Стандарты LTE FDD и LTE TDD: различия и преимущества
Что такое LTE FDD и LTE TDD?
В 4G-сетях обмен данными с базовой станцией сотового оператора возможен двумя способами: при помощи частотного разделения и временного разделения. Первый способ обозначается как FDD — аббревиатура от Frequency-division duplexing. Второй способ называется Time-division duplexing, или TDD.
LTE FDD подразумевает наличие двух разных частотных диапазонов для приема и передачи данных. Например, в наиболее популярном стандарте LTE FDD (Band 7) прием данных производится на частоте 2620–2690 МГц, а передача — на частоте 2500–2570 МГц. Благодаря использованию отдельных частотных диапазонов, загрузка и отправка данных происходит параллельно и независимо друг от друга. Другими словами, ваше мобильное устройство (смартфон, модем) слушает и говорит одновременно.
В свою очередь, LTE TDD использует один и тот же частотный диапазон и для приема, и для передачи данных. Вместо разных частотных диапазонов, здесь используются временные интервалы: сначала ваше устройство передает данные базовой станции, а затем принимает. Поскольку отрезки (слоты) приема и отправки сменяют друг друга с высокой скоростью, абонентские устройства воспринимают передачу данных как непрерывную, хотя на самом деле она дискретная. Например, используемый в России стандарт LTE TDD (Band 38) задействует частотный диапазон 2570–2620 МГц.
Преимущества и недостатки LTE FDD (частотное разделение)
FDD — самый распространенный способ обмена данными в 4G-сетях. Количество сетей LTE FDD многократно превалирует над LTE TDD. Частотное разделение исторически зарекомендовало себя как надежный способ связи в 2G- и 3G-сетях, и активно внедрялось операторами сразу после появления 4G-спецификаций. К основным преимуществам LTE FDD следует отнести более высокую пропускную скорость, большую дальность действия и, как следствие, возможность сократить общее число базовых станций без потери в производительности или площади покрытия.
Недостатков, тем не менее, у технологии насчитывается немало:
Преимущества и недостатки LTE TDD (временное разделение)
Принцип временного разделения внедряется в 4G-сетях медленно, и лишь небольшой процент операторов отдают предпочтение стандартам LTE TDD. Тем не менее, сама по себе технология является перспективной и обладает рядом важных преимуществ:
В то же время принцип TDD имеет и ряд недостатков:
Какие стандарты LTE используются в России?
Подавляющее большинство 4G-сетей в России основаны на стандарте LTE FDD:
| Режим дуплекса | Band | Частоты на передачу (Uplink) | Частоты на прием (Downlink) |
| FDD | 3 | 1710–1785 МГц | 1805–1880 МГц |
| FDD | 7 | 2500–2570 МГц | 2620–2690 МГц |
| FDD | 20 | 832–862 МГц | 791–821 МГц |
| FDD | 31 | 452,5–457,5 МГц | 462,5–467,5 МГц |
Тем не менее, в Москве и Санкт-Петербурге операторы все чаще разворачивают станции LTE TDD Band 38. Наибольшую активность проявляют МТС и МегаФон. Встречается этот стандарт и в других городах России, обычно — в виде отдельных базовых станций, а не сплошного покрытия:
| Режим дуплекса | Band | Частоты на прием и передачу |
| TDD | 38 | 2570–2620 МГц |
Встретить базовую станцию LTE Band 38 в России за пределами крупнейших городов — большая редкость. Несмотря на то, что лицензии на этот частотный диапазон уже давно были разыграны государством среди операторов, последние не спешат с массовым развертыванием сетей LTE TDD, вероятно, рассматривая этот стандарт как резерв на будущее.
Оборудование для усиления LTE
Для усиления сигнала 4G с частотным разделением (LTE FDD) существуют комплекты разной мощности и производительности. Если требуется повысить качество мобильного интернета на устройствах с поддержкой WiFi (смартфонах, планшетах), мы рекомендуем использовать комплект с пассивным принципом усиления — например, Дача-Стандарт. В основе таких комплектов используется эффективная приемно-передающая антенна, подключаемая напрямую к 4G-модему.
