Сеткі LTE - што гэта? Рэжым, структура і прынцып працы сеткі LTE

Сетка стандарту LTE не так даўно была адобрана кансорцыумам 3GPP. Дзякуючы выкарыстанню такога радиоинтерфейса ўдаецца атрымаць сетку з беспрэцэдэнтнымі эксплуатацыйнымі параметрамі ў плане максімальнай хуткасці, з якой ажыццяўляецца перадача дадзеных, часу затрымкі пры перасылцы пакетаў, а таксама спектральнай эфектыўнасці. Аўтары кажуць, што запуск сеткі LTE дазваляе больш гнутка выкарыстаць радиоспектр, мультиантенную тэхналогію, адаптацыю канала, механізмы дыспетчарызацыі, арганізацыю паўторнай рэтрансляцыі дадзеных і рэгуляванне магутнасці.

перадгісторыя

Мабільная шырокапалосная сувязь, якая грунтуецца на тэхналогіі перадачы пакетаў дадзеных на высокай хуткасці па стандарце HSPA, ужо стала досыць шырока прызнанай карыстальнікамі сотавых сетак. Аднак неабходна і надалей вырабляць ўдасканаленне іх абслугоўвання, да прыкладу, выкарыстоўваючы павелічэнне хуткасці трансляцыі дадзеных, мінімізацыю часу затрымкі, а таксама павелічэнне агульнай ёмістасці сеткі, так як патрабаванні карыстальнікаў да паслуг падобнай сувязі ўвесь час павялічваюцца. Менавіта з гэтай мэтай і была праведзена спецыфікацыя радиоинтрфейсов HSPA Evolution і LTE кансорцыумам 3GPP.

Асноўныя адрозненні ад ранніх версій

Сетка стандарту LTE адрозніваецца ад раней распрацаванай сістэмы 3G палепшанымі тэхнічнымі характарыстыкамі, уключаючы максімальную хуткасць, з якой ажыццяўляецца перадача інфармацыі - больш за 300 мегабіт за секунду, затрымка перасылкі пакетаў не перавышае 10 мілісекунд, а спектральная эфектыўнасць стала значна вышэй. Пабудова сетак LTE можна ажыццяўляць як у новых частотных палосах, так і ва ўжо наяўных у аператараў.

Дадзены радиоинтерфейс пазіцыянуецца як рашэнне, на якое паступова аператары будуць пераходзіць з сістэм стандартаў, якія існуюць на дадзены момант, гэта 3GPP і 3GPP2. А распрацоўка гэтага інтэрфейсу - гэта досыць важны этап на шляху фарміравання стандарту IMT-Advanced сетак 4G, то ёсць новага пакалення. Фактычна ў спецыфікацыі LTE ўжо ўтрымліваецца большасць функцый, якія першапачаткова прызначаліся для сістэм 4G.

Прынцып арганізацыі радиоинтерфейса

Радыёсувязь валодае характэрнай асаблівасць, якая складаецца ў тым, што радыёканал па якасці не з'яўляецца сталым ў часе і прасторы, а залежыць ад частаты. Тут неабходна сказаць і пра тое, што параметры сувязі мяняюцца адносна хутка ў выніку шматшляховай распаўсюджвання радыёхваль. Каб падтрымліваць сталую хуткасць абмену інфармацыяй па радыёканале, звычайна ўжываецца цэлы шэраг спосабаў звесці да мінімуму падобныя змены, а менавіта - розныя метады разнесенай перадачы. Адначасова з гэтым у працэсе перадачы пакетаў інфармацыі карыстальнікі не заўсёды могуць заўважыць кароткачасовыя ваганні бітавай хуткасці. Рэжым сеткі LTE мяркуе ў якасці асноўнага прынцыпу радыёдоступу ня памяншэнне, а прымяненне імклівых змяненняў якасці радыёканала для таго, каб забяспечыць максімальна эфектыўнае выкарыстанне радиоресурсов, даступных у кожны момант часу. Гэта рэалізуецца ў частотнай і часовай абласцях пры дапамозе тэхналогіі радыёдоступу OFDM.

