LTE мрежата наскоро беше одобрена от консорциума 3GPP. Чрез използването на такъв въздушен интерфейс е възможно да се получи мрежа с безпрецедентна производителност по отношение на максимална скорост на пренос на данни, забавяне на препращане на пакети и спектрална ефективност. Авторите казват, че стартирането на LTE мрежата позволява по-гъвкаво използване на радиочестотния спектър, мултиантенна технология, адаптиране на канали, механизми за планиране, организация на препредаване на данни и контрол на мощността.
Предишна история
Мобилната широколентова връзка, която се основава на технологията за високоскоростни пакетни данни HSPA, вече стана широко приета от потребителите на клетъчна мрежа. Необходимо е обаче допълнително подобряване на тяхната услуга, например чрез увеличаване на скоростта на предаване на данни, минимизиране на времето на забавяне, както и увеличаване на общия капацитет на мрежата, тъй като изискванията на потребителите дауслугите на такава комуникация непрекъснато се увеличават. Именно за тази цел спецификацията на HSPA Evolution и LTE радио интерфейсите беше направена от консорциума 3GPP.
Основни разлики от по-ранните версии
LTE мрежата се различава от разработената по-рано 3G система с подобрени технически характеристики, включително максимална скорост на пренос на данни от повече от 300 мегабита в секунда, забавянето на препращане на пакети не надвишава 10 милисекунди, а спектралната ефективност е станала много по-високо. Изграждането на LTE мрежи може да се извършва както в нови честотни ленти, така и в съществуващи оператори.
Този радиоинтерфейс е позициониран като решение, към което операторите постепенно ще преминават от съществуващите в момента системи от стандарти, това са 3GPP и 3GPP2. И развитието на този интерфейс е доста важен етап по пътя към формирането на мрежовия стандарт IMT-Advanced 4G, тоест ново поколение. Всъщност LTE спецификацията вече съдържа повечето от функциите, които първоначално са били предназначени за 4G системи.
Принципът на организация на радиоинтерфейса
Радио комуникацията има характерна особеност, която е, че качеството на радиоканала не е постоянно във времето и пространството, а зависи от честотата. Тук е необходимо да се каже, че комуникационните параметри се променят относително бързо в резултат на многопътното разпространение на радиовълните. За да се поддържа постоянна скорост на обмен на информация по радиоканала, обикновено се използват редица методи за минимизиранеподобни промени, а именно различни методи за разнообразие на предаване. В същото време, в процеса на предаване на информационни пакети, потребителите не винаги могат да забележат краткосрочни колебания в скоростта на предаване. Режимът на LTE мрежата предполага като основен принцип на радиодостъпа да не се намалява, а да се прилагат бързи промени в качеството на радиоканала, за да се осигури най-ефективното използване на наличните радиоресурси във всеки един момент. Това се реализира в честотните и времеви области чрез OFDM технология за радио достъп.
LTE мрежово устройство
Каква система е, може да се разбере само като се разбере как е организирана. Тя се основава на конвенционалната OFDM технология, която включва предаване на данни през няколко теснолентови подносещи. Използването на последното в комбинация с цикличен префикс дава възможност да се направи OFDM-базирана комуникация устойчива на времеви дисперсии на параметрите на радиоканала, а също така прави възможно практически да се елиминира необходимостта от сложни еквалайзери от страна на приема. Това обстоятелство се оказва много полезно за организиране на низходяща връзка, тъй като в този случай е възможно да се опрости обработката на сигнали от приемника на основната честота, което прави възможно намаляването на цената на самото крайно устройство, както и като мощността, консумирана от него. И това става особено важно, когато използвате 4G LTE мрежа заедно с мултипоточно предаване.
Връзката нагоре, където излъчваната мощност е значително по-ниска, отколкото в низходящата връзка, изисква задължително включване в работатаенергийно ефективен метод за предаване на информация за увеличаване на зоната на покритие, намаляване на консумацията на енергия на приемащото устройство, както и неговата цена. Проведените проучвания доведоха до факта, че сега за възходящата LTE се използва едночестотна технология за излъчване на информация под формата на OFDM с дисперсия, съответстваща на дискретния закон за преобразуване на Фурие. Това решение осигурява по-ниско съотношение на средните и максималните нива на мощност в сравнение с конвенционалната модулация, което подобрява енергийната ефективност и опростява дизайна на крайните устройства.
