Как работает 4G LTE связь: принцип передачи данных по этапам
4G LTE (Long Term Evolution) передаёт данные между смартфоном и базовой станцией по радиоканалу. Технология делит доступную полосу частот на множество узких подканалов, передаёт данные параллельно по всем из них и тем самым достигает скорости загрузки до 150 Мбит/с в теории и 20–50 Мбит/с на практике в российских сетях. В отличие от предыдущих стандартов, LTE с самого начала проектировался только для передачи данных: голосовые звонки передаются поверх интернет-соединения (технология VoLTE).
Ключевые технологии внутри LTE
Основа LTE: технология OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование). Рабочая полоса частот (например, 10 МГц или 20 МГц) делится на 600 и более узких подканалов шириной 15 кГц каждый. Данные передаются по всем подканалам одновременно небольшими блоками. Благодаря ортогональности подканалы не мешают друг другу даже при плотном расположении.
Для увеличения скорости применяется MIMO (множественный ввод и вывод). Базовая станция и смартфон используют несколько антенн одновременно: конфигурация 2x2 MIMO удваивает пропускную способность, 4x4 MIMO увеличивает её вчетверо. Стандарт LTE-Advanced добавил агрегацию несущих: соединение объединяет несколько блоков частот в разных диапазонах, суммируя их ёмкость.
Как устроена сеть LTE: этап за этапом
Шаг первый: смартфон обнаруживает сигнал базовой станции и регистрируется в сети. ЭБУ базовой станции (eNodeB) назначает устройству временно-частотные ресурсы. Шаг второй: пакеты данных с серверов интернета поступают в ядро сети EPC (Evolved Packet Core) через опорные линии связи. EPC управляет маршрутизацией, аутентификацией абонента и выставлением счёта. Шаг третий: данные передаются от eNodeB к смартфону по радиоинтерфейсу. Каждые 1 миллисекунду система заново распределяет частотно-временные ресурсы между всеми активными пользователями клетки, отдавая приоритет тем, у кого лучший сигнал. Шаг четвёртый: смартфон принимает сигнал, декодирует OFDM-подканалы, собирает пакеты и передаёт их приложению (браузеру, мессенджеру, видеоплееру).
Диапазоны частот и покрытие в России
Российские операторы строят LTE преимущественно в диапазонах 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц. Низкие частоты (800 МГц) обеспечивают широкое покрытие и хорошее проникновение внутрь зданий, но меньшую ёмкость. Высокие частоты (2600 МГц) дают высокую скорость в плотно заселённых районах, но плохо проникают через стены.
Ячейка сети (сота) в городе покрывает радиус 0,5–2 км, за городом до 10–30 км. На одну базовую станцию приходится одновременно несколько сотен активных пользователей; при перегрузке соты оборудование автоматически снижает скорость каждого абонента. Именно поэтому скорость LTE в час пик в центре крупного города может падать до 5–10 Мбит/с, тогда как ночью на той же точке легко достигается 80–100 Мбит/с.
