Síť LTE byla nedávno schválena konsorciem 3GPP. Použitím takového vzdušného rozhraní je možné získat síť s bezprecedentním výkonem z hlediska maximální rychlosti přenosu dat, zpoždění předávání paketů a spektrální účinnosti. Autoři říkají, že spuštění sítě LTE umožňuje flexibilnější využití rádiového spektra, technologii více antén, přizpůsobení kanálů, mechanismy plánování, organizaci opětovného přenosu dat a kontrolu napájení.
Backtory
Mobilní širokopásmové připojení, které je založeno na technologii vysokorychlostních paketových dat HSPA, se již stalo široce akceptovaným uživateli mobilních sítí. Je však nutné jejich služby dále zlepšovat, např. pomocí zvýšení rychlosti přenosu dat, minimalizace doby zpoždění, ale i zvýšení celkové kapacity sítě, neboť požadavky uživatelů naslužeb takové komunikace neustále přibývá. Právě za tímto účelem konsorcium 3GPP provedlo specifikace rádiových rozhraní HSPA Evolution a LTE.
Hlavní rozdíly od předchozích verzí
Síť LTE se liší od dříve vyvinutého systému 3G vylepšenými technickými vlastnostmi, včetně maximální rychlosti přenosu dat více než 300 megabitů za sekundu, zpoždění předávání paketů nepřesahuje 10 milisekund a spektrální účinnost se zvýšila O mnoho vyšší. Budování LTE sítí lze provádět jak v nových frekvenčních pásmech, tak u stávajících operátorů.
Toto rádiové rozhraní je umístěno jako řešení, na které operátoři postupně přejdou ze systémů standardů, které v současnosti existují, jsou to 3GPP a 3GPP2. A vývoj tohoto rozhraní je poměrně důležitou etapou na cestě k vytvoření síťového standardu IMT-Advanced 4G, tedy nové generace. Specifikace LTE již ve skutečnosti obsahuje většinu funkcí, které byly původně určeny pro systémy 4G.
Princip organizace rádiového rozhraní
Rádiová komunikace má charakteristický rys, kterým je, že kvalita rádiového kanálu není konstantní v čase a prostoru, ale závisí na frekvenci. Zde je nutné říci, že komunikační parametry se poměrně rychle mění v důsledku vícecestného šíření rádiových vln. Aby se udržela konstantní rychlost výměny informací přes rádiový kanál, obvykle se používá řada metod k minimalizacipodobné změny, jmenovitě různé způsoby diverzity přenosu. Zároveň si uživatelé v procesu přenosu informačních paketů nemohou vždy všimnout krátkodobého kolísání bitové rychlosti. Režim sítě LTE předpokládá jako základní princip rádiového přístupu neredukovat, ale aplikovat rychlé změny kvality rádiového kanálu, aby bylo zajištěno co nejefektivnější využití rádiových zdrojů dostupných v daném okamžiku. To je implementováno ve frekvenční a časové oblasti prostřednictvím technologie rádiového přístupu OFDM.
Síťové zařízení LTE
Jaký je to systém, lze pochopit pouze tehdy, když pochopíte, jak je organizován. Je založen na konvenční technologii OFDM, která zahrnuje přenos dat přes několik úzkopásmových subnosných. Použití posledně jmenovaného v kombinaci s cyklickým prefixem umožňuje učinit komunikaci na bázi OFDM odolnou vůči časovým rozptylům parametrů rádiového kanálu a také umožňuje prakticky eliminovat potřebu složitých ekvalizérů na přijímací straně. Tato okolnost se ukazuje jako velmi užitečná pro organizaci downlinku, protože v tomto případě je možné zjednodušit zpracování signálů přijímačem na hlavní frekvenci, což umožňuje snížit náklady na samotné koncové zařízení. jako jím spotřebovaný výkon. A to je zvláště důležité při používání sítě 4G LTE společně s multi-streamingem.
Uplink, kde je vyzařovaný výkon výrazně nižší než u downlinku, vyžaduje povinné zahrnutí do dílaenergeticky účinný způsob přenosu informací pro zvýšení oblasti pokrytí, snížení spotřeby energie přijímacího zařízení a také jeho nákladů. Provedené studie vedly k tomu, že nyní se pro uplink LTE používá jednofrekvenční technologie pro vysílání informací ve formě OFDM s rozptylem odpovídajícím diskrétnímu Fourierovu transformačnímu zákonu. Toto řešení poskytuje nižší poměr průměrné a maximální úrovně výkonu ve srovnání s konvenční modulací, což zlepšuje energetickou účinnost a zjednodušuje návrh koncových zařízení.
Základní zdroj používaný při přenosu informací v souladu s technologií ODFM může být zobrazen jako časově-frekvenční síť, která odpovídá sadě znaků OFDM, a dílčí nosné v časové a frekvenční doméně. Režim sítě LTE předpokládá, že jako hlavní prvek přenosu dat jsou zde použity dva zdrojové bloky, které odpovídají frekvenčnímu pásmu 180 kilohertzů a časovému intervalu jedné milisekundy. Široký rozsah přenosových rychlostí lze realizovat kombinací frekvenčních zdrojů, nastavením komunikačních parametrů včetně kódové rychlosti a výběru pořadí modulace.
Specifikace
Pokud vezmeme v úvahu sítě LTE, o co jde, bude jasné po určitých vysvětleních. Aby bylo dosaženo vysokých cílů stanovených pro rádiové rozhraní takové sítě, její vývojáři zorganizovali řadu poměrně důležitýchmomenty a funkčnost. Každý z nich bude popsán níže s podrobným uvedením toho, jak ovlivňují důležité ukazatele, jako je kapacita sítě, rádiové pokrytí, doba zpoždění a rychlost přenosu dat.
Flexibilita ve využívání rádiového spektra
Legislativní normy, které platí v určité geografické oblasti, ovlivňují způsob organizace mobilní komunikace. To znamená, že předepisují rádiové spektrum přidělené v různých frekvenčních rozsazích nespárovanými nebo spárovanými pásmy různých šířek. Flexibilita využití je jednou z nejdůležitějších výhod rádiového spektra LTE, která umožňuje jeho využití v různých situacích. Architektura sítě LTE umožňuje nejen pracovat v různých frekvenčních pásmech, ale také využívat frekvenční pásma s různou šířkou: od 1,25 do 20 megahertzů. Kromě toho může takový systém pracovat v nespárovaných a spárovaných frekvenčních pásmech s podporou časového a frekvenčního duplexu.
Pokud mluvíme o koncových zařízeních, pak při použití spárovaných frekvenčních pásem může zařízení pracovat v plně duplexním nebo polovičním duplexním režimu. Druhý režim, ve kterém terminál přijímá a vysílá data v různých časech a na různých frekvencích, je atraktivní tím, že výrazně snižuje požadavky na vlastnosti duplexního filtru. Díky tomu je možné snížit náklady na koncová zařízení. Navíc je možné zavést spárovaná frekvenční pásma s malým duplexním odstupem. Ukazuje se, že sítěMobilní komunikaci LTE lze organizovat v téměř jakémkoli rozložení frekvenčního spektra.
Jedinou výzvou při vývoji technologie rádiového přístupu, která umožňuje flexibilní využití rádiového spektra, je zajistit kompatibilitu komunikačních zařízení. Za tímto účelem technologie LTE implementuje identickou rámcovou strukturu v případě použití frekvenčních pásem různých šířek a různých duplexních režimů.
Přenos dat více anténami
Použití víceanténního vysílání v mobilních komunikačních systémech umožňuje zlepšit jejich technické vlastnosti a také rozšířit jejich možnosti, pokud jde o účastnické služby. Pokrytí sítí LTE zahrnuje použití dvou metod víceanténního přenosu: diverzity a multi-streamu, jejichž speciálním případem je vytvoření úzkého rádiového paprsku. Rozmanitost lze chápat jako způsob, jak vyrovnat úroveň signálu přicházejícího ze dvou antén, což umožňuje eliminovat hluboké poklesy v úrovni signálů přijímaných z každé antény zvlášť.
Pojďme se blíže podívat na síť LTE: co to je a jak všechny tyto režimy využívá? Diverzita vysílání je zde založena na metodě prostorově-frekvenčního kódování datových bloků, která je doplněna o časovou diverzitu s frekvenčním posunem při současném použití čtyř antén. Diverzita se obvykle používá na běžných sestupných spojích, kde nelze použít funkci plánování v závislosti na stavu spoje. V čemdiverzitu přenosu lze použít k odesílání uživatelských dat, jako je provoz VoIP. Vzhledem k relativně nízké intenzitě takového provozu nelze dodatečnou režii, která je spojena s výše zmíněnou funkcí plánování, ospravedlnit. Díky rozmanitosti dat je možné zvýšit rádius buněk a kapacitu sítě.