Основният ресурс, използван при предаването на информация в съответствие с ODFM технологията, може да бъде показан като времево-честотна мрежа, която съответства на набора от OFDM символи, и подносители във времевия и честотен домейни. Режимът на LTE мрежата предполага, че тук като основен елемент за предаване на данни се използват два ресурсни блока, които съответстват на честотна лента от 180 килохерца и времеви интервал от една милисекунда. Широка гама от скорости на данни може да бъде реализирана чрез комбиниране на честотни ресурси, задаване на комуникационни параметри, включително скорост на кодиране и избор на ред на модулация.
Спецификации
Ако разгледаме LTE мрежите, какво е това, ще стане ясно след определени обяснения. За да постигнат високите цели, поставени за радиоинтерфейса на такава мрежа, нейните разработчици организираха редица доста важнимоменти и функционалност. Всеки от тях ще бъде описан по-долу, с подробно указание как влияят на важни показатели като капацитет на мрежата, радиопокритие, време на забавяне и скорост на трансфер на данни.
Гъвкавост при използването на радиочестотния спектър
Законодателните норми, които действат в определен географски регион, влияят върху това как ще бъдат организирани мобилните комуникации. Тоест те предписват радиоспектъра, разпределен в различни честотни диапазони от несдвоени или сдвоени ленти с различна ширина. Гъвкавостта на използване е едно от най-важните предимства на LTE радиоспектъра, което позволява да се използва в различни ситуации. Архитектурата на LTE мрежата позволява не само да се работи в различни честотни ленти, но и да се използват честотни ленти с различна ширина: от 1,25 до 20 мегахерца. В допълнение, такава система може да работи в несдвоени и сдвоени честотни ленти, поддържайки съответно времеви и честотен дуплекс.
Ако говорим за крайни устройства, тогава когато се използват сдвоени честотни ленти, устройството може да работи в пълен дуплекс или полудуплексен режим. Вторият режим, при който терминалът получава и предава данни в различно време и на различни честоти, е привлекателен с това, че значително намалява изискванията за характеристиките на дуплексния филтър. Благодарение на това е възможно да се намалят разходите за крайни устройства. В допълнение, става възможно въвеждането на сдвоени честотни ленти с ниско дуплексно разстояние. Оказва се, че мрежитеLTE мобилните комуникации могат да бъдат организирани в почти всяко разпределение на честотния спектър.
Единственото предизвикателство при разработването на технология за радио достъп, която позволява гъвкаво използване на радиочестотния спектър, е да направим комуникационните устройства съвместими. За тази цел технологията LTE реализира идентична структура на рамката в случай на използване на честотни ленти с различна ширина и различни дуплексни режими.
Предаване на данни с множество антени
Използването на мултиантенно излъчване в мобилните комуникационни системи позволява подобряване на техническите им характеристики, както и разширяване на възможностите им по отношение на абонатното обслужване. Покритието на LTE мрежата включва използването на два метода за предаване с множество антени: разнообразие и многопоточно, като специален случай е образуването на тесен радиолъч. Разнообразието може да се разглежда като начин за изравняване на нивото на сигнала, който идва от две антени, което ви позволява да елиминирате дълбоки спадове в нивото на сигналите, които се получават от всяка антена поотделно.
Нека разгледаме по-отблизо LTE мрежата: какво е това и как използва всички тези режими? Разнообразието на предаване тук се основава на метода на пространствено-честотно кодиране на блокове от данни, което се допълва от времево разнообразие с честотно изместване при едновременно използване на четири антени. Разнообразието обикновено се използва за общи връзки надолу, където функцията за планиране не може да се приложи в зависимост от състоянието на връзката. При коетопредаването разнообразие може да се използва за изпращане на потребителски данни, като например VoIP трафик. Поради относително ниската интензивност на такъв трафик, допълнителните разходи, които са свързани с функцията за планиране, спомената по-рано, не могат да бъдат оправдани. С разнообразието от данни е възможно да се увеличи радиусът на клетките и капацитетът на мрежата.
