http://habrahabr.ru/company/beeline/blog/234755/


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 способности

Стандарт 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 4x4 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 4x4.

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 2x2. Использование более высоких режимов MIMO, например MIMO 4x4 или 8x8, 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 варианты ширины полосы 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 and duplex type	CA configuration	Maximum aggregated bandwidth (MHz)	Max number of CC
Intra-band contiguous FDD	CA_7C	40	2
Inter-band FDD	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.

UPD: В России согласно полученным лицензиям для сетей LTE, операторы могут использовать полосу 10МГц в диапазоне 2600, и 5МГц в диапазоне 800

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».