Агрегація частот LTE

В людних місцях різні користувачі одного і того ж оператора можуть відчувати швидкості осідання, так і немає. Чогось містичного в цій ситуації немає: просто деякі пристрої здатні об'єднувати кілька каналів зв'язку, підвищуючи тим самим швидкість інтернету. Давайте більш детально розглянемо таку можливість смартфонів, як агрегація частот.

Швидкість мобільного інтернету залежить як від оператора зв'язку, так і від абонентського пристрою. Коли при описі мережі оператора використовуються терміни 4G+ або LTE-Advanced (LTE-A), то мова йде про те, що в мережі підтримується технологія агрегації частот, яка і забезпечує більш високі швидкості передачі даних. Що це таке, як це вже реалізовано на мережах вітчизняних операторів мобільного зв'язку, які пристрої підтримують її – про це дана стаття.

Що таке агрегація частот

Щоб краще зрозуміти суть терміна агрегація частот LTE, варто спершу згадати, що кожен оператор надає свої послуги на певних каналах в тих чи інших діапазонах. В Україні мережа LTE запущена в діапазонах 900 МГц, 1800 МГц і 2600 МГц. Так наприклад в діапазоні LTE-1800 частоти розділені між великою трійкою національних мобільних операторів таким чином, що кожен отримав смугу певної ширини (5 МГц, 10 МГц тощо). «Київстар» володіє п'ятьма каналами по 5 МГц (всього 25 МГц безперервного спектру), Vodafone – 20 МГц, а lifecell – 15 МГц.

Канал – це якийсь вузький коридор, яким може скористатися обмежену кількість користувачів. Чим більше спектр, тим більше ємність мережі і, відповідно, тим більше користувачів можуть отримувати високу швидкість передачі даних.

Коли один діапазон є перевантаженим, на допомогу може прийти інший – в данномм разі 2600 МГц. На цій частоті оператори розгортають мережі там, де спостерігається велика концентрація користувачів - наприклад у великих містах. І нехай дальність дії базових станцій на такій частоті дуже не велика, зате її ємність збільшується в рази. Щоб вичавити максимум з такого поєднання діапазонів, і приходить на допомогу агрегація несучих.

Агрегація частот – це режим, в якому модем одночасно підключається до декількох каналах зв'язку, об'єднуючи їх пропускну здатність. Дані передаються і приймаються паралельно по двох (і більше) лініям, що призводить до підвищення швидкості інтернет-підключення за технологією 4G LTE.

900 МГц - це Band 8, 1800 МГц – це Band 3, а 2600 МГц – Band 7. 4G модеми або роутери уміють об'єднувати в один потік як кілька однакових діапазонів, приміром, Bands 3+3, так і різних – 3+8. Можливі й потрійні комбінації– 3+7+8. Все це залежить від мережі оператора: який варіант він підтримує. В Україні актуально об'єднання Band 3 і Band 7 або Band 3 + Band 8.

Кожне пристрій (4G модем або 4G WiFi роутер) має вбудований модуль зв'язку, одна з характеристик якого – LTE Cat. Агрегація частот LTE підтримується починаючи з версії Cat.6, де максимальна швидкість може досягати 300 Мбіт/с. Чим більше категорія LTE, тим більшу швидкість може видати апарат. Наприклад, в моделях модемів або роутерів останніх років від компаній Novatel, Huawei, ZTE, Alcatel і т. д., де встановлені модеми LTE Cat.20 і вище з пристрою можна «вичавити» швидкість до 2 Гбіт/с, що можна порівняти зі швидкостями в мережах 5G (таку швидкість можна отримати в мережах LTE Advanced). Плюси агрегації частот очевидні: там, де максимум 50 Мбіт/с на одній частоті, можна отримати 75-100 Мбіт/с і більше при комбінуванні другого діапазону.