Многопоточно предаване за едновременно предаване на редица информационни потоци по един радиоканал включва използването на няколко приемни и предавателни антени, разположени съответно в крайното устройство и базовата мрежова станция. Това значително увеличава максималната скорост на предаване на данни. Например, ако терминалното устройство е снабдено с четири антени и такъв брой е наличен в базовата станция, тогава е напълно възможно едновременно да се предават до четири потока от данни по един радиоканал, което всъщност прави възможно учетворяването на неговата пропускателна способност.
Ако използвате мрежа с малко натоварване или малки клетки, тогава благодарение на мултипоточно предаване можете да постигнете достатъчно висока пропускателна способност за радио каналите, както и ефективно да използвате радиоресурси. Ако има големи клетки и висока степен на натоварване, качеството на канала няма да позволи многопоточно предаване. В този случай качеството на сигнала може да се подобри чрез използване на множество предавателни антени за образуване на тесен лъч за предаване на данни в един поток.
Ако вземем предвидLTE мрежа - какво й дава това за постигане на по-голяма ефективност - тогава си струва да се заключи, че за висококачествена работа при различни работни условия, тази технология реализира адаптивно многопоточно предаване, което ви позволява постоянно да регулирате броя на потоците, предавани едновременно, в съответствие с постоянно променящите се връзки на състоянието на канала. При добри условия на връзката, до четири потока данни могат да се предават едновременно, постигайки скорости на предаване до 300 мегабита в секунда с честотна лента от 20 мегахерца.
Ако състоянието на канала не е толкова благоприятно, тогава предаването се извършва от по-малко потоци. В тази ситуация антените могат да се използват за образуване на тесен лъч, подобрявайки цялостното качество на приемане, което в крайна сметка води до увеличаване на капацитета на системата и разширяване на зоната на обслужване. За да осигурите големи зони на радиопокритие или предаване на данни с висока скорост, можете да предавате единичен поток от данни с тесен лъч или да използвате разнообразие от данни по общи канали.
Механизъм за адаптиране и диспечиране на комуникационния канал
Принципът на работа на LTE мрежите предполага, че планирането ще означава разпределение на мрежовите ресурси между потребителите за предаване на данни. Това осигурява динамично планиране в каналите надолу и нагоре. LTE мрежите в Русия в момента са конфигурирани по такъв начин, че да балансират комуникационните канали и като цялообща производителност на системата.
LTE радиоинтерфейсът поема изпълнението на функцията за планиране в зависимост от състоянието на комуникационния канал. Той осигурява предаване на данни с висока скорост, което се постига чрез използване на модулация от висок ред, предаване на допълнителни информационни потоци, намаляване на степента на кодиране на канала и намаляване на броя на повторните предавания. За това се използват честотни и времеви ресурси, които се характеризират с относително добри условия за комуникация. Оказва се, че прехвърлянето на определено количество данни се извършва за по-кратък период от време.
LTE мрежите в Русия, както и в други страни, са изградени по такъв начин, че трафикът от услуги, които са заети с препращане на пакети с малък полезен товар след същите интервали от време, може да наложи увеличаване на количеството сигнализиращ трафик което е необходимо за динамично планиране. Може дори да надхвърли количеството информация, излъчвана от потребителя. Ето защо има такова нещо като статично планиране на LTE мрежата. Какво е това, ще стане ясно, ако кажем, че на потребителя е разпределен RF ресурс, предназначен да предава определен брой подкадъри.
Благодарение на механизмите за адаптиране е възможно да "изстискате всичко възможно" от канал с качество на динамична връзка. Позволява ви да изберете схема за кодиране и модулация на канали в съответствие с комуникационните условия, характеризиращи се с LTE мрежите. Какво е това, ще стане ясно, ако кажем, че работата му влияеза скоростта на предаване на данни, както и за вероятността от грешки в канала.
