Рад приветствовать Вас на моём канале, дорогие подписчики!
Сегодня будет краткий ликбез по мобильным 4G-сетям. В рамках данной статьи, Вы узнаете:
- Что такое Band (бэнд) и на что он влияет;
- От чего зависит скорость интернета в смартфоне;
- Как работает агрегация частот и что это такое.
Итак, многие из Вас знают, что интернет на смартфоне появляется буквально из воздуха: где-то неподалёку стоит Базовая станция (БС) оператора сотовой связи (ОПСОС), излучающая в эфир электромагнитные волны (на этом отрывке не надо бояться, мы не будем вдаваться в подробности АФУРВ - антенно-фидерных устройств и распространения радиоволн). Чтобы не писать каждый раз "излучает сигнал", я позволю себе сократить это понятие до уровня "вещает".
Про бэнды
Итак, каждая БС вещает в своём диапазоне. Это зависит как от оператора связи, которому предоставлена лицензия на организацию деятельности в определённом диапазоне частот, так и от вида оборудования, установленного на конкретной БС.
В нашей стране распространены следующие бэнды, в зависимости от оператора:
Также попадается Band 1 - но он обычно используется в качестве вспомогательного канала для реализации поддержки агрегации частот (об этом ниже). Band 40 же используется в основном оператором Теле2 (Ростелеком). А вот Band 3 может иметь ширину канала 10, 15 и 20МГц - зависит от конкретной БС.
В разных регионах страны один и тот же ОПСОС (оператор сотовой связи) может вещать на разных бэндах.
Бэнд - это международный стандарт диапазона частот, на котором осуществляется вещание. Если бы каждый вещал так, как ему вздумается, производители смартфонов и телекоммуникационного оборудования никогда бы не пришли к единым условиям. Поэтому всё это стандартизованно. Единственно что, в разных странах могут использоваться разные бэнды: например, у нас нигде не встретить Бэнд 5, 11 и 12.
Про ширину канала (полосу частот) бэндов
У разных бэндов может быть разная ширина канала (полоса частот). Чем шире канал, тем больше информации за единицу времени передаëтся. Поэтому, если у нас есть выбор между Band 7 и Band 20 у МТС, предпочтительнее работать с Band 20. Конечно, Ваш смартфон автоматически выбирает предпочтительный бэнд, однако при помощи специального ПО, бэнд можно выбрать вручную (если это целесообразно). Особенно важно иметь возможность фиксации бэнда и БС при организации доступа в интернет с помощью LTE-модема или роутера: в ряде случаев, большинство смартфонов могут "висеть" на 20 бэнде, при том, что бэнд 7 полностью свободен. В таком случае, даже несмотря на меньшую ширину канала, 7 бэнд сможет обеспечить как более высокую скорость доступа в интернет, так и её стабильность.
Хотел бы заметить, что внутри смартфона также есть модем - это законченное функциональное устройство в виде микросхемы, расположенной на материнской плате смартфона.
Теперь кратенько посмотрим, какую скорость может выдавать каждый из бэндов, в зависимости от ширины канала. Список представлен в формате:
Номер бэнда: входящая скорость - исходящая скорость (ширина канала)
Band 1: 75 Мбит/с - 25 Мбит/с (при ширине канала 10 МГц);
Band 3: 75 Мбит/с - 25 Мбит/с (при ширине канала 10 МГц);
Band 3: 112,5 Мбит/с - 37,5 Мбит/с (при ширине канала 15 МГц);
Band 3: 150 Мбит/с - 75 Мбит/с (при ширине канала 20 МГц);
Band 7: 75 Мбит/с - 25 Мбит/с (при ширине канала 10 МГц);
Band 20: 50 Мбит/с - 15 Мбит/с (при ширине канала 7,5 МГц);
Band 31: 37 Мбит/с - 12 Мбит/с (при ширине канала 5 МГц);
Band 38: 36,7 Мбит/с - 31 Мбит/с (при ширине канала 20 МГц);
Band 40: 36,7 Мбит/с - 31 Мбит/с (при ширине канала 20 МГц).
Обратите внимание, что данные скорости указаны для идеальных условий приёма и низком уровне загрузки БС (если к одной БС подключается очень много абонентов, скорость начинает падать).
Про параметры сигнала от базовой станции (БС)
Скажите, что Вам понравилось бы больше, иметь стабильно 17-20 мбит/с, или плавать в диапазоне 7-60 мбит? Да, в моменте выигрыш может быть очень существенным, если речь идёт о скачивании большого файла. Но уже в следующую минуту, из-за изменившейся нагрузки на БС скорость может упасть в несколько раз.
Поэтому, при работе с LTE-модемами можно увидеть 4 ключевых параметра, определяющих качество соединения с Базовой станцией оператора. Давайте посмотрим на примере моего Keenetic 4G+:
SINR (Signal Interference + Noise Ratio) - это отношение уровня полезного сигнала к уровню шума, измеряется в Децибелах (дБ). Чем выше уровень SINR, тем больше полезного сигнала принимает модем. Если уровень SINR снизится до 15дБ, скорость интернета упадёт, так как модем начнёт часто принимать битые пакеты данных, что заставит его перезапрашивать требуемую информацию у сервера (грубо говоря). Нижняя граница SINR, при которой пользоваться интернетом всё ещё возможно - около 10, если же будет ниже - всё будет жутко тормозить.
Давайте представим, что мы смотрим фильм онлайн. В каждую секунду к нам "прилетает" 10 пакетов - блоков данных, внутри которых содержится информация о кадре и звуке. Если SINR - 30 и выше - только каждый десятый пакет приходит "битый", в результате чего Ваш браузер повторно запросит этот пакет у сервера (у них не сойдутся контрольные суммы). Если SINR около 20, такая учесть будет ждать каждый 4й пакет. Если SINR около 10 - каждый 2й пакет будет битым.
RSSI (Received Signal Strength Indicator) - уровень принимаемого модемом сигнала, иначе говоря - мощность. Чем выше значение, тем выше мощность сигнала. Измеряется это значение в дБм и находится в области отрицательных значений. На моём скриншоте этот уровень составляет -59дБм, что является средним показателем. Но стоит учитывать, что БС находится на удалении 8км! С учётом этого, полученный результат можно считать прекрасным.
RSRP (Reference Signal Received Power) - мощность опорных (референсных) сигналов, принимаемых от базовой станции. БС постоянно контролирует подключение клиентов, поэтому периодически посылает специальные сигналы для оценки качества соединения. Если уровень сигнала будет низкий, БС откажется работать с таким клиентом. Критический уровень RSRP составляет -120дБ, ниже которого БС гарантированно откажет в обслуживании.
Любая БС, прежде чем предоставить абоненту возможность зарегистрироваться в своей зоне действия, посылает такие тестовые запросы. Если она выяснит, что уровень сигнала низкий, она прекратит регистрацию в сети. Так, в некоторых случаях Вы можете увидеть на своём смартфоне, что сети нет, хотя покрытие на самом деле есть. Из-за низкого качества приёмного тракта Вашего аппарата, БС делает вывод о том, что работать с ней Ваш смартфон не достоин)))
RSRQ (Reference Signal Received Quality) - определяет качество принятых опорных (референсных) сигналов. Чем выше значение, тем лучше.
Теперь я привожу краткую таблицу для оценки качества принимаемого сигнала, основываясь на вышеизложенных параметрах:
Что такое агрегация частот
Мы подобрались к самому интересному на мой взгляд - агрегации частот. В таком режиме модем (не важно, внешний USB, или встроенный в смартфон) принимает сразу несколько сигналов, что позволяет увеличить скорость доступа в сеть. Когда Вы видите на экране своего смартфона значок 4G+ или LTE+/LTE-A - знайте, сейчас работает агрегация частот.
На самом деле, это достаточно сложный процесс, и рассказать всю его суть широкой аудитории "на пальцах" мне не удастся. Поэтому я буду вводить ряд упрощений и загрублений, о чём Вас предупреждаю. В противном случае, статья превратится в море терминов и роспись алгоритма агрегации.
Итак, на моём скриншоте из раздела "Про параметры базовой станции" Вы могли видеть, что внизу притаилась интересная надпись:
Тут мы как раз можем наблюдать, что у нас идёт одновременный приём Band 3 с шириной полосы 10МГц и Band 40 с шириной полосы 20 МГц. В моём случае, это оператор Ростелеком (Теле2). Благодаря агрегации, средняя скорость доступа в глобальную сеть составляет 70-90 Мбит/с (на скачивание), в пиках доходит до 120 Мбит, а при полной загрузке на БС не опускается ниже 30 Мбит/с. Исходящая скорость всегда находится в диапазоне 25...35 Мбит/с.
Прежде чем перевести модем в режим агрегации частот, я тестировал по-отдельности каждый из бэндов. На Band 3 скорость не превышала 60 Мбит/с на скачивание и 15 Мбит/с на отдачу, а на 40 бэнде входящая была 20 Мбит/с, а исходящая 27 Мбит/с.
Промежуточные итоги по поводу агрегации
В режиме агрегации частот используется более одного канала связи, что позволяет увеличить полосу пропускания в несколько раз. Благодаря этому удаётся существенно повысить скорость передачи данных.
Про сектора базовой станции
Вернёмся к базовым станциям. Есть общедоступная карта БС, которая составляется на основе данных, передаваемых пользователями. Находится эта карта по адресу https://www.cellmapper.net/ . Кстати, Вы тоже можете принять участие в этом процессе: достаточно зарегистрироваться на сайте, скачать программу на смартфон и авторизоваться в ней (не забыв предоставить все разрешения приложению). Запустив программу, она сама будет анализировать уровень сигнала в каждой точке, где Вы будете находиться, и формировать статистику. Затем найденные сектора необходимо выгрузить на сервер, нажав соответствующую кнопку. Спустя время, карта обновится.
С помощью этой программы можно обнаружить новые БС, спустя сутки они появятся на карте.
На примере этого скриншота хочу рассказать про сектора БС:
Мы выбрали БС на карте (отмечена красным кругом), и отобразилось 3 сектора (ячейки/соты): Cell 7, Cell 8 и Cell 9. Как мы можем видеть из краткой таблицы слева, все эти 3 сектора вещают в диапазоне Band 3 с шириной полосы 10 МГц. В жёлтом секторе, который я выделил, соты Cell 9 и Cell 7 пересекаются. Если БС станция поддерживает агрегацию частот между ними, в этой зоне можно увидеть заветный значок 4G+. Скажу сразу, что в конкретном случае агрегации не будет: обе соты вещают на одинаковой частоте (вся информация не влезла в скриншот). Как правило, на наличие агрегации частот можно рассчитывать, если БС вещает несколько секторов на разной частоте.
Я мог бы привести ещё пару-тройку примеров, но статья и так уже получается не маленькая, поэтому буду рассчитывать на Вашу смекалку) Если же появятся какие-то вопросы - обязательно задавайте их в комментариях!
Виды агрегации частот
Агрегации частот бывают разные, но стоит заметить, что для работы в таком режиме его должно поддерживать не только Ваше оборудование, но и Базовая станция ОПСОСа. На примере, который показывал я несколькими разделами выше, Вы могли видеть агрегацию B3+B40. Бывают агрегации B3+B3, B3+B3+B7, B3+B40+B3+B40 - всё зависит от конкретной БС, количества секторов на ней и поддержки той или иной схемы агрегации частот. В большинстве случаев действует правило: чем больше частот входит в агрегацию, тем выше скорость интернета. Если Вам стало интересно, подробнее про существующие виды агрегаций можете прочитать, например, на этом сайте. Я лишь приведу список самых распространённых комбинаций среди всех операторов в РФ:
B1+B3, B1+B7, B3+B7, B3+B20, B7+B20, B1+B3+B7
Остальные варианты могут встречаться только у одного оператора, например B20+B38 имеется только у МТС, а B3+B40 - только у Ростелеком (Теле2).
Заключение
Ну вот, дорогие мои подписчики (а если ещё не подписчики - самое время подписаться на мой канал!), и получилась огромная статья. Как всегда, хотел уложиться в несколько абзацев, но не получилось.
Резюмирую изложенное в сегодняшней статье:
Операторы мобильной связи ведут вещание с помощью Базовых станций на разных частотах (бэндах). На одной БС может присутствовать несколько секторов (cell). В ряде случаев БС может поддерживать агрегацию частот, что позволит существенно увеличить скорость доступа в интернет. Определить качество принимаемого сигнала можно по ключевым параметрам SINR, RSSI, RSRP, RSRQ - чем выше цифры, тем лучше.
На этом моя статья подходит к концу. В следующей статье мы рассмотрим как добыть интернет в труднодоступных местах, поговорим про роутеры со встроенным LTE-модемом и подключение внешних антенны. Затронем тему улучшения качества связи и повышения скорости.
С Вами был Народный ДОобЗОР, всем пока!)
