Skoro každý novější smartphone má dnes LTE. Když s ním vystoupíte na letišti v USA, LTE vám pravděpodobně fungovat nebude. Na toto téma byla napsána již řada článků, krátce shrneme dva hlavní důvody, které pomohou pochopit i odlišnosti Nb-IoT.

Důvod 1: omezený roaming

Zatímco u hlasových služeb je roaming jednoduše dostupný, u LTE nikoli. Mezinárodní dohoda ITU omezuje LTE roaming na vybrané regiony a pásma.

Tato dohoda ITU se samozřejmě kříží s využíváním pásem jednotlivými operátory a jejich roamingovými partnery. Je nutné připomenout, že něco jako „povinný globální roaming“, kdy by všichni operátoři akceptovali zařízení registrované prostřednictvím jakékoli SIM karty, neexistuje. Roaming je stále řízen dohodami mezi jednotlivými operátory, i když třeba na globální úrovni. Vzhledem k těmto vazbám specifikace 3GPP pracuje od začátku separátně s pojmy National roaming a International Roaming. Také výrobci síťové infrastruktury rozlišují několik typů roamingu.

Důvod 2: použití více pásem

Rychlost LTE je dána současným využitím více kanálů. Technicky je běžné, že telefon či modem přeskakuje frekvence v celém pásmu tak, jak mu to síť operátora umožňuje a přikazuje. U mobilních telefonů se tak čím dál častěji setkáte se dvěma anténami (pochopitelně nejsou vidět), nejnovější datové modemy jsou připraveny na MIMO 4x4 – tedy multiple input-multiple output.  Háček může být právě ve schopnosti terminálu využívat zároveň stejná pásma, která nabízí síť. LTE modul v zařízení musí být připraven obsluhovat v reálném čase tu kombinaci kanálů, kterou používá daný operátor.

Řada zdrojů, zejména v USA, potvrzuje, že tuto otázku nemá dořešenou ani většina výrobců telefonů a dodávají tak modely pro jednotlivé operátory. Zatímco většina severoamerických operátorů používá různé kanály v pásmu 700 MHz, evropští operátoři obsazují nejčastěji 1800 a 2600 MHz spolu s pásmem 800 MHz, které je v současnosti dominantní u českých operátorů. A právě frekvenčně dělený duplex, kdy síť se zařízením současně komunikuje po více kanálech, není zcela standardizován. Počet pásem a kanálů pro LTE je relativně vysoký a možných kombinací je hodně.

Jak zmíněná překážka vzniká, může být popsáno na příkladu telekomunikačního trhu v USA. Americký úřad FCC rozhodl, že zřídí pásma 12,13,14 a 17 (700MHz) a využije je pro dobročinné účely veřejných přístupových sítí, obecně veřejného internetu ve vybraných oblastech a v případě pásma 14 také služeb městské infrastruktury. Ve hře byla menší obsazenost pásma a nižší cena licencí. Podle očekávání si většinu frekvencí v aukci rozdělili AT&T a Verizon a menší operátory v podstatě vytlačili do pásma 12. Protože s frekvencemi těsně okolo 700 MHz nepočítali výrobci širokopásmových zařízení, situaci hbitě využily AT&T a Verizon, kteří své spřízněné dodavatele hardwaru natlačili do omezení zařízení tak, aby podporovala pouze ta pásma v 700 MHz, pro které oni mají licence. Díky této hře menší operátoři, na které zbylo pásmo 12 (mezi 698 a 716 MHz), tak nemají k dispozici v podstatě žádný spotřebiteli široce akceptovaný hardware. 

K uvedenému příkladu zbývá dodat, že ČTU připravuje aukci kmitočtů v pásmu 700 MHz v letošním roce a podle dosavadních informací by měl dostat přednost čtvrtý operátor. 

(Článek najdete například na Extremetech.com)

Nespoléhejte na deklarované parametry, testujte

Globální výrobci, například Apple, Samsung, Huawei a další samozřejmě své modely připravují pro globální trh a testování pro ně nepředstavuje žádný problém, pro menší výrobce modulů už takový dosah samozřejmý není. A tak se i u nich lze setkat s moduly ve variantách AT&T nebo Verizon pro USA. Zatímco Evropanům může „uzamčení telefonu pro operátora“ připadat jako přežitek, zákazníci v USA a v mnoha asijských regionech jsou na to stále zvyklí.

V asijských zemích je situace zcela odlišná, protože Čína spolu s dalšími asijskými zeměmi používá LTE standard, založený na časově děleném duplexu TDD.