В случае, если требуется повысить качество сигнала на сотовых устройствах без использования WiFi, следует приобрести комплект на основе активного усилителя — репитера. В большинстве случаев подойдет набор BS-4G-75-kit от отечественного завода Baltic Signal.
Решений для усиления стандартов 4G с временным разделением (LTE TDD) на рынке представлено существенно меньше и в основном они представлены наборами с пассивным усилением. Мы рекомендуем обратить внимание на роутер Huawei B315 с внешней антенной, который обеспечивает поддержку LTE TDD на частоте 2600 МГц.
Если вам требуется модем с поддержкой LTE TDD, то стоит обратить внимание на модели ZTE MF79, ZTE MF825, ZTE MF831, Huawei E392 и Huawei E8278s. Все перечисленные модели модемов (кроме бюджетного ZTE MF79) имеют разъемы для подключения внешней антенны, с помощью которой можно повысить качество и надежность мобильного соединения. Также поддержка временного разделения широко представлена в портативных роутерах фирмы Huawei, включая E5770, E5885, E5787 и E5788. Модели E5787 и E5788 также имеют разъемы для внешней антенны, благодаря чему на их основе можно создать систему усиления 4G-интернета.
Что такое LTE Band 3, Band 7, Band 20? Бэнды LTE в России
В описании различного оборудования для работы в сетях мобильной связи нередко встречаются такие характеристики, как поддержка «Band 3, Band 7, Band 20». Способность LTE-модема или смартфона работать в тех или иных «бэндах» напрямую связана с доступными для оборудования стандартами сотовой связи и мобильного интернета. Что такое бэнды LTE и какие бэнды используются в России? Давайте разбираться!
Что такое бэнд LTE?
Если говорить простым языком, то бэнды соответствуют определенным частотным диапазонам, используемым в сотовой связи. Так, под LTE Band 7 подразумевается, что мобильная 4G-сеть работает в диапазоне 2600 МГц. Полный список утвержденных бэндов и частот можно легко найти в справочной литературе или открытых интернет-источниках.
Помимо основной частоты приема и передачи данных, каждому бэнду соответствует набор сопутствующих уникальных характеристик, таких как доступная ширина канала и режим дуплекса. Например, одни бэнды рассчитаны на режим частотного разделения (Frequency Division Duplex — FDD), при котором прием и передача данных происходят на разных частотах, в то время как другие — на режим временного разделения (Time Division Duplex — TDD), когда прием и передача осуществляются на одних и тех же частотах поочередно.
Бэнды сотовой связи в России могут не соответствовать бэндам, используемым на территории других стран. Всего существует 88 бэндов LTE, однако на практике в каждой стране используется лишь несколько. Выделение тех или иных частот для нужд операторов мобильной связи происходит на государственном уровне и обычно учитывает особенности существующей инфраструктуры специальной, военной и гражданской связи.
Давайте же рассмотрим, какие бэнды сотовой связи используются в России!
Сотовая связь второго поколения (2G)
Сплошная нумерация бэндов была введена для описания стандартов 3G и 4G (LTE), однако в некоторых случаях в литературе можно встретить упоминания GSM Band 3 или GSM Band 8. Поскольку GSM-сети используют те же частоты, что и более поздние поколения связи, становится возможным использование нумерации бэндов по аналогии, поэтому в случае с GSM-сетями корректнее говорить об «эквивалентных бэндах». Чаще бэнды GSM записываются просто с указанием частоты (например, GSM-900 или GSM-1800).
