LTE: Så funkar det

Long Term Evolution, det är ju inte ens ett namn. Långsiktig utveckling. Ändå säger namnet en del om tekniken. Till exempel att den var påtänkt redan tidigt i utvecklingen av 3G. Man döper inte någonting man planerar att driftsätta om två år till långsiktig utveckling, det är det som händer mot slutet av de där diagrammen som visar utvecklingen i framtiden. Nu är vi alltså snart i framtiden, så som 3G-utvecklarna föreställde sig den.

När man utvecklade 3G-standarden kunde man redan då se att om den utvecklingen fortsatte på samma sätt borde det gå att komma upp i betydligt högre datahastigheter än vad som var tekniskt möjligt då, så man enades helt enkelt om en långsiktig färdplan för vidareutvecklingen av 3G. Det litet dimmiga begreppet LTE fastnade och blev så småningom namnet på en standard.

Överföringen av signaler

Den viktigaste skillnaden mellan LTE och 3G-standarden WCDMA som vi använder här i Sverige är hur man överför signalerna. LTE använder moduleringstekniken OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing. Det innebär att man delar upp frekvensbandet i ett stort antal smala kanaler, upp till 1200 för nerlänken, placerade på ett avstånd optimerat för att minimera störningen från varandra, som man skickar data över. På detta sätt kan man packa datatrafiken tätt i en massa parallella sändningar.

OFDM är en av de mest effektiva moduleringstekniker som finns, men den är inte på något sätt ny. Den används till exempel sedan länge i våra ADSL-modem för fast bredband. Men i 3G-nätet använder man en annan teknik, som ger lägre datahastighet per frekvensutrymme. Orsaken till det är att radiovågor är så mycket mer känsliga för störningar, dämpning och signalreflektioner än kopparledningar. Därför var man tvungen att välja en mer robust radioteknik som bättre kunde garantera att signalen kom fram.

Det betyder dock inte att LTE har sämre täckning än 3G. Det som har hänt är i stället att man knäckt nöten för hur man kan använda OFDM i höga radiofrekvenser utan att den blir för känslig för störningar.

- Man har lärt sig litet mera. Man har funnit andra matematiska lösningar, som inte minst viktigt går att bygga in i elektroniken på en krets. Så behovet av störningsrensande modulering har försvunnit, förklarar Jeanette Fridberg, marknadsansvarig för radiosystem hos Ericsson.

Skillnaden mellan 3G och LTE

En annan teknik som skiljer LTE från 3G kallas MIMO, Multiple Input, Multiple Output. Det betyder att man har mer än en antenn på både sändar- och mottagarsidan, placerade i olika vinklar i förhållande till varandra. Eftersom radiosignalerna på högre frekvensband lätt dämpas eller reflekteras av rena slumpskäl kan bara en liten förskjutning av antennens placering eller vinkel innebära bättre signalmottagning. MIMO kan därför ge dramatiskt bättre mottagning, och därmed möjlighet till högre hastigheter.

I första skedet använder LTE två sändarantenner och en mottagarantenn, men på sikt planerar man för fyra sändar- och fyra mottagarantenner. I hittills utförda tester har man fått upp datahastigheten från 100 till 300 Mbit/s med fyra antenner i vardera riktningen.

Frekvenserna är politik

Ytterligare en skillnad, om än av mer politisk än teknisk art, är förstås frekvenserna. LTE har i Sverige fått ett frekvensutrymme kring 2,6 GHz, att jämföra med 2,1 GHz för 3G och 900 och 1800 MHz för GSM. Här har operatörerna litet drygt dubbelt så mycket frekvensutrymme som man har för 3G. 3G-frekvenserna på 2,1 GHz har som bekant kortare räckvidd än GSM-frekvenserna vid 900 MHz, men enligt Jeanette Friberg finns det inte någon liknande skillnad mellan 2,1 och 2,6 GHz. Signalegenskaperna blir ungefär desamma för 3G och LTE.

Här ska sägas att det inte finns något tekniskt hinder att använda LTE på de frekvenser som i dag används för 3G eller GSM. Snart finns det inte heller något politiskt hinder, utvecklingen inom EU går mot att operatörerna ska få välja själva vilken teknik man ska använda på de frekvenser man har licens för.

De smalare frekvensbanden för 3G och GSM har inte utrymme för full LTE, men tekniken låter sig lätt skalas ner, även om hastigheten då blir proportionellt lägre. Det är faktiskt en av de stora fördelarna med LTE jämfört med 3G. 3G kan skalas i steg om 5 MHz, vilket gör det svårt att utnyttja små lediga frekvensutrymmen i många delar av världen. LTE kan klara sig på frekvensband så smala som 1,4 MHz. I synnerhet för GSM-frekvenserna på 900 MHz finns det helt klart en poäng med att använda dem för LTE, då man kan få betydligt bättre yttäckning.

LTE-frekvensen utnyttjas på så sätt att man har separata frekvenser för nedladdning och uppladdning av data, så kallad FDD. Det finns även stöd i LTE-standarden för att dela upp trafiken i tidsluckor (TDD), likt GSM-nätet, men i Europa har man enats om att använda FDD.

