Dr-74.ru

IT, софт и программы
21 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пропускная способность 4g

Пропускная способность 4g

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.

Частоты LTE

Сети LTE (FDD и TDD) работают на разных частотах в разных странах. Во многих странах эксплуатируются сразу несколько частотных диапазонов. Стоит отметить, то 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.

Частоты LTE в России

Приведём список частотных диапазонов сетей 4G LTE в России операторов «большой четвёрки» (данные на конец 2019 года). Существуют также региональные сети 4G LTE местных операторов, работающих в других частотных диапазонах, однако в рамках данной статьи мы их рассматривать не будем.

Частотное распределение каналов сотовой связи в России

Скорость 4G LTE

Самым главным критерием, который особенно интересует абонентов, т.е. пользователей сетей 4G LTE, является скорость передачи данных. А скорость прежде всего зависит от ширины (полосы) частотного диапазона того или иного оператора, а так же типа дуплекса, используемого в сети.

  • полоса 5 МГц — 37 Мбит/с на получение и 12 Мбит/на передачу
  • полоса 10 МГц — 75 Мбит/с на получение и 25 Мбит/на передачу
  • полоса 15 МГц — 112 Мбит/с на получение и 37 Мбит/на передачу
  • полоса 20 МГц — 150 Мбит/с на получение и 50 Мбит/на передачу

Данные показатели характерны для сетей LTE cat.4, которые в данный момент наиболее распространены.

В сетях LTE-Advanced (LTE cat.6, LTE cat.9 и т.д.) происходит агрегация, т.е. суммирование полос на разных частотных диапазонах, таким образом достигается существенный прирост скорости 4G LTE. К примеру, если сложить полосу 10 МГц из одного диапазона и полосу 20 МГц из другого диапазона, получим полосу 30 МГц и скорость 225 Мбит/с. В некоторых странах уже сейчас работают агрегации до четырёх полос, что даёт скорость до 600 Мбит/с и выше. Это огромная скорость передачи данных для беспроводных сетей. Подробнее о реальной скорости интернета в сетях 4G LTE в нашей статье.

Перспективы 4G LTE

Несмотря на то, что стандарт 4G LTE появился уже несколько лет назад, во многих регионах нашей страны до сих пор нет даже сетей 3G. Так что ещё есть куда расти. В мире тестируют сети уже 5-го поколения (5G), но в реальных условиях сети 4G LTE ещё долго будут господствовать, благо операторы их активно развивают.

Во многих случаях 4G интернет является не только альтернативной проводному подключению, но и безальтернативным единственным вариантом, в том числе экономически целесообразным. Отдалённые объекты, прокладка провода к которым связана с определёнными сложностями или риском, а иногда и вовсе невозможна, тоже нуждаются в подключении к сети Интернет. Зачастую возможно подключить 4G интернет даже там, где покрытие сетей LTE отсутствует. Для этого используются специальные 4G антенны, которые ловят и усиливают сигнал 4G LTE. Чтобы правильно подобрать антенну, надо знать, сеть какого оператора необходимо поймать, на какой частоте она работает, а также в каком режиме дуплекса (FDD или TDD). Наши специалисты определят тип сигнала, замерят его параметры, подберут соответствующее оборудование для обеспечения быстрого и стабильного выхода в Интернет через сеть 4G LTE.

Читать еще:  Связь 4g lte что это

Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи

Параметры, влияющие на скорость стандарта LTE и способы их оценки

Скорости, которые может обеспечить технология LTE в нисходящем и восходящем каналах (от базовой станции к мобильному устройству и обратно), зависят от множества важных параметров – метод дуплексирования каналов, имеющийся диапазон частот, вид модуляции поднесущих, метод помехоустойчивого кодирования данных, использования технологий MIMO, затраты ресурсов на управление, длительность циклических префиксов и другие.[1]

Предварительные оценки параметров планируемой сети стандарта LTE могут производиться в трех сценариях, как показано на рис.1: отдельное соединение (Single-Downlink, отдельная сота со многими пользователями (Single-Cell Multi-User), много сот со многими пользователями (Multi-Cell Multi-User);

Рис. 1. Сценарии для оценки параметров планируемой сети стандарта LTE

Single-Downlink- сценарий, в котором оценивается только одно нисходящее соедине­ние между базовой станцией и абонентским оборудованием одного пользователя. С точки зрения планирования позволяет исследовать параметры служебных и пользовательских каналов, а также эффективность алгоритмов MIMO.

