Добавлен: 06.07.2023
Просмотров: 48
Скачиваний: 2
Введение
Всего несколько лет назад технология LTE (Long Term Evolution) была диковинкой, доступной лишь в единичных, наиболее продвинутых, странах. Сегодня ей пользуется большая часть мира, включая Россию, и мы уже начинаем привыкать к возможности спокойно смотреть онлайновое видео в дороге. Но прогресс не стоит на месте. Заглянем за горизонт и представим, каким будет мобильный интернет в ближайшем будущем. Что придет на смену LTE?
1. Зарождение LTE
Технологии развиваются стремительными темпами, причем в совершенно разных областях человеческой деятельности: в медицине, потребительской электронике, энергетике и, конечно же, в мобильных телекоммуникациях. Сегодня смотреть видео в YouTube на своем смартфоне, находясь где-то посреди города, а то и на даче, и используя для этого мобильную сеть, — вполне нормально и привычно. А ведь какие-то 10 лет назад о такой роскоши мало кто мог мечтать даже на проводном домашнем Интернете. Получить среднюю скорость по воздуху в 5–10 Мбит/с — да легко! Но те же 10 лет назад иметь доступ в Интернет на скорости 256–512 Кбит (в 20 раз меньше) в домашних условиях — это было роскошью, доступной единицам. О мобильном интернете того времени и вспоминать не хочется.
Россия стала одной из первых стран, где стараниями Yota была запущена коммерческая LTE-сеть. Это случилось в 2011 году, но тогда работало всего 11 базовых станций в окрестностях Москвы, и о каком-то массовом внедрении технологии говорить было рано. Количество смартфонов с поддержкой LTE на российском рынке тогда стремилось к нулю. А вот в 2014 году состоялся уже полномасштабный запуск мобильных сетей четвертого поколения с участием операторов Большой тройки. Даже в сравнении с весьма шустрым 3G и HSPA+, новая технология продемонстрировала чудеса скорости, и, казалось бы, большего и не надо. Тем не менее уже сейчас происходит разработка и планомерное внедрение еще более продвинутых мобильных технологий.
2. Ближайшее будущее. LTE-Advanced
Как-то мы привыкли воспринимать LTE в качестве 4G-стандарта, то есть это якобы мобильные сети четвертого поколения, что не совсем правда. Виной тому реклама. На самом деле по своим скоростным характеристикам данный стандарт не дотягивает до технических требований, которые консорциум 3GPP и Международный союз электросвязи (МСЭ, ITU) приняли для нового поколения сотовой связи. Но внушительное маркетинговое давление и улучшения, которые внесли HSPA+, LTE и уже забытая WiMAX вынудили МСЭ дать разрешение на маркировку упомянутых технологий как 4G. Но все-таки правильней LTE было бы называть поколением 3,5G, а вот LTE-Advanced уже полноценно удовлетворяет требованиям ответственных организаций и действительно является стандартом 4G. Но чтобы не было путаницы, его называют True 4G (Настоящий 4G) и именно эта технология в самое ближайшее время массово придет на смену LTE.
Для начала, давайте рассмотрим скоростные характеристики LTE-Advanced в сравнении с LTE. Последняя в радиоусловиях, близких к идеальным, позволяет достигать пиковых скоростей в 150 Мбит/с, на практике в городских условиях это почти всегда до 50 Мбит/с, что тоже круто. К сожалению, пиковая скорость для LTE весьма редкое явление в нашем мире, и чем больше будет количество абонентов в сети, тем дальше реальные скорости будут от пиковых. В свою очередь скорость загрузки данных в сети LTE-Advanced может достигать в пике и 1 Гбит/с (во время демонстрационных испытаний достигалась реальная скорость в 450 Мбит/с), хотя в реальности не стоит рассчитывать более чем на 100 Мбит/с, да больше пока и не надо.
Важнее тот факт, что рассматриваемая технология позволяет более эффективно использовать сотовую сеть и оперативно наращивать ее пропускную способность массой способов. То есть, операторы смогут легко и довольно быстро улучшить качество работы своих сетей, используя уже существующие мощности и дополняя их недорогими базовыми станциями. Все оборудование уже доступно и досконально изучено.
Технически LTE-Advanced нельзя назвать чем-то совершенно новым, так как, по сути, в этой инициативе объединено несколько технологий, доступных на рынке уже несколько лет:
- Carrier Aggregation — объединение несущих.
- Coordinated Multipoint позволяет устройству подключаться одновременно к нескольким базовым станциям и повышать скорость передачи за счет скачивания или загрузки данных в несколько потоков.
