LTE

LTE является стандартом беспроводной передачи данных и развитием стандартов GSM/UMTS. Целью LTE было увеличение пропускной способности и скорости с использованием нового метода цифровой обработки сигналов и модуляции, которые были разработаны на рубеже тысячелетий. Ещё одной целью было реконструировать и упростить архитектуру сетей, основанных на IP, значительно уменьшив задержки при передаче данных по сравнению с архитектурой 3G-сетей. Беспроводной интерфейс LTE является несовместимым с 2G и 3G по сигналам и протоколам.

Спецификация LTE позволяет обеспечить скорость загрузки до 3 Гбит/с, а задержка в передаче данных может быть снижена до 2 миллисекунд. LTE поддерживает полосы пропускания частот от 1,4 МГц до 20 МГц и поддерживает как частотное разделение каналов (FDD), так и временное разделение (TDD).

Ниже представлен рейтинг стран по временному охвату 4G LTE (данные OpenSignal на май 2019 года)[3].

Место	Страна	Охват
1	Южная Корея	97,5 %
2	Япония	96,3 %
3	Норвегия	95,5 %
4	Гонконг	94,1 %
5	США	93,0 %
6	Нидерланды	92,8 %
7	Тайвань	92,8 %
9	Швеция	91,1 %
10	Индия	90,9 %
13	Австралия	90,3 %
15	Кувейт	90,0 %
24	Катар	86,0 %
37	Бахрейн	81,2 %
39	Казахстан	81,0 %
47	Турция	79,0 %
…	…	…
61	Россия (в пересчёте на площадь страны и население - занимает первое место в мире)	73,9 %

Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности излучения и теоретически не ограничен, а максимальная скорость передачи данных зависит от радиочастоты и удалённости от базовой станции. Теоретический предел для скорости в 1 Гбит/сек — от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц). Большинство операторов в России работает в диапазонах 2600 МГц, 1800 МГц и 800 МГц (стандарт LTE-FDD). Базовые станции диапазона 800 МГц способны обеспечить такую скорость на расстоянии до 13,4 км[4]. Диапазон 1800 МГц — наиболее используемый в мире, он сочетает в себе высокую емкость и относительно большой радиус действия (6,8 км).

В ноябре 2015 года Международный союз электросвязи рекомендовал в Европе, Африке, на Ближнем Востоке и в Центральной Азии строить LTE-сети в диапазоне 694—790 МГц. Эти частоты в ряде стран, в частности, в России были на то время заняты аналоговым телевещанием[5].

Большая часть стандарта LTE рассматривает модернизацию 3G UMTS на то, что в конечном итоге будет технологией 4G. Большая часть работы направлена на упрощение архитектуры системы: она переходит из существующих UMTS цепи + коммутации пакетов объединенной сети к единой IP-инфраструктуре (all-IP). E-UTRA является беспроводным интерфейсом LTE. Его основные особенности:

• Максимальная скорость загрузки из Сети до 299,6 Мбит/с и максимальная скорость загрузки в Сеть от абонента до 75,4 Мбит/с в зависимости от категории оборудования пользователя (антенна 4×4 с использованием спектра 20 МГц).
• Низкая задержка при передаче данных (5 мс задержка для маленьких IP пакетов в оптимальных условиях), более низкая задержка при установке соединения.
• Улучшена поддержка мобильности, в качестве примера — терминал, движущийся со скоростью 350 км/ч или 500 км/ч в зависимости от диапазона частот.
• OFDMA для нисходящей линии связи, SC-FDMA для восходящей линии связи с целью экономии энергии.
• Поддержка и FDD и TDD систем связи, а также полудуплексной FDD с одной и той же технологией радиодоступа.
• Повышение гибкости. Спектр: 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц для ширины соты стандартизированы.
• Поддержка размеров соты от нескольких десятков метров (фемто и пикосоты) до 100 км. В нижних частотных диапазонах, которые будут использоваться в сельских районах, 5 км является оптимальным размером соты. В городе и в районах плотной заселённости более высокие частотные диапазоны (например, 2,6 ГГц в ЕС) используются для поддержки высокоскоростной мобильной широкополосной связи. В этом случае размер соты может быть 1 км или даже меньше.
• Поддержка как минимум 200 активных клиентов в каждой соте 5 МГц.
• Поддержка сосуществования со старыми стандартами (например, GSM/EDGE, UMTS и CDMA2000). Пользователи могут начать вызов или передачу данных в области с наличием LTE и, покинув область покрытия, продолжить работу без каких-либо специальных действий с их стороны в сетях GSM/GPRS.
• Радиоинтерфейс коммутации пакетов.