GSM-900
Uplink: 890–915 МГц
Downlink: 935–960 МГц
Наиболее распространенный GSM-стандарт, работающий на частоте 900 МГц. Низкая частота обеспечивает превосходную дальность распространения сигнала до 30 км, что позволяет операторам создать ковровое покрытие надежной голосовой связью. GSM-900 работает как в городах, так и в сельской местности, включая отдаленные населенные пункты. Связь 2G сопровождает водителей транспортных средств при движении по федеральным и междугородним трассам. Классические сети GSM-900 используются всеми операторами, кроме Tele2.
GSM-E900, EGSM (Extended GSM), GSM Band 8
Uplink: 880–915 МГц
Downlink: 925–960 МГц
В отличие от простого GSM-900, этот расширенный стандарт 2G получил дополнительные 10 МГц во входящем и нисходящем каналах. Появление EGSM напрямую связано с чрезмерно интенсивным использованием «классического» GSM в городах. В определенный момент операторам потребовался дополнительный частотный ресурс, который был выделен государственными органами под нужды сотовой связи.
GSM-1800, DCS-1800, GSM Band 3
Uplink: 1710–1785 МГц
Downlink: 1805–1880 МГц
Альтернативный частотный диапазон сетей второго поколения, работающий на частоте 1800 МГц. В отличие от GSM-900, GSM-1800 чаще всего встречается в городах и крупных населенных пунктах и не используется для коврового покрытия территории. Стандарт был введен постепенно как ответ на нехватку свободных полос в сетях GSM-900. Расширение диапазонов с течением времени обусловлено как возникновением новых стандартов, так и ростом числа абонентов, а также появлением новых операторов на рынке услуг мобильной связи. Сети GSM-1800 используются всеми операторами, в том числе Tele2 (кроме Москвы, где оператор не получил лицензию на этот диапазон).
Как уже было отмечено выше, для обозначения 2G-стандартов обычно используется буквенная номенклатура с численным значением частоты передачи данных. Однако изредка встречаются попытки применить универсальную номенклатуру бэндов, используемую для 3G/4G-связи. В такой записи сети GSM-E900 соответствуют GSM Band 8, а сети GSM-1800 могут быть названы GSM Band 3.
Сотовая связь третьего поколения (3G)
3G Band 1 (UMTS-2100)
Uplink: 1920–1980 МГц
Downlink: 2110–2170 МГц
Главный 3G-диапазон, работающий в российских городах, поселках и других населенных пунктах. UMTS-2100 способен предоставить максимальную скорость мобильного интернета, доступную в режиме 3G. Дальность действия сети достигает 15 км от базовой станции. Стандарт 3G Band 1 применяется всеми без исключения операторами сотовой связи.
3G Band 8 (UMTS-900)
Uplink: 880–915 МГц
Downlink: 925–960 МГц
Стандарт используется оператора связи вблизи военных частей, границ, аэропортов и прочих объектов, где диапазон 2100 МГц занят под нужды специальной связи. UMTS-900 является дополнительным стандартом и редко встречается в городах, поскольку в крупных населенных пунктах выгоднее использовать UMTS-2100 с большей полосой пропускания и, как следствие, с более высокой скоростью мобильного интернета.
Бэнды LTE в России
LTE Band 3 (LTE-1800)
Uplink: 1710–1785 МГц
Downlink: 1805–1880 МГц
Стандарт использует частотный диапазон 1800 МГц, совпадающий с диапазоном GSM-сетей. При создании 4G-сети на базе уже построенной 2G-инфраструктуры операторы, как правило, сохраняют исходную сеть и выделяют часть диапазона под новую 4G-сеть. LTE Band 3 встречается как в городах, так и в сельской местности. Данный вид связи работает в дуплексном режиме FDD с частотным разделением нисходящего и восходящего канала.
LTE Band 7 (LTE-2600)
Uplink: 2500–2570 МГц
Downlink: 2620–2690 МГц
Ведущий 4G-стандарт, занимающий частотный диапазон 2600 МГц. Благодаря широкой полосе частот, LTE-2600 отличается самой высокой скоростью работы мобильного интернета. В то же время высокая частота стандарта обеспечивает небольшую дальность распространения радиоволн. LTE Band 7 используется в городах и крупных населенных пунктах, обладающих развитой инфраструктурой операторов связи и высокой плотностью установки базовых вышек. Дуплексный режим бэнда — FDD.
