Stručný průvodce technologií 4G LTE

Průvodce technologií 4G LTELTE (Long Term Evolution) je nejnovější komerčně dostupná generace bezdrátových standardů pro mobilní telefony a další bezdrátová zařízení. Technologie se vyvinula z GSM (2G) a UMTS (3G) a je běžně označována jako 4G (4G LTE) nebo 4. generace bezdrátových mobilních telekomunikačních technologií. Klíčovým cílem pro LTE je zvýšení datové propustnosti a snížení latence v poskytování služeb.

Název „4G“ byl zaveden jako vhodný marketingový termín operátory mobilních sítí (MNO). Mobilní operátoři chtěli snadno pochopitelnou značku, přestože LTE nesplňovala specifikace specifikace „příští generace“, které stanovily subjekty pro bezdrátové standardy, jako jsou ITU a 3GPP.

LTE je rychlé, ale dost rychlé?

Původní specifikace standardu  uvádí teoretické špičkové přenosové rychlosti downlinku (směr od základnové stanice k terminálu) 300Mbps a špičkové rychlosti uplinku 75Mbps.  Samotní tvůrci specifikace připouští, že v praxi tyto rychlosti budou pravděpodobně dosažitelné pouze za ideálních podmínek šíření. Rychlost v reálném světě obecně klesne pod tuto rychlost a běžná rychlost downlinku je typicky mezi 2 a 5 Mb / s.

Přenosové rychlosti jsou významně ovlivněny řadou faktorů, mezi které patří geografie, topologie, vzdálenost od základnové stanice , počet uživatelů v síti a schopnosti zařízení koncového uživatele. Stejně jako v segmentu profesionálních mobilních radiových sítí (PMR) je dalším klíčovým faktorem omezená dostupnost frekvenčního spektra.

Pro koncového uživatele 4G sítě poskytují podstatně rychlejší datové přenosy než 3G. Základnové stanice  nabízí až čtyřnásobnou datovou a hlasovou kapacitu ve srovnání s 3G. Používání dnes dostupných multimediálních služeb je mnohem pohodlnější při využití LTE technologie ve srovnání s předchozími generacemi mobilních sítí.

Jednodušší síťová architektura

Vedle zvýšených rychlostí bylo jedním z hlavních cílů LTE zjednodušit architekturu sítě. Ta se posunula od techniky přepínání okruhů CSD používané v sítích 2G a 3G kombinovaných sítí využívajících přepínání obvodů a paketů na systém ploché architektury založený na IP. Tato jednodušší architektura umožňuje nižší provozní náklady pro mobilní operátory.

Hlasové hovory

LTE byl původně podle návrh standardu 3GPP koncipován pouze pro přenos dat. Když bylo zřejmé, že přenos hlasu je rovněž potřebný GSM asociace vyvinula a standardizovala funkci označenou Voice over Long Term Evolution (VoLTE), která umožňuje přenos hovorů jako datových toků v síti LTE.

Jestliže mobilní operátor zavedl síť 4G  ale zatím nebyla implementována služba VoLTE, mohou účastníci využívat své 4G telefony k přenosům dat. Hlasové hovory jsou přepojovány prostřednictvím sítě 2G nebo 3G operátora. Tato technika se nazývá záložní přepnutí okruhů (CSFB),  hlasové hovory „spadnou zpět“ do sítí 2G / 3G a datové přenosy jsou přepojeny do 4G sítě.

CSFB může být také použito v jiných případech například pro telefony, které nepodporují službu VoLTE, nebo pro VoLTE volání mezi různými operátory není možná.

Zavádění LTE

První komerční služba 4G  byla uvedena do provozu  v prosinci 2009 firmou TeliaSonera v Oslu a ve Stockholmu. Mobilní sítě 4G  je nyní nasazeny v 188 zemích. Ve většině zemí však stále nejsou hlavní technologií mobilních sítí, tou jsou stále s více než 37% podílem sítě 3G a v některých zemích stále ještě převládají sítě 2G.

Aktuálně tedy vzniká poněkud paradoxní situace. Zatímco výrobci už pracují na specifikacích pro pátou generacích mobilních sítí, některé země ještě ani nezačaly rozšiřovat sítě 4G .

