Long Term Evolution (LTE или на русском «долговременное развитие»), пожалуй, самый важный стандарт связи на сегодняшний день. Благодаря поддержке широкополосных скоростей для мобильных устройств LTE позволяет нам использовать все возможности сети интернет через наши мобильные устройства.
Но хотя LTE является почти повсеместной коммуникационной технологией (до полноценного внедрения 5G), она все еще не совсем понятна. Мифы и заблуждения окружают этот сложный и развивающийся сотовый протокол, а также наступающий на пятки сотовый стандарт 5G.
Сегодня большинство из нас используют LTE в основном на своих смартфонах, но его возможности выходят далеко за рамки проверки ленты Facebook или просмотра видео на YouTube. Хотя верно то, что LTE возник из-за необходимости обеспечивать пропускную способность именно для смартфонов, он также оказался надежным протоколом связи на средние и большие расстояния для межмашинной связи в интернет вещей (IoT). LTE сегодня используется для управления беспилотниками, телематикой транспортных средств, точного земледелия, определения окружающей среды и многого другого.
LTE это только высокие скорости
Опираясь на потребность рынка мобильных телефонов в высокоскоростном соединении, LTE изначально был создан для обеспечения высокоскоростного соединения для смартфонов. Однако высокоскоростные возможности LTE позволяют ему эффективно обслуживать устройства со средней и даже низкой скоростью передачи данных.
Дополнительная мощность несущей передатчика, созданная в результате обновления до стандарта LTE (очень часто используется синоним 4G), позволяет сотовым сетям обеспечивать эффективную связь в различных полосах пропускания. Необходимость поддержки устройств со средней и низкой скоростью передачи данных была решена, в частности, в последних выпусках стандарта 3GPP.
Выпуск 13 добавляет две низкоскоростные категории к стандарту 4G, что позволяет ему эффективно поддерживать устройства IoT со средней и низкой пропускной способностью. Этими новыми категориями являются Cat M1, который обеспечивает скорость восходящей линии связи 1 Мбит / с, и NB-IoT (или Cat NB1), который работает со скоростью 63 кбит / с, чтобы удовлетворить потребности в измерениях и передаче информации.
Для приложений IoT, требующих подключения 3G или 3,5G, категория 1 LTE поддерживает скорость нисходящей линии связи 10 Мбит / с, что подходит для приложений со средней пропускной способностью, таких как передача видео и управление дроном.
В категориях со средней и низкой скоростью сотовые сети могут эффективно и экономично поддерживать большое количество устройств с низкой пропускной способностью. Устройство конечного пользователя сообщает свою категорию LTE базовой станции при установлении соединения, и базовая станция соответственно связывается с устройством.
Для разработчиков встраиваемых систем 4G для IoT может упростить проектирование устройств и сетей. В то время как современные протоколы IoT часто требуют шлюзов для подключения устройств к облаку, LTE предоставляет устройствам интернет вещей прямое подключение к интернету.
У LTE большое энергопотребление
В то время как категории 4G с более высокой пропускной способностью, используемые в смартфонах, используют методы повышения мощности, такие как MIMO, для достижения превосходных скоростей передачи данных, категории LTE с более низкой полосой пропускания предназначены для низкого энергопотребления, чтобы удовлетворить потребности IoT.
NB-IoT, например, использует упрощенный сетевой протокол наряду с узкополосными передачами для достижения надежного беспроводного соединения на большие расстояния с использованием недорогих, маломощных радиостанций. Хотя упор на низкое энергопотребление означает, что пропускная способность NB-IoT максимально достигает 63 кбит / с, для многих приложений интернет вещей, таких как датчики и измерительные устройства, этого более чем достаточно.
4G имеет плохое покрытие
В первые дни своего выхода на глобальный рынок LTE покрытие было плохим, поскольку оно конкурировало с другими стандартами, такими как WiMAX, и первоначально боролось за признание рынка. Высокие затраты на развертывание также означали, что сетевые провайдеры поэтапно развертывали свои сети 4G, чтобы распределить затраты на модернизацию базовых станций.
Со временем потребительский спрос на широкополосную связь 4G возрос, отрасль сконцентрировалась на LTE в качестве выбранного стандарта сети 4G, что значительно улучшило покрытие LTE. В наши дни сетевые провайдеры практически полностью завершили переход на новый стандарт.
Сети LTE сложно модернизировать
Сложность и стоимость перехода от сетей 3G к 4G заставляет думать, что будущие обновления сетевых протоколов также могут быть дорогостоящими и сложными. Однако для современных развертываний LTE обновление сети может быть выполнено с помощью простого обновления программного обеспечения базовой станции и не требует дорогостоящей замены оборудования.
Наряду с тенденцией к распределенным и облачным базовым станциям, где аппаратное обеспечение базовых станций отделено от радиоантенн, обновление сетей LTE до последнего выпуска стало быстрым и легким для операторов сотовой связи.
