Home > Analiza > Dlaczego ciągle nie ma modemów LTE-A na USB?

Dlaczego ciągle nie ma modemów LTE-A na USB?

Logo LTE-ARegularnie otrzymuję zapytania z wielu stron, dlaczego modemy do 2G, 3G i LTE podłączane przez USB są dostępne, a dla technologii LTE-A takich urządzeń nie ma – czy to w postaci zwykłego „palucha” wtykanego w gniazdo USB. Przyjrzałem się problemowi i zebrałem wszystkie najważniejsze problemy z tym związane w jednym miejscu. Ze zdziwieniem stwierdziłem też, że jest mało informacji o tym problemie w sieci, tym bardziej postanowiłem zrobić krótki wpis na ten temat.

Oczywiście wyjaśnię najpierw o co chodzi z tym LTE-A i czym różni się od LTE, choć sama technologia LTE-A to temat na oddzielny artykuł.

Czym jest LTE-A?

Najpierw kilka słów o technologii LTE-A, czyli LTE-Advanced. Jest to rozwinięcie technologii LTE o agregację pasm, czyli możliwość jednoczesnej transmisji na kilku różnych częstotliwościach między modemem i siecią operatora. Standardowy modem LTE działa tylko w jednym paśmie: w tej chwili w Polsce operatorzy korzystają z 1800 MHz, 800 MHz, 2600 MHz oraz czasem 2100 MHz jako bazy dla sieci LTE. Modem i sieć negocjują najlepsze dla nich pasmo – w miastach najczęściej jest to 2600 MHz, o ile już jest dostępne (najwyższe prędkości, najmniejszy zasięg), poza miastami 800 MHz (olbrzymi zasięg, skromne prędkości), a najwięcej jest stacji bazowych w paśmie 1800 MHz.

Jeżeli jednak w jednej lokalizacji mamy dostęp do wszystkich tych częstotliwości na raz, to tradycyjny modem może jednocześnie komunikować się tylko na jednej z nich, którą wybiera zwykle automatycznie (mało który modem pozwala użytkownikowi na wybór pasma LTE – wyjątkiem są np. modemy E3372 oferowane w sklepie jdtech.pl, gdzie specjalny interfejs pozwala na takie operacje, ale domyślnie modemy pracują w trybie automatycznym).

Okazuje się, że technologię LTE rozbudowano o możliwość pracy jednocześnie na kilku pasmach – w przypadku urządzeń kategorii 6 LTE – na dwóch, kategorii 9 na 3, a kategorii 11 na 4 różnych pasmach. W Polsce sieci oferują agregację najwyżej na 3 różnych pasmach jednocześnie, ale to się może zmienić.

LTE-A – kategorie sprzętu
Kategoria
sprzętu
Liczba
agregowanych
pasm
Maks
szybkość
ściągania
Maks
szybkość
wysyłania
Uwagi
4 1 150 Mbit/s 50 Mbit/s bez agregacji
6 2 300 Mbit/s 50 Mbit/s  
9 3 450 Mbit/s 50 Mbit/s  
11 4 600 Mbit/s 50 Mbit/s  

Dzięki temu modem może wykorzystać dostępne zasoby z każdego tych pasm jednocześnie i zaoferować użytkownikowi większą szybkość przesyłu. Teoretycznie to 300 Mbit/s w kat6 i 450 Mbit/s w kat9. Oczywiście realne prędkości są znacznie niższe, zwłaszcza ze względu na niskie prędkości w paśmie 800 MHz. Szczegóły opiszę w osobnym artykule. Praktyczne maksymalne prędkości to około 130 Mbit/s w przypadku pojedynczych BTSów Play oraz 200-300 Mbit/s dla jednej ze stacji bazowych Orange. W przyszłości zasięg i szybkości na pewno będą się poprawiały, ale na pewno nigdy nie zobaczymy prędkości maksymalnych przy pomiarach w warunkach rzeczywistych.

Niektórzy pamiętają zapewne technologię HSPA+DC, która pozwala uzyskać podobny efekt w 3G: rozszerzenie Dual Carrier (lub Dual Channel) dostępne u niektórych operatorów pozwala podwoić potencjalnie prędkość z 21 do 42 Mbit/s dzięki zastosowaniu podobnego rozwiązania – połączenia w jedno kilku kanałów (nośnych) w obrębie jednego pasma, albo w wyższych rozwiązaniach także na różnych pasmach. Jednak żaden z operatorów nie wdrożył tego na dużym obszarze Polski, a ja najczęściej spotykałem się z tym w sieci Orange i Plus i to tylko w niektórych większych miastach.

A teraz główne pytanie:

Czy są modemy LTE-A na USB?

I odpowiedź prosta: Nie ma i w najbliższym czasie nie będzie.

