МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ордена трудового Красного Знамени Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» Кафедра «Сетевые информационные технологии и сервисы» Задание по дисциплине «Введение в информационные технологии» на тему: «Сети LTE (4G)» Выполнил студент Группа: ФИО: Москва, 2021 Оглавление Введение. ............................................................................................................................. 3 1. Что такое LTE. ............................................................................................................ 4 2. Характеристики сетей LTE ...................................................................................... 5 3. Сравнение 3G и 4G. ...................................................................................................... 6 4. Список LTE-частот, на которых работают российские сотовые операторы. ..... 7 5. Сети 4G LTE в России. ............................................................................................... 8 6. Верхние и нижние частоты. ..................................................................................... 9 7. Основные режимы LTE. ............................................................................................ 10 8. Технология LTE-advanced (4G+) ............................................................................... 11 9. Скорость 4G .............................................................................................................. 12 10. VoLTE - поддержка голосовых вызовов по LTE.................................................... 13 Заключение........................................................................................................................ 15 Список используемой литературы: ................................................................................. 16 2 Введение. По мере роста пользователей мобильного интернета и постоянно возрастающей потребности иметь возможность мобильного широкополосного доступа (ШПД) не только в домашних условиях или, скажем на рабочем месте, а в любой точке нахождения современного пользователя интернета, мобильный ШПД становится с каждым днем более распространенным. Люди, которые привыкли идти в ногу с развитием технического прогресса, уже сегодня могут использовать интернет или работать с электронной почтой прямо с ноутбуков, с поддержкой технологии HSPA, а также обмениваться мультимедийным контентом (фото, видео, музыка) с телефонов в которых поддерживается технология 3G. С появлением технологии LTE, пользоваться такими услугами стало намного удобнее и комфортнее. В сетях, построенных на технологии LTE, появились и другие услуги, которые очень зависят от ширины канала связи. Из таких услуг можно выделить, например, онлайн-игры, мобильный видео-блоггинг, интерактивное ТВ, или какие-то профессиональные услуги. Переход на стандарт LTE принес важные преимущества как для абонентов так и для операторов предоставляющих услуги мобильного ШПД. 3 1. Что такое LTE. LTE (англ. Long-Term Evolution, — «долговременное развитие», часто обозначается как 4G LTE) — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на сетевых технологиях GSM/EDGE и UMTS/HSPA, увеличивая пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети. Стандарт был разработан 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) и определён в серии документов Release 8, с незначительными улучшениями, описанными в Release 9. LTE является естественным обновлением как для операторов с сетью GSM/UMTS, так и для операторов с сетью CDMA2000. В разных странах используются различные частоты и полосы для LTE, что делает возможным подключать к LTE-сетям по всему миру только многодиапазонные телефоны. Хотя маркировка 4G используется сотовыми операторами и производителями телефонов, LTE (как указано в серии документов консорциума 3GPP Release 8 и Release 9) не удовлетворяет техническим требованиям, которые консорциум 3GPP принял для нового поколения сотовой связи, а также требованиям, которые были первоначально установлены Международным союзом электросвязи (в спецификации IMT Advanced). Официальный логотип. 