Single-Cell Multi-User — сценарий, в котором оцениваются соединения с потенциально активными пользователями в пределах одной соты. Позволяет дополнительно исследовать параметры радиосети с учетом внутрисотовой загрузки и процедур планирования радио ресурсов, а также эффективность многопользовательских режимов MIMO.

Multi-Cell Multi-User — сценарий, в котором оцениваются основные параметры все сети. Позволяет исследовать все параметры реальной радиосети с учетом внутрисистемных помех от смежных сот.[2]

OFDMA и SCFDMA

Принципиально новым решением для радиоинтерфейса LTE стало использование новых методов множественного доступа – OFDMA в нисходящем канале (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) и SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) – в восходящем. Важно, что весь имеющийся спектр разбивается на ортогональные поднесущие по 15 кГц (в нисходящем канале), каждая из которых в свою очередь модулируется определенным видом модуляции (от QPSK до QAM64). 12 поднесущих – минимальная полоса, выделяемая для одного абонента. Использование многопозиционных методов модуляции требует каналов с высоким уровнем отношения сигнал/шум, ухудшение же радиоусловий приведет к снижению порядка модуляции, а, соответственно, и скорости передачи данных. Таким образом, при плохих радиоусловиях максимальные скорости передачи данных в нисходящем канале можно смело разделить на 3 (при QPSK одновременно передаются 2 бита информации, при QAM64 – 6 бит).

Помимо порядка модуляции важно принимать во внимание и схему помехоустойчивого кодирования. Например, кодирование со скоростью ½ еще в 2 раза снижает скорости передачи данных.[1,3]

Масштабируемость ширины частотного канала в LTE

Важнейшей особенностью сетей LTE является масштабируемость занимаемого ими частотного спектра от 1.4 до 20МГц (возможные полосы — 1.4, 3, 5, 10, 15 и 20 МГц), которая способствует быстрому внедрению технологии в условиях ограниченности радиоресурсов. Очевидно, что, чем шире полоса, тем больше будут скорости. Ниже в таблице 1 приведены соотношения между шириной полосы и количеством поднесущих и ресурсных блоков ( ресурсный блок – это 12 поднесущих в частотной области и один тайм-слот или 7 OFDM-символов во временной области).

Расчет скорости передачи данных в LTE

Общая информация

Перед тем как расчитывать скорость передачи данных в сети LTE рассмотрим основные параметры, которые на нее влияют. К таким параметрам относятся следующие:

  • Ширина канала (bandwidth)
  • Качество канала, то есть в каких радиоусловиях находится абонент
  • Загрузка сети (то есть сколько активных пользователей в сети и сколько данных они передают).

Теперь рассмотрим каждый из этих параметров подробнее.

  • Ширина канала. Согласно 3GPP спецификациям ширина канала в сети LTE может быть 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 МГц. Чем больше ширина канала, тем более высокие скорости передачи данных можно достичь. Весь доступный диапазон разбивается на ресурсные блоки (Resource Blocks, RB). Ниже приводится таблица для определения количества доступных ресурсных блоков в зависимости от ширины канала.

    Качество канала. Радиоусловия, в которых находится абонент, существенным образом влияют на скорости передачи данных. Чем лучше радиоусловия, тем более высокие скорости передачи. Базовая станция (БС) выбирает кодово-модуляционную схему (MCS — Modulation and Coding Scheme) в зависимости от текущих радиоусловий. Чем выше кодово-модуляционная схема, тем больше данных (бит) может быть передано в единицу времени. Мобильная станция (МС) измеряет качество канала и отправляет CQI (Channel Quality Indicator) базовой станции. Используя эту информацию, БС выбирает кодово-модуляционную схему для передачи согласно следующей таблице.

    Так же в зависимости от радиоусловий могут использоваться различные многоантенные технологии (MIMO — Miltiple Input Multiple Output), например, MIMO 2×2 или MIMO 4×4. Эти технологии позволяют увеличить скорости передачи данных практически в два раза или в четыре, соответственно.

