LTE - wszystko co musisz wiedzieć na jego temat, ale bałeś się zapytać

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na mobilny dostęp do zasobów sieci rośnie także jego prędkość. Powstają nowe standardy bezprzewodowej transmisji danych. Jeden z nich nazwany LTE umożliwia już dziś na osiągnięcie prędkości przesyłu na poziomie nawet do 100 megabitów na sekundę. Modem pozwalający na korzystanie z tego typu sieci montowany jest między innymi w niektórych układach Qualcomma i zapewnia dostęp do szybkiego internetu za pomocą urządzeń mobilnych.

W czasach, gdy stacjonarny internet jeszcze raczkował, mało kto marzył o dostępnym na wyciągnięcie ręki internecie mobilnym w telefonie komórkowym. Dla wielu osób, zwłaszcza tych młodszych, jest on już codziennością. A warto pamiętać, że jeszcze kilka lat temu sprawdzenie maila i posiadanie dostępu do internetu w formie WAP było szczytem marzeń. Dziś urządzenia mobilne mogą być połączone z siecią całą dobę informując użytkownika o nowych zdarzeniach, korzystając z transmisji danych w tle. Dla powiadomień o nowych wiadomościach i wyświetlania strumienia postów z serwisów społecznościowych wystarczająca jest sieć starszej generacji, ale apetyt użytkowników rośnie w miarę jedzenia.

W końcu już teraz za pomocą smartfonów i tabletów możemy oglądać streamowane w czasie rzeczywistym materiały wideo w jakości HD i ściągać gry ważące nawet kilka gigabajtów. Uzyskanie sensownej prędkości do tego celu umożliwia oczywiście dobrej jakości połączenie Wi-Fi, ale znajdując się z daleka od routera jesteśmy skazani na łączność komórkową. A standard 3G wraz z jego ewolucjami powoli staje się do takich zastosowań zbyt wolny. Dlatego wybierając nowy tablet i smartfon, a tym bardziej w przypadku wykorzystywania w komputerze modemu USB lub MiFi zamiast stałego łącza, warto zastanowić się nad urządzeniami wyposażonymi w moduł LTE.

Skrót LTE pochodzi od nazwy Long Term Evolution. Standard ten rozwijany jest przez konsorcjum 3GPP. To kolejna generacja technologii transmisji danych, będąca następcą systemów trzeciej generacji nazywanych w skrócie 3G. Dla użytkownika końcowego nowy standard to głównie zwiększenie prędkości przesyłu danych, wyrażanej w megabitach na sekundę. Ale to nie wszystko. LTE pozwoliło na zwiększenie możliwości telefonii komórkowej także poprzez zmniejszenie kosztów transmisji i uproszczenie architektury. LTE ma także mniejsze opóźnienia i zwiększoną efektywność spektralną łączy radiowych.

Jako jedną z najważniejszych różnic między LTE, a poprzednią generacją, uznaje się fakt, że standard ten wykorzystuje technologię OFDM do transmisji danych w kierunku stacja bazowa - telefon. W przeciwnym kierunku, czyli od użytkownika do operatora, wykorzystywane jest natomiast SC-FDMA (DTFS-FDMA). W przypadku poprzedniego standardu 3G, wykorzystywane było WCDMA. Warto tutaj dodać, że 3G jest dziś już nieco przestarzałe. W końcu standard ten ma już ponad 10 lat. Sieć trzeciej generacji opracowana była na bazie usługi, której głównym zadaniem była transmisja głosowa.

Dopiero sieci kolejnej generacji stawiają w pierwszej kolejności na transmisję danych. Specyfikacja 3GPP określa prędkości, jakie w teorii może osiągnąć sieć LTE. Jest to 100 Mb/s w przypadku transferu danych do urządzenia dostępowego oraz 50 Mb/s podczas transferu z urządzenia do stacji bazowej. Maksymalne prędkości, jakie może osiągnąć obecna w Polsce sieć 3G budowana w oparciu o standard UMTS i implementacji technologii HSDA i HSUPA są znacznie niższe. Dla porównania sieci o nazwie HSPA+, z których korzystają polscy operatorzy, pozwala na osiągnięcie transferu rzędu 42 Mb/s i 11 Mb/s - odpowiednio podczas ściągania i wysyłania danych.