Мощност и регулиране на връзката нагоре
Този аспект е свързан с контролиране на нивото на мощността, излъчвана от терминалите, за да се увеличи капацитетът на мрежата, да се подобри качеството на комуникацията, да се направи зоната на радиопокритие по-голяма, да се намали консумацията на енергия. За да постигнат тези цели, механизмите за контрол на мощността се стремят да увеличат максимално нивото на полезен входящ сигнал, като същевременно намаляват радиосмущенията.
LTE мрежите на Beeline и други оператори приемат, че сигналите за връзката нагоре остават ортогонални, тоест не трябва да има взаимни радиосмущения между потребителите на една и съща клетка, поне при идеални комуникационни условия. Нивото на смущения, което се създава от потребителите на съседни клетки, зависи от това къде се намира излъчващият терминал, тоест от това как сигналът му отслабва по пътя към клетката. Мрежата на Megafon LTE е подредена по абсолютно същия начин. Би било правилно да се каже това: колкото по-близо е терминалът до съседна клетка, толкова по-високо ще бъде нивото на смущения, които създава в него. Терминалите, които са по-далеч от съседна клетка, могат да предават по-силни сигнали от терминалите, които са в непосредствена близост до нея.
Поради ортогоналността на сигналите, връзката нагоре може да мултиплексира сигнали от терминали с различна сила в един канал на една и съща клетка. Това означава, че няма нужда да се компенсират скокове в нивото на сигнала,които възникват поради многопътното разпространение на радиовълните и можете да ги използвате, за да увеличите скоростта на предаване на данни, като използвате механизмите за адаптиране и планиране на комуникационни канали.
Релета за данни
Почти всяка комуникационна система и LTE мрежите в Украйна не са изключение, от време на време прави грешки в процеса на пренос на данни, например поради избледняване на сигнала, смущения или шум. Защитата от грешки се осигурява чрез методи за повторно предаване на изгубени или повредени части от информация, предназначени да осигурят висококачествена комуникация. Радиоресурсът се използва много по-рационално, ако протоколът за предаване на данни е организиран ефективно. За да се възползва максимално от високоскоростния въздушен интерфейс, технологията LTE разполага с динамично ефективна двуслойна система за ретранслиране на данни, която реализира хибриден ARQ. Той разполага с ниски разходи, необходими за предоставяне на обратна връзка и повторно изпращане на данни, в комплект с протокол за селективен повторен опит с висока надеждност.
Протоколът HARQ предоставя на приемащото устройство излишна информация, което му позволява да коригира всякакви специфични грешки. Повторното предаване чрез протокола HARQ води до образуване на допълнителна информация, която може да се наложи, когато повторното предаване не е достатъчно за отстраняване на грешки. Повторното предаване на пакети, които не са коригирани от протокола HARQ, се извършва сизползвайки протокола ARQ. LTE мрежите на iPhone работят в съответствие с горните принципи.
Това решение ви позволява да гарантирате минимално забавяне на превода на пакети с ниски допълнителни разходи, като същевременно надеждността на комуникацията е гарантирана. Протоколът HARQ ви позволява да откривате и коригирате повечето от грешките, което води до доста рядко използване на протокола ARQ, тъй като това е свързано със значителни разходи, както и увеличаване на времето за забавяне по време на превод на пакети.
Базовата станция е краен възел, който поддържа и двата протокола, осигурявайки тясна връзка между слоевете на двата протокола. Сред различните предимства на такава архитектура са високата скорост на елиминиране на грешките, останали след работата на HARQ, както и регулируемото количество информация, предавана с помощта на протокола ARQ.
LTE радио интерфейсът има висока производителност поради основните си компоненти. Гъвкавостта на използването на радиочестотния спектър прави възможно използването на този радиоинтерфейс с всеки наличен честотен ресурс. LTE технологията предоставя редица функции, които позволяват ефективно използване на бързо променящите се комуникационни условия. В зависимост от състоянието на връзката, функцията за планиране издава най-добрите ресурси на потребителите. Използването на технологии с множество антени води до намаляване на избледняването на сигнала и с помощта на механизмите за адаптиране на канала е възможно да се използват методи за кодиране и модулация на сигнала, които гарантират оптимално качество на комуникацията при специфични условия.