No to…

Gdzie są modemy na USB z obsługą LTE-A?

Przejdźmy teraz do głównego problemu artykułu. Jak widzimy, modem LTE-A składa się z praktycznie z kilku równolegle połączonych modemów LTE, z których każdy pracuje na innym wynegocjowanym z operatorem paśmie. Z jednej strony mamy potencjalnie wysokie prędkości, a z drugiej strony wiąże się to z dodatkowym poborem mocy: każdy moduł radiowy potrzebuje dodatkowej mocy.

Gniazdo USB 2.0 zgodnie ze standardem daje nam tylko gwarantowane 2.5W mocy (5V przy 500 mA). Już teraz większość modemów USB (nawet 3G) nie spełnia tego wymogu i zwykle pobiera więcej – prąd chwilami skacze powyżej 800mA, a podczas logowania do sieci nawet potrafi czasem sięgnąć w starszych modemach LTE nawet 2A. Moc pobierana rośnie także, gdy sygnał sieci staje się słabszy.

W przypadku większości laptopów nie jest to jednak problem, bo te radzą sobie z takim poborem mocy nieco powyżej standardu, a niektóre mają nawet specjalne gniazda dające do 25W. Jednak routery w wielu wypadkach miewają z tym problemy, podobnie jak niektóre komputery stacjonarne.

Jak to jest z modemami LTE-A? W przypadku modemów kategorii 6 mamy do czynienia (podobnie jak w HSPA+DC) z dwoma modułami radiowymi, a w przypadku kategorii 9 – trzema. To oznacza, że podsystem radiowy pobiera od 2 do 3 razy więcej mocy w czasie pracy. Co prawda nie wiąże się to od razu z 2-3 krotnym zwiększeniem poboru mocy przez cały modem, jednak sumaryczna moc jest całkiem spora. Zajrzałem do specyfikacji jednego z modemów podłączanych przez mini PCI Express, model Sierra Wireless AirPrime EM7455 kategorii 6 (agreguje więc tylko 2 pasma):

  • Typowa moc ciągła przy niskiej mocy nadawania (kat6): 580mA przy napięciu 3,7V ~ moc 2,1W
  • Typowa moc ciągła przy maksymalnej mocy nadawania (kat6): 1000mA przy napięciu 3,7V ~ moc 3,7W
  • Maksymalny prąd ciągły: 1,5 A przy 3,7V ~ moc 5,55W
  • Maksymalny prąd podczas uruchomienia: 2,5A przy 3,7V ~ 9,25W

Widzimy więc, że o ile przy dobrych warunkach sygnałowych prąd pobierany jako tako mieści się w standardzie USB 2.0, o tyle prąd włączenia przekracza limit prawie 4 razy, a podczas pracy z maksymalną mocą nadawania stały prąd znacząco przekracza normę 2,5W. Producent ostrzega też w specyfikacji technicznej, że musi być zapewniony dostęp do prądu 1,5A w trybie pracy ciągłej – ponad 2 razy więcej niż pozwala na to standard USB.

Możemy od razu założyć, że wartości te są zauważalnie wyższe dla modemu kategorii 9 i 11.

Widzimy więc, że bardzo wiele komputerów i innych urządzeń miałoby problem z zasileniem takiego modemu przez port USB 2.0.

Co prawda jest coraz powszechniejszy standard USB 3.0, który oferuje 900 mA przy 5V, czyli 4,5W, jednak i tutaj widzimy, że mocy może zabraknąć: ten konkretny modem LTE-A potrzebuje przecież 5.55W. Poza tym trzeba wspomnieć, że oferowanie klientowi urządzenia, które mechanicznie pasuje do gniazda USB 2.0 i nie działa z nim wcale jest niezbyt dobrym pomysłem. Co prawda można oprzeć się o rozwiązanie w postaci USB 3.1 oraz gniazdo USB-C, ale to znowu jest dość rzadkie i ponownie narażamy się problem ze sprzedażą urządzeń.

Jasne staje się, dlaczego na razie nie ma modemów USB z obsługą LTE-A: o ile producent telefonu czy routera po prostu musi zapewnić odpowiednie parametry zasilania i już, o tyle sprzęt zasilany tylko przez USB musi zakładać w miarę normalną pracę przy dostępnej mocy w okolicy 2.5W, a to dla modemów LTE jest niemożliwe.

Szyna USB nie zapewnia wystarczającej mocy do zasilania modemów LTE-A.

Ktoś mógłby zapytać: przecież telefony i routery mobilne są zasilanie przez gniazdo USB i jak to działa? Tutaj już odpowiedź jest prosta – zasilacze i ładowarki do routerów są zwykle wyższej mocy i prąd przy ładowaniu sięga 2A, czasem więcej w przypadku urządzeń stosujących rozwiązania typu QiockCharge. Poza tym w tych urządzeniach jest zawsze bateria – gdy pobór mocy jest duży, może ona dodatkowo zasilić układy urządzenia. A gdy pobór mocy przez resztę telefonu/routera spada, nadmiar mocy jest kierowany do ładowania baterii.

