1. Ostatnia Ewolucja: Od LTE-Advanced do LTE-Advanced Pro

Historia technologii 4G nie zakończyła się na LTE-Advanced. W miarę jak świat przyjął mobilny internet szerokopasmowy, zapotrzebowanie na jeszcze większą wydajność, a co ważniejsze, na zupełnie nowe rodzaje łączności, wciąż rosło. Organ normalizacyjny 3GPP (3rd Generation Partnership Project) kontynuował ewolucję standardu LTE, czego zwieńczeniem jest to, co obecnie znamy jako LTE-Advanced Pro. Ta faza, rozpoczynająca się głównie od 3GPP Release 13 i kontynuowana w Release 14 i 15, reprezentuje szczyt technologii 4G.

LTE-Advanced Pro to nie tylko stopniowe zwiększenie prędkości; to transformacyjna modernizacja, która stanowi kluczowy most do świata 5G. Biorąc solidne fundamenty LTE i LTE-Advanced, dodaje szereg nowych funkcji, które rozszerzają możliwości sieci poza prosty mobilny internet dla smartfonów. Wprowadza technologie do łączenia miliardów prostych, niskomocowych urządzeń (Internet Rzeczy), umożliwia pojazdom wzajemną komunikację w celu zwiększenia bezpieczeństwa i jeszcze bardziej przesuwa granice prędkości i wydajności. To tutaj 4G dojrzało, aby położyć technologiczne i koncepcyjne podwaliny pod trzy główne filary 5G: ulepszony mobilny internet szerokopasmowy (eMBB), masową komunikację maszynową (mMTC) oraz ultrakrótkie opóźnienia i wysoką niezawodność (URLLC).

2. Przesuwanie Granic Internetu Szerokopasmowego: Więcej Prędkości, Więcej Widma

Chociaż LTE-Advanced Pro wprowadziło nowe kategorie usług, przyniosło również znaczące ulepszenia w podstawowym doświadczeniu mobilnego internetu szerokopasmowego, przybliżając prędkości transmisji danych do sfery multi-gigabitów na sekundę.

Masowa Agregacja Nośnych

Agregacja Nośnych, kluczowa funkcja LTE-Advanced, została w LTE-Advanced Pro wyniesiona na nowy poziom.

• Do 32 Nośnych Składowych: Teoretyczny limit liczby nośnych składowych, które można było agregować, został znacznie zwiększony z 5 do 32. Chociaż żadne pojedyncze urządzenie nie agreguje 32 nośnych, ten standard zapewnia długoterminowy plan rozwoju sieci i pozwala na znacznie szersze zagregowane pasma kanałów, co bezpośrednio przekłada się na wyższe szczytowe prędkości.
• Dostęp Wspomagany Licencją (LAA) i LTE-U: Była to przełomowa funkcja. Po raz pierwszy LTE zostało zaprojektowane do działania w widmie nielicencjonowanym, w szczególności w paśmie 5 GHz, powszechnie używanym przez Wi-Fi. W ramach Dostępu Wspomaganego Licencją (LAA), urządzenie utrzymuje swoje główne połączenie i sygnalizację sterującą w licencjonowanym paśmie operatora, ale może agregować dodatkową nośną z nielicencjonowanego pasma 5 GHz w celu znacznego zwiększenia prędkości. LAA zawiera mechanizm "słuchaj zanim zaczniesz mówić", aby zapewnić sprawiedliwe współistnienie z sieciami Wi-Fi dzielącymi to samo widmo. Pozwala to operatorom na wykorzystanie ogromnego, darmowego zasobu w celu zwiększenia pojemności w zatłoczonych miejscach, takich jak stadiony czy centra handlowe.
• Agregacja FDD i TDD: LTE-Advanced Pro wprowadziło możliwość agregowania nośnych zarówno z pasm Dupleksu z Podziałem Częstotliwości (FDD), jak i Dupleksu z Podziałem Czasu (TDD), co dodatkowo zwiększyło elastyczność dla operatorów posiadających zróżnicowane zasoby widma.

Modulacja Wyższego Rzędu: 256-QAM

W celu dalszego zwiększenia efektywności widmowej, LTE-Advanced Pro wprowadziło wsparcie dla modulacji 256-QAM (Kwadraturowej Modulacji Amplitudy) w łączu w dół, a w późniejszych wydaniach także w łączu w górę.