- Enhanced MIMO — использование нескольких приемных и нескольких передающих антенн. В данном случае это поддержка MIMO 8×8 в нисходящем канале (от базовой станции к мобильным станциям) и MIMO 4×4 в восходящем канале (от мобильной станции к базовой станции).
- Relay Nodes — поддержка узлов ретрансляции. Они позволяют эффективно закрыть «дырки» в покрытии и улучшить радиоусловия для пользователей, находящихся на границах соты.
Все вместе эти технологии позволяют повысить скорость мобильного интернета, улучшить стабильность соединения и, вообще, сделать работу в Сети значительно комфортнее, включая условия, когда вы перемещаетесь на большой скорости (например, в автомобиле, автобусе или в поезде). Последний нюанс является очень серьезным ограничением для 3G-сетей, так как сильно снижает качество связи. Кроме того, LTE-Advanced обеспечивает минимальные задержки при передаче пакетов, вплоть до 5 мс. То есть вы можете через мобильную сеть комфортно играть в онлайновые игры.
Что касается передачи голоса, то, как и в случае с LTE, есть возможность работать в режиме VoIP или параллельно использовать для этого сети 2G/3G. Именно последний вариант прижился в России, хотя ведутся работы для перехода на более продвинутый VoLTE (то есть VoIP).
Основная причина для быстрого внедрения LTE-Advanced — это возможность использования существующих сетей и оборудования для развертывания True 4G. Более того, Yota первой в мире запустила эту технологию на коммерческой сети, что произошло еще в 2012 году. В работу было вовлечено 12 базовых станций, что, конечно, не смогло обеспечить пользователей преимуществами технологии. В феврале 2014 года МегаФон запустил сеть LTE-Advanced в пределах Садового кольца Москвы, объединив полосы в одном диапазоне, что хорошо влияет на увеличение максимально возможной скорости, но слабо отражается на опыте пользователя (эти максимальные скорости остаются доступными только в условных 30 метрах от БС). А в августе того же года оперативно сработал Билайн и запустил в Москве сеть LTE, объединяющую полосы из 2х диапазонов — Band 7 (2,6 ГГц) и Band 20 (800 МГц) — с максимальной скоростью до 115 Мбит/с в направлении к абоненту (это около 14 Мбайт/с — как дома на проводе). Объединение в один канал полос из высокого и низкого диапазонов является идеальным проявлением LTE-Advanced: позволяет сочетать высокие скорости с хорошим покрытием. Именно возможность объединения и одновременного использования нескольких частот лежит в основе рассматриваемой технологии. Сейчас на практике это возможно для 2 или 3 диапазонов, в будущем оператор сможет объединять все свои имеющиеся частоты для организации канала связи с одним абонентом.
Сети LTE-Advanced активно разворачиваются уже сегодня и их возможностей должно хватить надолго. Фактически задача операторов сейчас — не сбавлять темп, наращивать парк оборудования, повышать качество предоставляемых услуг и расширять покрытие своих сетей. При достаточно высокой плотности базовых станций LTE-Advanced вполне сможет заменить проводной домашний Интернет, и это дело ближайшего будущего.
Хотя, это будущее уже доступно в крупнейших городах России. В частности, вот как Билайн прокомментировал внедрение LTE-Advanced и развитие мобильных технологий в России в целом:
На сегодняшний день одна из технологий LTE-А – Carrier Aggregation (объединение несущих) доступна в сети Билайн на всей территории Москвы. И наши клиенты-обладатели смартфонов с поддержкой 4G+, уже активно ее используют. Однако LTE-A — это не только объединение частотных полос. Перспективы развития этого направления для нашей компании гораздо масштабнее! Наши сети уже сегодня готовы к запуску практически всех технологий, относящихся к LTE-A, осталось лишь дождаться появления на рынке абонентских устройств с их поддержкой.
Стоит заметить, что развитие этой технологии происходит параллельно с дальнейшим наращиванием мощности в сетях 3G и 4G. В 2014 году количество LTE-станций только в Москве увеличилось в 2,7 раза! Сеть 3G не только продолжает строиться, но и модернизируется. К примеру, DC-НSPA+ — это уже 42 Мбит/с, а не 3 или 7Мбит/с, как было несколько лет назад.
