Новость из категории: Информация

Advanced Pro: LTE без ограничений

Advanced Pro: LTE без ограничений

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».

Advanced Pro: LTE без ограничений
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.

Загрузка со скоростью 1000 Мбит/с

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.

Advanced Pro: LTE без ограничений

Революция начинается с модема

Advanced Pro: LTE без ограничений
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.

Advanced Pro: LTE без ограничений
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).

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.

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
Advanced Pro: LTE без ограничений

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

Advanced Pro: LTE без ограничений
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.

Advanced Pro: LTE без ограничений
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»
Advanced Pro: LTE без ограничений

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.

Advanced Pro: LTE без ограничений
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.

Рейтинг статьи

Оценка
0/5
голосов: 0
Ваша оценка статье по пятибальной шкале:
 
 
   

Поделиться

Похожие новости

Комментарии

^ Наверх