Diagram konstelacji dla 256-QAM ma 256 odrębnych punktów. Ponieważ $2^8 = 256$, każdy symbol może zakodować 8 bitów informacji. Stanowi to 33% wzrost w porównaniu z 6 bitami na symbol oferowanymi przez 64-QAM. Jednak ten wzrost wydajności ma swoją cenę. Punkty na konstelacji 256-QAM są znacznie bliżej siebie, co czyni sygnał o wiele bardziej wrażliwym na szumy i zakłócenia. W rezultacie 256-QAM może być używane tylko w bardzo dobrych warunkach sygnałowych, zazwyczaj gdy użytkownik jest blisko stacji bazowej z dobrą widocznością. Gdy warunki są odpowiednie, zapewnia to znaczny wzrost szczytowych prędkości transmisji.

3. Rewolucja Internetu Rzeczy (IoT)

Jednym z najgłębszych wkładów LTE-Advanced Pro było wprowadzenie nowych technologii dostępu radiowego zaprojektowanych specjalnie dla Internetu Rzeczy (IoT). Wcześniej podłączanie prostych, tanich czujników do sieci komórkowej było niepraktyczne. Standardowe połączenie LTE zużywało zbyt dużo energii, było zbyt skomplikowane, a sprzęt był zbyt drogi dla urządzenia, które mogłoby potrzebować wysyłać zaledwie kilka bajtów danych dziennie. LTE-Advanced Pro stworzyło dwie nowe kategorie komórkowego IoT.

4. V2X i D2D: Świt Połączonej Mobilności

LTE-Advanced Pro położyło również krytyczne podwaliny pod nową granicę w łączności: pojazdy. Wprowadziło ramy dla bezpośredniej komunikacji, która umożliwia zwiększone bezpieczeństwo i przyszłe możliwości jazdy autonomicznej.

Komunikacja Urządzenie-do-Urządzenia (D2D) i Usługi Bliskości (ProSe)

W sercu tej innowacji leży komunikacja Urządzenie-do-Urządzenia (D2D). Po raz pierwszy w głównym standardzie komórkowym stworzono ramy, które pozwalają urządzeniom użytkownika komunikować się bezpośrednio ze sobą, omijając stację bazową. Jest to również znane jako Usługi Bliskości (ProSe). D2D może działać pod kontrolą sieci lub, w przypadkach takich jak sytuacje kryzysowe służb publicznych, całkowicie "poza siecią", gdy nie ma zasięgu komórkowego.

Komórkowe V2X (C-V2X)

Opierając się na fundamencie D2D, LTE-Advanced Pro wprowadziło Komórkowe V2X (Pojazd-do-Wszystkiego). Ta technologia pozwala pojazdom stać się węzłami w sieci komunikacyjnej, wymieniając informacje w czasie rzeczywistym w celu poprawy bezpieczeństwa drogowego, efektywności ruchu i torowania drogi dla jazdy autonomicznej.

• V2V (Pojazd-do-Pojazdu): Samochody mogą bezpośrednio rozgłaszać swoją pozycję, prędkość i status do innych pobliskich samochodów. Umożliwia to aplikacje takie jak ostrzeganie przed kolizją czołową, asystenta zmiany pasa ruchu i możliwości "widzenia przezroczystego", gdzie samochód może ostrzegać innych o przeszkodzie, którą widzi z przodu.
• V2I (Pojazd-do-Infrastruktury): Pojazdy komunikują się z infrastrukturą przydrożną, taką jak sygnalizacja świetlna czy znaki cyfrowe. Może to dostarczać kierowcom ostrzeżeń o nadchodzących zagrożeniach lub optymalizować przepływ ruchu poprzez dostosowywanie czasów sygnałów.
• V2P (Pojazd-do-Pieszego): Pojazdy mogą komunikować się z narażonymi użytkownikami dróg, takimi jak piesi i rowerzyści, na przykład za pośrednictwem ich smartfonów, w celu zapobiegania wypadkom.
• V2N (Pojazd-do-Sieci): Tradycyjne połączenie komórkowe, które zapewnia pojazdom usługi takie jak aktualizacje ruchu w czasie rzeczywistym, nawigację i infotainment.

Kluczowym elementem umożliwiającym bezpośrednią komunikację V2V i V2I w C-V2X jest nowy interfejs o nazwie PC5, który opiera się na protokołach D2D. Pozwala on na wysoce niezawodną komunikację o niskim opóźnieniu, co jest niezbędne dla krytycznych pod względem czasowym aplikacji bezpieczeństwa.