Как работает 4G модем

К четвертому поколению сетей мобильной связи относятся стандарты беспроводной передачи данных со скоростью свыше 100 Мбит/с. На данный момент официально признанными являются 2 технологии: LTE-A и WiMAX 2, признанные в конце 2012 года Международным союзом электросвязи в Женеве. В настоящее время операторы «большой тройки»: Мегафон, Билайн и МТС предоставляют услуги высокоскоростного 4G интернета для мобильных устройств, а также предлагают свои 4G модемы. Из рекламных буклетов на неподготовленного пользователя часто обрушивается вал различной, и зачастую противоречивой информации о преимуществах новой технологии. В основном используется LTE. Целью этой статьи является объяснение для читателя принципов работы сетей 4G в России и специфики их работы. знак 4g

История появления

Прежде чем переходить к описанию стандартов 4G, стоит вкратце рассмотреть историю предыдущего поколения беспроводных сетей, а также их параметры, т. к. корни появления сетей 4G находятся именно там.

Расцвет 3G / UMTS. Предпосылки возникновения 4G

Следует понимать, что аббревиатура 3G (на самом деле 3GSM) – это не более, чем набор требований к системе сотовой связи. Эти требования были сформулированы Международным союзом электросвязи (МСЭ). Некоторые из них перечислены ниже:

Качество речи, не уступающее проводной связи.
Защита передаваемой информации на уровне ISDN.
Сочетания коммутации каналов и пакетов данных.
«Мягкий» hand-over.
Открытость сетевой архитектуры.
Скорость обмена данными не ниже 144 кбит/с для высокомобильных абонентов, передвигающихся со скоростью до 120 км/ч, и не ниже 2048 кбит/с для стационарных устройств.

Как видно из списка, скорость передачи данных являлась важным, но далеко не единственным параметром. Тем не менее появлению сетей 3G способствовал рост объемов мобильного трафика и потребностей населения. Широкое использование USB модемов тому пример. На данный момент в тех местах, где отсутствует проводной доступ в интернет, UMTS модем является единственным вариантом, обеспечивающим приемлемую скорость обмена данными.

Использование протокола HSDPA на первом этапе позволило достичь скорости обмена 3,6 Мбит/с от станции к абоненту. На втором этапе был внедрен протокол HSUPA, обеспечивающий передачу данных от абонента к станции со скоростью до 5,76 Мбит/с. Третьим этапом стало появление технологии HSPA, базирующейся на HSDPA и HSUPA. Здесь скорость передачи от сотовой станции к абоненту может достигать при скачивании 14,4 Мбит/с и 5,76 Мбит/с на отдачу. Оператор «Скай Линк» был первопроходцем в размещении 3G в России. Через 5 лет от Россвязи получили разрешение и 3 крупнейших оператора России: Мегафон, МТС и Билайн.

На практике же, при приобретении модем с интернет-пакетом от МТС или Билайн, реальная скорость составляет 1-10 Мбит/с. Аналогичным образом обстоят дела и у Мегафон. Цифры 7.2, 14.4 в обозначениях модема – это максимальные скорости обмена данными между модемом/телефоном и сотовой вышкой. Конечные величины скоростей ограничены пропускной способностью существующих каналов связи между шлюзом оператора и интернетом.

Стоит также отметить и усовершенствованную технологию HSPA+. В ней используются сложные типы модуляций сигналов: 64 QAM и 16 QAM. Это позволило обеспечить скорость скачивания 43,2 Мбит/с. Первым оператором, предоставляющим свои модемы с поддержкой HSPA+, стал Мегафон в 2010 году. Через два года после этого аналогичную сеть запустила и компания МТС. Билайн присоединился позднее: в 2013 году.

Переход к 4G

В 2008 году МСЭ были сформулированы требования для стандарта беспроводной связи 4G. Среди них были новые требования к скорости передачи данных. Теперь для высокоподвижных абонентов должна была предоставляться скорость не менее 100 Мбит/с, а для неподвижных – 1 Гбит/с. Новые сети также должны были быть максимально объединены с IP сетями. 4g lte В 2012 МСЭ окончательно утвердил требования к сетям 4G. Основные из них перечислены ниже:

Использование IP протоколов для коммутации пакетов.
Динамическое разделение ресурсов для обеспечения большого числа подключений к одной соте. В данном случае – порядка 200 абонентов.
Максимальная скорость обмена данными от 100 до 1000 Мбит/с.
Поддержка большого количества услуг: видеоконференция, видеовызовы и т. п.

