#0021 LTE: где мои 100 Мбит/с?

Доброго времени суток, уважаемые читатели! Хочу поделиться своими соображениями о скорости в сетях LTE. Думаю, что многие из вас видели красочную рекламу операторов о том, как же классно пользоваться современным мобильным интернетом с огромной скоростью — 100 Мбит в секунду. Вот только это число 100 должно быть со звездочкой.

Почему со звездочкой? Давайте разберемся. Итак, как вообще рассчитать максимальную скорость в сети LTE? Давайте сначала немного копнем вглубь. Как же устроена передача данных в сети? Во временной области структура LTE состоит из кадров (radio frames) длиной 10 мс. Каждый кадр состоит из 10 подкадров (subframes), длиной 1 мс каждый. Каждый же кадр состоит из двух слотов (slots) по 0.5 мс. В каждом слоте может содержаться либо 7 (что чаще), либо 6 (что реже) OFDM символов.



Теперь перейдем к частотной области. Тут все проще. Один OFDM символ занимает 15 кГц. Таким образом, число этих символов ограничивается лишь размером полосы частот, выделенной для оператора.



Итак, как же рассчитать максимальную скорость в сети LTE? Да очень просто. Один OFDM символ (или один ресурсный элемент, РЭ) может содержать в себе 2, 4 или 6 информационных бит, в зависимости от вида модуляции. Мы уже знаем, что в одном временном слоте (0.5 мс) содержится 7 РЭ, соответственно, в одной секунде таких элементов 14, в секунде — 14000.

Идем дальше. В частотной области РЭ занимает 15 кГц. Пусть будем считать, что оператору повезло и ему выделили максимально возможный частотный диапазон — 20 МГц. Учитывая, что 10% этого диапазона необходимо оставить под защитные интервалы, имеет полезными 18000 кГц, в которые можно уместить 1200 OFDM символов. Перемножаем 1200*14000 и получаем 16.8 Мегасимволов в секунду. Каждый из этих символов модулируется либо двумя (QPSK), либо четырьмя (QAM-16), либо шестью (QAM-64) битами. Таким образом, при лучшем раскладе, применяя модуляцию QAM-64, получаем: 16.8 Мсимволов*6=100.8 Мбит\с. Вот они, те самые, рекламные, 100 Мегабит. Однако, что же мы имеем на практике?

Операторам «Большой тройки» выделены два частотные диапазона: 10 МГц в области 2.5-2.6 ГГц и 7.5 МГц в полосе 800 МГц. Насколько я знаю, полоса 7.5 МГц сейчас практически не используется нашими операторами. Какой из этого вывод? Одно это условие уже режет максимальную скорость в сети LTE в два раза, до 50 Мбит\с. Для ее получения нужны идеальные условия: антенна базовой станции в прямой видимости, отсутствие помех, смартфон, способный работать на такой скорости. К тому же, кроме вас в этот момент никто не должен пользоваться интернетом. К сожалению, даже при выполнении всех этих условий добиться скорости в 50 Мбит\с не получится, ведь, кроме полезной для вас информации базовая станция обменивается также и служебными сигналами (сигнализация).

Давайте теперь спустимся с небес и представим, что вы сидите не рядом с базовой станцией, а у себя в гостиной или офисе. О прямой видимости антенны речи быть не может, соответственно, уровень сигнала, поступающий на смартфон, низкий. В таких условиях часть принятых данных будет приходить с ошибками и, чтобы этого избежать, сеть LTE будет вынуждена понизить модуляционную схему до QAM-16 или даже до QPSK. Также нельзя забывать, что из-за помех в радиоканале, используется избыточное кодирование.

Так какую же скорость можно ждать на своем смартфоне? Вполне реальна ситуация, когда, сидя дома на диване, для вас будет работать схема с модуляцией КАМ-16 (напомню, при этом условии один ресурсный элемент содержит 4, а не 6 информационных бит, как в QAM-64) и скорость кода R примет значение 1\2. Давайте посчитаем: за счет помехоустойчивого кодирования максимальная скорость снизится с 50 до 25 Мбит\с. Учитывая, что модуляционная схема изменилась на QAM-16, скорость упадет еще в 2\3 раза, до 16.6 Мбит\с. И это при условии, что базовая станция обслуживает только одного абонента — вас. Конечно, для мобильных устройств этих скоростей более, чем достаточно, но это далеко не те 100 Мегабит в секунду, которые красуются на плакатах.

Список