Мы запустили LTE-Advanced: барьер в 100 Мбит/с на абонента преодолен
Районы, где можно начинать YouTube-вечеринки. По крайней мере, других идей утилизации канала у меня нет. Вся территория Москвы и немного ближнего Подмосковья.Разработчики LTE-Advanced задались целью обеспечить скорости до 1 Гбит/с. Понятно, что такие скорости достижимы пока только в идеальных лабораторных условиях. Но и те 110 Мбит/с, которые мы получили в нашей коммерческой 4G сети в Москве, впечатляют. Тем более, никаких особых усилий с нашей стороны это не потребовало — просто объединили ресурсы двух диапазонов частот.
Один из важнейших дополнительных плюсов — это перераспределение загрузки мобильной сети между диапазонами. Вы почувствуете это как ускорение мобильного интернета даже в сложных областях, в частности, в помещениях, а также в загруженных сотах, например, в пробках.
Увеличение пропускной способностиСтандарт LTE 8 релиза 3GPP позволяет абоненту получить скорость только до 150 Мбит/с при ширине полосы в 20 МГц. Методов достижения нужной пропускной способности два. Первый — это усложнение антенных систем и включение режима Multiple Input Multiple Output (MIMO). Обычно указывается порядок MIMO, например, MIMO 4×4 означает, что передается 4 независимых потока информации с четырёх передающих антенн на четыре приемные. Это примерно похоже на то, как если бы у вас было 4 SIM-карты, соединённых в мост.
Рис 1. MIMO 4×4.
Второй метод — расширение спектра за счёт объединения нескольких полос частот (Carrier aggregation):
Итак, у нас два варианта:
MIMO (множественные независимые потоки) Carrier Aggregation В текущих сетях преимущественно используется MIMO 2×2. Использование более высоких режимов MIMO, например MIMO 4×4 или 8×8, в данный момент невозможно, т.к. мобильные терминалы с поддержкой высоких порядков MIMO существуют пока только в качестве прототипов и выглядят как большие роутеры с выносными антеннами. По этой причине получить 1 Гбит/с на 20 МГц путем усложнения антенных систем в действующих сетях LTE не представляется возможным. В теории — да, на практике — нереально. Естественно, от этой светлой мысли мы сразу отказались.Теперь расширение спектра. Стандарт 3GPP определяет следующие ширины возможных полос LTE: 1,4, 3, 5, 10, 15 и 20 МГц. К сожалению, максимальная ширина полосы ограничена 20 МГц.
Означает ли это, что использовать частотный ресурс больше, чем в 20 МГц, невозможно? Нет, не означает. Расширить частотный ресурс как раз, и помогает агрегация каналов — Carrier Aggregation (CA). Функционал работает как для LTE с частотным разделением (FDD), так и для временного разделения (TDD). Поскольку большинство сетей в России — это FDD, рассмотрим CA на примере вот этой иллюстрации:
Агрегация каналов в LTE FDD
Допустим, базовая станция (eNodeB) использует два частотных канала по 20 МГц каждый. Для абонентов с телефонами релизов R8/R9 данные соты будут выглядеть, как 2 отдельные соты и они могут использовать только одну из них. Для абонента, обладателя LTE-Advance девайса, картинка будет несколько иная.
Предположим, что мы зарегистрированы на соте и качаем очень тяжелый файл. Для нас данная сота (частотный канал) будет Primary. Базовая станция определяет, что нам требуется больше ресурсов, и назначает вторую соту, называемую, secondary cell. Телефон, объединяя ресурсы обеих сот, может получить до 300 Мбит/с (2 частотных канала передающих по 150 Мбит/с).
Агрегироваться могут различные полосы частот LTE, начиная с 1,4 МГц и заканчивая 20 МГц, но всего 5 несущих и до 100МГц общей шириной спектра. Количество агрегированных каналов в UL и DL может отличаться, но количество агрегированных UL каналов всегда будет меньше либо равно общему кол-ву несущих в DL.
Варианты агрегации спектра
Возможно несколько вариантов агрегации спектра:
Intra-band, contiguous или агрегация смежных диапазонов. Самый простой вариант, но он подходит только для операторов, у которых есть более 20 МГц непрерывного спектра, что бывает не часто. Intra-band, non-contiguous или агрегация спектров несмежных диапазонов. Более интересный вариант, т.к. позволяет объединять небольшие куски спектра, разделенные между собой. Inter-band, non-contiguous или агрегация спектра из разных диапазонов. Этот вид агрегации каналов позволит российским операторам объединить выданные им частоты в диапазонах 800 и 2600, тем самым повысить свои максимальные скорости. Однако, не все частоты LTE можно агрегировать между собой. В связи с тем, что комбинаций может быть придумано очень много, в 11 релизе 3GPP определено большое количество возможных комбинации частот. Ниже в таблицах приведены частотные диапазоны и их возможные комбинации для российской действительности.Таблица 1. Частотные диапазоны LTE для РФ.
