Технология LTE в смартфонах – развитие, использование и особенности

Практически все современные смартфоны имеют поддержку LTE, но не все знают, что это такое и можно ли отнести ее к разряду преимуществ. Получается примерно такая картина – обзаведясь новомодным телефоном с данной поддержкой, люди не знают как ее применить на практике. Пытаясь разобраться в этом самостоятельно, как правило, сталкиваются с техническим обозначением, включающим массу сопутствующих терминов, а их хитросплетение, вместо объяснения, еще больше запутывает.

Пытаясь вкратце объяснить, чем является по существу LTE, получается следующее – это современный Интернет-стандарт, предназначенный для мобильных устройств. Ещё проще – промежуточное звено, привычных для всех пользователей 3G и 4G, но при этом, не имеет ни к одному из них прямого отношения, только косвенное. Для полного понимая, необходимо разобраться, в чем заключаются эти отличия.

Что такое LTE

Расшифровка аббревиатуры – Long-Term Evolution (Долговременное Развитие), что полностью отражает назначение, но не объясняет его особенностей, и в чем они состоят. При подключении, на экране смартфона появляется значок 4G LTE – это своеобразная подсказка, не более, так как связь между двумя стандартами достаточно размыта. Даже сравнивать 2G, 3G, 4G со стандартом современного развития неправильно, он разработан на платформе GSM/EDGE и UMTS/HSPA. Это обеспечивает возростание пропускной способности и скоростных качеств при подключении к сети, параллельно улучшая ее ядро, достигающихся благодаря отличному от того же 4G радио-интерфейсу. Патент принадлежит консорциуму 3GPP — признанному творцу спецификаций предназначенных для улучшения общих показателей и возможностей мобильной телефонии, в его документации определяется как Release 8.

LTE, по сути, относится к обновленным беспроводным стандартом, использующимся операторами сетей GSM/HSPA и CDMA2000, в этом и состоит главное отличие от 2G и 3G. С ними он попросту не совместим, потому что использует более продвинутые методики цифровой обработки при передаче сигнала и его модуляции. К тому же, работает на различных, отдельных от них частотах, используя разные варианты полос, что могут отличаться в пределах страны или региона его использования. Разница между стандартами становится понятнее, если взглянуть на сравнение, приводящее их основные характеристики:

1. 2G – впервые применен в 2000 г. к настоящему времени безнадежно устарел, широко используется только в технически отсталых регионах с плохим покрытием. Средняя скорость передачи данных — 362 Кб/с, максимальная — 474 Кб/с. Возможности ограничены загрузкой–выгрузкой: изображений в невысоком разрешении, текстовых документов, а также передачей голосовых сообщений.
2. 3G – пришел на смену предыдущему, внедрен в 2010 г., используется повсеместно во многих странах, с плохо развитыми телекоммуникациями, является основным стандартом. Средняя скорость – 1,2-1,7 Мб/с, максимальная — 3 Мб/с. Имеет гораздо большие возможности по сравнению с 2G: неограниченный серфинг в Интернете, просмотр видео в режиме онлайн, поддержка видеосвязи.
3. LTE – стандарт находящийся на стадии широкого распространения и внедрения, с ограниченным доступом в отдалении от крупных городских центров. Средняя скорость передачи данных – 50-100 Мб/с, максимальная – 326 Мб/с. Возможности фактически не ограничены, на примере: загрузка видео в HD-качестве (1,48 Гб) по времени занимает не больше 6-10 минут.

Обзор особенностей технологии

Основные цели, что преследовались при создании LTE – многократное увеличение пропускной способности и скорости, были достигнуты в полном объеме. Способствует этому кардинально новый метод, применимый для цифровой обработки и модуляции, разработанный еще в конце прошлого века, но на практике внедренный лишь 15 лет спустя. Другая поставленная цель – полная реконструкция сетей, направленная на упрощение их архитектуры и переведения на основу IP, для уменьшения задержек при передаче, реализована не в полном объеме. Скорее всего, финальное обновление будет представлено в Release 9, который находится на стадии совершенствования, и пока еще не готовится к выпуску в виде полноценного продукта 3GPP. Возможности 8-го релиза, обеспечивают скорость приема и отдачи, в пределах – 326,4 и 172,8 Мб/с, соответственно, с поддержкой полос пропускаемых частот от минимум 1,4 до максимально 20 МГц. Задержка подключения и передачи, при этом, снижена до показателя — 5 миллисекунд.

