• /PublishingImages/1000-bazna-postaja.jpg

    LTE: Dobrodošli v prihodnost mobilnih komunikacij

    24. september 2013 - Tehnik

    Sto megabitov na sekundo, izjemno kratki pingi, polnokrvno IP omrežje z vgrajeno podporo za IPv6 ter napovedan dvig hitrosti na 1 Gb/s in več. Ne, to ni opis optičnega omrežja, temveč LTE in bodočega LTE-Advanced, prihodnosti mobilnih komunikacij.

    LTE, Long Term Evolution (dolgoročna evolucija), predstavlja nov mejnik v razvoju mobilnih komunikacij. Začetek so predstavljala analogna omrežja (pri nas NMT), druga generacija je prinesla digitalne komunikacije v omrežju GSM in prenos podatkov z nadgradnjama GPRS in EDGE, UMTS z nadgradnjami do trenutnega HSPA+ pa že prehiteva večino obstoječih ožičenih povezav. Hitrost prenosa podatkov se je v teh dvajsetih letih dvignila iz nekaj bitov na sekundo na 42 Mb/s, kolikor trenutno dosega polno nadgrajen HSPA+. LTE že med začetnim preizkušanjem občutno presega te hitrosti, saj so v Mobitelu že dosegli hitrost prenosa 100 Mb/s. Hitrost prenosa podatkov je morda najpomembnejša lastnost, ni pa vse, zato si oglejmo podrobnosti.

    Nadgradnja omrežij

    Razvoj LTE so vzpodbudile pomanjkljivosti sistemov 3. generacije mobilnih komunikacij, UMTS-a in CDMA2000. Čeprav oba sistema dobro delujeta in zadoščata za potrebe uporabnikov, sta bila zasnovana z določenimi lastnostmi, ki izhajajo iz razpoložljivih tehnologij v devetdesetih, ko sta standarda nastajala.

    Sistem GSM je bil primarno zasnovan kot mobilni ISDN, ki je paketni IP prenos z GPRS tehnologijo kot dodatno rešitvijo omogočil šele skoraj 10 let po njegovi uvedbi. GSM ves čas temelji na uporabi 200 kHz kanalov (oziroma njihovih osmin), s tehnologijo EDGE pa se je omogočilo povečanje t.i. spektralne učinkovitosti, ki pomeni koliko bitov na sekundo lahko prenesemo skozi 1 Hz pasovne širine.  Sistem UMTS je bil zasnovan v času, ko je širokopasovnost pomenilo preseganje 144 kbit/s, v jedrnem delu pa je omogočil uporabo GPRS sistema. Vendarle pa je že bil zasnovan z vizijo razvoja proti megabitnim hitrostim in omogočanjem izrabe 5 MHz kanalov – v primeru Mobitelovega HSPA po potrebi tudi do dveh hkrati, tako da je z leti s postopnimi nadgradnjami na HSPA in HSPA+ omogočil kapacitete celic do 42 Mbit/s. Seveda pa je ob tem pomembno, da operater omrežje načrtuje tako, da prenosni sistem do jedrnega omrežja ni ozko grlo za navedene nominalne radijske kapacitete. Ob tem pa velja poudariti, da je ob razvoju tehnologij GPRS, EDGE, UMTS, HSPA in sedaj LTE z vidika uporabnika bistven napredek v odzivnosti sistema – nove generacije tehnologij so preprosto zasnovane in optimizirane za omogočanje čim krajših obhodnih poti IP paketov. Ob tem vsaka nova tehnologija omogoča večjo kapaciteto celic – predvsem na osnovi delovanja v vse večjih pasovnih širinah in vse večji spektralni učinkovitosti. Najnovejša tehnologija LTE konceptualno sicer izhaja iz UMTS, vendar je mnogo naprednejša za omogočanje zmogljivih podatkovnih storitev. Ob tem tudi popolnoma temelji na IP – tudi prenos signalizacije in govora je realiziran popolnoma na IP in IMS jedrnem omrežju. S tem bo tudi omogočeno, da bo kakovost govora preko IP sistemsko rešena in vse večja (HD voice). Zagotovljeno pa bo tudi zvezno prehajanje prenosa govora med različnimi tehnologijami (npr. LTE – GSM) v primeru izgube LTE pokritosti, ki bo še nekaj let zaostajala za GSM. Slednji pa ima kljub vsemu še vedno pred sabo kar nekaj let življenjske dobe – zato bodo omrežja in terminali v prihajajočem obdobju podpirali vse ključne mobilne tehnologije – GSM, UMTS, LTE.

