Gigabitové LTE: hrozba pre optiku?

Generačná výmena mobilných technológií vždy prinášala prieniky určitých vlastností a parametrov z nastupujúcej generácie do tej predošlej.

V sieťach 1G to bolo v závere zavedenie dovtedy nepoznaných funkcií CLIP a SMS, ktoré boli navrhnuté pre GSM, teda 2G. Aj keď vtedajší slovenský EuroTel tieto služby vo svojej sieti už neimplementoval, posledné modely NMT mobilov ich podporovali.

Akcelerujeme už dve desaťročia

Siete 2G sa pred príchodom svojho nástupcu transformovali na 2,5G (s príchodom paketového prenosu GPRS a s tým súvisiacich služieb) a na 2,75G po zavedení rýchleho (na tie časy) pripojenia EDGE. Tým sa finálna rýchlosť 2G dostala takmer na 2/3 úvodných rýchlostí dát v sieťach 3G (UMTS). To znamená  236,8 kbit/s pre EDGE pri použití kódovej schémy MCS-9 a konfigurácii mobilu (alebo modemu) so 4 timeslotmi pre downlink a 1 ts pre uplink.

UMTS naproti tomu sľubovala 384 kbit/s na sťahovanie dát, čo nebola žiadna revolúcia. Veď aj z tohto, aj iných dôvodov nástup 3G sprevádzala frustrácia.

Masívne prenosy si vyžiadajú omnoho širšie rádiové spektrum, než využívame dnes.ZDROJ | University of Surrey

Aj 3G však postupne prešli evolúciou zlepšovania. Pri 3,5G nadstavba HSDPA najskôr zrýchlila sťahovanie dát na teoretických 14,4 Mbit/s a neskôr HSUPA posilnila aj uplink (5,76 Mbit/s v triede 6, resp. 11,5 Mbit/s v triede 7). To už boli parametre, s ktorými sa dalo slušne pracovať. Hoci reálne rýchlosti boli podstatne nižšie, úspešne mohli konkurovať mainstreamovému ADSL.

Pozrite siParný valec mobilných sietí ohrozí aj káblový internet

Mobilní operátori začali intenzívnejšie stavať na ponuke internetových služieb a pred príchodom LTE, ktoré je dnes označované ako 4G, ešte svoje 3G siete povýšili na 3,75G.

Popri štandarde 5G sa budú ďalej vyvíjať aj špecifikácie LTE.ZDROJ | University of Surrey

Vďaka vylepšeniu HSPA+, ktoré prinieslo komunikáciu na viacerých kanáloch súčasne (multi-carrier a MIMO) dosiahli operátori aj v sieťach 3G rýchlosti, aké sa očakávali až od nasledujúcej generácie. Napríklad verzia DC-HSPA podľa 3GPP Release 9 umožňuje limit sťahovania dát až 84.4 Mbit/s. Slovenský T-Mobile, ktorý bol priekopníkom tejto technológie, začal na skromnejších 21,6 Mbit/s v roku 2011.

Gigabitové rýchlosti prinesie už 4G

V čase, keď mobilné siete 5G neklopú na dvere, ale už do nich búšia baranidlom, sa staré zaužívané schémy opakujú. LTE, po správnosti by malo byť označované ako 3,9G, namiesto 4G, už pár rokov uvoľňuje pozície LTE Advanced (LTE-A). A aj táto technológia naberá sily na svoj záverečný finiš.

Pozrite siČo je to 4G? To, na čom (možno) fičíte!

Prežívame to práve v súčasnosti. Aj slovenskí operátori už postupne rozširujú LTE-A, dostupných je čoraz viac smartfónov s jeho podporou a objavujú sa aj technológie, ktoré môžu mobilnú konektivitu posunúť v ústrety 5G.

Slovak Telekom už v septembri 2014 ako prvý na Slovensku spustil LTE Advanced Carrier Aggregation, kde pri dvoch kanáloch (2 x 20 MHz) ponúkol rýchlosť sťahovania až 300 Mbit/s a koncom roku 2016 spustil v prvých lokalitách LTE-A s rýchlosťou do 375 Mbit/s.

