Успех LTE: как удаётся передать много информации в узком канале
На сегодняшний день самый успешный стандарт сотовой связи, бесспорно – LTE. Он работает в большинстве стран по всему миру и ему прочат ещё много лет лидерства, даже несмотря на наступление 5G.
И всё это благодаря очень эффективному методу использования частотного ресурса, которым владеют операторы – OFDMA. Расшифровывается он как ортогональный частотно временной метод множественного доступа. Звучит страшно, но, на самом деле, всё очень просто. Расскажу на простом языке, поэтому не придирайтесь к терминологии 🙂
Сначала напомню, что частотный ресурс, которым владеют сотовые компании очень важен. Можно построить много станций, купить самое современное оборудование, проложить скоростные транспортные линии, но вот просто так купить частотные каналы как овощи на базаре не получится.
Он выделяется государством очень редко, иногда с дорогостоящим обременением. Поэтому все компании стараются использовать имеющийся частотный спектр как можно более эффективно. И LTE с технологией OFDMA позволяет этого добиться.
Итак, идея этой технологии предельно проста. Вся частотная полоса, в которой работает LTE делиться на небольшие полосы шириной 180 кГц. По времени эти полосы также нарезаются на равные промежутки. Получившиеся квадратики называются ресурсными блоками.
Каждому абоненту, в зависимости от потребностей и возможностей станции, выделяется то или иное количество таких ресурсных блоков. Отсюда получаются более высокие или низкие скорости передачи данных.
В чём же уникальность и продвинутость OFDMA если всё так просто? Чтобы это понять нам нужно заглянуть внутрь ресурсного блока. Каждый блок состоит из ресурсных элементов, которые представляют собой нарезанные по времени поднесущие. Последние в свою очередь представляют собой элементарный сигнал, который передаёт данные абонента.
Вот так выглядит спектр поднесущих, которые передают биты информации от станции и смартфонов в сети сотовой связи:
То есть поднесущая – это как маленький ручеёк. 12 таких “ручейков” составляют один ресурсный блок по ширине – то есть небольшую реку.
Так вот весь фокус OFDMA заключается в том, что они очень плотно укомплектованы. В обычной ситуации на ширине 180 кГц с учётом боковых лепестков в спектре можно было бы расположить лишь 3-4 таких поднесущих.
Гениальность OFDMA заключается в том, что соседние поднесущие устанавливаются так, что они не мешают друг другу. Отсюда и название “ортогональный”, что можно условно перевести как независимый, не мешающий друг другу.
Если сказать ещё более просто, то создателям LTE удалось в том же спектре передать больше данных, чем в любой предыдущей системе: GSM или UMTS. Причём, даже по сравнению с 3G спектральная эффективность 4G выше в несколько раз. То есть в том же спектре в сети LTE можно передать в несколько раз больше данных, чем в 3G (UMTS), а абоненты получают в несколько раз выше скорость.
И чтобы ещё раз доказать гениальность технологии OFDMA, скажу, что она также используется и в 5G лишь с небольшими доработками, позволяющими использовать её для передачи данных в более высоких частотных диапазонах.
Пока что, OFDMA – это самый эффективный реально работающий способ использования частотного спектра для сотовой связи.