(za Wikipedia)

OFDM - Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (Ortogonalne zwielokrotnianie w dziedzinie częstotliwości)
SC-FDMA - Single-carrier frequency-division multiple access scheme
UMTS - Universal Mobile Telecommunications System (Uniwersalny System Telekomunikacji Ruchomej)
WCDMA - Wideband Code Division Multiple Access
HSPA+ - Evolved High Speed Packet Access

W grudniu 2008 roku została wydana pierwsza wersja standardu LTE przygotowanego przez konsorcjum 3GPP, która została oznaczona była jako Release 8. Na świecie po raz pierwszy LTE zbudowane w oparciu o tą wersję pojawiło się w Szwecji i Norwegii w 2009 roku, za sprawą TeliaSonera. Początkowy rozwój sieci był szybki i dynamiczny, a już po roku od pierwszego komercyjnego wdrożenia udział we wprowadzaniu tego standardu miało już ponad 120 operatorów telefonii komórkowej i internetu mobilnego na całym świecie. W Stanach Zjednoczonych pierwszym operatorem oferującym LTE był w 2010 roku MetroPCS.

Jednocześnie kupując urządzenie z LTE pochodzące z innego kraju trzeba pamiętać, że sieć ta działa na różnych częstotliwościach w zależności od regionu. Problem ten dotknął między innymi klientów Apple, którzy kupili poza terenem Stanów Zjednoczonych pierwszego iPada oznaczonego jako obsługujący LTE. Po włożeniu karty SIM orientowali się oni, że w ich kraju zastosowany w urządzeniu modem nie będzie działał. Dużo niezadowolonych klientów z tego tytułu pojawiło się w Australii, gdzie Apple było zmuszone do zmiany oznaczeń na pudełkach.

W przypadku modułów produkowanych przez Qualcomma producenci smartfonów, tabletów i modemów mogą skorzystać z dużej oferty układów, których modemy mogą współpracować z szeroką gamą częstotliwości wykorzystywanych przez operatorów na całym świecie. U nas w Polsce LTE dla konsumentów pierwszy wprowadził Cyfrowy Polsat. Stało się to 30 sierpnia 2011 roku, a po kilku miesiącach, dokładnie 29 listopada 2011 roku, drugim operatorem oferującym LTE w Polsce stał się Plus. Klienci Orange, T-Mobile i Play zmuszeni są na razie obejść się smakiem.

W przypadku obu polskich operatorów częstotliwość LTE wynosi 1800MHz. Na świecie używane są jednak inne pasma. W Ameryce Północnej jest to 700/800 oraz 1700/1900 MHz, w Ameryce Południowej 2500MHz, w Azji 1800 i 2600 MHz, w Australii 1800 MHz. Poza Polską w różnych krajach Europy można spotkać częstotliwości 800, 900, 1800, 2600, 3400 oraz 3600 MHz.

Kolejne generacje standardów bezprzewodowej transmisji danych z wykorzystaniem sieci komórkowej oznaczane są kolejnymi cyferkami. Rozróżnienie między 1G, 2G i 3G są dość jasne, ale 4G zaczęło sprawiać problemy ze względu na brak jasnej definicji. Cofając się wstecz, sieć 1G to połączenia analogowe. Pierwsze cyfrowe sieci oznaczone zostały 2G, gdzie prędkość transmisji danych poprzez GPRS, a później EDGE, wyrażana była w kilobitach na sekundę. Kolejnym skokiem prędkości do rzędu kilku lub nawet kilkudziesięciu megabitów na sekundę było wprowadzenie sieci trzeciej generacji 3G, do których należy między innymi standard UMTS w oparciu o który działają polskie sieci.