Прылада сеткі LTE

Што гэта за сістэма, можна зразумець, толькі разабраўшыся, як яна арганізавана. У яе аснову закладзена звычайная тэхналогія OFDM, якая прадугледжвае перадачу дадзеных па некалькіх вузкапалосным паднясучай. Прымяненне апошніх у сукупнасці з цыклічным прэфіксам дазваляе зрабіць сувязь на базе OFDM устойлівай да часовым дысперсіі параметраў радыёканала, а таксама дае магчымасць практычна выключыць неабходнасць у выкарыстанні складаных эквалайзераў на прымаючага боку. Гэтая акалічнасць аказваецца вельмі карысным для арганізацыі сыходнага канала, так як у гэтым выпадку атрымоўваецца спрасціць апрацоўку сігналаў прымачом на галоўнай частаце, што дазваляе знізіць кошт самога тэрмінальнага прылады, а таксама магутнасць, якая спажываецца ім. І гэта становіцца асабліва важна ў выпадку выкарыстання сеткі 4G LTE разам з перадачай у рэжыме некалькіх патокаў.

Узыходзячы канал, дзе выпраменьваная магутнасць істотна ніжэй, чым у сыходным, патрабуе абавязковага ўключэння ў працу энергаэфектыўнага метаду перадачы інфармацыі для павелічэння зоны пакрыцця, зніжэння спажыванай магутнасці якія прымаюць прыладай, а таксама яго кошту. Праведзеныя даследаванні прывялі да таго, што зараз для ўзыходзячага канала LTE выкарыстоўваецца одночастотная тэхналогія трансляцыі інфармацыі ў форме OFDM з дысперсіяй, якая адпавядае закону дыскрэтнай пераўтварэння Фур'е. Падобнае рашэнне дазваляе забяспечыць меншае адносіны сярэдняга і максімальнага ўзроўню магутнасці ў параўнанні з ужываннем традыцыйнай мадуляцыі, што дазваляе павысіць энергаэфектыўнасць і спрасціць канструкцыю тэрмінальных прылад.

Базавы рэсурс, які выкарыстоўваецца пры перадачы інфармацыі ў адпаведнасці з тэхналогіяй ODFM, можна прадэманстраваць у выглядзе частотна-часовай сеткі, якая адпавядае набору сімвалаў OFDM, і паднясучай ў часовай і частотнай абласцях. Рэжым сеткі LTE мяркуе, што ў якасці асноўнага элемента перадачы дадзеных тут выкарыстаны два рэсурсных блока, якія адпавядаюць частотнай паласе 180 кілогерц і інтэрвалу часу ў адну мілісекунду. Шырокі дыяпазон хуткасцяў для перадачы дадзеных можна рэалізаваць з дапамогай аб'яднання частотных рэсурсаў, налады параметраў сувязі, уключаючы хуткасць кадавання і выбар модуляционного парадку.

Тэхнічныя характарыстыкі

Калі разглядаць сеткі LTE, што гэта такое, стане зразумела пасля пэўных тлумачэнняў. Каб дасягнуць высокія мэтавыя паказчыкі, якія ўстаноўлены для радиоинтерфейса такой сеткі, яго распрацоўшчыкамі быў арганізаваны шэраг досыць важных момантаў і функцыянальных магчымасцяў. Далей будзе апісаны кожны з іх з падрабязным указаннем на тое, які ўплыў яны аказваюць на такія важныя паказчыкі, як ёмістасць сеткі, зона радыёпакрыцця, час затрымкі і хуткасць перадачы дадзеных.

Гнуткасць прымянення радиоспектра

Заканадаўчыя нормы, якія дзейнічаюць у тым ці іншым геаграфічным рэгіёне, уплываюць на тое, як будзе арганізавана мабільная сувязь. Гэта значыць, у іх прадпісваецца радиоспектр, вылучаемы ў розных частотных дыяпазонах няпарнага або парнымі палосамі рознай шырыні. Гнуткасць выкарыстання - гэта адно з найважнейшых пераваг радиоспектра LTE, што дазваляе задзейнічаць яго ў розных сітуацыях. Архітэктура LTE сеткі дазваляе не толькі працаваць у розных частотных дыяпазонах, але і использоватьем частотныя паласы, якія маюць розную шырыню: ад 1,25 да 20 мегагерц. Акрамя гэтага, такая сістэма можа ажыццяўляць працу ў няпарных і парных частотных палосах, падтрымліваючы часовай і частотны дуплекс адпаведна.

Калі казаць пра тэрмінальных прыладах, то пры использованении парных частотных палос прыбор можа дзейнічаць у дуплексным або полудуплексном рэжыме. Другі рэжым, у якім тэрміналам ажыццяўляецца прыём і перадача дадзеных у розны час і на розных частотах, прывабны тым, што істотна зніжае патрабаванні, выстаўленыя да характарыстыках дуплекснай фільтра. Дзякуючы гэтаму атрымоўваецца паменшыць кошт тэрмінальных прылад. Акрамя таго, з'яўляецца магчымасць для ўвядзення ў дзеянне парных частотных палос з нязначным дуплексным разносам. Атрымліваецца, што сеткі мабільнай сувязі LTE можна арганізаваць амаль пры любым размеркаванні частотнага спектру.