Pozrite siVerizon ukázal v New Yorku extrémne rýchle LTE, dosiahol 1,45 Gbit/s

Zlepšovanie parametrov 4G však pokračuje aj naďalej a podľa očakávaní maximálne hodnoty rýchlostí konvergujú k číslam, ktoré majú priniesť až siete 5G. Telekom sa k tejto hranici priblížil, keď v novembri 2018 ohlásil zvýšenie maximálnej teoretickej prenosovej rýchlosti 4G v celej Petržalke na 877 Mbit/s!

Ani tým však siete 4G nepovedali posledné slovo a očakáva sa, že čoskoro budeme používať „gigabitové LTE“.

Viac spektra, viac antén a lepšia modulácia

Ciest, ako dosiahnuť zvýšenie prenosovej rýchlosti je niekoľko. V prípade gigabitového LTE budú musieť prísť k slovu viaceré vylepšenia súčasne. Jedným zo spôsobov je použiť „hrubé rúry“, teda súčasné nasadenie viacerých kanálov. To je ako zvyšovať priepustnosť diaľnice pridaním jazdných pruhov, zároveň je to však plytvaním drahocenného spektra. Pri Multi Carrier Aggregation 5 x 20 MHz potrebujeme napríklad 100 MHz spektra.

Pozrite siNemusíme čakať na 5G. Gigabitovými rýchlosťami nás poteší už LTE

Jednou z možností ako získať voľné spektrum je nasadenie LTE aj v nelicencovanom pásme 5 GHz, ktoré dnes využívajú niektoré Wi-Fi štandardy. Umožní to technológia LAA (Licensed-Assisted Access), ktorá je súčasťou LTE Rel-13.

LTE-Advanced a Wi-Fi tak môžu fungovať súbežne v rovnakom pásme (5 GHz). Podľa Ericssonu je však LTE v pásme 5 GHz asi 1,6-krát spektrálne efektívnejšie ako Wi-Fi. Dokáže preto preniesť väčší dátový tok.

ZDROJ | Ericsson

Ďalšou možnosťou je nasadenie pripojenia 4×4 MIMO (4x vstup, 4x výstup). Otvárajú sa tak  nové úrovne spojenia v podobe štyroch „poschodí diaľnice“. Mobilný terminál vytvára viac kanálov na odosielanie a prijímanie dát v rovnakom frekvenčnom spektre. Je to dvojnásobok oproti 2×2 MIMO používaného v starších zariadeniach.

Najefektívnejším spôsobom na posilnenie dátovej priepustnosti je však dokonalejšia modulácia. Pri nasadení kvadratúrnej amplitúdovej modulácie 256 QAM namiesto 64 QAM sa zvýši objem dát, ktoré dokážeme preniesť v rovnakom spektre pri tom istom počte prenosových kanálov.

ZDROJ | EDN

T-Mobile USA v spolupráci s Ericssonom už v roku 2017 dosiahol v testovacej prevádzke v sieti LTE rýchlosť sťahovania dát 1,1 Gbit/s. Umožnila to kombinácia kľúčových prvkov LTE technológie – 256 QAM, 4×4 MIMO a LAA. Použila sa agregácia dvoch licencovaných nosných a troch nelicencovaných nosných frekvencií.

Plynulé smerovanie k 5G

Keď nové varianty LTE-A operátori spustia, bude aktuálne uvažovať o výmene hardvéru. Inak si gigabitové rýchlosti neužijete. Vhodné bude siahnuť po zariadení používajúcom procesor Snapdragon 835. Ten totiž podporuje 4×4 MIMO, aj 256 QAM.

https://www.youtube.com/watch?v=J0brWaN75Dw

Taký je napríklad Samsung Galaxy S8, alebo S8 Plus (verzie pre USA), ale mobilov s uvedeným procesorom nájdete pomerne mnoho.

Pozrite siSmartfóny 5G budú poriadne drahé, výrobcovia idú do rizika

Napínanie svalov sietí 4G však neskončí ani potom. Už dnes slovenský Telekom testuje technológiu Massive MIMO, chystanú pôvodne pre siete 5G. Operátor ale priznal, že ju nasadí už skôr, v sieťach 4G, čím sa zvýši dátová priepustnosť a reálne rýchlosti v rámci buniek mobilnej siete.

ZdrojEngadget

Komentáre k článku