Теоретически, радиус действия LTE не ограничен, но на практике это не подтверждается, он всецело зависит от сопутствующих факторов: расстояния источника сигнала, т. е. базовой станции, мощности излучения и радиочастот. Максимальная скорость передачи данных возможна на небольшом удалении, а радиус в 20 км – это абсолютный предел возможности. Для примера можно привести сравнение, включающее расстояние и диапазон частот, необходимые для достижения скорости 1 Мб/с:

1. Работа станции в диапазоне 2600 МГц (применимый большинством российских операторов), способна обеспечить покрытие и указанную скорость, на максимальном расстоянии до 19,7 км.
2. Работа на радиочастоте 1800 МГц (использующийся наиболее часто мировыми операторами), хотя и обладает необходимой емкостью, высокую скорость может предоставить в радиусе 6,8 км.
3. Базовые станции с диапазоном 800 МГц (далеко не самым популярным среди всех операторов), обеспечивают высокую скорость трафика на достаточно большом расстоянии, максимальный радиус действия 13,4 км.

Несмотря на то, что разработчикам стандарта до конца не удалось реализовать его потенциал, модернизация 3G UMTS и работы по упрощению системной архитектуры, имеют положительный результат. В большинстве, это выражено в ее переходе от сложной структуры UMTS цепи, использующей соединение с коммутацией каналов сети, к объединенной и упрощенной инфраструктуре all-IP. А применение беспроводного интерфейса E-ULTRA, ставшего основным, позволило LTE получить следующие особенности и преимущества:

• максимальная скорость приема увеличилась до 299,6 Мб/с, а передачи до 75,4 Мб/с, правда, при наличии антены 4х4 со спектром частот 20 МГц;
• снизилась задержка во время передачи данных, в оптимальных условиях до 5 мс для небольших IP-пакетов, и от 7 до 10 мс для установки соединения с сетью;
• улучшилась мобильная поддержка скорости движения терминала, в зависимости от диапазона частот, она составляет от 350 до 500 км/ч;
• повысились показатели экономии энергии для линий связи – как для нисходящей OFDMA, так и восходящей SC-FDMA;
• возросла поддержка систем связи – в равной степени и TDD, и FDD, включая и полудуплексную, с единой технологией радиодоступа;
• заметно повысилась гибкость спектра частот для 1,4, 3, 5, 10, 15 и 20 МГц, со стандартизацией ширины соты;
• возросла поддержка минимального размера соты, в нижних диапазонах (Фемтосоты) до 100 км, в верхних (2,6 ГГц) до 30-50 м;
• возможность использования для подключения, при помощи устаревших стандартов GSM, UMTS, CDMA2000 за пределами зоны покрытия LTE.

Технологии FDD и TDD

В FDD и TDD заключены основные характеристики сети, с указанием применимых методов разделения каналов – на принимающие и передающие, между мобильным устройством и источником сигнала. Обе технологии, независимо друг от друга, разделяют встречные потоки передачи данных, не допуская их смешивания и пересечения каналов связи. Понять для чего они нужны, несложно, на простом примере: LTE без FDD и TDD – это скоростной автобан со встречным движением. Без этих технологий, он не в состоянии полноценно функционировать. Описывать в связке их применение не очень удобно, у каждой свое назначение, поэтому следует рассматривать их по отдельности.

Технология FDD

Frequency Division Duplexing (дуплексирование с частотным разделением) – радиоканал, при разделении потоков данных, использующий совершенно разные, никак не связанные между собой и непересекающиеся частоты. Благодаря этой особенности, прием и передача могут происходить одновременно, а встречные потоки при этом, никак не мешают друг другу, отсутствуют помехи и это не отражается на пропускной способности FDD. В момент, когда оба канала находятся в активной фазе, сети сохраняют минимальную задержку сигнала и высокую скорость. Технология частотного разделения, обладая рядом преимуществ, применяется большей частью у российских и зарубежных операторов.