Адзіная праблема пры распрацоўцы тэхналогіі радыёдоступу, дзе прадугледжваецца гнуткае прымяненне радиспектра, - зрабіць прылады сувязі сумяшчальнымі. З такой мэтай у тэхналогіі LTE рэалізаваная ідэнтычная кадравая структура ў выпадку выкарыстання частотных палос рознай шырыні і розных дуплексных рэжымаў.

Многоантенная трансляцыя дадзеных

Прымяненне многоантенной трансляцыі ў сістэмах мабільнай сувязі дазваляе палепшыць іх тэхнічныя характарыстыкі, а таксама пашырыць іх магчымасці ў плане абаненцкага абслугоўвання. Пакрыццё сеткі LTE мяркуе выкарыстанне двух метадаў многоантенной перадачы: разнесенай і шматструменнай, у якасці прыватнага выпадку якой вылучаецца фарміраванне вузкага радиолуча. Разнесеную інфармацыю можна разглядаць у якасці спосабу выраўноўвання ўзроўню сігналу, які ідзе з двух антэн, што дазваляе ліквідаваць глыбокія правалы ва ўзроўні сігналаў, якія прымаюцца ад кожнай антэны паасобку.

Можна падрабязней разгледзець сетку LTE: што гэта і як яна выкарыстоўвае ўсе названыя рэжымы? Разнесеная перадача тут грунтуецца на метадзе прасторава-частотнага кадавання блокаў дадзеных, якое дапоўнена разнесеных па часе з частотным зрухам пры ўжыванні чатырох антэн адначасова. Разнесеную перадачу выкарыстоўваюць звычайна на агульных сыходзяць каналах, дзе нельга ўжываць функцыю дыспетчарызацыі у залежнасці ад таго, у якім стане знаходзіцца канал сувязі. Пры гэтым разнесеная перадача можа быць выкарыстана для перасылкі карыстацкіх дадзеных, да прыкладу, трафіку VoIP. З-за адносна нізкай інтэнсіўнасці падобнага трафіку нельга апраўдаць дадатковыя накладныя выдаткі, якія звязаны з функцыяй дыспетчарызацыі, згаданай раней. Дзякуючы разнесенай перадачы дадзеных атрымоўваецца павялічыць радыус сот і ёмістасць сеткі.

Шматструменная перадача для адначасовай перасылкі шэрагу патокаў інфармацыі па адным радыёканале мяркуе выкарыстанне некалькіх прыёмных і перадаючых антэн, якія знаходзяцца ў тэрмінальным прыладзе і базавай сеткавай станцыі адпаведна. Гэта істотна павялічвае максімальную хуткасць трансляцыі дадзеных. Да прыкладу, калі тэрмінальнае прылада забяспечана чатырма антэнамі і такая колькасць маецца на базавай станцыі, то цалкам рэальнай з'яўляецца адначасовая перадача па адным радыёканале да чатырох патокаў дадзеных, што дазваляе фактычна зрабіць яго прапускную здольнасць у чатыры разы больш.

Калі выкарыстоўваецца сетка з невялікай рабочай нагрузкай альбо маленькімі сотамі, то дзякуючы шматструменнай перадачы атрымаецца дамагчыся досыць высокай прапускной здольнасці для радыёканалаў, а таксама эфектыўна выкарыстоўваць радиоресурсы. Калі маюцца вялікія соты і нагрузка высокай ступені інтэнсіўнасці, то якасць канала не дазволіць выкарыстоўваць перадачу ў рэжыме мультипотока. У такім выпадку якасць сігналу можна павысіць, калі задзейнічаць некалькі якія перадаюць антэн, каб сфармаваць вузкі прамень для перадачы дадзеных у адным патоку.

Калі разглядаць сетку LTE - што гэта дае ёй для дасягнення большай эфектыўнасці - то тут варта зрабіць выснову, што для якаснай працы пры розных эксплуатацыйных умовах у гэтай тэхналогіі рэалізаваная адаптыўная мультипотоковая перадача, якая дазваляе пастаянна рэгуляваць колькасць патокаў, што перадаюцца адначасова, у адпаведнасці з пастаянна зменлівых станам канала сувязі. Пры добрым стане канала можна ажыццяўляць адначасовую перадачу да чатырох патокаў дадзеных, што дазваляе дасягнуць хуткасці перадачы да 300 мегабіт за секунду пры шырыні частотнай паласы ў 20 мегагерц.