Vzhledem k tomu, že rozdělení pásem mezi operátory se liší prakticky v každé zemi, není možné bez ověření garantovat dosažitelnou rychlost dat ani funkčnost LTE u operátora, u kterého není zařízení odzkoušeno. Při vývoji zařízení se tak vyplatí věnovat čas specifikaci cílových regionů, operátorů a kanálů, které pro LTE využívají.

Bude na tom LTE NB stejně?

Pravděpodobně ano. Evropští operátoři Vodafone a Deutsche Telekom začali roaming zařízení pro NB IoT testovat v létě 2018. Kromě plateb za roaming a přenosu dat do cílové destinace je totiž potřeba řešit otázky spojené s chováním modulu a principem samotné služby v roamingovém režimu, například:

• četnost vysílání s vazbou na úsporu energie zařízení
• lokací modulu –(Tracking Area Update-TAU)
• Údaje o měření času a pohybu

Informace, zveřejněné po úspěšném testu asociací GSMA ukazují, že roaming IoT nodů neřeší pouze problém odeslání dat. To by pokrylo statické aplikace senzorů, například monitoring prostředí nebo M2M komunikaci. Pro další služby, které operátoři chtějí poskytovat prostřednictvím LTE NB a konkurovat tak dalším LPWAN sítím to nestačí. Stejně důležité je nastavení "standardního" chování síťe vůči nodům z pohledu životnosti baterie, zejména eliminace zbytečných pokusů o přihlášení do sítě a opakovaného odesílání  dat. 
Operátoři, kteří služby LTE NB spustí, si dají záležet, aby kombinace pásem byla unikátní a omezila konkurenci. Vodítkem tak mohou být právě aliance operátorů. Sdružení operátorů GSMA se ve svém memorandu NB-IoT Deployment Guide shodlo na tom, že služby NB-IoT postaví na standardu LTE a to v kanálech 2, 3, 5, 8, 20 a 28.  GSMA má na svém webu také řehlednou mapu, který ukazuje základní rozdělení regionů podle dostupných technologií: https://www.gsma.com/iot/deployment-map/ .  

(Aktuální mapa na https://www.gsma.com/iot/deployment-map/) 

Dalším omezením, které bude LTE Nb překonávat, bude akceptace SIM karet. Mobilní aplikace NB-LTE se budou po světě pohybovat se SIM nebo e-SIM kartou jednoho operátora. Akceptace obou druhů karet u LTE NB je zatím plná nezodpovězených otázek. Samotná e-sim je vázána na čip, použitý výrobcem nodu, který musí být akceptován i operátorem a pro účely roamingu všemi operátory napříč oblastí, kde bude node cestovat.
I když tato opatření mohou navenek působit jako zlomyslnost operátorů, není tomu tak. Již od počátků GSM sítí dochází k situacím, kdy firmy typu virtuální operátor využívají rozdíly cen hlasových i datových služeb. I když rozdíl cen za minutu nebo Gb může být nepatrný, v náležité agregaci jde o dobrý byznys, samozřejmě na úkor operátora, do jehož sítě provoz míří. Tento byznys se rozmohl do rozměrů, kdy úložiště obsahovala desetitisíce SIM karet, které virtuálně distribuovala branám a terminálům po celém světě. Skuteční operátoři se proto snaží držet pod kontrolou počet i typ zařízení, která se pohybují v jejich sítích.

To se mimochodem jeví jako konkurenční výhoda sítě Sigfox, kde je kompatibilita zařízení dána certifikací a roaming je globálně zakotven na úrovni licencí.

NB-IoT není vždy LTE- NB

K rozdílům u LTE NB zbývá dodat ještě jeden velmi důležitý. LTE NB nemusí být to samé, jako NB-IoT. Standardy 3GPP totiž pod termín NB-IoT zahrnují několik technologií pro GSM, WCDMA a LTE. V principu jde o to, aby podobný protokol fungoval v rámci všech uvedených sítí. To je ale vzhledem k šíři používaných pásem, odstupu kanálů atd. celkem složité. V rámci GSM sítí tak využívá „standalone“ režim, kdy NB-IoT nosič zabere místo jednoho nosiče pro GSM. V rámci LTE je NB-IoT v režimu in-band, tedy pluje kdesi v LTE nosiči a je označován také jako LTE Cat NB. Jako třetí možnost pro sítě WCDMA nebo i LTE zůstává vyhrazení části ochranného pásma mezi kanály, tzv. „guard-band“.

(obrázek z Researchgate.net)

Dá se očekávat, že v letošním roce operátoři v řadě regionů pokročí v testech a rozběhu reálného provozu LTE NB. Téma budeme dále sledovat.