсы X 2 используют для организации хэндоверов между соседними базовыми станциями, в том числе и при балансировке нагрузки между ними. При этом интерфейсы Х2 могут быть логическими, т.е. для их организации не обязательно реальное физическое соединение между eNB.

Функции обслуживающего шлюза S - GW :

Маршрутизация передаваемых пакетов данных,

Установка качественных показателей (Quality of Service, QoS) предоставляемых услуг,

Буферизация пакетов для UE, пребывающих в состоянии Idle Mode,

Предоставление учетных данных для тарификации и оплаты выполненных услуг.

S-GW является якорной структурой, обеспечивающей мобильность абонентов. Каждую работающую UE обслуживает определенный S-GW. Теоретически UE может быть связана с несколькими пакетными сетями; тогда ее будут обслуживать несколько серверов S-GW.

Функции P-GW (Packet Data Network Gateway )

Шлюз для выхода на пакетные сети P - GW организует точку доступа к внешним IP-сетям. Соответственно P-GW является якорным шлюзом для обеспечения трафика. Если абонент имеет статический IP-адрес, то P-GW его активизирует. В случае, если абонент должен получить на время сеанса связи динамический IP-адрес, P-GW запрашивает его с сервера DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) или сам выполняет необходимые функции DHCP, после чего обеспечивает доставку IP-адреса абоненту. В состав P-GW входит PCEF (Policy and Charging Enforcement Function), который входит обеспечивает качественные характеристики услуг на внешнем соединении через интерфейс Sgi и фильтрацию пакетов данных. При обслуживании абонента в домашней сети функции P-GW и S-GW могут выполнять как два разных, так и одно устройство. Интерфейс S5 представляет собой туннельное соединение GPRS или Proxy Mobile Ipv6. Если P-GW и S-GW находятся в разных сетях (например, при обслуживании абонента в роуминге), то интерфейс S5 заменяют интерфейсом S8.

Функции MME (Mobility Management Entity )

Управляющий блок ММЕ прежде всего поддерживает выполнение процедур протокола Mobility Management: обеспечение безопасности работы в сети при подключении UE и выбор S-GW, P-GW. ММЕ связан с HSS своей сети посредством интерфейса S6a. Интерфейс S10, соединяющий различные ММЕ, позволяет обслуживать UE при перемещениях абонента, а также при его нахождении в роуминге.

Функции PCRF

Policy and Charging Resource Function (PCRF) по сути представляет собой управляющий сервер, обеспечивающий централизованное управление ресурсами сети, учет и тарификацию предоставляемых услуг. Как только появляется запрос на новое активное соединение, эта информация поступает на PCRF. Он оценивает имеющиеся в его распоряжении ресурсы сети и направляет в PCEF шлюза P-GW команды, устанавливающие требования к качеству услуг и к их тарификации.

Раньше вопросов про LTE задавали много. Сегодня остался самый главный: когда ? Когда это счастье придет к нам, в Россию? Еще месяц назад я не знал, что отвечать людям. Сильно комплексовал по этому поводу, ведь так близок к теме. Сомневался, то ли конец 2012-го, то ли начало 2013-го. Никакой определенности! Но сейчас, после исторического решения ГКРЧ от 8 сентября , всё, наконец, стало ясно.

Я слоупок, что такое LTE?

LTE - Long Term Evolution (англ., долгосрочная эволюция). Когда ученые доводили до ума 3G (он же UMTS, он же WCDMA) в рамках проекта 3GPP, они «рассчитались на первый-второй». Половина стала «докручивать» 3G до HSPA: это были минорные доработки радиоинтерфейса при сохранении основы - принципа кодового разделения каналов (CDMA). Планировали закончить быстро, поэтому называли между собой краткосрочной эволюцией. Другую половину озаботили вопросом: а что, если абоненты захотят мобильного интернета на скоростях на порядок выше, чем в 3G? Такие вопросы быстро не решаются. Тут думать нужно, крепко и долго. Отсюда и эволюция долгосрочная - LTE. Маркетологи, кстати, часто называют LTE 4G.

Про железо

Базовые станции LTE не содержат ничего сверхъестественного. Там есть радиомодули (они же приемопередатчики, TRXы), блок цифровой обработки сигнала (BBU), интерфейсные платы (FE/GE порты, электрические, оптические). Радиомодули бывают выносные - RRU. Монтируются вблизи антенны (для уменьшения потерь в ВЧ-фидере), к BBU подключаются по отпике (стандарт CPRI). Всё как в БС 3G, но называются красиво - evolved NodeB (дословно - продукт эволюции «узла Б», т.е. собственно БС 3G).