Стандарт LTE поддерживает только коммутацию пакетов со своей сетью all-IP. Голосовые вызовы в GSM, UMTS и CDMA2000 являются коммутацией каналов, поэтому с переходом на LTE операторы должны реорганизовать свою сеть голосовых вызовов.[6] Имеются три различных подхода:

Голос по LTE (VoLTE)

Технология VoLTE дает возможность передавать голосовые вызовы в сети LTE. VoLTE позволяет не производить переключение из сети LTE в сети предыдущего поколения, что ускоряет процесс осуществления голосового вызова.

Circuit-switched fallback (CSFB)

При таком подходе LTE обеспечивает только услуги передачи данных, поэтому, когда требуется принять или совершить голосовой вызов, терминал просто возвращается к сети с коммутацией каналов (например, GSM или UMTS). При использовании этого решения операторам просто нужно обновить MSC вместо развертывания IMS, поэтому можно быстро начать предоставлять услуги. Однако недостатком является более длительная задержка при установке вызова.

Одновременная передача голоса и LTE (Simultaneous Voice and LTE, SVLTE)

При таком подходе терминал работает одновременно в LTE и с коммутацией каналов, в режиме LTE предоставляются услуги передачи данных и в режиме с коммутацией каналов обеспечиваются голосовые услуги. Это решение основано исключительно на требованиях к мобильному телефону и не имеет специальных требований к сети. Недостатком такого решения является то, что такой телефон может стать дорогим и иметь высокое энергопотребление.

Первая сеть LTE в России была запущена ООО «Скартел» (бренд Yota) 20 декабря 2011 г. в Новосибирске и состояла из 63 базовых станций.[7] До официального запуска абоненты могли приобрести USB-модем и пользоваться услугами в тестовом режиме (плата не взималась). Первым среди операторов «большой тройки» технологию LTE запустил «МегаФон» 23 апреля 2012 г. (так же — в Новосибирске)[8], в Москве услуги сети LTE абонентам оператора стали доступны 14 мая 2012 г.[9]

LTE присутствует в 85 регионах России[10]. В зоне покрытия находится 70 % населения на начало 2016 года[11]. Стоит учесть, что разные операторы предоставляют разный уровень покрытия. В некоторых случаях сеть запускается только в административных центрах регионов. Количество базовых станций мобильной связи стандарта LTE и последующих его модификаций в 2016 году в РФ увеличилось на 54,4 % — до 111,519 тысячи с 72,2 тысячи в 2015 году. Больше всего базовых станций LTE установлено в Центральном федеральном округе — 40,93 тысячи, наименьшее их число — на Дальнем Востоке — 4,935 тысячи[12].

Для организации голосовых вызовов у операторов «МегаФон» и «МТС» в большинстве регионов используется VoLTE, у остальных операторов используется Circuit-Switched Fallback (CSFB), однако идёт тестирование и планируется к запуску VoLTE.

Иконка LTE Advanced c ЧА в Android

Федеральные операторы используют частотные диапазоны LTE: «Мегафон» — диапазоны 1 (FDD 2100 МГц), 3 (FDD 1800 МГц), 7 (FDD 2600 МГц), 8 (FDD 900 МГц), 20 (FDD 800 МГц), 38 (TDD 2600 МГц); «МТС» - диапазоны 1, 3, 7, 8, 20, 38; «Билайн» — диапазоны 1, 3, 7, 8, 20, 38; Tele2 — 1, 3, 7, 20, 31 (FDD 450 МГц), 40 (TDD 2300 МГц). Используются технологии LTE Advanced — частотная агрегация (carrier aggregation), 4x4 MIMO и модуляция 256QAM.