LTE Band 20 (LTE-800)
Uplink: 832–862 МГц
Downlink: 791–821 МГц
«Низкочастотный» стандарт LTE Band 20, применяемый операторами за городом для коврового покрытия и в городах для поддержки агрегации частот (передачи данных в нескольких стандартах мобильного интернета одновременно). Нередко LTE-800 используется для сплошного покрытия территории, охвата участков федеральных трасс и пригородной зоны. Интересная техническая особенность представленного стандарта: в отличии от других «бэндов» российских LTE-сетей, у LTE-800 частоты канала Uplink расположены выше частот Downlink.
LTE Band 31 (LTE-450)
Uplink: 452,5–457,5 МГц
Downlink: 462,5–467,5 МГц
Достаточно редкий низкочастотный стандарт LTE Band 31 на частоте 450 МГц. Используется только оператором Skylink для сплошного покрытия мобильной сетью больших территорий. Сети на основе LTE-450 работают в Москве, Подмосковье, и еще нескольких крупных городах и областях. К существенным недостаткам LTE Band 31 можно отнести узкую полосу частот, что значительно ограничивает скорость работы мобильного интернета. Дуплексный режим бэнда — FDD.
LTE Band 38 (LTE-2600 TDD)
Uplink/Downlink: 2570–2620 МГц
Единственный российский LTE-стандарт, работающий в режиме TDD (дуплексный режим с разделением по времени). Как было отмечено в вводной части статьи, в режиме TDD устройство одновременно может либо принимать, либо передавать сигнал, поэтому в каналах Uplink и Downlink используется общий частотный диапазон. LTE Band 38 применяется в Москве и Подмосковье, а также некоторых других городах. Чаще всего операторы добавляют LTE Band 38 для поддержки агрегации частот с другими стандартами мобильного интернета.
Прочие бэнды LTE
Выше мы перечислили основные бэнды LTE, которые активно используются в России. Однако нельзя оставить «за кадром» диапазоны 900 и 2100 МГц, который также могут использоваться для построения 4G-сетей. В рамках подхода технологической нейтральности операторы получили возможность заново использовать диапазоны GSM и 3G для расширения LTE-покрытия. На сегодняшний день сети LTE Band 1 и LTE Band 8 встречаются относительно редко, однако в дальнейшем можно ожидать более широкого распространения этих бэндов.
Сотовые сети 2G, 3G, 4G, 5G — как работают и в чем разница
Содержание
Содержание
Сотовая связь является основой современных коммуникаций. Технически это одна из разновидностей радиосвязи, в которой абоненты связываются друг с другом с помощью сети базовых станций, принимающих и ретранслирующих сигнал от приемопередатчиков пользователей. Для того, чтобы связь была доступна везде, в любом месте и любое время, независимо от того, где находитесь вы и ваш собеседник, таких базовых станций должно быть очень много, чтобы покрыть максимум площади и обеспечить одновременную связь сразу множеству абонентов.
Именно из-за карты покрытия сети этот вид связи и назвали «сотовой». Все дело в том, что зоны покрытия от каждой станции немного накладываются на соседние, чтобы обеспечить непрерывность нахождения пользователя в сети. Поэтому, когда вы смотрите на схему размещения и покрытия сверху, то круги, показывающие зону действия каждой базовой станции, пересекаясь друг с другом, образуют контур, напоминающий пчелиные соты.
Сотовая связь стала привычным явлением, поэтому сейчас сложно представить, что относительно недавно ее не было: например, в России мобильная связь начала массово распространяться только в начале XXI века. В силу того, что в России массовая сотовая связь появилась несколько позже, чем в остальном мире, у нас быстро появились сети 2G, а сети первого поколения разворачивались не везде и проработали недолго. Поэтому коротко расскажем об особенностях сотовых сетей, начиная со второго поколения 2G и заканчивая 5G, внедрения которого все ждут.