Problem z zasilaniem urządzeń LTE-A jest mniejszy w przypadku modułów wbudowanych w telefony i routery mobilne, które posiadają własne baterie i zasilacze większej mocy.

To oczywiście sytuacja dotycząca stanu aktualnego. Cały czas trwa postęp technologiczny i wchodzą nowsze, bardziej energooszczędne układy LTE-A i z czasem takie modemy mogą się pojawić.

A jak ktoś lubi eksperymentować, można kupić adapter miniPCI-E do USB, w których można umieścić taki modem i przekonać się, jakie są problemy z zasilaniem. Jednak taka zabawa do najtańszych nie należy – modemy LTE-A dla tej szyny kosztują w granicach 1000 PLN.

Problem wydajności szyny USB 2.0

Dodam, że jest też inny problem z szyną USB 2.0: maksymalna przepustowość interfejsu wynosi 480 Mbit/s, choć to oczywiście nie oznacza, że taka prędkość jest dostępna dla użytkownika. Widać, że stosowanie urządzeń kategorii 9 może mijać się z celem ze względu na zbut małą przepustowość maksymalną.

Jednak nie podkreślam tego argumentu zbyt mocno, ponieważ osiągniecie prędkości nawet zbliżonych do maksymalnej przepustowości szyny USB jest czysto teoretyczne, ponieważ nawet, jeżeli takie sieci LTE-A w Polsce w końcu powstaną, to i tak mało prawdopodobne, że będziemy jedynymi korzystającymi z takiej stacji bazowej w danej chwili i osiągnięcie tych prędkości będzie mało prawdopodobne.

Ale jest to kolejny argument wyjaśniający, dlaczego powstają routery (stacjonarne i mobilne) wyposażone w interfejsy WiFi typu ac, porty Gigabit Ethernet, czy USB 3.0, a zwykłych modemów 2.0 nie ma.

Czy macie jeszcze jakieś pytania dotyczące technologii LTE-A?

Data pierwszej publikacji 2016.12.15
Kategorie:Analiza
  1. Inżynier
    Luty 10th, 2017 at 12:39 | #1

    Bardzo fajny artykuł, lubię takie teksty sięgające głębiej w detale z których zwykle nie zdaje sobie człowiek sprawy.

    Prawie dałem się przekonać temu tokowi rozumowania dlaczego nie ma modemów USB LTE-A….

    …..ALE….

    jednak nie!

    Widzę tu błąd logiczny.

    Porównujesz "standard USB" do urządzenia "mini PCI Express Cat 6".

    Wydaje mi się, że jakbyś standard USB porównał do mini PCI Express "nie Cat 6" to byś się zdziwił….

    Znalazłem specyfikację urządzenia z tej samej rodziny, "Sierra Wireless MC7304 PCI Express Mini Card", która ma LTE (DL 100 Mb/s, UL 50 Mb/s), a nie ma "Carrier Aggreation" i z tego co potrafię przypisać nowe wartości do Twoich parametrów to 
    -Averaged call mode DC power consumption 0 dBm = 300 mA (było 580)
    -Averaged call mode DC power consumption worst case 23 dBm = 950 mA (było 1000)
    -Miscellaneous DC power consumption Maximum current = 1,5 A (było 1,5)
    -Miscellaneous DC power consumption Inrush current = 2,5 A (było 2,5)

    Ponieważ te największe liczby nie zmieniły się bardzo to wygląda na to, że w ten sposób można też udowodnić, że modem USB LTE powstać nie może… really? Are you sure?

    "Możemy od razu założyć, że wartości te są zauważalnie wyższe dla modemu kategorii 9 i 11."

    Patrząc na różnice między jedną nośną a agregacją dwóch to ja bym takiego wniosku nie wysnuwał.
    3 i 4 nośne to może będzie 1200 mA typowej mocy ciągłej, ale reszta jest szansa, że niewiele się raczej zmieni.

    Więc, wydaje mi się, że lepiej by było
    -porównać jabłka do jabłek – "modem USB LTE cat 3/4" (modem, nie maksymalne możliwości standardu) z "modemem mini PCI express LTE cat 3/4" żeby znaleźć róznice wynikające z samej implementacji,
    -a potem "gruszki do gruszek" – ten drugi w wersji LTE i LTE-A (powyżej), żeby znaleźć różnicę między 1 a dwiema nośnymi
    -i z tą różnicą wrócić do USB.