W marcu 2008 roku Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny ITU-R (International Telecommunications Union - Radio communications sector) zdefiniował wymagania, jakie powinna spełniać sieć następnej generacji, aby móc nazywać się 4G. Nazwane zostały one IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications Advanced). Wedle tych zaleceń prędkość sieci 4G powinna wynosić minimum 100 megabitów na sekundę podczas poruszania się z dużą prędkością (pociąg, samochód) oraz 1 gigabit na sekundę podczas pozostawania w miejscu lub poruszania się z małą prędkością, np. pieszego na ulicy. Jako sieci aspirujące do miana 4G określa się Mobile WiMAX, który pojawił się w Korei Południowej w 2006 roku oraz właśnie LTE, które zadebiutowało w Norwegii w 2009.

To, czy te sieci powinno się zaliczać do 4G jest cały czas brane pod wątpliwość. Problem z nazewnictwem wynika z faktu, że sieci LTE i Mobile WiMAX de facto nie spełniają wymagań dotyczących gigabitowej transmisji danych, gdy urządzenie jest w stanie spoczynku. Warto nadmienić, że dla nas standard LTE jest znacznie bardziej interesujący, ponieważ Mobile WiMAX nadal nie jest dostępny w Europie. Tak czy inaczej, aby sieć LTE mogła dostać metkę 4G została wydana specjalna decyzja organizacji ITU, która zniosła poprzednie wymaganie mówiące o prędkości 1Gb/s. Tylko nieco przy okazji otwarto furtkę do nadużyć.

Na mocy tej decyzji z dnia 6 grudnia 2010 roku jako sieć 4G można określić każdą technologię, która “oferuje istotny poziom poprawy wydajności w porównaniu z obecnie działającymi systemami 3G”. Wcześniej sieci opisywane jako “podrasowane 3G” mogły magicznie na papierze zmienić nazwę i stać się siecią następnej generacji. W Polsce swoje trzy grosze do zamieszania dorzucił operator Play. Nie posiada on nadajników LTE, ale w swojej ofercie i materiałach promocyjnych posługiwał się oznaczeniem 4G, mając na myśli łączność poprzedniej generacji HSPA+, którą pozostali operatorzy oferowali już znacznie wcześniej.

W Stanach Zjednoczonych sieci także nagle z dnia na dzień mogły dodać znaczek 4G, ale technologie przesyłu danych i teoretyczne prędkości były tam różne. W sieci Verizon dostępne LTE (do 100Mb/s), w AT&T oraz T-Mobile HSPA+ (do kilkudziesięciu Mb/s) a w Sprint WiMAX (do 128Mb/s). Dopiero na ten rok planowane jest uruchomienie dwóch nowych standardów przesyłu danych. Te mają już w pełni spełniać wymagania IMT-Advanced i zapewnić szybkość transferu na poziomie 1 gigabita na sekundę. Mają być kompatybilnie wstecznie i nosić nazwę Mobile WiMAX Release 2 i LTE Advanced.

Qualcomm jest liderem jeśli chodzi o rozwiązania sieci 4G (w rozumieniu “znacznie szybszych, niż 3G), w tym oczywiście LTE. Modemy pozwalające na skorzystanie z tej sieci są częścią układów produkowanych przez firmę. Dostępnych na rynku lub w trakcie opracowywania jest już ponad 50 różnych urządzeń, które do łączenia się z siecią następnej generacji korzystają z technologii Qualcomma. Do tego 16 operatorów i organizacji rządowych wykorzystuje rozwiązanie LTE-TDD pochodzące od Qualcomma.

Co prawda LTE w Polsce oferuje tylko dwóch operatorów, ale sytuacja tej sieci w Polsce wcale nie jest taka zła, jak można byłoby się spodziewać. Już w trakcie moich testów w zeszłe wakacje, na terenie stolicy prędkości osiągane przez urządzenia łączące się z nadajnikami Plusa stały na przyzwoitym poziomie. Co prawda często podczas korzystania z tego typu transmisji nie jest osiągana najwyższa możliwa prędkość. Trzeba brać pod uwagę takie czynniki, jak odległość od nadajnika, warunki pogodowe oraz liczbę osób, która chce z łączności skorzystać w tym samym momencie. Ale i tak w porównaniu do 3G w centrum Warszawy prędkości i stabilność połączenia są nieporównywalnie wyższe.