Сотовые сети 2G, 3G, 4G, 5G: в чем основное отличие
Если говорить коротко, то основным отличием сотовых сетей разных поколений является скорость передачи данных, становившаяся все быстрее по мере развития технологий и быстродействия оборудования. Немного остановимся на особенностях каждого из стандартов.
Сотовые сети 2G
Первоначально стандарт 2G использовался только для мобильной телефонии. В России и Европе сети 2G построили на основе стандарта GSM 900, который затем развился в GSM 1800. Первый стандарт использует для работы частоту 900 МГц, второй — 1800 МГц. Преимущество GSM 1800 заключается в увеличенной емкости сети, хотя соты и покрывают меньшую площадь по сравнению с GSM 900. В сетях 2G на момент запуска можно было передавать короткие текстовые сообщения SMS и данные со скоростью медленного телефонного модема — до 14,4 кБит/с.
Ситуация изменилась в 1997 году, когда разработали и внедрили сервис «General Packet Radio Service» (GPRS) – надстройку над телефонным каналом мобильной связи, предназначенную для передачи данных. Максимальная скорость передачи данных через GPRS теоретически составляла до 171,2 кБит/с, практически — значительно ниже. На сегодня это уже откровенно мало, но на момент запуска было очень хорошо, потому что это было время, когда пользователи начали в массовом порядке осваивать электронную почту.
Сети с использованием GPRS получили индекс 2,5G, потому что до уже утвержденных к тому моменту норм стандарта 3G они не дотягивали. В дальнейшем появилось еще и 2,75G – технология EDGE, отличающаяся от GPRS способом кодирования и увеличенной скоростью передачи данных. Внедрение EDGE позволило повысить скорость передачи данных до 474 кбит/с в теории и до 220 кбит/с на практике. В некоторых случаях EDGE даже относят к технологии 3G, если способ ее реализации позволяет обеспечивать требования к этому стандарту (скорость передачи данных — до 384 кбит/с).
Сотовые сети 3G
Первые коммерческие сети этого стандарта были запущены в 2001-2003 году. Сначала появилась сеть в Японии, потом в Норвегии. В США первую сеть 3G запустили в 2002 году, а в России сети третьего поколения начали работу в тестовом режиме в 2002 году. Массовый запуск в регионах начался с 2008 года.
Основой 3G сети в России является стандарт UMTS (или W-CDMA). Первоначально скорость передачи данных в них достигала 384 кбит/с. В дальнейшем скорости быстро выросли с появлением 3,5G, то есть с внедрением стандартов HSPA и HSPA+, способных, в идеале, развивать скорости до 14,4 Мбит/с и 42 Мбит/с соответственно.
Важная особенность 3G — по мере движения и удаления пользователя от одной базовой станции, его «подхватывает» другая, забирая на себя часть потока данных. При этом «старая» базовая станция постепенно уменьшает поток данных, пока абонент совсем не покинет зону ее действия. Благодаря такой работе и при наличии хорошего покрытия сети вероятность того, что случится обрыв связи, становится меньше, чем в GSM, где используется жесткое переключение пользователя между базовыми станциями.
Сотовые сети 4G
Следующим шагом по повышению скорости передачи данных стало внедрение сотовых сетей четвертого поколения. На сегодня это самые актуальные сети для мобильной связи и высокоскоростного мобильного доступа в Интернет. В России сети 4G работают на частотах 1800 МГц, 2600 МГц и реже на частоте 800 МГц.
Теоретически стандарты связи в сетях четвертого поколения могут выдать скорость загрузки до 1 Гбит/с для стационарного абонента. На практике все очень сильно зависит от качества сигнала и загрузки базовых станций, поэтому реальные скорости намного меньше. В лучшем случае вы получите соединение со скоростью 100 Мбит/с и то, это если говорить о Москве. Например, «Билайн» заявляет максимальную скорость в своих сетях 4G до 73 Мбит/с, в сетях 4G+ – до 110 Мбит/с. Реальная скорость получается ниже.