  • Загрузка сети. Все доступные радиоресурсы разделяются между пользователями, которые находятся в сети. Соответственно чем больше в сети активных пользователей, тем меньше радиоресурсов достается одному пользователю. Следует отметить, что распределение ресурсов также зависит от приоритета пользователей и текущих соединений.

Расчет пропускной способности в LTE

Для расчета пропускной способности сети LTE необходимо выполнить следующие шаги:

  1. Определяем/задаем ширину канала. Это может быть 1.4, 3, 5, 10, 15 или 20 МГц. Затем, используя это число, определяем количество ресурсных блоков по таблице выше.
  2. Определяем/задаем качество радиоканала. Для расчета пропускной способности нам нужно определить номер модуляционно-кодовой схемы (MCS Index). Номер модуляционно-кодовой схемы зависит от состояния радиоканала. В LTE обычно этот номер определяется значением CQI (Channel Quality Indicator). Однако, таблица для пересчета CQI в номер модуляционно-кодовой схемы задается производителем оборудования и является закрытой информацией. Так как в нашем расчете мы расчитываем максимальную скорость передачи данных, предполагаем наилучшие радиоусловия. Далее используем следующую таблицу.

где TBS означает Transport Block Size, то есть размер транспортного блока. Этот размер определяет какое количество данных (в битах) может быть передано в одном TTI (=1 мсек).

  • И последний шаг это посмотреть в таблицу с размерами транспортных блоков, чтобы определить сколько бит может быть передано в одном 1 TTI (для этого нужно будет также количество ресурсных блоков), и умножить число из таблицы на 1000, чтобы получить бит/с.
  • Пример

    Предполагаем, что в нашей сети находится только один абонент, ширина канала у нас 20 МГц и идеальные радиоусловия (такие предположения позволяют получить максимальную скорост передачи данных в сети LTE), далее
    Количество ресурсных блоков при нашей ширине канала = 100
    MCS Index = 28 и TBS Index = 26

    Используя эти числа, получаем TBS = 75376 бит. Скорость передачи = 75376 * 1000 = 75.376 Мбит/с. Предположим, что также используется MIMO 2×2. Отсюда получаем 75.376*2 = 150.752 Мбит/с. Следует отметить, что в стандарте 3GPP есть отдельные таблицы размеров транспортных блоков для случаев с использованием MIMO.

    Категории 4G LTE оборудования

    Что такое 4G LTE

    3G(UMTS) сети сами по себе уже являлись довольно продвинутой технологии и их поздние версии 3,75G с поддержкой технологий HSPA+ были фактически предтечей нового вида связи четвертого поколения 4G. В конечном итоге основным стандартом 4G стала связь LTE, которая затем была усовершенствована до LTE advanced. Для LTE advanced были озвучены следующие требования: стандарт скорости для движущихся объектов более 100 Мбит/с, для стационарных более 1Гбит/с. В отличие от своих предшественников благодаря новому радиомодулю LTE поддерживает уже не 2-3 основных частоты, а целую частотную полосу от 1,4Мгц до 20МГц. Каналы стали более широкополосными, а новые типы модуляции сигнала и протокол передачи данных который стал полностью цифровым (включая голос) обеспечили более высокую скорость.

    Сравнительная таблица GPRS, 3G, 4G сетей

    Стандарт сетиТехнологияМодуляцияСкорость передачи данных (макс.) к абоненту/от абонентаПолоса сигнала, МГц
    GSMGPRSGMSK20/20 кбит/с0,2
    EDGE8PSK59,2/59,2 кбит/с0,2
    UMTSR99 WCDMAQPSK384/384 кбит/с5
    HSDPA16QAM/QPSK14,4/5,76 Мбит/с5
    HSPA+64QAM/16QAM21/11,5 Мбит/с5
    DC HSPA+64QAM/16QAM42/23 Мбит/с10
    LTEMIMO 2264QAM150/75 Мбит/с20

    Для оборудования 4G сетей выделено около 70 стандартных диапазонов частот, так называемых BAND.

    Используемые в России.