Як працює агрегація частот

Стільникові мережі LTE працюють в різних діапазонах (ті самі Band 3, 7, 8, 20 і т. д.) Кожен з них використовує не одну конкретну частоту, наприклад 2600 МГц, а діапазон шириною від декількох мегагерц. Це, наприклад, 2500-2570 МГц для передачі, і 2620-2690 – для прийому даних у мережах Band 7. Цей діапазон поділений на менші відрізки, наприклад, 2500-2520 МГц для передачі, і 2620-2640 – для прийому. В такому вузькому «коридорі» за замовчуванням і підтримує зв'язок LTE-модем.

Природно, частотний діапазон обмежений, а одна базова станція оператора не може обслуговувати нескінченне число абонентів. Тому оператори змушені використовувати вузькі частотні «коридори», в яких підтримується зв'язок. Це може бути 1,5, 3, 5, 10, 15 або 20 МГц. Чим вже діапазон – тим більше підключень обслужить вишка, але тим нижче буде швидкість у них.

Агрегація частот об'єднує кілька вузьких коридорів», наприклад, робить з двох або трьох по 20 МГц – один багатосмуговий, загальною шириною 40 або 60 МГц. Відповідно, і швидкість підключення теоретично може збільшуватися до двох або трьох разів. Все як з платною дорогою: чим більше смуг і терміналів оплати задіюється – тим менше заторів на в'їзді, і більше машин на трасі.

Агрегація частот може об'єднувати пропускну здатність як двох діапазонів одного стандарту (бенду), так і декількох. Наприклад, об'єднати два «коридору» в рамках LTE Band 7, так і агрегувати сигнал Band 7 із Band 3. Це відкриває перед операторами (користувачами) можливість гнучкого використання радіочастотного спектра, незалежно від специфіки мережі в конкретному місті.

Поєднувати можна не тільки підмережі різних бендів, а й різних стандартів поділу. Технологія доступна навіть для одночасного підключення до FDD-підмережі (частотне розділення каналів) Band 3 і TDD-підмережі Band 38, використовує тимчасове розділення каналів для прийому і передачі сигналу. Правда, так можуть не всі абонентські пристрої.

Які пристрої підтримують агрегацію частот

Агрегацію каналів підтримують всі сучасні модеми або роутери, оснащені модемом LTE категорій 6+. Пристрої з LTE Cat.4 і нижче об'єднувати несучі не здатні, їм високошвидкісний інтернет доступний тільки в одноканальному режимі. Дізнатися, якої категорії відповідає модем або роутер, можна специфікації пристрою.

Абонентські пристрої класифікуються за категоріями. Найбільш поширеними на сьогодні є пристрої 4-ї категорії LTE Cat.4. Це означає що максимально досяжна швидкість мобільного інтернету на прийом (downlink або DL) може становити 150 Мбіт/с, на передачу (uplink або UL) – 50 Мбіт/сек. Важливо відзначити, що це максимально досяжна швидкість в ідеальних умовах – головні з яких — ви недалеко від вежі, крім вас в соте більше немає абонентів, до базової станції підведений оптичний транспорт та ін. На практиці ж реальні швидкості завантаження даних можуть відрізнятися в меншу сторону в залежності від умов використання пристрою, якості покриття, завантаження базової станції і деяких інших параметрів.

От категории модема LTE зависит, как именно он умеет объединять каналы. LTE Cat.6 может одновременно использовать 2 канала шириной до 20 Мгц каждый, чтобы выдавать скорости до 300 Мбит/с. LTE Cat.9 может использовать уже 3 «коридора» такой же ширины, увеличивая максимальную скорость до 450 Мбит/с. Модемы категории LTE Cat.12 поднимают планку до 600 Мбит/с. LTE Cat.16 поддерживает объединение до 4 каналов в режиме MIMO, выдавая до 1 Гбит/сек. Самые современные модемы LTE, соответствующие LTE Cat.20 и выше, уже приблизились к отметке 2 Гбит/с. Они способны объединять одновременно до 7 каналов.

На ринку пристроїв для мобільного інтернету України є цілий ряд популярних моделей (переважно 4G WiFi роутерів), що підтримують агрегацію частот LTE. Нижче наведемо їх список, розділивши на категорії: