همه چیز دربارهGigabit LTE و زمان فراگیر شدن آن

چه فناوری در پس Gigabit LTE نهفته است؟


Gigabit LTE نسخه ارتقایافته فناوری LTE سلولی موجود است که ارتباطات با سرعت بالا را فراهم می‌کند. همان ‌طور که از نام آن پیدا است، Gigabit LTE در واقع شکلی از LTE است که طوری طراحی شده ‌است که در جریان فروسو در شرایط ایده‌آل به حداکثر سرعت دست یابد. به عبارت دیگر، از نظر تئوری ممکن است در شبکه‌های سلولی به سرعتی نزدیک به 1 تا 125 مگابایت بر ثانیه در دانلود دست یابد. 

به طور واضح Gigabit LTE فقط به حداکثر سرعت در شرایط ایده‌آل در جریان فروسو (که عضو کلاس گیگابیت است) اشاره دارد. در دنیای واقعی که بعداً در این مقاله بحث خواهد شد، لزوماً به سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه در تجهیزات نیاز نیست. علاوه بر این، جریان فراسو عضو کلاس گیگابیت نیست و نیازی به حداکثر سرعت در این جریان نیست. در پیاده‌سازی کنونی Gigabit LTE جریان فراسو می‌تواند به سرعت 150 مگابیت بر ثانیه دست یابد. به عبارت دیگر، در سرعت آپلود به 18.75 مگابایت بر ثانیه می‌توان دست یافت. 
برای فهم کامل فناوری‌های Gigabit LTE نیاز است تا در رابطه با پیاده‌سازی LTE و اصطلاحات مختلف مربوط به این فناوری بحث شود. یکی از آسان‌ترین راه‌های درک LTE توجه به روش نام‌گذاری آن است. هر چند سال یک بار، گروه استانداردسازی فناوری شبکه‌های سلولی (3GPP) استاندارد‌های خود را به‌روز و منتشر می‌کند. قسمتی از ایـن استانداردهای به‌روز شده مربوط به فناوری و ویژگی‌های LTE با هدف بهبود سرعت است. هریک از استاندارد‌های به‌روز شده 3GPP شامل چند طبقه‌بندی از تجهیزات جدید است که فناوری‌های مورد نیاز برای رسیدن به ویژگی‌های مشخص را تعریف می‌کند. به عنوان مثال، استاندارد به‌روز شده 3GPP نسخه 8 شامل LTE طبقه 4 است که چگونگی دستیابی به سرعت 150 مگابیت بر ثانیه در جریان فروسو و سرعت 50 مگابیت بر ثانیه در جریان فراسو را بیان می‌کند.

Gigabit LTE به LTE طبقه 16 در جریان فروسو که اولین بار در 3GPP نسخه 12 معرفی شد، اشاره دارد. در پیاده‌سازی‌های کنونی Gigabit LTE در کنار LTE طبقه 13 قرار می‌گیرد که به‌طور نظری می‌تواند به سرعت آپلود 150 مگابیت بر ثانیه دست یابد( شکل 1). 

شکل 1 – سرعت آپلود و دانلود اندازه‌گیری شده LTE گیگابیتی در استرالیا

یکی از رایج‌ترین ویژگی‌های LTE که به طور وسیع با تجهیزات و شبکه‌های سلولی تطابق یافته است،LTE طبقه 4 است. برای دستیابی به سرعت دانلود 150 مگابیت بر ثانیه، LTE  طبقه 4 از روش مدولاسیون 64QAM و 2×2 MIMO روی یک کانال با پهنای باند 20 مگاهرتز استفاده می‌کند. این اصطلاحات ممکن است کمی نامفهوم باشند. در ادامه، کمی درباره این مفاهیم توضیح می‌دهیم.
QAM (سرنام Quadrature Amplitude Modulation): روش مدولاسیونی است که در کانال LTE استفاده می‌شود. هرچه مقدار QAM بیشتر باشد، به این معنا است که بدون پیچیده‌تر کردن روش مدولاسیون از تعداد بیت‌های بیشتری برای انتقال هر رقم از داده استفاده می‌شود. البته هرچه مقدار QAM بیشتر باشد، کیفیت سیگنال دریافتی کاهش می‌یابد و دریافت و دیکد آن مشکل می‌شود.
MIMO (سرنام Multiple-Input and Multiple-Output): به تعداد آنتن در دستگاه‌های فرستنده و دریافت‌کننده اشاره دارد.  2×2 MIMO بیان‌کننده این است که تعداد آنتن‌ها در سمت فرستنده (عدد اول) و تعداد آنتن‌ها در سمت گیرنده (عدد دوم) برابر با دو است. 4×4 MIMO به‌معنای وجود چهار آنتن در گیرنده و فرستنده است. تعداد آنتن بیشتر به‌معنای سرعت و قابلیت اطمینان بیشتر است.
Carrier: کریر کانال الکترومغناطیسی است که داده از طریق آن انتقال می‌یابد. هر کانال اندازه یا پهنای باند دارد که مقیاس اندازه‌گیری آن مگاهرتز (MHz) است که بیان‌کننده این است که چه مقدار از طیف فرکانسی توسط این کانال استفاده می‌شود. با پهنای باند بیشتر می‌توان به کارایی بالاتری دست یافت. پهنای باند کانال LTE برابر با 20 مگاهرتز است.

Band: محدوده‌ای از طیف فرکانسی است که کانال در آن داده انتقال می‌دهد. این مقادیر توسط کانال فراهم می‌شود و جزء کلیدی برای تعیین سازگاری تجهیزات با شبکه‌ها است. به عنوان مثال، باند 3 که به طور گسترده استفاده شده ‌است، دربردارنده 1710 تا 1785 مگاهرتز است. کانال LTE نیز 20 مگاهرتز از این باند را اشغال کرده ‌است (به عنوان مثال، محدوده1710تا 1730 مگاهرتز).
CA (سرنام Carrier Aggregation): که بعدها از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد شد، سیستمی است که در آن برای بهبود سرعت و گذردهی چند کانال با هم تجمیع می‌شوند. به عنوان مثال، 2xCA ترکیبی از دو کانال با پهنای باند 20 مگاهرتز است که برابر با پهنای باند 40 مگاهرتز است و به‌طور کارآمد سرعت را افزایش می‌دهد. معمولاً کانال‌های تجمیع‌یافته به‌جای اینکه کانال‌های متعلق به یک باند را تجمیع کنند، از کانال‌های متعلق به چند باند استفاده می‌کنند. به عنوان مثال 2xCA ممکن است ترکیبی از 20 مگاهرتز از باند 1800 مگاهرتز و نیز 20 مگاهرتز از باند 2100 مگاهرتز باشد.

و CA در حالت‌های مختلفی در هر طبقه LTE ترکیب شده‌اند و موجب رسیدن به حداکثر سرعت در آ‌ن‌ها می‌شود. سرعت پایه‌ای که می‌توان با روش مدولاسیون 64QAM، کانال 20 مگاهرتز و تک آنتن (بدون استفاده از MIMO) به آن دست یافت، برابر با 75 مگابیت بر ثانیه است. LTE طبقه 4 از 2×2 MIMO استفاده می‌کند که فرستنده و گیرنده دو آنتن دارند، در نتیجه با دو برابر کردن سرعت در جریان فروسو می‌تواند به سرعتی معادل با 150 مگابیت بر ثانیه دست یابد.
راه ‌حلی که اخیراً پیاده‌سازی شده ‌است، LTE دسته 6 است که می‌تواند به سرعتی معادل با 300 مگابیت بر ثانیه در جریان فروسو دست یابد. LTE دسته 6 از یک CA به‌صورت 2×20 مگاهرتز و 2×2 MIMO استفاده می‌کند؛ بنابراین، شامل دو جریان در هر CA است و با هر جریان به دلیل وجود دو آنتن در فرستنده و گیرنده به سرعت 150 مگابیت بر ثانیه می‌توان دست یافت (هرکدام سرعتی معادل با 75 مگابیت بر ثانیه را فراهم می‌آورند). در نتیجه همان طور که گفته شد با LTE دسته 6 می‌توان به سرعت 300 مگابیت بر ثانیه دست یافت.
راه ‌حل دیگر LTE دسته 12 است که برخلاف LTE دسته و   LTE4  دسته 6 به طور گسترده پیاده‌سازی نشده و از آ‌ن‌ها جدیدتر است. LTE دسته 12 از CA به‌صورت 3×20 و روش مدولاسیون 256QAM استفاده می‌کند. با مدولاسیون 256QAM سرعت در هر جریان به‌اندازه 33 درصد و از 75 به 100 مگابیت بر ثانیه افزایش پیدا می‌کند. با CA به‌صورت 3×20 و2×2 MIMO، در مجموع شش جریان وجود خواهد داشت و LTE دسته 12 سرعتی معادل با 600 مگابیت بر ثانیه را فراهم می‌آورد. اگر بحث را با دقت دنبال کرده باشید، متوجه شده‌اید که در نحوه بهبود LTE یک الگو وجود دارد. هر طبقه جدید LTE با افزایش QAM، MIMO و سطوح CA، از سرعت دانلود بالاتری پشتیبانی می‌کند. Gigabit LTE نیز از این الگو پیروی خواهد کرد. (شکل 2) 