Калі стан канала не з'яўляецца настолькі спрыяльным, то перадача вырабляецца меншай колькасцю патокаў. У дадзенай сітуацыі антэны могуць выкарыстоўвацца для фарміравання вузкай дыяграмы накіраванасці, павялічваючы агульнае якасць прыёму, што ў выніку прыводзіць да павелічэння прапускной здольнасці сістэмы і пашырэнню што абслугоўваецца зоны. Каб забяспечыць шырокія зоны радыёпакрыцця альбо перадачу дадзеных на высокай хуткасці, можна ажыццяўляць перадачу аднаго струменя дадзеных з вузкім луче альбо задзейнічаць на агульных каналах разнесеную трансляцыю дадзеных.

Механізм адаптацыя і дыспетчарызацыі канала сувязі

Прынцып працы LTE сетак мяркуе, што пад дыспетчарызацыі будзе разумецца размеркаванне паміж карыстальнікамі сеткавых рэсурсаў для перадачы дадзеных. Тут прадугледжваецца дынамічная дыспетчарызацыя ў сыходным і ўзыходзячай каналах. Сеткі LTE у Расіі настроены на дадзены момант так, каб збалансаваць каналы сувязі і агульную прадукцыйнасць ўсёй сістэмы.

Радиоинтерфейс LTE прадугледжвае рэалізацыю функцыі дыспетчарызацыі у залежнасці ад таго, у якім стане знаходзіцца канал сувязі. З яе дапамогай забяспечваецца перадача дадзеных на высокіх хуткасцях, што дасягаецца за кошт прымянення мадуляцыі высокага парадку, перадачы дадатковых патокаў інфармацыі, змяншэння ступень кадавання каналаў, а таксама зніжэння колькасці паўторных трансляцый. Для гэтага задзейнічаны частотныя і часовыя рэсурсы, якія характарызуюцца адносна добрымі ўмовамі сувязі. Атрымліваецца, што перадача любога канкрэтнага аб'ёму дадзеных вырабляецца за больш кароткі прамежак часу.

Сеткі LTE у Расіі, як і ў іншых краінах, пабудаваныя так, што трафік сэрвісаў, якія занятыя перасыланнем пакетаў з невялікай карыснай нагрузкай праз аднолькавыя часавыя прамежкі, можа выклікаць неабходнасць у павелічэнні аб'ёмаў трафіку сігналізацыі, які патрабуецца для дынамічнай дыспетчарызацыі. Ён можа нават пераўзыходзіць аб'ём інфармацыі, якая транслюецца карыстальнікам. Менавіта таму існуе такое паняцце, як статычная дыспетчарызацыя сеткі LTE. Што гэта, стане зразумела, калі сказаць, што карыстальніку вылучаецца радыёчастотны рэсурс, прызначаны для перадачы нейкага канкрэтнага колькасці подкадров.

Дзякуючы механізмаў адаптацыі ўдаецца «выціснуць усё магчымае» з канала з дынамічным якасцю сувязі. Ён дазваляе выбраць схему канального кадавання і мадуляцыі ў адпаведнасці з тым, якімі ўмовамі сувязі характарызуюцца сеткі LTE. Што гэта, стане зразумела, калі сказаць, што яго праца ўплывае на хуткасць трансляцыі дадзеных, а таксама на верагоднасць ўзнікнення ў канале якіх-небудзь памылак.

Магутнасць ў ўзыходзячай канале і яе рэгуляванне

Гэты аспект тычыцца кіравання узроўнем магутнасці, выпраменьванай тэрміналамі, каб павялічыць ёмістасць сеткі, павысіць якасць сувязі, зрабіць зону радыёпакрыцця больш, знізіць спажыванне энергіі. Каб дасягнуць пералічаных мэтаў механізмамі рэгулявання магутнасці, імкнуцца да максімальнага павелічэння ўзроўню карыснага якое ўваходзіць сігналу з адначасовым зніжэннем радыёперашкод.

Сеткі LTE "Білайн" і іншых аператараў мяркуюць, што сігналы ў ўзыходзячай канале застаюцца артаганальнай, гэта значыць паміж карыстальнікамі адной соты не павінна быць узаемных радыёперашкод, па меншай меры, гэта датычыцца ідэальных умоў сувязі. Ўзровень перашкод, якія ствараюцца карыстальнікамі суседніх сот, залежыць ад таго, дзе знаходзіцца выпраменьвальны тэрмінал, гэта значыць ад таго, як згасае яго сігнал на шляху да соце. Сетка LTE "Мегафон" ўладкованая сапраўды гэтак жа. Правільна будзе сказаць так: чым бліжэй тэрмінал знаходзіцца да суседняй соце, тым вышэй будзе ўзровень перашкод, якія ён у ёй стварае. Тэрміналы, якія знаходзяцца на больш значнай адлегласці ад суседняй соты, здольныя перадаваць сігналы большай магутнасці ў параўнанні з тэрміналамі, якія знаходзяцца з ёй у непасрэднай блізкасці.

