Какие пиковые скорости может обеспечить ваш смартфон в сети LTE?

В последнее время от операторов, запускающих в отдельных городах России сети LTE, приходится слышать цифры, призванные вселять в абонентов оптимизм. Еще бы, ведь речь идет о скоростях от 60 Мбит/с и выше. На деле далеко не всегда счастливый владелец смартфона с поддержкой LTE, подключенного к одной из российских сетей LTE может рассчитывать на то , что пиковые скорости часто будут достигать пороговых значений. Давайте немного вспомним "матчасть", прописанную в спецификации стандарта 3GPP TS 36.306.

Абонентские устройства, в нашем случае, смартфоны, разделены по их возможностям на 8 категорий. Мне пока известны только устройства с категориями 1-4, но в 2014 году ожидается появление устройств категории 6.

Категория - Максимально достижимая скорость скачивания информации -- уровень мультиплексирования

1 -- 10,295 Мбит/с  -- 1
2 -- 51,024 Мбит/с  -- 2
3 -- 102,048 Мбит/с -- 2
4 -- 150,752 Мбит/с -- 2
5 -- 299,552 Мбит/с -- 4
6 -- 301,504 Мбит/c -- 2 или 4
7 -- 301,504 Мбит/с -- 2 или 4
8 -- 2998,560 Мбит/c -- 8 

Поэтому давайте в дальнейшем ограничимся рассмотрением существующих устройств с категориями 1-5.

Чуть ниже приведу таблицу, где указаны максимально возможные скорости в зависимости от используемых технологий работы с антеннами. Во втором столбце приведены данные для случая использования двух пространственно разнесенных передающих антенн базовой станции, третий столбец - для случая использования технологии 2х2 MIMO, а четвертый - для ситуации, когда на сети поддерживается технология 4x4 MIMO. В России эта технология пока никем из операторов массово не внедрена, так что информация о том, что будет в этом случае, для нас не актуальна.

Итак, если ваш оператор поддерживает 2x2 MIMO, то, например, ваш iPhone 5s cat.3 (большинство смартфонов, которые сейчас в продаже, относятся к категории 3), теоретически может показать скорость скачивания данных 102 Мбит/с. Но не всегда, а при соблюдении ряда других условий! Отдельно отмечу, что скорость 300 Мбит/с мог бы показать смартфон 5-й категории в сети c MIMO 4x4. Таких смарфтонов я пока в руках не держал. В общем, это не про наш сегодняшний рынок.

Что требуется для того, чтобы устройство показало именно максимальную скорость, как в таблице?

Во-первых, необходимо чтобы на сети была реализована поддержка MIMO от 2х2, причем ваш смартфон должен быть в зоне уверенного приема, а не на границе соты и не в условиях зашумленного канала (параметр SINR не должен быть ниже 12 dB). Если вы далеко от базовой станции или в канале много помех, то скорость может быть ниже не только 102 Мбит/с, но и 75 Мбит/с, даже если вы единственный пользователь данного сектора базовой станции, т.е. весь ресурс "принадлежит" вам. Качество канала подразумевает еще и то, что в нем выставлена zero redundancy (нулевая избыточность), и нет ошибок передачи. На практике такая ситуация практически никогда не встречается. Так что даже скорость загрузки информации для устройства категории 3 обычно колеблется от 0 до 102 Мбит/с, не достигая пикового значения.

Теперь пришло время вспомнить о том, что на пиковые скорости самое серьезное влияние оказывает доступная оператору полоса частот. В России операторами Б3 в диапазоне 2.5-2.7 ГГц используются каналы шириной 2х10 МГц и 2х15 МГц. В мире встречаются еще варианты 2х5 МГц и 2х20 МГц (есть и более экзотичные варианты, но я сейчас их опущу).

Общее правило - чем уже частотный канал, используемый оператором, тем ниже достижимые пиковые (да и средние) скорости.