4 2. Характеристики сетей LTE Производительность и пропускная способность — одно из требований LTE заключается в обеспечении пиковой пропускной способности обратного канала не менее 100 Мбит/с. Технология предусматривает поддержку скорости обмена данными более 300 Мбит/с, однако шведы уже продемонстрировали нам следующий этап развития LTE — с теоретически возможной пиковой пропускной способностью до 1,2 Гбит/с. Простота — поддерживаются гибкие варианты полосы пропускания с несущей частотой от 1,4 МГц до 20 МГц и дуплексная передача с разделением по частоте (FDD *) и по времени (TDD *). Задержка передачи данных в LTE меньше, чем в существующих технологиях 3G. Это преимущество является очень важным для обслуживания интерактивных сред с эффектом присутствия (например, многопользовательских игр) и обмена большими объемами медиаконтента. Разнообразие устройств — кроме мобильных телефонов и периферийных устройств, встроенными LTE-модулями планируется оснащать многие компьютерные и бытовые электронные устройства. Это ноутбуки, планшеты, игровые приставки и set-top box-ы, видеокамеры и другие портативные устройства. * При использовании TDD (Time Division Duplex) вся полоса попеременно отдается на загрузку или выгрузку данных. При использовании FDD (Frequency Division Duplex) входящий и исходящий трафик разделены частотно, загрузка данных идет на одной частоте, а выгрузка на другой. 5 3. Сравнение 3G и 4G. На фоне третьего поколения преимущества четвертого выглядят крайне выразительно: 4G обеспечивает скорость в разы выше, чем аналогичные решения третьего поколения (пиковая скорость – 42-63 Мбит/с против 1 Гбит/с). Еще – предлагает меньший отклик, спасающий в ситуациях, когда важно действовать еще и быстро и с меньшими потерями. Разница в реализации – 4G основана на пакетной передаче данных, а 3G на коммутации каналов. Поддержка технологии VoIP и наличие интеграции с E-Ultra. Сигнал в разы стабильнее даже при смене географического местоположения. Несмотря на ощутимые преимущества важно помнить и о недостатках. Новый виток развития технологий беспроводной мобильной связи подразумевает смену сетевого оборудования и дополнительные расходы на обслуживание. Из-за несовместимости способов передачи данных, более высокого пикового битрейта и изменившихся частот – операторам и провайдерам приходится больше инвестировать в аппаратное обеспечение. Но, как подсказывает динамика распространения четвертого поколения, резкий отрыв от 3G предвидится еще нескоро. Многие страны до сих пор заинтересованы в эксплуатации промежуточных технологических решений и не спешат вкладывать бюджет в приближающиеся открытия. А потому и заранее определить, что лучше сложно: абоненты заинтересованы в скором и повсеместном переходе на 4G или LTE, а вот операторы и инвесторы даже от 2G бы никогда не отказывались. 6 4. Список LTE-частот, на которых работают российские сотовые операторы. 4G-сети каждого отечественного оператора располагаются в определённом частотном диапазоне. Представленная таблица содержит сведения о ЛТЕ бендах (от англ. Band), которые поддерживаются в нашей стране: Табл. 1 Представленные в таблице 1. бенды используются каждым сотовым оператором. Необходимо отметить, что данные частотные диапазоны постоянно расширяются, что позволяют провайдерам обеспечить интернет-соединением большее количество пользователей. В некоторых случаях операторы объединяются для строительства сотовых вышек: подобное соглашение заключили в 2016 году Beeline и Megafon. Другим примером сотрудничества стал договор между Билайн и MTS, в соответствии с которым операторы используют общие частоты на территории некоторых субъектов РФ. Приобретение бендовых частот происходит путём открытых торгов, на которых провайдеры покупают право транслировать свой сигнал по определённым каналам. МТС, к примеру, потратил 4 миллиарда рублей на диапазон 2500 МГц, распространённый во всей Российской Федерации кроме Московской области и Крыма. Tele2 первым запустил 4G в Калининградской области и ряде других субъектов нашей страны на частоте 450 МГц. 7 5. Сети 4G LTE в России. Теперь вы можете ознакомиться с таблицей 2, в которой представлены актуальные характеристики сетей четвёртого поколения в Российской Федерации. Табл.2 8 6. Верхние и нижние частоты. С финансовой точки зрения, развитие LTE-сетей на нижних частотах (менее 2000 МГц) наиболее выгодно для операторов. Такие частоты лучше проникают в здания, но не способны обеспечить скоростным подключением территории с высокой плотностью населения. Функции верхних частот противоположны функциям нижних, поэтому оптимальным вариантом качественного соединения является комбинация обоих частотных каналов, позволяющая избавиться от «теневых» участков на больших пространствах. Также в мегаполисах существует тенденция устанавливать на крышах офисных зданий специальные приборы, способствующие распространению скоростной сети внутри помещений. 