    3 в диапазоне 1800 МГц FDD; 7 в диапазоне 2600 МГц FDD; 20 в диапазоне 800 МГц FDD;

    31 в диапазоне 450 МГц FDD; 38 в диапазоне 2600 МГц TDD.

    Таблица BAND используемых сотовыми операторами в России

    ОператорЧастотный диапазон (UL/DL), МГцШирина канала, МГцТип дуплексаНомер в 3GPP
    1Yota (Мегафон)2500-2530 / 2620-265030FDDBand 7
    2Мегафон2530-2540 / 2650-266010FDDBand 7
    3Мегафон2575-259520TDDBand 38
    4МТС2540-2550 / 2660-267010FDDBand 7
    5МТС2595-261520TDDBand 38
    6Билайн2550-2560 / 2670-268010FDDBand 7
    7Ростелеком/Теле22560-2570 / 2680-269010FDDBand 7
    8Ростелеком/Теле2832-839.5 / 791-798.57.5FDDBand 20
    9МТС839.5-847 / 798.5-8067.5FDDBand 20
    10Мегафон847-854.5 / 806-813.57.5FDDBand 20
    11Билайн854.5-862 / 813.5-8217.5FDDBand 20
    12МТС2595-262025TDDBand 38
    13Теле2453-457.4 / 463-467.44.4FDDBand 31

    Обозначения FDD и TDD обозначают виды обработки сигнала FDD это Frequency Division Duplex (частотный разнос входящего и исходящего канала), TDD – Time Division Duplex (временной разнос входящего и исходящего канала). В данном случае если мы имеем ширину канала в 20 МГц в FDD LTE, часть диапазона частот (15 МГц) отдаётся для приема, а часть (5 МГц) для передачи сигнала. Каналы не пересекаются по частотам и обеспечивается стабильная загрузка и выгрузка данных. TDD LTE полностью отдаёт полосу на прием и передачу, но данные передаются поочередно, при этом больший приоритет получает прием данных.

    По статистике самый распространённый LTE диапазон в нашей стране 1800 МГц и потому следует покупать репитер 4G сигнала именно на эту частоту.

    Категории 4G LTE

    Так как диапазон используемых частот достаточно велик, и практически каждый год придумываются усовершенствования для приемного и передающего оборудования (новые типы модуляции, поддержка агрегации частот и многое другое), для стандартизации оборудования были введены специальные категории. Суть этих категорий достаточно проста – выше категория, значит выше скорость приема и передачи. Наиболее широко используемыми на сегодняшний день являются категории CAT3-CAT4. Это означает что максимально достижимая скорость мобильного интернета на прием (DownLink) может составлять 150 Мбит/секунду, на передачу (UpLink) – 50 Мбит/с. Для обычного пользователя знание категории оборудования LTE на данный момент весьма немаловажный фактор, т.к. многие новые устройства (те же мобильные телефоны или роутеры) аппаратно могут просто не поддерживать необходимую скорость обмена данными. На сегодняшний день в большинстве новых моделей телефонов, модемов и роутеров поддерживающих стандарт LTE обычно указывают номер категории. Оговоримся что на сегодняшний день устройства 5-6 категории только начинают появляться на рынке. Хотя на самом деле категорий уже 16 и они еще будут добавляться приведем здесь таблицу для 14 основных категорий.

    Как видно из таблицы начиная с категории 6 (cat.6) устройства уже имеют новый стандарт LTE-A (Advanced). LTE-A это практически тот же самый LTE поддерживающий так называемую агрегацию частот. Агрегация частот позволяет смартфону, роутеру, модему работать сразу на нескольких частотах одновременно этим самым расширяя канал приема и передачи информации. В данном случае устройство подключается сразу к нескольким BAND-ам которые обслуживает оператор. Соответственно это будет возможно если роутер или телефон аппаратно поддерживает стандарт LTE-A.

    Так что на сегодняшний день, теоретическая скорость интернета в сетях 4G LTE от 1Gb и выше ограничивается в основном выпускаемым оборудованием, т.е. производителям еще только предстоит догнать существующие стандарты. А на подходе уже 5G, но об этом мы поговорим немного позже.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector
    ×
    ×