Технология TDD

Time Division Duplexing (дуплексирование с временным разделением) – это радиоканал, применяющий одну частоту для разделения потоков данных на входящие и исходящие. Чтобы не допустить их смешивание, предусмотрено 2 разных режима, использующихся поочерёдно в разное время. В определенный момент, в зависимости от активного режима, и для смартфона или планшета, и для базовой станции доступна только одна из функций. Использование одного канала и для приема и для передачи ограничивает пропускную способность TDD, в этом плане, технология намного уступает FDD функционально.

Существует возможность установки ассиметричных отрезков по усмотрению оператора, по причине преобладания передаваемых объемов над принимаемыми, такие меры направлены на повышение пропускной способности. Но в этом есть и негативная сторона – ассиметричные отрезки вызывают задержки симметричной связи. Актуально применение TDD в условиях ограниченности действия частотного диапазона, для обеспечения связью большого числа пользователей, сосредоточенных на небольшой территории.

Положение LTE в России

История использования сети LTE среди российских абонентов началась в Новосибирске, в конце 2011 г., когда Yota официально запустила более 60 базовых станций. До того, как это произошло, осуществлялась работа в тестовом режиме, услуги были доступны местным жителям совершенно бесплатно при наличии соответствующего USB-модема. Следующим из операторов, предоставившим абонентам подключение к новой технологии, стал Мегафон, запустивший ее весной 2012 г. Интересно, что первыми подключили опять-таки жителей Новосибирска, а для москвичей оно стало доступно только спустя 3 недели. На текущий момент, зона покрытия сети LTE охватывает территорию, где проживает около 70% населения страны, но используют ее только 2/3. В целом ситуация нестандартная, если учесть, что уровень покрытия кардинально отличается, в зависимости от конкретного оператора, и в большинстве подключение остается доступным лишь в пределах административных центров отдельно взятых регионов.

По состоянию на конец 2016 г. на всей территории РФ насчитывалось 111500 базовых станций, тогда как годом ранее их было 72200, за 12 месяцев количество их увеличилось почти на 55%. Почти половина станций LTE сосредоточена в Центральном регионе – 41000, наименьшее число в Дальневосточном регионе, где их ровно в 10 раз меньше. В настоящее время наблюдается полноформатная модернизация, особенно в части перехода с CSFD на VoLTE, правда, запуск нового подхода производится пока еще в тестовом режиме. Ситуация усложняется использованием каждым из операторов разных частот и типов радиоканалов. Однако есть надежда, что после заключения договора между МТС и Билайн, о совместной деятельности в развитии технологии, их примеру последуют и другие. Такое сотрудничество необходимо, переход на технологию LTE происходит повсеместно в мире, например, в Южной Корее ее уже используют 97% абонентов, в соседнем Казахстане 81%, в этом он занимает 7-е место, Россия с показателем 49%, только 54-я в рейтинге.

Поддержка LTE мобильными устройствами

Современные гаджеты, как смартфоны, так и планшеты, в подавляющем большинстве, рассчитаны на высокоскоростное соединение с сетью Интернет – это обязательный стандарт. Для них в равной степени важна видеосвязь, просмотр видео в высоком разрешении и прочие проекты, связанные с обменом данных, в этом и заключена степень их функциональности, отраженная в стоимости мобильных устройств.

Бывший диковинкой не так давно 3G, постепенно уходит в прошлое, на фоне молниеносного развития технологий, он уже не отвечает многим требованиям и бывает не в состоянии обеспечить необходимую скорость соединения. Возможность поддержки технологии LTE, заложена в самих смартфонах, планшетах и других гаджетах, это главное и единственное условие для подключения к новому стандарту. В чем она заключается следует рассмотреть детальнее, чтобы понять соответствует ли устройство установленным требованиям.