    Medtem ko smo zadnje desetletje spremljali postopne nadgradnje UMTS-a na HSPA+, ki so potekale na istem omrežju, bo za LTE delno potrebno zgraditi tudi novo omrežje, ki bo delovalo v novih frekvenčnih spektrih. No, skoraj. V Evropi GSM obratuje v frekvenčnih spektrih 900 MHz in 1800 MHz, UMTS pa praviloma v 2100 MHz. Kasnejše nadgradnje standardov so omogočile vpeljavo UMTS tudi v spektru 900 MHz. LTE bo deloval v spektrih 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz in 2600 MHz. Operaterji v Sloveniji lahko že pričnejo ponujati LTE na 1800 MHz, odvisno od prostih kapacitet. Veliko je namreč odvisno od tega, v kolikšni meri je na 1800 MHz zasedeno sedanje omrežje GSM. V Severni Ameriki bo LTE obratoval na 700 MHz in 1700 MHz, v Aziji na 1800 MHz in 2600 MHz, v Avstraliji pa na 1800 MHz. Naprave bodo po vsej verjetnosti kmalu podpirale vseh šest frekvenčnih pasov.

    O frekvenčnih pasovih

    Kot pri mnogih stvareh v življenju tudi pri frekvencah mobilnih komunikacij najvišje ni zmeraj najboljše :-) Vsak pas ima namreč svoje prednosti. Nižje "ležeči" pasovi omogočajo večji domet, a zahtevajo bolj skrbno zasnovano topologijo omrežja, saj lahko sicer signali različnih baznih postaj povzročajo motnje. Hkrati ima posamezna bazna postaja omejeno končno število uporabnikov, ki se lahko nanjo povežejo, tako da lahko prevelik doseg ene bazne postaje v mestu prinese slabšo uporabniško izkušnjo. Optimalna mobilna omrežja so tista, ki pokrivajo gosto naseljena območja v več frekvenčnih spektrih, tako da naprave v omrežju za dosego najboljše povezave samodejno preklapljajo med prostimi pasovi. Tako kot so trenutno urejena omrežja GSM.

    4. generacija

    Kljub strogim standardizacijam v telekomunikacijski skupnosti, se je izraz 4. generacija mobilnih komunikacij, oz. 4G, pričel uporabljati preveč široko in trženjsko obarvano. Ameriški operater T-Mobile USA denimo imenuje svoje HSPA+ omrežje kar 4G. Kljub neizpodbitnemu dejstvu, da je 3G. A v njihovo obrambo je treba priznati, da je konkurenčno omrežje LTE operaterja Verizon Wireless trenutno precej počasnejše, z obljubljenimi hitrostmi prenosa do 12 Mb/s, torej le nekaj več kot polovico HSPA+. Na tem mestu pa je treba tudi poudariti, da sta obe občutno počasnejši ne samo od omrežja Mobitel LTE, temveč tudi v primerjavi z omrežjem Mobitel HSPA+, ki sedaj že dosega hitrosti do kar 42 Mb/s. A pravzaprav tudi LTE tehnično gledano ni 4G. 3GPP, organizacija, ki bdi nad standardom LTE, je namreč določila, da bo šele nadgradnja LTE, imenovana LTE-Advanced, prva prava tehnologija 4G, glavni argument pa je hitrost prenosa podatkov. Pravi 4G mora namreč omogočati gigabitne hitrosti. Standard za LTE-Advanced je bil dokončan šele marca letos, tako da prvi tehnološki preizkusi šele potekajo. Natančnih napovedi o proizvodnji opreme še ni, vendar pa standard podpira preprosto nadgradnjo iz LTE, ki naj bi potekala podobno kot nadgradnje UMTS na HSPA, torej z zamenjavo nekaterih omrežnih elementov, brez potrebe po izgradnji novega omrežja. Obstaja tudi veliko argumentov, da je LTE čisto prava 4. generacija. Za začetek je potrebno postaviti novo omrežje, ki deluje na povsem drugih osnovah kot GSM in UMTS (IP prenos), hkrati pa prinaša bistvene preskoke pri hitrosti prenosa podatkov in posledično kakovosti storitev. A trženjsko všečna poimenovanja so ena stvar, realnost pa drugo in Mobitel bo 4. generacijo mobilnih komunikacij najavil šele ob uvedbi LTE-Advanced.