- TDD ger inte samma kapacitet. Men i Kina har man valt TDD, så Ericssons utrustning klarar av bägge, det är bara en konfigurationsfråga, säger Jeanette Fridberg.

Delar på kapaciteten

Liksom för 3G delar användarna på nätkapaciteten, så om många använder LTE-nätet samtidigt blir hastigheten lägre. Men åtminstone så länge man surfar minskar risken för att man ska märka av detta med den högre hastigheten. Om varje webbsida tar en halv sekund att ladda i stället för tio är risken att två personer laddar webbsidor samtidigt betydligt mindre. För nedladdning och strömmande media ser det naturligtvis annorlunda ut.

Den topphastighet man räknar med i startskedet för LTE är 150 Mbit/s från basstationerna. De första bredbandsmodemen kommer i början att ligga på 40-50 Mbit/s. Det låter kanske inte så där jätteimponerande, för 3G är man ju med HSPA Evolved snart uppe i 42 Mbit/s. Skillnaden är att för 3G är det taket.

- Om man använder lika mycket frekvensutrymme ger LTE något högre datahastigheter än HSPA Evoution. Men det är bara början. LTE liksom 3g blir bättre med tiden. Man startar ju aldrig på det bästa, berättar Jeanette Fridberg.

3g i form av HSPA Evolution har visserligen fortfarande mycket utvecklingspotential, man har i dag planer på att få upp hastigheten till 168 Mbit/s, och inte heller det är slutet för 3g, men LTE har ändå högre utvecklingskapacitet.

Som vanligt med bredband gäller att de angivna datahastigheterna är teoretiska, och beroende av täckningen. LTE har ungefär samma radioegenskaper som 3G, och förhållandet mellan den teoretiska och den faktiska hastigheten är ungefär densamma.

Mindre fördröjningar

Inte minst lika viktigt är fördröjningen, latensen, i nätet. Med trådlöst bredband kan man i dag uppleva att det går segare än vad man är van vid[ERAJEFR6] samma uppmätta hastighet i det fasta nätet. Det beror i så fall på att mobilnätet har längre latens i nätet. För vissa typer av uppkopplingar, till exempel nätverksspel, är latensen för stor för att det ska fungera som det ska, men även vid vanlig surf kan man uppleva fördröjningen när sidan laddar. Med LTE ska man komma ner på en latens på under 5 millisekunder för små datapaket.

LTE är redan från början tänkt som en ren datatjänst. Den kan därmed inte ersätta 3G för vanlig telefoni.

- Taltrafik i LTE är av sekundärt intresse, även om man naturligtvis kommer att använda uppkopplingen för IP-telefonitjänster, påpekar Jeanette Fridberg.

Man skulle kunna tro att LTE-tekniken blivit mycket enklare av att man kunnat välja bort stödet för taltrafik, men enligt Jeanette Fridberg är detta inte fallet. Däremot har det inneburit fördelar på andra vis.

- I och med att man inte blandat in telefoni har det varit färre saker man måste enas om. Det har förkortat utvecklingstiden avsevärt och gjort att det gått snabbare att få fram en standard.

Standard, ja. LTE ser faktiskt ut att bli en verklig världsstandard. 3G kallas ju i och för sig för världsstandard, men bara tack vare att man tagit med flera helt olika telefonisystem och kallat det för en standard. Man kan inte ta en telefon avsedd för amerikanska CDMA-nät och använda den i våra 3G-nät. Men med LTE ska det faktiskt vara möjligt att använda samma telefon eller bredbandsmodem varhelst man befinner sig i världen. Visserligen finns den konkurrerande standarden Wimax för trådlöst bredband, men som det ser ut nu har LTE betydligt större branschstöd.

Först som mobilt bredband

När LTE lanseras lär det först vara i form av mobilt bredband. Mobiltelefoner med inbyggt LTE kan nog dröja litet tid, men när de kommer infinner sig frågan, kommer de att ha sämre batteritid på samma sätt som 3G-mobilerna hade och fortfarande har i förhållande till GSM? Och hur är det med basstationernas energiåtgång? Bygger man in sig i ett nytt energikrävande system?

- Det är jättesvårt att säga något bestämt om energiåtgången, men den kommer att vara lägre än för 3G. Den täckning man får per watt är lägre för LTE än för 3G. Sedan kan man också ta med sig det man lärt sig om energioptimering från den gamla tekniken till den nya.

En fördel med LTE av det mer subtila slaget: systemet är självkonfigurerande vid installation, till skillnad från 3g[ERAJEFR8] som kräver en hel del arbete när man installerar det. Knappast något som vanliga användare kommer att märka någonting av, men det kan komma att bidra till att utbyggnaden av LTE-näten går snabbare.

Utvecklingen tar inte stopp vid LTE och dess 150 Mbit/s. Som tidigare nämnts har tekniken stor utvecklingspotential, och det är inte bara fler antenner som kommer att bättra på hastigheten ytterligare. Liksom 3G följdes upp av turbo-3g och HSPA Evolution kommer man att kunna följa upp LTE med snabbare hastigheter.

- Målet för LTE har hela tiden varit att man på sikt ska komma upp i 1 Gbit/s, säger Jeanette Fridberg.