Sieť LTE bola nedávno schválená konzorciom 3GPP. Použitím takéhoto vzdušného rozhrania je možné získať sieť s bezprecedentným výkonom z hľadiska maximálnej rýchlosti prenosu dát, oneskorenia pri preposielaní paketov a spektrálnej účinnosti. Autori uvádzajú, že spustenie siete LTE umožňuje flexibilnejšie využitie rádiového spektra, technológiu viacerých antén, prispôsobenie kanálov, mechanizmy plánovania, organizáciu retransmisie dát a kontrolu výkonu.
Pozadie
Mobilné širokopásmové pripojenie, ktoré je založené na vysokorýchlostnej paketovej dátovej technológii HSPA, sa už stalo široko akceptovaným používateľmi mobilných sietí. Ich služby je však potrebné ďalej skvalitňovať, napríklad využitím zvýšenia rýchlosti prenosu dát, minimalizácie doby oneskorenia, ako aj zvýšenia celkovej kapacity siete, keďže požiadavky užívateľov naslužieb takejto komunikácie neustále pribúda. Na tento účel konzorcium 3GPP urobilo špecifikáciu rádiových rozhraní HSPA Evolution a LTE.
Hlavné rozdiely oproti predchádzajúcim verziám
Sieť LTE sa líši od predtým vyvinutého systému 3G vylepšenými technickými charakteristikami, vrátane maximálnej rýchlosti prenosu dát viac ako 300 megabitov za sekundu, oneskorenie preposielania paketov nepresahuje 10 milisekúnd a spektrálna účinnosť sa zvýšila ovela vyššie. Budovanie LTE sietí je možné realizovať v nových frekvenčných pásmach aj u existujúcich operátorov.
Toto rádiové rozhranie je umiestnené ako riešenie, na ktoré budú operátori postupne prechádzať zo systémov štandardov, ktoré v súčasnosti existujú, sú to 3GPP a 3GPP2. A vývoj tohto rozhrania je pomerne dôležitou etapou na ceste k vytvoreniu štandardu siete IMT-Advanced 4G, teda novej generácie. V skutočnosti už špecifikácia LTE obsahuje väčšinu funkcií, ktoré boli pôvodne určené pre 4G systémy.
Princíp organizácie rádiového rozhrania
Rádiová komunikácia má charakteristickú vlastnosť, ktorou je, že kvalita rádiového kanála nie je konštantná v čase a priestore, ale závisí od frekvencie. Tu je potrebné povedať, že komunikačné parametre sa v dôsledku viaccestného šírenia rádiových vĺn pomerne rýchlo menia. Aby sa udržala konštantná rýchlosť výmeny informácií cez rádiový kanál, zvyčajne sa používa množstvo metód na minimalizáciupodobné zmeny, a to rôzne spôsoby diverzity prenosu. Zároveň si používatelia v procese prenosu informačných paketov nemôžu vždy všimnúť krátkodobé výkyvy v bitovej rýchlosti. Režim siete LTE predpokladá ako základný princíp rádiového prístupu neznižovať, ale aplikovať rýchle zmeny v kvalite rádiového kanála, aby sa zabezpečilo čo najefektívnejšie využitie rádiových zdrojov dostupných v danom čase. Toto je implementované vo frekvenčnej a časovej oblasti prostredníctvom technológie rádiového prístupu OFDM.
Sieťové zariadenie LTE
Aký je to systém, možno pochopiť len vtedy, ak pochopíte, ako je organizovaný. Je založený na konvenčnej technológii OFDM, ktorá zahŕňa prenos dát cez niekoľko úzkopásmových subnosných. Použitie posledne menovaného v kombinácii s cyklickou predponou umožňuje urobiť komunikáciu na báze OFDM odolnou voči časovým rozptylom parametrov rádiového kanála a tiež umožňuje prakticky eliminovať potrebu zložitých ekvalizérov na prijímacej strane. Táto okolnosť sa ukazuje ako veľmi užitočná pre organizáciu downlinku, pretože v tomto prípade je možné zjednodušiť spracovanie signálov prijímačom na hlavnej frekvencii, čo umožňuje znížiť náklady na samotné koncové zariadenie. ako výkon ním spotrebovaný. A to je obzvlášť dôležité pri používaní siete 4G LTE spolu s multi-streamingom.
Uplink, kde je vyžiarený výkon výrazne nižší ako v downlinku, vyžaduje povinné zahrnutie do dielaenergeticky efektívny spôsob prenosu informácií na zvýšenie oblasti pokrytia, zníženie spotreby energie prijímacieho zariadenia, ako aj jeho nákladov. Vykonané štúdie viedli k tomu, že teraz sa pre uplink LTE používa jednofrekvenčná technológia na vysielanie informácií vo forme OFDM s disperziou zodpovedajúcou zákonu diskrétnej Fourierovej transformácie. Toto riešenie poskytuje nižší pomer priemernej a maximálnej úrovne výkonu v porovnaní s konvenčnou moduláciou, čo zlepšuje energetickú účinnosť a zjednodušuje návrh koncových zariadení.
Základný zdroj používaný pri prenose informácií v súlade s technológiou ODFM môže byť znázornený ako časovo-frekvenčná sieť, ktorá zodpovedá sade znakov OFDM a čiastkové nosné v časových a frekvenčných doménach. Režim siete LTE predpokladá, že ako hlavný prvok prenosu dát sú tu použité dva zdrojové bloky, ktoré zodpovedajú frekvenčnému pásmu 180 kilohertzov a časovému intervalu jedna milisekunda. Kombináciou frekvenčných zdrojov, nastavením komunikačných parametrov vrátane kódovej rýchlosti a výberu poradia modulácie je možné realizovať široký rozsah dátových rýchlostí.
Špecifikácie
Ak vezmeme do úvahy siete LTE, o čo ide, bude jasné po určitých vysvetleniach. Aby sa dosiahli vysoké ciele stanovené pre rádiové rozhranie takejto siete, jej vývojári zorganizovali niekoľko dosť dôležitýchmomenty a funkčnosť. Každý z nich bude popísaný nižšie s podrobným uvedením toho, ako ovplyvňujú dôležité ukazovatele, ako je kapacita siete, rádiové pokrytie, čas oneskorenia a rýchlosť prenosu dát.
Flexibilita pri využívaní rádiového spektra
Legislatívne normy, ktoré platia v určitom geografickom regióne, ovplyvňujú spôsob organizácie mobilnej komunikácie. To znamená, že predpisujú rádiové spektrum pridelené v rôznych frekvenčných rozsahoch nespárovaným alebo spárovaným pásmam rôznych šírok. Flexibilita využitia je jednou z najdôležitejších výhod LTE rádiového spektra, ktorá umožňuje jeho využitie v rôznych situáciách. Architektúra LTE siete umožňuje nielen pracovať v rôznych frekvenčných pásmach, ale aj využívať frekvenčné pásma s rôznou šírkou: od 1,25 do 20 megahertzov. Okrem toho môže takýto systém fungovať v nepárových a spárovaných frekvenčných pásmach, pričom podporuje duplex času a frekvencie.
Ak hovoríme o koncových zariadeniach, tak pri použití spárovaných frekvenčných pásiem môže zariadenie pracovať v plne duplexnom alebo polovičnom duplexnom režime. Druhý režim, v ktorom terminál prijíma a vysiela dáta v rôznych časoch a na rôznych frekvenciách, je atraktívny tým, že výrazne znižuje nároky na vlastnosti duplexného filtra. Vďaka tomu je možné znížiť náklady na koncové zariadenia. Okrem toho je možné zaviesť spárované frekvenčné pásma s malým duplexným odstupom. Ukazuje sa, že sieteMobilná komunikácia LTE môže byť organizovaná v takmer akomkoľvek rozdelení frekvenčného spektra.
Jedinou výzvou pri vývoji technológie rádiového prístupu, ktorá umožňuje flexibilné využívanie rádiového spektra, je zabezpečiť kompatibilitu komunikačných zariadení. Na tento účel technológia LTE implementuje identickú rámcovú štruktúru v prípade použitia frekvenčných pásiem rôznej šírky a rôznych duplexných režimov.
Prenos dát viacerými anténami
Použitie viacanténového vysielania v systémoch mobilnej komunikácie umožňuje zlepšenie ich technických vlastností, ako aj rozšírenie ich možností z hľadiska účastníckych služieb. Pokrytie LTE sieťou zahŕňa použitie dvoch metód multianténneho prenosu: diverzita a multi-stream, ktorých špeciálnym prípadom je vytvorenie úzkeho rádiového lúča. Rozmanitosť si možno predstaviť ako spôsob vyrovnania úrovne signálu, ktorý prichádza z dvoch antén, čo vám umožňuje eliminovať hlboké poklesy v úrovni signálov, ktoré sú prijímané z každej antény samostatne.
Pozrime sa bližšie na sieť LTE: čo to je a ako využíva všetky tieto režimy? Diverzita prenosu je tu založená na metóde priestorovo-frekvenčného kódovania dátových blokov, ktorá je doplnená o časovú diverzitu s frekvenčným posunom pri súčasnom použití štyroch antén. Rozmanitosť sa zvyčajne používa na bežných zostupných spojeniach, kde funkciu plánovania nemožno použiť v závislosti od stavu spojenia. V čomdiverzitu prenosu možno použiť na odosielanie používateľských údajov, ako je napríklad prevádzka VoIP. Vzhľadom na relatívne nízku intenzitu takejto dopravy nie je možné ospravedlniť dodatočnú réžiu, ktorá je spojená s funkciou plánovania, ktorá bola spomenutá vyššie. Vďaka rozmanitosti dát je možné zväčšiť rádius buniek a kapacitu siete.
Multistreamový prenos pre súčasný prenos množstva informačných tokov cez jeden rádiový kanál zahŕňa použitie niekoľkých prijímacích a vysielacích antén umiestnených v koncovom zariadení a v základnej stanici siete. To výrazne zvyšuje maximálnu rýchlosť prenosu dát. Napríklad, ak je koncové zariadenie vybavené štyrmi anténami a takéto číslo je dostupné na základnej stanici, potom je celkom možné súčasne prenášať až štyri dátové toky cez jeden rádiový kanál, čo v skutočnosti umožňuje štvornásobne zvýšiť jeho priepustnosť..
Ak používate sieť s malým pracovným zaťažením alebo malými bunkami, potom vďaka multi-streamingu môžete dosiahnuť dostatočne vysokú priepustnosť pre rádiové kanály, ako aj efektívne využívať rádiové zdroje. Ak sú veľké bunky a vysoký stupeň zaťaženia, kvalita kanála neumožní multistreamový prenos. V tomto prípade možno kvalitu signálu zlepšiť použitím viacerých vysielacích antén na vytvorenie úzkeho lúča na prenos dát v jednom prúde.
Ak zvážimeLTE sieť - čo jej to dáva na dosiahnutie vyššej efektivity - potom stojí za to zhrnúť, že pre kvalitnú prácu v rôznych prevádzkových podmienkach táto technológia implementuje adaptívny multi-stream prenos, ktorý vám umožňuje neustále upravovať počet streamov prenášaných súčasne, v súlade s neustále sa meniacimi spojeniami stavu kanála. Pri dobrých podmienkach prepojenia možno súčasne prenášať až štyri dátové toky, čím sa dosiahne prenosová rýchlosť až 300 megabitov za sekundu so šírkou pásma 20 megahertzov.
Ak stav kanála nie je taký priaznivý, prenos sa uskutoční pomocou menšieho počtu streamov. V tejto situácii je možné použiť antény na vytvorenie úzkeho lúča, čím sa zlepší celková kvalita príjmu, čo v konečnom dôsledku vedie k zvýšeniu kapacity systému a rozšíreniu oblasti služieb. Ak chcete zabezpečiť veľké oblasti rádiového pokrytia alebo prenos dát vysokou rýchlosťou, môžete prenášať jeden dátový tok s úzkym lúčom alebo použiť rozmanitosť dát na spoločných kanáloch.
Mechanizmus na prispôsobenie a odoslanie komunikačného kanála
Princíp fungovania LTE sietí predpokladá, že plánovanie bude znamenať rozdeľovanie sieťových zdrojov medzi užívateľov na prenos dát. To poskytuje dynamické plánovanie v kanáloch po prúde a proti prúdu. Siete LTE v Rusku sú v súčasnosti nakonfigurované tak, aby vyvážili komunikačné kanály a celkovocelkový výkon systému.
Rádiové rozhranie LTE predpokladá implementáciu funkcie plánovania v závislosti od stavu komunikačného kanála. Poskytuje prenos dát pri vysokých rýchlostiach, čo sa dosahuje použitím modulácie vysokého rádu, prenosom dodatočných informačných tokov, znížením stupňa kódovania kanálov a znížením počtu opakovaných prenosov. Na to sa využívajú frekvenčné a časové zdroje, ktoré sa vyznačujú pomerne dobrými komunikačnými podmienkami. Ukazuje sa, že prenos akéhokoľvek konkrétneho množstva údajov sa uskutoční v kratšom časovom období.
LTE siete v Rusku, rovnako ako v iných krajinách, sú postavené tak, že prevádzka služieb, ktoré sú zaneprázdnené preposielaním paketov s malým užitočným zaťažením v rovnakých časových intervaloch, si môže vyžiadať zvýšenie objemu signalizačnej prevádzky ktorý je potrebný pre dynamické plánovanie. Môže dokonca prekročiť množstvo informácií vysielaných používateľom. Preto existuje niečo ako statické plánovanie LTE siete. Čo to je, bude jasné, ak povieme, že používateľovi je pridelený RF zdroj určený na prenos určitého počtu podrámcov.
Vďaka adaptačným mechanizmom je možné z kanála „vytlačiť všetko možné“s kvalitou dynamického prepojenia. Umožňuje vám vybrať schému kódovania a modulácie kanálov v súlade s komunikačnými podmienkami charakterizovanými sieťami LTE. Čo to je, sa ukáže, ak povieme, že jeho práca ovplyvňujena rýchlosti prenosu dát, ako aj na pravdepodobnosti akýchkoľvek chýb v kanáli.
Napájanie a regulácia uplinku
Tento aspekt sa týka ovládania úrovne výkonu vyžarovaného terminálmi s cieľom zvýšiť kapacitu siete, zlepšiť kvalitu komunikácie, zväčšiť oblasť rádiového pokrytia a znížiť spotrebu energie. Na dosiahnutie týchto cieľov sa mechanizmy riadenia výkonu snažia maximalizovať úroveň užitočného prichádzajúceho signálu a zároveň znižovať rádiové rušenie.
LTE siete Beeline a iných operátorov predpokladajú, že uplinkové signály zostanú ortogonálne, to znamená, že medzi užívateľmi tej istej bunky by nemalo dochádzať k vzájomnému rádiovému rušeniu, aspoň pre ideálne komunikačné podmienky. Úroveň rušenia, ktorú vytvárajú používatelia susedných buniek, závisí od toho, kde sa nachádza vysielací terminál, teda od toho, ako sa jeho signál na ceste k bunke tlmí. Sieť Megafon LTE je usporiadaná úplne rovnako. Bolo by správne povedať toto: čím bližšie je terminál k susednej bunke, tým vyššia bude úroveň rušenia, ktoré v ňom vytvára. Terminály, ktoré sú ďalej od susednej bunky, sú schopné prenášať silnejšie signály ako terminály, ktoré sú v jej tesnej blízkosti.
V dôsledku ortogonality signálov môže uplink multiplexovať signály z terminálov rôznej sily v jednom kanáli v tej istej bunke. To znamená, že nie je potrebné kompenzovať špičky úrovne signálu,ktoré vznikajú v dôsledku viaccestného šírenia rádiových vĺn a môžete ich použiť na zvýšenie rýchlosti prenosu dát pomocou mechanizmov prispôsobenia a plánovania komunikačných kanálov.
Dátové prenosy
Takmer akýkoľvek komunikačný systém a siete LTE na Ukrajine nie sú výnimkou, z času na čas sa v procese prenosu dát pokazia, napríklad z dôvodu slabnutia signálu, rušenia alebo šumu. Ochrana pred chybami je poskytovaná metódami opätovného prenosu stratených alebo poškodených informácií, ktoré sú navrhnuté tak, aby zabezpečili vysokú kvalitu komunikácie. Rádiový zdroj sa používa oveľa racionálnejšie, ak je protokol prenosu údajov organizovaný efektívne. Aby bolo možné čo najlepšie využiť vysokorýchlostné vzdušné rozhranie, technológia LTE má dynamicky efektívny dvojvrstvový systém prenosu údajov, ktorý implementuje Hybrid ARQ. Vyznačuje sa nízkou réžiou potrebnou na poskytovanie spätnej väzby a opätovné odoslanie údajov spolu s vysoko spoľahlivým selektívnym protokolom opakovania.
Protokol HARQ poskytuje prijímajúcemu zariadeniu redundantné informácie, ktoré mu umožňujú opraviť akékoľvek špecifické chyby. Opakovaný prenos prostredníctvom protokolu HARQ vedie k vytvoreniu dodatočnej informačnej redundancie, ktorá môže byť potrebná, keď opakovaný prenos nestačí na odstránenie chýb. Opakovaný prenos paketov, ktoré neboli opravené protokolom HARQ, sa vykonáva pomocoupomocou protokolu ARQ. Siete LTE na iPhone fungujú podľa vyššie uvedených princípov.
Toto riešenie vám umožňuje zaručiť minimálne oneskorenie prekladu paketov s nízkou réžiou, pričom je zaručená spoľahlivosť komunikácie. Protokol HARQ vám umožňuje odhaliť a opraviť väčšinu chýb, čo vedie k pomerne zriedkavému používaniu protokolu ARQ, pretože je to spojené so značnou réžiou, ako aj so zvýšením doby oneskorenia pri preklade paketov.
Základňová stanica je koncový uzol, ktorý podporuje oba tieto protokoly a poskytuje tesné spojenie medzi vrstvami týchto dvoch protokolov. Medzi rôzne výhody takejto architektúry patrí vysoká rýchlosť odstraňovania chýb, ktoré zostali po prevádzke HARQ, ako aj nastaviteľné množstvo informácií prenášaných pomocou protokolu ARQ.
Rozhranie LTE rádia má vysoký výkon vďaka svojim hlavným komponentom. Flexibilita využívania rádiového spektra umožňuje použiť toto rádiové rozhranie s akýmkoľvek dostupným frekvenčným zdrojom. Technológia LTE poskytuje množstvo funkcií, ktoré umožňujú efektívne využívať rýchlo sa meniace komunikačné podmienky. V závislosti od stavu prepojenia funkcia plánovania poskytuje používateľom najlepšie zdroje. Použitie multianténových technológií vedie k zníženiu vyblednutia signálu a pomocou mechanizmov na prispôsobenie kanálov je možné použiť metódy kódovania a modulácie signálu, ktoré zaručujú optimálnu kvalitu komunikácie za špecifických podmienok.