    V praksi

    V testnem obdobju LTE so Mobitelovi strokovnjaki na jugozahodu Ljubljane, na Viču in v Roži dolini, namestili nekaj baznih postaj, ki že delujejo v frekvenčnem pasu 1800 MHz. Trenutne hitrosti prenosa dosegajo 100 Mb/s, pri čemer bi oprema na baznih postajah najverjetneje podpirala tudi višje hitrosti, a je to zgornja meja trenutno dobavljivih testnih modemov USB (Class 3). Inženirji so delovanje predstavili tudi medijem, v živo pa smo tudi mi preverili hitrosti prenosa in opravili klic iz LTE omrežja, ki je potekal na prenosniku z uporabo Mobitelove rešitve Komunikator. V preizkusnem avtomobilu so hitrosti v mirovanju presegale 75 Mb/s, med vožnjo pa nekoliko padle, a še zmeraj ostane nad 60 Mb/s. Še bolj navdušujoče je bilo prehajanje med postajami, saj prenos datotek ni padel, temveč se je za delček sekunde le ustavil. Spodbudni rezultati preizkusa LTE kažejo, da bo to omrežje na voljo precej hitreje in po vsej verjetnosti brez večjih zapletov. No, veliko pripomore tudi dejstvo, da ni potrebe po ekspresni uvedbi LTE, temveč ima Mobitel (pa tudi večina drugih evropskih operaterjev) čas, da zažene LTE šele, ko bo oprema povsem zrela, predvsem na uporabniški strani.

    Modemi in telefoni

    Prvo omrežje LTE je zagnal operater TeliaSonera v Stockholmu na Švedskem in Oslu na Norveškem že decembra 2009. Ob začetku obratovanja je bil uporabnikom na voljo en model modemov USB, ki je podpiral zgolj LTE, ne pa tudi UMTS ali GSM. Prve naprave s podporo za več omrežij so prišle na trg šele dobrega pol leta kasneje, tako so bili ti prvi uporabniki omejeni na majhna območja v teh mestih, na vseh ostalih lokacijah pa so potrebovali dodaten modem 3G. Dobavljivost uporabniških naprav je še zmeraj težava, zgodba ob uvedbi GSM in UMTS se torej ponavlja. Dodatno težavo predstavljajo visoke procesorske zahteve LTE. Za obdelavo velikih količin podatkov ob prenosu je potrebno precej procesorskih moči in posledično tudi energije. Prvi modemi USB se tako precej pregrevajo in porabijo tudi veliko energije, dodatno preglavico pa povzroča dejstvo, da je pri takšnih količinah prenosa USB 2.0 ozko grlo, tako da bo za optimalno delovanje potreben računalnik z USB 3.0 ali Thunderboltom v primeru Applovih računalnikov. Mobiteli s podporo za LTE so že na voljo pri nekaterih operaterjih, a povečini ponujajo hitrosti prenosa, ki so primerljive s HSPA+, in trajanje delovanja baterije okrog 6 ur ob povprečni rabi. Večje količine naprav naj bi bile na voljo proti koncu letošnjega leta, vsekakor pa bo ob zagonu omrežja Mobitel LTE uporabnikom na voljo pestra izbira kakovostnih naprav.Dodatni viri:LTE na Wikipediji Standard LTE Združenje operaterjev Združenje proizvajalcev Laboratorij za telekomunikacije na Fakulteti za elektrotehniko - LTFE

    Foto: Mobitel, Tehnik, Samsung, 3GPP


    comments powered by Disqus

 Catalog-Item Reuse ‭[1]‬

 Catalog-Item Reuse ‭[3]‬

 Catalog-Item Reuse ‭[2]‬

24. september 2013
1546
24. september 2013
LTE: Dobrodošli v prihodnost mobilnih komunikacij
Novice