Базовая станция

Базовая станция

А поскольку БС разных стандартов больше похожи, чем отличаются, производители быстро догадались делать всё «в одном флаконе». Решение называется SingleRAN. Одна БС на 3 стандарта: GSM, 3G и LTE. Очень удобно оператору с точки зрения экономии места и питания на сайте, сокращения времени на монтаж и так далее. Мы такие уже начали закупать и устанавливать на сети. Так что, как только, так сразу…

Для LTE не нужны какие-то особенные антенны. Вполне подойдут обычные панельные антенны с кросс-поляризацией. Они, например, используются в сетях GSM и в 3G. Правда, если в GSM и 3G две поляризации обычно используются на прием, а на передачу только одна (схема 2Rx/1Tx), то в LTE обе поляризации задействованы по полной, и на прием, и на передачу (схема 2Rx/2Tx). Это необходимо для реализации технологии MIMO2х2. На первом этапе внедрения LTE этого будет достаточно. Дальше пропускную способность сектора можно будет увеличить, добавив еще по одной кросс-пол антенне. Получится схема 4Rx/4Tx и MIMO4х4. Главное разнести антенны в пространстве на достаточное расстояние (порядка 10 длин волн).

Что еще из «железа»? Контроллера сети доступа (как BSC в GSM, или RNC в 3G), как отдельного физического и логического узла в сети LTE, нет, БС подключаются напрямую к узлам Core, причем исключительно по IP. Core используется только пакетный. Называется EPC (evolved Packet Core). К нашему счастью, относительно новый обычный Packet Core превращается в EPC путем апгрейда софта. Функционал MME (узел управления мобильностью в LTE) можно накатить на используемый для GPRS/3G узел SGSN, а с функциями PGW/SGW должен уметь справляться GGSN. Не скажу, что все SGSN/GGSN-ы «Билайна» HW-ready к LTE, но мы уверенно движемся в этом направлении.

Плюс SAE-HSS (хранилище абонентских профайлов), который также поднимается на существующей HW-платформе ngHLR"a. Вот, собственно, и вся сеть LTE.

Архитектура LTE

Про транспорт

GE-порты на БС. Это, как любил говаривать Винни Пух, неспроста: вы же наверняка понимаете, какой должен быть backbone при таком backhaul"e! Если у кого-нибудь из уважаемых читателей есть несколько свободных миллиардов долларов, могу подсказать, как потратить их с пользой…

Про частоты

В отличие от других стандартов мобильной связи LTE не привязан к какому-то конкретному диапазону частот. В этом его сила. Разработчики (3GPP) определили более 30 диапазонов, для которых производители могут выпускать стандартное радиооборудование LTE. Сюда попали как частоты, используемые сейчас под другие стандарты (например, 900, 1800 (GSM), 2100 (UMTS), 2500 (WiMAX), так и “новые”, например 700-800 Мгц (так называемый “цифровой дивиденд”). Понятно, что далеко не все из возможных диапазонов найдут широкое распространение в мире. Скорее всего, в итоге “выживет” не больше 4-5 диапазонов. Большее количество очень трудно реализовать в одном абонентском девайсе, а это уже проблема для обеспечения глобального роуминга. Если спросите, на какие диапазоны сделать ставку, мои предпочтения следующие:

• 800 Мгц (3GPP band 20) – выделен или планируется под LTE практически во всех европейских странах, включая Россию; выгоден с точки зрения затрат на обеспечение сплошного покрытия; оборудование выпускается всеми ведущими производителями;
• 2,5 Ггц (3GPP band 7) – выделен или планируется под LTE практически во всех странах Европы и Азии, включая Россию; выгоден при обеспечении емкости в хот-спотах; оборудование выпускается всеми ведущими производителями.
• 1800 Мгц (3GPP band 3) – будет освобождаться по мере уменьшения количества GSM-only телефонов и расширения покрытия 3G (чтобы было, куда переводить голос); хорош с точки зрения обеспечения в сети баланса между емкостью и покрытием; GSM-операторам даст возможность сэкономить за счет переиспользования инфраструктуры сети доступа (приемопередатчики, антенны); оборудование выпускается почти всеми ведущими производителями

Вообще, выбор правильного диапазона для развития LTE – задача не из простых. В нижних диапазонах, где всё отлично с покрытием, проблема найти полосу достаточной для полноценного LTE ширины. В верхних обычно хорошо с частотным ресурсом, но БС нужно ставить через каждые 400-500 метров, разоришься на сплошном покрытии! Вероятно, большинство сетей LTE, аналогично GSMу, будут двух-диапазонные.