Если говорить о внедрении LTE в других регионах России, то ситуация несколько сложнее, чем в Москве, но компании работают и в этом направлении. Специалисты видят ситуацию следующим образом:
Как правило, распространение таких технологий зависит от двух важных факторов: наличие абонентских устройств, поддерживающих LTE-A российских частот, и непосредственно самих свободных частот. На данный момент российский рынок гаджетов не может похвастаться широкой линейкой смартфонов с поддержкой LTE-А, проще говоря, количество таких моделей можно пересчитать по пальцам. С другой стороны, есть и проблема наличия подходящих частот. Carrier Aggregation в идеальном виде — это объединение всех частот оператора. Однако частотами могут пользоваться военные и авиация. Поэтому запуск технологии LTE-A в других регионах зависит от мероприятий по освобождению частот. В настоящий момент технология работает на уже свободных частотах 800 диапазона в Москве.
К слову, само название технологии Long Term Evolution переводится как «Долговременная эволюция», так что стандарт изначально разрабатывался на годы вперед, но человек не стоит на месте, и рано или поздно придут новые технологии, которые изменят мир. О них поговорим ниже.
3. Следующий шаг, революционный
Следует ли нам ожидать в ближайшем будущем какого-то революционного прорыва в технологиях мобильной передачи данных? Например, отказа от традиционной архитектуры телеком-сетей, основы которой были заложены еще при разработке стандартов первых поколений (NMT, GSM)? Возможно, такой скачок произойдет после 2020 года с приходом мобильных сетей пятого поколения.
Что нам даст 5G? В первую очередь — это очередной скачок в скорости обмена данными, как минимум, на порядок. Кроме того, снизятся задержки при обработке запросов и значительно увеличится емкость сети (большее количество подключений и увеличенный объем передачи данных даже в рамках одной базовой станции).
Второй важный момент — фокусирование на абоненте, а не на базовых станциях. Сегодня если человек видит слабый сигнал сети, то он пытается переместиться поближе к базовой станции, чтобы повысить качество связи. А при максимально хорошем сигнале и минимальной нагрузке на Сеть пользователь все равно не получит максимум возможной скорости, а лишь некий усредненный вариант. Все дело в ограничениях технологии, которая не предполагает индивидуализацию абонентов. В сетях 5G ожидается применение так называемых умных антенн, способных менять диаграмму направленности в зависимости от потребностей абонентов в конкретных условиях. При минимуме абонентов данные к ним будут направляться по узконаправленному каналу, что повысит скорость передачи данных.
Дальнейшее развитие получит и технология MIMO. Сейчас в сетях LTE в основном используются конфигурации 2×2, то есть две антенны на передачу данных на базовой станции и две на прием на абонентском устройстве. В сетях 5G их количество планируется значительно увеличить для повышения скорости обмена данными. Другой способ сделать это – увеличить ширину частотного канала. Поскольку в используемых сейчас диапазонах частот операторам уже “тесно” (даже 20 МГц непрерывного спектра – это роскошь), необходим переход в более высокие диапазоны – вплоть до миллиметровых волн (30 ГГц и выше). Правда нужно помнить, что с увеличением рабочей частоты из-за особенностей распространения радиоволн уменьшается дальность связи, что может наложить ряд ограничений (уменьшается размер соты). С другой стороны, совсем нет необходимости делать сплошное покрытие во всех диапазонах.
Естественно, новые мобильные сети — это не только банальное наращивание пропускной способности и скоростей, но и эффективное использование доступных ресурсов. Например, реализация концепции device-to-device (устройство-к-устроству). Знакома ситуация, когда люди находятся друг от друга на небольшом расстоянии, допустим, 10–20 метров, и при этом приходится общаться по телефону или же передавать данные через сотовую сеть. Упомянутая концепция предполагает взаимодействие устройств напрямую, а через Сеть будет проходить лишь тарификация вызовов, что сильно разгрузит базовые станции.
Безопасность для здоровья человека и энергетическая эффективность тоже являются важными элементами будущих сетей, но это уже детали.
Что из 5G мы уже имеем сегодня?
Огромную скорость передачи данных, которая пока достигается лишь в лабораторных условиях, но с этого начинались и все предшествующие стандарты. Так Samsung Electronics активно развивает собственный стандарт 5G, в рамках которого она добилась скорости передачи данных в 7,5 Гбит/с(940 МБ/сек) при стационарном соединении и 1,2 Гбит/с (150 МБ/с) в автомобиле, передвигающемся со скоростью 150 км/ч.
В мобильной сети пятого поколения корейская компания использует частоту 28 ГГц, причем данное направление она развивает уже несколько лет. Первая публичная демонстрация состоялась в 2013 году, и тогда Samsung показала результат беспроводной передачи данных в сети 5G на уровне 1 Гбит/с — это был рекорд, который сейчас ей же и превзойден в 7,5 раз.