Technologia LTE

LTE (ang. Long Term Evolution – długoterminowa ewolucja sieci komórkowych') ma na celu integrację wielu szczegółowych rozwiązań technicznych w jedną technologię. Jest rozwijana przez konsorcjum 3GPP. Technologia LTE została zestandaryzowana i podobnie jak GSM na całym świecie działa tak samo. Dzięki temu jest chętnie stosowana przez operatorów komórkowych jako uzupełnienie oferowanych dotąd usług 2G i 3G. W Polsce usługi LTE są w ofercie komercyjnej od 2011 roku.

Interfejs radiowy LTE używa technologii OFDM (ang. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) do transmisji danych od stacji bazowej do telefonu (downlink). Transmisja w kierunku przeciwnym (od telefonu w górę – uplink) wykorzystuje SC-FDMA (ang. Single Carrier-Frequency Division Multiple Access – zmodyfikowaną wersję OFDMA). Jest to jedna z różnic w stosunku do UMTS, który bazuje na WCDMA.

W ramach LTE rozwinięto szereg rozwiązań, które umożliwiają końcowemu użytkownikowi osiągnięcie prędkości nawet do 300 Mb/s, a przy zastosowaniu LTE-A (LTE Advanced) jest to nawet 1 Gb/s do użytkownika. Ułatwieniem dla operatorów jest możliwość wykorzystania już posiadanych częstotliwości. Pozwala to na w miarę szybkie uruchamianie sieci, bez skomplikowanego procesu uzyskiwania nowych koncesji. Jednocześnie zwiększa się pojemność sieci. Możliwe jest lepsze zarządzania jej zasobami i dostosowanie do potrzeb użytkowników.

Specyfikacja LTE (według dokumentu 3GPP Release 8):

W LTE stosuje się trzy rodzaje modulacji:


1. QPSK 2 bity na symbol,
2. 16QAM 4 bity na symbol,
3. 64QAM 6 bitów na symbol.

Rys. 1. Konstelacje modulacji w LTE

Rodzaj modulacji, którą wykorzystuje się w kierunku uplink, to QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Jej zaletą jest to, że im większa liczba bitów na symbol, tym większa ilość przesyłanych informacji i lepsze wykorzystanie pasma. Wadą QAM jest fakt, że im większa liczba bitów na symbol, tym mniejsza odporność na zakłócenia. Drugą modulacją stosowaną w LTE jest QPSK. Jej zaletą jest zwiększenie efektywności wykorzystania pasma przy jednoczesnym braku negatywnego wpływu na bitową stopę błędów (BER).

Technologia LTE została stworzona przede wszystkim z myślą o szybkim przesyłaniu danych. W odróżnieniu od sieci 2G i 3G nie pozwala na realizowanie zwykłych rozmów głosowych.

Sieć LTE to przede wszystkim duża szybkość. W praktyce zależy ona od kilku czynników. Podstawowy stanowi ograniczenie technologii operatora – szybkość jest zależna od pasma, jakie przeznacza on na świadczenie usług. Drugim ograniczeniem jest obciążenie sieci. Trzecim czynnikiem wpływającym na prędkość transmisji jest siła sygnału. W 2G połączenie głosowe można uzyskać w odległości nawet 25 km od stacji bazowej. W technologii 3G ta odległość zmniejszyła się już do 10 km. Natomiast w wypadku LTE wraz ze spadkiem jakości i siły sygnału znacząco spada wydajność. Z tego powodu często, gdy urządzenie wskazuje minimalny zasięg (wyświetla „jedną kreskę”), uzyskiwana prędkość będzie mniejsza niż w wypadku korzystania z sieci 3G na tym samym obszarze.

Warto też zwrócić uwagę, że technologia 3G radzi sobie znacznie lepiej niż inne, gdy sygnał jest słaby. Dlatego, jeśli zdecydujemy się na usługę korzystania z internetu w technologii LTE u danego operatora, warto sprawdzić na mapach zasięgu, czy jest w ogóle taka szansa w miejscu, które nas interesuje. Słaby sygnał sieci LTE często można wzmocnić, stosując odpowiednie anteny. Niektórzy operatorzy oferują je w komplecie ze sprzętem, jeżeli uznają, że mogą być potrzebne.

Technologia LTE jest dość czuła na jakość i siłę sygnału sieci. Dlatego w wielu wypadkach przydatne lub wręcz konieczne jest zainstalowanie anten zewnętrznych. Warto wiedzieć, że przy technologii LTE instaluje się dwie anteny. Z tego powodu większość modemów i routerów ma dwa niezależne gniazda. Anteny ustawia się w tym samym kierunku, jednak płaszczyzna polaryzacji jednej z nich musi być obrócona o 90 stopni względem drugiej ze względu na jednoczesną polaryzację pionową i poziomą. Wynika to z korzystania z technologii MIMO w LTE, co zapewnia większą prędkość oraz odporność na zakłócenia. Producenci instalacji antenowych oferują nawet zintegrowane, podwójne anteny przygotowane pod kątem technologii LTE.

Twórcy standardu cały czas pracują nad zwiększeniem przepustowości. W tym celu z pewnością jest pomocna agregacja pasm oraz wykorzystanie wielu transmisji jednocześnie.

Rys. 2. Idea agregacji pasm w LTE

Rozwiązanie to zaimplementowano w LTE-A (LTE-Advanced). Operator ma możliwość agregacji do pięciu, niekoniecznie sąsiednich, pasm o maksymalnej szerokości 20 MHz. Formuje w ten sposób jedno szerokie pasmo mające maksymalnie 100 MHz. Umożliwia to przesyłanie danych w kierunku urządzenia mobilnego z prędkością do 1 Gb/s.

Rys. 3. Logo LTE Advanced

Kolejnym zadaniem jest optymalizacja obciążenia sieci przez użytkowników i dostosowanie do typu treści, które odpowiadają za znaczący ruch; najczęściej chodzi o transmisje wideo. Wybór LTE Broadcast (eMBMS) oznacza przyspieszenie działania sieci i uniknięcie konieczności przesyłania wielokrotnie tych samych danych. Zasada działania jest prosta: sieć rozgłasza daną treść wideo i klienci w każdej chwili mogą się podłączyć, aby tę treść pobrać. Oczywiście zasada ta nie działa w przypadku każdego typu filmu, ale np. w transmisjach na żywo sprawdza się bardzo dobrze.

Kolejną usługą, o której należy wspomnieć, jest VoLTE (Voice over LTE), czyli przesyłanie rozmowy głosowej przez sieć LTE. Gdy telefon jest połączony z siecią LTE, w momencie wykonywania połączenia głosowego i tak musiał przełączać się na stary standard sieci 3G. Wykorzystanie VoLTE pozwoliło wyeliminować zbędne przełączanie między sieciami i poprawić jakość rozmów.