    Coś mi wygląda na to, że różnica nie będzie taka wielka żeby wytłumaczyć dlaczego modemów USB LTE-A z agregacją dwóch nośnych nie ma.

    • Luty 11th, 2017 at 09:27 | #2

      Masz rację o tyle, że być może standardy zasilania ogólnie dla mPCI-E mogą być z natury rzeczy podwyższone dla wygody projektantów i warto tutaj zajrzeć. Jednak dochodzi tutaj sporo problemów.
      1. Modemy wbudowane są projektowane pod troszkę innymi założeniami
      2. Najlepiej porównywać urządzenia z LTE-A i bez -A, ale znowu często są tutaj różnice technologiczne (wymiar technologiczny, technologie oszczędzania energii)
      Dlatego wybrałem rozwiązanie, w którym popatrzyłem na pobór mocy w zależności od technologii w ramach specyfikacji urządzenia, do którego specs jest dostępny na tyle dokładny.
      Przy modemie USB żaden szanujący się producent nie poda specs wychodzacych poza specyfikację standardu USB, bo nie dostałby certyfikacji USB. A wiele modemów pobiera więcej mocy niż przykazane 2,5W, ale też nie jest to 5x więcej przez dłuższy czas.

  2. sylwekZolkusza
    Styczeń 13th, 2017 at 11:35 | #3

    popularny modem lte e3372 huawej co potrafi.

    • Patryk
      Styczeń 13th, 2017 at 14:32 | #4

      E3372 nie ma LTE-A. Ma wybór pasma, ale jednocześnie może pracować tylko na jednym.

      • sylwekZolkusza
        Styczeń 13th, 2017 at 16:32 | #5

        które wybrać, dla play oraz dla orange.

        • Styczeń 14th, 2017 at 01:26 | #6

          Wszystko zależy od lokalizacji – trzeba testować.

          • sylwekZolkusza
            Styczeń 14th, 2017 at 14:19 | #7

            modem z waszego sklepu, czym się wyróżnia od tego z salonu, jakie opcje dochodzą.

          • Styczeń 14th, 2017 at 21:42 | #8

            Jeżeli pytasz o jdtech i konkretnie model E3372, to w domyślnej wersji HiLink masz dostępne od razu opcje wymuszania konkretnych pasm dla technologii 3G i LTE (tego w zasadzie normalnie w handlu nie ma) oraz możliwość wymuszania pracy w LTE, 3G czy 2G (to jest, ale zdarzają się odmiany, które nie mają). Do tego jest obsługa Aero2. Uzupełnia całość moja pomoc w razie potrzeby.

          • sylwekZolkusza
            Styczeń 15th, 2017 at 17:02 | #9

            man taki modem kupiony w play ze starterem, ustawienia na idc czy na ras modem, która opcja jest na 800, przebywam na wsi więc to ustawienie na 800 muszę szukać, dzięki za pomoc, jeśli co potrzebuje zawsze tutaj znajduje.

          • Styczeń 16th, 2017 at 00:57 | #10

            Wymuszanie możliwe jest w tym wypadku tylko za pomocą poleceń AT, bo to modem typu tradycyjnego. Można do tego użyć także aplikacji typu TopNetInfo, która ma do tego interfejs. Wybór między NDIS a RAS nie ma tutaj znaczenia (RAS jest wolniejszy i zwykle ogranicza maksymalną prędkość na linii komputer-modem do 20-30 Mbit/s).
            Ale najważniejsza jest informacja ta: wymuszanie pasma w większości wypadków nie jest do niczego potrzebne. Modem wraz z operatorem sam wybierze to pasmo, w którym sygnał jest prawidłowy. Jeżeli mamy słaby sygnał LTE można wymusić jedynie pracę w LTE (czasem nazywanym niezbyt poprawnie 4G). W Play Internet/Online opcja jest w Narzędzia->Opcje->Sieć. Jeżeli sygnał LTE będzie, to wtedy modem się zaloguje i już. Jak sygnału nie będzie na żadnym paśmie, to po prostu nie będzie zasięgu wcale.

          • sylwekZolkusza
            Styczeń 16th, 2017 at 12:18 | #11

            dokładnie Jakubie to co napisałeś pokrywa się z moimi obserwacjami, tylko fachowo tego nie potrafiłem opisać, dzięki bardzo za interesujące wyjaśnienie.
            mój windows 10 lepiej działa na ,ras modem, zasięg podobny i dla orange i play, używam obu ustawień idc ras modem w zależności od obciążenia sieci i inne czynniki, zmiana miejsca, nie stosuje anten, jedynie przedłużacz do okna i butelka z cocakoli z modemem, mam około 10mb/s i to wystarcza do tv z internetu.

Strony komentarza
1 2 5514
  1. Brak jeszcze trackbacków
Musisz być zalogowany aby dodać komentarz.
>