LTE заработает на частотах WLAN

Мобильная связь стоит огромных денег. Операторы вынуждены не только платить за постройку сети, но и резервировать эксклюзивные права на использование определенных диапазонов частот, на которые нужно получить лицензию, заплатив миллиардные суммы государственным органам.

Здесь крутятся огромные деньги, потому что количество частот, на которых работает мобильная связь, ограничено. Чтобы выйти из этого затруднительного положения, поставщики оборудования для сетей мобильной связи и операторы, включая Ericsson, Nokia, Telekom (T-Mobile в США), предложили расширить LTE до частот, которые не требуют лицензии.

Проекты по расширению LTE получили название LTE-U (Unlicensed) и LTE-LAA (License Assisted Access). Такое разделение необходимо, поскольку в разных регионах действуют свои правила. Так, технология LTE-U предназначена для США, Китая и Индии, LTE-LAA же начнут строить в Европе и Японии с 2016 года.

Под технологии беспроводной связи отводятся те частоты, для которых не требуется лицензирование. Это, прежде всего, WLAN. Компании-участники Wi-Fi Alliance, начиная от AVM и заканчивая TP-Link, которые выпускают маршрутизаторы для беспроводной домашней сети, опасаются, что при реализации этих проектов работа LTE негативно скажется на качестве WLAN.

Их маршрутизаторы работают в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. На частоте 2,4 ГГц настолько мало места, что этот диапазон для расширения LTE в расчет не берется. А в распоряжении диапазона 5 ГГц в некоторых странах есть полоса частот шириной в более чем 400 МГц.

Основная проблема состоит в том, что современный стандарт 802.11ac для достижения высокой скорости требует использования широкой полосы пропускания. Маршрутизаторы нового поколения с поддержкой стандарта 802.11ac маркированы как трехдиапазонные (Tri-band) или устройства второй волны (Wave 2) с гигабитной скоростью. Ширина используемых ими полос составляет 80 и 160 МГц соответственно, тогда как 802.11n обходится всего 20 и 40 МГц. LTE-LAA теперь захватывает как минимум 20 МГц в диапазоне 5 ГГц.

В городах, где нередко с десяток и больше сетей WLAN накладываются друг на друга, это представляет собой весьма сложную проблему. Причем часть диапазона перекрывает метеорологическая радиолокационная станция, и преимущество за ней.

LAA: расширение LTE

Проект License Assisted Access (LAA) предусматривает расширение частотного спектра высокоскоростных сетей LTE до 5 ГГц, начиная с 2016 года. В настоящий момент этот диапазон занят сетями WLAN. Во избежание конфликтов между LTE и WLAN разрабатываются новые нормативы. Поставщик оборудования для сетей мобильной связи Ericsson выпускает на рынок новое устройство — RBS 6402, малую соту, работающую по принципу LTE-LAA в диапазоне 5 ГГц.

Малые соты для усиления LTE

LTE-LAA будет работать на частотах WLAN не постоянно, а только в определенных случаях. Сети будут использовать технологию, которая была введена еще для LTE-Advanced. Вторичные базовые станции, например, так называемые малые соты, могут помогать передавать данные с радиоантенной мачты (первичной базовой станции). Первичная БС синхронизирует радиопередачу с вторичными БС и обеспечивает корректный прием пакетов данных.

Для LTE-LAA вторичные БС будут выступать не только в роли усилителей сигнала, но и как ускорители передачи данных по нисходящей линии связи, поскольку они используют дополнительно полосы частот в нелицензируемом диапазоне 5 ГГц. Одна малая сота может создавать полосу шириной от 20 МГц, благодаря чему прирост скорости нисходящей линии может достигать 150 Мбит/с. Одновременно первичная БС передает данные в лицензируемой области.

На очередном этапе строительства LTE-LAA вторичные БС будут задействованы также в восходящей линии связи. Технически же LAA — это задача, решение которой предстоит найти, поскольку в нелицензируемой области в Европе передавать данные не так-то просто.

Толкотня в диапазоне 5 ГГц

В диапазоне 5 ГГц достаточно частот для налаженной работы нескольких WLAN-маршрутизаторов на различных каналах шириной от 20 до 160 МГц. На одну малую соту LTE-LAA в будущем планируется отвести полосу в 20 МГц, что может привести к определенным проблемам. Все расчеты должны исходить от частот метеорологической радиостанции, за которой преимущество.

Хорошие манеры: сначала слушай, потом говори

В странах ЕС и Японии на частотах WLAN действует принцип «Listen before talk» (LBT) или «слушай-перед-тем-как-сказать». «Вежливые» маршрутизаторы постоянно сканируют каналы на активность и ждут, когда они освободятся. И только потом начинается передача данных.

В США и Китае этот метод не действует, отсюда и разделение новых LTE на LAA-LTE и LTE-U. Для LTE-U инициатива в руках поставщиков оборудования и операторов связи. В ЕС же принцип LBT требует изменений в нормативах. Работа над этим ведется, в результате весной 2016 года должен появиться LTE Release 13. Идеи по управлению передачей данных WLAN-маршрутизатором и БС мобильной связи были предложены Ericsson и производителем чипов Qualcomm.

LTE-LAA в действии

Радиосвязь между смартфоном и радиомачтой происходит, как и прежде. В диапазоне 5 ГГц LTE-LAA работает только через малые соты. LTE-мачта синхронизирует обмен данными. На сегодняшний день LAA поддерживает только нисходящую линию связи, поддержка восходящей пока в перспективе.

Правило свободного канала

По проекту решающая роль отводится так называемому доступу к свободному каналу — Clear Channel Assessment (CCA). Он обеспечивает соблюдение принципа LBT со стороны мобильной связи. Вторичная БС, следуя механизму CCA, каждые 20 мкс сканирует канал на активность. Если канал свободен, начинается передача не более одного LTE-фрейма, что занимает не более десяти миллисекунд. Затем сота делает паузу в 34 мкс и снова запускает процесс CCA.

Маршрутизаторы тоже поддерживают подобный механизм, но в других временных масштабах. Здесь применяется алгоритм отсрочки, который проверяет радиоканал на активность с разными интервалами.

В зависимости от местоположения все это может привести к падению скорости WLAN. Google уже успела смоделировать работу LTE-U и в результате выявила два спорных момента. Во-первых, поскольку WLAN-маршрутизатор и вторичные БС сети LTE сканируют канал с разным интервалом, между ними могут возникать конфликты. Во-вторых, некоторые сигналы WLAN оказываются слишком слабыми для того, чтобы вторичная БС смогла зафиксировать передачу данных, поэтому она может поспешно отправлять их по LTE, и WLAN-пакет тогда будет приниматься с ошибками.

Инженеры, тестировавшие сеть, пришли к выводу, что возникновение таких проблем характерно для LTE-U, но для LTE-LAA они вовсе необязательны, поскольку в LTE Release 13 корректно воплощается принцип «вежливости». Так что европейские пользователи WLAN могут еще легко отделаться.

Передача по WLAN и LTE

В расширении LAA в LTE для проверки канала на активность применяется механизм Clear Channel Assessment (CCA). CCA позволяет LTE прослушивать каналы каждые 20 мкс. Если канал оказывается свободен, LTE передает по нему фрейм и начинает сканировать заново. WLAN работает по той же системе, но с другими интервалами.

Фото: компания-производитель