Niestety, jest też inne ograniczenie, z którym osoby chcące korzystać z LTE muszą się liczyć. Są nim ceny pakietów danych. Podczas gdy szybkość transmisji po przejściu na LTE drastycznie wzrasta, ceny pakietów danych w abonamentach są nadal duże. Ratunkiem mogą być takie promocje jak Nocny Transfer. Pozwalają one na nielimitowane, bądź z bardzo dużym zapasem gigabajtów, ściąganie danych w godzinach nocnych. Jednak nie jest to rozwiązanie optymalne i nie pozwala się w pełni cieszyć szybkim transferem. Teoretycznie można pobrać ważącą kilka gigabajtów grę, bądź obejrzeć materiał w jakości 1080p, ale praktycznie takie działanie jednorazowo wyczerpałoby limit transferu w klasycznym abonamencie na cały miesiąc.

Jasne, w przypadku urządzeń mobilnych, których pamięć jest często ograniczona do kilku lub kilkunastu gigabajtów, użytkowników nie interesuje ściąganie materiałów “na później”, tylko chce oglądać streaming wideo na żądanie. Ale podczas gdy smartfony posiadają wyświetlacze 1080p, chciałoby się je wykorzystać streamując materiały w najlepszej możliwej jakości. A to wiąże się z dużym przesyłem. Szybkość LTE jest do tego celu aż nadto wystarczająca, ale pakiety danych są po prostu zbyt małe i za drogie.

O tyle dobrze, że osoby korzystające z urządzeń z LTE nie są od niedawna skazane na podpisywanie umowy na abonament. W sieci Plus można skorzystać z LTE nawet w ofercie internetu na kartę. W przyszłości za wyższą prędkość trzeba będzie płacić dodatkowo 10zł miesięcznie, ale na dziś w ramach promocji można korzystać z LTE bez ponoszenia żadnych dodatkowych kosztów. To bardzo dobra oferta dla osób, które chcą skorzystać z internetu w modemie lub tablecie. W przypadku smartfona jednak lepiej skorzystać z klasycznego abonamentu zawierającego darmowe minuty połączeń głosowych.

Aby skorzystać z LTE należy znajdować się oczywiście w zasięgu nadajników. O ile w przypadku 3G objęte są nim praktycznie wszystkie większe i mniejsze miasta w kraju, w przypadku LTE nie jest już tak różowo. Zarówno Plus, jak i Cyfrowy Polsat, prezentują na swoich stronach internetowych mapy, na których można sprawdzić, jak duże jest pokrycie LTE na interesującym nas obszarze. Wedle Plusa mobilny internet dostępny jest na terenie niemal całego kraju i ma do niego dostęp blisko 100% ludności. Plus i Cyfrowy Polsat chwalą się także, że LTE objęte jest ponad 50%, podczas gdy w zasięgu HSPA znajduje się blisko 93% populacji.

SoC to skrót od angielskiej nazwy System-on-a-Chip. Określenie to oznacza układ scalony, który zawiera w sobie kilka różnych układów, w tym cyfrowych, analogowych i cyfrowo-analogowych. W taki właśnie sposób tworzy się układy oparte o procesory ARM, które są podstawą większości urządzeń mobilnych na rynku. Częścią SoC są między innymi, oprócz procesora, także moduły radiowe pozwalające na bezprzewodową transmisję danych. Pierwszą firmą, która wypuściła chip o wysokiej wydajności z w pełni zintegrowanymi modemami 3G i 4G był Qualcomm. Firma stale rozwija swoje chipy, dzięki czemu z jej układów korzysta coraz więcej firm produkujących urządzenia mobilne. W nadchodzących miesiącach i latach ilość urządzeń obsługujących LTE będzie wzrastać.

Więcej o tym, jak zbudowane są układy Qualcomma z procesorami Snapdragon dowiecie się z artykułu Dawida. Zwraca on uwagę na to, że integracja modemu LTE w układ jest istotna ze względu na ograniczenie zużycia energii. Dawid obiecał też, że niedługo opisze dokładnie działanie zintegrowanego modułu LTE w układach Snapdragon. Trzeba pamiętać, że transmisja danych za pomocą LTE jest strasznie prądożerna, a to akumulatory są wąskim gardłem współczesnych smartfonów. Nie bez znaczenia jest także oszczędność miejsca przy integracji modemu LTE w SoC. Miejsce to można wykorzystać na większy akumulator bądź dzięki oszczędności przestrzeni producent będzie mógł wykonać nieco cieńszy telefon.

