Stało się, Internet mobilny o prędkości 1 Gbit/s jest już rzeczywistością. Operatorzy komórkowi (co prawda jeszcze tylko w niektórych krajach) dysponują odpowiednimi stacjami bazowymi LTE-Advanced, a producenci smartfonów już produkują wspierające tę technologię urządzenia. Jednak wielu z Was zastanawia się komu się to w ogóle przyda, skoro średnie prędkości Internetu mobilnego są na poziomie 25 Mbit/s. Dlatego też postanowiłem przyjrzeć się bliżej temu zagadnieniu i trochę rozjaśnić całą sytuację.

Zacznijmy od jednej, ale to bardzo ważnej kwestii. Nikt nie oczekuje, że będziemy pobierać pliki za pomocą naszych telefonów z prędkością 1 Gbit/s. Szerokopasmowy Internet mobilny ma tutaj zupełnie inne zastosowanie. Wszystko opiera się o szeroko rozumianą pojemność systemu. Wspomniane 1 Gbit/s jest osiągalne tylko w idealnych warunkach, kiedy ze stacji korzysta tylko jeden użytkownik i znajduje on się dość blisko nadajnika. Dla uproszczenia możemy przyjąć, że 1 Gbit/s jest właśnie pojemnością pojedynczej komórki LTE-Advanced. Oznacza to, że przykładowo 10 osób może w tym samym czasie pobierać dane z prędkością 100 Mbit/s każdy. Jednak żeby to osiągnąć, wszyscy muszą posiadać urządzenia wspierające 1 Gbit/s.

Samsung Galaxy S8 jest najnowocześniejszym smartfonem pod kątem rozwiązań LTE-Advanced.

Czy Wasz smartfon wspiera agregację nośnych? Pewnie nigdy się nad tym nie zastanawialiście, ale można to poznać w dość łatwy sposób po ikonce 4G+ w pasku powiadomień. To właśnie ten „+” oznacza, że telefon pracuje w sieci LTE-Advanced, czyli korzysta z agregacji nośnych. Technika ta polega na jednoczesnym pobieraniu danych za pomocą kilku komórek LTE, przy czym każda z nich pracuje w innym paśmie częstotliwości. Dzięki temu operator może przyspieszyć swoją sieć LTE nawet trzykrotnie. Jednak nie wszędzie jest to możliwe. Pokrycie całego kraju za pomocą trzech pasm LTE byłoby bardzo kosztowne. Dlatego też stacje bazowe pracujące w trybie LTE-Advanced znajdują się tylko na obszarach bardziej zaludnionych.

Agregacja trzech pasm częstotliwości daje nam maksymalną prędkość na poziomie 450 Mbit/s, o ile operator dysponuje kanałami 20 MHz w każdym z trzech pasm. Najnowsze modemy LTE-Advanced, które będzie można znaleźć w tegorocznych smartfonach, pozwalają na agregację aż czterech pasm. Zatem, jeśli dany operator nie dysponuje 20 MHz w którymś zakresie częstotliwości, to może to nadrobić dodatkowym pasmem.

Rok temu pojawiły się pierwsze smartfony z obsługą 256 QAM.

Chodzi tutaj mianowicie głównie o urządzenia z chipsetami Qualcomm Snapdragon 820 oraz 821. Układy te wyposażone są w modem LTE, który potrafi odebrać dane nadane za pomocą modulacji 256 QAM. Przy czym starsze urządzenia obsługują co najwyżej modulację 64 QAM. Co z tego wynika? Zastosowanie modulacji cyfrowej o wyższej wartościowości, czyli 256 QAM zamiast 64 QAM, daje wzrost prędkości transmisji. W tym przypadku przyspieszenie jest na poziomie około 33%. Jednak zysk ten można zaobserwować jedynie w najbliższym otoczeniu stacji bazowej. Współczesna telekomunikacja radiowa opiera się na adaptacyjnym doborze schematu modulacji oraz kodowania.

Modulacje o wysokiej wartościowości, jak 256 QAM, są dość podatne na zakłócenia. Dlatego nie mogą być stosowane przy niskim poziomie sygnału. Teoretycznie, komunikacji w takim przypadku jest co prawda możliwa, ale powstaje wtedy wiele błędów transmisji. Dlatego też system LTE automatycznie dopiera używaną przez nas smartfon modulację. Kiedy jest to konieczne, następuje przełączenia z 256 QAM na 64 QAM, a nawet 16 QAM czy też QPSK. Dlatego też im dalej jesteśmy od stacji bazowej, to Internet działa nam wolniej.