Про скорости

Максимальные скорости передачи данных – ключевой показатель крутости стандарта для конечных пользователей. И LTE реально крут! Можно долго говорить о теоретических возможностях разных стандартов, перспективах их развития и так далее, но то, что абонентам в уже работающих сетях LTE доступны скорости более 100 Мбит/с – это факт. И это только начало светлого будущего: уверен, что достижение в сетях LTE скоростей до 1 Гбит/с – вопрос нескольких лет. Дальше посмотрим. Скорее всего, нужен будет очередной прорыв, как в теории радиосвязи, так и в технологии производства элементной базы.

Про покрытие

Зона покрытия одной БС в LTE может быть абсолютно разной. От чего это зависит прежде всего? Правильно! От используемого диапазона частот. Если сравнить крайние варианты, то площадь покрытия одной eNodeB, работающей в самом нижнем LTE-диапазоне (700 Мгц) оказывается, при прочих равных, в 5-6 раз больше, чем для базы, работающей в 2.5 ГГц. В условиях городской застройки радиус соты, таким образом, может быть от нескольких сот метров до нескольких километров. Что касается рекорда по дальности действия БС LTE, он был установлен в ходе трайла греческого оператора Cosmote на оборудовании Huawei в начале этого года – на расстоянии 102 км от БС была получена скорость передачи 135 Мбит/с. Конечно, это была прямая видимость и один абонент в соте. Но с точки зрения предельных возможностей стандарта – довольно убедительно.

Про гаджеты

Доступные сейчас на рынке абонентские устройства с поддержкой LTE включают (по типам):

USB-модемы (на картинке – Huawei E398)

Смартфоны (на фото – HTC Thunderbolt, OS Android)

Планшет (на фото – Samsung Galaxy Tab 10.1, OS Android)


Портативный LTE/Wi-Fi Hotspot (на фото – Samsung SCH-LC11)


Ноутбук (на картинке HP Pavilion DM1-3010NR)

На данный момент на рынке доступно уже более 100 абонентских устройств с поддержкой LTE и это количество растет с каждым днем. Основные игроки на этом рынке – наши старые знакомые: Samsung, LG, HTC, ZTE, Huawei.

Про опыты

Посмотреть, как работает LTE вживую, хотелось очень давно. Первый раз довелось в начале прошлого года в Стокгольме. Спасибо коллегам из Ericsson, позвали посмотреть на первую в мире коммерческую сеть LTE – Telia-Sonera. Честно признаться, был немного разочарован. Скорости, пока катались по городу на микроавтобусе, колебались в пределах от 0 до 8 Мбит/с. К тому же, соединение постоянно рвалось. Коллеги оправдывались тем, что сеть пока не оптимизирована, БС мало, диапазон высокий - 2.5 Ггц. Всё, конечно, понятно, но хотелось чуда.

По приезде из Швеции задумали построить пилотную сеть LTE в одной из наших стран. Проще всего договориться с Регулятором о выделении (на время пилота) частот под LTE оказалось в Казахстане. Диапазон частот выбрали самый низкий из доступных – 700 Мгц (точнее band 13, именно те номиналы, на которых строит сеть американский Verizon). К концу октября 2010 построили в сотрудничестве с Alcatel-Lucent сети в двух главных городах Казахстана (Астане и Алматы). То что получилось показали и чиновникам, и журналистам, и наиболее интересующимся из потенциальных клиентов. Подробнее можно почитать .

Про голос

Нужна ли передача голоса в LTE? С одной стороны, стандарту мобильной связи, претендующему на роль глобального, без базовой связной услуги оставаться, вроде как, неприлично. С другой – представить, что покрытие LTE появится там, где нет GSM или 3G, сложно. То есть без голоса абонент всяко не останется.
Рано или поздно придёт LTE-Advanced, потребуются дополнительные частоты. А где их взять, как не у сетей GSM и 3G? Тогда LTE останется один на один с абонентом, которому, как и раньше, нужно будет поговорить - а, значит, голос в LTE обязательно будет, вопрос времени. Сейчас в первых коммерческих сетях, для предоставления голосовых звонков реализована функция CS Fallback. Получив по служебному каналу в сети LTE сообщение о входящем вызове, абонентское устройство переключается в режим GSM или 3G и информирует сеть о готовности принять вызов. После этого звонок проключается через GSM/3G CS Core.

CS Fallback в действии

В будущем, при переходе к all-IP архитектуре, голос в мобильных сетях останется только в виде VoIP. Тогда вопрос выбора сети радиодоступа, через которую будут идти голосовые звонки, сведется к емкостным характеристикам – чем больше пропускная способность сектора, тем больше одновременных звонков он может обслужить.