Do tej pory urządzenia mobilne zwykle posiadały dwie wersje, przeznaczone dla innych klientów i na różne rynki. Jedna wersja obsługiwała sieć 3G, kiedy druga oferowała dodatkowy modem LTE. Często takie urządzenia miały inną konstrukcję. Smartfony pozwalające na szybszy transfer danych były grubsze. Ze względu na duży pobór prądu przez modem musiały posiadać znacznie większy akumulator, aby czasem pracy zbliżyć się do bliźniaczych urządzeń oferujących łączność wyłącznie poprzedniej generacji. Rynek urządzeń wyposażonych w LTE rozwinął się zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, podczas gdy do Europy trafiały modele pozbawione modemów 4G.

Wygląda na to, że taki model produkowania i dystrybucji urządzeń odejdzie do przeszłości. Sieci LTE rozwijają się już nie tylko w Stanach, ale też w większej części starego kontynentu. Widać to zresztą na przykładzie najnowszych modeli smartfonów z Androidem, do których należy HTC One oraz Samsung Galaxy S4*. Oba te smartfony zostały wyposażone w SoC Snapdragon 600 ze zintegrowanym modemem LTE.

Procesory z linii 600 należą do najnowszej generacji układów Qualcomma, które zostały zaprezentowane na targach CES 2013 (Consumer Electronic Show) w Las Vegas. Inne urządzenia, które będą korzystać z tego układu to Asus Padfone Infinity, LG Optimus G Pro oraz ZTE Grand Memo, a ich liczba będzie rosnąć.

Z LTE od ostatniej generacji korzystają także mobilne urządzenia Apple. Obecnie w Polsce, po aktualizacji oprogramowania, z szybkiej transmisji danych można skorzystać na tabletach iPad oraz iPad Mini. Niestety użytkownicy smartfonów iPhone 5 nadal zmuszeni są czekać na aktualizację.

*Co prawda Galaxy S4 posiada drugą wersję z procesorem Exynos Octa, oba modele mają wsparcie LTE.

Zalety łączności LTE są bezdyskusyjne. Od strony użytkownika istotna jest wyższa prędkość transferu i mniejsze opóźnienia. Możemy mieć tylko nadzieje, że w przeciągu najbliższych miesięcy i lat spadnie średnia cena opłaty za gigabajt przesłanych danych. Biorąc pod uwagę szybkość sieci czwartej generacji, do których należy LTE, miesięczny limit kilku gigabajtów można przez nieuwagę wykorzystać już pierwszego dnia okresu rozliczeniowego. Na szczęście sieci 4G są dla operatorów jest prostsze w implementacji i w utrzymaniu, chociaż nadal budowanie sieci obejmującej swoim zasięgiem całe kraje to wielomilionowa inwestycja. Infrastruktura LTE dopiero powstaje i obejmuje na razie obszar wyłącznie większych miast, ale będzie się stale rozwijać. Dzięki temu jest szansa na obniżenie cen.

Rozwój technologii LTE oraz innych standardów 4G cieszy. Nawet jeśli dziś nie odczuwamy potrzeby korzystania z transmisji o takiej szybkości, warto patrzeć w przyszłość. Umowy z operatorem komórkowym podpisuje się zwykle na dwa lata, i tyle też trzeba czekać na wymianę urządzenia na nowe w ramach abonamentu. Tym bardziej warto o tym pomyśleć w przypadku mobilnego internetu, który będzie używany w laptopie. Oczywiście zakładając, że mieszkamy w obszarze już objętym zasięgiem.

Nie każdemu szybka łączność będzie potrzebna dziś, ale co będzie za rok lub dwa?

źródła: Qualcomm, Mobilny Internet, Wikipedia

Wpis powstał we współpracy z partnerem merytorycznym Spider’s Web, firmą Qualcomm.