Multistreamový přenos pro současný přenos většího počtu informačních toků přes jeden rádiový kanál zahrnuje použití několika přijímacích a vysílacích antén umístěných v koncovém zařízení a v základnové síti. To výrazně zvyšuje maximální rychlost přenosu dat. Pokud je například koncové zařízení vybaveno čtyřmi anténami a takové číslo je k dispozici na základnové stanici, pak je docela možné současně přenášet až čtyři datové toky přes jeden rádiový kanál, což ve skutečnosti umožňuje čtyřnásobně zdvojnásobit jeho propustnost.
Používáte-li síť s malou zátěží nebo malými buňkami, pak díky multi-streamingu můžete dosáhnout dostatečně vysoké propustnosti pro rádiové kanály a také efektivně využívat rádiové zdroje. Pokud jsou velké buňky a vysoký stupeň zatížení, kvalita kanálu neumožní multistreamový přenos. V tomto případě lze kvalitu signálu zlepšit použitím více vysílacích antén k vytvoření úzkého paprsku pro přenos dat v jednom proudu.
Pokud vezmeme v úvahuSíť LTE - co jí to dává k dosažení vyšší efektivity - pak stojí za to uzavřít, že pro vysoce kvalitní práci za různých provozních podmínek tato technologie implementuje adaptivní multi-stream přenos, který umožňuje neustále upravovat počet současně přenášených streamů, v souladu s neustále se měnícími spojeními stavu kanálu. Při dobrých podmínkách připojení lze současně přenášet až čtyři datové toky, čímž lze dosáhnout přenosové rychlosti až 300 megabitů za sekundu s šířkou pásma 20 megahertzů.
Pokud stav kanálu není tak příznivý, je přenos realizován menším počtem streamů. V této situaci mohou být antény použity k vytvoření úzkého paprsku, čímž se zlepší celková kvalita příjmu, což nakonec vede ke zvýšení kapacity systému a rozšíření oblasti služeb. Chcete-li zajistit velké oblasti rádiového pokrytí nebo přenos dat vysokou rychlostí, můžete přenášet jeden datový tok s úzkým paprskem nebo použít datovou diverzitu na společných kanálech.
Mechanismus pro přizpůsobení a odeslání komunikačního kanálu
Princip fungování LTE sítí předpokládá, že plánování bude znamenat rozdělení síťových zdrojů mezi uživatele pro přenos dat. To zajišťuje dynamické plánování v kanálech po proudu a proti proudu. Sítě LTE v Rusku jsou v současné době konfigurovány tak, aby vyvážily komunikační kanály a celkověcelkový výkon systému.
Rádiové rozhraní LTE předpokládá implementaci funkce plánování v závislosti na stavu komunikačního kanálu. Poskytuje přenos dat vysokou rychlostí, čehož je dosaženo použitím modulace vysokého řádu, přenosem dalších informačních toků, snížením stupně kódování kanálu a snížením počtu opakovaných přenosů. K tomu se využívají frekvenční a časové zdroje, které se vyznačují relativně dobrými komunikačními podmínkami. Ukazuje se, že přenos jakéhokoli konkrétního množství dat se provádí v kratším časovém období.
Sítě LTE v Rusku, stejně jako v jiných zemích, jsou postaveny tak, že provoz služeb, které jsou vytížené přeposíláním paketů s malým užitečným zatížením ve stejných časových intervalech, může vyžadovat zvýšení objemu signalizačního provozu který je vyžadován pro dynamické plánování. Může dokonce přesáhnout množství informací vysílaných uživatelem. Proto existuje něco jako statické plánování sítě LTE. Co to je, bude jasné, když řekneme, že uživateli je přidělen RF zdroj určený k přenosu určitého počtu dílčích rámců.
Díky adaptačním mechanismům je možné z kanálu „vymáčknout všechno možné“s kvalitou dynamického propojení. Umožňuje vám vybrat schéma kódování a modulace kanálu v souladu s komunikačními podmínkami charakterizovanými sítěmi LTE. Co to je, se ukáže, když řekneme, že jeho práce ovlivňujena rychlosti přenosu dat a také na pravděpodobnosti jakýchkoli chyb v kanálu.