9 7. Основные режимы LTE. LTE-стандарт разделяется на два вида: TDD и FDD. Первый подразумевает временное (от англ. Time) разделение сигнала, а второй — частотное (от англ. Frequency). FDD является более удобным режимом связи, так как, с точки зрения повседневного использования, работает стабильнее. Частоты 4G/LTE2500 Разница между данными понятиями заключается в способе загрузки и выгрузки данных. Благодаря FDD происходит параллельная обработка входящего и исходящего интернеттрафика. Представьте, что пользователь смотрит видео на YouTube и одновременно с этим отправляет в облачное хранилище целый альбом фотографий. Просмотр видео будет считаться download-операцией, а отправка фото — upload, и в FDD-режиме гаджет распределяет обе операции по разным частотным каналам. Например, LTE от российского Мегафона работает на частоте 17 МГц, 11 из которых могут использоваться для загрузки контента, а остальные 6 — для выгрузки. Раздельная обработка трафика увеличивает стабильность скорости каждого отдельного процесса, обеспечивая тем самым более качественное соединение. TDD обрабатывает трафик последовательно. Иными словами, по тем же 17 МГц будет осуществляться и загрузка, и выгрузка данных — но уже без разделения, а поочередно в одном канале. Недостатком такого режима являются возможные «скачки» скорости. 10 В настоящее время российские сотовые операторы стремятся комбинировать работу TDDи FDD-станций. Объединяя режимы в одну сеть, провайдеры увеличивают общую скорость подключения. 8. Технология LTE-advanced (4G+) LTE-advanced представляет собой «продвинутую» 4G-сеть и обозначается российскими операторами 4G+. Хотя такое название подчёркивает увеличение скорости нового стандарта, оно не является верным, так как LTE-A по своим реальным показателям является обычным 4G. То, что называется в России 4G, значительно уступает номинальным стандартам сетей четвёртого поколения. Преимущество advanced-стандарта заключается в суммировании всех частот, принадлежащих сотовому оператору, что снижает коэффициент «проседания» в канале передачи данных. Благодаря слиянию нескольких диапазонов band 7 в один Megafon сумел увеличить теоретическую скорость соединения до 300 Мбит/с. Если же к частотам band 7 прибавить частоты band 3, то быстрота передачи данных составит 450 Мбит/с (40 МГц + 20 МГц = 300 Мбит/с + 150 Мбит/с). К сожалению, реальная пропускная способность advanced-каналов ниже заявленной и соответствует лишь номинальным стандартам 4G. Использовать различные частотные каналы может любой сотовый оператор, обладающий соответствующей лицензией и необходимым оборудованием. Сейчас наблюдается тенденция расширения пропускной способности каналов, объемы которой как раз зависят диапазона частот. Также стоит отметить, что для поддержки LTE-A устройство пользователя должно обладать специальными техническими характеристиками. 11 9. Скорость 4G Стоит понимать, что реальная скорость соединения почти всегда отличается от номинальной. В теории не учитываются такие факторы, как ландшафт, удаленность сотовых станций или пребывание пользователя в здании, — подобные условия создают помехи подключению и значительно снижают его качество. Быстрота передачи данных также зависит от загруженности оператора: чем больше пользователей имеют доступ к сетям четвёртого поколения, тем ниже показатели скоростных качеств. Скорость интернет-соединения в беспроводных сетях определяется шириной диапазона частот, а также реализацией дуплекса связи. Данные характеристики зависят от оператора. Хотя некоторые провайдеры гарантируют показатели в 300 Мбит/с, в среднем реальная скорость составляет всего 75 Мбит/с (Tele2, MTS и Билайн). Уже упомянутый тандем Beeline и Megafon недавно начал переход к стандарту LTE-advanced, который позволил увеличить скорость до 160 Мбит/с в некоторых точках покрытия. Сейчас такой стандарт представлен в Москве и Санкт-Петербурге, но регионам его ждать придётся долго: тотальное распространение 4G+ по всей территории России сейчас невозможно по двум причинам. Первая заключается в стоимости требуемого оборудования, а вторая (вытекает из предыдущей) — в том, что при увеличении зоны покрытия будет расти нагрузка на уже имеющиеся сотовые вышки, то есть средний показатель скорости будет только уменьшаться. Так как быстрота соединения зависит от ширины частотного диапазона, можно сказать, что сегодня в наиболее выгодном положении находится Мегафон, который после поглощения Yota к собственным частотам добавил каналы приобретённой компании. Теоретически сеть