Характеристики мобильных устройств

Необходимые характеристики гаджетов для подключения, заключаются в основном, в их скоростных особенностях, осуществляющих поддержку нового формата. Выражены они в следующих показателях отдельно взятого устройства:

1. Требуемая скорость приема информации, должна соответствовать минимально допустимой норме, зафиксированной на уровне не менее 100 Мб/с. Такой показатель способен гарантировать загрузку видеофайлов в высоком разрешении, качественное онлайн-вещание при использовании видеосвязи. В подобных условиях, исключается задержка в момент передачи данных, при загрузке или подключении.
2. Любые действия в Интернете, подразумевают кроме загрузки информации, также и ее выгрузку, когда происходит обмен данными. Недостаточная скорость нарушит общую работу и качество связи. Эта сторона имеет не меньшее значение, поэтому устройство должно обеспечивать скорость передачи, не меньше 50 Мб/с.
3. Ещё одно немаловажное требование к устройству – удовлетворительные скоростные показатели обмена данными непосредственно с сетью. В этой части, требования достаточно высоки, для загрузки установлен показатель – минимум 300 Мб/с, для выгрузки – минимум 170 Мб/с.

Преимущества подключения

Вполне очевидно, что высокая скорость Интернет-соединения на мобильных устройствах, имеет большое значение для всех без исключения пользователей. Вряд ли кому-нибудь по нраву бесконечная загрузка или передача не отличающихся большим объемом файлов, в чем бы они ни выражались. А высокая скорость, предоставляемая технологией ЛТЕ, это практически неограниченные возможности в сети:

1. Быстрая загрузка видео, как для просмотра, так и для его скачивания, исключающая всякие задержки и дозагрузки. В более широком понятии, использование нового стандарта многократно увеличивает скорость передачи данных, недоступную для сетей 3-го поколения, вот что действительно важно.
2. Использование в работе всевозможных частот и полос, еще одно преимущество достойное внимания, также недоступное 3G формату. Благодаря этому, намного расширяется зона покрытия, позволяющая всегда находиться в режиме доступа, будучи в местах, где нет соединения даже с распространенными мобильными сетями.
3. Поддержка LTE автоматически превращает смартфон с миниатюрный Wi-Fi роутер, способный, тем не менее, полноценно раздавать Интернет-трафик на другие устройства, причем не только мобильные. Располагая должным объемом, к сети, посредством телефона вполне можно подключить ноутбук или даже компьютер, потребуется лишь сопутствующий адаптер.

Недостатки новой технологии

Не обошлось здесь и без недостатков, но они немногочисленны, и в большинстве либо надуманны и относятся к разряду мистификаций, либо исчерпаны, путем модернизации и совершенствования технологии. А потому, даже озвучивать их нет смысла, так как на текущий момент они не актуальны.

LTE в iPhone

Между ними существует историческая связь – первым смартфоном, в который была заложена поддержка новейшего по тем временам стандарта, был iPhone 5-й модели, правда были варианты и не включавшие его поддержку. Но все последующие продукты от Apple неизменно ее содержат. Кроме того, «яблочное» семейство снабжено высокочастотными LTE-модемами на базе Intel или в другой комплектации от Qualcomm. Единственное неудобство в том, что на территории РФ, они работают исключительно в диапазоне 1800 МГц, но список частот в настоящее время расширяется.

4G и LTE – в чем разница

При всех достоинствах нового формата, следует признать превосходство 4G по некоторым пунктам. Они относятся к одному поколению, их часто сравнивают и сопоставляют, но не путают между собой, потому что это далеко не одно и то же. В чем заключается преимущество 4G над LTE:

• более высокая скорость выгрузки данных;
• пропускная способность до 1 Гб, в то время как у оппонента до 150 Мб;
• значительное превосходство в части скорости приема.

Может быть, в чем-то ЛТЕ и уступает 4G в смартфоне, но его нельзя отнести к менее развитым. Достаточно будет просто посмотреть статистику, чтобы убедиться в том, что постепенно весь мир переходит на этот стандарт. С чем это связанно, описано выше, а главный посыл содержится в самом его названии – долговременное развитие. И этим все сказано.