Дзякуючы артаганальнай сігналаў, ў ўзыходзячай канале можна мультиплексировать сігналы ад тэрміналаў рознай магутнасці ў адным канале на адной і той жа соце. Гэта азначае, што няма неабходнасці кампенсаваць воплескі ўзроўню сігналу, якія ўзнікаюць з-за шматшляховай распаўсюджвання радыёхваляў, а можна выкарыстоўваць іх з мэтай павелічэння хуткасці трансляцыі дадзеных з прымяненнем механізмаў адаптацыі і дыспетчарызацыі каналаў сувязі.

рэтрансляцыі дадзеных

Амаль любая сістэма сувязі, і LTE сеткі ва Ўкраіне не з'яўляюцца выключэннем, час ад часу дапускае памылкі ў працэсе перасылкі дадзеных, да прыкладу, з-за замірання сігналу, перашкод або шумоў. Абарона ад памылак забяспечваецца за кошт метадаў паўторнай перадачы згубленых або скажоных частак інфармацыі, прызначаных для гарантыі забеспячэння высокай якасці сувязі. Радиоресурс выкарыстоўваецца нашмат больш рацыянальна, калі пратакол рэтрансляцыі дадзеных арганізаваны эфектыўна. Каб максімальна поўна выкарыстоўваць радиоинтерфейс высокай хуткасці, тэхналогія LTE валодае дынамічна эфектыўнай двухузроўневай сістэмай рэтрансляцыі дадзеных, якая рэалізуе Hybrid ARQ. Ён характарызуецца невялікімі накладнымі выдаткамі, неабходнымі для забеспячэння зваротнай сувязі і паўторнай пасылкі дадзеных, дапоўнены пратаколам селектыўнага паўтору высокай ступені надзейнасці.

Пратаколам HARQ прадастаўляецца прыёмнага прыладзе залішняя інфармацыя, якая дае яму магчымасць карэктаваць нейкія канкрэтныя памылкі. Рэтрансляцыя па пратаколе HARQ прыводзіць да фарміравання дадатковай інфармацыйнай надмернасці, якая можа спатрэбіцца ў тым выпадку, калі для ліквідацыі памылак аказалася недастаткова паўторнай перадачы. Рэтрансляцыя пакетаў, якія не прайшлі выпраўленне пратаколам HARQ, вырабляецца з выкарыстаннем пратаколу ARQ. LTE сеткі на iPhone працуюць у адпаведнасці з вышэйапісанымі прынцыпамі.

Гэта рашэнне дазваляе гарантаваць мінімальную затрымку трансляцыі пакетаў з малымі накладнымі выдаткамі, а надзейнасць сувязі пры гэтым гарантуецца. Пратакол HARQ дазваляе выявіць і выправіць вялікую частку памылак, што прыводзіць да досыць рэдкага выкарыстанні пратаколу ARQ, так як гэта спалучана з немалымі накладнымі выдаткамі, а таксама з павышэннем часу затрымкі пры трансляцыі пакетаў.

Базавая станцыя з'яўляецца канчатковым вузлом, які падтрымлівае абодва гэтыя пратаколу, забяспечваючы цесную сувязь узроўняў двух гэтых пратаколаў. У ліку разнастайных пераваг падобнай архітэктуры можна назваць высокую хуткасць ліквідацыі памылак, якія засталіся пасля працы HARQ, а таксама рэгуляваны аб'ём інфармацыі, якая перадаецца з дапамогай выкарыстання пратаколу ARQ.

Радиоинтерфейс LTE валодае высокімі працоўнымі характарыстыкамі, дзякуючы яго асноўных кампанентаў. Гнуткасць прымянення радиоспектра дазваляе задзейнічаць дадзены радиоинтерфейс пры любым даступным рэсурс частот. Тэхналогія LTE прадугледжвае шэраг функцый, якія забяспечвае эфектыўнае прымяненне імкліва зменлівых умоў сувязі. У залежнасці ад стану канала, функцыя дыспетчарызацыі выдае лепшыя рэсурсы карыстальнікам. Прымяненне многоантенных тэхналогій прыводзіць да памяншэння замірання сігналу, а з дапамогай механізмаў адаптацыі канала можна задзейнічаць метады кадавання і мадуляцыі сігналу, якія гарантуюць ў пэўных умовах аптымальнае якасць сувязі.