Таблица для случая, когда используется канал 2х5 МГц выглядит так. Если разрешат рефарминг диапазона 1800 МГц, то в некоторых регионах сеть LTE будет способна выдать следующие предельные параметры.

Для 2х10 МГц (это как сейчас в российских сетях LTE МТС и Билайн в диапазоне 2.5-2.7 МГц)

Здесь скорости в теории повыше, но не выше 79.2 Мбит/с.

И, наконец, сети Скартел (aka МегаФон). Не знаю, во всех ли регионах, но в ряде регионов они включены в режиме 2х15 МГц.

Итак, что требуется, чтобы ваше устройство обеспечивало пиковые скорости работы в сети LTE.

1. В сети используется Normal CP (Cycliс Prefix)
2. Базовая станция использует 2 передающих антенны на сектор.
3. Условия канала от базовой станции к смартфону настолько хороши, что не требуется вводить избыточные биты (zero redundancy или coding rate = 1), не требуется повторная передача блоков, поскольку в канале не возникает ошибок
4. Благодаря тому, что канал сформирован в оптимальных условиях, может использовать модуляция 64 QAM (шесть информационных битов на каждый переданный символ).
5. Только 2 OFDM символа используются для PDCCH (Physical Downlink Control Channel).

Тогда можно рассчитать максимальную достижимую скорость по формуле:

(число ресурсных блоков PRB) x (число доступных символов модуляции на пару ресурсных блоков) х (6 битов на символ модуляции) х (число уровней передачи). Результат умножаем на 1000/1000000, чтобы перейти к Мбит/с. 

Пример: Для канала 2х10 МГц получаем: 50 х 132 х 6 х 2 х 1000 / 1000000 = 79.2 Мбит/с

Так что даже если вы располагаете абонентским устройством 3-й категории, которое теоретически способно принимать данные со скоростью 102 Мбит/с, то при использовании его в сети с полосой 2х10 МГц (МТС, Билайн), вы не сможете получить выше 79.2 Мбит/с даже в самых идеальных условиях.

Канал передачи от устройства к базовой станции, как правило, еще слабее (иногда он менее загружен, что и приводит к тому, что скорость в направлении к базовой станции может получаться больше, чем в направлении терминала).

Одна передающая антенна ограничивает число уровней передачи единицей. Модуляция для устройств с 1-й по 4-ю категорию - 16 QAM. Как минимум 4 ресурсных блока уйдет на организацию управляющего канала (PUCCH - Physical Uplink Control Channel). Число доступных символов модуляции на ресурсный блок - 144.

Для каналов 2х5 и 2х10 МГц результаты расчета выглядят так:

Понятно, что как и в случае с загрузкой данных, вы сможете рассчитывать на максимальные скорости в канале вверх на уровне указанных в таблице только в случае:

- ваше устройство - единственное активное устройство в секторе в данный момент
- канал от устройства до базовой станции практически идеален
- сеть использует полосу частот, соответственно, 2х5 или 2х10 МГц.

Еще один фактор - настройки QoS (качества обслуживания) сети LTE. Эти настройки позволяют ограничивать возможности пользования сетевым ресурсом, например, для различных категорий абонента. QoS можно настраивать и для конкретных приложений, и для видов трафика, например, приоритезировать трафик http и ограничивать трафик p2p. Если на сети используется QoS, то вероятность достижения пиковых скоростей уменьшается, иногда до 0.

В реальной жизни практически все параметры часто не оптимальны для пользователя, а ресурс делится между пользователями. Кроме того, мы говорили о скоростях на физическом уровне, а на уровне приложений скорость в канале будет еще ниже. Так что не ждите от LTE слишком многого, в любом случае - это пока лучшее, что придумали для нас радиоинженеры.

*) Примечание. Пока что в России iPhone 5c/5s, как известно, работают только в сети LTE Билайн.

Источник: lteunivercity.com