Особенность 4G заключается в том, что сначала были запущены сети LTE для передачи данных. LTE — это стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных с увеличенной пропускной способностью, разработанный на основе предыдущих стандартов EDGE и HSPA. У LTE есть важная особенность: сети этого стандарта умеют передавать только данные, но не голос, так как LTE поддерживает только коммутацию пакетов данных, а голосовые вызовы в GSM и UMTS осуществляются на основе коммутации каналов.
Поэтому первоначально сети на основе LTE использовались только для передачи данных, а голосовая связь осуществлялась за счет переключения смартфонов в сети 3G или даже 2G. В дальнейшем реализовали технологию VoLTE — передачу голоса в сетях LTE. После этого стало возможно внедрение полноценных 4G-сетей. На момент написания статьи это наиболее актуальный и быстродействующий стандарт, а сотовые операторы постепенно расширяют зону покрытия сетями 4G.
Сотовые сети 5G
Следующий шаг в развитии беспроводных сетей — 5G. Разработчики обещают, что скорости передачи данных в новой сети будут в 10 раз выше, чем в сетях 4G. 5G — это стабильный широкополосный доступ в сеть, позволяющий широко использовать «Интернет вещей» не только в бытовой сфере, но и в промышленности. Кроме того, 5G за счет стабильной и надежной связи позволит реализовать удаленное управление и полный контроль за происходящим в таких критически важных отраслях, как, например, медицина. Подробнее о сетях 5G рассказывается в статье Клуба 5G. Реальность и перспективы.
Выбор сети на смартфоне. Как разные сети отображаются на экране
Нужно ли обычному пользователю знать, в какой сети он в данный момент находится, есть ли от этого польза и требуется ли что-то настраивать вручную?
Понимание того, в какой сети вы в данный момент находитесь, позволит оценить скорость загрузки данных и понять, что сделать реально, а что не стоит даже пробовать. Например, находясь в сети GPRS бессмысленно пытаться посмотреть ролики в YouTube или TikTok. Для этого нужна как минимум сеть 3G, причем в своей быстрой версии —HSPA или HSPA+.
Тип сети на экране смартфона отображается рядом со значком уровня сигнала и передачи данных. Так при включении сети 2G вы можете увидеть значок «2G» или «E», которые сообщают вам о том, что смартфон подключился к сети GPRS или EDGE, соответственно.
При подключении к сети 3G в наше время, скорее всего, вы увидите значок «Н» или «Н+», сообщающий о том, что устройство подключено к сети HSPA или HSPA+. Возможно, где-то вам удастся и поймать сигнал только со значком «3G» — это также сети третьего поколения.
Сети 4G обозначаются значком «4G» или «LTE». Например, вот таким.
Теперь разберемся с тем, как самостоятельно выбирать сети и принудительно назначать, в каком стандарте работать. Автоматическое подключение к новейшему стандарту не всегда хорошо. Если вы находитесь на границе действия сети 4G, но при этом рядом имеется хороший сигнал 3G, лучше переключиться на него, так как скорость будет быстрее.
Делается это так. В настройках надо зайти в раздел «Мобильная сеть». Далее — «Мобильная передача данных», где надо выбрать пункт меню «Предпочтительный режим сети».
У вас могут быть доступны, в зависимости от смартфона, следующие опции: «Авто 4G/3G/2G», «Авто 3G/2G», «Только 4G», «Только 3G», «Только 2G».
«Авто» обозначает, что смартфон сам выбирает сеть из имеющихся в наличии. Если вы указали одну из сетей, например, «Только 3G», то устройство станет соединяться только с сетями этого стандарта. Выбрать в глухой деревне «Только 2G» полезно — и соединение будет стабильнее и заряд аккумулятора сэкономите.