Такие требования были продиктованы резким увеличением объемов мобильного трафика начиная с 2005 года. Рост количества изображений и видео в сети, скачиваемых пользователями через коммуникаторы и планшеты привел к необходимости увеличения пропускной способности существующих сетей.

Например, в 2012 году количество смартфонов составляло уже 1 млрд. Кроме того, появление нового сегмента носимых устройств: умные часы, очки и датчики также увеличило объем передаваемой информации. Рост трафика с 2012 по 2013 год увеличился вдвое. Теоретически с помощью HSPA+ можно достигнуть скорости передачи 337 Мбит/с(используя HSDPA). Это указано в 11 выпуске стандартов 3GPP. На роль кандидата в сети 4G претендовала и HSPA+. Однако были и другие кандидаты: WiMAX, UMB и LTE.

Появление LTE

Технология Long-TermEvolution или LTE разрабатывалась 3GPP и на четвертое поколение первоначально не претендовала. Она должна была заменить собой существующие UMTS и CDMA сети и обеспечивать повышенную скорость обмена и новое ядро сети. Первоначальная верхняя граница нисходящей скорости составляла 326 Мбит/с, а восходящей – 172 Мбит/с. Важным улучшением стало и уменьшение времени отклика до 5 мс (так называемого ping) путем упрощения архитектуры IP сетей и переход к единой инфраструктуре.

Стоит отметить, что изначально коммутация пакетов поддерживалась только внутри all-IP сети. Поскольку в существующих GSM, UMTS сетях голосовые вызовы обеспечиваются коммутацией каналов, переход операторов на LTE требовал реструктурирования сетей. В настоящее время в России используется метод Circuit-switchedfallback. В этом случае LTE обеспечивает только передачу данных, а для совершения голосового вызова телефон переключается в обратно в режим GSM.

LTE для конечных пользователей. 4G модемы

В настоящее время LTE развернуто более, чем в 70 российских городов. Для голосовых вызовов используется режим CSFB: когда происходит вызов, смартфон переключается в GSM или UMTS режим, после чего производится обратный переход в LTE. Это означает, что преимущества высоких скоростей оценят именно пользователи мобильного интернета, хотя телефоны с поддержкой LTE уже давно поступили в продажу. В данном разделе описываются именно 4G модемы, предоставляемые тремя основными операторами: Мегафон, МТС, Билайн и специфика их услуг.

Параметры модемов

Для работы требуется специальная USIM карта, которая приобретается при подключении. В основном используется многодиапазонный LTE модем Huaiwei E3272 S, заблокированный на использование только одного оператора. Впрочем, в интернете достаточно информации по разблокировке, что не составит проблемы при смене оператора.

Также популярен Huaiwei E392. В зависимости от оператора E3272S может называться по-разному: У Мегафона — «Мегафон М-100-4», а у операторов МТС и Билайн он называется «МТС 824F» и «Билайн Е3272» соответственно. Устройство работает на чипе HiSilicon Balong 710. Скорость передачи у E3272 в 4G составляет порядка 150 Мбит/с на прием и 50 Мбит/с на отдачу. Поддерживаются следующие частоты LTE: 800, 900, 1800, 2100, 2600 МГц. Модем также может поддерживать GPRS, EDGE и 3G: HSDPA, HSUPA. Переключение происходит автоматически в зависимости от уровня сигнала. На корпусе также расположены 2 заглушки для разъемов CRC-9, предназначенные для подключения антенн. Модем совместим с Windows, MacOS, Linux. В комплекте от каждого оператора поставляется предустановленное ПО для работы.

Обзор тарифов выходит за тему этой статьи. Стоит все же отметить, что все 3 основных оператора придерживаются политики ограничения объема трафика в дневное время. Максимальное количество гигабайт зависит от подключенных тарифных опций. В ночное время, как правило, скорость не ограничена.