Jak łatwo policzyć, modulacja 256 QAM daje nam na pojedynczej nośnej przyspieszenie z 150 Mbit/s do 200 Mbit/s. Przy agregacji 3 nośnych mamy już 600 Mbit/s. Jednak, żeby to tak działało, to musimy być w zasięgu odpowiedniej stacji bazowej, a oprogramowanie naszego smartfona powinno mieć odblokowaną nową modulację.

Samsung Galaxy Note 7 MIMO 4x4
Samsung Galaxy Note 7 miał być pierwszym smartfonem z obsługą MIMO 4×4.

Ostatnim krokiem do osiągnięcia LTE 1 Gbit/s jest MIMO 4×4.

Tak naprawdę właśnie zastosowanie MIMO 4×4 jest powodem mojego zachwytu nad Galaxy S8. Nie spodziewałem się, że Koreańczykom uda się tak szybko znaleźć miejsce na dodatkowe anteny w smartfonie. Prędzej sądziłem, że zrobią to dopiero w przypadku większego Galaxy Note 8. Jednak Galaxy S8 (a tym bardziej Galaxy S8+) nie jest małym smartfonem, więc inżynierowie mieli wystarczająco miejsca na upchanie dodatkowych anten. Co jest takiego wspaniałego w MIMO 4×4?

Zwykłe LTE korzysta z techniki MIMO 2×2, czyli zarówno po stronie stacji bazowej, jak i naszego telefonu, do transmisji danych używane są 2 anteny. Dzięki temu przy sprzyjających warunkach radiowych powstają dwa kanały transmisyjne, którymi można przesyłać inne strumienie danych. W ten sposób sumaryczna prędkość przesyłu danych jest dwa razy większa niż w przypadku stosowania pojedynczej anteny. W LTE-Advanced można po obu stronach stosować maksymalnie 4 anteny, czyli mamy do tutaj do czynienia z MIMO 4×4 z czteroma strumieniami danych. Dlatego też MIMO 4×4 teoretycznie podwaja prędkość zwykłego LTE. Jednak nie zawsze technika ta jest używana w ten sposób.

Techniki MIMO zwiększają prędkość przesyłu danych tylko w korzystnych warunkach propagacyjnych. Jednak zastosowanie większej ilości anten po stronie stacji bazowej i telefonu ma również wpływ na jakość transmisji, a tym samym zwiększa się zasięg stacji bazowej. Jednak żeby było to możliwe, to operator musi najpierw zainwestować w modernizację stacji bazowych LTE-Advanced. Tutaj musi między innymi zainstalować nowe anteny, które dostosowane są do obsługi MIMO 4×4.

Operatorzy muszą inwestować w sieć szkieletową.

Jak widzicie, interfejs radiowy nie jest już ograniczeniem, jeśli chodzi o prędkość Internetu mobilnego. LTE-Advanced jest już (przynajmniej w sprzyjających warunkach) szybsze od łączy stacjonarnych. Teoretycznie technologia ta może konkurować ze światłowodowymi rozwiązaniami FTTH. Co prawda ten cały 1 Gbit/s jest współdzielony z innymi osobami korzystającymi z tej samej stacji bazowej, ale sama możliwość uzyskania takiej prędkości daje dużo do myślenia. Dlatego też operatorzy muszą coraz więcej inwestować w łącza, z których korzystają stacje bazowe. To samo tyczy się serwerowni, w których przechowywane są pobierane przez nas dane. Tak zwana ostatnia mila przestała być promem w nowych sieciach telekomunikacyjnych, a rozwiązania bezprzewodowe dogoniły już przewodowe.

Internet

Współczesna telekomunikacja ma dzisiaj zupełnie inne problemy niż 10 lat temu. Kiedyś narzekaliśmy na wolny Internet nawet w środku nocy, kiedy nikt inny nie korzystał z sieci. Teraz operatorom zależy na tym, żeby jak najwięcej osób mogło w tym samym czasie używać Internetu mobilnego w komfortowy sposób. Dlatego też wszyscy inwestują w LTE-Advanced, ponieważ posiadacze zaawansowanych smartfonów będą dzięki temu krócej zajmować zasoby stacji bazowej. Rachunek jest prosty. Jak pojedynczy użytkownik jest w stanie pobierać dane szybciej, to szybciej zwolni on zasoby dla innych klientów. Wszystko to przyczynia się również do zwiększenia średnich prędkości pobierania danych, które są dużo niższe od wartości maksymalnych.

PJ
Przemek jest mózgiem operacyjnym SpeedTest.pl. Studiował na Politechnice Wrocławskiej elektronikę i telekomunikację. Zarządza projektami IT, relacjami z klientami oraz nadzoruje procesy rozwoju. Prywatnie zaangażowany w rodzinę, wsparcie różnych działalności charytatywnych i projekty ekstremalne.