Megafon может работать на канале в 40 МГц и разгоняться в режиме FDD до 300 Мбит/с, но, так как часть канала отдаётся абонентам дочерней Йоты, реальная скорость составляет примерно 100 Мбит/с. 12 Если сравнивать сети третьего и четвёртого поколений, то у последних скорость в несколько раз больше: средние 80 Мбит/с против максимальных 3 Мбит/с. HSPA+ смогла разогнать 3G до 45 Мбит/с, но данные показатели все равно отстают от 4G. 10. VoLTE - поддержка голосовых вызовов по LTE Сети LTE полностью основаны на IP-протоколе и поэтому в основной форме поддерживают только передачу данных. Существуют разработки, позволяющие операторам предложить своим абонентам решения для передачи голоса. Это IP-решения, которые обеспечат такую же функциональную совместимость, гибкость и бесперебойную работу, какую предлагают современные беспроводные технологии 2G и 3G. Такими возможностями обладают IMS - мультимедийные подсистемы, использующие протокол IP. IMS дает возможность операторам оказывать голосовые услуги в сетях LTE. При этом обеспечивается непрерывность сервиса при переходе абонента из одной сети в другую. События будут развиваться по следующему сценарию - ведущие операторы сначала реализуют услуги передачи данных в сети LTE, продолжая использовать сети 2G и 3G для передачи голоса, а затем со временем перейдут к передаче голоса поверх LTE - VoLTE (Voice-over-LTE) на базе IMS. VoLTE как раз и является спецификацией передачи голосового трафика от систем канальной коммутации и SMS к системам пакетной коммутации, т.е. непосредственно через сети LTE с использованием IMS. Voice over LTE, или VoLTE, аналогичен VoIP (Voice over Internet Protocol) - например Skype, который использует Интернет для поддержки голосовых вызовов по широкополосному соединению. Проще говоря, VoLTE позволяет голосовой связи стать еще одним приложением, которое работает в сети передачи данных. Этот протокол может обеспечить более быстрые и качественные голосовые вызовы и даже видеочат, привязанный к услуге и номеру вашего мобильного телефона. Бонус для потребителей: голосовые минуты не оплачиваются. 13 Предыдущие сотовые сети, такие как 2G и 3G, были предназначены главным образом для передачи голосовых вызовов. Позже в эти сервисы добавили поддержку передачи сотовых данных с помощью их «туннелирования» внутри голосовых соединений. LTE - это сетевая технология, разработанная для передачи данных, использует пакеты интернет-протокола (IP) для всех коммуникаций. Поэтому он не поддерживает традиционную технологию голосовых вызовов, а значить необходимы новый протокол и приложения для передачи голоса поверх LTE. Большим преимуществом VoLTE является то, что качество вызовов превосходит соединения 2G и 3G, так как через 4G может передаваться в три раза больше данных, чем в 3G, и в шесть раз больше, чем в 2G. По сути, это голосовой вызов в формате HD. Он намного более насыщенный, используется речевой кодек HD-Voice. Но работает VoLTE только в том случае, если оба устройства, принимающее и выполняющее вызов, его поддерживают. VoLTE также требует, чтобы оба участника разговора имели покрытие 4G. Это означает, что звонки VoLTE не всегда будут доступны, и если кто-то выходит из зоны покрытия 4G во время разговора, есть вероятность, что звонок будет сброшен. 14 Заключение. Несмотря на запуск тестирования сетей пятого поколения в мире, некоторые регионы Российской Федерации до сих не поддерживают даже 3G. В связи с данным обстоятельством стоит прогнозировать, в первую очередь, повсеместное развитие технологии LTE. Также сети четвёртого поколения представляют собой безальтернативный на территории ряда субъектов России способ доступа к Глобальной паутине, что стимулирует отечественных сотовых операторов развивать именно стандарт 4G. В некоторых случаях проводное подключение является просто невозможным, что способствует распространению беспроводных технологий: возможности сотовых станций можно расширить благодаря специальным антеннам-ретрансляторам сигнала. Пользователь может самостоятельно приобрести такую антенну. Важно учитывать, что каждый ретранслятор работает только с определёнными частотами и режимом (FDD или TDD). 15 Список используемой литературы: 1. Радиоподсистемы UMTS/LTE. Теория и практика 2012г. Скрынников В., 864 стр. 2. https://ru.wikipedia.org/wiki/LTE 3. https://wifigid.ru/besprovodnye-tehnologii/lte 4. https://4gconnect.ru/chastoty-lte-v-rossii#_LTE 5. https://gsm-technology.ru/stati/opisanie-raboty-chastoty-4g-lte-v-rossii-i-mire/ 6. https://www.sit-com.ru/chto-takoe-lte.html#volte 16