Napájení a regulace uplinku
Tento aspekt se týká řízení úrovně výkonu vysílaného terminály za účelem zvýšení kapacity sítě, zlepšení kvality komunikace, zvětšení oblasti rádiového pokrytí a snížení spotřeby energie. K dosažení těchto cílů se mechanismy řízení výkonu snaží maximalizovat úroveň užitečného příchozího signálu a zároveň snížit rádiové rušení.
LTE sítě Beeline a dalších operátorů předpokládají, že uplinkové signály zůstávají ortogonální, to znamená, že by mezi uživateli stejné buňky nemělo docházet k vzájemnému rádiovému rušení, alespoň pro ideální komunikační podmínky. Míra rušení, kterou vytvářejí uživatelé sousedních buněk, závisí na tom, kde se nachází vysílací terminál, tedy na tom, jak se jeho signál na cestě k buňce zeslabuje. Síť Megafon LTE je uspořádána úplně stejně. Bylo by správné říci toto: čím blíže je terminál k sousední buňce, tím vyšší bude úroveň rušení, které v něm vytváří. Terminály, které jsou dále od sousední buňky, jsou schopny přenášet silnější signály než terminály, které jsou v její těsné blízkosti.
Vzhledem k ortogonalitě signálů může uplink multiplexovat signály z terminálů různé síly v jednom kanálu ve stejné buňce. To znamená, že není potřeba kompenzovat špičky úrovně signálu,které vznikají v důsledku vícecestného šíření rádiových vln a můžete je použít ke zvýšení rychlosti přenosu dat pomocí mechanismů adaptace a plánování komunikačních kanálů.
Datové přenosy
Téměř jakýkoli komunikační systém a sítě LTE na Ukrajině nejsou výjimkou, čas od času udělá chyby v procesu přenosu dat, například kvůli vyblednutí signálu, rušení nebo šumu. Ochrana proti chybám je poskytována metodami opakovaného přenosu ztracených nebo poškozených informací, které jsou navrženy tak, aby byla zajištěna vysoká kvalita komunikace. Rádiový zdroj je využíván mnohem racionálněji, pokud je protokol přenosu dat organizován efektivně. Aby bylo možné co nejlépe využít vysokorychlostní vzdušné rozhraní, technologie LTE má dynamicky účinný dvouvrstvý systém přenosu dat, který implementuje Hybrid ARQ. Vyznačuje se nízkou režií potřebnou k poskytování zpětné vazby a opětovnému odesílání dat, spolu s vysoce spolehlivým protokolem selektivního opakování.
Protokol HARQ poskytuje přijímajícímu zařízení redundantní informace, které mu umožňují opravit jakékoli specifické chyby. Opakovaný přenos prostřednictvím protokolu HARQ vede k vytvoření dodatečné informační redundance, která může být vyžadována, když opakovaný přenos nestačil k odstranění chyb. Opakovaný přenos paketů, které nebyly opraveny protokolem HARQ, se provádí pomocípomocí protokolu ARQ. Sítě LTE na iPhone fungují podle výše uvedených principů.
Toto řešení vám umožňuje zaručit minimální zpoždění překladu paketů s nízkou režií, přičemž je zaručena spolehlivost komunikace. Protokol HARQ umožňuje odhalit a opravit většinu chyb, což vede k poměrně vzácnému použití protokolu ARQ, protože to je spojeno se značnou režií a také se zvýšením doby zpoždění při překladu paketů.
Základní stanice je koncový uzel, který podporuje oba tyto protokoly a zajišťuje těsné spojení mezi vrstvami těchto dvou protokolů. Mezi různé výhody takové architektury patří vysoká rychlost eliminace chyb, které zůstaly po provozu HARQ, a také nastavitelné množství informací přenášených pomocí protokolu ARQ.
Rozhraní LTE rádia má vysoký výkon díky svým hlavním součástem. Flexibilita využití rádiového spektra umožňuje používat toto rádiové rozhraní s jakýmkoli dostupným frekvenčním zdrojem. Technologie LTE poskytuje řadu funkcí, které umožňují efektivní využití rychle se měnících podmínek komunikace. V závislosti na stavu propojení vydává funkce plánování uživatelům nejlepší zdroje. Použití víceanténních technologií vede ke snížení zeslabování signálu a pomocí mechanismů přizpůsobení kanálu je možné použít metody kódování a modulace signálu, které zaručují optimální kvalitu komunikace za specifických podmínek.