LTE – Advanced

Jak vyplývá z názvu, LTE je vyvíjející se standard. Nejnovější komerčně dostupná verze je LTE Advanced (LTE-A). Klíčový rozdíl mezi 4G LTE a LTE-A je, že je mnohem vyšší přenosová rychlost. Maximální přenosová rychlost je až 1 Gb /s, v reálném provozu se však bude pohybovat kolem 42 Mb /s . Přesto je to obrovské zlepšení v porovnání se standardním 4G LTE.

Zvýšená rychlost přenosu dat dosažená pomocí LTE-A je možná částečně díky zavedení nových koncepcí. Mezi tyto koncepce patří i agregace nosných, kde se kombinuje dostupné frekvenční spektrum ze samostatných pásem. To umožňuje zajistit širší a rychlejší „potrubí“ pro přenos dat.

Agregace nosných je však funkce vhodná spíše pro telefonní operátory.  Není příliš pravděpodobné, že by soukromý uživatel LTE jako například statní správa, měl dostatek dostupného frekvenčního spektra v oddělených pásmech, aby ji mohl využít.

LTE-Advanced Pro

LTE-Advanced Pro (LTE-Pro Pro), někdy označovaný jako 4.5G, je nejnovější varianta standardu LTE. Opět platí, že co se týče koncových uživatelů, nejvýraznější rozdíl bude rychlostí, která bude vyšší než 3Gbps. Jen 19 mobilních operátorů z celkového počtu téměř 800 po celém světe komerčně spustilo některé aspekty LTE-A. Údaj platný pro duben 2017 (Zdroj: GSA2).

LTE pro kritické komunikace

To co 4G  podobně jako jeho předchůdci 2G a 3G, postrádalo až do nedávné doby jsou funkce pro kritické komunikace, které nabízí profesionální komunikační systémy PMR definované standardy TETRA nebo DMR. Verze 3GPP verze 12, dokončená v březnu 2015, představila koncepci kritických funkcí v rámci standardu LTE s cílem poskytnout odpověď na požadavky uživatelů služeb PMR.

Od té doby byly hlasové služby specifikovány v rámci pracovního proudu MCPTT (mise kritické push-to-talk), a začalo se pracovat na definici dalších funkcí potřebných pro kritické komunikace. Velmi důležité jsou služby pro blízkou komunikaci (proximity services zkráceně ProSe), které umožňují LTE zařízením se vzájemně detekovat a komunikovat v direktním režimu bez infrastruktury.

Navzdory rychlému vývoji standardu však stále existují mezery ve funkčnosti v porovnání s tradičními úzkopásmovými technologiemi, jako je TETRA nebo DMR: přímý režim není tak přímý a vyžaduje síťové relé a specifikace datových služeb a záložních režimů stále probíhají.

Klíčové omezení pro využití LTE pro kritickou komunikaci je dostupnost frekvenčního spektra pro koncové uživatele. Různé země zvolily k řešení uvedeného omezení různý přístup. Některé země začaly přidělovat specializované spektrum národním veřejnoprávním subjektům, jako je síť FirstNet LTE v USA, které doplní stávající úzkopásmové technologie podle standardu P25. Katar má rovněž LTE síť pro bezpečnostní složky se specializovaným frekvenčním spektrem.

Jižní Korea vyhradila specializované spektrum pro LTE sítě používané státní správou, ale infrastrukturu a provoz budou zajišťovat komerční telekomunikační firmy. Britské záchranné služby mají vytvořenu virtuální privátní síť v rámci 4G sítě komerčního operátora. V některých případech však požadovaná úroveň investic a technické nejistoty zpomalují proces.

Technologie se rychle posunuje vpřed. Uživatelé vyžadují přenosy velkých objemů dat a streamování informací. Stále však existují určitá omezení zvláště pokud se jedná o zajištění požadavků okamžité a spolehlivé komunikace pro řešení krizových událostí. Řešením mohou být hybridní sítě a technologie spojující moderní LTE sítě a tradiční digitální úzkopásmové technologie.  

Permanent link to this article: https://www.hyt.cz/strucny-pruvodce-technologii-4g-lte/