Номер диапазона Название диапазона Диапазон частот Uplink (МГц) Диапазон частот Downlink (МГц) Ширина диапазона (МГц) Дуплексный разнос (МГц) 3 DCS 1800 1710–1785 1805–1880 75 95 7 2.6 GHz 2500–2570 2620–2690 70 120 20 Europe 800 EDD 832–862 791–821 30 -41 Таблица 2. Комбинации полос частот LTE для CA
Type of CA andduplex type CA configuration Maximum aggregated bandwidth (MHz) Max number of CC Intra-band contiguousFDD CA_7C 40 2 Inter-bandFDD CA_3A_7A 40 1 + 1 CA_7A_20A 30 1 + 1 Это агрегация двух полос в диапазоне 2600 МГц (Band 7 + Band 7), агрегация двух полос в диапазонах 1800 МГц и 2600 МГц (Band 3 + Band 7) и объединение полос в диапазонах 800 МГц и 2600 МГц (Band 20 + Band 7). Список возможных конфигураций расширяется от релиза к релизу, например в 12 релизе появляется возможность агрегировать UL. В будущем российские операторы получат возможность агрегировать полосы из 3 диапазонов, получив, таким образом, комбинации Band 20 + Band 3 + Band 7.
Россия Рассмотрим актуальный вопрос для российских операторов: можно ли использовать Carrier Aggregation для диапазона 800 МГц, чтобы задействовать полностью нестандартную полосу в 7,5 МГц? Ответ — нет. На это есть несколько причин. Во-первых, несмотря на то, что стандарт задает полосы в 1,4 и 3 МГц, для Band 20 (LTE800) они не определены. Во-вторых, агрегация двух полос в Band 20 также не возможна.
Таким образом, в настоящий момент операторы не могут полноценно использовать 7,5 МГц, выданные регулятором. Возможно, это будет доступно в будущем, но сейчас планов по стандартизации полосы в 7,5 МГц нет.
У Carrier Aggregation большой потенциал, но самым главным сдерживающим фактором остается необходимость поддержки мобильными терминалами этого функционала. Причем помимо простой поддержки телефон также должен уметь агрегировать именно наши диапазоны. Ожидается, что в России такие телефоны начнут появляться в конце 2014 — начале 2015.
Что всё это значит? Разгрузка базовых станций. Сейчас, например, очень часто встречается ситуация, когда одна и та же базовая станция работает на передатчиках в диапазоне 800 и 2600 МГц. Все абоненты с новыми устройствами сидят на 2600. 800 почти пустой. Эта простаивающая мощность может быть распределена на абонентов, в качестве дополнительной полосы к их уже открытом соединению. Ускорение мобильного интернета. Учитывая расширение полосы и появление secondary-cell для абонента, будет расти скорость соединения и его стабильность. Особенно — в сложных условиях при загрузке соты. Увеличение проникновения сигнала. Диапазон 800 МГц чисто физически отличается лучшей проникающей способностью, по сравнению с диапазоном 2600 МГц. Так что теперь, внутри помещения, где ранее вы видели только сигнал GSM 900, появляется вероятность поймать сеть LTE 800. Увеличение стабильности соединения. Сейчас абонентов распределят между сотами только в случае перегрузки конкретного диапазона. В LTE-A распределение будет делаться сразу, что позволит существенно оптимизировать нагрузку. Очень грубый пример: было две физических соты со своими интерфейсами, теперь они объединены в одну виртуальную с общим интерфейсом. Что с запуском? Запуск состоялся в Москве. В настоящий момент у вас не получится насладиться всеми прелестями высокой скорости из-за того, что нужны устройства, поддерживающие LTE-A. Мало того, в наших поддерживающие Carrier Aggregation для конкретных российских диапазонов Band 20 (800 МГц) и Band 7 (2600 МГц). К счастью, наши частоты соответствуют европейским стандартам поэтому уже в следующем году можно ожидать появления нужных терминалов.Для запуска LTE-A на базе LTE-сети мы обновили оборудование некоторых базовых станций (сводя передатчики 800 и 2600 диапазонов в один цифровой модуль). В остальных случаях дело ограничилось установкой новых прошивок и апдейтами конфигураций.
Сейчас известен только один телефон с поддержкой LTE-A в нужном нам стандарте — это Samsung Galaxy Alpha, и уже 18 сентября он должен появиться в продаже. По прогнозам, в 2015 году большая часть новых телефонов будет иметь этот функционал «из коробки».