«МТС» и «Билайн» заключили договор об использовании и строительстве сети во многих регионах по принципу Radio Access Network sharing[13][14]. Это означает, что один оператор строит инфраструктуру, а другой оператор только использует её (раз в полгода производится финансовый взаиморасчёт). Такое решение позволяет значительно сократить затраты на строительство и обслуживание сетей (так как фактически требуется только одна сеть, которая используется одновременно двумя компаниями).

Операторами «МТС» и «Мегафон» организовано покрытие LTE на всех станциях Московского метрополитена по схеме RAN Sharing.[15] В перегонах действует сеть в диапазоне 20 (FDD 800 МГц) с шириной канала 15 МГц.

Также в Чеченской Республике действует LTE сеть регионального оператора «Вайнах Телеком» в диапазоне 40 (TDD 2300 МГц); на частотах 1800 МГц запущены сети: в Республике Татарстан от «Таттелеком», в Свердловской области, Курганской области, Ханты-Мансийском автономном округе — Югра и Ямало-Ненецком автономном округе сеть от оператора «Мотив» (ООО «ЕКАТЕРИНБУРГ — 2000»), в Крыму LTE предоставляют операторы WIN mobile и Волна мобайл, оба оператора используют диапазон 7 (FDD 2600 МГц) [16] и частично диапазон 3 (FDD 1800 МГц).

Tele2 – один из сотовых операторов в России, обладающий частотами 450 МГц. Услуги высокоскоростной передачи данных в частотном диапазоне 31 (FDD 450 МГц) Tele2 предоставляет под брендом Skylink. Первыми регионами, где оператор запустил сети LTE-450, стали Тверская и Новгородская области. Новая технология также доступна жителям Санкт-Петербурга, Ленинградской области и в Московском регионе.[17] Также фрагменты сетей LTE-450 работают в Республике Башкортостан и ХМАО у оператора МТС.

Впервые в коммерческую эксплуатацию LTE-сеть в Белоруссии (Минск и Гродно) была запущена в декабре 2011 белорусским отделением российской компании Yota (компания Йота-Бел)[18]. В июне 2012 года эксплуатация LTE-сети компанией была прекращена.

Второй коммерческий запуск состоялся 17 декабря 2015 года инфраструктурным оператором beCloud. Была запущена сеть LTE Advanced (функционирует и сегодня) в городе Минске (позже зона покрытия расширилась по всем областным городам и многим регионам страны)[19]. Поставщиком оборудования для LTE-сети стала компания Huawei. На сентябрь 2020 года LTE Advanced работает в трех диапазонах — 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц[20].

Компания beCloud (51 % акций принадлежит государству) единственная в Белоруссии имеет эксклюзивные права на использование частот для организации LTE-сети и лицензию на осуществление деятельности в области связи стандарта LTE[21]. Поэтому она предоставляет в пользование свою сеть другим операторам. Начиная с конца 2015 года LTE-сеть стала доступна абонентам МТС. В 2016 году доступ к сети появился у абонентов мобильного оператора life:) и провайдера UNET.by, в марте 2019 — у абонентов А1.

В декабре 2019 года компания А1 объявила о стратегическом партнёрстве на 3 года с инфраструктурным оператором beCloud по развитию мобильной связи стандарта 4G в Белоруссии[22]. Начиная с 2020 года А1 предоставил часть своей инфраструктуры под базовые станции, а также транспортную сеть, чтобы 4G-сеть в частотном диапазоне 800 МГц стала доступна в сельской местности. Благодаря этому с августа 2020 года по сентябрь 2021 года зона покрытия сети 4G расширилась: в Гомельской области -— до 96,4 %[23], в Могилевской области — до 81 %[24], в Минской области — до 89 % [25], в Витебской области — до 75 %[26].

• E-UTRA
• LTE-Advanced
• Архитектура системы безопасности в сетях LTE

• Сайт стандарта LTE (англ.)
• История борьбы за частоты LTE в разных городах РФ
• Г. Башилов. LTE: где-то — быстро, а где-то — медленно // «Журнал сетевых решений/Телеком». — 2011. — № 6.