شکل 2 – نحوه دستیابی به سرعت گیگابیتی در LTE

در Gigabit LTE برای رسیدن به سرعت 100 مگابیت بر ثانیه به‌ازای هر جریان، از روش مدولاسیون 256QAM استفاده می‌شود. همچنین، با استفاده از ترکیب پیچیده‌ای از فناوری‌های متفاوت می‌توان دستیابی به ده جریان و سرعت 1000 مگابیت بر ثانیه را فراهم کرد. هشت جریان از این ده جریان با استفاده از CA 2×20 MHz و 4×4 MIMO فراهم می‌شود و دو جریان باقی‌مانده نیز با استفاده از 2×2 MIMO روی یک CA اضافه فراهم می‌شود. Gigabit LTE شامل ده جریان و سه کانال است. به طور خلاصه Gigabit LTE از 256QAM، CA به‌صورت 3×20 مگاهرتز و 4×4 MIMO استفاده می‌کند. البته سرعت واقعی که Gigabit LTE در جریان فروسو فراهم می‌آورد 1 گیگابیت بر ثانیه نیست، بلکه 979 مگابیت بر ثانیه است. اگر‌چه LTE با LTE طبقه 16 همراه شده ‌است، ولی در واقع LTE طبقه 13 خواهد بود، زیرا LTE طبقه 16 شامل ویژگی‌های مخصوص به خود در جریان فراسو نیست. حداکثر سرعت در جریان فراسو برابر با 150 مگابیت بر ثانیه است که با استفاده از 2×20 MHz CA و 64QAM (دو جریان با سرعت 75 مگابیت بر ثانیه) فراهم شده‌ است. شایان ذکر است دومین پیاده‌سازی LTE، LTE طبقه 16 خواهد بود که نیازی به فناوری پیچیده 4×4 MIMO ندارد. با استفاده از 2×2 MIMO، 256QAM و 4×20 MHz CA  سرعت بیش از 800 مگابیت بر ثانیه امکان‌پذیر است. اگر‌چه این سرعت گیگابیتی نیست، ولی بسیار بهتر از شبکه‌های LTE پیاده‌سازی شده در سراسر جهان است.

یکی از امتیازات Gigabit LTE این است که با استفاده از 4×4 MIMO و 3xCA، شما حتی اگر در نزدیکی یک برج مخابراتی و قادر به دستیابی به سرعت گیگابیتی نباشید، باز هم بهترین دسترسی را به آنچه توسط شبکه‌ در محیط شما فراهم شده ‌است دارید. به بیان بهتر وقتی خارج از شهر هستید، به‌جای دستیابی به سه کانال، به دو کانال دسترسی خواهید داشت. البته اگر نزدیک برج‌هایی با معماری 4×4 MIMO باشید، به سرعتی بیش از 800 مگابیت بر ثانیه دست پیدا خواهید کرد. اگر خارج از شهر باشید، ممکن است بتوانید با استفاده از 2×2 MIMO و 64QAM در سه کانال، به سرعتی معادل با 450 مگابیت بر ثانیه دست یابید. اگرچه از نظر تئوری ترکیبات بیشتری ممکن است.

منبع:shabakeh-mag

پاسخ دهید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای اجباری مشخص شده اند *
شما می توانید از این تگ های HTML و ویژگی ها استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>