LTE сложно проектировать
Проблемы проектирования аппаратного обеспечения также отпугивают многих разработчиков от использования LTE в своих проектах IoT. В высокоскоростных категориях 4G используется пространственное мультиплексирование с несколькими антеннами для достижения высоких скоростей передачи данных, и необходимость учитывать влияния радиочастот на интеграцию сдвоенных расщепленных антенн в ограниченном пространстве (встроенное устройство, embedded device) является головной болью, с которой большинство разработчиков предпочли бы не встречаться.
Правда в том, что LTE для интернет вещей не требует нескольких антенн. В то время как высокоскоростные категории LTE, такие как Cat 4, полагаются на MIMO для достижения полной пропускной способности, для низкоскоростных категорий 4G, нацеленных на использование IoT, требуется только одна антенна.
Для разработчиков промышленных устройств долговечность их разработки является еще одной проблемой при использовании сотовой технологии, которая, кажется, меняется каждый год. Одним из элегантных решений проблемы различных форм-факторов и разводок сотового модуля является философия вложенного дизайна, принятая u-blox. Используя вложенный дизайн, на одной печатной плате (PCB) можно разместить различные поколения сотовых модулей u-blox без перепроектирования.
5G будет быстрым и простым обновлением с 4G LTE
С появлением технологии сотовой связи 5G с каждым годом все больше проводится предварительных тестов и крупные игроки уже проводят предварительные испытания развертываемых сетей, а 3GPP уже находится на завершающей стадии разработки.
К сожалению, в то время как для обновления сотовой связи внутри поколения часто требуется только простое обновление программного обеспечения, для огромного увеличения скорости, которое принесет сотовая технология 5G, потребуется абсолютно новое радиооборудование. Из-за затрат на модернизацию аппаратного обеспечения 5G, скорее всего, будет вводиться постепенно, подобно тому, как вводился 4G LTE.
Тем не менее, для тех, кто решил развернуть LTE сегодня, это не совсем плохие новости: это означает, что устройства на базе 4G будут совместимы с сетью в течение многих лет.
LTE и 5G будут работать только в лицензированном спектре
Современные сотовые технологии работают на лицензированных частотах, отведенных для использования в сотовых сетях, но предлагаются будущие версии LTE и 5G, которые будут работать в нелицензированных диапазонах ISM. Это увеличит покрытие и пропускную способность для операторов сотовой сети и позволит повысить скорость передачи данных для устройств конечных пользователей.
Wi-Fi и сотовая связь останутся раздельными
Одной из захватывающих будущих разработок, указанных в последней версии 13 LTE и предложенных для 5G, является размытие Wi-Fi и сотовой связи. Сегодня LTE и Wi-Fi — это отдельные технологии. Однако в будущем сотовые сети могут беспрепятственно регистрировать пользователей в сетях Wi-Fi, когда они доступны, и пользователи смогут перемещаться между технологиями.
Агрегация LTE / Wi-Fi — это еще один способ, с помощью которого сотовые технологии будут использовать нелицензированный спектр для повышения пропускной способности сети, особенно в областях, уже покрытых сигналами Wi-Fi. Это поможет уменьшить заторы в сети, в настоящее время испытываемые в густонаселенных районах, и улучшить покрытие в помещениях, которые трудно достичь с помощью традиционных сотовых сетей.
LTE ограничивается связью с базовыми станциями
Современные устройства 4G в большинстве случаев ограничены связью с базовыми станциями, и это то, что большинство людей представляют, когда думают о сотовой связи. Фактически, в 2015 году версия стандарта LTE 3GPP Release 12 представила возможность прямой связи между устройствами; однако этот режим в настоящее время ограничен экстренным использованием. В будущем такая связь между устройствами будет использоваться для обеспечения связи между транспортными средствами (V2X).
5G — это чуть более высокие скорости
Подобно тому, как LTE в настоящее время характеризуется довольно хорошей скоростью передачи данных, внимание СМИ все же сфокусировано на высокоскоростном аспекте стандарта 5G. Фактически, IoT-коммуникации с низкой пропускной способностью будут ключевым компонентом 5G.
Сегодня IoT использует огромнейшее количество беспроводных протоколов и стандартов для подключения устройств к облаку. Эти протоколы имеют очень разные характеристики производительности, несовместимы друг с другом и часто требуют сетевых шлюзов для подключения устройств к облаку. Так же, как LTE был расширен для поддержки устройств с низкой пропускной способностью через различные категории, 5G также будет поддерживать широкий спектр скоростей соединения для IoT.
Объединяя устройства под 5G, конструкция устройства и совместимость будут упрощены. Вместо того, чтобы требовать сетевые шлюзы, устройства будут подключаться прямо к облаку, как современные сотовые устройства. Разработчики могут реализовать единый интерфейс и быть уверенными, что устройство будет работать везде, где есть сотовая связь.
